mach papier
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
04/09/23 Page 1
Procédés industriels243-841-92Mars 2003
La f
ab
ricati
on
du
pap
ier
04/09/23 Page 2
Contenu de la présentation
• La machine à papier
• Le cheminement des pâtes avant l’arrivée à la machine
• L’arrivée des pâtes à la machine
• La formation de la feuille
• Le pressage de la feuille
• Le séchage de la feuille
• Les étapes subséquentes
04/09/23 Page 3
La machine à papier
Arrivée de la
pâte à la machine
Fabrication de la feuille
Pressage de la feuille
Séchage de la feuille
Calandrage
Bout humide de la machineBout humide de la machine Bout sec de la machineBout sec de la machine
Beloit
04/09/23 Page 4
La machine à papier
Côté avant de la machine Côté avant de la machine = côté d’opération= côté d’opération
Côté arrière de la Côté arrière de la machine = côté machine = côté
équipementéquipement
04/09/23 Page 5
La machine à papier• Bout humide (fonctions)
– DiluerDiluer la suspension fibreuse à une concentration assez faible pour permettre la dispersion optimales des fibres.
– DistribuerDistribuer la suspension fibreuse diluée de manière uniforme et stable dans la zone de formation.
– ComprimerComprimer le matelas fibreux pour accroître la cohésion et en diminuer la porosité.
– ExtraireExtraire, par aspiration, le plus possible d’eau contenue dans la feuille avant son passage dans la presse.
• Bout sec (fonctions)- Sécher la feuille- Uniformiser l’épaisseur de la feuille- Enrouler la feuille
04/09/23 Page 6
Le cheminement des pâtes avant l’arrivée à la machine
Cuvier de mélange
Cuvier de machine
Pompe de dilution
Cuvier d’eau
blanche
Cuvier des cassés
humides
Sous-sol
Ramasse-pâte
Régulateur de concentration
Pâtes
Régulateur de concentration
Pâtes
Étage de la machine
De la fosse sous toile (cassés humides)
Eau blanche
Pompe de mélange
04/09/23 Page 7
Le cheminement des pâtes avant l’arrivée à la machine
Caisse d’arrivéeÉpurateurs
Classeur
Répartiteur
Vers ramasse-pâte (cassés humides)
Table plate Caisses aspirantes
Fosse sous cylindre aspirantFosse de
pied de colonne
Cylindre aspirante
Fosse sous toile
Puits
Pompe primaire
Pompe secondaire
Caisse à niveau constant
Adjuvants
Pâte
Eau blanche
Vanne de contrôle du grammage
04/09/23 Page 8
Le cheminement des pâtes avant l’arrivée à la machine• Régulateurs de concentration
– différence de viscosité différence de concentration
– Viscosité dépend de : • Nature de la pâte• Température• Concentration en fibres
– Méthodes de mesure de la viscosité• Frottement sur une paroi• Frottement sur un élément rotatif• Pression due à un élément stationnaire
04/09/23 Page 9
Le c
hem
inem
en
t d
es
pâte
savant
l’arr
ivée à
la m
ach
ine
Cuvier de mélange
Cuvier de machine
Pompe de dilution
Cuvier d’eau
blanche
Cuvier des cassés
humides
Sous-sol
Ramasse-pâte
Régulateur de concentration
Pâtes
Régulateur de
concentration
Pâtes
Étage de la machine
De la fosse sous toile (cassés humides)
Eau blanche
Pompe de
mélange
• Contrôle du grammage– Contrôlé par dilution de la pâte
04/09/23 Page 10
• Les répartiteurs– Assure une distribution uniforme de la pâte
sur toute la largeur de la caisse d’arrivée.
Machines lentes Machines rapides
Le c
hem
inem
en
t d
es
pâte
savant
l’arr
ivée à
la m
ach
ine
04/09/23 Page 11
L’arrivée des pâtes à la machine• Rôle de la caisse d’arrivée :
– fournir une alimentation homogène et constante de la suspension fibreuse sur toute la largeur de la machine.
04/09/23 Page 12
L’arrivée des pâtes à la machine
• Concept des caisses d’arrivée basé sur l’équation de Bernouilli.
hgV 2V = vitesse du jet en cm/sh = hauteur de la pâte dans la caisse en cmg = accélération gravitationnelle (981 cm/s2)
04/09/23 Page 13
L’arrivée des pâtes à la machine
Caisse d’arrivée ouverte
04/09/23 Page 14
La formation de la feuille
• 3 principaux types de « former »– La table plate ou machine de Fourdrinier– La forme ronde– La double toile
04/09/23 Page 15
La formation de la feuilleTable plate (Fourdrinier)
Table plate ou légèrement inclinée qui comporte une toile sur laquelle une face de la suspension fibreuse demeure au contact de l’air. C’est le type le plus répandu dans l’industrie papetière.
04/09/23 Page 16
La formation de la feuille
• Table plate (Fourdrinier)
04/09/23 Page 17
La formation de la feuille• Table plate (Fourdrinier)
– Rouleau de tête :Rouleau de tête : Rouleau de gros diamètre autour duquel tourne la toile, du côté ou le jet se déverse sur la toile.
– Marbre :Marbre : Destiné à soutenir la toile au point d’impact du jet sur la toile. Sert également à retarder l’égouttage initial de façon à éviter que les éléments fins soient entraînés massivement à la travers la toile au début de la formation de la feuille.
– Racles d’égouttage :Racles d’égouttage : Permettre l’égouttage avec une dépression plus faible.
– Caisses aspirantes :Caisses aspirantes : Vider les pores et les capillaires de la feuille. À l’arrivée des caisses aspirantes, la concentration du matelas est de 1,5 à 3%.
– Pontuseaux :Pontuseaux : Éliminer l’eau par succion et fixer la structure de la feuille tout en soutenant la toile. Tubes creux en bronze, en acier ou en aluminium revêtus de caoutchouc ou de fibres de verre pour faciliter l’égouttage et éviter l’usure de la toile.
04/09/23 Page 18
La formation de la feuille
Caisses aspirantes en
montage séparé
Exemple des profils d’égouttage donné par trois types d’organe d’égouttage
04/09/23 Page 19
La formation de la feuille
La forme ronde• Recouverte d’une toile dont la zone de
formation est généralement immergée. Elle est surtout utilisée pour la fabrication des cartons.
• Types de forme ronde :– Classiques :
• À contre-courant• À courant direct• À bas sec
– Modernes : • Rotoformer• Tampella• Hydraulique Beloit
04/09/23 Page 20
La formation de la feuilleÀ contre-À contre-courantcourant
RotoformerRotoformer
Ronde hydraulique BeloitRonde hydraulique Beloit
Formeur TampellaFormeur Tampella
À bac secÀ bac sec
À courant directÀ courant direct
Les formes rondes
Les formes rondes
04/09/23 Page 21
La formation de la feuille• Former double toile :
– Constitué de deux toiles qui emprisonnent le jet de pâte.
Système d’arrivée Verti-FormaSystème d’arrivée Verti-Forma
04/09/23 Page 22
La formation de la feuille
Système d’arrivée Bel-Baie IISystème d’arrivée Bel-Baie II
Double toileSystème d’arrivée PapriformerSystème d’arrivée Papriformer
Système d’arrivéeSystème d’arrivéePeriformerPeriformer
04/09/23 Page 23
Double toile
Système d’arrivée InverformSystème d’arrivée Inverform
Évolution des formeurs supérieurs de la double toile InverformÉvolution des formeurs supérieurs de la double toile Inverform
La formation de la feuille
04/09/23 Page 24
Le pressage de la feuilleButs du pressage :
• Réduire davantage la teneur en haut de la feuille;
• Consolider la structure du matelas fibreux.
La teneur en eau à l’étape de pressage s’exprime habituellement en concentration ou en pourcentage de siccité.
• Entrée des presses Siccité entre 18 à 25%
• Sortie des presses Siccité entre 36 et 44%
Consiste à exprimer l’eau de la feuille en contacte avec un feutre dans la pince formée par les deux rouleaux de la presse.
04/09/23 Page 25
Le pressage de la feuilleInstallation de pressage à passage direct et à prise automatiqueInstallation de pressage à passage direct et à prise automatique
04/09/23 Page 26
Le pressage de la feuilleInstallation de pressage à passage direct et à première presse inverséeInstallation de pressage à passage direct et à première presse inversée
04/09/23 Page 27
Le pressage de la feuilleInstallation de pressage sans tirage avec presse à trois pincesInstallation de pressage sans tirage avec presse à trois pinces
04/09/23 Page 28
Le séchage de la feuille• Section la plus coûteuse de la machine
– Investissement et exploitation• Phase la plus difficile à conduire• Nécessite des connaissances sur la théorie relative à l’air
humide et aux échanges de chaleur.– Siccité– Transfert de chaleur– Transfert de masse– Chaleur :
• Chaleur spécifique• Chaleur latente• Enthalpie
– Air :• Composition de l’air• Pression atmosphérique• Humidité relative
– Pression de vapeur saturante– Évaporation de l’eau de la feuille
04/09/23 Page 29
Le séchage de la feuille
• Notions essentielles– Siccité : Teneur en matière sèche
de la feuille• À la sortie des presses :
Siccité = environ 40%• Aux fins commerciales : Siccité =
90%• Le séchage consiste à chauffer
la feuille afin de vaporiser l’eau présente.
04/09/23 Page 30
Le séchage de la feuille
• Transfert de chaleur :Transfert de chaleur : Transfert d’énergie thermique provoqué par une différence de température.– Conduction : transfert de chaleur entre deux
corps en contact.• Ex. : Cylindre sécheur chauffé à la vapeur qui transmet,
par l’intermédiaire de sa paroi métallique, sa chaleur à la feuille.
– Convection : transfert de chaleur par via un liquide
• Ex. : Diriger des masses d’air chaud sur la feuille humide
– Radiation : transfert de chaleur via une source de rayonnement électrique.
• Ex. : Source de rayonnement placée à une certaine distance de la feuille.
04/09/23 Page 31
Le séchage de la feuille• Transfert de masseTransfert de masse
– Par suite de son échauffement, l’eau contenue dans la feuille se transforme en vapeur et se dilue dans l’air ambiant.
– Il s’agit essentiellement d’un phénomène de diffusion à travers la feuille, qui est causé par la différence de pression de vapeur entre l’eau de la feuille et l’air ambiant.
– Pression de vapeur de la feuille est fonction de: • température de la feuille• capacité du mouvement de l’eau dans la feuille.
– Pression de vapeur partielle de l’air est fonction de :
• teneur en eau de l’air– Pour diminuer la teneur en eau de l’air on utilise
généralement de la ventilation forcée.
04/09/23 Page 32
Le séchage de la feuille• Chaleur :
– Chaleur spécifique :Chaleur spécifique : quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1oC la température de 1g d’un corps.
• Ex. : il faut 1000 calories (4 187 ) Joules pour que 1kg d’eau passe de 14,5 à 15,5oC à la pression atmosphérique.
Chaleur spécifique de l’eau : 1 (référence = 4 187 J/kg/oC)
– Chaleur latente :Chaleur latente : quantité de chaleur qu’il faut fournir à un corps pour que 1g change d’état sans changement de température.
• Ex. : il faut 539 calories pour que 1g d’eau s’évapore à 100oCPendant toute la vaporisation du liquide, la
température demeure à 100oC.– Enthalpie :Enthalpie :
Somme de l’énergie interne d’un corps X sa pression X son volume
04/09/23 Page 33
Le séchage de la feuille
• Air :– Pression atmosphérique :Pression atmosphérique : 100kPa au niveau
de la mer– Humidité relative :Humidité relative : L’air utilisé pour sécher la
feuille est chauffé afin qu’il puisse absorber le plus de vapeur possible.
04/09/23 Page 34
Le séchage de la feuille• L’évaporation de l’eau de la feuille
– Réchauffement :Réchauffement : Courte phase pendant laquelle s’établit un équilibre entre la chaleur fournie par la vapeur et la chaleur absorbée par la feuille.
– Taux constant d’évaporation :Taux constant d’évaporation : Phase plateau; l’eau quitte les pores de la feuille. Le taux d’évaporation est déterminé par l’équilibre entre la chaleur transmise à la feuille et l’absorption de la vapeur par l’air.
– Taux décroissant d’évaporation :Taux décroissant d’évaporation : À partir d’une siccité d’environ 60 à 79%, le taux d’évaporation diminue rapidement, car les liens mécaniques eau-fibres qu’il restent à briser sont de plus en plus forts. Le taux d’évaporation décroît en fonction de la finesse des capillaires contenant encore de l’eau.
04/09/23 Page 35
Le séchage de la feuille
• L’évaporation de l’eau de la feuille
04/09/23 Page 36
Le séchage de la feuille
• Méthodes de séchage :– Sécherie multicylindrique;– Sécherie monocylindrique;– Séchage par convection interne;– Séchage par air porteur;– Séchage par rayonnement.
04/09/23 Page 37
Le séchage de la feuille
• Sécherie multicylindrique– Composée généralement de deux
rangées superposées de cylindres creux en fonte ou en acier qui sont chauffés à la vapeur. Grâce à des feutres sécheurs, la feuille passe successivement d’un cylindre supérieur à un cylindre inférieur. Les feutres sont disposés de telle sorte qu’ils gardent la feuille en contact avec les cylindres sécheurs sur les deux tiers de la surface de ces derniers.
04/09/23 Page 38
Le séchage de la feuille
04/09/23 Page 39
Le séchage de la feuille
• Sécherie monocylindrique– Composée d’un gros cylindre (sécheur
Yankee) sur lequel la feuille est plaquée et dont elle est détachée au moyen d’un docteur qui sert simultanément au crêpage du papier.
– Utilisée pour du papier sanitaire et domestique, papier de soie et papier d’emballage mince (papiers de faible grammage).
04/09/23 Page 40
Le séchage de la feuille
04/09/23 Page 41
Le séchage de la feuille
• Séchage par convection interne– De l’air chaud est soufflé au travers de
la feuille, provoquant l’évaporation de l’eau sur les surfaces internes en balayant les pores du papier.
– Trois types :• Séchoir à convection interne• Séchoir Papridryer• Séchoir Hi-Flux
04/09/23 Page 42
Le séchage de la feuille
Séchoir à convection interne : Séchoir à convection interne : • L’air est introduit à l’intérieur d’un cylindre métallique
perforé et soufflé sous pression supérieure à la pression atmosphérique. La feuille est plaquée sur le cylindre par un feutre ou une toile. L’air est chauffé jusqu’à environ 260oC.
• Utilisé pour des papiers poreux : filtres, essuie-tout
04/09/23 Page 43
Le séchage de la feuille
Séchoir Papridryer : Séchoir Papridryer : • L’air est soufflé sur la feuille à la pression atmosphérique et
aspiré à l’intérieur d’un cylindre perforé qui porte la feuille.• Utilisé pour des papiers très poreux.
04/09/23 Page 44
Le séchage de la feuille
Séchoir Hi-Flux (expérimental) : Séchoir Hi-Flux (expérimental) : • Deux toiles métalliques, maintenues à des températures
élevées (200 à 300oC) par des rouleaux soufflants, viennent prendre la feuille humide en sandwich. Ces toiles métalliques cèdent à la feuille une partie de leur chaleur sensible (par contact).
04/09/23 Page 45
Le séchage de la feuille
• Séchage par air porteur– Mode de séchage par convection où l’air chaud transmet des
calories au papier, absorbe la vapeur d’eau, supporte la feuille et participe éventuellement à son déplacement.
– Utilisé pour les papiers kraft destinés à la fabrication des sacs.
04/09/23 Page 46
Le séchage de la feuille
• Séchage par rayonnement– Utilisation d’ondes infra-rouge ou de micro-ondes.– Utilisé en fin se sécherie pour la correction
automatique du profil d’humidité.
04/09/23 Page 47
Les opérations subséquentes
• Le calandrage ou supercalandrage• L’enroulage et le bobinage• Le finissage• L’expédition
04/09/23 Page 48
Les opérations subséquentes
FonctionsFonctionsCorrection de la densité, de l’épaisseur,
du profil et du fini de la feuille
Le calandrage
04/09/23 Page 49
Les opérations subséquentes
Le supercalandrage
Utilisée pour les papiers d’impression de haute qualité qui requièrent un fini de surface très lisse et brillant.
04/09/23 Page 50
Les opérations subséquentes
L’enroulage et le bobinage
04/09/23 Page 51
Les opérations subséquentes
• Le finissage et l’expédition