5 sept. 2007 Angela BERRIO SMITH
Recherche Developpement Physico-chimie Technologies Technologies analytiques article

Contexte

Cette étude concerne le développement d’un appareil de mesure de concentration et d’analyse de raffinage de pâtes ligno-cellulosiques destiné à l'industrie des pâtes à papiers, cartons, panneaux de fibres.

Dans l’industrie du panneau de fibres et du papier, un contrôle de qualité de la préparation des pâtes s’avère indispensable. Ce contrôle est en général basé sur deux paramètres essentiels : la concentration et le degré de raffinage.

La plupart des analyseurs de raffinage actuellement sur le marché sont basés sur le principe d’égouttabilité : l’engraissement est exprimé par un indice établi à partir du délai de passage d’un volume d’air ou d’eau à travers un matelas de pâte, avec ou sans pression différentielle.

Cet indice s’avère pertinent au niveau de la plupart des applications industrielles, car il réalise la synthèse d’un ensemble de paramètres (dimensions de fibres, répartition granulométrique, fibrillation…) qui considérés isolément, sont très difficilement ou coûteusement exploitables pour réaliser un contrôle de qualité.

Pour pouvoir exploiter les mesures d’analyseurs de raffinage de pâtes, il est nécessaire d’effectuer préalablement des mesures de concentration. En général ces appareils sont calibrés pour l’analyse de pâtes d’une concentration déterminée ; le degré de raffinage est déterminé au moyen de tables conçues à cet effet.

Le Département Génie rural a développé une méthode de mesure et conçu le principe d’un appareil, ci-après dénommé par le sigle CSR capable de réaliser un contrôle de qualité des pâtes en ligne ou ponctuel à divers postes ou stades de fabrication de lignes de préparation de pâtes.

Objectifs

L’objectif de cette étude est d’analyser la viabilité du projet, sous ses aspects techniques et économiques. Une étude de brevetabilité, comportant une recherche d’antériorité et une analyse des coûts et possibilités en matière de brevet, complète l’étude technico-économique. Elle démontre le caractère de brevetabilité de la méthode.

La phase expérimentale a mis en avant les possibilités de la méthode et des procédés utilisés, mais l’installation et les essais sur l’appareil définitif reste en attente des équipements du constructeur (ITDI).

Description des tâches

Pour mener à bien cette étude il était nécessaire de s’intéresser aux problèmes rencontrés par les entreprises concernées par les mesures de concentration et de raffinage de pâtes ligno-cellulosiques et au marché des appareils existants.

Concernant les appareils de mesure existant sur le marché, une enquête a été réalisée ; les fabricants ont été contactés afin d’obtenir :
- toutes les informations techniques possibles sur les méthodes et principes de fonctionnement des appareils, les nouveautés, etc. ;
- les prix et les conditions de vente, promotions, remises, réductions de prix, etc. ;
- les caractéristiques des circuits et intermédiaires de distribution.

Outre cette démarche, le CRA-W a réalisé : l’étude de brevetabilité, l’étude de faisabilité techno-économique, l’étude préliminaire du principe de mesure et le cahier des charges.

RĂ©sultats obtenus

Le marché identifié par l’étude montre que l’avenir des équipements de mesure de concentration et d’analyse de raffinage se situe dans les procédés automatisés, avec traitement de données en ligne, pour obtenir un contrôle automatique et fiable des procédés de fabrication.

L’étude a identifié les constructeurs spécialisés ainsi que les produits les plus utilisés industriellement ayant des fonctions plus ou moins similaires à celles du CSR. L’analyse du prix de vente pour cet appareillage a été réalisé.

L’étude a recensé un potentiel important de producteurs et utilisateurs de fibres ligno-cellulosiques susceptibles d’être intéressés par l’appareil : 35 en Belgique, 150 en France, 330 pour l’UE.

Le procédé et la méthode de mesure en font un appareil polyvalent capable d'analyser à une cadence élevée, tout échantillon provenant de différents stades de préparation ou provenant de plusieurs postes d'échantillonnage (les eaux de recyclage, pulpeurs, triturateurs, etc.).

L'appareil réalise simultanément sur un même échantillon de pâte, les mesures de concentration et de degré de raffinage avec correction interactive des mesures. Une procédure particulière permet d'effectuer également sur le même échantillon une évaluation du niveau d'engraissement imputable à une fermentation, c'est-à-dire à un développement de micro-organismes dans la pâte.

La mesure d'engraissement étant étroitement dépendante de la concentration, les données du CSR intègrent avec précision toutes fluctuations de celle-ci puisque les mesures sont réalisées sur le même échantillon.

Les mesures sont réalisées par acquisition de données de perte de masse en continu.

Pour déterminer le degré de raffinage, l'acquisition de données enregistre la vitesse initiale d'élimination de l'eau de la pâte.

Pour déterminer la concentration, la masse de pâte humide, pour un délai d'égouttage donné, permet de calculer la masse de matière sèche via des corrélations par type de pâte. Pour déterminer l'engraissement imputable à une fermentation, la procédure de double mesure évalue la différence de délai d'égouttage. La différence entre les signaux de degré de raffinage détermine un indice de fermentation de pâte imputable à un développement de micro-organismes dans la pâte. Au-delà d'un seuil prédéterminé, l'automate va le prendre en considération pour prendre une série de dispositions appropriées à l'application : appoint de biocide, vidange partielle ou totale du volume des eaux recyclées.

Cette caractérisation de la pâte génère donc trois signaux utilisables à différents postes de fabrication pour réguler en ligne des paramètres tels que la concentration des ingrédients, la durée de raffinage, voire les paramètres de cuisson, l'optimisation du dosage de biocide, le contrôle des eaux recyclé.

Coordinateur (CRA-W)

Equipe impliquée

Partenaires

IDTI Intégration des Technologies industrielles, Ministère de la Région Wallonne - DGTRE Direction générale de la Recherche et de l’Industrie