Étude et optimisation d’un réacteur batch

Avr 7, 2022

Entreprise

BURGO ARDENNES (Rue de la Papeterie, 1 à 6760 VIRTON) est implantée sur son site gaumais depuis 1963 avec, au départ, une usine de pâte à papier (Cellulose des Ardennes). Aujourd’hui, la société dispose de deux unités de production chacune d’une capacité de 360.000 T/an.

L’une pour la fabrication de pâte à papier.
• L’autre pour la production de papier

Burgo Ardennes exploite le procédé Kraft pour transformer le bois en pâte à papier (cellulose). Le site est optimisé pour valoriser / recycler l’ensemble de ses sous-produits en vue de se rapprocher de l’autonomie énergétique & en réactifs chimiques et réduire au maximum son empreinte carbone.

Ainsi les écorces et les composés du bois séparés de la cellulose sont valorisés pour produire +/-100% des besoins thermiques (vapeur) et +/- 80% des besoins électriques de l’usine (cogénération au départ de la même vapeur).

Les réactifs chimiques sont régénérés dans une boucle de recyclage interne à l’usine.

Sujet : Étude et optimisation d’un réacteur batch de digestion de copeaux de bois en fibres cellulose par un mélange de NaOH & Na2S (procédé Kraft).

La « cuisson superbatch » consiste à faire réagir dans une grosse cuve sous pression (appelée « digesteur ») les copeaux de bois avec une solution de NaOH & Na₂S (appelée liqueur blanche) pour dissoudre la lignine du bois et libérer les fibres de cellulose.

Ce traitement par batch discontinu suit le cycle suivant :

La grande taille des digesteurs (400 m³ ; 5.8m de diamètre ; 22m de haut) pose le problème de l’homogénéité du traitement chimique dans l’ensemble du volume. Certaines zones de copeaux peuvent être moins alimentées en solution réactive si l’écoulement rampant n’est pas bien maîtrisé et si les copeaux se réorganisent en créant des chemins préférentiels (appelés cheminées) pour la solution. Cette hétérogénéité conduit à des états de réactions différents à la sortie du cycle qui pose le double problème de la productivité (obligation de prolonger les temps de cycles et d’augmenter la quantité de réactifs pour réduire le taux d’incuits) et de la qualité (mélange de cellulose sous & sur cuite en fonction de sa position dans l’écoulement).

L’objectif de l’étude est de déterminer les phénomènes directeurs du cycle de cuisson, de les modéliser, d’optimiser l’instrumentation et le paramétrage de conduite du process afin de réduire l’hétérogénéité du traitement.