Brevet FR2401241A1 — publié le 19790323

Les parties aériennes d'un bon nombre de végétaux fibreux - plus particulièrement ceux appartenant aux espèces exotiques telles que les lentisques, les agaves, l'alfa, le doum, le polompon, le bambou, la canne â sucre, le kénaf, etc.. - portent une mince tunique de cire qui, en limitant leur transpiration, empêche leur dessèchement et, ainsi, sauvegarde leur existence. Quelques utilisations grossières des fibres, issues de ces végétaux, s'accomodent tant bien que mal de la présence de cette cire. Au contraire, dans les utilisations plus élaborées, elle doit être absolument éliminée. Différents procédés ont eté proposés pour extraire et parfois récupérer cette cire. Pour autant que nous le sachions, les procédés dont on a disposé jusqu'ici ne se sont pas montrés entierement satisfaisants. La présente invention propose un procédé consistant en un agencement qui, par une succession rationnelle inédite d'opérations connues en elles-mêmes, ouvre un champ d'application élargi, grâce auquel, outre l'extraction de la cire, on peut éliminer à volonté celles des matieres jugées indésirables qui accompagnent ou sont combinées à la cellulose dans les especes végétales à fibres. Pas plus que les autres procédés connus, la présente invention n'échappe à ltobligation d'une action mécanique - pour rompre la continuité de la membrane cireuse et pour assouplir la rigidité des fibres préalablement à tout traitement chimique. Le procédé nouveau ne revendique rien se rapportant à la phase mécanique, dont toutes les étapes appartiennent notoirement au domaine public. Avant de décrire le déroulement de la phase chimique, une remarque liminaire s'impose. Chacun sait que la méthode vraiment efficace d'extraction des cires végétales consiste à les émulsionnerdans un solvant ar-proprié, d'où elles seront récupérées par évaporation de ce solvant, lequel sera ultérieurement recyclé après rectification. Le comportement de tous les solvants existants étant parfaitement connu, ce n'est pas du choix d'un ou de plusieurs de ceux-ci qu'un procédé tire son originalité ni son efficacité. La seule supériorité notable réside dans la rentabilité, autrement dit, dans la proportion de cire extraite. L'agencement du procédé, objet de la présente invention, est représenté schématiquement par les planches I, II et III. La planche I montre une conception, choisie entre plusieurs autres, pour illustrer les étapes d'extraction de la cire. La blanche II montre, de même, une conception d'extraction des matières pectiques, que la littérature technique désigne parfois sous le nom de "gommes". La planche 111 se rapporte aussi à une conception parmi d'autres, mais relative ici aux étapes de l'extraction de la lignose, Chacun de ces schémas est complété par une conception des agencements de récupération - sous forme marchande - des composants extraits. A.- EXTRACTION DE LA CIRE Selon la destination des fibres (industrie textile, papetière alimentation animale, etc...), la phase mécanique réduit les végétaux à traiter en fragments plus ou moins menus. Hormis la durée, la longueur des fragments ntinfluence nullement le traitement chimique, selon le présent procédé, lequel consiste en 1) une étape de décoloration, de la plus grande utilité, vu que les cires les moins colorées atteignent les plus hautes cotations. La décoloration s'effectue dans l'appareillage NO 5 du schéma, à une température comprise entre 430 et 600C, au moyen d'un solvant A, approprié à la nature de la cire à extraire, avantageusement hydrophile. 2) une étape d'extraction, qui s'effectue dans la capacité N 9 du schéma, à une température comprise entre 950 et 100C, au moyen d'un solvant B, avantageusement hydrophôbe. La cire se sépare progressivement du végétal et forme avec le solvant une mulsion d'une assez bonne stabilité, 3) une étape de rcupration, qui se subdivise en trois opérations, à savoir a) le traitement du solvant A - plus ou moins chargé de matieres coloran tes - dans le bouilleur N 7. Porté à sa température d'ébullition, le solvant passe petit à petit dans la colonne n 8, où il s'élève progressivement jusqu'au sommet pour s'écouler, rectifié, dans la canalisation qui rejoint la citer ne NO 6. Les matières colorantes, si elles existent en quantités suffisantes, sont récupérées dans le bouilleur. b) la centrifugation, dans l'essoreuse N 12, de l'émulsion venue de la capacité No 11. L'émulsion est ranidement brisée par la vitesse de rotation et il s'ensuit une séparation automatique de la cire et du solvant; la pre mière passe du rotor de l'essoreuse au double fond N 13, le second est dirigé vers le bouilleur NO 14. c3 le traitement du solvant B. Porte à sa température d'ébullition, le solvant B abandonne dans le bouilleur les particules de cire qui auraient pu être entraînées et, comme dans l'opération a) ci-dessus, il passe petit à petit dans la colonne NO 15, où il grimpe progressivement jusqu'au sommet. De là, rectifié, il rejoint la citerne NO 10. B.- EXTRACTION DES EATIERES PECTIQUES Il règne une relative incertitude quant aux liaisons entre ma tières pectiques, cellulose et lignose. Si l'on sait avec certitude que de telles liaisons existent dans la ramie, le lin, le'chanvre et quelques autres espèces, par contre, il semble que dans bon nombre d'espèces, surtout exotiques, matières pectiques et cellulose restent indépendantes. Par convention, on englobe sous le vocable "matières pectiques" la pectine, les mucilages, les gommes qui, bien que chimiquement distinctes, sont des substances toujours extraites ensemble. A l'antique et séculaire "rouisssage", que ne pratiquent plus que les pays peu industrialiséss on substitue depuis déjà pas mal d'années le décreusage chimique. Il consiste en un traitement des végétaux, de préférence décirés, par une solution alcaline à faible concentration, à une température comprise entre 60 et 1000 C. Dans la présente invention, le décreusage est réalisé en autoclave (N017 Planche 11), capacité agencée de manière à assurer une circulation continue - en circuit fermé à la solution alcaline, laquelle, chargée des gommes, n'est extraite qu'après deux heures au moins de contact avec la matière. Cette manière d'opérer livre une filasse (alfa décreusé3 plus fine que par tous autres procédés, surtout si l'on applique un rinçage faiblement acide à la sortie de l'autoclave. Il n'est pas superflu de mentionner que les teneurs en matières pectiques atteignent parfois 30 % en poids de matière sèche des végétaux traités, notamment dans les espèces exotiques. Différemme t, le traitement en autoclave, prolongé durant quatre heures au moins et sous une pression d'eau de 4 kg/cm2 faiblement additionnée d'acide sulfurique, n'extrait que la seule pectine (solubilisée par l'eau acidulée). On la précipite par l'alcool, on la sèche rapidement vers 650C et l'on dispose ainsi d'un produit marchand de très larges uti listions. On notera que la pectine représente environ 50 % des matières pectiques totales. C.- EXTRACTION DE LA LIGNOSE Ainsi qu'on le sait, tous les végétaux supérieurs sont essentiellement composés d'une forte proportion de cellulose, chimiquement combinée à la lignose, qui joue dans les plantes un rôle mécanique de soutien. Il convient de préciser que la littérature technique désigne couramment la lignose par le mot "lignine's, parfois par "lignone" et quelquefois on rencontre même le mot "lignol", On sait aussi que les papiers fabriqués à partir de pâtes chimiques, c'est-à-dire de pâtes dzoù la lignose a été extraite, provenant d'espèces végétales à vocation papetière1 fournissent des produits de qualités d'autant meilleures que l'élimination de la lignose a été plus complète. L'extraction de la lignose se réalise par sa mise en solution dans une liqueur sodique de concentration moyenne, sous des pressions et à des températures qui sont essentiellement fonction de la concentration de la liqueur utilisée, de la durée du contact et de la pression appliquée. La liqueur sodique peut être une solution de soude caustique; elle peut autre aussi une solution de sulfate sodique ou une solution de bisulfite sodique, même encore un mélange de plusieurs de ces sels, selon les espèces végétales traitées et les qualités de papier à obtenir. Dans le présent procédé, la matière à traiter, exempte de cire et exempte de matières pectiques, est introduite dans un autoclave (N ZO) comme dans les traitements traditionnels et soumise, toujours comme dans ceux-ci, à une pression, à une température et à une liqueur sodique choi sies selon l'espèce végétale. Toutefois, ici, les conditions de traitement sont simplifiées par l'élimination préalable de la cire et des matières pectiques. De ce fait, le procédé peut attacher une particulière attention à la récupération des "liqueurs noires" - ainsi sont appelées dans la profession les solutions sodiques chargées de lignose, Dans l'industrie papetière, il est courant d'incinérer les liqueurs noires - ce qui détruit la lignose - pour recueillir dans les cendres un oxyde sodique régénérable et caustifiable. Le présent procédé, loin de détruire la lignose, la précipite des liqueurs noires par -une acidification ménagée; ces liqueurs noires deviennent, de ce fait, de simples solutions sodiques, facilement régénérables par les méthodes chimiques connues. La lignose séchée constitue une véritable matière première, fort appréciable dans l'industrie des plastiques, dans la fabrication des combustibles agglomérés moulés et dans la production de carburants de synthèse. Arrivé au terme de la description du procédé nouveau, il y a lieu de faire observer, ainsi que le montrent les dessins, que a) l'approvisionnement de l'atelier chimique se fait à partir de l'atelier de traitement mécanique, par l'intermédiaire du silo N 1 du schéma. Cette disposition, grâce à la forte capacité du silo, engendre une complète indépendance entre les deux ateliers et confère à l'usine la plus grande souplesse. b) la matière à traiter - sortant du silo par gravité - est reçue dans des "paniers" N02, qui, dans une installation donnée, ont tous une égale capacité. Dans la pratique, cette capacité est de l'ordre de 1000 à 4000 litres par panier. Ces paniers permettent l'application du principe des l'containers" c'est-à-dire que le contenu du panier peut être soumis à toutes les extractions et opérations connexes jusqu'à la sortie de l'atelier chimique, sans avoir à subir la moindre manipulation, le transfert d'un appareillage au suivant se faisant par translation mécanique des paniers (N03 et 4). Une telle disposition accélère grandement le travail, reduit la durée des temps morts et évite les pertes de matières. c) un réservoir tampon N011 a été prévu pour recevoir les émulsions de cire en attente de centrifugation. Cette disposition permet de dégager immédiatement tout extracteur ayant accompli son elle, sans pour autant saturer les essoreuses. d) le contenu des "paniers" destiné à la préparation des provendes ayant subi l'extraction de la cire, doit autre soigneusement débarrassé de toute trace de solvant. A cet effet, les paniers - restés garnis d'une matière dont l'aspect n'est guère modifié bien que la cire en a été extraite sont introduits dans un séchoir chauffant N016 ou est vaporisé et recueilli le peu de solvant que la matière pourrait avoir retenu. e) l'appareillage combiné N01-9, a pour rale de concentrer la liqueur contenant les matières pectiques et de les récupérer. L'eau qui a permis la préparation de la solution sodique est également recueillie dans la citerne C. f) l'appareillage combiné pour la récupération de la lignose - dont une conception avantageuse, bien que non limitative de l'agencement du procédé nouveau - est composé de 1) la capacité N021, qui recueille le contenu liquide de l'autoclave d'extraction N020 et où est effectuée l'acidification, dont l'agent est logé dans la citerne N022; 2) un transporteur N023 de la lignose précipitee et de la liqueur sodique surnageante; 3) un dispositif de centrifugation N024 pour la séparation de la li queur sodique à régénérer de la lignose (qui reste dans le rotor de 1 'essoreuse); 4) 1 t appareillage N025, qui a pour roule la régénération de la soude. gE les différentes canalisations avec les vannes, les pompes et, d'une façon très générale, tous les accessoires de tuyauteries qui véhiculent les solutions. A noter, dans ce réseau de canalisations, trois capacités : a, b et c, qui contiennent respectivement la liqueur sodique à faible concentration, celle à concentration moyenne et l'eau à recycler. Il tombe sous le sens que le contenu des paniers-sortant du séchoir chauffant N016, comme celul sortant des autoclaves N017 et 20, sont dirigés vers les différents ateliers d'utilisation (provendes, textiles, cartons, papiers, panneaux, etc...) Pour etre complet, il y a lieu de mentionner que les opérations d'extraction ne doivent pas nécessairement suivre l'ordre adopté dans la description ci-dessus. A un autre point de vue, il n'est pas superflu d'indiquer que pour ne pas extrapoler démesurément les cotes des enceintes et des extracteurs, on peut avantageusement assembier en batteries des capacités de contenance moyenne, par exemple voisines de 2 à 3 mètres cubes de contenance. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Procéde de traitement chimique des vegétaux ayant pour objet l'extraction et la récuperation immédiate ou ultérieure des constituants principaux, permettant simultanément de recueil lir la cellulose intacte, caractérisé en ce que l'on effectue dans l'ordre ci-après, les opérations mentwonnées a) pour les colorants, dont notamment la chlorophylle, à l'ai de d'un solvant porté à une temperature qui dégage d'abondantes buées, c'est-à-dire legèrement en dessous du point d'e'bulli- tion; b) pour les cires, oléorésines-et graisses, à l'aide d'un sol vant léger porté à sa température d'ébullition, c'est-à-dire agissant en phase vapeur;; c) pour les matières pectiques, à ltaide d'une solution aqueu se alcaline, à faible concentration, portée à l'ébullition, sous la pression atmosphérique; d) pour la lignose, à l'aide d'une solution aqueuse alcaline à concentration moyenne, portée à l'ébullition sous une pression supérieure la normale, pouvant être voisine de 10 bars et, dans certains cas, supérieure à 15 bars. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour effectuer les opérations a) et b)r on peut, dans un souci de simplification, utiliser le meme solvant si on le choisit parmi les isomères et/ou les dérivés de ceux-ci, notamment les alcools et les ethers, soit des hydrocarbures aliphatiques satures comptant de 6 à 10 atomes de carbone, soit parmi les hydrocar bures cyclaniques comptant aussi 6 à 10 atomes de carbone, étant précisé que le choix préférentiel des isomères ou de leurs dérivés se justifie par leur point d'ébullition toujours inférieur à celui du point d'ébullition des hydrocarbures nor maux et des dérivés de ceux-ci. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alca linité des solutions utilisées en c) et d) découle toujours de l'emploi de sels sadiques qui peuvent etre X isulfites, des sulfates ou les deux mélangés mais préférentiellement l'hydro- xyde, deno,ié soude caustique dans le cozerce, tous sels étant déjà largement employés dans la préparation de la patte à papier où le but fondamental est d'obtenir la cellulose la mieux appro priée à sa destination, tandis que dans la présente invention, les opérations c) et d) ont pour objet de produire des matières pectiques en c) et de la lignose en d), récupérables et marchan des, bien que la cellulose ne soit pas dégradée pour autant. 4 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractéri sé en ce que la solution a), chargée de colorants, dont la chloropllylle, est évaporée à température modérée pour chasser le solvant, qui est recueilli, et pour récupérer les matières colorantes qui prennent une forme marchande, soit par une con centration sous vide, soit par dissolution dans des solvants inodores ou, a contrario, odoriférants, selon leur destination. 5 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractéri sé en ce que la solution b), chargée de cires et de substances connexes, est évaporée à siccité à une température nécessaire ment inférieure à 7500C, afin de chasser le solvant, qui est recueilli, et pour récupérer les cires et substances connexes qui prennent leur forme commerciale par moulage, lequel peut être précédé d'un blanchiment des cires pour les valoriser. 6 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractéri sé en ce que la solution c) est sousise à une déshydratation ménagée puis à un lavage abondant pour chasser l'alcali et en fin, à une concentration qui peut l'auener par degré à une consistance de plus en plus sirupeuse, jusqu'à la consistance solide qui rend possible une pulvérisation. 7 - Procédé selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce qué la solution alcaline concentrée utilise dans l'opération d), est, dès l'achèvement de celle-ci, acidifiée jusqu'à neutrali sation à un pH voisin de 7, ce qui a pour effet de libérer la lignose, qui précipite, et permet de réaliser, sous la solution neutre constituant le filtrat, une caustification connue en soi qui régénère l'alcali et rend possible son recyclage. 8 - Dispositif à l'échelle industrielle pour la mise en oeuvre de l'objet de l'une des revendications précédentes, caractérise par le fait que chacun des appareils ou machines est connu en soi mais que leur agencement est conçu suivant un schéma nou veau, rendant possibles à volonté toutes les opérations décri tes ou seulement certaines d'entre elles, étant précisé que par opération, il convient d'entendre aussi bien l'extraction dtun constituant que sa séparation du réactif qui a perme son isolement, que son conditionnement sous forme marchande et m8me la récupération1 la régénération, la rectification ou le réajustement des réactifs intervenants. 9 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, carac térisé par le fait que, préalablement à tout traitement chimi que, la matière végétale est logée dans un récipient métalli que appelé "panier", qu'elle ne quittera a aucun moment au cours des opérations auxquelles elle sera soumise, étant pré cisé que ce "panier", qui sera véhiculé mécaniquement par les engins de manutention, consiste en une sorte de seau cylindri que ou légèrement troncAnique, de contenance appropriée à la capacité de production de l'usine mais avantageusement voisine ou égale à 1 X en volume de la masse végétale journalière traitée. 10- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les "paniers", confectionnés en tôle résistante, ont - leur base et jusqutau tiers de la hauteur de leurs parois perforés de trous régulièrement répartis; - leurs parties perforées garnies intérieurement d'une toile métallique; -leur bord supérieur, le cas échéant, renforcé d'un profilé muni d'un système simple d'attache aux engins de manutention, composé par exemple dtun verrouillage et d'un dévérrouillage rapides ou de tout autre type de sécurité, y compris la sus pension électro-magnétique.