Brevet FR2501234A1 — publié le 19820910

O1234 La présente invention concerne une installation de préparation en continu de produits contenant du gluco- se, constituée d'un cylindre à presser, dans lequel est monté coaxialement un organe transporteur tournant et pouvant être entraîné et qui est muni d'un côté d'une ou- verture d'introduction de la matière et de l'autre côté d'une ouverture de sortie de la matière s'ouvrant lors- qu'une pression prescrite est dépassée. Pour des raisons économiques, on attache une très grande importance à la transformation de substances cellu- losiques en glucose. On connaît par la demande de brevet mise à l'inspection publique en République Fédérale d'Al- lemagne sous le No. 2 727 552 un procédé qui met en oeuvre de l'acide trifluoroacétique comme agent de décomposition ou comme catalyseur. La mise en oeuvre d'acide trifluoro- acétique pour la dégradation hydrolytique de substances cellulosiques en glucose a l'avantage déterminant de ne pas nécessiter la neutralisation de l'agent de décomposi- tion,parce que l'acide trifluoroacétique peut être éliminé entièrement par simple évaporation et peut être récupéré par condensation. En outre,l'utilisation d'acide trifluoro- acétique comme catalyseur donne un rendement élevé en subs- tances de décomposition sous la forme de glucose et une réaction de décomposition très rapide. Dans la demande de brevet mise à l'inspection publique en République Fédérale d'Allemagne sous le No. 2 727 552 mentionnée ci-dessus, on décrit sans doute pour l'exécution du procédé une installation travaillant en discontinu cqui n'est pas propre à favoriser la percée de l'utilisation en soi très avantageuse de l'acide trifluoro- acétique pour la réaction de décomposition. On a aussi rendu public en outre un procédé de décomposition sous la pression atmosphérique,qui ne donne également sue des rendements sans valeur du point de vue économique. C'est ainsi que pour exécuter ce procédé, on a besoin de récipients de macération en vue d'obtenir de longues durées de macération, de cuiseurs pour le réchauf- fement et la réaction des substances cellulosiques mélangées à l'acide trifluoroacétique et de réservoirs d'eau pour abaisser la concentration de l'acide trifluoroacétique. Il faut au total 45 minutes, suivate l'exemple 1, pour la trans- formation d'une seule charge de rognures de pellicules cellu- losiques transparentese Il est manifeste qu'lune telle suc- cession de dispositifs ne peut pas conduire à une fabrication de produits contenant du glucose qui puisse se justifier économiquement. L'inverntion vise une installationgrâce à laquelle on peut préparer en continu et très économiquement des pro- duits contenant du glucose, dans laquelle tous les stades opératoires à effectuer peuvent l'être dans une seule ins- tallation sans avoir à mettre en oeuvre pour cela des é- quipements divers comme par exemple des récipients de macé- ration, des appareils de raffinage,ainsi que des conduits de mise en communication avec interposition de vannes. Conformément à l'invention, dans le cylindre à presser est placé au moins un organe transporteur en forme de vis et le cylindre à presser présente successivement une zone d'alimentation, une zone de cylindre à broches et une zone d'injection de catalyseur. En montant au moins un organe transporteur agencé en vis dans un cylindre à presser qui présente successive- ment une zone d'alimentation, une zone de cylindre à broches et une zone d'injection de catalyseur, on obtient que les produits contenant du glucose sont introduits rapidement et économiquement dans 1 'installation, sont soumis à la pression très élevée allant jusqu'à 300 bars dans la région de cy- lindre à broches et y sont défibrés ainsi que chauffés par cisaillement jusqu'à 2500C et sont chargés d'acide trifluoroacétique dans la région d'injection de catalyseur. L'installation travaille donc d'une manière en- tièrement continue et à un débit très élevé. En variantel'installation peut être constituée de plus d'au moins un organe de transport, par exemple d'une vis dans la zone d'alimentation et dans la zone de cylindre à broches qui est entraînée par le côté de char- gement de la matière et d'une autre vis dans la zone d'injection de catalyseur qui est entraînée par le côté de sortie de la matière. Une telle installation a l'avantage déterminant de pouvoir tourner dans la zone d'injection de catalyseur à un nombre de tours plus grand ou plus petit que dans la zone d'alimentation et dans la zone de cylindre à broches, ce qui facilite une adaptation à des matières déterminées. Un mode de réalisation avantageux de l'instal- lation suivant l'invention consiste à prévoir dans un cylindre à presser continu un organe de transport passant dans les trois zones (zone d'alimentation, zone de cylin- dré à broches et zone d'injection de catalyseur). Cette installation est très favorable du point de vue du coût de la fabrication et en outre très ramassée et peu sujette à tomber en panne, parce que les trois zones de travail sont intégrées l'une dans l'autre sans aucune garniture d'étanchéité ni canaux ou tuyaux de mise en communication. Comme aussi l'organe transporteur n'est monté que d'un côté et dans la zone sous la pression atmosphérique, il ne peut se produire aucune sorte de fuite sous les pres- sions nécessairement très élevées qui règnent dans la zone de cylindre à broches et dans la zone d'injection de cata- 2501234! lyseur. Un autre mode de réalisation particulier prenant très peu de place d'une installation suivant l'invention prévoit de brider le cylindre à presser de la zone d'in- jeQtion de catalyseur verticalement et à angle droit sur le cylindre à presser de la partie d'alimentation et de cylindre à brochesainsi que d'entraîner ensuite l'organe transporteuridisposé également verticalement, de la zone d'injection de catalyseur par l'intermédiaire d'un engrenage conique par l'organe transporteur disposé hori- zontalement de la zone d'alimentation et de la zone de cy- lindre à broches. Dans la paroi latérale intérieure du cylindre à presser sont ménagées dans la zone d'alimentation des gor- ges axiales hélicoïdales, de même sens que le pas de la vis ou de sens opposé, afin de contrarier un entraînement en rotation de la matière saisie par la vis et ainsi d'aug- menter le débit d'alimentation. Les gorges peuvent avoir une section droite rectangulaire, carrée ou en forme de demi-cercle. La zone de cylindre à broches présente des bro- ches traversant radialement le cylindre à presser,allant à peu près jusqu'au fond du filet de la vis et dont les profondeurs de pénétration sont réglables, auxquelles sont associées des interruptions des crêtes hélicoïdales de vis, la largeur de ces interruptions correspondant au dia- mètre des broches. Dans la région de cylindre à broches, la matière subit un défibrage très poussé. Il s'instaure notamment cependant une pression très élevée parce que la matière est empêchée par les broches d'être entièrement entraînées avec l'organe transporteur et est pressée vers le plan de broche immédiatement voisin par les tronçons de crête de l'organe transporteurs se trouvant entre les divers plans de broches. Grâce à cette alimentation extraordinairement in- tense, la matière subit également un cisaillement très im- portant, ce qui crée beaucoup de chaleur dans la matière. On peut influer beaucoup sur la température dans le cylindre à presser en réglant la vitesse de rotation de l'organe transporteur. La température nécessaire pour une transformation rapide de substances cellulosiques chargées d'acide trifluoroacétique est obtenue exclusive- ment par le cisaillement de la matière dans le cylindre à presser, sauf pendant la phase de démarrage. Un réchauf- fement de la matière par cisaillement a le grand avantage que la température est obtenue dans toute la section trans- versale de chaque tronçon du cylindre à presser, en sorte que l'on peut renoncer au réchauffement habituel prenant beaucoup de temps et nécessitant beaucoup d'énergie par conduction de la chaleur dans les cuiseurs connus. La transformation rapide est bien assurée par le cisaillement extraordinairement intense de la matière, c'est-à-dire par le réchauffement rapide des substances dans toute la zone sous pression du cylindre à presser. En augmentant le volume de la zone d'injection de catalyseur du double au sextuple, on procure du volume libre pour l'acide trifluoroacétique injecté et pourde l'eau réchauffée,plus ou moins d'acide trifluoroacétique étant projeté suivant les substances cellulosiques à transformer ou la durée de la transformation. En variante, on peut aussi réaliser l'augmentation du volume par une diminution du diamètre du noyau de l'or- gane transporteur dans la zone d'injection de catalyseur. Une telle augmentation de volume a l'avantage de permettre de conserver constant le diamètre du cylindre à presser dans les trois zones. Il en résulte des avantages notables, notamment du point de vue de la fabrication du cylindre à presser. Des buses de projection de l'acide trifluoroacé- tique et de l'eau réchauffée traversent la paroi de la zone d'injection de catalyseur et sont dirigées sur l'axe de l'organe transporteur.. A cet égard,les buses de pro- jection peuvent faire saillie différemment à l'intérieur de la zone d'injection afin de favoriser une meilleure répartition de l'acide trifluoroacétique dans tout le vo- lune de la zone. Sur l'organe transporteur peuvent être montés dans la zone d'injection des éléments mélangeurs,qui sont disposés de manière inclinée et qui assurent un mélange intense et un transport de la matière vers l'ouverture de sortie. Afin d'initier déjà la réaction de transformation dans la zone de cylindre à broches, on peut monter, suivant un perfectionnement de l'invention, des buses de projection de catalyseur dans la zone de cylindre à broches. Dans la zone d'injection de catalyseur il faut maintenir un certain effet de transport, tout en mélangeant intensément les constituants. A cet effet,il est avanta- geux que dans cette zone aussi les buses de projection aillent jusqu'à à peu près le fond du filet et de- dispo- ser sur le noyau de l'organe transporteur des crêtes de vis dont le diamètre n'est que de peu inférieur à celui du cylindre dans cette zone. Les crêtes de vis sont bien entendu interrompues là o les buses d'injection vont jusque à peu près au fond du filet. Grâce à ce mode de réalisation très avantageux de la zone d'injection de catalyseur, on assure d'une part,par l'interposition des buses de projection entre les crêtes interrompues, une pression de transport très élevée comparable à la pression qui règne dans la zone de cylindre à broches. D'autre part,la projection du cataly- seur ainsi qu'un défibrage complémentaire des substances s'effectuent en même temps qu'un mélange intense et que l'alimentation en catalyseur et cela en outre dans divers plans,en raison des longueurs de pénétration différentes des buses dans la zone d'injection. Aux dessins schématiques annexés, donnés unique- ment à titre d'exemple: La figure 1 est une vue en coupe longitudinale du mode de réalisation préféré. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la surface latérale intérieure du cylindre à presser dans la zone d'alimentation munie de gorges. La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation,qont le cylindre à presser est continu et dont le diamètre du noyau de l'organe trans- porteur est diminué dans la zone d'injection de catalyseur. La figure 4 représente des éléments mélangeurs en forme de palettes dans la zone d'injection de catalyseur. La figure 5 est une vue en coupe suivant la li- gne V-V de la figure 4 dans un plan de buses de projection. La figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'une buse de projection ayant deux orifices de sortie. La figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation représenté très schématiquement en vue d'expliquer les possibilités d'entraînement séparés des deux côtés des organes transporteurs, et La figure 8 est une vue en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation ayant une unité d'injection de catalyseur disposée verticalement. Les matériaux contenant des substances cellulo- siques, comme par exemple du vieux papier, des copeaux de bois, de la paille et autres biomasses semblables sont chargés dans le récipient 1 sous forme pâteuse, sous for- me de rognures ou sous une forme semblable et parviennent dans le cylindre à presser 3 en passant par l'ouverture 2 de chargement de la matière. Le cylindre à presser 3 est subdivisé en trois zones, à savoir la zone 4 d'alimentation, la zone 5 de cylindre à broches et la zone 6 d'injection de catalyseur. Dans le cylindre à presser tourne l'organe 7 de transport qui, dans ce mode de réalisation, est cons- titué d'un organe qui passe dans les trois zones. L'organe 7 transporteur est mis en rotation par l'unité 8 d'entraînement et sa vitesse périphérique peut être réglée par paliers. Dans la zone 4 d'alimentation sont ménagées dans le cylindre à presser des gorges 9 axiales de sec- tion droite rectangulaire qui contrarient l'entraînement en rotation avec la vis de la matière et assurent ainsi une bonne alimentation en matière du cylindre à presser 3. La zone 5 de cylindreaà broches présente des broches 10èqui sont dirigées radialement sur l'axe de l'organe 7 transporteur,dont la profondeur de pénétration est réglable et qui peuvent être bloquées à l'aide d'é- crous il (figure 3). A la figure 3 sont représentés des emplacements 12 d'interruption des crêtes 13 de la vis, la longueur des interruptions correspondant à peu près au diamètre des broches 10,qui sont par exemple de forme cylindrique. Dans la zone 5 de cylindre à broches, la matiè- re est transportée par les crêtes 13 de la vis et est empêchée par les broches 10 d'être entralnée en rotation avec l'organe 7 transporteur. Il se crée ainsi une pres- sion très élevée allant jusqu'à 300 bars avec développe- ment simultané d'une chaleur intense en fonction de la vitesse de rotation de l'organe 7 transporteur parl'ef- fet du frottement interne (cisaillement) de la matière, la température atteignant jusqu'à 250C. La matière ain- si traitée pénètre dans la zone 6 d'injection de cataly- seur dans laquelle elle peut en raison de l'augmentation du volume séjourner en-fonction du réglage de la durée de réaction nécessaire. La durée de réaction peut être influencée par le nombre de tours de l'organe transporteur ainsi qu'en réglant la pression de la vanne 17. A l'aide de buses (14) d'injection (figures 1 et 3), on projette à la fin de la zone 5 de cylindre à broches de l'acide trifluoroacétique concentré pour initier déjà la dissolution des produits dans cette zone, ce qui per- met de diminuer la durée de transformation. Le chargement proprement dit de la matière en acide trifluoroacétique s'effectue dans la zone 6 d'injection de catalyseur. Par les buses 15 d'injection, on projette le catalyseur sous une pression dépassant cel- le qui règne dans cette zone. Comme en outre les buses d'injection,ainsi que le montrent les figures 4, 5 et 6, peuvent pénétrer à des profondeurs différentes dans la chambre 23 d'injection de catalyseur, on obtient aussi grâce à cette mesure un mélange intense du catalyseur à la matière. Dans la zone 6 d'injection de catalyseur, on projette de préférence de l'eau chaude en quantité dosée à l'aide des dernières buses suivant la direction de tra- vail afin de provoquer une hydrolyse intense. Les produits hydrolysés doivent être éjectés sous pression de la zone 6 par une vanne 17 fermant l'ou- verture 16 de sortie, puisque la vanne 17 ne s'ouvre que lorsqu'une pression prescrite est dépassée. Le produit transformé parvient ensuite dans un récipient 18 o l'acide trifluoroacétique s'élève vers le haut sous forme de vapeur et se onidense dans un dispositif raccordé à la vanne 19 en étant ainsi disponible pour une réutilisation. L'hydrolysat est soutiré par la vanne 20 et est envoyé à une installation de traitement ultérieur. La figure 2 représente le cylindre à presser 3 dans lequel sont ménagées des gorges 21 de section droite rectangulaire et qui s'étendent hélicoldalement suivant le pas de la crête 13 de la vis. A la figure 3,1'agrandissement du volume de la zone 6 d'injection de catalyseur est cbtenu par une dimi- nution du diamètre 7a du noyau de l'organe 7 de transport. Dans ce cas,le cylindre à presser 3 est continu, ce qui facilite nettement la fabrication et la rend moins coûteuse. La figure 4 représente également un organe 7 de transport ayant un noyau 7a dont le diamètre est diminué. Sur le noyau 7a de plus petit diamètre sont montés dans ce mode de réalisation des éléments 22 mélangeurs en forme de palettes qui sont un peu inclinés par rapport à l'axe de l'organe 7 de transport. Grâce à cette inclinaison, on obtient un effet de transport renforcé. Il est en outre représenté des buses 15 de pro- jection,qui font saillie dans la chambre 23 de transforma- tion,et des buses 15a,qui se terminent à la paroi inté- rieure du cylindre à presser 3. La figure 5 est une vue en coupe transversale correspondant à la figure 4 qui représente la disposition radiale des buses 15 d'injection. Ces buses sont dirigées sur l'axe de l'organe 7 de transport. Les longueurs sui- vant lesquelles les buses d'injection font saillie dans le cylindre à presser 3 sont différentes. Le numéro de ré- férence 24a caractérise une buse allant très loin,tandis que le numéro de référence 24b caractérise une buse d'in- jection plus courte. La figure 6 représente une buse 15 d'injection ayant un clapet 25 à bille, ainsi qu'un autre clapet 26 à bille disposé latéralement,à peu près à mihauteur afin d'obtenir une meilleure répartition du catalyseur dans la chambre 23. La figure 7 représente un mode de réalisation de l'invention à deux organes 27 et 28 transporteurs pouvant être entraînés séparément. L'organe 27 transporteur disposé dans la zone 4 d'alimentation et dans la zone 5 de cylindre à broches est constitué, comme représenté aux figures 1 et 3, et l'organe 28 transporteur est conçu comme dans la zone 6 d'injection de catalyseur représentée aux figures 1 et 3. L'organe 27 transporteur est entraîné par l'uni- té 29 d'entraînement et l'organe 28 transporteur par l'uni- té 30 d'entraînement. Ce mode de réalisation présente l'a- vantage déterminant que les deux organes 27 et 28 d'entrai- nement peuvent être entraînés à des vitesses périphériques différentes et assure ainsi une plus grande possibilité d'adaptation aux diverses exigences de la technique, par exemple à une durée de séjour abrégée ou allongée. Le mode de réalisation représenté à la figure 8 permet de placer l'installation sur un emplacement consi- dérablement réduit. L'unité 31 d'entraînement donne le mouvement de rotation à l'organe 32 transporteur etpar un engrenage 34 coniquedonne également le mouvement de rota- tion à l'organe transporteur de la zone 6 d'injection de catalyseur, cet organe-étant monté dans des paliers 35 et 36. La place dont a besoin cette installation est diminuée de moitié environ. 2501234! REVENDICATIONS 1) Installation de préparation en continu de pro- duits contenant du glucose, constituée d'un cylindre à pres- ser (3) dans lequel est monté coaxialement un organe (7) transporteur tournant et pouvant être entrainé et qui est muni d'un côté d'une ouverture (2) d'introduction de la matière et de l'autre côté d'une ouverture (16) de sortie de la matière s'ouvrant lorsqu'une pression prescrite est dépassée, caractérisée en ce que dans le cylindre à pres- ser (3) est placé au moins un organe (7) transporteur en forme de vis et le cylindre à presser présente succes- sivement une zone (4) d'alimentation, une zone (5) de cy- lindre à broches et une zone (6) d'injection de catalyseur. 2) Installation selon la revendication 1, caracté- risée en ce que dans le cylindre à presser (3) est placé un organe (7) transporteur continu et le cylindre à presser (3) est continu et présente successivement une zone (4) d'alimentation, une zone (5) de cylindre à broches et une zone (6) d'injection de catalyseur. 3) Installation suivant la revendication 1, caracté- risée en ce que dans la zone (4) d'alimentation et dans la zone (5) de cylindre à broches est monté un organe (27) transporteur,qui est entraîné par le côté de chargement de la matière,et dans la zone (6) d'injection du catalyseur est monté un organe (28) transporteur,qui est entrainé par le côté de sortie de la matière,et la zone (4) d'alimenta- tion, la zone (5) de cylindre à broches et la zone (6) d'injection de catalyseur sont disposées à la suite dans un cylindre (3) à presser continu. 4) Installation suivant la revendication T, caracté- risée en ce que le cylindre à presser de la zone (6) d'in- jection de catalyseur est bridé verticalement et en faisant un angle droit par rapport au cylindre à presser de la zone (4) d'alimentation et de la zone (5) de cylindre à broches et l'organe de transport disposé verticalement dans la zo- ne d'injection de catalyseur est entraîné par l'intermédiai- re d'un engrenage (34) conique par l'organe (32) de trans- port disposé horizontalement et à angle droit dans la zone (4) d'alimentation et dans la zone (5) de cylindre à broches. ) Installation suivant 1 une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que dans la paroi latérale intérieure du cylindre (3) à presser sont ménagées dans la zone (4) d'alimentation des gorges (21) axiales s'étendant h6licoi- dalement dans le sens du pas de la crête de la vis ou en sens opposé. 6) Installation suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la zone (5) de cylindre à broches présente des broches (10) radiales traversant le cylindre à presser (3), allant à peu près jusqu'au fond du filet de la vis et auxquelles sont associées des interruptions (12), de largeur correspondant à leur diamètre,des crêtes (13) de la vis hélicoïdale. 7) Installation suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la zone (6) d'injection du cata- lyseur du cylindre à pressem (3) présente un volume double à sextuple de celui de la zone (5) de cylindre à broches. 8) Installation suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la zone (6) d'injection du cata- lyseur présente des buses (15) de projection traversant ra- dialement le cylindre à presser et sur la vis tournante dans la région d'injection de catalyseur sont montés des éléments (22) mélangeurs favorisant le transport. 9) Installation suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que dans la zone (5) de cylindre à broches sont montées en outre des buses (14) de projection de catalyseur. ) Installation suivant l'une des revendications 1 à 4 ou 8, caractérisée en ce que les buses (15) de projection traversant radialement le cylindre (3) à pres- ser dans la région (6) d'injection du catalyseur vont à peu près jusqu'au fond du filet de la vis ou présentent une profondeur (24, 24b) de pénétration différente et des interruptions des crêtes de la vis,de largeur correspon- dant aux buses de projection,leur sont associées. 11) Installation suivant l'une des revendications 1 à 4 ou 8, caractérisée en ce que sur la vis sont montés dans la zone (6) d'injection du catalyseur, de manière à favoriser le transport, des éléments (22) de mélange en forme de palettes distinctes râclant la paroi latérale in- térieur du cylindre à presser.