Brevet FR2661696A1 — publié le 19911108

La présente invention se rapporte à un procédé et à une installation de cuisson d'une masse pâteuse ou semi-solide de matières ligno-cellulo- siques imprégnées de solutions d'hydroxydes ou de sels de métaux alcalins ou alcalino-terreux. Des procédés de préparation de pâte cellulosique par traitement des matières ligno-cellulosiques dans lesquels la cuisson s'effectue en phase solide, sont déjà connus, par exemple du brevet FR-A-2 542 021. Le procédé décrit dans ce brevet consiste à opérer la cuisson dans un cylindre chauffé exclusivement de l'extérieur, sans addition directe de vapeur d'eau, d'une masse pâteuse de matières cellulosiques, imprégnée de bases alcalines ou alcalino-terreuses, dont on a ajusté la teneur en solution d'imprégnation retenue à une valeur relativement faible et dont la teneur en hydroxydes; ou sels absorbés au cours de l'imprégnation est relativement élévée L'imprégnation préalable s'accomplit notamment dans des conditions telles, que le rapport de la liqueur d'imprégnation retenue (L.I) et de la matière sèche (M S) est égal ou inférieur à 2. Dans de telles conditions, la matière que l'on soumet à la cuisson est presque solide et la cuisson présente des difficultés, notamment en raison de la répartition non homogène de la chaleur cédée par la paroi du four. On a déjà proposé, notamment selon la demande de brevet français na 88 15085, d'assurer un meilleur contrôle de la température au cours de la cuisson et de réduire au maximum des variations de température au sein de la masse traitée en contrôlant les modalités de remplissage et le rythme d'avancement de la masse dans un cylindre horizontal chauffé extérieurement et pourvu d'une vis centrale à pales ou ailettes. La consommation d'énergie de chauffage étant liée en grande partie à la teneur en eau des matières ligno-cellulosiques imprégnées, on a intérêt à diminuer le plus possible le rapport L I /M S, par exemple en opérant avec un rapport de 0,7 à 1,3. On constate toutefois, qu'en dessous de 1,3 des problèmes d'échange ther- mique avec la paroi du cuiseur se posent avec beaucoup d'acuité, ce qui a pour effet d'augmenter la durée de cuisson. Or, on a constaté de façon surprenante, que l'on pouvait surmonter cette difficulté et même travailler avec des matières ligno-cellulosiques imprégnées avec un rapport L I /M S inférieur à 1, jusqu'à des valeurs de 0,7 à 0,8, en soumettant les matières imprégnées à l'action de la vapeur vive. Le procédé selon la présente invention est caractérisé en ce qu'on soumet les matières imprégnées avant leur introduction dans le cuiseur au traite- ment à la vapeur vive sous une pression égale ou supérieure à celle exis- tant dans le cuiseur de façon telle, qu'une partie de la vapeur cédant sa chaleur sensible à la matière imprégnée et se condensant, assure le pré- chauffage et la pénétration de la liqueur d'imprégnation jusqu'au coeur de la matière. Un tel préchauffage a également pour effet une legère remontée du rap- port L I /M S, puisqu'une partie de la vapeur se condense. De préférence, on soumet à l'action de la vapeur vive des matières im- prégnées dont le rapport L I /M S peut varier entre 0,7 et 1,3. La pression de vapeur peut varier entre 5 et 10 kg/cm 2. C'est ainsi, que la matière imprégnée subissant par l'action de la va- peur vive une augmentation de température d'environ 1000 C-, on constate une augmentation du rapport L I /M S dans les proportions suivantes. Pour une valeur initiale L I /M S de 0,7, on passe après l'application de la vapeur vive à 0,92. Pour une valeur initiale de L I /M S de 0,8, après traitement à la vapeur, ledit rapport est de 1,04. Cette manière d'opérer permet de réduire le temps de cuisson d'une façon considérable, c'est à dire de la moitié,ou mieux 1 du temps nécessaire sans action préalable de la vapeur. L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus comprenant un cylindre chauffé extérieurement et pourvu d'une vis centrale à pales ou ailettes et qui est caractérisée en ce que le dispositif d'alimentation du cylindre en matière imprégnée comporte un sas relié à une conduite de vapeur vive. D'autres particularités de l'invention apparaîtront à la lumière de la description des exemples de application de l'invention réalisée dans une installation de cuisson présentée à la figure annexe. Le cuiseur selon l'invention comporte un cylindre à double enveloppe 1 parcourue par l'huile chaude, dans l'axe duquel est placée une vis hori- zontale 2 dont les pales inclinées 3 sont séparées par des pales non incli- nées 4 La rotation de la vis est assurée par un moteur 5. L'entrée et la sortie de matières sont situées aux extrémités opposées du cylindre, chacune comportant un sas, 6 et 7, muni de pistons pousseurs. Le sas d'entrée 6, aux ouvertures duquel sont placées les vannes 8 et 9, est relié par l'intermédiaire d'une conduite munie d'une vanne 10 à une source de vapeur vive La même conduite peut également être branchée à l'air libre par l'intermédiaire d'une vanne 11, pour l'évacuation de la vapeur ayant servi. Exemple 1. 500 kg de bagasse à 65 % de siccité sont imprégnés avec 17 kg de CO 3 Na 2 anhydre en poudre et 40 kg de soude caustique en poudre. Sur la masse en agitation énergique, on pulvérise 300 ml d'eau à 90 ou 950 C et on maintient l'agitation pendant une dizaine de minutes. On obtient une masse homogène fibreuse facile à manipuler de couleur jaune paille dans laquelle L I /M S est de 0,8. La bagasse imprégnée pesant 587 kg est séparée en deux parties. La première partie est traitée dans le cuiseur sans préchauffage à l'aide de la vapeur avec une durée de cuisson de 20 minutes à une tempé- rature de 165-168 C. La deuxième partie est traitée avec préchauffage à la vapeur pendant secondes à la pression de 7,5 kg/cm 2 avant l'introduction dans le cuiseur La durée de cuisson est de 10 min à la température de 165-168 C. Les résultats ont été les suivants. Temps Température Traitement à la Indice Kappa Taux d'incu o de séjour vapeu ler lot 20 min 165-168 C non 27 1,5 % 2 me lot 10 min 165-168 C 30 sec, 7,5 kg 15 0,3 % On constate, malgré une durée de cuisson réduite, une meilleure cuisson (kappa inférieur) et une pâte plus homogène (taux d'incuits inférieur). Exemple 2 On utilise du kenaf coupé à longueur moyenne de 3 cm La plante entière est utilisée à l'exception des feuilles La fibre corticale n'est pas séparée. 400 kg de kenaf à 84 % de siccité sont mélangés énergiquement avec 20 kg de carbonate de soudre anhydre en poudre et 47 kg de soude caustique en poudre. Tout en maintenant l'agitation, on pulvérise sur la masse 121 litres d'eau à 90-95 C et on maintient l'agitation pendant 10 min. Le rapport L I /M S est de 0,75. Comme précédemment, le kenaf imprégné est séparé en deux lots Le premier est introduit dans le cuiseur sans traitement préalable à la vapeur et la durée de cuisson est de 30 min à-165-168 C. it Le deuxième lot est traité pendant 30 sec à la vapeur sous pression de 7,5 kg/cm 2, puis introduit dans le cuiseur La durée de cuisson est de min à 165-168 C. Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau syivant. Temps Température Traitement à la Indice Kappa Taux d'incuit de séjour vapeu ler lot 30 min 165-168 C non 31 1,6 % 2 me lot 15 min 165-168 C 30 sec, 7,5 kg 18 0,2 % Selon cet exemple on constate également que, malgré une durée de cuisson plus courte, le traitement à la vapeur permet une meilleur cuisson et l'obtention d'une pâte plus homogène. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisaton présentés, elle est susceptible de variantes à la portée de l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 Procédé de cuisson de matières ligno-cellulosiques imprégnées de solu- tions d'hydroxydes ou de sels de métaux alcalins ou alcalino-terreux, le rapport en poids de la solution retenue au cours de l'imprégnation et de la matière sèche étant inférieur à 2,dans un cuiseur, caracté- risé en ce qu'on soumet les matières imprégnées avant la cuisson à un traitement à la vapeur vive sous une pression égale ou supérieure à celle existant dans le cuiseur de façon telle, qu'une partie de la vapeur cédant sa chaleur sensible à la matière imprégnée et se conden- sant, assure le préchauffage et la pénétration de la liqueur d'impré- gnation jusqu'au coeur de la matière. 2 Procédé de cuisson selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soumet à l'action de la vapeur vive des matières imprégnées dont le rapport en poids de la solution retenue et de la matière sèche peut varier entre 0,7 et 1,3. 3 Procédé selon la revendication l ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise la vapeur à une pression de 5 à 10 kg/cm 2 - 4 Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendi- cations l à 3, comprenant un cylindre ( 1) chauffé extérieurement et pourvu d'une vis centrale ( 2) à pales ou ailettes ( 3), caractérisée en ce que le dispositif d'alimentation du cylindre en matière imprégnée comporte un sas ( 6,8,9) relié à une conduite de vapeur vive ( 10).