Procédé et installation pour l'hydrolyse des matières cellulosiques et analogues. La présente invention se rapporte à un procédé pour l'hydrolyse de matières cellulo siques et analogues par traitement en milieu liquide acide et en présence d'un mélange des gaz C02, C0,<B>CH'</B> et H barbotant sous pres sion en vue de l'obtention de sucres ou glu- eoses non destinés à l'alimentation.
Par "matières analogues"., on entend ici les produits naturels contenant des celluloses proprement dites associées à d'autres consti tuants, par exemple le bois, les écorces, la paille, les balles de céréales, les varechs, les roseaux, la tourbe, les coques d'arachides; tous ces produits contiennent outre les cellu loses proprement dites (a, P, y), des sub stances associées qui peuvent être des hexo- sanes, des pentosanes, de la lignine, des graisses, des matières pectiques, de l'hydro- cellulose, etc.
Le présent procédé vise plus particulièrement l'hydrolyse des celluloses et des pentosanes ainsi associés à des consti tuants souvent gênants, et la séparation des hexoses et pentoses obtenus par le traite ment.
Suivant cette invention, on effectue l'hy drolyse en soumettant chaque masse de ma tières successivement à l'action de plusieurs jus acides provenant au moins en partie d'opérations antérieures sur d'autres masses des mêmes matières et finalement à l'action d'eau acidulée, à des températures d'abord peu élevées, pour transformer une partie des matières en pentoses, qu'on élimine par souti rage, puis à des températures de plus en plus élevées pour transformer d'autres parties des- dites matières en glucoses industriels, qu'on recueille à leur tour par soutirage et qu'on neutralise et filtre,
la pression sur le liquide en contact avec les matières étant graduelle ment élevée en concordance avec la tempéra ture, de façon qu'elle surpasse toujours la tensïon de vapeur de ce liquide, la concen tration en acide de celui-ci allant en dimi nuant graduellement et la dilution des ma tières dans ce liquide allant en augmentant, ces températures, pression, concentration et dilution étant ainsi choisies en vue de pro duire l'hydrolyse optima des divers consti tuants des matières traitées et de manière successive dans l'ordre correspondant à leur difficultè d'attaque.
L'invention comprend également une ins tallation pour la mise en oeuvre (le ce pro cédé.
La saccharification de la cellulose au moyen d'acide dilué employé à chaud. acide sulfurique ou autre, est connue. Cependant à l'heure actuelle les divers procédés existants ne réalisent pas la transformation intégrale. rationnelle et économique des matières cellu losiques telles qu'elles se trouvent dans la nature parce que leurs constituants s'hydro lysent chacun dans des conditions différentes.
La rigidité des procédés antérieurs permet plus ou moins bien la saccharification d'un t# cellulose théorique, mais provoque dans leur application pratique la. destruction de certains produits formés pendant qu'on poursuit l'ac tion sur d'autres composants moins facile ment hydrolysables. La séparation de ces produits d'hydrolyse ne peut être réalisée dans ces conditions.
D'autre part, l'action brutale de ces procédés oblige: soit à traiter les matières en présence de grandes quantités de liquides acidulés en supportant l'inconvé nient d'obtenir, à l'issue du traitement, des jus beaucoup trop peu concentrés en suer; pour des applications industrielles économi ques; soit à traiter les matières par des quantités plus minimes de liquides acidulés, en supportant l'inconvénient de détruire un- partie des sucres formés, et d'avoir en trai tement des masses compactes de matière dont le tassement oblige à. des complications d'ap pareillage.
La. présente invention permet d'éviter ces inconvénients, de réaliser en conséquence de hauts rendements et de fortes concentrations en sucres, en réduisant les quantités d'acides et de chaleur mises en jeu.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple. deux formes d'exécution de l'ins tallation pour la mise en oeuvre du procédé. Les installations représentées permettent d'appliquer exactement la marche donnant le maximum de rendement en sucres et de dimi nuer la formation de produits secondaires qui gênent des opérations ultérieures telles que la fermentation alcoolique.
A cet effet, ces installations permettent de modifier, pour chaque matière traitée, le nombre de .,circulations" et de "phases de traitement", et dans chaque phase le nombre et les températures des différents ,,éche lons" en faisant varier à volonté les quan tités relatives d'eau acidulée et de matière solide ainsi que la concentration en acide.
Par "circulation", on entend ici un en semble de déplacements de liquides acides et jus sucrés, qu'on peut séparer par un tam pon d'eau acidulée pure des liquides qui figurent dans une opération semblable voi sine.
On entend par ,.phase" l'ensemble des traitements destinés à réaliser un jus soutiré d'une certaine qualité; par exemple tous les traitements destinés à produire du jus glu cosé sont réunis sous le nom de "phase de saccharification".
On entend par "échelon de traitement" l'ensemble des caractéristiques (température, niveau de liquide, concentration d'acide, pres sion de gaz) d'un saccharificateur à un cer tain moment du traitement.
Enfin. ces installations sont. établies pour éviter. dans les saccharificateurs, le tas sement de la matière solide pendant l'hydro lyse. pour réaliser une bonne répartition des gaz dans la masse et pour faciliter la sortie de la matière après traitement; elles sont éga lement établies pour assurer, dans le souti rage des jus, l'élimination des matières vola tiles telles que furfurol, acide acétique, acide formique, etc. qui pourraient gêner la fermen tation, cette dernière condition étant réalisée par un appareil et dispositif de neutralisation partielle, sous pression de gaz, suivie d'une évaporation sous vide.
Les fi-. 1 et 2 représentent l'ensemble de la première installation avec les connexions des différents appareils reliant entre eux les différents postes.
La fig. 3 représente la coupe d'un saccha- rificateur.
La fig. 4 représente la vue du même saccharificateur avec ses accessoires et ses dispositifs de conduite et de régulation.
La fig. 5 représente un ballon de chauf fage d'eau acidulée avec ses accessoires et dispositifs de conduite et de régulation.
La fig. 6 représente la colonne de neutra lisation partielle sous pression de jus sou tirés.
La fig. 7 représente l'appareil d'évapo ration partielle de jus soutirés appelé "bouillisseur" avec ses dispositifs de régu lation.
La fig. 8 représente un ballon de régula tion des pressions de gaz dans les sacchari- ficateurs.
La fig. 9 représente schématiquement une installation d'ensemble simplifiée, sans les détails figurés aux fig. 1 et 2 et avec quel ques modalités différentes de réalisation.
On retrouve dans les fig. 1 et 2, qui à elles deux représentent le schéma général de l'installation de saccharification, l'indication des canalisations communes aux deux fi gures et dont le repérage peut se faire, d'une part, sur le bord droit de la fig. 1 et, d'au tre part, sur le bord gauche de la fig. 2.
v1 représente une canalisation de vapeur à haute pression (30 kg, par exemple); v2 représente une canalisation de vapeur à basse pression (3 kg, par exemple); a, représente une canalisation d'air comprimé servant dans les saccharificateurs pour les opérations de lavage de la matière cellulosique épuisée. a2 représente une canalisation d'évacuation de l'air contenu dans la matière cellulosique au début de son traitement. g1 représente une canalisation d'un gaz provenant de destruc tions de sucre et hydrates de carbone di vers au cours d'opérations antérieures, à la pression maxima d'emploi (25 kg, par exem ple);
ce gaz est un mélange de C02, C0, H, <B>CH',</B> etc., g2 représente une canalisation du même gaz en connexion avec le gazomètre à pression voisine de l'atmosphère; en g3, on a représenté les canalisations de retour des gaz provenant des saccharificateurs à diffé rentes pressions. s1 représente une canalisa tion d'eaux acidulées chaudes provenant des ballons 100 et 101. s2 représente une canali sation d'eaux acidulées chaudes provenant des ballons 102 et 103. s3 représente une canalisa tion d'eau acidulée tiède provenant du bac 104.
h représente une canalisation d'eaux tièdes, venant du bac<B>106</B> où sont recueillies les eaux chaudes ces condenseurs, ces eaux servent au lavage des matières épuisées dans les saccharificateurs. <B>1,</B> représente une cana lisation de retour d'eaux de lavage aux bacs 105 après leur passage aux saccharificateurs. e représente une canalisation d'eau d'alimen tation des ballons de vapeur régulateurs de température des saccharificateurs.
Sur la fig. 2: v3 représente les canalisations de vapeur de chauffage venant des ballons régulateurs aux saccharificateurs. b représente les cana lisations de liaison des saccharificateurs du bas au bas des appareils successifs. h repré sente les canalisations de liaison des saccha- rificateurs du bas au haut des appareils succes sifs.
j, représente les canalisations de souti rage des jus obtenus à basse température (jus appelés aussi jus pentosés). j2 représente les canalisations de soutirage des jus obte nus à haute et moyenne température (jus appelés aussi jus glucosés). d représente les canalisations d'égout. c, représente les cana lisations d'entrée du lait de chaux, ou autre produit, pour la neutralisation partielle sous pression.
c2 représente les canalisations d'en trée du carbonate de chaux, ou autre produit, pour la neutralisation définitive.
Les ballons 100,<B>101,</B> 102, 103 de la fig. 1 construits, par exemple, en acier plombé intérieurement à la goutte, comportent des accessoires représentés sur la fig. 5. Les ni veaux, dans ces ballons, sont maintenus, pour chacun d'eux, par un jeu de soupapes automatiques à l'entrée et à la vidange.
En 191 (fig. 5), on a représenté un tube de niveau en bronze (par exemple) dans le- quel un flotteur magnétique, par exemple, ou bien un système de contact électrique, agit sur des relais représentés en 1.92 el, 194.
Quand le niveau du liquide dans le ballon et son tube de niveau arrive et tend à. dépas ser le relais 192, celui-ci agit sur un système électrique ou mécanique qui ferme la vanne 193 d'entrée des eaux provenant des bacs 10-ï par la pompe<B>115;
</B> quand le niveau du li quide tend à descendre au-dessous du relais 194, celui-ci agit pour fermer la vanne 1.9.5 de sortie des eaux vers les saccharificateurs par les canalisations s, et s_. Le ballon étant jaugé en rapport avec une échelle portée "par le tube 191, on dispose d'un moyen de con duite et de contrôle des quantités d'eaux aci dulées préparées et envoyées aux saccharifi- cateurs.
Chacun des ballons 100, 1.01,<I>102,</I> 103 comporte un système de chauffage par bar botage de vapeur 196 (fi<I>el</I> l,-. 5) également ré- blable à. la température voulue: à cet effet, un thermostat réglable 198, plongé dans le liquide du ballon, agit sur la vanne de va peur<B>197</B> pour ouvrir ou fermer la vapeur venant de la canalisation i@, (fig. 1). suivant que la température du liquide est inférieure ou supérieure à la température voulue pour le chauffage.
Les ballons 100. 101, 102, 103 sont main tenus en communication constante avec la ca nalisation de gaz g, provenant du ballon 117 et du réchauffeur 118 ou retournant à ce vase par le ballon de purge 159 et son pot de neutralisation 160; la vapeur de chauffa---e provenant de r, est. à une pression (30<B>kg.</B> par exemple) supérieure à la pression cons tante où se trouvent les ballons (25<B>kg.</B> par exemple).
3 chaque ballon de chauffage des eaux acidulées est joint, par le robinet 201, un des ballons 110, 111, 1l2, 113 (fig. 1 et fi-. 5) jaugeurs d'acide provenant du bac en charge 107 à. niveau constant, ce bac. étant lui-même alimenté par le bac 119 et grâce au monte- acide 120. Les ballons jaugeurs (fig. 5) peu vent être mis en équilibre de pression avec le ballon de chauffage correspondant par la tuva,ulerie 199 et son robinet. Les ballons jaugeurs peuvent être mis à la pression atmo sphérique par le robinet 200.
Le bac 104, avec sa jauge d'acide 114, p -rivet également de préparer de l'eau aci dulée chaude à ime température inférieure à 11(_i ".
Les ballons 100 et 101. par la canalisa tion s, serviront à l'envoi des principales masses d'eau les saccliarifiea- acidulée dans lcurs qui soit aux plus hautes températures; en l00, on préparera de l'eau acidulée à <B>1.83"</B> C par exemple, en 101, on préparera de l'eau acidulée à 175') C. par exemple, le pourcentage d'acide sulfurique pouvant être de<B><I>0.5</I></B> à 1.5ô par exemple.
Les ballons 102 et 103. par la canalisation s_, serviront -i l'envoi de masses d'appoint d'eaux acidulées chaudes dans certains saceliarificateurs pour rétablir les tempéra s ure s des liquides aux points voulus et ré duire au miirimum le chauffage des saccha- rificaieurs par l'enveloppe de vapeur.
Le bac 104, par la canalisation s, ser vira à l'envoi d'eau acidulée chaude pour le préchauffage de la matière cellulosique im- inédiatement après ou pendant son charge ment.
Dans chaque ballon, le réglage de l'aci- dilé peut être différent, ce qui introduit une grande souplesse dans l'hydrolyse aux di verses températures.
Le déplacement du liquide des ballons aux saccharificateurs se fait uniquement par pression de gaz, en amenant la pression dans Jus.saccharificateurs à une pression légère- nient inférieure à la pression maxima.
Dans la fi-. ? sont représentés les saccharificateurs A. 13, H. c'est-à-dire trois appareils sur une batterie contenant normale ment huit appareils, 202 représente une tré mie de chargement de matière cellulosique d'un des saceharifieateurs par sa porte supé rieure.
L'emploi de plusieurs trémies per mettra d'effectuer le chargement, dans cha que saecharificaleur. en disposant des lits successifs de matières cellulosiques qui pour raient être de compositions ou de textures différentes, ce qui améliorera 1a circulation des liquides à travers la masse.
Le corps de chaque saccharificateur est composé de plusieurs sections, chaque section comprenant une enveloppe intérieure 121 (fig. 3 et 4) en acier plombé à la goutte, par exemple, résistant à la pression maxi mum d'emploi. (25 kg, par exemple), et une enveloppe extérieure 122 formant chemise de vapeur, avec un élément de dilatation 123, un soufflet de dilatation par exemple.
Les trois sections cylindriques du saccha- rificateur (fig. 3) sont identiques. Entre cha cune d'elles se trouve un filtre cylindrique 145, en bronze par exemple.
A la partie supérieure du saccharificateur, une pièce 124, avec sa porte 124bis, permet de maintenir une pièce, en bronze par exem ple, représentée en 125; cette pièce reçoit les liquides arrivant au haut du saccharifica- teur et les répand dans l'appareil à travers un filtre tronconique fixe; on sépare ainsi les liquides des gaz restant dans l'intervalle 126 ou circulant par le filtre mobile 127.
La pièce inférieure 128, en acier plombé à la goutte, avec sa large porte 128bis à fer meture rapide et autoclave, permet la sortie des jus par deux tubulures<B>129</B> et<B>130;</B> la tubulure 129 reçoit les jus traversant le filtre tronconique fixe 131; la tubulure 130 reçoit les jus traversant le filtre horizontal 132, filtre mobile fixé à la porte 128bis; chacune des tubulures ci-dessus correspond à des filtres de sécurité 122 et 134 évitant l'en traînement de matières solides dans les tuyauteries.
Un répartiteur circulaire 135 de gaz sous pression venant de la tubulure 136 et de la canalisation g, permet de distribuer le gaz en fines bulles à la base de l'appareil.
Chacune des trois sections 121 de l'enve loppe intérieure porte à sa partie supérieure deux tubulures de liquides<B>137</B> et 138. Pour la section supérieure, ces deux tubulures ser vent à l'arrivée des liquides à travers la pièce 127 du saceharificateur; pour les deux autres sections, ces tubulures communiquent avec les filtres cylindriques 145 cloisonnés chacun en deux parties, l'une correspondant à la sortie 137 et l'autre à la sortie 138;
la tubulure 137 sert, pour l'opération de brassage inté rieur, à la prise dans le saccharificateur de liquides qui, par la canalisation 139 (fig. 4) se rendent à la pompe 140 et sont refoulés à la base de l'appareil par la canalisation 141; la tubulure 138 dans les deux sections infé- rieures sert à la prise de liquide pour le tube de niveau 142, à flotteur magnétique ou à fonctionnement électrique qui agit comme le niveau 191, déjà décrit, du ballon de chauf fage 100.
Des vannes d'entrée et de sortie de li quides dans le saccharificateur sont comman dées par l'intermédiaire de relais électriques pour maintenir le niveau des liquides entre deux limites fixées pour chaque échelon de température.
Les doubles enveloppes de vapeur 122 re çoivent du ballon 146 de la vapeur entrant par les tubulures 147, les purges se faisant par les sorties 148; la vapeur produite dans le ballon 146 est obtenue à une pression et température fixées par les besoins de chauf fage du saccharificateur à l'échelon envisagé; à cet effet, un niveau d'eau constant est réa lisé en 150 dans le ballon (fig. 4) par une arrivée, en 149, d'eau sous pression prove nant de la canalisation e; par ailleurs, la ca nalisation de vapeur v, à haute pression dé bouche par la vanne 151 commandée par le thermostat ou le manostat réglable 152.
Chaque saccharificateur comporte une pompe de brassage 140, et une soufflante de gaz 155, permettant une prise de gaz en 126 par la tubulure 154 pour le refouler au ré partiteur 135 (fig. 3) à la partie inférieure de l'appareil.
Des arrivées de gaz provenant de la cana lisation g, peuvent se faire en 136 et le ré partiteur 135 au bas de l'appareil et, en 153, en haut de l'appareil, pour rétablir la pres sion maxima.
La tubulure 154 est branchée sur la sortie d'air a2 (fig. 2) et les sorties 156 de gaz communiquant avec les canalisations g3. Chaque canalisation g3 est en communica tion avec un ballon équilibré<B>157</B> (fi*<B>1</B> et fi-. 8); chaque ballon étant maintenu à une pression fixe, d'ailleurs différente pour cha que ballon. L'échelonnement de ces pressions permet tme circulation régulière des liquides dans la batterie de saccharificateurs pendant la période de déplacement des liquides;
à ce moment, chaque saccharificateur en service a été mis en communication avec le ballon<B>157</B> à pression convenable correspondant à l'éche lon de traitement de la matière cellulosique du saccharificateur.
En 158 (fig. 1), on a. représenté les con- denseurs où les gaz de retour des saecliari- ficateurs sont nettoyés des acides condensa- bles qu'ils contiennent; 160 représente des pots de neutralisation au lait de carbonate de chaux où les dernières traces d'acide sont arrêtées. Les gaz peuvent ainsi faire retour aux compresseurs.
161 représente une soupape réglable dont la pression d'amont est celle du réservoir 117 (à 25 kg de pression, par exemple) et qui s'ouvre si la pression d'aval (celle du ballon 157) descend au-dessous d'une pression fiée pour le réglage; une des pressions étant, par exemple, 19 kg; cette soupape fonctionnera donc par différence entre la pression d'aval et la pression atmosphérique (ou celle du gazomètre) à la manière d'un détendeur.
La soupape 162 est une soupape réglable dont la pression d'amont est celle du ballon 157 et la pression d'aval celle d'un des ré servoirs à gaz, par exemple le réservoir<B>167.</B> Ce réservoir a lui-même une pression com prise entre deux limites, par exemple 12 kg et 17 kg. La soupape 1.62 s'ouvrira., par exemple, si la pression en 157 monte à 20 kg, à la<B>,</B> manière d'une soupape de sûreté débi tant dans un réservoir intermédiaire<B>167.</B>
Le ballon<B>157</B> examiné sera donc main tenu à une pression comprise entre 19 e t 20 kg. Les autres ballons de gaz fonction neront de la même manière sur des pressions différentes.
On pourra ainsi réaliser dans les diffé rents saccharificateurs tout un échelonne- ment de pressions qui permettra la circula tion des liquides à travers la. batterie de saceharificateurs.
Dans la fig. 1. 163 représente un gazo mètre à gaz, 165,<B>167,</B> 169 et<B>117</B> des ballons de gaz sous pression, 164, 166,<B>168</B> des com presseurs fonctionnant chacun à un étage de pression. Le gazomètre est à pression cons tante (voisine de la pression atmosphérique) et à, volume variable, les réservoirs 165 et 167 à volumes fixes sont à des pressions maintenues, pour chacun, entre deux limites;
le réservoir<B>167</B> est maintenu, par exemple, entre 12 et 17 kg par les deux effets con jugués suivants: le compresseur 166 se met en marche dès que la pression du réservoir 16î tombe au-dessous de 12 kg pour s'arrê ter quand la pression atteint 13 kg et, d'au tre part, lorsque la pression en 167, par suite des retours de gaz, monte au-dessus de 17 kg, une soupape 171 (analogue à la soupape 162) fait écouler l'excédent de gaz vers le réservoir à pression inférieure 165.
Le jeu combiné de ces diverses actions a pour effet de diminuer le travail des com presseurs tout en réalisant avec précision les circulations de gaz nécessaires au procédé.
Complémentairement <B>172</B> et<B>1.73</B> repré sentent un compresseur et un réservoir d'air qui servent pour les mouvements de li quides pendant le lavage des sciures épuisées.
Le dispositif pour le soutirage des jus est le suivant: Dans la fig. 2, 174, corres pondant à la canalisation<B>il,</B> représente l'ar rivée au bac de jaugeage 176 du jus soutiré à basse température; 177 représente le bac d'attente de ce jus. 175 correspondant à la ca nalisation j_ représente l'arrivée à la colonne 180 du jus soutiré à moyenne et haute tem pératures. Ce dernier jus est. soumis à une série d'opérations qui tendent à éviter la destruction des sucres et à éliminer les ma tières volatiles pouvant gêner ultérieurement les fermentations.
cet effet, le jus entre dans un appa reil 178, débiteur indicateur et enregistreur (fig. 6) qui, par ailleurs, entraîne un autre débiteur 179 à lait de chaux. Les deux dé- biteurs sont conjugués de telle sorte que, pour chaque quantité de jus sucré acide pas sant par le débiteur 178, il passe par le dé biteur 179 une quantité de lait de chaux pouvant neutraliser environ '111u de l'acide sulfurique contenu dans le jus.
Les deux débiteurs 178 et 179 débouchent clans la colonne 180 (fig. 2) où les liquides sont brassés par l'effet de la surface héli coïdale indiquée sur la fig. 6. La. colonne 180 est maintenue à une pression constante, par exemple 12 kg, par connexion par une cana lisation g. avec un des ballons de régula tion 157.
Le liquide dans la colonne restera entre deux niveaux fixés à l'avance, par l'action d'un système 181 à flotteur, par exemple, agissant sur les soupapes 182 d'entrée et 183 de sortie.
Le jus, partiellement neutralisé en 180, entrera chaud dans le bouillisseur 184 où se produira une détente. Les plateaux (fig. 7) prévus au bouillisseur augmenteront la va porisation; les vapeurs et les gaz se ren dront au condenseur 185 dont l'action sera augmentée par un léger vide obtenu par la pompe à gaz 186; les gaz inclus seront ren voyés au gazomètre 163 par g3.
L'évacuation des jus du bouillisseur se fait par l'intermédiaire d'une pompe à jus trouble 186a, refoulant dans un des bacs de neutralisation définitive 187 où la neutrali sation s'achève avec du carbonate de chaux (pour éviter la formation de sucrates). Les gaz formés font retour au gazomètre 168, par l'intermédiaire d'un émousseur 188. Les mou vements de liquides sont; effectués en évitant les rentrées d'air.
Les jus définitivement neutralisés sont repris par une pompe 189 et dirigés vers l'ap pareillage de filtration 190.
Le fonctionnement va être décrit en ré férence à l'installation représentée schémati quement à la fig. 9. Cette installation sim plifiée diffère de l'installation décrite ci- dessus et correspondant aux fig. 1 et 2, essen tiellement en ce que l'envoi d'eaux acidulées chaudes se fait directement par pompe au lieu de se faire par pression de gaz et que, d'au tre part, on a figuré en 70, 71, 72 des sou papes équilibrées sur les canalisations de gaz qui jouent un rôle analogue aux ballons équi librés de pression -de gaz 157 décrits précé demment;
enfin, on n'a pas fait figurer la neutralisation partielle du jus soutiré avant l'évaporation.
A représente un saccharificateur qui vient d'être chargé en sciure fraîche, par l'ouver ture du haut, il communique avec l'atmo sphère par le robinet 89a et la tuyauterie 50.
B représente un saccharificateur où la sciure a subi, par exemple, un premier trai tement et un chauffage d'une demi-heure pour être portée à 80 C en présence du jus acidulé provenant de l'appareil précédent C lors d'une circulation antérieure analogue à celle qu'on va décrire. B est également en communication avec l'atmosphère, le robinet 39u étant ouvert.
Sur la canalisation 50 est placé un con- denseur 51 permettant de recueillir toutes les matières volatiles qui pourraient être intéres santes.
C représente un saccharificateur où la sciure a déjà subi deux traitements, l'un à 80 C, comme en B, et le deuxième d'une demi-heure également où le chauffage a été poussé très peu de temps dans le voisinage de 110 C. L'air inclus dans la sciure ayant par conséquent été chassé complètement, on ferme le robinet 39e de dégagement vers l'atmosphère. Le jus acidulé correspondant à ce traitement provient du saccharificateur pré cédent D et du ballon 52 contenant de l'eau à 9_% d'acide, par exemple, chauffée à envi ron 115/120 C.
L'ensemble des vases B et C correspond à une phase de traitement de la sciure qui sera appelée préchauffage, parce que dans cette phase la sciure n'est que préparée pour les opérations ultérieures, les celluloses pro prement dites n'étant pas hydrolysées. On agit surtout sur les pentosanes qui ont été transformés en pentoses.
D représente un saccharificateur où la sciure, après avoir subi le préchauffage, vient de subir un traitement d'une demi- heure à une température d'environ 1.15 C, température à laquelle les celluloses les plus tendres sont saccharifiées. L'eau acidulée qui est en contact avec la sciure est elle-même un jus sucré qui provient en partie du saccharificateur E où il était à la même température de 145 et en partie du saecha- rificateur F où il était à une température su périeure, soit à 160 C.
E représente un saccharificateur oir la sciure avant subi tous les traitements anté rieurs analogues qui viennent. d'être indiqués dans les saccharificateurs <I>A, B, C. D,</I> vient de subir un nouveau traitement à. 170" C, par exemple, avec les eaux acidulées sucrées provenant d'opérations antérieures.
F représente un saccharificateur où la sciure vient d'être traitée pendant une demi- heure à, la température de 185 C, par exem ple, dernière température de traitement, avec de l'eau acidulée provenant d'une opé ration antérieure et principalement du bal lon 53 où, précisément, on avait préparé l'eau acidulée à cette température et avec la. teneur en acide fixée dans le traitement. 0.5 à 1,5 %, par exemple.
Les niveaux de liquides sont supposé différents dans les différents saccharifica.- teurs, suivant la position fixée pour chacun d'eux par les contacts électriques du tube de niveau 142 (fi(,. 4) correspondant; le niveau de E étant plus bas que celui de D et plus haut que celui de F. L'ensemble des saccha- rifica.teurs <I>D, E, F</I> correspond à la phase de traitement de la sciure dans laquelle on extrait principalement les glucoses.<I>C et H</I> représentent des sa.echarificateurs en vidange de lignine et remplissage de sciure.
Les opérations de la phase de dégluco- sage ou saccharification proprement dite se font en présence du gaz dont il a été ques tion ci-dessus, introduit en barbotage sous pression.
Par exemple, pendant la durée de chaque opération, les trois saccharificateurs <I>D, E, F</I> sont maintenus à une pression de 25 kg, par arrivée de gaz issus de la cana- lisa.tion 54, réchauffés par un dispositif cou- venable 55. après compression dans le vase 56 par le compresseur<B>57.</B> L'arrivée des gaz se fait par le bas de chaque saccharifica- teur.
On procède à la mise en service du nou veau saccharificateur A contenant de la sciure fraîche et à la mise hors du circuit du saccharifieateur F où la sciure, qui a subi toutes les étapes de traitement, est com plètement épuisée.
Les opérations de circulation se font de la manière et dans l'ordre suivants: En B, on opère un soutirage vers le bac 59, par le robinet 27U et la tuyauterie 60. Le jus ainsi soutiré contiendra surtout des pentoses qu'on éliminera ainsi du circuit. Par exemple, on soutire un poids de jus moi tié du poids de la sciure (comptée sèche) in troduite dans chaque saccharificateur. Pen dant:
le temps de ce soutirage, le saccharifi- cateur C reçoit du ballon 52, par la conduite 61 et le robinet 22c, de l'eau acidulée à 120 C et à. environ 2 à 3 %, en quantité (poids) égale aux<B>U</B> de la quantité de sciure mise en jeu dans chaque saccharificateur. On ouvre le robinet 24a de liaison entre le bas des appareils B et A et le robinet 20b de liaison du bas de C en haut de B.
Simultanément, on fait une opération analogue dans la série des saccharificateurs <I>D, E, F;</I> au sacclrarificatcur <I>D,</I> on effectue par le robinet 28(l un soutirage de jus à 145 C qui est amené par la canalisation 62 vers le ,.bouillisseur" 63, d'où ce jus, après refroidissement, est dirigé vers la, neutralisa tion et la filtration, par la conduite 64, en vue d'obtenir un jus sucré neutre prêt pour toutes utilisations industrielles.
L'annexe 65 du "bouillisseur" représente un condenseur < les vapeurs qui se forment lors de la détente des jus dans ce "bouillisseur"; les gaz pro duits, qui étaient dissous dans le jus sou tiré, sont recueillis par la canalisation 66 qui les conduit vers le gazomètre 58 en passant par le nouveau condenseur 67. La quantité de liquide soutiré du saccharificateur D vers le "bouillisseur" est, par exemple, de cinq fois le poids de sciure mise en jeu initiale ment dans chaque saccharificateur.
Pendant cette opération de soutirage des jus glucosés, on provoque par différences de pression de gaz une circulation en établis sant les liaisons suivantes: Par ouverture du robinet 20d, communi cation du bas de E au haut de D, par robi net 20e, communication du bas de F au haut de E et communication de F, par robinet 21f, canalisation 68 et pompe 69, avec le bal lon 53 contenant de l'eau acidulée à 190 C.
Lorsque la quantité de jus amenée au "bouillisseur" par soutirage en D est suffi sante, on ferme le robinet 28d et on établit la liaison bas de D avec haut de C en ou vrant le robinet 20c et les deux circulations (circulation pour les jus glucosés et circula tion pour le préchauffage) se continuent jus qu'à ce que, dans les vases<I>A, B, C, D</I> et E, le niveau voulu soit partout rétabli. A ce moment, on ferme toutes les communications entre les appareils consécutifs et le traite ment se continue seulement dans chaque ap pareil, à des températures qui seront mainte nues a, par exemple, 185 C en E,<B>170'</B> C en<I>D,</I> 145 C en C et progressivement en<I>B</I> et A s'établiront à<B>110'</B> C et<B>80'</B> C.
Le ré tablissement précis des températures choisies se fait par le chauffage additionnel dans la chambre annulaire de chaque saccharifica- teur ainsi isolé des voisins. Pendant une demi-heure le traitement se poursuit dans cette position. Dans chaque appareil on réta blit la pression maximum de gaz par barbo tage et l'on effectue un brassage de bas en haut en sens inverse de la circulation précé dente par les pompes 140 individuelles de chaque appareil, et les canalisations 139 et 141 correspondantes (fig. 4).
Les circulations de liquide à travers la masse de sciure dans chaque vase et de vase à vase, dont on vient de parler, n'ont pu s'effectuer qu'à condition qu'il existe des différences de pression entre les saccharifi- cateurs successifs.
On se sert pour cet objet de la présence de gaz sous pression à la partie supérieure de chaque appareil en introduisant ou éva cuant une partie de ces gaz, de manière à réaliser, entre deux saccharificateurs consé cutifs, la différence voulue de pression pour une circulation régulière: En A, on ouvre le robinet 39a vers l'atmo sphère par la canalisation 50; En B, on ferme le robinet 39b et on in troduit par le robinet 33b du gaz à la pres sion, par exemple, de 3 kg;
En C, on ouvre le robinet 37e de liaison avec la soupape équilibrée 70 qui évacuera le gaz vers le condenseur 67 et le gazomètre 58, en maintenant en C une pression, par exemple, de 14 kg; En D, on ouvre de même le robinet 36d qui permet de la même manière à la soupape équilibrée 71 de maintenir en D la pression, par exemple, de 17 kg; En E, on ouvre le robinet 35e qui permet à la soupape 72 de réaliser en E la pression de 20 kg, par exemple; En F la pression est la pression maxi mum de gaz, par exemple 25 kg.
L'entrée des jus en F, venant du ballon 53, s'effectue par pompe 69 et ouverture du robinet 21f.
Les chutes de pression seront en fait fixées par l'expérience de manière à réaliser la régularité de la circulation, l'essentiel étant que la pression dans chacun des appa reils où s'effectue la circulation de jus glu cosé soit d'au moins 10 kg au-dessus de la pression de vapeur correspondant à la tem pérature du jus.
Dès que les circulations sont finies dans les saccharificateurs à température supé rieure à 110 Ç, par exemple, on rétablit la pression maximum de gaz de 25 kg dans les appareils C, D, E et on met B de nouveau en communication avec l'atmosphère pour évacuer ce qui pourrait rester d'air inclus. On introduit du gaz en barbotage seulement quand on est sûr que tout l'air est éliminé.
Le cycle des opérations se termine par la mise hors du circuit de marche du sacchari- ficateur F. Au moment où on arrête la com munication avec le saccharificateur E, le saecharificateur F contient des lignoses rési duaires, de l'eau acidulée à 185 C, par exemple, et se trouve à la pression de 23 kg.
Il faut récupérer l'acide contenu, les gaz, les calories. autant que possible les sucres (très petit reliquat) qui pourraient rester. v ida.n- ger l'appareil. évacuer les lignoses et mettre le saccharificat.eur en état d'être chargé pour les opérations ultérieures où il viendra pren dre une place analogue à celle du vase _3 avant l'opération; pour ce faire:
On arrête la communication de la pompe 69 avec le ballon 53. on aspire par cette pompe 69 dans le bac de réserve 7 3 et, uti lisant la pression dans le saccharificateur, on refoule les eaux résiduaires par le robinet 29f et par la canalisation 74 au ballon 53 jus qu'à ce qu'on ait rétabli dans ce ballon le ni veau primitif du liquide. Ces eaux qu'on aci difiera à la teneur voulue seront chauffées à<B>190'</B> C pour une opération ultérieure.
On continue l'opération en soutirant par la pompe 69 dans le bac 7.5, qui contient clé l'eau pure. pour continuer à laver les 110,110- ses du saccharificateur F et refouler les eaux de lavage obtenues à travers la canalisation 74 vers le bac 73 jusqu'à, rétablir dans ce ré cipient son niveau primitif.
Dans le bac 75, des eaux tièdes arrivant en 76, et récupérées, par exemple, aux condenseurs 65 et 67, re nouvellent la quantité d'eau qui a été utili sée pour le lavage des lignoses.
L'opération est conduite de telle sorte que quand on a terminé ces lavages il reste très peu de liquide en F. Les gaz contenus dans F sont. renvoyés ail gazomètre. la porte du bas de l'appareil est ouverte et la lignose évacuée.
Dans les appareils décrits, on emploie une pression de gaz qui est de 10 à 20 kg au- dessus de la pression normale de vapeur cor respondant à la température de traitement. Par l'installation décrite, on réalise un bar botage en fines bulles circulant lentement dans la niasse.
Enfin, pour éviter toute dis tillation et formation de vapeurs entraînant des matières volatiles dont la formation cor respond à. une destruction parallèle des sucres, ce barbotage est effectué dès que la pression maximum est rétablie dans chaque saccharificateur à l'aide d'une soufflante 155 (fig. 4) qui aspire les gaz à. la partie supé rieure de l'appareil pour les refouler à sa partie inférieure sous une très légère sur pression qui permet leur circulation lente dans la masse.
Supplémentairenient, l'expérience permet de constater que des gaz naissants agissent très vigoureusement pour diminuer la quan tité de sucres détruits. En activant les gaz employés, par chauffage, ionisation ou tout autre moyen avant leur entrée dans le dis tributeur 135 (fig. 3) dans l'exemple d'appa- ieilla.ge donné, on augmente également cette action favorable à. la conservation des sucres formés.
Egalenient. l'action non plus chimique hais mécanique des gaz est augmentée si l'on pratique une variatio:i de pression dans les gaz introduits par barbotage. Un tel ef fet de pulsation favorise les phénomènes d'osmose et les échanges de sucres et d'acide travers les parois des cellules jusqu'à ce que celles-ci soient définitivement détruites. Cet effet de pulsation pourra être réalisé par une variation commandée dans le régime de la soufflante.
Par ailleurs, les chutes de pres sion que l'on pratique pour réaliser les cir culations de vase: à vase ont un effet ana logue et. en outre. favorisent l'éclatement des cellules.
En noyant la matière cellulosique dans une inw#se importante de liquide acidulé. on maintient la matière à l'état de suspension dans le liquide. Dans chaque saccharifica- teur le niveau maintenu par les appareils régulateurs est tel que la matière est sursa turée de liquide, suivant les cas 5 à 8 fois le poids de la matière (comptée sèche)
qui se trouve à chaque échelon dans l'appareil. Les dispositifs qui sont prévus dans l'installation et dans la marche concourent à maintenir la sciure ou la matière traitée en état de sus pension dans le liquide et à éviter consé quemment le tassement de matière qui pour- rait se produire dans le fond de chaque saccharificateur.
Les dispositifs de filtres en haut et en bas, pour l'arrivée et la sortie du liquide, font que la circulation dans le fût cylindri que s'exécute sur toute la section, par tran ches horizontales, sans qu'il y ait un cou rant particulier qui s'établisse dans la masse. On évite ainsi la création de cheminées qui empêcheraient certaines parties de la ma tière d'être régulièrement traitées. Ceci est facilité par le fait que, dans les circulations, les jus acidulés qui viennent à la partie su périeure de la chambre de réactions sont plus chauds, moins riches en sucres; dans cer tains saccharificateurs cette portion des jus est même concentrée en acide sulfurique.
Toutes ces raisons concourent à réaliser pour ces jus une densité sensiblement inférieure à celle des jus contenus dans le bas des saccha- rificateurs. Le déplacement régulier des jus se fait donc sans mélange et réalise presque les conditions d'un déplacement théorique total.
Pendant les périodes d'arrêt dans chaque saccharificateur, on maintient l'état de sus pension du mélange de matière et de liquide en employant une pompe de brassage des jus de bas en haut. Ce brassage régularise la température et facilite, en outre, l'hydrolyse en renouvelant le contact des liquides avec les parois des cellules végétales. Le barbotage par gaz agit physiquement dans le même sens.
La destruction des sucres est diminuée par le traitement de la matière cellulosique à différents échelons de température et par le traitement subséquent des jus produits à cha- clue échelon à une température inférieure à celle de cet échelon. D'autre part, les ni veaux de températures choisies pour les trai tements successifs d'une même masse de ma tière correspondent chacun à la température la plus favorable pour l'hydrolyse d'un des composants de la matière cellulosique mise en jeu. Chaque déchet végétal est constitué par un nombre très grand de composés car bonés et dans des proportions différentes suivant caque matière.
Certains de ces coni- posés s'hydrolysent à assez basse tempéra ture. Au contraire, des composés plus étroi tement associés avec les lignines s'hydroly sent à des températures beaucoup plus éle vées. Il existe, pour chaque matière certains niveaux de températures qui donnent le maximum de rendement dans l'hydrolyse d'un groupe de composés.
L'installation représentée permet une méthode de soutirage des jus telle que la quantité soutirée est complètement ind6pen- dante de toutes les autres caractéristiques de traitement (concentration de matières solides par rapport aux liquides, concentration en acide, niveaux dans les appareils, ensemble des échelons de température de traitement et durées des réactions). On introduit ainsi une variable supplémentaire dans le mécanisme de la marche et, par conséquent, une grande souplesse de réglage.
Lorsqu'on voudra obte nir le plus haut rendement par rapport à la matière traitée, on sera conduit à soutirer un grand volume. Naturellement, ceci se tra duira par une dépense plus forte d'acide, de chaleur, de force et aussi par une dilution plus grande des jus. Cette méthode sera em ployée lorsque les matières cellulosiques se ront à un prix particulièrement élevé.
Dans le cas contraire où la matière cellulosique serait très bon marché, presque sans valeur (matière coloniale utilisée sur place), il se rait préférable de diminuer le rendement et, conséquemment, on soutirerait un volume beaucoup plus réduit, diminuant en propor tion la quantité d'acide perdu, les besoins de chaleur et de force, augmentant la concen tration des jus et par conséquent diminuant l'importance du matériel d'utilisation . des jus, par exemple la cuverie de fermentation et les colonnes de distillation. Dans les pro cédés de percolation pure et simple, cet avan tage de souplesse n'existe pas.
L'installation permet en outre d'éviter les chauffages intempestifs de la matière en traitement, les calories nécessaires au trai tement étant fournies, pour les jus, en pres que totalité à l'eau acidulée pure préparée dans le ballon 53 principalement et, clans le ballon 5?. Le chauffage différentiel dans la double enveloppe des saccharificateurs est. fait avec de la vapeur saturée provenant du bal lon 1:1G correspondant, qui est produite à, la température même du traitement que. l'on veut réaliser.
Cette température peut être elle-même réalisée par des appoints d'eaux acidulées à températures moyennes prove nant des ballons 10? et 103.
L n autre avantage de l'installation repré sentée est de permettre la méthode de double circulation employée; circulation de pré chauffage et circulation de saccharification proprement dite, séparées l'une de l'autre par une arrivée d'eau acidulée venant du ballon 52 et servant de tampon, ce qui évite le mé lange des jus des deux circulations. Les opé rations de préchauffage ont pour but de pré parer la. matière à son traitement ultérieur. Elles permettent aussi d'évacuer complète ment tout l'air (l'oxygène en particulier) contenu dans la sciure, car on commence à chauffer à vase ouvert.
Ce n'est que lorsque l'air aura été totalement ehassé, par ébulli tion suivie d'un léger barbotage de gaz, qu'on évacuera à l'atmosphère, que les appa reils seront fermés. On évite ainsi toute trace d'oxygène qui pourrait rester dans les gaz employés pendant le traitement et qui se maintiendrait indéfiniment en circuit puis que les gaz de destruction de sucres sont re cueillis soigneusement et servent pour les opérations ultérieures. L'opération de pré chauffage est donc essentielle à ce point de vue.
Le soutirage dans la. circulation de pré chauffage a pour but d'éliminer, au début des opérations, la majorité des pentoses. Si ces pentoses restaient en arrière, aux tempé ratures plus hautes où ils seraient soumis. ils se transformeraient en furfurol qui, se trouvant soutiré en même temps que les jus glucosés, resterait dans ceux-ci, malgré l'ef fet du "bouillisseur", en quantités suffisantes pour gêner les fermentations.
Le soutirage des jus glucosés ne peut non plus se faire à basse température car, si on n'atteint pas 145 C au moins. on risque d'obtenir des produits d'hydrolyse intermé diaire, hydrocelluloses solubles et dextri- nes, (lui rie fermenteraient pas. C'est ce qui impose le saut brusque de 110 à 145 " C. Les procédés usuels lie permettent pars un tel avantage.
L'opération de préchauffage peut, par ailleurs, être combinée avec les opérations de traitement du jus soutiré en cours de cette opération. C'est ainsi que, si l'on veut trans former les pentoses en furfurol, on pourra améliorer l'économie du procédé particuliè rement dans la phase de préchauffage. L'acide soutiré en même temps que les pen toses servira à leur transformation sans perte importante. On aura avantage à utiliser cet acide, récupérable facilement (acide plus ou moins souillé) pour pratiquer une première imbibition de la matière à basse tempéra ture,<B>60</B> à 80 C par exemple, eau acidulée à :5 à G 0 d'acide sulfurique.
En faisant varier les niveaux dans chaque saecharificateur à chaque échelon de traite ment et en réglant ces niveaux pendant la cirenlation, on peut maintenir les matières solides en traitement juste au point de satu ration de liquide qui est convenable suivant l'él-at où se trouve la matière à chaque éche lon de traitement.
On peut doubler le nombre d'échelons de traitement dans chaque phase sans doubler le nombre de saccharificateurs affectés à cette phase; par exemple entre deux circulations du type qu'on a décrit plus haut, avec mise hors circuit du saccharificateur F et la mise en service (lu saccharificateur t1, on intercale une autre circulation sans qu'il y ait de nou veau saccliarificateur mis en service ou éli miné; après cette circulation intercalaire, les températures de traitement pourront être différentes (les précédentes.