CH625251A5

CH625251A5 -

Info

Publication number: CH625251A5
Application number: CH1029878A
Authority: CH
Inventors: Alain Regnault; Jean-Pierre Sachetto; Herve-Noel Tournier; Thomas Hamm; Jean-Michel Armanet
Original assignee: Battelle Memorial Institute
Priority date: 1978-10-04
Filing date: 1978-10-04
Publication date: 1981-09-15
Also published as: DE2940547A1; FI793042A; FI68655C; NO793175L; FI68655B; OA06350A; BR7906371A; US4292089A; CA1140920A; FR2437865A1; SE445358B; DK414479A; FR2437865B1; ZA795245B; SE7907518L

Description

La présente invention concerne la dissolution de matières lignocellulosiques solides fragmentaires qui laissent généralement dans le solvant un résidu solide de particules fines non dissoutes, par suite d'une solubilité partielle et/ou d'une forme irrégulière des fragments de ces matières.

Les matières premières fragmentaires solubles ou partiellement solubles, telles que des matières lignocellulosiques, sont très souvent disponibles sous forme de fragments plus ou moins irréguliers. Le temps qui est nécessaire pour dissoudre ces fragments irréguliers peut donc varier considérablement selon leur taille et leur forme, des fragments relativement petits pouvant se dissoudre beaucoup plus rapidement que des fragments plusieurs fois plus grands.

Une classification préalable des fragments irréguliers de la matière première disponible permettrait en principe d'obtenir des fragments plus ou moins réguliers qui sont situés respectivement dans différentes gammes de taille relativement restreintes et peuvent être ainsi soumis à différents traitements de dissolution correspondant à chaque gamme. Cependant, il en résulte une augmentation considérable, souvent prohibitive, du coût de traitement global, par

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suite de la classification préalable, du plus grand nombre de traitements de dissolution et de pertes presque inévitables de matière non traitée.

De même, une réduction de taille préalable, pour produire des fragments plus petits et donc plus réguliers, pourrait en principe faciliter la dissolution, mais elle est néanmoins généralement relativement compliquée ainsi que coûteuse, de sorte qu'elle serait prohibitive pour de nombreuses applications industrielles.

Or, si l'on évite de tels traitements préalables et soumet l'ensemble des fragments irréguliers de la matière solide disponible à un traitement de dissolution dans un solvant, les fines particules résiduelles non dissoutes obtenues au début du traitement peuvent rester inutilement en suspension et s'accumuler ainsi dans le solvant. Il s'est par ailleurs avéré qu'une telle accumulation de particules fines peut empêcher une dissolution vraiment efficace des fragments les plus gros de se parfaire.

Il serait donc évidemment souhaitable d'éliminer ces particules fines en les évacuant pendant le traitement, mais cela était généralement uniquement possible si l'on évacuait en même temps des fragments plus gros et donc incomplètement traités.

De plus, une séparation ultérieure de gros fragments incomplètement traités, suivie d'un recyclage afin de les soumettre à des traitements répétés permettant de parfaire leur dissolution, est également relativement compliquée et coûteuse, de sorte qu'elle serait prohibitive pour de nombreuses applications industrielles.

Etant donné que les problèmes précisés ci-dessus proviennent essentiellement des différences plus ou moins importantes entre les durées de traitement requises pour la dissolution des différents fragments, il convient d'accélérer la dissolution autant que possible dans chaque cas, par exemple par un choix judicieux du solvant, un mouvement de mélange qui améliore le contact solvant/solide, une élévation de température ou par tout autre moyen approprié.

Il n'est toutefois généralement pas possible d'accélérer la dissolution de manière à pouvoir compenser à peu près les différences importantes entre les durées de contact solvant/solide requises pour parfaire la dissolution de fragments gros et petits dont les tailles varient considérablement, comme c'est souvent le cas pour des matières premières fragmentaires dont la dissolution peut être d'intérêt industriel.

Etant donné les limitations économiques et les problèmes susmentionnés, un procédé industriel pour la dissolution de matières fragmentaires à grande échelle devrait en fait tenir compte autant que possible des exigences suivantes :

A. Traitement à peu près complet de l'ensemble de la matière fragmentaire disponible à dissoudre par des opérations et un appareillage qui sont aussi simples que possible.

B. Utilisation aussi complète que possible du solvant et de l'appareillage servant à la dissolution.

C. Traitement permettant la dissolution en continu de très grandes quantités de matières fragmentaires plus ou moins irrégulières.

Les problèmes précisés ci-dessus, qui sont particulièrement importants quant à un procédé industriel à grande échelle, deviennent par ailleurs encore plus compliqués si l'on tient compte de la dernière exigence ci-dessus relative à la dissolution continue.

En effet, il est évident que tout procédé de traitement en continu doit fournir aussi en continu les produits désirés du traitement, lesquels sont en l'occurrence essentiellement d'une part les produits dissous provenant de la matière solide traitée et d'autre part le résidu solide formé de fines particules non dissoutes (ou insolubles) en suspension dans ce même solvant.

Toutefois, les procédés connus ne permettent généralement pas d'obtenir en continu uniquement le solvant contenant lesdits produits dissous et les fines particules résiduelles en suspension, car des fragments plus gros incomplètement traités, qui sont également suspendus dans le solvant, s'obtiennent alors en même temps que les fines particules résiduelles en suspension.

Il en résulte un gaspillage de matière fragmentaire incomplètement traitée, dont la séparation ultérieure en vue d'un recyclage peut être prohibitive pour diverses applications industrielles.

La présente invention concerne plus particulièrement une application industrielle qui présente un grand intérêt pratique, si l'on tient compte des problèmes importants et des limitations économiques susmentionnés, à savoir, la dissolution en continu de la cellulose contenue dans des matières lignocellulosiques fragmentaires, notamment divers déchets végétaux tels que: copeaux, sciure, paille, bagasse, entre autres.

Comme on le sait, la cellulose comprend des zones cristallines noyées dans des zones amorphes et peut être dissoute par une hydrolyse acide, la partie cristalline qui est moins accessible à l'acide étant cependant beaucoup plus diffìcile à dissoudre dans l'acide.

La dissolution complète de la partie cristalline de la cellulose constitue ainsi un problème majeur lors de l'hydrolyse acide destinée à la saccharification de matières lignocellulosiques à grande échelle avec un rendement économique intéressant.

On a déjà proposé, d'une part, de favoriser l'attaque de la cellulose par l'acide en effectuant l'hydrolyse à des températures et pressions élevées, lesquelles constituent cependant des inconvénients importants pour la construction et le fonctionnement des appareillages qui doivent être conçus pour effectuer l'hydrolyse acide à température et à pression élevées, et cela de manière à pouvoir assurer une saccharification économique à grande échelle. De plus, une telle hydrolyse acid* à haute température et pression permet généralement d'atteindre seulement un rendement relativement restreint, d'environ 50% du glucose pouvant théoriquement être obtenu de la matière végétale.

D'autre part, on augmente la concentration de l'acide à une valeur voisine du niveau de saturation, de manière à pouvoir réaliser une hydrolyse complète, plus ou moins à température ambiante.

Toutefois, les installations industrielles proposées jusqu'ici pour la saccharification par hydrolyse acide présentent en général les inconvénients d'être relativement compliquées, coûteuses et volumineuses.

Selon le procédé de saccharification bien connu d'André Hereng tel que décrit par exemple dans le brevet américain No 2474669, du bois fragmentaire est d'abord imprégné d'acide chlorhydrique à 27-33% et alors soumis à un contre-courant de gaz chlorhydrique afin d'élever à 41 % la concentration de l'acide absorbé dans le bois imprégné, pendant que ce dernier descend par gravité dans une colonne parcourue par un courant ascendant de gaz chlorhydrique.

L'emploi du gaz chlorhydrique pour augmenter le titre de l'acide chlorhydrique utilisé pour la saccharification était par ailleurs déjà connu du brevet américain N" 1544149. L'emploi du gaz chlorhydrique dans des procédés de saccharification du bois est en outre décrit dans les brevets américains Nos 1677406 et 1795066.

Malgré de nombreuses études de la saccharification du bois, les installations industrielles développées jusqu'ici pour la dissolution de la cellulose par hydrolyse ont, comme on l'a déjà indiqué, une structure relativement complexe et/ou un fonctionnement difficiles à commander, ainsi qu'un grand encombrement. Il en résulte que le prix de revient de ces installations ainsi que leurs frais d'exploitation sont souvent prohibitifs pour diverses applications industrielles.

Le but visé dans la présente invention est de fournir un procédé permettant de dissoudre en continu de grandes quantités de matières solides fragmentaires plus ou moins irrégulières, qui ne sont pas entièrement solubles en pratique, et cela de telle manière que l'on puisse tenir compte autant que possible des problèmes et inconvénients précisés ci-dessus.

A cette fin, l'invention a pour objet un procédé de dissolution en continu de la cellulose contenue dans une matière lignocellulosique fragmentaire, par traitement avec de l'acide chlorhydrique liquide concentré, caractérisé par le fait que:

a) l'on immerge la matière lignocellulosique, imprégnée d'acide chlorhydrique concentré, dans un bain de cet acide à travers lequel on fait barboter du gaz chlorhydrique, pendant que l'on soumet la

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matière immergée à un mouvement de mélange modéré de telle manière que la cellulose contenue dans cette matière puisse se dissoudre rapidement dans l'ensemble de l'acide du bain sous l'action combinée du gaz chlorhydrique subissant le barbotage et du mouvement de mélange;

b) l'on effectue ledit barbotage et ledit mouvement de mélange de telle manière que sensiblement toute la cellulose contenue dans la matière immergée soit dissoute dans l'acide, pour produire ainsi une suspension de particules fines de lignine dans l'ensemble du bain;

c) l'on alimente en continu ce bain en acide liquide concentré et en matière lignocellulosique à traiter, tandis que l'on ajuste leurs débits d'alimentation respectifs, de telle manière que sensiblement tous les fragments lignocellulosiques fournis à ce bain et imprégnés restent essentiellement immergés à l'intérieur du bain et y subissent l'action combinée du gaz chlorhydrique barboté et dudit mouvement de mélange pendant un temps suffisant pour dissoudre la cellulose contenue dans ces fragments et pour produire ainsi ladite suspension de particules fines résiduelles, tandis que l'on évacue en continu, par un écoulement de trop-plein de ce bain, une suspension consistant essentiellement en particules fines de lignine ainsi produites et suspendues à la surface du bain dans l'acide chlorhydrique contenant les produits de la cellulose ainsi dissoute en continu.

L'invention concerne aussi un appareil pour la mise en œuvre du procédé défini dans la revendication 6. .

Lors de la dissolution de cellulose en continu selon ce procédé, l'acide dudit bain peut être avantageusement maintenu dans un état de saturation à l'aide du gaz chlorhydrique que l'on fait barboter dans ce bain.

De plus, ledit bain d'acide sera de préférence renfermé dans une chambre, de laquelle on évacue en continu le gaz sortant de la surface du bain après avoir subi le barbotage. On assure ainsi un dégazage dudit bain, tandis que le gaz chlorhydrique est empêché de s'échapper et de polluer l'environnement.

De plus, le gaz chlorhydrique ainsi évacué de la chambre sera de préférence récupéré afin de le réutiliser, de préférence par un recyclage direct, de telle manière que ce gaz subisse ainsi un barbotage répété dans ledit bain d'acide. Cela permet de réduire en conséquence la quantité de gaz chlorhydrique nécessaire pour effectuer le barbotage dans ledit bain d'acide.

La pression dans ladite chambre renfermant le bain d'acide peut en outre être légèrement réduite en dessous de la pression atmosphérique, de telle manière que l'on empêche toute fuite de gaz chlorhydrique à l'atmosphère environnante, tout en favorisant le dégazage du bain d'acide.

Ledit mouvement de mélange de la matière fragmentaire immergée dans le bain peut par ailleurs s'obtenir au moins partiellement au moyen dudit barbotage, une quantité de gaz suffisante pour assurer ce mouvement de mélange pouvant être obtenue notamment grâce auxdits recyclage et barbotage répété du gaz.

Ainsi, on peut combiner ce barbotage avec ce mouvement de mélange dans le bain d'acide, maintenir ce bain dans un état de saturation, renfermer ce bain dans ladite chambre, le dégazer et recycler le gaz chlorhydrique en le soumettant à un barbotage répété, le tout de manière telle que l'on puisse assurer des conditions optimales pour dissoudre en continu, rapidement, d'une façon à la fois simple et économique, toute la cellulose contenue dans la matière lignocellulosique traitée.

Il s'est par ailleurs avéré que l'action combinée, sur la matière lignocellulosique fragmentaire solide, d'un barbotage de gaz HCl dans un bain d'acide chlorhydrique concentré et d'un mouvement de mélange modéré simultané, tels que prévus selon la présente invention, permet non seulement d'accélérer considérablement la dissolution complète de la cellulose contenue dans cette matière solide, mais aussi de réduire considérablement la quantité d'acide liquide qui est nécessaire pour une telle dissolution complète.

Ainsi, par exemple, il s'est avéré possible en pratique de dissoudre complètement la cellulose contenue dans de la paille traitée dans un bain d'acide chlorhydrique à 39%, dans lequel le rapport solide/liquide (paille/acide) en poids est d'environ 1:2 et la paille est soumise à l'action combinée d'un barbotage de gaz HCl et d'un mouvement de mélange modéré avec l'acide du bain, sans pour autant atteindre le niveau de saturation de 700 g de produits de cellulose dissous par litre d'acide.

Il est en outre possible de réduire la quantité de solvant utilisé dans le procédé selon la présente invention, par un recyclage du solvant qui contient les produits dissous lors du passage dans le bain, de telle manière que le solvant puisse être utilisé plusieurs fois pour traiter la plus grande quantité possible de matière solide à dissoudre, jusqu'à ce que ce solvant soit plus ou moins saturé.

Dans le procédé selon la présente invention, il est donc prévu d'adapter mutuellement lesdits débits d'alimentation respectifs du bain et ledit mouvement de mélange modéré, et cela d'une manière particulière telle que les fragments solides restent essentiellement immergés à l'intérieur du bain jusqu'à leur dissolution à peu près complète dans les meilleures conditions possibles dans chaque cas, tandis que l'on évacue en continu de ce bain, par un simple déversement ou écoulement de trop-plein, une suspension comprenant essentiellement lesdites fines particules résiduelles dans le solvant contenant les produits dissous.

Comme on le verra en outre dans la description détaillée plus loin, un appareillage relativement simple permettra la mise en œuvre de l'invention de manière telle que l'on puisse non seulement utiliser facilement dans chaque cas tous les moyens susceptibles de promouvoir une dissolution en continu aussi rapide et complète que possible, mais également une séparation et évacuation sélective en continu desdites fines particules résiduelles en suspension.

Cette évacuation sélective en continu des fines particules résiduelles, qui s'obtient conformément à l'invention grâce d'une part à une classification par rétention des fragments relativement gros à l'intérieur du bain et suspension desdites fines particules résiduelles à la surface du bain, et d'autre part à un simple déversement ou écoulement du trop-plein du bain.

Cependant, il est évident qu'une telle classification et évacuation sélective sont seulement possibles lorsque les fragments solides de la matière à dissoudre sont soumis à un mouvement de mélange suffisamment modéré pour que ces fragments relativement gros ne puissent pas également rester en suspension jusqu'à la surface du bain, ce qui conduirait à une évacuation prématurée de fragments incomplètement traités.

Cette évacuation sélective en continu des fines particules résiduelles permet donc une utilisation optimale du bain, en permettant d'y remplacer continuellement les particules fines ainsi évacuées par de la nouvelle matière fragmentaire à dissoudre.

Ladite classification (par effet de décantation) déterminera par ailleurs les durées de séjour respectives pendant lesquelles les différents fragments de matière solide sont soumis à la dissolution et subissent ainsi réduction de taille jusqu'à l'obtention de particules fines résiduelles.

Une telle classification par décantation et évacuation sélective peuvent donc être réalisées en continu par des moyens relativement simples lors de la mise en œuvre de la présente invention.

Cependant, dans tous les cas où il serait trop difficile, pour des raisons quelconques, d'assurer une dissolution pratiquement complète dans un seul bain, ainsi qu'une évacuation aussi sélective que celle décrite ci-dessus, c'est-à-dire lorsque la suspension évacuée par écoulement de trop-plein à partir du bain contient non seulement des fines particules résiduelles mais aussi des fragments plus gros incomplètement dissous, l'invention peut être facilement mise en œuvre en plusieurs étapes dans des bains disposés en série (en cascade). Cela permettra d'assurer une dissolution complète par étapes consécutives dans lesquelles les fragments solides subissent une réduction de taille graduelle et une classification correspondante d'un bain au suivant.

Une étude expérimentale effectuée dans le cadre de la présente invention a fourni les résultats suivants qui présentent un intérêt quant à la dissolution de cellulose:

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— Lorsqu'on immerge de la paille imprégnée dans un bain d'acide chlorhydrique à 39% et 30°C, renfermé dans un récipient, le rapport solide/liquide (paille/acide) en poids dans ce bain étant de

1:7 dans ce cas, et qu'on effectue dans ce bain une agitation lente ainsi qu'un barbotage de gaz chlorhydrique (dont l'excès ayant subi le barbotage est évacué en continu du récipient), on parvient à dissoudre complètement la cellulose contenue dans la paille en 15mn. Cette dissolution complète s'obtient ainsi en 15 mn sous l'action combinée d'un mouvement de mélange dû à l'agitation du bain et du barbotage de gaz.

— En revanche, lorsqu'on effectue la dissolution en l'absence dudit barbotage de gaz HCl, tandis que les autres conditions restent les mêmes que celles décrites ci-dessus, le temps nécessaire pour atteindre le même résultat, la dissolution complète de la cellulose contenue dans la paille, s'élève à 45 mn.

— Cela veut dire que la vitesse de dissolution de la cellulose peut être accélérée considérablement (multipliée trois fois en l'occurrence) par suite de l'action du gaz HCl barboté, la durée nécessaire pour la dissolution complète étant réduite en conséquence (trois fois moins en l'occurrence) par suite de l'effet de ce barbotage.

— Ainsi, dans un temps de traitement total de 45 (3x15) mn, l'effet du barbotage de HCl permet de traiter au moins trois fois plus de paille (3x1 kg) dans la même quantité d'acide que sous l'effet du mouvement de mélange seulement (sans barbotage).

— Il semble donc évident que ce barbotage de gaz HCl exerce un effet considérable sur la dissolution complète de toute la cellulose contenue dans la paille, le temps ainsi que la quantité d'acide nécessaire pour cette dissolution étant réduits par un facteur 3 grâce à ce barbotage.

— Des traitements similaires, mais effectués dans des bains d'acide ayant des concentrations notablement réduites jusqu'à 35%, ont permis de dissoudre complètement la cellulose de la paille lors du barbotage de gaz HCl dans le bain agité lentement, tandis qu'une concentration d'au moins 39% de l'acide chlorhydrique du bain agité est nécessaire, en l'absence du barbotage de gaz HCl, pour réaliser une telle dissolution complète, et cela dans un temps notablement plus long.

Les résultats donnés ci-dessus démontrent que l'action combinée du HCl barboté à travers le bain d'acide et du mélange de la matière lignocellulosique fragmentaire (paille) fournit les avantages importants suivants:

— La cellulose peut être dissoute complètement à une vitesse considérablement plus élevée, par exemple trois fois plus vite en l'occurence.

— La matière lignocellulosique, solide et volumineuse, peut être ainsi transformée plus rapidement en une suspension de lignine-acide, de sorte que la capacité de traitement par unité de volume du bain peut être augmentée en conséquence, par suite dudit barbotage de HCl, ainsi qu'une évacuation de la lignine résiduelle en suspension.

— Il devient possible de dissoudre la cellulose complètement dans un bain d'acide chlorhydrique ayant une concentration fortement réduite (à 35% par exemple), que l'on peut préparer à un prix réduit.

— Beaucoup moins d'acide liquide est nécessaire pour dissoudre complètement la cellulose, dans un bain à volume réduit.

La description détaillée ci-après permet, à titre d'exemple, d'illustrer différents modes de mise en œuvre de l'invention, à l'aide du dessin annexé, dans lequel:

la fig. 1 est une vue schématique illustrant le mode de fonctionnement d'un appareil pour la mise en œuvre de l'invention;

la fig. 2 montre une variante de l'appareil selon la fig. 1 ;

la fig. 3 montre une coupe longitudinale schématique d'une forme d'exécution d'un appareil rotatif pour la mise en œuvre de l'invention.

Comme il ressort du schéma de la fig. 1, le principe de fonctionnement général d'un appareil pour la mise en œuvre de l'invention peut être expliqué de la manière suivante:

La dissolution d'une matière lignocellulosique fragmentaire M est effectuée dans un bain B de solvant liquide L disposé dans une chambre 1 de dissolution munie d'une sortie 2 sous forme d'un déversoir pour l'écoulement du trop-plein de cette chambre 1, au niveau de la surface 3 de ce bain B.

Deux dispositifs d'alimentation 4 et 5 servent à alimenter ce bain B en continu en solvant liquide L et en matière lignocellulosique fragmentaire M, respectivement. Ces dispositifs 4 et 5 sont munis de moyens de réglage 6 et 7 des débits d'alimentation respectifs du bain B en solvant L et en matière M.

Comme il est indiqué en outre dans la fig. 1, ces dispositifs 4 et 5 sont en outre munis respectivement de conduits d'alimentation 8 et 9 qui débouchent en l'occurrence dans la partie inférieure du bain B. Cela permet d'assurer d'une part l'imprégnation ainsi que l'immersion complète de la matière solide M fournie en continu au bain B, et évite d'autre part le passage direct du solvant liquide L ainsi que de cette matière solide M vers ladite sortie-déversoir 2.

La matière lignocellulosique fragmentaire M ainsi imprégnée en continu et immergée, qui aura tendance à tomber au fond du bain B, est soumise à un mouvement de mélange modéré à l'intérieur et notamment dans la partie inférieure de ce bain, comme il est indiqué schêmatiquement dans la fig. 1 par un agitateur 10 disposé dans la partie inférieure du bain B. Ce mouvement de mélange modéré est choisi conformément à l'invention de telle manière qu'il favorise autant que possible la mise en contact intime de toute la matière solide immergée avec l'ensemble du solvant dans le bain B, afin d'éviter un tassement de cette matière solide M accumulée au fond du bain, en la remuant continuellement à l'intérieur du bain. Ce mouvement modéré sert ainsi à favoriser une dissolution aussi rapide et aussi complète que possible de tous les fragments de la matière solide M fournie en continu et immergée dans le bain B, afin que ces fragments puissent tous être dissous en subissant une réduction de taille jusqu'à ce qu'ils laissent uniquement de fines particules résiduelles non dissoutes en suspension dans le solvant du bain.

En plus de ce remuement continuel des fragments solides, à l'intérieur du bain B, ledit mouvement de mélange modéré est choisi de plus conformément à l'invention de telle manière que lesdites particules fines soient maintenues en suspension dans l'ensemble du solvant, c'est-à-dire jusqu'à la surface 3 du bain B afin de permettre leur évacuation en continu grâce audit écoulement de trop-plein au niveau de la sortie-déversoir 2 de la chambre 1.

On peut donc obtenir ainsi, grâce à un choix approprié du mouvement de mélange modéré prévu conformément à l'invention, une classification, par décantation, de fragments solides immergés subissant la dissolution, de telle manière que les fragments les plus gros auront tendance à rester au voisinage du fond du bain 1, que les fragments montent dans le bain au fur et à mesure que leur taille se réduit, et qu'essentiellement des particules fines résiduelles puissent flotter au voisinage immédiat de la surface 3 du bain et être évacuées en continu par la sortie-déversoir 2 vers un bac 11 pour le stockage des produits de la dissolution.

La fig. 2 montre une variante de la fig. 1, qui est destinée à la dissolution en continu de la cellulose contenue dans une matière lignocellulosique fragmentaire. Tous les éléments analogues portant les mêmes chiffres de référence dans les fig. 1 et 2 ont déjà été décrits par rapport à la fig. 1.

Cependant, dans cette variante selon la fig. 2, la chambre 1 de la fig. 1 est remplacée par une chambre fermée V qui renferme entièrement le bain B ainsi que l'espace au-dessus de sa surface 3; la sortie-déversoir 2 de cette chambre est reliée par un conduit d'évacuation 12 au bac de stockage 11 des produits de dissolution formant un bain BP sous pression atmosphérique, dans lequel ce conduit 12 débouche de manière étanche au gaz.

Le bain B, dans cette variante, est formé d'acide chlorhydrique concentré fourni en continu par le dispositif d'alimentation 4, 6, 8

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et destiné à dissoudre la cellulose contenue dans de la matière lignocellulosique fournie en continu par le dispositif d'alimentation 5,7,9.

Cette variante selon la fig. 2 comprend en outre un troisième dispositif 13 à 16 d'alimentation du bain en gaz chlorhydrique qui est fourni en continu à partir d'une source 13, par l'intermédiaire d'une vanne 14 à trois voies montée dans un conduit d'alimentation en gaz 15, à un tuyau de barbotage 16 disposé le long du fond du bain B. Ce troisième dispositif d'alimentation 13 à 16 sert à faire barboter une quantité réglable de gaz HCl à travers l'ensemble du bain B d'acide concentré. L'excès du gaz HCl ayant subi le barbotage à travers ce bain B et arrivant à sa surface est évacué de la chambre fermée l'au moyen d'un tuyau d'échappement 17 relié par l'intermédiaire d'une soufflante 18 et d'un tuyau de recyclage 19 à une entrée de la vanne à trois voies 14 (dont l'autre entrée est reliée à la source 13 de gaz HCl).

Le mouvement de mélange modéré déjà mentionné peut s'obtenir dans ce cas au moins partiellement par une agitation relativement modérée du bain B par suite dudit barbotage de gaz HCl, dont la quantité soumise au barbotage sera réglée au moyen de la vanne 14 à trois voies. On peut par ailleurs obtenir ce mouvement à l'aide d'un agitateur tel que l'agitateur 10 déjà mentionné par rapport à la fig. 1.

La dissolution en continu s'obtient alors, dans cette variante, essentiellement de la manière déjà décrite plus haut, compte tenu des résultats donnés précédemment.

La fig. 3 montre une coupe longitudinale d'une forme d'exécution conçue spécialement comme un réacteur tubulaire horizontal rotatif pour la mise en œuvre de la dissolution en continu conformément à la présente invention, notamment pour la dissolution de la cellulose contenue dans une matière lignocellulosique.

Ce réacteur rotatif selon la fig. 3 comprend deux parties:

— Un tambour auxiliaire IA d'alimentation et d'imprégnation ayant une extrémité d'entrée, munie d'une paroi transversale 320 comportant une entrée axiale 321 pour l'admission de la matière solide fragmentaire, et une extrémité de sortie libre.

— Un tambour principal DR ayant une extrémité d'entrée qui communique avec l'extrémité de sortie libre du tambour auxiliaire IA par l'intermédiaire d'un joint 322.

La matière solide fragmentaire M à traiter est fournie en continu à partir d'une trémie de stockage 305 par l'intermédiaire d'un distributeur réglable 307 communiquant avec l'entrée axiale 321 du tambour auxiliaire IA. Ce tambour IA est en outre alimenté en continu en solvant liquide fourni par un distributeur 323 de liquide relié à une source de solvant, en l'occurrence un réservoir 304 d'acide chlorhydrique concentré, au moyen d'un tuyau d'alimentation 308 muni d'une vanne 306 de réglage du débit d'alimentation en solvant liquide.

Le tambour auxiliaire IA est muni d'une pluralité de palettes radiales 340, réparties périphériquement et longitudinalement sur sa surface interne, et d'une chicane hélicoïdale 324 faisant également saillie de cette surface interne, mais ayant une dimension radiale supérieure à celle des palettes 340, de telle manière que cette chicane 324 délimite un canal hélicoïdal 325 qui est ouvert vers l'intérieur de ce tambour IA.

Le solvant liquide qui est fourni en continu par le distributeur 323 tombe ainsi dans ce canal hélicoïdal 325 pour y former un bain d'imprégnation BI entre les spires de la chicane 324. La matière solide fragmentaire qui est fournie en continu à l'aide dû distributeur réglable 307 à l'entrée axiale 321 tombe dans ledit bain BI d'imprégnation à partir duquel cette matière solide est soulevée cycliquement par les palettes radiales 340 lors de la rotation du tambour IA et subit ainsi un mouvement tournant. Cette matière solide subit ainsi une immersion cyclique dans le bain d'imprégnation BI, grâce audit mouvement tournant avec une course ascendante lors de la montée des palettes 340, alternant avec une course ascendante dans laquelle cette matière solide retombe chaque fois dans le bain de solvant.

Cette immersion cyclique assure ainsi, grâce à l'action des palettes 340, un mélange très intime de l'ensemble de la matière solide fragmentaire avec le solvant liquide du bain, tandis que la chicane hélicoïdale 324 assure en même temps l'avancement longitudinal du solvant du bain d'imprégnation BI ainsi que de la matière solide fragmentaire, en fonctionnant à la manière d'une vis d'Archimède.

Grâce à cette immersion cyclique dans le bain BI qui avance le long du tambour auxiliaire IA sous l'action de la chicane hélicoïdale 324, la matière solide fragmentaire fournie en continu à ce tambour y subit très rapidement une imprégnation complète dont la durée est ajustable en fonction de la vitesse d'entraînement de ce tambour rotatif I A.

La structure et le mode de fonctionnement de ce tambour rotatiflA sont par ailleurs décrits dans le brevet suisse (demande No 4120/77), incorporé par référence dans la présente demande,

mais ils sont donnés ici uniquement à titre d'exemple d'une forme d'exécution d'un dispositif qui permet d'effectuer en continu une imprégnation complète préalable avant d'effectuer le traitement de dissolution proprement parlant, conformément à la présente invention.

En d'autres termes, bien que le tambour auxiliaire IA sus-décrit permette une dissolution partielle, il sert en l'occurrence essentiellement à imprégner complètement, rapidement, en continu, la matière solide à soumettre au traitement de dissolution en continu dans le tambour principal DR constituant le réacteur rotatif principal, et d'assurer ainsi en fait l'alimentation en continu de ce dernier en quantités dosées, réglables, de matière solide fragmentaire imprégnée d'une part, et de solvant servant au traitement de dissolution d'autre part.

Comme il ressort de la fig. 3, le tambour principal DR constituant le réacteur rotatif principal est muni d'une série de parois annulaires transversales 326 à 329 qui présentent respectivement des ouvertures centrales 330 à 333 dont le diamètre augmente de chaque paroi à la paroi suivante et qui délimitent respectivement trois compartiments de dissolution successifs 334 à 336 communiquant entre eux par les ouvertures centrales 331 et 332 respectivement.

La première paroi transversale 326 de ce tambour ou réacteur principal DR est située à son extrémité d'entrée et présente une ouverture d'entrée centrale 330 (voir fig. 3) dont le diamètre est plus petit que celui de l'ouverture 331 de la paroi suivante 327.

Ce tambour-réacteur principal DR est ainsi alimenté en continu, en solvant et en matière solide fragmentaire imprégnée, grâce à l'action de la chicane hélicoïdale 324 lors de la rotation du tambour auxiliaire IA. Le solvant arrivant à la sortie libre de ce tambour IA, qui coïncide avec l'entrée axiale 330 du tambour-réacteur principal DR, se déverse alors en continu dans le premier compartiment 334 de manière à y former un premier bain de dissolution BDa qui remplit la partie inférieure de ce compartiment 334, se déverse ensuite par écoulement de trop-plein de ce bain au bord inférieur du deuxième orifice central 331 de la paroi 327 à l'entrée du compartiment intermédiaire 335 pour former dans ce dernier un bain de dissolution intermédiaire BDb. Ce bain se déverse de la même manière à l'orifice 332 pour former enfin dans le dernier compartiment un troisième bain BDC de solvant qui se déverse à l'orifice central 333 de la dernière paroi transversale 329 de ce tambour-réacteur principal rotatif DR, dont l'extrémité de sortie est reliée, par l'intermédiaire d'un joint 337 étanche au gaz, à une chambre collectrice fixe 338.

La matière solide fragmentaire imprégnée arrivant à la sortie libre du tambour auxiliaire se déverse en continu, en même temps que le solvant, dans le premier compartiment 334 dans lequel elle est immergée dans le premier bain BDa du solvant destiné à la dissolution de cette matière solide.

Le tambour-réacteur rotatif DR renferme ainsi un bain d'acide subdivisé en trois bains élémentaires BDa à BDC disposés en cascade et destinés à la dissolution complète de la cellulose.

Comme il ressort en outre de la fig. 3, trois tuyaux de barbotage

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fixes 316a à 316c sont immergés respectivement au fond des bains BDa, BDb et BDC dans les compartiments 334 à 336 et reliés à un tuyau d'alimentation commun 315 muni d'une vanne à trois voies 314 ayant une première entrée reliée à un réservoir d'alimentation 313 contenant un gaz sous pression destiné au barbotage à travers les bains BDa à BDC. Une seconde entrée de cette vanne 314 communique avec la partie supérieure de la chambre collectrice fixe 338 par l'intermédiaire d'un tuyau d'échappement 317, d'un aspirateur de gaz 318 et d'un tuyau 319 de recyclage de gaz.

Les compartiments 334 à 336 du tambour-réacteur DR sont en outre munis chacun d'une série de petites palettes internes radiales de faible hauteur, 210a, 210b et 210c respectivement, destinées à balayer le fond des bains respectifs DBa à DBC.

Lorsque le tambour-réacteur DR est entraîné lentement, par exemple à 1 t/mn, la matière solide imprégnée qui est immergée dans le bain BDa de solvant formé dans le premier compartiment annulaire 334 est soumise en continu à un mouvement de mélange modéré qui permet une mise en contact intime de l'ensemble de cette matière solide immergée avec tout le solvant de ce bain. D'une part, ce mouvement de mélange modéré est choisi de telle manière qu'il favorise la dissolution rapide, en continu, de cette matière solide, et accélère ainsi sa transformation en fines particules solides résiduelles non dissoutes, et qu'il suffise en outre pour maintenir ces fines particules en suspension jusqu'à la surface du bain BDa,

afin de permettre leur évacuation en continu à l'aide du solvant liquide qui se déverse dans le bain suivant. D'autre part, ce mouvement de mélange doit être suffisamment modéré pour que les fragments notablement plus gros de la matière solide subissant la dissolution restent au sein même du bain BDa jusqu'à ce qu'ils soient transformés en fines particules résiduelles en suspension qui sont alors évacuées en continu, à l'aide du solvant liquide qui se déverse dans le bain suivant BDb.

Un choix approprié de ce mouvement de mélange modéré permettra ainsi d'obtenir une dissolution en continu, de façon plus ou moins rapide, en combinaison avec un effet de classification le long de la hauteur du bain BDa de solvant, les fines particules qui en résultent étant suspendues à la surface de ce bain et étant par conséquent évacuées en continu par le solvant qui se déverse de cette surface dans le bain suivant BDb, tandis que les fragments solides plus gros tendent à subir une sédimentation et à rester ainsi au sein du premier bain BDa pour y subir la dissolution.

Dans le tambour-réacteur rotatif principal DR décrit ci-dessus (fig. 3), ledit mouvement de mélange modéré, tel que prévu conformément à l'invention, s'obtient grâce au mouvement tournant relatif du tambour DR et des petites palettes y associées 310a à 310c par rapport aux tuyaux de barbotage fixes situés respectivement au voisinage du fond des bains BDa à BDC.

Les gros fragments lignocellulosiques imprégnés ayant tendance à subir une sédimentation dans le premier bain BDa seront donc remués continuellement et soumis à l'action combinée dudit mouvement de mélange modéré avec l'acide à l'intérieur de ce bain et du gaz chlorhydrique subissant le barbotage dans l'acide de ce bain, la cellulose contenue dans cette matière lignocellulosique pouvant ainsi se dissoudre rapidement par suite de cette action combinée.

Le mode de fonctionnement de cette forme d'exécution selon la fig. 3 peut être en outre expliqué de la manière suivante:

L'acide chlorhydrique concentré, dont une quantité réglable est fournie en continu par les moyens d'alimentation 304, 306,308 et 323 déjà mentionnés, sert d'abord à imprégner complètement d'acide la matière lignocellulosique solide fragmentaire dont une quantité réglable est fournie en continu par les moyens d'alimentation 305,307 à l'entrée 321 du tambour auxiliaire IA.

La chicane hélicoïdale 324 de ce tambour auxiliaire IA fait avancer en continu, à une vitesse réglable en fonction de la vitesse de rotation de ce tambour IA, l'acide liquide concentré ainsi que la matière solide imprégnée qui se déversent ensuite ensemble dans le premier compartiment de dissolution 334 du tambour-réacteur principal DR, où ils forment d'abord un premier bain de dissolution

BDa jusqu'au niveau de trop-plein déterminé par l'ouverture centrale 331 (dont le diamètre est plus grand que celui de l'ouverture d'entrée 330).

La matière solide imprégnée est ainsi soumise à la dissolution en 5 continu, conformément à la présente invention, sous l'action combinée susmentionnée (mélange modéré avec l'acide et barbotage de HCl gazeux) dans le premier compartiment 334 du réacteur principal DR.

Grâce à ladite action combinée (mélange/barbotage), la cellulose io contenue dans la matière lignocellulosique se dissout très rapidement dans le premier bain d'acide concentré BDa, de sorte que la taille des fragments de cette matière se réduit rapidement en conséquence.

Les particules fines résiduelles de lignine (insoluble), qui 15 résultent de la dissolution à peu près complète desdits fragments,

sont d'une part continuellement maintenues en suspension dans l'ensemble de ce premier bain BDa grâce audit mouvement de mélange modéré, c'est-à-dire jusqu'à sa surface 303a (fig. 3), de telle sorte qu'elles soient évacuées en continu du premier 20 compartiment 334 par suite de l'écoulement de trop-plein du bain d'acide concentré

BDa à travers l'ouverture centrale 331 qui forme ainsi un déversoir de sortie de ce premier compartiment 334.

Ledit mouvement de mélange dans le premier compartiment 334 25 est d'autre part choisi de telle manière qu'il soit suffisamment modéré pour maintenir les fragments les plus gros de ladite matière solide autant que possible à l'intérieur du premier bain BDa (c'est-à-dire essentiellement au-dessous de sa surface 303a) jusqu'à ce que la cellulose contenue dans ces gros fragments soit dissoute à peu près 30 complètement dans l'acide concentré de ce premier bain BDa, qui se déverse par écoulement de trop-plein dans le compartiment suivant 334.

La durée de séjour de chacun desdits fragments dans le premier bain BDa, jusqu'à la dissolution complète de la cellulose y contenue, 35 dépendra donc essentiellement de la taille et de la forme initiales de chaque fragment, tandis que les particules fines de lignine résultant de la dissolution sont évacuées en continu par l'écoulement de trop-plein de ce bain BDa à travers l'ouverture centrale 331 formant déversoir.

40 Le débit d'alimentation en matière fragmentaire imprégnée sera donc réglé en continu (par l'intermédiaire du distributeur 307) en fonction des dimensions du premier bain BDa, de telle manière que l'on puisse éviter toute accumulation excessive de cette matière, susceptible d'entraver la dissolution rapide et complète dans ce 45 premier bain BDa.

Le débit d'alimentation en acide concentré sera par ailleurs réglé par la vanne 306 et déterminera ainsi le débit de l'écoulement de trop-plein par l'ouverture 331 à la sortie du bain BDa, c'est-à-dire d'une part la durée moyenne de séjour de l'acide concentré dans ce 50 bain BDa et d'autre part le débit d'évacuation d'acide et de particules fines à partir de ce bain.

Le débit d'alimentation en gaz HCl barboté dans le bain BDa (ainsi que BDb et BDC) est en outre réglé, par l'intermédiaire de la vanne 314 à trois voies, afin d'obtenir l'action désirée du gaz HCl 55 barboté sur la matière solide à dissoudre, en combinaison avec l'action dudit mouvement de mélange modéré obtenu lors de la rotation du tambour principal DR.

Une partie du gaz HCl barboté s'absorbe dans l'acide liquide du bain, augmentant ainsi plus ou moins la concentration de cet acide. 60 Toutefois, cette augmentation de la concentration acide n'explique que partiellement l'accélération considérable de la dissolution complète de la cellulose, telle qu'on l'obtient par suite du barbotage de gaz HCl.

Le gaz HCl restant ayant subi le barbotage, sortant du bain 65 d'acide et remplissant ainsi l'espace libre du réacteur DR au-dessus des bains BDa et BDC, est évacué en continu du réacteur DR par l'aspirateur 318, par l'intermédiaire du tuyau 317, et recyclé à ce réacteur, par l'intermédiaire du tuyau de recyclage 319, de la

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vanne 314 à trois voies et du tuyau d'alimentation 315. Ce recyclage de gaz HCl est par ailleurs réglé par cette vanne 314 de manière à maintenir le réacteur DR à une pression sous-atmosphérique qui favorise le dégazage des bains d'acide, ainsi que l'action due au barbotage de HCl, et qui empêche en outre l'échappement de HCl gazeux à l'atmosphère environnante.

Le tambour DR tel que décrit (fig. 3) renferme ainsi un bain d'acide subdivisé en une cascade de trois bains élémentaires BDa, BDb et BDC disposés en série dans ce tambour, la taille croissante des diamètres respectifs des ouvertures 331, 332 et 333 permettant le déversement de l'acide liquide concentré d'un bain au suivant et en dehors du dernier bain BDC.

Ledit mouvement de mélange modéré dans lesdits bains peut par ailleurs être réglé d'une part par l'intermédiaire de la vitesse de rotation du tambour DR (entraîné par un dispositif M à vitesse réglable) et d'autre part par l'intermédiaire du débit de gaz HCl barboté dans ces bains.

Grâce à ce mouvement de mélange, tous les fragments solides imprégnés fournis en continu au tambour DR sont soumis à un bon contact d'une part avec l'acide desdits bains et d'autre part avec le gaz HCl soumis au barbotage.

Par suite de cette action combinée du mélange avec l'acide et le gaz HCl barboté, la matière lignocellulosique subit un gonflage et une forte attaque par l'acide liquide concentré, de sorte que la cellulose y contenue se dissout très rapidement dans cet acide concentré.

La matière lignocellulosique subit ainsi une réduction de taille rapide grâce à cette action combinée favorisant la dissolution, les fines particules résiduelles de lignine qui en résultent étant maintenues en suspension dans l'acide jusqu'à la surface desdits bains BDa à BDC et pouvant ainsi en être évacuées facilement en continu par l'écoulement de trop-plein de ces bains.

La disposition de plusieurs bains en série, telle que décrite ci-dessus et représentée sur la fig. 3, permet d'assurer le traitement efficace de très grandes quantités de différentes matières lignocellulosiques fragmentaires irrêgulières, conformément à la présente invention.

En effet, dans cette disposition en cascade selon la fig. 3, la dissolution complète de la cellulose contenue dans la matière lignocellulosique fournie en continu au tambour rotatif DR est effectuée en trois étapes successives similaires dans les bains BDa, BDb et BDC respectivement, dans lesquels les fragments soumis à la dissolution par étapes subissent également une classification par étapes successives d'un bain à l'autre.

Ainsi, les fragments solides les plus petits seront dissous le plus rapidement dans le premier bain BDa et y transformés en fines particules résiduelles de lignine en suspension dans l'acide, ces particules fines étant alors évacuées facilement de manière continue par écoulement de trop-plein d'un bain à l'autre jusqu'à la sortie 333 du dernier bain BDC.

En revanche, les fragments solides les plus gros de la matière lignocellulosique fournie en continu au premier bain BDa y seront maintenus pour subir une majeur partie de la dissolution jusqu'à ce qu'ils aient subi une réduction de taille notable favorisant leur mise en suspension dans ce bain et, par conséquent, leur évacuation par déversement dans le bain suivant BDb.

Dans ce deuxième bain BDb, les fragments à taille réduite sont soumis à une dissolution analogue, sous ladite action combinée du mélange modéré et du barbotage de HCl, les fines particules résiduelles de lignine ainsi obtenues en suspension dans ce deuxième bain étant alors évacuées facilement en continu par déversement à travers les ouvertures 332 et 333.

Le troisième bain BDC sert enfin à parfaire la dissolution de toute la cellulose résiduelle encore contenue dans les fragments à taille réduite susceptibles de passer par déversement du bain BDb dans le bainBDc.

Cette disposition des bains BDa, BDb et BDC en cascade permet donc de diviser la dissolution complète de la cellulose contenue dans tous les fragments solides en trois étapes successives, dans lesquelles ces fragments subissent des classifications différentes dans des gammes de tailles qui deviennent plus étroites de chaque bain au suivant.

Par conséquent, il n'est plus tellement important d'évacuer seulement lesdites fines particules résiduelles du premier bain BDa étant donné que des fragments de taille moyenne, qui seraient éventuellement évacués par déversement de ce premier bain, pourront subir une dissolution complète dans les bains suivants DBb et DBC.

Ainsi, le choix d'un mouvement suffisamment modéré pour assurer la rétention d'une partie prépondérante desdits fragments dans le bain jusqu'à leur dissolution complète n'est plus une condition aussi importante dans ce premier bain DBa, étant donné que les trois bains DBa à DBC disposés en cascade sont disponibles pour assurer la dissolution complète dans tous les cas.

Une telle disposition de plusieurs bains de dissolution en cascade facilite donc la mise en œuvre de la dissolution complète telle que prévue selon la présente invention et permet par ailleurs d'augmenter le débit de matière solide traitée par unité de volume de ces bains.

En effet, les fragments solides ayant des tailles différentes peuvent être ainsi continuellement piégés, dissous et triés successivement selon leur taille décroissante d'un bain au suivant, les fragments les plus gros étant retenus le plus longtemps dans le premier bain (par effet de sédimentation), tandis que seulement les fines particules résiduelles seront évacuées en continu du dernier bain.

En d'autres termes, les fines particules ainsi que les fragments de taille réduite peuvent être ainsi entraînés et évacués en continu plus rapidement du premier bain, permettant d'augmenter ainsi son alimentation en nouvelle matière à dissoudre, tandis que les bains suivants permettront d'assurer la dissolution complète dans tous les cas.

Par conséquent, une telle subdivision du bain servant à la dissolution complète, en plusieurs bains élémentaires en cascade, présente un intérêt pratique certain lors de la mise en œuvre de l'invention pour la dissolution en continu, à grande échelle, de matières fragmentaires relativement irrégulières et difficiles à dissoudre complètement, lesquelles matières nécessitent pour la dissolution à peu près complète une durée de contact solide/liquide qui varie considérablement selon la taille des fragments solides.

Il est cependant évident que la disposition de trois bains élémentaires en cascade, décrite ci-dessus, a été donnée uniquement à titre d'exemple. Il est donc entendu que l'on pourra subdiviser le bain de dissolution en un nombre approprié quelconque de bains élémentaires en cascade pour la mise en œuvre de l'invention.

Il convient de noter en outre que le barbotage de gaz HCl tel que décrit permet de réduire notablement la quantité ainsi que la concentration d'acide chlorhydrique liquide qui est nécessaire pour assurer la dissolution complète de la cellulose.

Les exemples suivants permettent d'illustrer plus pleinement les résultats que l'on peut obtenir lors de la mise en œuvre de l'invention pour la dissolution de la cellulose contenue dans différentes matières lignocellulosiques.

Exemple 1:

La matière lignocellulosique fragmentaire traitée dans ce cas est la paille de blé séchée, qui est composée de fragments de différentes longueurs comprises entre 0,5 et 2 cm et dont la composition en poids comprend 25% de pentosanes, 40% de cellulose et 20% de lignine.

Pour effectuer le traitement, on a formé un bain de 600 cm3 d'acide chlorhydrique à une concentration de 40% et une température de 20° C dans un flacon à fond bombé adapté à un dispositif du type Rotavapor pour imprimer un mouvement rotatif à ce flacon.

Après avoir immergé 100 g de paille de blé séchée dans ce bain d'acide, on a fait barboter du gaz HCl à travers ce bain contenu dans le flacon soumis au mouvement rotatif. Ce barbotage de gaz

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HCl ainsi que cette rotation du flacon produisent ainsi un mouvement de mélange intime entre l'ensemble de l'acide du bain et la paille y immergée.

On a maintenu en même temps une légère dépression au-dessus du bain d'acide contenu dans le flacon afin de favoriser le dégazage de ce bain pendant que le gaz HCl y subit le barbotage.

La concentration du bain d'acide a été ainsi maintenue à 40% pendant le traitement.

Après 10 à 15 mn du traitement décrit, la cellulose contenue dans la paille était complètement dissoute dans l'acide du bain et on obtenait ainsi une suspension de fines particules insolubles de lignine.

En revanche, lorsqu'on a effectué la dissolution de la paille immergée dans un bain d'acide chlorhydrique à 40% et à 30°C contenu dans le flacon rotatif, mais sans barbotage de gaz HCl et dégazage du bain, un temps de traitement de 45 mn était nécessaire pour un rapport paille/acide analogue afin d'assurer un résultat analogue, c'est-à-dire une dissolution complète de la cellulose contenue dans la paille et sa transformation en une suspension de fines particules de lignine dans l'acide.

Cet essai comparatif démontre donc que le temps nécessaire pour la dissolution complète de la cellulose contenue dans la paille peut être réduit par un facteur de 3 à 4 grâce à l'effet du barbotage de gaz HCl et du dégazage du bain.

Lorsqu'on a maintenu la suspension lignine/acide ainsi obtenue à 30° C pendant 3 h, on a pu soumettre ainsi à une hydrolyse complète les produits dissous de l'hémicellulose et de la cellulose contenues initialement dans la paille. Une analyse de la solution résultant de cette hydrolyse a démontré que 90 à 95% du glucose potentiel dans la paille était dissous dans l'acide.

Exemple 2:

On a soumis respectivement diverses matières végétales telles que la paille, la bagasse et la sciure (d'une teneur en eau d'environ 10%) à un traitement de dissolution en continu dans un tambour-réacteur DR selon la forme d'exécution décrite ci-dessus par rapport à la fig. 3, ayant un diamètre de 60 cm, une longueur totale de 180 cm et une vitesse de rotation de 1 t/mn.

Les parois annulaires 327, 328 et 329 définissant respectivement le niveau des trois bains élémentaires BDa, BDb et BDC par rapport au fond de ce tambour DR avaient une hauteur radiale décroissante de 10,9 et 8 cm respectivement, la longueur de chaque bain étant de 60 cm et le volume total de ces trois bains étant d'environ 501. s On a fourni en continu à l'entrée de ce tambour-réacteur DR la matière végétale à traiter et 24 à 371/h d'acide chlorhydrique concentré à 27-30°C ayant une concentration en poids comprise entre 39 et 40,5%.

Le rapport solide/liquide dans ce réacteur DR a été ajusté de cas io en cas suivant la densité de la matière végétale fournie en continu, à une valeur comprise entre 1:6 et 1:10.

En même temps on a fait barboter en continu dans le fond des trois bains BDa à BDC du gaz chlorhydrique fourni par les tuyaux de barbotage 316a à 316c avec un débit total de quelques dizaines de 15 litres par minutes.

La matière végétale fournie en continu au réacteur rotatif DR, imprégnée dans le premier bain BDa y a.subi rapidement une dissolution et une réduction de taille notable sous l'action combinée du mouvement de mélange dû à la rotation lente du réacteur et du 20 gaz HCl barboté à travers le bain. Les fragments à taille réduite en suspension dans le bain ont été évacués en continu par débordement de l'acide au niveau 303a, à travers l'orifice 334 (fig. 3), pour passer alors dans le bain suivant BDb dans lequel la dissolution se poursuit de la même façon jusqu'à l'évacuation dans le dernier bain BDC 25 pour y parfaire la dissolution complète de la cellulose.

La matière végétale fourme en continu au réacteur DR est ainsi transformée en une suspension de fines particules de lignine qui est évacuée en continu par débordement dans la chambre collectrice 338.

30 Dans les conditions décrites ci-dessus, le temps de résidence moyen de la matière végétale dans le réacteur DR pour dissoudre complètement la cellulose était de l'ordre de 15 mn.

On a pu récupérer des sucres monomères (xylose et glucose) à partir de la suspension lignine/acide ainsi produite dans le réac-35 teurDR. A cette fin on a maintenu cette suspension à 30°C dans un bac de mûrissage pendant 3 h puis on l'a soumise à un séchage par pulvérisation dans ce courant de gaz chauds (spray drying) afin d'obtenir un mélange pulvérulent de sucres monomères et de lignine.

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1 feuille dessins

Claims

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REVENDICATIONS

1. Procédé de dissolution en continu de la cellulose contenue dans une matière lignocellulosique fragmentaire, par traitement avec de l'acide chlorhydrique liquide concentré, caractérisé par le fait que:

a) l'on immerge la matière lignocellulosique, imprégnée d'acide chlorhydrique concentré, dans un bain de cet acide à travers lequel on fait barboter du gaz chlorhydrique, pendant que l'on soumet la matière immergée à un mouvement de mélange modéré de telle manière que la cellulose contenue dans cette matière puisse se dissoudre rapidement dans l'ensemble de l'acide du bain sous l'action combinée du gaz chlorhydrique subissant le barbotage et du mouvement de mélange;

b) l'on effectue ledit barbotage et ledit mouvement de mélange de telle manière que sensiblement toute la cellulose contenue dans la matière immergée soit dissoute dans l'acide, pour produire ainsi une suspension de particules fines de lignine dans l'ensemble du bain;

c) l'on alimente en continu ce bain en acide liquide concentré et en matière lignocellulosique à traiter, tandis que l'on ajuste leurs débits d'alimentation respectifs, de telle manière que sensiblement tous les fragments lignocellulosiques fournis à ce bain et imprégnés restent essentiellement immergés à l'intérieur du bain et y subissent l'action combinée du gaz chlorhydrique barboté et dudit mouvement de mélange pendant un temps suffisant pour dissoudre la cellulose contenue dans ces fragments et pour produire ainsi ladite suspension de particules fines résiduelles, tandis que l'on évacue en continu, par un écoulement de trop-plein de ce bain, une suspension consistant essentiellement en particules fines de lignine ainsi produites et suspendues à la surface du bain dans l'acide chlorhydrique contenant les produits de la cellulose ainsi dissoute en continu.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on forme ledit bain d'acide dans une chambre fermée de laquelle on aspire en continu du gaz chlorhydrique sortant de la surface de ce bain après avoir subi le barbotage.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on maintient l'acide dudit bain dans un état saturé au moyen du gaz chlorhydrique que l'on fait barboter dans ce bain.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'on recycle le gaz chlorhydrique évacué de ladite chambre de manière à le soumettre à un barbotage répété dans ledit bain.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'on maintient une dépression dans ladite chambre.
6. Appareil pour la mise en œuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend:

a) un dispositif d'imprégnation comportant un tambour auxiliaire horizontal rotatif (IA) muni d'une paroi transversale (320) délimitant une extrémité d'entrée de ce tambour et présentant une ouverture d'entrée axiale (321) pour l'admission de la matière lignocellulosique fragmentaire à imprégner, de moyens d'alimentation en liquide (304,306,308,323) permettant de fournir en continu à ce tambour auxiliaire une quantité réglable du solvant liquide destiné à imprégner et dissoudre la matière lignocellulosique fragmentaire, de moyens (324) permettant de former au fond de ce tambour auxiliaire (IA) un bain d'imprégnation (BI) et de faire avancer ce bain le long du fond de ce tambour (IA), de moyens (340) permettant l'immersion cyclique de la matière lignocellulosique fragmentaire dans ce bain d'imprégnation (BI), et d'une extrémité de sortie constituant une ouverture de sortie libre permettant le déversement en continu de la matière lignocellulosique fragmentaire imprégnée en même temps que le solvant en dehors de ce tambour auxiliaire (IA);

b) un tambour horizontal rotatif principal (DR) pour la dissolution en continu de la matière lignocellulosique fragmentaire imprégnée, muni d'une première paroi transversale (326) délimitant une extrémité d'entrée axiale (330) communiquant avec l'extrémité de sortie libre du tambour auxiliaire (I A), de manière que la matière lignocellulosique fragmentaire imprégnée et le solvant puissent se déverser ensemble en continu dans le tambour principal (DR) à travers son ouverture d'entrée axiale (330);

c) que ledit tambour principal horizontal (DR) est subdivisé en une pluralité de compartiments communicants (334 à 336) délimités respectivement par ladite première paroi transversale (326) à l'entrée du tambour principal, par au moins une paroi transversale intermédiaire (327,328) et par une dernière paroi transversale (329) délimitant une extrémité de sortie de ce tambour principal;

d) que lesdites parois transversales (326 à 329) présentent chacune une ouverture axiale (330 à 333) dont le diamètre augmente d'une paroi à la suivante le long du tambour principal (DR), de telle manière que le solvant puisse former dans lesdits compartiments (334 à 336) une pluralité de bains (BDa à BDC) disposés en cascade et se déverser en continu par un écoulement de trop-plein de chacun de ces bains au bain suivant et en dehors du tambour principal à son extrémité de sortie;

e) que ledit tambour principal (DR) est agencé de telle manière qu'il puisse imprimer à la matière lignocellulosique fragmentaire imprégnée et immergée dans lesdits bains (BDa à BDC) un mouvement de mélange réglable permettant de maintenir les fragments de cette matière en contact intime avec le solvant à l'intérieur desdits bains, de maintenir en suspension les fines particules résiduelles résultant de la dissolution de ces fragments, et d'évacuer ainsi ces fines particules de façon continue par ledit écoulement de trop-plein du solvant.
7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait:

a) que lesdits moyens d'alimentation en liquide (304,306,308, 323) sont agencés de telle manière qu'ils fournissent en continu au tambour auxiliaire une quantité réglable d'acide chlorhydrique concentré;

b) que le tambour principal (DR) communique avec le tambour auxiliaire (IA) et avec une chambre collectrice (338) disposée à sa sortie, de manière à former ensemble une chambre fermée;

c) que le tambour principal (DR) est associé à un dispositif d'alimentation en gaz (313 à 316) permettant le barbotage d'une quantité réglable de gaz chlorhydrique à travers lesdits bains, afin de dissoudre la cellulose sous l'action combinée du gaz ainsi soumis au barbotage et dudit mouvement de mélange réglable.
8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (317 à 319,314) permettant d'aspirer en continu de ladite chambre fermée du gaz HCl ayant subi le barbotage et de recycler le gaz ainsi aspiré, de telle manière qu'il puisse être soumis au barbotage de façon répétée.