EP0915748B1 - Procede pour l'impregnation de matieres organiques fibreuses hydratees, et installations pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Procede pour l'impregnation de matieres organiques fibreuses hydratees, et installations pour la mise en oeuvre de ce procede Download PDF

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EP0915748B1
EP0915748B1 EP96927106A EP96927106A EP0915748B1 EP 0915748 B1 EP0915748 B1 EP 0915748B1 EP 96927106 A EP96927106 A EP 96927106A EP 96927106 A EP96927106 A EP 96927106A EP 0915748 B1 EP0915748 B1 EP 0915748B1
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EP
European Patent Office
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water
treated
constitution
impregnation
heating
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EP96927106A
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EP0915748A1 (fr
Inventor
Pierre-Olivier Cogat
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Aurore Developpement
Original Assignee
Cogat Pierre-Olivier
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K5/00—Treating of wood not provided for in groups B27K1/00, B27K3/00
    • B27K5/003—Treating of wood not provided for in groups B27K1/00, B27K3/00 by using electromagnetic radiation or mechanical waves
    • B27K5/0055—Radio-waves, e.g. microwaves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K3/00—Impregnating wood, e.g. impregnation pretreatment, for example puncturing; Wood impregnation aids not directly involved in the impregnation process
    • B27K3/02—Processes; Apparatus
    • B27K3/0207—Pretreatment of wood before impregnation
    • B27K3/0221—Pore opening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K3/00—Impregnating wood, e.g. impregnation pretreatment, for example puncturing; Wood impregnation aids not directly involved in the impregnation process
    • B27K3/02—Processes; Apparatus
    • B27K3/08—Impregnating by pressure, e.g. vacuum impregnation

Definitions

  • the invention relates to a method for impregnating materials. hydrated fibrous organic materials, such as, for example, wood, fruit, grains or oilseeds, skins. It relates to also facilities for the implementation of this process. More in particular, the invention relates to a method and installations permitting the impregnation of fibrous organic solids hydrated by self-evaporation of water of constitution under vacuum instantaneous and overpressure injection of a solute solution to be injected.
  • hydrated fibrous organic materials means any material fibrous organic comprising water of constitution occurring both in the form of free and residual water.
  • examples include wood, fruits, vegetables, grains of grains or oilseeds or skins, all of which have not undergone prior desiccation phase.
  • the wood is pre-dried and has moisture residual in the range of seven to eight percent (7 to 8%) and therefore presents this fact, a pre-existing porous structure.
  • the phase of vacuuming only causes deaeration intended to eliminate the air included in the wood fibers.
  • Document GB-A-15556 also describes a method of treatment of pre-dried wood, with almost total drying during operating phases and this by injection after degassing by vacuum effect.
  • the invention relates to a method for impregnating at heart hydrated fibrous organic materials comprising water of constitution by means of a treatment liquid, such as for example a solution fungicide, a solution of hardening or flame retardant salts, a solution enzymatic for the treatment of wood, or a sugar solution for confectionery applications, or a salty solution for salted, or a solution of tannins for the treatment of the skins, etc ...
  • a treatment liquid such as for example a solution fungicide, a solution of hardening or flame retardant salts, a solution enzymatic for the treatment of wood, or a sugar solution for confectionery applications, or a salty solution for salted, or a solution of tannins for the treatment of the skins, etc ...
  • the wood was always previously dried or brought to a low humidity level, so that it contains air in an existing porous structure as a result of drying. We therefore seeks to eliminate this air included by heating and then evacuating in order to fill the porous structure with a treatment product.
  • the material is necessarily hydrated, that is to say with its water of constitution and is not therefore not porous and contains no air significantly.
  • the heating stage followed by the rapid evacuation stage by intermediate condensation of the emitted vapors causes vaporization of the water of constitution and thus the creation of a structure porous which was not pre-existing.
  • the micro-channels formed ensure perfect continuity of communication between the heart of the matter, that is to say the deepest zones and the periphery thereof.
  • These micro-channels are only filled with steam. So, by internal condensation of this vapor, it is possible to impregnate the core of the material any treatment solution without having to use back pressure excessive.
  • the condensation of the water vapor is made instantly thanks to pressurization, the cold source then being constituted by the material itself.
  • the impregnation of fibrous substances with a dissolved substance in water or any other solvent allows impregnation depth. This impregnation is done by means of a liquid previously heated to a temperature greater than or equal to the equilibrium temperature of the corresponding vacuum.
  • the proportion of micro-channels formed essentially depends on the difference between the reheating temperature and that corresponding to the vacuum. The greater this difference, the greater the volume of the micro-channels trained will be important.
  • the heating takes place at a pressure greater than 0.5 bar absolute, preferably at a pressure between 0.5 and 3 bars absolute, any of the known means in particular by conduction with a hot recirculating liquid or on a hot surface or steam condensation effect or use of high frequency heaters.
  • Reduced pressure takes place in less than ten seconds. Indeed, it has been found that for solids of minimum dimensions located between 5 and 15 cms, the optimal vacuuming time is less to ten seconds, preferably on the order of six seconds.
  • the invention also relates to two installations for setting up work of this process.
  • Figure 1 is a representation of an installation for setting discontinuous work of the process according to the invention.
  • FIG. 1 Figures 2a to 2d are schematic representations of the process according to the invention by means of the installation of FIG. 1.
  • Figure 3 is a summary representation for the implementation continuous process according to the invention.
  • the implementation of the method according to the invention can be done discontinuously, i.e. by submitting the same quantity of materials to be treated successively at the different stages of the process, either continuously, i.e. by circulating the material in different enclosures ensuring each of the process functions.
  • FIG. 1 The installation described diagrammatically in FIG. 1 makes it possible to treat discontinuously the different types of materials referred to in the preamble.
  • this installation mainly comprises a treatment (CT), a mixing condenser, a pressure source (SP), a vacuum device (DV), these different elements being interconnected by a network of pipes and valves, as well as appropriate recirculation.
  • CT treatment chamber
  • SP pressure source
  • DV vacuum device
  • the treatment chamber can consist of an enclosure, the autoclave type, for example stainless steel, pressure resistant and empty.
  • This enclosure is associated with means for heating the material to treat which can be of various natures.
  • it can be a recirculation and heating circuit liquid consisting of a pump (P1) and a surface exchanger (E1) whose function is to recover the liquid present in the bottom of the treatment chamber (CT) and reheat it then spray it on the material to be treated.
  • P1 a pump
  • E1 surface exchanger
  • This treatment chamber (CT) is connected to the pressure source (SP) via a quick opening valve (V3), i.e. less than one second.
  • This treatment chamber (CT) is also connected to the mixing capacitor (CM) by means of two valves (V1, V2) via tubing (T1, T2) of different section. In this way, depending on the circuit selected (T1, T2), and the opening speed of the valves (V1, V2), it is possible to adjust the vacuuming time.
  • the mixing condenser (CM) also consists of a steel enclosure, possibly stainless. So completely essential, it contains a reserve of cold water (F), i.e. temperature significantly lower than that of the steam extracted from the material to be treated, and typically of the order of at least 25 ° C.
  • This mixing condenser (CM) is associated with a recirculation circuit of cold water consisting of an exchanger (E2), for example of the type exchanger by surface, then from one or two centrifugal pumps (P2, P3) to broadband.
  • This mixing condenser (CM) is connected to a vacuum device (DV) consisting essentially of a vacuum pump and so advantage of a vacuum level regulation system, in order to obtain optimal performance.
  • CM mixing condenser
  • DV vacuum device
  • the material to be treated (M) is introduced into the treatment chamber (CT). It is heated there by any appropriate means already mentioned such as traffic and heating the impregnation solution which then constitutes the vector of calories, or else, more conventionally by introducing steam, or even by heating with high frequency waves
  • valves (V1) and (V2) are open in order to set up communication the treatment chamber (CT) with the condenser mixture (CM) itself under very reduced pressure, of the order of 0.07 bar absolute at 0.09 bar absolute. It follows that this almost instantaneous vacuuming preheated material, causes self-evaporation of the water of constitution of the fibrous material (see Figure 2b). This evaporation creates in the material a network of micro-channels (5) of vapor connecting the heart of the material with its periphery.
  • the extracted steam enters the mixing condenser and is condensed thanks to the presence of sprayed cold water which serves as reserve of frigories.
  • the contact is brought into contact.
  • material to be treated (M) with the impregnation solution (1).
  • the material to be treated has been heated thanks to the impregnation solution, there is no need to additional solution introduction.
  • valves (V2) and (V1) are then closed, which maintains inside the treatment chamber (CT) reduced pressure, close from that generated by the vacuum device.
  • valve (V3) is open and therefore the treatment chamber (CT) is put almost instantly overpressure. This causes the introduction of the solution in the micro-channel network, right down to the heart of the matter.
  • this installation includes a heating (CC), an evaporation chamber (EV), a chamber impregnation (CI), an overpressure zone (EG), and a vacuum source (SV).
  • CC heating
  • EV evaporation chamber
  • CI chamber impregnation
  • EG overpressure zone
  • SV vacuum source
  • the heating chamber (CC) is constituted by a enclosure open upwards to the water inside which are introduced the materials to be treated.
  • this heating chamber (CC) can be equipped with different means of heating the material, namely a high frequency device (HF), or a water circulation circuit hot or hot impregnation solution consisting of a pump (PCH) drawing from the bottom of the heating chamber and bringing the hot water in a surface exchanger (ECH), then ensuring the ascent of the water hot to the top of the heating chamber (CC) for its spraying on the material to be treated.
  • HF high frequency device
  • the heating chamber includes a tubing (T5) equipped with a supply means, such as a screw Archimedes (6) followed by a positive displacement pump, which ensures the transport of the heated material to the evaporation chamber (EV).
  • a supply means such as a screw Archimedes (6) followed by a positive displacement pump, which ensures the transport of the heated material to the evaporation chamber (EV).
  • the invention covers alternative embodiments various in which the Archimedes screw can feed a rotary airlock or an airlock consisting of two guillotine valves.
  • the evaporation chamber (EV) consists of an enclosure of the autoclave type, vacuum resistant, for example stainless steel. This evaporation chamber (EV) is connected, in the upper part, to the vacuum source (SV). In the lower part, the evaporation chamber (EV) includes advantageously a scraper device (7) allowing, by means of various advantageously oriented rotary blades (8), to bring the material towards the axis of symmetry of the evaporation chamber (EV).
  • the bottom of the evaporation chamber (EV) has an opening (10) connected to a airlock (S2) or to an equivalent pump not shown, which connects this evaporation chamber (EV) to a tank (CI) for contacting the material with the impregnation solution (1).
  • the vacuum source is for example a assembly comprising a condenser, a vacuum pump or the like vacuum device, a condensate extraction pump.
  • this impregnation tank (C1) comprises a circuit for sampling the impregnation solution which leads to the by means of a pump (PS), said solution after heating to inside the evaporation chamber (EV), so as to ensure bringing the treated material into contact with the impregnation solution (1) at the time of spraying.
  • PS pump
  • EV evaporation chamber
  • the impregnation tank (CI) is connected to the solution tank impregnation and includes a level regulator (LC) allowing control the progress of the process.
  • LC level regulator
  • the impregnation tank (CI) inside which the material is immersed in the impregnation solution (1) is then in overpressure with respect to the evaporation chamber.
  • the impregnation tank (CI) is connected to a setting area overpressure constituted by a tube comprising a screw Archimedes (11) ensuring the elevation of the material for its outlet (12) from the installation.
  • this Archimedes screw (11) is driven by a motor not shown at a speed calculated to ensure a time of stay under pressure sufficient to induce impregnation at the heart of matter.
  • the value of the overpressure to which the material to be treated is subjected is controlled by the pressure regulator (PC) connected to the screw Archimedes (11).

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Description

Domaine Technique
L'invention concerne un procédé pour l'imprégnation de matières organiques fibreuses hydratées, tels que par exemple du bois, des fruits, des grains de céréales ou d'oléagineux, des peaux. Elle concerne également des installations pour la mise en oeuvre de ce procédé. Plus particulièrement, l'invention vise un procédé et des installations permettant l'imprégnation de matières solides organiques fibreuses hydratées par auto-vaporisation de l'eau de constitution sous vide instantané et injection en surpression d'une solution de soluté à injecter.
Techniques antérieures
Dans la suite de la description et dans les revendications, par "matières organiques fibreuses hydratées", on désigne toute matière organique fibreuse comportant de l'eau de constitution se présentant aussi bien sous forme d'eaux libres que d'eaux résiduelles. A titre d'exemple, on peut citer le bois, les fruits, les légumes, les grains de céréales ou d'oléagineux ou des peaux, tous ces produits n'ayant pas subi de phase de dessication préalable.
On sait que les matières fibreuses organiques perdent instantanément dix pour cent de leur poids par vaporisation de l'eau de constitution sans que le volume de ces matières soit modifié, lorsque l'on réchauffe ces matières à 90°C, puis lorsqu'on leur applique un vide instantané à une très faible pression de l'ordre de 0,07 bars.
Dans le document FR-A-2 116 774, on a proposé de traiter des plans de bois utilisés sous la forme de plateaux ou tables à but alimentaire de la manière suivante :
  • dans un premier temps, on élimine l'air disposé entre les multiples fibres du bois par dépression dans une enceinte hermétique.
  • puis dans une seconde phase, on imprégne les plateaux de paraffine ou analogues.
Ici, le bois est préalablement séché et présente une humidité résiduelle de l'ordre de sept à huit pour cent (7 à 8 %) et présente donc, de ce fait, une structure poreuse pré-existante. Dans ce procédé, la phase de mise sous vide provoque seulement une désaération destinée à éliminer l'air inclus dans les fibres de bois.
Dans le document GB-A-15556, on a décrit également un procédé de traitement de bois pré-séché, avec dessication quasi-totale au cours des phases opératoires et ce par injection après dégazage par effet de vide.
Ces deux procédés font appel à une matière préalablement séchée et non pas humide, et présente essentiellement les inconvénients suivants :
  • des durées de mise en oeuvre longues, de l'ordre de 5 minutes pour la mise sous vide, et de 10 minutes pour la mise en pression, ce qui ne provoquent pas de destructuration supplémentaire de la matière ;
  • une pénétration en profondeur limitée, due à une destructuration insuffisante de la matière ;
  • enfin, la mise en oeuvre d'un dispositif spécifique pour créer une forte pression de 5 à 10 bars pour l'injection.
Par ailleurs, ces procédés sont inopérants pour les autres matières organiques fibreuses hydratées.
L'invention vise un procédé permettant d'imprégner à coeur des matières organiques fibreuses hydratées comportant de l'eau de constitution au moyen d'un liquide de traitement, tel que par exemple une solution fongicide, une solution de sels à effet durcisseur ou ignifuge, une solution enzymatique pour le traitement des bois, ou une solution sucrée pour les applications en confiserie, ou une solution salée pour les applications en salaisons, ou une solution de tanins pour le traitement des peaux, etc...
Description sommaire de l'invention
L'invention concerne un procédé pour l'imprégnation d'une matière solide organique fibreuse hydratée comportant de l'eau de constitution, procédé consistant :
  • tout d'abord, à chauffer l'eau de constitution de la matière ;
  • puis, à mettre en moins de 10 secondes ladite matière chaude sous une pression réduite, de manière à créer un réseau de micro-canaux assurant une communication sensiblement depuis le coeur jusqu'à la périphérie de la matière par effet de vaporisation d'une partie essentielle de l'eau de constitution ;
  • puis, à mettre la matière ainsi traitée en contact avec un liquide d'imprégnation ;
  • et enfin, à instaurer en moins de 1 seconde une surpression, de manière à faire pénétrer le liquide d'imprégnation dans les micro-canaux formés.
En d'autres termes, l'invention consiste :
  • dans une première phase, à chauffer une matière organique fibreuse hydratée, c'est-à-dire contenant l'essentiel de son eau de constitution (eau libre et eau résiduelle), de préférence au voisinage de 100°C pour accumuler de l'énergie dans l'eau de constitution ;
  • puis, dans une deuxième phase, à mettre rapidement ladite matière chaude sous une pression réduite en un temps très court, de l'ordre de quelques secondes, de manière à créer à l'intérieur de ladite matière un réseau de micro-canaux qui seront ainsi maintenus ouverts par la structure fibreuse et remplis uniquement de vapeur d'eau, lesdits micro-canaux se dirigeant essentiellement radialement depuis le coeur jusqu'à la périphérie de la matière grâce à l'effet de vaporisation d'une partie essentielle de l'eau de constitution libre ou résiduelle ;
  • puis, dans une troisième phase, à mettre au voisinage de l'extrémité extérieure de ces micro-canaux une solution d'un liquide d'imprégnation qui, grâce à la condensation de la vapeur des micro-canaux, va créer un système d'aspiration de la solution placée en périphérie ;
  • et enfin, dans une quatrième phase, à augmenter rapidement la pression, par exemple de l'ordre de la seconde, de manière à faire pénétrer à coeur le liquide d'imprégnation dans les micro-canaux formés.
Dans les procédés antérieurs, le bois était toujours préalablement séché ou amené à un faible taux d'humidité, de sorte qu'il contient de l'air dans une structure poreuse existante par suite de la dessication. On cherche donc à éliminer cet air inclus par chauffage puis mise sous vide afin de remplir la structure poreuse par un produit de traitement.
Au contraire, dans le procédé selon l'invention, la matière est nécessairement hydratée, c'est-à-dire avec son eau de constitution et n'est donc pas poreuse et ne contient pas d'air de manière significative.
L'étape de chauffage suivie de l'étape de mise sous vide rapide par condensation intermédiaire des vapeurs émises, provoque la vaporisation de l'eau de constitution et ainsi la création d'une structure poreuse qui n'était pas pré-existante. De la sorte, les micro-canaux formés assurent une parfaite continuité de communication entre le coeur de la matière, c'est-à-dire les zones les plus profondes et la périphérie de celle-ci. Ces micro-canaux sont uniquement remplis de vapeur. De la sorte, par condensation interne de cette vapeur, il est possible d'imprégner au coeur de la matière toute solution de traitement sans avoir à utiliser de contre-pression excessive.
La condensation de la vapeur d'eau de constitution se fait instantanément grâce à la mise sous pression, la source froide étant alors constituée par la matière elle-même.
L'imprégnation des substances fibreuses par une substance dissoute dans l'eau ou tout autre solvant, permet une imprégnation en profondeur. Cette imprégnation se fait au moyen d'un liquide préalablement chauffé à une température supérieure ou égale à la température d'équilibre du vide correspondant.
Avantageusement, en pratique :
  • le chauffage préalable de la matière (1ère phase) est effectué par tout moyen approprié, tel que par exemple la conduction avec une surface chaude ou avec un liquide chaud recirculant, voire par utilisation d'ondes haute-fréquence ;
  • la mise sous vide instantanée (2ème phase) de la matière préchauffée provoque une auto-évaporation de l'eau de constitution qui crée dans cette matière un réseau nouveau de micro-canaux de vapeur différent de ce que l'on obtenait lors du séchage. L'importance du dégagement de vapeur d'eau instantané (voisin de 2,5 m3 émis en une seconde pour un kilo de matière traitée) fait que si les canaux existants sont utilisés pour l'évacuation de cette vapeur d'autres voies se créent, les premières étant insuffisantes pour assurer le débit ;
  • la mise au contact avec le liquide d'imprégnation s'effectue à une température égale ou tout au plus légèrement supérieure à celle de la matière concernée, cette introduction pouvant se faire avant ou après la mise sous vide ;
  • enfin, la mise sous pression très rapide de l'enceinte de traitement provoque l'introduction de la solution.
La proportion des micro-canaux formés dépend essentiellement de l'écart entre la température de réchauffage et celle correspondant à la mise sous vide. Plus cet écart est grand, plus le volume des micro-canaux formés sera important.
Dans une forme de réalisation préférée, le chauffage s'effectue à une pression supérieure à 0,5 bar absolu, de préférence à une pression comprise entre 0,5 et 3 bars absolu, l'un quelconque des moyens connus notamment par conduction avec un liquide chaud recirculant ou sur une surface chaude ou effet de condensation de vapeur ou utilisation de chauffages à hautes fréquences.
La mise sous pression réduite s'effectue en moins de dix secondes. En effet, on a constaté que pour des solides de dimensions minimales situées entre 5 et 15 cms, le temps optimal de mise sous vide est inférieur à dix secondes, de préférence de l'ordre de six secondes.
Pour des solides dont le dimension minimale s'effectue entre 2 et 5 cms, les temps de mise sous vide de dix secondes sont satisfaisants, le délai optimal étant de l'ordre de la seconde.
Enfin, pour des solides dont la dimension minimale est entre 2 et 20 mm, le temps de mise sous vide de l'ordre de la seconde est satisfaisant, la durée optimale étant de l'ordre de 0,1 à 0,2 seconde.
La mise en contact du liquide d'imprégnation, préalablement chauffé à une température au moins égale à la température d'équilibre sous vide, s'effectue sans variation de la pression réduite. Ainsi, au moment de l'introduction de la solution d'imprégnation, la matière ne subit aucune surpression qui provoquerait une légère entrée de ladite solution dans la matière, ni aucun effet de condensation.
En revanche, la mise en pression rapide s'effectue en un temps d'au plus une seconde.
L'invention concerne également deux installations pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Dans une première forme d'exécution, l'invention a pour objet une installation pour l'imprégnation en discontinu d'une matière solide organique fibreuse hydratée, comportant de l'eau de constitution, installation comprenant :
  • des moyens de chauffage (E1,P1) de la matière à traiter contenue dans une chambre de traitement (CT) reliée :
    • d'un part, à une source de pression (SP) par une vanne (V3) ;
    • d'autre part, à une source de vide par une vanne (V1,V2), dont la rapidité d'ouverture permet de moduler le temps nécessaire à la mise en dépression de la chambre, la source de vide étant constituée d'un condenseur à mélange (CM) contenant une réserve d'eau froide (F) dans sa partie basse et comportant un circuit de recirculation de l'eau froide (E2,P2,P3), ce condenseur étant relié, en partie haute, par une tuyauterie, à un dispositif de vide (DV) ;
  • des moyens d'introduction (DC) d'un liquide d'imprégnation dans la chambre de traitement (CT).
Dans une seconde forme d'exécution, l'invention a pour objet une installation pour l'imprégnation en continu d'une matière solide organique fibreuse hydratée comportant de l'eau de constitution, installation comprenant :
  • des moyens pour introduire en continu la matière à traiter dans une chambre de chauffe (CC) ;
  • une chambre d'évaporation (EV) reliée, d'une part, à la chambre de chauffe (CC) par un sas (S1) permettant le passage de la matière à traiter et, d'autre part, à une source de vide (SV) ;
  • une chambre d'imprégnation (CI,EG) reliée d'une part, à la chambre d'évaporation (EV) par un sas (S2) permettant le passage de la matière à traiter, et d'autre part, à un moyen (PC) de mise en surpression ;
  • des moyens d'amenée d'un liquide d'imprégnation dans les chambres d'évaporation et d'imprégnation.
Brève description des figures
La figure 1 est une représentation d'une installation pour la mise en oeuvre en discontinu du procédé conforme à l'invention.
Les figures 2a à 2d sont des représentations schématiques du procédé conforme à l'invention au moyen de l'installation de la figure 1.
La figure 3 est une représentation sommaire pour la mise en oeuvre en continu du procédé conforme à l'invention.
Manières de réaliser l'invention
Comme déjà dit, la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention peut s'effectuer de façon discontinue, c'est-à-dire en soumettant une même quantité de matières à traiter successivement aux différentes étapes du procédé, soit en continu, c'est-à-dire en faisant circuler la matière dans différentes enceintes assurant chacune des fonctions du procédé.
Mise en oeuvre de façon discontinue (figures 1 et 2)
L'installation décrite schématiquement à la figure 1 permet de traiter de façon discontinue les différents types de matières visées dans le préambule.
Ainsi, cette installation comprend principalement une chambre de traitement (CT), un condenseur à mélange, une source de pression (SP), un dispositif de vide (DV), ces différents éléments étant interconnectés par un réseau de tuyauteries et de vannes, ainsi que de systèmes de recirculation appropriés. Plus précisément, comme on le voit à la figure 1, la chambre de traitement (CT) peut être constituée par une enceinte, du type autoclave, par exemple en acier inoxydable, résistant à la pression et au vide.
Cette enceinte est associée à des moyens de chauffe de la matière à traiter qui peuvent être de natures diverses. Par exemple, comme représenté, il peut s'agir d'un circuit de recirculation et de réchauffement du liquide constitué par une pompe (P1) et un échangeur à surface (E1) dont la fonction est de récupérer le liquide présent dans le fond de la chambre de traitement (CT) et de le réchauffer puis de le pulvériser sur la matière à traiter.
Bien évidemment, d'autres moyens peuvent être utilisés tel qu'un chauffage par ondes à hautes fréquences (non représenté), ou encore avantageusement par un dispositif (DC) permettant l'introduction de la solution d'imprégnation préalablement chauffée qui sert ainsi de vecteur de calories.
Cette chambre de traitement (CT) est reliée à la source de pression (SP) via une vanne (V3) à ouverture rapide, c'est-à-dire inférieure à une seconde.
Cette chambre de traitement (CT) est également reliée au condensateur à mélange (CM) au moyen de deux vannes (V1,V2) via des tubulures (T1,T2) de section différente. De la sorte, en fonction du circuit sélectionné (T1,T2), et de la rapidité d'ouverture des vannes (V1,V2), il est possible de moduler le temps de mise sous vide.
Le condenseur à mélange (CM) est également constitué par une enceinte en acier, éventuellement inoxydable. De façon tout à fait essentielle, il contient une réserve d'eau froide (F), c'est-à-dire à température nettement inférieure à celle de la vapeur extraite de la matière à traiter, et typiquement de l'ordre de 25°C au moins. Ce condenseur à mélange (CM) est associé à un circuit de recirculation de l'eau froide constitué d'un échangeur (E2), par exemple du type échangeur par surface, puis de une ou deux pompes centrifuges (P2,P3) à haut débit.
Ce condenseur à mélange (CM) est relié à un dispositif de vide (DV) constitué essentiellement d'une pompe à vide et de manière avantageuse d'un système de régulation du niveau de vide, afin d'obtenir des performances optimales.
La mise en oeuvre du procédé grâce à cette installation s'effectue de la manière suivante.
Dans une première phase, illustré à la figure 2a, la matière à traiter (M) est introduite dans la chambre de traitement (CT). Elle y est chauffée par tout moyen approprié déjà évoqué tel que la circulation et le chauffage de la solution d'imprégnation qui constitue alors le vecteur de calories, ou bien alors, de façon plus conventionnelle par introduction de la vapeur, ou bien encore par chauffage par ondes à hautes fréquences
De la sorte, l'eau de constitution contenue dans la matière à traiter est portée à une haute température.
Dans la suite, les vannes (V1) et (V2) sont ouvertes afin de mettre en communication la chambre de traitement (CT) avec le condenseur à mélange (CM) lui-même sous pression très réduite, de l'ordre de 0,07 bar absolu à 0,09 bar absolu. Il s'ensuit que cette mise sous vide quasi-instantanée de la matière préchauffée, provoque une auto-évaporation de l'eau de constitution de la matière fibreuse (voir figure 2b). Cette évaporation crée dans la matière un réseau de micro-canaux (5) de vapeur mettant en communication le coeur de la matière avec sa périphérie.
La vapeur extraite pénètre dans le condenseur à mélange et est condensée grâce à la présence de l'eau froide pulvérisée qui sert de réserve de frigories.
Dans l'étape ultérieure, illustrée à la figure 2c, on met en contact la matière à traiter (M) avec la solution (1) d'imprégnation. Bien évidemment, dans le cas où la matière à traiter a été chauffée grâce à la solution d'imprégnation, il n'est pas nécessaire de procéder à une introduction supplémentaire de solution.
Les vannes (V2) et (V1) sont alors fermées, ce qui maintient l'intérieur de la chambre de traitement (CT) une pression réduite, proche de celle engendrée par le dispositif de vide.
Dans la phase suivante, illustrée à la figure 2d, la vanne (V3) est ouverte et par conséquent, la chambre de traitement (CT) est mise quasi-instantanément en surpression. Ceci provoque l'introduction de la solution dans le réseau des micro-canaux, jusqu'au coeur de la matière.
Mise en oeuvre de façon continue (figure 3)
L'installation décrite à la figure 3 permet de traiter en continu de la matière en la faisant passer successivement dans diverses enceintes à l'intérieur desquelles sont réalisées les différentes phases du procédé conforme à l'invention.
Plus précisément, cette installation comprend une chambre de chauffage (CC), une chambre d'évaporation (EV), une chambre d'imprégnation (CI), une zone de mise en surpression (EG), et une source de vide (SV). Ces différents éléments sont reliés par des systèmes de circulation et de sas appropriés.
Plus précisément, la chambre de chauffe (CC) est constituée par une enceinte ouverte vers le haut à l'eau à l'intérieur de laquelle sont introduites les matières à traiter. Comme pour la chambre de traitement correspondant au procédé discontinu, cette chambre de chauffe (CC) peut être équipée de différents moyens de chauffe de la matière, à savoir un dispositif à hautes fréquences (HF), ou un circuit de circulation d'eau chaude ou de solution d'imprégnation chaude constitué par une pompe (PCH) puisant au fond de la chambre de chauffe et amenant l'eau chaude dans un échangeur par surface (ECH), puis assurant la remontée de l'eau chaude jusqu'au sommet de la chambre de chauffe (CC) en vue de sa pulvérisation sur la matière à traiter.
En partie basse, la chambre de chauffe comprend une tubulure (T5) équipée d'un moyen d'amenée, comme par exemple une vis d'Archimède (6) suivie d'une pompe volumétrique, qui assure le transport de la matière chauffée jusque dans la chambre d'évaporation (EV).
Bien évidement, l'invention couvre des variantes de réalisation diverses dans lesquelles la vis d'Archimède peut alimenter un sas rotatif ou un sas constitué par deux vannes à guillotine.
La chambre d'évaporation (EV) est constituée par une enceinte du type autoclave, résistant au vide, par exemple en acier inoxydable. Cette enceinte d'évaporation (EV) est reliée, en partie haute, à la source de vide (SV). En partie basse, la chambre d'évaporation (EV) comprend avantageusment un dispositif de râclage (7) permettant, au moyen de diverses pales (8) rotatives avantageusement orientées, de ramener la matière vers l'axe de symétrie de la chambre d'évaporation (EV). Le fond de la chambre d'évaporation (EV) présente une ouverture (10) reliée à un sas (S2) ou à une pompe équivalente non représentée, qui relie cette chambre d'évaporation (EV) à une cuve (CI) de mise en contact de la matière avec la solution d'imprégnation (1).
Pour information la source de vide (SV) est par exemple un ensemble comprenant un condenseur, une pompe à vide ou autre dispositif de vide, une pompe d'extraction des condensats.
Avantageusement, cette cuve d'imprégnation (C1) comporte un circuit de prélèvement de la solution d'imprégnation qui amène, au moyen d'une pompe (PS), ladite solution après réchauffement à l'intérieur de la chambre d'évaporation (EV), de manière à assurer une mise au contact de la matière traitée avec la solution d'imprégnation (1) au moment de la vaporisation.
La cuve d'imprégnation (CI) est reliée au réservoir de solution d'imprégnation et comprend un régulateur de niveau (LC) permettant de contrôler le déroulement du processus.
La cuve d'imprégnation (CI) à l'intérieur de laquelle la matière est plongée dans la solution d'imprégnation (1) se trouve alors en surpression par rapport à la chambre d'évaporation.
La cuve d'imprégnation (CI) est reliée à une zone de mise en surpression constituée par une tubulure comportant une vis d'Archimède (11) assurant la surélévation de la matière en vue de sa sortie (12) de l'installation.
Plus précisément, cette vis d'Archimède (11) est entraínée par un moteur non représenté à une vitesse calculée pour assurer un temps de séjour sous pression suffisant pour induire une imprégnation à coeur de la matière.
La valeur de la surpression à laquelle est soumise la matière à traiter est contrôlée grâce au régulateur de pression (PC) connecté à la vis d'Archimède (11).
Enfin, cette vis d'Archimède se termine par le sas (S3), ou une pompe équivalente, permettant le retour de la pression constante.
Le procédé et les installations selon l'invention peuvent être utilisés avec le succès pour l'imprégnation de toute substance fibreuse ou tissulaire hydratée, susceptible d'être imprégnée par un solvant tel que l'eau ou par tout liquide susceptible d'être volatilisé par chauffage suivi d'une mise en dépression, ledit liquide pouvant dissoudre la substance choisie dans l'imprégnation. On peut citer à titre d'exemple :
  • l'imprégnation en profondeur de bois avant séchage par des produits fongicides permettant d'améliorer la longévité d'utilisation ;
  • l'imprégnation des graines de céréales par une solution enzymatique afin de liquéfier l'amidon en évitant par là une mouture préalable ;
  • l'imprégnation de fruits fibreux tels que des pommes ou des ananas par une solution sucrée afin de réduire le temps de préparation lorsque l'on désire confire ces fruits ; éventuellement, le procédé peut être appliqué par imprégnations successives ;
  • l'imprégnation de graines oléagineuses par des solutions facilitant l'extraction des matières grasses ;
  • l'imprégnation de racines, tels que les betteraves sucrières pour les épurer à coeur ;
  • l'imprégnation de peaux par des solutions de tannage.

Claims (9)

  1. Procédé pour l'imprégnation d'une matière solide organique fibreuse hydratée comportant de l'eau de constitution, procédé consistant :
    tout d'abord, à chauffer l'eau de constitution de la matière ;
    puis, à mettre en moins de 10 secondes ladite matière chaude sous une pression réduite, de manière à créer un réseau de micro-canaux assurant une communication sensiblement depuis le coeur jusqu'à la périphérie de la matière par effet de vaporisation d'une partie essentielle de l'eau de constitution ;
    puis, à mettre la matière ainsi traitée en contact avec un liquide d'imprégnation ;
    et enfin, à instaurer en moins de 1 seconde une surpression, de manière à faire pénétrer le liquide d'imprégnation dans les micro-canaux formés.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage de l'eau de constitution de la matière est obtenu par conduction avec une surface chaude.
  3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage de l'eau de constitution est réalisé par conduction avec un liquide chaud circulant.
  4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage de l'eau de constitution est réalisé par ondes à hautes fréquences.
  5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage de la matière à traiter s'effectue à une pression supérieure à 0,5 bar absolu et inférieure à 3 bars absolu.
  6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mise au contact de la matière à traiter avec le liquide d'imprégnation s'effectue à une température légèrement supérieure ou égale à celle de la matière à traiter.
  7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mise au contact de la matière à traiter avec le liquide d'imprégnation s'effectue sans variation de la pression réduite.
  8. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 7, pour l'imprégnation en discontinu d'une matière solide organique fibreuse hydratée, comportant de l'eau de constitution, installation comprenant :
    des moyens de chauffage (E1,P1) de la matière à traiter contenue dans une chambre de traitement (CT) reliée :
    d'un part, à une source de pression (SP) par une vanne (V3) ;
    d'autre part, à une source de vide par une vanne (V1,V2), dont la rapidité d'ouverture permet de moduler le temps nécessaire à la mise en dépression de la chambre, la source de vide étant constituée d'un condenseur à mélange (CM) contenant une réserve d'eau froide (F) dans sa partie basse et comportant un circuit de recirculation de l'eau froide (E2,P2,P3), ce condenseur étant relié, en partie haute, par une tuyauterie, à un dispositif de vide (DV) ;
    des moyens d'introduction (DC) d'un liquide d'imprégnation dans la chambre de traitement (CT).
  9. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 6, pour l'imprégnation en continu d'une matière solide organique fibreuse hydratée comportant de l'eau de constitution, installation comprenant :
    des moyens pour introduire en continu la matière à traiter dans une chambre de chauffe (CC) ;
    une chambre d'évaporation (EV) reliée, d'une part, à la chambre de chauffe (CC) par un sas (S1) permettant le passage de la matière à traiter et, d'autre part, à une source de vide (SV) ;
    une chambre d'imprégnation (C1,EG) reliée d'une part, à la chambre d'évaporation (EV) par un sas (S2) permettant le passage de la matière à traiter, et d'autre part, à un moyen (PC) de mise en surpression ;
    des moyens d'amenée d'un liquide d'imprégnation dans les chambres d'évaporation et d'imprégnation.
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