EP1198689B1 - Procede d'extraction de jus naturel de matieres vegetales ligneuses, dispositif permettant la mise en oeuvre du procede et utilisation du procede pour la production de vegetaux ligneux seches, ou de jus - Google Patents

Procede d'extraction de jus naturel de matieres vegetales ligneuses, dispositif permettant la mise en oeuvre du procede et utilisation du procede pour la production de vegetaux ligneux seches, ou de jus Download PDF

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EP1198689B1
EP1198689B1 EP00922783A EP00922783A EP1198689B1 EP 1198689 B1 EP1198689 B1 EP 1198689B1 EP 00922783 A EP00922783 A EP 00922783A EP 00922783 A EP00922783 A EP 00922783A EP 1198689 B1 EP1198689 B1 EP 1198689B1
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EP
European Patent Office
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juice
enclosure
plant matter
pressure
ligneous
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EP00922783A
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German (de)
English (en)
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EP1198689A1 (fr
Inventor
Bernard Dedieu
Abdelaâziz BOUIRDENE
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Valeurs Bois Industrie
Original Assignee
Valeurs Bois Industrie
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B7/00—Drying solid materials or objects by processes using a combination of processes not covered by a single one of groups F26B3/00 and F26B5/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/32—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by development of heat within the materials or objects to be dried, e.g. by fermentation or other microbiological action
    • F26B3/34—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by development of heat within the materials or objects to be dried, e.g. by fermentation or other microbiological action by using electrical effects
    • F26B3/343—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by development of heat within the materials or objects to be dried, e.g. by fermentation or other microbiological action by using electrical effects in combination with convection

Definitions

  • the present invention relates to a method for extracting juice natural woody plant material, device for setting process work and use of the process for the production of plants dried wood, or juice.
  • sawn wood is meant a wood which comes from directly from the first transformation (sawing).
  • L ANTTI teaches to dry wood with microwaves operating at frequencies of 915 or 2450 MHz and a power density in the range of 25 to 78 kW / m 3 to raise the interior temperature of the wood to approximately 140 ° C and achieve vapor pressure internal to 25 KPa wood. The internal pressure thus produced is very high to allow very rapid evacuation of the water.
  • the disadvantage of the process is that it develops fiber breaks. The drying process begins with rapid microwave drying at around 70 ° C, then intermittent microwave exposure during drying, and finally a drying operation by controlling the temperature of the wood below saturation. fibers, limited to a maximum temperature of 110 ° C.
  • the object of the present invention is to propose a method which allows to optimize energy and to obtain, by quantity of materials treated fibrous plants, maximum yield in the production of juice.
  • the recovery stage can be performed at least in part during the creation or injection stage of saturated water vapor.
  • the total pressure is between 1.5 and 9.6 bars.
  • the total pressure is adapted in depending on the plant material treated and the vapor temperature surrounding this matter.
  • the power of the waves is modulated to allow the material to heat up, which is a few tenths of a degree to a few degrees above the vapor temperature resulting from the total pressure selected.
  • the volume of water under pressure atmospheric and outdoor ambient temperature is equivalent to two to four times the volume of air contained in the enclosure in the same conditions.
  • the volume necessary for the pressure of saturated steam, for the selected operating temperature is the order of three times the mass of air contained in the temperature enclosure room.
  • the frequency of the waves is adapted the dimensions of the mass of plant material to be treated in the enclosure, so as to allow the penetration of waves to the heart of the mass plant to be treated.
  • the frequency of the waves is understood between 13 MHz and 2450 MHz.
  • the method comprises a step juice evacuation outside the pressure enclosure during or in progress extraction process.
  • the method comprises a step adaptation, after draining the juices, of the conditions of total pressure, temperature and power control waves to promote penetration into the wood of additive products injected into the enclosure.
  • Another object of the invention is to propose a device allowing the implementation of the process.
  • the device consists of a pressure-resistant waterproof enclosure, of a plurality of windows in quartz or any other material suitable for waves with a generator electromagnetic waves arranged near each window, so as to emit waves transversely to the mass of matter plants placed in the enclosure, a device for generating water vapor saturated under pressure above atmospheric pressure to create or inject a saturated water vapor pressure at a temperature of steam and at a total pressure determined according to the plant to be treated.
  • the device comprises means for pressurized air circulation.
  • the steam generator device allows the injection of steam under pressure at the steam temperature and at the total pressure determined.
  • the steam generator device includes in the enclosure a receptacle for receiving a quantity of water corresponding to two to four times the mass of air contained in the enclosure to outdoor ambient temperature and means of heating this water to bring it to the vapor state.
  • the heating means are controlled by a device for measuring the total pressure prevailing at the interior of the enclosure to interrupt the heating of the water when the desired pressure is reached.
  • the enclosure comprises a device for juice recovery by runoff and / or gravity of the juice extracted from the material.
  • the juice recovery device communicates by a valve with the outside of the enclosure, said valve being ordered to perform partial juice purges during machine operation.
  • the mass of vegetable matter processed in a juice extraction operation consists of a type of pressure and temperature conditions are determined in depending on the type of vegetable essence to extract the active ingredients interesting in the best conditions.
  • the woods are treated with bark or without bark directly from felling.
  • the plants are the branches and the leaves resulting from pruning.
  • a final goal is to obtain a natural juice.
  • the device consists of a enclosure (1), preferably cylindrical, of metallic material ensuring on the one hand, both good thermal insulation and watertightness pressure and secondly, sealing against waves.
  • This enclosure is open to one end through a door (16, Figure 1B) or two.
  • Openings (14) are practiced in the enclosure to constitute windows in material airtight but allowing radiation to pass through electromagnetic such as for example microwaves.
  • These windows (14) under pressure are made of a material that can withstand pressures created in the enclosure and emit the waves towards the interior of the enclosure and say emitting windows.
  • These windows (14) are large and arranged at locations where the electromagnetic waves can be sent to the entire plant mass introduced into the enclosure and up to its heart.
  • the waves are brought by a waveguide (40) to a plurality of windows arranged longitudinally and on each side at intervals regular or not along the stack of wood (3) to obtain a distribution the the most homogeneous waves possible.
  • the waveguide (40) communicates to through an impedance adapter (41) and a 3-decibel divider (42) with an insulator (43) and the electromagnetic wave generator (44) of frequency in a frequency range between 1 MHz and 16 GHz.
  • an impedance adapter (41) and a 3-decibel divider (42) with an insulator (43) and the electromagnetic wave generator (44) of frequency in a frequency range between 1 MHz and 16 GHz.
  • Stack of wood or of woody plants preferably consists of pieces (30) under form of branches, beams or planks or planks of thickness and any width, from pruning or sawing and arranged for beams, planks or planks contiguously across their width or for bundle branches in a longitudinal direction to form a layer.
  • Each layer of wood or plants is spaced from the bottom layer by battens or rods (33) arranged perpendicularly so contiguous to spare between the contiguous layers or bundles of plants of air, wave, and water circulation passages.
  • the air circulation circuit is also made of material favoring the reflection of waves towards the interior of the enclosure and the wood.
  • the speaker is connected by a pipe (15) with a steam generator system (2) and possibly an air compressor (20). Moisture comes from the generator steam by diffusion grids (13), which allows it to be diffused from homogeneously in the enclosure without risk of creating frontal attacks on wood.
  • the air compressor (20) is used to produce air tablet intended to accelerate the circulation of water in the wood and, when the steam generator system (2) cannot generate steam under enough pressure to rise to the desired temperature or to support the rise in temperature and accelerate the circulation of water from wood. However, when using a steam generator system under sufficient pressure to reach temperatures and pressures the air compressor can be omitted.
  • the enclosure has means of loading and unloading the masses of plants to treat and recovery means of juice or liquid exudate extract Plant.
  • the wheels of the carriage rest on rails (10A, 10B) integral with the bottom of the tank (1) these are provided with a device for eliminating electric arcs.
  • a grid (19) avoids the wave propagation to liquid exudates or runoff collected in the bottom of the tank.
  • This runoff is discharged by a pipe (18) controlled by a valve (17).
  • This pipeline (18) opens into a removable or drainable recovery container liquid exudates resulting from the drying process.
  • the pipeline is open permanently or intermittently.
  • the upper part of the tank has a safety valve (11) which keeps the tank at the desired pressure, releases pressure if it is too high and finally put the tank in the atmosphere once the drying process completed.
  • the tank (1) is enclosed in an enclosure (5), which communicates through the airlock of the door (16) automatically controlled at the end and at the start by a system electronic control.
  • a preloading area (50) makes it possible to bring the carriages on a pair of rails (10C, 10D) which are not related electric with the rails (10A, 10B) of the enclosure (1).
  • a device for spraying (52) allows water to be sprayed during the use phase waves to prevent any leakage of radiation to the outside.
  • a tank reserve not shown, removable and drainable is connected to the enclosure (1) by a pipe (18) and makes it possible to collect the liquid exudates resulting from drying the wood.
  • the electromagnetic wave generator (44) is buried like the tank of reserve (6) and communicates with the drying chamber (1) through the guide wave (40).
  • FIG. 3 represents a second alternative embodiment of the enclosure in which on either side of the enclosure are arranged three windows (14 I), each of the windows facing a generator microwave (43) having a power, for example, of the order of 1000 watts, this power being controlled through a respective link (431), by a control system (48) which makes it possible to adapt, for each wave, power, depending on the temperature rise that we want to create by the waves inside the plant.
  • the enclosure also has a container (45) of sufficient size to allow the capacity of a mass of water corresponding to about four times the mass of air contained in the enclosure when it is at atmospheric pressure and temperature ambient outside air.
  • a heating resistor (46) arranged in the container (45) allows the temperature of the body of water to rise and gradually bring it to the vapor state while raising the pressure inside the enclosure.
  • This resistor (46) is connected to a circuit control (47) integrated or not in the control system (48) which controls the supply of the resistor according to the temperature of saturated steam desired for processing materials and a signal pressure supplied by a pressure sensor not shown allowing providing a signal to the control circuit (47) representing a correlation between the total pressure prevailing inside the enclosure and the temperature of saturated vapor created in this enclosure by heated water.
  • the amount of water required to reach the vapor state saturating obviously depends on the temperature at which one wishes perform the treatment of the plant mass but we can consider that in the saturated vapor temperature range which varies from 90 to 170 ° C, the mass required in relation to the mass of dry air contained in the enclosure at the start is of the order of two to four times the mass of air. Well Obviously, if you put too much water, it will remain at the bottom of the container and not will not transform into a vapor state, unless it still goes up in temperature and therefore pressure.
  • the temperature of 90 ° C corresponds to a total pressure prevailing inside the enclosure of 1.5 bars.
  • pressure total means the air pressure plus the saturated vapor pressure.
  • the saturation vapor temperature of 100 ° C corresponds to a pressure total pressure of 2 bars and 170 ° C at a total pressure of 9.6 bars.
  • the desirable conditions to extract the juices had to be a total pressure greater than the atmospheric pressure, and an ambient temperature in the enclosure higher than 100 ° C. As long as the ambient temperature is below 100 ° C, the juices contain very few molecules interesting for the chemical industry. Once the ambient temperature of 100 ° C has been reached, the temperature of the pile of woody material increases and juices can be recovered if it exceeds 170 ° C and therefore; the pressure of 9.6 bars, the molecules are either altered or have been destroyed.
  • the temperature and pressure increases can be done in stages successive or according to ramps or according to cycles allowing optimization of the desired result, namely production of juice or drying of woody materials.
  • the power of electromagnetic waves will be also controlled so that a slight temperature gradient so pressure materializes from the center of the pile outwards, the generators located near the extreme areas of the battery emitting a slightly lower power.
  • the frequency of the waves electromagnetic is adapted to the dimensions of the mass of material plants to be treated in the enclosure, so as to allow the penetration of waves to the heart of the plant mass to be treated and can be chosen in the frequency range from 1 MHz to 16 GHz.
  • the frequency of the waves can be chosen in the microwave range between 400 MHz and 2450 MHz or for applications requiring high penetration of waves. Frequencies of the order of 13 or 17 MHz can be used or even between 17 and 400 MHz.
  • the species will be chosen in depending on the desired results. For example, when dealing with beech, oak pedunculate or oak, we obtain a high calcareous folin index which is the sign of the presence of molecules interesting for industry chemical.
  • the pH formed by formic and acetic acids is also higher than for juices obtained by extraction processes traditional.
  • tannins wyskiline, gaiacole, phenol, and polyphenols.
  • Phenols are the basic products for thermosetting polymers or polymers thermoplastics. Polyphenols allow the production of anti-radicals free (anti-aging products).
  • terpene or insecticides By treating willow and poplars, salicylic acid can be extracted. Pine processing Sylvan produces insecticides. Similarly, poplar, we can extract salicylic acid.
  • deacetylbaccatin 3 also known as "taxol”.
  • Laricio pine produces terpenes and / or volatile terpene alcohols, such as isobomeol serving as the basic product for essential oils (perfume) or methylvaniline (natural vanilla extract, acids non-volatile resins, such as isomers or dehydroabietics.
  • isobomeol serving as the basic product for essential oils (perfume) or methylvaniline (natural vanilla extract, acids non-volatile resins, such as isomers or dehydroabietics.
  • This process can also be applied to any other species, such as that eucalyptus, spruce or mixtures of specific species or still processing branches and leaves from pruning.
  • the process also allows, in addition to the production of juice, obtain dried plant material for other applications, such as the manufacture of poles, dried wooden barriers or the use of other parts of dried plants as additives in for example the manufacture of insulating materials.
  • any transfer device can be used in place of the rail-mounted cart.
  • devices control and regulation will initiate the phases successive steps of the process in combination with more automation where less push.
  • the enclosure has a safety valve (11) allowing the enclosure to be vented, either at the end of the process or excess pressure detected by the control system.

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Description

La présente invention concerne un procédé d'extraction de jus naturel de matières végétales ligneuses, dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé et utilisation du procédé pour la production de végétaux ligneux séchés, ou de jus.
Par le vocable "bois de sciage", on entend un bois qui est issu directement de la première transformation (sciage).
Il est connu, par le document US 4 343 095, un procédé de séchage du bois dans un four par élévation de température par circulation rapide de vapeur d'eau à des pressions supérieures à la pression atmosphérique. L'eau qui se condense dans l'enceinte est purgée périodiquement. La durée de séchage est supérieure à 15 heures pour atteindre un taux d'humidité final de 6 à 7 %.
Il est connu par la demande de brevet WO 82/01766 un procédé de séchage du bois, utilisant des micro-ondes d'une fréquence de 915 MHz appliquées aux éléments de bois à sécher pour élever leur température intérieure et leur faire rejeter l'eau. L'eau ainsi rejetée est évaporée à la surface du bois par une circulation d'air à basse vitesse obtenue par des ventilateurs. L'air chargé en humidité de l'ordre de 80% passe sur des condenseurs pour extraire cette humidité.
Dans le document WO 82/01411, le même principe est utilisé mais dans ce dernier, on précise en plus que la température de l'air doit être toujours inférieure à la température intérieure du bois. Ce document signale comme inconvénient le fait de chauffer avec les micro-ondes la superficie du matériau avant de chauffer la partie interne du matériau. Dans ce document, on propose donc de commander le processus de conversion de l'énergie électromagnétique en énergie calorifique pour concentrer les ondes sur l'eau dans le matériau. De plus, on suggère d'agir sur le climat à l'intérieur de la chambre en maintenant un pourcentage d'humidité de l'air suffisamment élevé pour que la surface du produit ne soit pas desséchée avant l'extraction de l'humidité au coeur du bois. Dans ce but, pendant la phase initiale du processus de séchage de l'eau, sous forme atomisée est introduite dans la chambre pour maintenir un taux d'humidité élevé.
De même, l'article paru dans la revue "Holz als Roh-und kerkstoff" en 1995, pages 333 à 338, Edition Springer-Verlag et intitulé "Microwave drying of pine and spruce" par A. L ANTTI enseigne de sécher du bois avec des micro-ondes fonctionnant dans des fréquences de 915 ou 2450 MHz et une densité de puissance située dans la plage de 25 à 78 kW/m3 pour élever la température intérieure du bois au environ de 140° C et réaliser une pression de vapeur interne au bois de 25 KPa. La pression interne ainsi réalisée est très élevée pour permettre une évacuation très rapide de l'eau. L'inconvénient du procédé est de développer des ruptures de fibres. Le processus de séchage commence par un séchage rapide par micro-ondes aux environs de 70° C puis une exposition intermittente aux micro-ondes pendant le séchage et enfin, une opération de séchage par contrôle de la température du bois en-dessous de la saturation des fibres en se limitant à une température maximale de 110° C.
Dans tous les cas de figure, il est clair que l'air est utilisé comme véhicule pour éliminer l'humidité évacuée par le bois. Pour ces raisons, le taux d'humidité de l'air doit rester inférieur au taux de saturation de l'air en vapeur d'eau. Il est donc nécessaire dans les dispositifs connus de déshumidifier l'air pour pouvoir effectuer le séchage du bois. De plus, il est nécessaire d'avoir une température de l'air inférieure à celle du bois pour permettre une évaporation. Tous ces dispositifs ont pour inconvénient de générer de grandes pertes d'énergie et de ne pas optimiser la consommation d'énergie. En effet, plus les températures de bois doivent être élevées, plus la puissance des générateurs de micro-ondes doit être proportionnelle et leur coût élevé compte tenu des durées de plusieurs heures des opérations de séchage, l'énergie consommée est élevée. En effet, on peut voir dans l'article cité ci-dessus que les durées de séchage sont comprises entre 3 et 5 heures selon l'épaisseur du bois et la puissance du matériel. De plus, aucun des procédés connus arrive à descendre en dessous de 30% d'humidité dans le bois après séchage.
Enfin, il est également connu, par les demandes de brevet français 2 763 795 et 2 705 035, d'extraire par micro-ondes un produit naturel à partir d'un matériel biologique en faisant subir, en l'absence de tout solvant, une irradiation par micro-ondes au matériel biologique afin de provoquer l'évaporation d'au moins une partie de l'eau contenue dans le matériel et l'éclatement des structures cellulaires. Le procédé consiste à appliquer de façon intermittente une pression réduite à l'intérieur de l'enceinte pour favoriser cet éclatement. L'utilisation des micro-ondes sert essentiellement à compenser la chute de température résultant de l'évaporation de l'eau. en tout état de cause, les températures utilisées restent inférieures à 100° C et les pressions inférieures à la pression atmosphérique (1 bar). Selon ce procédé, on utilise des pressions de l'ordre de 100 millibars et des températures de l'ordre de 70° C.
La présente invention a pour but de proposer un procédé qui permette d'optimiser l'énergie et d'obtenir, par quantité de matières végétales fibreuses traitées, un rendement maximum dans la production de jus.
Ce but est atteint par le fait que le procédé d'extraction de jus naturel de matières végétales ligneuses comporte :
  • une étape de mise en pression supérieure à la pression atmosphérique d'une enceinte étanche contenant les matières
  • une étape de création ou d'injection de vapeur d'eau saturante ;
  • une étape de chauffage à coeur des matières végétales par ondes électromagnétiques ;
  • une étape de récupération gravitaire des exsudats liquides sortant des matières végétales traitées.
Selon une autre particularité, l'étape de récupération peut être effectuée au moins en partie pendant l'étape de création ou d'injection de vapeur d'eau saturante.
Selon une autre particularité, la pression totale est comprise entre 1,5 et 9,6 bars.
Selon une autre particularité, la pression totale est adaptée en fonction de la matière végétale traitée et de la température de vapeur entourant cette matière.
Selon une autre particularité, la puissance des ondes est modulée pour permettre un échauffement à coeur de la matière, qui soit de quelques dixièmes de degré à quelques degrés supérieurs à la température de vapeur résultant de la pression totale choisie.
Selon une autre particularité, le volume d'eau à pression atmosphérique et température ambiante extérieure est équivalent à deux à quatre fois le volume d'air contenu dans l'enceinte dans les mêmes conditions.
Selon une autre particularité, le volume nécessaire à la pression de vapeur saturante, pour la température de fonctionnement choisie est de l'ordre de trois fois la masse d'air contenue dans l'enceinte à température ambiante.
Selon une autre particularité, la fréquence des ondes est adaptée aux dimensions de la masse de matières végétales à traiter dans l'enceinte, de façon à permettre la pénétration des ondes jusqu'au coeur de la masse végétale à traiter.
Selon une autre particularité, la fréquence des ondes est comprise entre 13 MHz et 2450 MHz.
Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape d'évacuation des jus hors de l'enceinte sous pression pendant ou en cours de processus d'extraction.
Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape d'adaptation, après l'évacuation des jus, des conditions de pression totale, de température et de puissance de commande des ondes pour favoriser la pénétration dans le bois de produits additifs injectés dans l'enceinte.
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé.
Ce but est atteint par le fait que le dispositif est constitué d'une enceinte étanche résistante à la pression, d'une pluralité de fenêtres en quartz ou de toute autre matière convenant aux ondes avec un générateur d'ondes électromagnétiques disposé à proximité de chaque fenêtre, de façon à émettre les ondes transversalement à la masse de matières végétales placée dans l'enceinte, un dispositif de génération de vapeur d'eau saturante sous pression supérieure à la pression atmosphérique pour créer ou injecter une pression de vapeur d'eau saturante à une température de vapeur et à une pression totale déterminées en fonction du végétal à traiter.
Selon une autre particularité, le dispositif comporte des moyens de circulation d'air sous pression.
Selon une autre particularité, le dispositif générateur de vapeur permet l'injection de vapeur sous pression à la température de vapeur et à la pression totale déterminées.
Selon une autre particularité, le dispositif générateur de vapeur comporte dans l'enceinte un récipient de réception d'une quantité d'eau correspondant à deux à quatre fois la masse d'air contenue dans l'enceinte à température ambiante extérieure et des moyens de chauffage de cette eau pour l'amener à l'état de vapeur.
Selon une autre particularité, les moyens de chauffage sont commandés par un dispositif de mesure de la pression totale régnant à l'intérieur de l'enceinte permettant d'interrompre le chauffage de l'eau lorsque la pression souhaitée est atteinte.
Selon une autre particularité, l'enceinte comporte un dispositif de récupération des jus par ruissellement et/ou gravité des jus extrait de la matière.
Selon une autre particularité, le dispositif de récupération des jus communique par une vanne avec l'extérieur de l'enceinte, ladite vanne étant commandée pour effectuer des purges partielles de jus pendant le fonctionnement de la machine.
Selon une autre particularité, la masse de matières végétales traitées dans une opération d'extraction de jus est constituée d'un type de végétaux et les conditions de pression et température sont déterminées en fonction du type d'essence de végétal pour extraire les principes actifs intéressants dans les meilleures conditions.
Selon une autre particularité, les bois sont traités avec écorce ou sans écorce directement d'abattage.
Selon une autre particularité, les végétaux sont les branches et les feuilles résultant de l'élagage.
Un dernier but est l'obtention d'un jus naturel.
Ce but est atteint par le fait que le jus naturel est obtenu à partir du traitement de matières végétales ligneuses.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaítront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
  • la figure 1 A représente une vue en coupe transversale du dispositif selon l'invention ;
  • la figure 1 B représente une vue de dessus en coupe longitudinale du dispositif selon l'invention ;
  • la figure 2 représente une vue de côté du dispositif implanté,
  • la figure 3 représente une vue de dessus en coupe longitudinale du dispositif selon une deuxième variante de l'invention.
Comme représenté à la figure 1A, le dispositif est constitué d'une enceinte (1), de préférence, cylindrique en matériau métallique assurant d'une part, à la fois une bonne isolation thermique et l'étanchéité à la pression et d'autre part, l'étanchéité aux ondes. Cette enceinte est ouverte à une extrémité par une porte (16, figure 1B) ou deux. Des ouvertures (14) sont pratiquées dans l'enceinte pour constituer des fenêtres en matériau étanche à l'air mais laissant passer les rayonnements des ondes électromagnétiques telles que par exemple les micro-ondes. Ces fenêtres (14) sous pression sont en matériau permettant de supporter les pressions créées dans l'enceinte et d'émettre les ondes vers l'intérieur de l'enceinte et dites fenêtres émettrices. Ces fenêtres (14) sont de dimension et disposées à des emplacements permettant d'envoyer les ondes électromagnétiques sur la totalité de la masse végétale introduite dans l'enceinte et jusqu'à son coeur. Les ondes sont amenées par un guide d'onde (40) à une pluralité de fenêtres disposées longitudinalement et de chaque côté à intervalles réguliers ou non le long de la pile de bois (3) pour obtenir une répartition la plus homogène possible des ondes. Le guide d'onde (40) communique à travers un adaptateur d'impédance (41) et un diviseur à 3 décibels (42) avec un isolateur (43) et le générateur d'ondes électromagnétiques (44) de fréquence comprise dans un domaine de fréquence s'étendant entre 1 MHz et 16 GHz. Entre chaque fenêtre (14) émettrices ou entre les fenêtres émettrices des extrémités et chaque fond d'enceinte, sont disposés de préférence une pluralité de canalisations (12) de circulation d'air forcée par un ventilateur V. Ces canalisations(12) communiquent sur une hauteur correspondant approximativement à celle de la pile de bois à travers des grilles (13) avec la zone interne de l'enceinte contenant la pile de bois (3) transportée sur un moyen transporteur tel que, par exemple, un chariot constitué de roues (32) montées sur un plateau support (31). La pile de bois ou de végétaux ligneux est de préférence constituée de morceaux (30) sous forme de branches, poutres ou planches ou madriers d'épaisseur et de largeur quelconques, issus d'élagage ou de sciage et disposés pour les poutres, planches ou madriers de façon jointive sur leur largeur ou pour les branches en fagot selon une direction longitudinale pour former une couche. Chaque couche de bois ou végétaux_est espacée de la couche inférieure par des liteaux ou baguettes (33) disposées perpendiculairement de façon non jointive pour ménager entre les couches jointives ou fagots de végétaux des passages de circulation d'air, d'ondes, et d'eau. Le circuit de circulation d'air est également réalisé en matériau favorisant la réflexion des ondes vers l'intérieur de l'enceinte et du bois. L'enceinte est mise en communication par une canalisation (15) avec un système générateur de vapeur (2) et éventuellement, un compresseur d'air (20). L'humidité arrive du générateur de vapeur par des grilles (13) de diffusion, ce qui permet de la diffuser de façon homogène dans l'enceinte sans risque de créer des attaques frontales sur le bois. Le compresseur d'air (20) est utilisé pour produire de l'air comprimé destiné à accélérer la circulation de l'eau dans le bois et , lorsque le système générateur de vapeur (2) ne peut pas générer de vapeur sous une pression suffisante pour monter à la température souhaitée ou pour accompagner la montée en température et accélérer la circulation d'eau du bois. En revanche, lorsqu'on utilise un système générateur de vapeur sous pression suffisant pour atteindre les températures et les pressions souhaitées, le compresseur d'air peut être supprimé. L'enceinte comporte des moyens de chargement et déchargement des masses de végétaux à traiter et des moyens de récupération des jus ou exsudats liquides extrait des végétaux. Dans l'exemple montré, les roues du chariot reposent sur des rails (10A, 10B) solidaires du fond de la cuve (1) celles-ci sont pourvues d'un dispositif d'élimination des arcs électriques. Une grille (19) permet d'éviter la propagation des ondes vers les exsudats liquides ou eaux de ruissellement recueillis dans le fond de la cuve. Ces eaux de ruissellement sont évacuées par une canalisation (18) contrôlée par une vanne (17). Cette canalisation (18) débouche dans un conteneur amovible ou vidangeable de récupération des exsudats liquides résultant du procédé de séchage. Dans une variante, la canalisation est ouverte en permanence ou par intermittence. Enfin, la partie supérieure de la cuve comporte une soupape de sécurité (11) qui permet de maintenir la cuve à la pression désirée, d'évacuer de la pression si celle-ci est trop élevée et enfin de mettre la cuve à l'atmosphère une fois le processus de séchage achevé.
Dans le schéma d'implantation de la figure 2, la cuve (1) est enfermée dans une enceinte (5), laquelle communique par le sas de la porte (16) commandée automatiquement en fin et en début par un système électronique de contrôle. Une zone de préchargement (50) permet d'amener les chariots sur une paire de rails (10C, 10D) qui ne sont pas en relation électrique avec les rails (10A, 10B) de l'enceinte (1). Un dispositif de vaporisation (52) permet de projeter de l'eau pendant la phase d'utilisation des ondes pour éviter toute fuite de rayonnement vers l'extérieur. Une cuve de réserve non représentée, amovible et vidangeable, est reliée à l'enceinte (1) par une canalisation (18) et permet de recueillir les exsudats liquides résultant du séchage du bois. Afin d'assurer une réduction des fuites le générateur d'ondes électromagnétiques (44) est enterré comme la cuve de réserve (6) et communique avec l'enceinte de séchage (1) par le guide d'onde (40).
La figure 3 représente une deuxième variante de réalisation de l'enceinte dans laquelle de part et d'autre de l'enceinte sont disposées trois fenêtres (14 I), chacune des fenêtres se trouvant vis-à-vis d'un générateur de micro-ondes (43) ayant une puissance, par exemple, de l'ordre de 1000 watts, cette puissance étant commandée à travers une liaison respective (431 ), par un système de contrôle (48) qui permet d'adapter, pour chaque onde, la puissance, en fonction de l'échauffement que l'on souhaite créer par les ondes à l'intérieur du végétal. L'enceinte comporte également un récipient (45) de dimension suffisante pour permettre la contenance d'une masse d'eau correspondant à environ quatre fois la masse d'air contenue dans l'enceinte lorsque celle-ci est à pression atmosphérique et température ambiante de l'air extérieur. Une résistance chauffante (46) disposée dans le récipient (45) permet l'élévation de température de la masse d'eau et d'amener progressivement celle-ci à l'état de vapeur tout en faisant monter la pression à l'intérieur de l'enceinte. Cette résistance (46) est reliée à un circuit de commande (47) intégré ou non au système de contrôle (48) qui commande l'alimentation de la résistance en fonction de la température de vapeur saturante souhaitée pour le traitement des matériaux et d'un signal de pression fourni par un capteur de pression non représenté permettant de fournir un signal au circuit de commande (47) représentant une corrélation entre la pression totale régnant à l'intérieur de l'enceinte et la température de vapeur saturante créée dans cette enceinte par l'eau chauffée.
La quantité d'eau nécessaire pour atteindre l'état de vapeur saturante dépend bien évidemment de la température à laquelle on souhaite effectuer le traitement de la masse de végétaux mais on peut considérer que dans la plage de température de vapeur saturante qui varie de 90 à 170° C, la masse nécessaire par rapport à la masse d'air sec contenue dans l'enceinte au départ, est de l'ordre de deux à quatre fois la masse d'air. Bien évidemment, si on met trop d'eau, celle-ci restera au fond du récipient et ne se transformera pas à l'état de vapeur, sauf si on monte encore en température et par conséquent en pression. Nous rappelons que, dans les conditions de vapeur saturante, la température de 90° C correspond à une pression totale régnant à l'intérieur de l'enceinte de 1,5 bars. Par "pression totale", on entend la pression de l'air plus la pression de vapeur saturante. La température de vapeur saturante de 100° C correspond à une pression totale de 2 bars et 170° C à une pression totale de 9,6 bars.
Par l'expérience, on s'est aperçu que les conditions souhaitables pour extraire les jus devaient être une pression totale supérieure à la pression atmosphérique, et une température ambiante dans l'enceinte supérieure à 100° C. Tant que la température ambiante est en dessous de 100° C, les jus comportent très peu de molécules intéressantes pour l'industrie chimique. Une fois que la température ambiante de 100° C a été atteinte, la température de la pile de matériau ligneux augmente et des jus peuvent être récupérés si on dépasse les 170° C et par conséquent; la pression de 9,6 bars, les molécules soit sont altérées, soit ont été détruites.
Enfin, pour des raisons d'économie d'énergie, il est souhaitable, pour optimiser le processus, d'utiliser une puissance de micro-ondes suffisante pour provoquer au sein de la masse végétale une température légèrement supérieure à la température régnant dans l'enceinte. Cette température a pour but de favoriser l'extraction des jus de la matière végétale ligneuse. Bien évidemment, les températures et pressions sont choisies dans ces plages en fonction des essences et des matières végétales traitées ou en fonction des molécules que l'on souhaite extraire. On a constaté également que plus on montait en pression, plus on favorisait le déplacement des jus mais qu'il fallait établir un compromis entre l'extraction des jus et la préservation des molécules ou des qualités et propriétés des molécules souhaitées.
Ainsi, par ce procédé, on peut extraire des bois, des molécules diverses et naturelles pour les utiliser dans différents secteurs d'activités, tels que la pharmacie, la cosmétique, l'industrie agroalimentaire, la chimie fine, etc. Ces jus permettent par traitement ultérieur l'extraction de phénol, polyphénol, de tanin, de terpène, de vitamines, d'acide acétique, d'acide salicylique, d'arômes, etc.
On pourra utiliser une pression de 2 bars pour une température de 100° C de vapeur saturante, de 2,7 bars pour une température de 130° C, de 3 bars pour une température de 140° C, de 3,5 bars pour une température de 150° C, jusqu'à 9,6 bars pour une température de 170° C. Les montées en température et en pression peuvent se faire par paliers successifs ou selon des rampes ou encore selon des cycles permettant l'optimisation du résultat souhaité, à savoir production de jus ou séchage de matières ligneuses. La puissance des ondes électromagnétiques sera également commandée de façon à ce qu'un léger gradient de température donc de pression se matérialise du centre de la pile vers l'extérieur, les générateurs situés à proximité des zones extrêmes de la pile émettant une puissance légèrement inférieure. La fréquence des ondes électromagnétiques est adaptée aux dimensions de la masse de matières végétales à traiter dans l'enceinte, de façon à permettre la pénétration des ondes jusqu'au coeur de la masse végétale à traiter et peut être choisie dans le domaine de fréquence de 1 MHz à 16 GHz. La fréquence des ondes peut être choisie dans le domaine des micro-ondes comprise entre 400 MHz et 2450 MHz ou pour des applications nécessitant une grande pénétration des ondes. Il est possible d'utiliser des fréquences de l'ordre de 13 ou 17 MHz voire comprises entre 17 et 400 MHz. Les essences seront choisies en fonction des résultats souhaités. Par exemple, en traitant du hêtre, du chêne pédonculé ou du chêne rouvre, on obtient un indice folin calcieux élevé qui est le signe de la présence de molécules intéressantes pour l'industrie chimique. Le pH constitué par les acides formiques et acétiques est également plus élevé que pour les jus obtenus par des procédés d'extraction traditionnels. On constate également une présence forte de tanins, de wyskiline, de gaiacole, de phénol, et de polyphénols. Les phénols sont les produits de base pour les polymères thermodurcissables ou les polymères thermoplastiques. Les polyphénols permettent la production d'anti-radicaux libres (produits anti-vieillissement). Par le traitement de résineux, on peut extraire du terpène ou encore des insecticides. Par le traitement de saule et peupliers, on peut extraire de l'acide salicylique. Le traitement de pin sylvestre permet produire des insecticides. De même, du peuplier, on peut extraire de l'acide salicylique. Par le traitement de bois d'if, on extrait du désacétylbaccatine 3 connu également sous le nom de "taxol". Par exemple, le pin Laricio produit des terpènes et/ou des alcools terpéniques, volatiles, tels que l'isoboméol servant de produit de base pour les huiles essentielles (parfum) ou du méthylvaniline (extrait naturel de vanille, des acides résiniques non volatiles, tels que les isomères ou le déhydroabiétique.
Ce procédé peut également s'appliquer à toute autre essence, telle que l'eucalyptus, l'épicéa ou des mélanges d'essences déterminées ou encore au traitement des branches et des feuilles provenant de l'élagage.
Bien évidemment, d'autres matières végétales peuvent être traitées par ce procédé sans pour autant sortir de l'invention.
Le procédé permet également, en plus de la production de jus, d'obtenir de la matière végétale séchée pour d'autres applications, telles que la fabrication de poteaux, de barrières en bois séchés ou l'utilisation des autres parties de végétaux séchés comme additifs dans par exemple la fabrication de matériaux isolants.
D'autres modifications à la portée de l'homme de métier font également partie de l'esprit de l'invention. Ainsi, tout dispositif de transfert peut être utilisé à la place du chariot monté sur rail. De même, des dispositifs de contrôle et de régulation permettront d'enclencher les phases successives du procédé en association avec une automatisation plus où moins poussée. De même, l'enceinte comporte une soupape de sécurité (11 ) permettant la mise à l'air libre de l'enceinte, soit en fin de processus, soit en cas de détection d'une surpression par le système de contrôle.
De plus, en fin de processus d'extraction de jus après avoir recueilli et vidé l'enceinte de la majorité du jus sans faire chuter la pression de façon significative, il est possible d'injecter des produits complémentaires pour le traitement des végétaux, tels que, par exemple, dans le cas du bois, des antifongiques ou des matières polymérisantes. Dans le cas des matières polymérisantes, la température et la pression pourront être augmentées pendant cette phase jusqu'au maximum, voire même dépasser les 170° C et monter jusqu'à 200° C sous une pression totale et une température à coeur créée par le micro-onde à coeur du matériau régulée pour favoriser la pénétration des matières polymérisantes.

Claims (27)

  1. Procédé d'extraction de jus naturel de matières végétales ligneuses caractérisé en qu'il comporte :
    une étape de mise en pression supérieure à la pression atmosphérique d'une enceinte étanche contenant les matières
    une étape de création ou d'injection de vapeur d'eau saturante ;
    une étape de chauffage à coeur des matières végétales par ondes électromagnétiques ;
    une étape de récupération gravitaire des exsudats liquides sortant des matières végétales traitées.
  2. Procédé d'extraction de jus naturel de matières végétales ligneuses selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de récupération peut être effective au moins en partie pendant l'étape de création ou d'injection de vapeur d'eau saturante.
  3. Procédé d'extraction de jus naturel de matières végétales ligneuses selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pression totale est comprise entre 1,5 et 9,6 bars.
  4. Procédé d'extraction de jus naturel de matières végétales ligneuses selon la revendication 1 ou 2 ou 3, caractérisé en ce que la pression totale est adaptée en fonction de la matière végétale traitée et de la température de vapeur entourant cette matière.
  5. Procédé d'extraction de jus naturel de matières végétales ligneuses selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la puissance des ondes électromagnétiques est modulée pour permettre un échauffement à coeur de la matière, qui soit de quelques dixièmes de degré à quelques degrés supérieurs à la température de vapeur résultant de la pression totale choisie.
  6. Procédé d'extraction de jus naturel de matières végétales ligneuses selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le volume d'eau à pression atmosphérique et température ambiante extérieure est équivalent à deux à quatre fois le volume d'air contenu dans l'enceinte dans les mêmes conditions.
  7. Procédé d'extraction de jus naturel de matières végétales ligneuses selon la revendication 6, caractérisé en ce que le volume nécessaire à la pression de vapeur saturante, pour la température de fonctionnement choisie, est de l'ordre de trois fois la masse d'air contenue dans l'enceinte à température ambiante.
  8. Procédé d'extraction de jus naturel de matières végétales ligneuses selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la fréquence des ondes électromagnétiques est adaptée aux dimensions de la masse de matières végétales à traiter dans l'enceinte, de façon à permettre la pénétration des ondes jusqu'au coeur de la masse végétale à traiter.
  9. Procédé d'extraction de jus naturel de matières végétales ligneuses selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence des ondes est comprise entre 13 MHz et 2450 MHz.
  10. Procédé d'extraction de jus naturel de matières végétales selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'évacuation des jus hors de l'enceinte sous pression pendant ou en cours de processus d'extraction.
  11. Procédé d'extraction de jus naturel de matières végétales ligneuses selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'adaptation, après l'évacuation des jus, des conditions de pression totale, de température et de puissance de commande des ondes électromagnétiques pour favoriser la pénétration dans le bois de produits additifs injectés dans l'enceinte.
  12. Dispositif utilisé dans la mise en oeuvre d'un procédé d'extraction de jus naturel de matières végétales ligueuses, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une enceinte étanche résistante à la pression (1) comportant une pluralité de fenêtres en quartz (141) ou de toute autre matière convenant aux ondes avec un générateur d'ondes électromagnétiques disposé à proximité de chaque fenêtre, de façon à émettre les ondes transversalement à la masse de matières végétales (3) placée dans l'enceinte, un dispositif de génération de vapeur d'eau saturante (2, 45) sous pression supérieure à la pression atmosphérique pour créer ou injecter une pression de vapeur d'eau saturante à une température de vapeur et à une pression totale déterminées en fonction du végétal à traiter.
  13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de circulation d'air sous pression (12, 13).
  14. Dispositif selon une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que le dispositif générateur de vapeur permet l'injection de vapeur sous pression à la température de vapeur et à la pression totale déterminées.
  15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en que le dispositif générateur de vapeur comporte dans l'enceinte un récipient de réception d'une quantité d'eau (45) correspondant à deux à quatre fois la masse d'air contenue dans l'enceinte à température ambiante et des moyens de chauffage (46) de cette eau pour l'amener à l'état de vapeur.
  16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en que les moyens de chauffage sont commandés par un dispositif de mesure de la pression totale régnant à l'intérieur de l'enceinte permettant d'interrompre le chauffage de l'eau lorsque la pression souhaitée est atteinte.
  17. Dispositif selon une des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que l'enceinte comporté un dispositif de récupération des jus par ruissellement et/ou gravité des jus extrait de la matière.
  18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que le dispositif de récupération des jus communique par une vanne (17) avec l'extérieur de l'enceinte, ladite vanne étant commandée pour effectuer des purges partielles de jus pendant le fonctionnement de la machine.
  19. Dispositif selon une des revendications 12 à 18, caractérisé en ce que la masse de matières végétales traitées dans une opération d'extension de jus est constituée d'un type d'essence de végétaux et les conditions de pression et température sont déterminées en fonction du type d'essence de végétal pour extraire les principes actifs intéressants dans les meilleures conditions.
  20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que les végétaux sont traités avec écorce ou sans écorce directement d'abattage.
  21. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que les végétaux sont les branches et les feuilles résultant de l'élagage.
  22. Procédé d'extraction de jus par le traitement de matières végétales ligneuses selon le procédé d'extraction de la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement de hêtres ou chênes permet d'obtenir un jus contenant de la wyskiline, du gaiacole, des phénols.
  23. Procédé d'extraction de jus par le traitement de matières végétales ligneuses selon le procédé d'extraction de la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement de résineux permet d'obtenir un jus contenant du terpène.
  24. Procédé d'extraction de jus par le traitement de matières végétales ligneuses selon le procédé d'extraction de la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement de résineux permet d'obtenir un jus contenant des alcools terpéniques.
  25. Procédé d'extraction de jus par le traitement de matières végétales ligneuses selon le procédé d'extraction de la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement de résineux permet d'obtenir un jus contenant des acides résiniques non volatiles.
  26. Procédé d'extraction de jus par le traitement de matières végétales ligneuses selon le procédé d'extraction de la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement de saules et peupliers permet d'obtenir un jus contenant de l'acide salicylique.
  27. Procédé d'extraction de jus par le traitement de matières végétales ligneuses selon le procédé d'extraction de la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement de bois d'if permet d'obtenir un jus contenant du taxol.
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