WO1998031871A1 - Method for fractionating cereal straw, in particular wheat and barley - Google Patents

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Luc Rigal
Christian Magro
Antoine Gaset
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Ardeval Champagne Ardenne
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Abstract

The invention concerns a method for fractionating cereal straw, in particular wheat and barley which consists in contacting the straws with an aqueous basic solution, then subjecting the resulting mixture simultaneously to compression and shearing at a temperature ranging between 20 °C and 100 °C while injecting water, then pressing it for eliminating the excess water to obtain a matrix rich in cellulose fibres and a liquid phase rich in hemicellulose. The invention is applicable to the upgrading of straws.

Description

Titre : Procédé pour fractionner des pailles de céréales , notamment de blé et d 'orge. Title: Process for fractionating cereal straws, in particular wheat and barley.
La présente invention est relative à un procédé pour fractionner des pailles de céréales, notamment de blé et d'orge.The present invention relates to a process for fractionating cereal straws, in particular wheat and barley.
On connaît déjà de nombreux procédés pour fractionner des pailles de céréales afin d'en permettre soit une meilleure utilisation par les animaux, soit des applications industrielles.Numerous processes are already known for fractionating cereal straws in order to allow either better use by animals or industrial applications.
Ainsi il est connu, afin d'améliorer la digestibilité des substances ligno- cellulosiques telles que des pailles de céréales, de soumettre celles-ci à un traitement alcalin dans une extrudeuse pour réaliser simultanément une désintégration du substrat. Un tel procédé est par exemple décrit dans le document US-A- 4.997.488.Thus, in order to improve the digestibility of lignocellulosic substances such as cereal straws, it is known to subject them to an alkaline treatment in an extruder in order to simultaneously disintegrate the substrate. Such a process is for example described in document US-A-4,997,488.
L'extraction des hémicelluloses contenues dans ces pailles a également fait l'objet d'études. Ceci est par exemple décrit dans les documents US-A- 1.819.233 et US-A-2.868.778. L'utilisation d'un extracteur pour extraire les hémicelluloses en rompant le complexe ligniπe-hémicellulose-cellulose a été également étudiée.The extraction of hemicelluloses contained in these straws has also been the subject of studies. This is, for example, described in documents US-A-1,819,233 and US-A-2,868,778. The use of an extractor to extract hemicelluloses by breaking the ligniπe-hemicellulose-cellulose complex has also been studied.
De même sont connus un grand nombre de procédés d'hydrolyse des hémicelluloses après leur extraction alcaline, tels que ceux décrits dans les documents EP-A-265.111 , EP-A-178.777, US-A-4.070.232, FR-A-2.327.314, FR-A- 2.327.313. Une autre utilisation traditionnelle des pailles est de les mélanger avec de l'argile pour obtenir un matériau de construction. Mais afin de permettre l'emploi de la paille avec d'autres matériaux, des études ont été réalisées, telle que celle faisant l'objet de la publication parue dans Research and Industry, vol. 24, March 1979, pp. 1 -5 et intitulée « Physio-Chemical protection of agricultural residue and strength of Portland cement-bouπd wood products » de S. M. Singh. On a ainsi testé la fabrication de matériaux mixtes allégés en association avec un liant hydraulique du type ciment ou plâtre Mais l'incompatibilité des matériaux lignocellu- losiques avec la matrice minérale impose un prétraitement de minéralisation ou l'adjonction d'additifs liants Aussi un des buts de la présente invention est-il de fournir un procédé pour fractionner des pailles de céréales, notamment de blé et d'orge, afin d'obtenir des fibres cellulosiques activées hautement accessibles et des hémicellulosesLikewise, a large number of methods of hydrolysis of hemicelluloses are known after their alkaline extraction, such as those described in documents EP-A-265,111, EP-A-178,777, US-A-4,070,232, FR-A- 2.327.314, FR-A- 2.327.313. Another traditional use of straws is to mix them with clay to obtain a building material. But in order to allow the use of straw with other materials, studies have been carried out, such as that which is the subject of the publication published in Research and Industry, vol. 24, March 1979, pp. 1 -5 and entitled “Physio-Chemical protection of agricultural residue and strength of Portland cement-bouπd wood products” by SM Singh. So we have tested the manufacture of light mixed materials in association with a hydraulic binder of the cement or plaster type But the incompatibility of lignocellulosic materials with the mineral matrix requires a mineralization pretreatment or the addition of binding additives Also one of the aims of the is the present invention to provide a process for fractionating cereal straws, in particular wheat and barley, in order to obtain highly accessible activated cellulose fibers and hemicelluloses
Un autre but de la présente invention est de fournir un tel procédé de traitement qui permet de fabriquer à partir de fibres cellulosiques ainsi obtenues, des matériaux pouvant être moulés de tels matériaux trouvent de multiples applications, notamment dans les domaines du conditionnement et de l'emballage De plus, ces matériaux sont recyclables et compostablesAnother object of the present invention is to provide such a treatment process which makes it possible to manufacture from cellulosic fibers thus obtained, materials which can be molded from such materials find multiple applications, in particular in the fields of packaging and packaging. packaging In addition, these materials are recyclable and compostable
Un but supplémentaire de la présente invention est de fournir un tel procédé qui permet d'obtenir des fibres cellulosiques hautement accessibles et compatibles avec des liants hydrauliques comme les cimentsA further object of the present invention is to provide such a process which makes it possible to obtain highly accessible cellulose fibers compatible with hydraulic binders such as cements.
Enfin, comme dit précédemment, un autre but de la présente invention est de fournir un tel procédé qui permet d'obtenir des hémicelluloses sous forme de poudresFinally, as said previously, another object of the present invention is to provide such a method which makes it possible to obtain hemicelluloses in the form of powders.
Ces buts ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints par un procédé pour fractionner des pailles de céréales, notamment de blé et d'orge, qui est caractérisé, selon la présente invention, par le fait que l'on met en contact les pailles avec une solution aqueuse basique, puis que l'on soumet le mélange ainsi obtenu simultanément à une compression et à un cisaillement à une température comprise entre 20ÙC et 100°C tout en injectant de l'eau, puis qu'on presse afin d'éliminer l'eau en excédent et pour obtenir une matrice de fibres cellulosiques et une phase liquide riche en hémicelluloses.These and other objects which will appear subsequently are achieved by a process for fractionating cereal straws, in particular wheat and barley straws, which is characterized, according to the present invention, by the fact that in contact the straws with a basic aqueous solution, then submitting the mixture thus obtained simultaneously to compression and shearing at a temperature between 20 Ù C and 100 ° C while injecting water, then which is pressed in order to remove the excess water and to obtain a matrix of cellulosic fibers and a liquid phase rich in hemicelluloses.
Avantageusement, le rapport équivalent OH' /masse de matière sèche de paille est compris entre 0,75 et 25 moles/kg ; la solution alcaline est en particu- lier une solution aqueuse de soude dont la concentration en soude est inférieure ou égale à 50 %, et, de préférence, comprise entre 5 et 20 %.Advantageously, the equivalent OH ' / mass of dry straw material is between 0.75 and 25 moles / kg; the alkaline solution is in particular an aqueous sodium hydroxide solution whose sodium hydroxide concentration is less than or equal to 50%, and preferably between 5 and 20%.
La quantité totale d'eau injectée, c'est-à-dire la quantité d'eau présente dans la solution aqueuse de soude et celle injectée lors du cisaillement, est telle que le rapport pondéral eau/matière sèche de paille est compris entre 1 et 15. La matrice de fibres cellulosiques récupérées est thermoformée pour obtenir des formes moulées sans incorporation préalable d'un liant ou mélangée à un liant hydraulique et moulée pour obtenir des matériaux composites fibreux qui peuvent être moulés avec ou sans contrainte mécanique ou thermique..The total amount of water injected, that is to say the amount of water present in the aqueous sodium hydroxide solution and that injected during shearing, is such that the water / dry straw weight ratio is between 1 and 15. The matrix of recovered cellulosic fibers is thermoformed to obtain molded forms without prior incorporation of a binder or mixed with a hydraulic binder and molded to obtain fibrous composite materials which can be molded with or without mechanical or thermal stress.
De préférence, la phase liquide riche en hémicelluloses est soumise à une concentration pour obtenir notamment un concentrât riche en hémiceiluloses. Ces hémicelluloses sont précipitées par ajustement du pH à une valeur d'environ 5 et en ajoutant de l'alcool. Le précipité ainsi obtenu ou poudre d'hémicelluloses peut être facilement séché.Preferably, the liquid phase rich in hemicelluloses is subjected to a concentration in order to obtain in particular a concentrate rich in hemiceiluloses. These hemicelluloses are precipitated by adjusting the pH to a value of about 5 and adding alcohol. The precipitate thus obtained or hemicellulose powder can be easily dried.
Le procédé pour fractionner des pailles de céréales, notamment de blé et d'orge, comprend selon la présente invention les étapes suivantes : a) On met en contact intime de la paille avec une solution aqueuse alcaline telie qu'une solution aqueuse de soude. Le rapport équivalent OH'/matière sèche de paille est compris entre 0,75 et 25 moles/kg ; dans le cas d'une solution aqueuse de soude, la concentration en soude de cette solution est inférieure ou égale à 50 % et, de préférence, comprise entre 5 et 20 %. Dans ce cas, le rapport ponde- rai soude/matière sèche de paille est compris entre 0,03 et 1. A l'issue de cette étape, on obtient un mélange hétérogène. b) On soumet ce mélange hétérogène à une compression et simultanément à un cisaillement, tout en le portant à une température comprise entre 20°C et 1 00°C et en injectant de l'eau de telle sorte que le rapport pondéral eau/matière sèche de paille soit compris entre 1 et 15 : ceci a notamment pour but de rendre accessibles les fibres cellulosiques contenues dans la paille et par suite d'activer les réactions chimiques et les transformations physiques. c) On sépare, par exemple par pressage, le produit issu de l'étape b) afin d'obtenir, d'une part, une phase liquide riche en hémicelluloses et, d'autre part, une matrice de fibres cellulosiques.The process for fractionating cereal straws, in particular wheat and barley straws, according to the present invention comprises the following steps: a) The straw is brought into intimate contact with an aqueous alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution. The equivalent OH ' / dry matter of straw ratio is between 0.75 and 25 moles / kg; in the case of an aqueous sodium hydroxide solution, the sodium hydroxide concentration of this solution is less than or equal to 50% and, preferably, between 5 and 20%. In this case, the report is based on rai soda / dry matter of straw is between 0.03 and 1. At the end of this step, a heterogeneous mixture is obtained. b) This heterogeneous mixture is subjected to compression and simultaneously to shearing, while bringing it to a temperature between 20 ° C. and 1,00 ° C. and by injecting water so that the water / matter weight ratio dry straw is between 1 and 15: this has in particular the aim of making the cellulosic fibers contained in the straw accessible and consequently of activating chemical reactions and physical transformations. c) The product from step b) is separated, for example by pressing, in order to obtain, on the one hand, a liquid phase rich in hemicelluloses and, on the other hand, a matrix of cellulosic fibers.
Pour la mise en oeuvre des étapes ci-dessus, on utilise de préférence un appareil de paroi cylindrique, et d'axe allongé, et comprenant deux vis corota- tives et d'axes parallèles entre elles et à l'axe de l'appareil. Cet appareil est divisé en quatre zones d'amont en aval selon le sens d'avancement des pailles au fur et à mesure des étapes.For the implementation of the above steps, it is preferable to use a device with a cylindrical wall, and with an elongated axis, and comprising two corotating screws and axes parallel to each other and to the axis of the device. . This device is divided into four zones from upstream to downstream according to the direction of advancement of the straws as the steps progress.
La première zone, ou zone amont, comporte dans la paroi une large ouverture par laquelle on introduit les pailles de céréales. La vis, ou l'ensemble de vis, située dans cette zone est dite à pas direct et a pour fonction d'acheminer les pailles dans la deuxième zone plus en aval.The first zone, or upstream zone, has a large opening in the wall through which the cereal straws are introduced. The screw, or set of screws, located in this zone is said to be direct pitch and has the function of conveying the straws into the second zone further downstream.
A l'entrée de cette deuxième zone est situé dans la paroi un iπjecteur radial de la solution aqueuse alcaline, en l'occurrence de soude. Dans cette zone, la paroi cylindrique comporte des moyens de chauffage permettant de porter le mélange à une température comprise entre 20°C et 100°C. La vis présente dans cette zone un profil adapté pour imposer au mélange les effets suivants : - un effet de cisaillement qui réduit la taille des particules de paille ce qui correspond à un broyage et à un défibrage ,At the entrance to this second zone is located in the wall a radial injector of the alkaline aqueous solution, in this case soda. In this zone, the cylindrical wall includes heating means making it possible to bring the mixture to a temperature between 20 ° C and 100 ° C. The screw has a suitable profile in this area to impose the following effects on the mixture: - a shearing effect which reduces the size of the straw particles which corresponds to grinding and defibering,
- un effet de malaxage qui permet de mettre intimement en contact les pailles constituant une phase solide et la solution aqueuse de soude injectée constituant une phase liquide ,a kneading effect which allows the straws constituting a solid phase to be brought into intimate contact with the aqueous sodium hydroxide solution injected constituting a liquid phase,
- un effet de compression qui favorise la diffusion de la phase liquide au sein de la matrice lignocellulosique en vue de permettre une mise en solution des hémicelluloses ,- a compression effect which promotes the diffusion of the liquid phase within the lignocellulosic matrix with a view to allowing the hemicelluloses to be dissolved,
- un effet de rétention du mélange destiné à augmenter le temps de séjour dans l'appareil pour permettre l'avancement de la réaction de solubilisation des hémicelluloses ,a retention effect of the mixture intended to increase the residence time in the apparatus to allow the advancement of the hemicellulose solubilization reaction,
- et un effet de convoyage du mélange vers la troisième zone- and an effect of conveying the mixture to the third zone
Un profil de vis pour obtenir une telle combinaison d'effets est par exemple un enchaînement - d'éléments malaxeurs de forme adaptée pour le cisaillement et le mélange bilobes, trilobés ou roues crantéesA screw profile to obtain such a combination of effects is, for example, a series of mixing elements of a shape suitable for shearing and mixing bilobes, trilobes or toothed wheels.
- d'éléments de vis, à simple ou double-filet, à pas direct décroissant pour permettre le transport de la matière, avec contrainte de cisaillement (vis copénétrantes) et de compression axiale (diminution du pas de vis), - d'éléments de vis, à simple ou double-filet, à pas inverse, dont le rôle est de former un bouchon de matière qui assure la mise en compression du mélange Dans cet élément de vis, l'action de cisaillement et de mélange est aussi très intense Le mélange franchit le contre-filet grâce à l'espace entre les vis et la paroi, et/ou à des fentes pratiquées dans la vis Dans la troisième zone, le mélange intime paille - solution aqueuse de soude qui a franchi le contre-filet, est repris par des vis à pas direct pour être convoyé vers le point d'injection de l'eau. Le mélange est ainsi détendu pour favoriser les échanges avec l'eau en vue d'assurer l'extraction des hémicelluloses solubili- sées par l'action chimique de la soude, par effet de dilution (ou de lavage). Le mélange liquide-solide est ensuite soumis à un effet mécanique de mélange et de compression grâce à la combinaison d'un enchaînement de vis à pas direct décroissant et à pas inverse. L'effet de mélange favorise la mise en contact des phases et la dilution des hémicelluloses solubilisées ; l'effet de compression assure le pressage (l'essorage) du mélange afin d'évacuer le liquide à travers des grilles de filtre disposées dans la paroi cylindrique de l'appareil. Le filtrat recueilli contient les hémicelluloses solubilisées.- screw elements, single or double thread, with direct decreasing pitch to allow the transport of the material, with shear stress (co-penetrating screws) and axial compression (reduction of the screw pitch), - elements screw, single or double thread, reverse pitch, whose role is to form a plug of material which ensures the compression of the mixture In this element of screw, the shearing and mixing action is also very intense The mixture crosses the strip thanks to the space between the screws and the wall, and / or to slots made in the screw In the third zone, the intimate mixture of straw - aqueous soda solution which has crossed the strip, is taken up by direct pitch screws to be conveyed to the water injection point. The mixture is thus relaxed to promote exchanges with water in order to ensure the extraction of hemicelluloses solubilized by the chemical action of soda, by dilution (or washing) effect. The liquid-solid mixture is then subjected to a mechanical effect of mixing and compression thanks to the combination of a sequence of screws with decreasing direct pitch and reverse pitch. The mixing effect promotes the contacting of the phases and the dilution of the solubilized hemicelluloses; the compression effect ensures the pressing (spinning) of the mixture in order to evacuate the liquid through filter grids arranged in the cylindrical wall of the device. The collected filtrate contains the solubilized hemicelluloses.
Dans la zone aval ou quatrième zone, le produit essoré, qui a franchi le contre-filet, est repris par des vis à pas direct pour être envoyé vers la sortie de l'appareil. La fibre activée et hautement accessible pourra, dans cette zone aval, subir un traitement de séchage et de mise en forme, par exemple, par extrusion au travers d'une filière. Pour le séchage, la paroi cylindrique comportera des moyens de chauffage et des moyens pour évacuer la vapeur d'eau formée.In the downstream zone or fourth zone, the product drained, which has crossed the strip, is taken up by direct-pitch screws to be sent to the outlet of the device. The activated and highly accessible fiber may, in this downstream area, undergo a drying and shaping treatment, for example, by extrusion through a die. For drying, the cylindrical wall will include heating means and means for removing the water vapor formed.
La matrice de fibres cellulosiques, recueillie à la sortie de l'appareil, comme décrit ci-dessus, peut être moulée par thermoformage pour obtenir des formes moulées suffisamment résistantes pour être substituées à des pièces obtenues à partir de matières plastiques ou de composites dans leurs applications. De telles formes ne sauraient être obtenues par thermoformage direct des pailles, même après broyage. Par ailleurs, on peut incorporer cette matrice de fibres cellulosiques à un liant hydraulique comme un ciment pour réaliser un matériau composite léger, dont la résistance mécanique permet son utilisation dans le domaine de la construction notamment pour l'isolation, le parement et la réhabilitation. Quant à la phase liquide riche en hémicelluloses, celle-ci peut être soumise à un debourbage et à une concentration par ultrafiltration sur membrane pour obtenir, d'une part, un perméat que l'on peut recycler ou évacuer et, d'autre part, un concentrât riche en hémicelluloses.The matrix of cellulosic fibers, collected at the outlet of the apparatus, as described above, can be molded by thermoforming to obtain molded forms sufficiently resistant to be substituted for parts obtained from plastics or composites in their applications. Such shapes cannot be obtained by direct thermoforming of straws, even after grinding. Furthermore, this matrix of cellulosic fibers can be incorporated into a hydraulic binder such as a cement to produce a lightweight composite material, the mechanical strength of which allows its use in the construction field, in particular for insulation, facing and rehabilitation. As for the liquid phase rich in hemicelluloses, this can be subjected to settling and concentration by ultrafiltration on the membrane to obtain, on the one hand, a permeate which can be recycled or evacuated and, on the other hand , a concentrate rich in hemicelluloses.
En ajustant le pH du concentrât à une valeur d'environ 5 et en ajoutant de l'alcool, on précipite les hémicelluloses que l'on recueille par filtration : la poudre d'hémicelluloses ainsi obtenue peut être facilement séchée. La grande pureté des hémicelluloses contenues dans cette poudre est démontrée par sa teneur en xylose élevée obtenue par leur hydrolyse acide : ces rendements sont de l'ordre de 86 %. On a comparé le procédé selon la présente invention à celui décrit parBy adjusting the pH of the concentrate to a value of about 5 and adding alcohol, the hemicelluloses are precipitated and collected by filtration: the hemicellulose powder thus obtained can be easily dried. The high purity of the hemicelluloses contained in this powder is demonstrated by its high xylose content obtained by their acid hydrolysis: these yields are of the order of 86%. The method according to the present invention was compared with that described by
R.W. DETROY et al. en ce qui concerne la production de xylose à partir de pailles Dans le tableau I ci-après, on a regroupé les éléments de cette comparaison : RW DETROY et al. with regard to the production of xylose from straws In Table I below, the elements of this comparison have been grouped:
TABLEAUBOARD
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On réalise une hydrolyse de cette poudre d'hémicelluloses par exemple en autoclave. Dans le tableau II ci-après, on a regroupé les résultats obtenus en fonction de différentes conditions opératoires.Hydrolysis of this hemicellulose powder is carried out, for example in an autoclave. In Table II below, the results obtained have been grouped according to different operating conditions.
TABLEAU IITABLE II
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* m.o. = matières organiques Quant à la matrice de fibres cellulosiques qui traverse la quatrième zone du réacteur, elle est thermoformable soit directement, soit après lavage à l'eau acidulée. Les produits formés ainsi obtenus présentent un aspect lisse et homogène. On peut leur conférer lors du thermoformage des formes complexes par exemple coniques, arrondies, en té... Ces produits sont usinables, clouables, sciables et imprimables notamment.* mo = organic matter As for the matrix of cellulosic fibers which crosses the fourth zone of the reactor, it is thermoformable either directly, or after washing with acidulated water. The formed products thus obtained have a smooth and homogeneous appearance. They can be given during thermoforming of complex shapes, for example conical, rounded, tee ... These products are machinable, nailable, sawable and printable in particular.
Ainsi, on a introduit 50 g de matière sèche de fibres cellulosiques après lavage acidulé et séchage, dans un moule cylindrique ayant un diamètre de 100 mm et placé dans une presse hydraulique à plateau chauffant.Thus, 50 g of dry matter of cellulose fibers were introduced after acidic washing and drying, in a cylindrical mold having a diameter of 100 mm and placed in a hydraulic press with a heating plate.
Dans le tableau III, on a regroupé les résultats de trois essais.In Table III, the results of three trials are combined.
TABLEAU IIITABLE III
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On peut également incorporer la matrice de fibres cellulosiques lavée à l'eau dans une pâte de ciment Portland (ciment eau : 0,5 environ) sous malaxage. Le mélange ainsi obtenu est mis en forme par moulage. La matériau composite ainsi produit présente des densités et des résistances mécaniques qui sont fonction du taux d'incorporation de fibres cellulosiques, comme le montrent les résultats regroupés dans le tableau IV ci-après.It is also possible to incorporate the matrix of cellulosic fibers washed with water in a paste of Portland cement (water cement: about 0.5) under mixing. The mixture thus obtained is shaped by molding. The composite material thus produced has densities and mechanical strengths which are a function of the rate of incorporation of cellulosic fibers, as shown by the results grouped in Table IV below.
TABLEAU IVTABLE IV
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Afin d'encore mieux faire comprendre la présente invention, on décrira des exemples de réalisation de la présente invention. Dans ces exemples on utilise le même appareil de paroi cylindrique et d'axe allongé Cet appareil ou réacteur est par exemple de type bi-vis tel que celui commercialisé par la société CLEXTRAL Exemple 1 Dans un tel appareil ou réacteur, on introduit de la paille selon un débit de 4,3 kg/h soit rapporté à la matière sèche 4 kg/h La solution aqueuse basique est une solution de soude à 15 % de soude, et est injectée avec un débit de 10,7 kg de solution de soude/heure Le rapport pondéral soude/matière sèche de paille est de 0,4 On injecte de l'eau avec un débit de 27,6 kg/h et la température est deIn order to further understand the present invention, there will be described examples of embodiments of the present invention. In these examples, the same apparatus with a cylindrical wall and an elongated axis is used. This apparatus or reactor is, for example, of the twin-screw type such as that sold by the company CLEXTRAL. Example 1 In this apparatus or reactor, straw is introduced. at a flow rate of 4.3 kg / h is related to the dry matter 4 kg / h The basic aqueous solution is a sodium hydroxide solution at 15% sodium hydroxide, and is injected with a flow rate of 10.7 kg of sodium hydroxide solution / hour The weight ratio of soda / straw dry matter is 0.4. Water is injected at a rate of 27.6 kg / h and the temperature is
50°C environAbout 50 ° C
Les vis du réacteur ont une vitesse de rotation de l'ordre de 170 tours/minuteThe reactor screws have a rotational speed of the order of 170 revolutions / minute
Le rapport pondéral eau totale/matière sèche de paille est d'environ 9,25The total water / dry matter weight ratio of straw is approximately 9.25
A l'issue du réacteur, donc de l'étape b ci-dessus, on obtient un débit de fibres cellulosiques de 2,7 kg de matière sèche/heure, soit un rendement d'environ 67,5 % Quant à la pureté de la cellulose, elle est d'environ 72 % par rapport à la matière organique de fibre cellulosique introduite Le filtrat est recueilli dans la troisième zone du réacteur avec un débit de l'ordre de 2,9 kg de matière sèche/heure La concentration en hémicelluloses est d'environ 24,5 g/kg soit une efficacité d'extraction des hémicelluloses, c'est-à- dire rapport des hémicelluloses solubilisées aux hémicelluloses initiales, d'environ 75 % Le rendement en hémicelluloses séparées présentes dans le filtrat est d'environ 58 %At the end of the reactor, therefore from step b above, a flow rate of cellulose fibers of 2.7 kg of dry matter / hour is obtained, ie a yield of approximately 67.5%. As for the purity of cellulose, it is approximately 72% relative to the organic matter of cellulosic fiber introduced. The filtrate is collected in the third zone of the reactor with a flow rate of the order of 2.9 kg of dry matter / hour. hemicelluloses is approximately 24.5 g / kg, i.e. an efficiency of hemicellulose extraction, that is to say ratio of solubilized hemicelluloses to initial hemicelluloses, of approximately 75% The yield of separate hemicelluloses present in the filtrate is about 58%
Les particules solides de taille inférieure à 1 μm (10"s m) en suspension dans ce filtrat sont éliminées par exemple par centπfugation La matière sèche ainsi débourbée représente environ 10 % de la matière sèche de paille introduite Cette matière sèche est avantageusement réincorporée à la fibre cellulosique le rendement total en fibre est en conséquence d'environ 70 % par rapport à la matière sèche de paille traitéeSolid particles of size less than 1 μm (10 "s m) suspended in this filtrate are eliminated for example by centπfugation The dry matter thus settled is about 10% of the dry matter of straw introduced This dry matter is advantageously reincorporated in the cellulosic fiber the total fiber yield is therefore around 70% compared to the dry matter of treated straw
Le filtrat débourbé est concentré 5 fois par ultrafiltration puis acidifié jusqu à un pH d'environ 5 par de l'acide acétique et complété volume a volume par de l'éthanol à 95° On obtient ainsi un précipite d'hémicelluloses qui est isole par filtration, par exemple en utilisant un système de filtre-presse La poudre d'hémicelluloses ainsi recueillie est séchée à l'air libre jusqu'à ce que sa teneur en eau devienne inférieure à 10 % en poids. Le rendement en poudre d'hémicelluloses est d'environ 15 % par rapport à la matière sèche de paille pour une production de 0,6 kg de matière sèche/heure, correspondant à un rendement par rapport aux hémicelluloses introduites de 50 % environ. La matière minérale de cette poudre d'hémicelluloses est de 6,6 % en poids par rapport à la matière sèche, et sa teneur en sucres est supérieure à 89 % en poids par rapport à la matière sèche, dont 70 % en poids de xylose par rapport à la matière sèche. Exemple 2 Dans cet appareil ou réacteur, on introduit de la paille selon un débit deThe filtered filtrate is concentrated 5 times by ultrafiltration and then acidified to a pH of about 5 with acetic acid and completed volume by volume with ethanol at 95 °. This gives a precipitate of hemicelluloses which is isolated by filtration, for example using a filter press system The powder hemicelluloses thus collected is dried in the open air until its water content becomes less than 10% by weight. The hemicellulose powder yield is approximately 15% relative to the straw dry matter for a production of 0.6 kg of dry matter / hour, corresponding to a yield relative to the hemicelluloses introduced of approximately 50%. The mineral matter of this hemicellulose powder is 6.6% by weight relative to the dry matter, and its sugar content is greater than 89% by weight relative to the dry matter, including 70% by weight of xylose. compared to dry matter. Example 2 In this apparatus or reactor, straw is introduced at a flow rate of
3 kg/h, soit rapporté à la matière sèche 2,8 kg/h. La solution aqueuse basique est une solution à 15 % de soude et est injectée avec un débit de 10,7 kg de soude/heure. Le rapport pondéral soude/matière sèche de paille est de 0,4.3 kg / h, or related to the dry matter 2.8 kg / h. The basic aqueous solution is a 15% sodium hydroxide solution and is injected with a flow rate of 10.7 kg of sodium hydroxide / hour. The weight ratio soda / dry matter of straw is 0.4.
On injecte de l'eau avec un débit de 23,7 kg/h et la température est de 50°C environ.Water is injected with a flow rate of 23.7 kg / h and the temperature is approximately 50 ° C.
Les vis du réacteur ont une vitesse de rotation de l'ordre de 200 tours/minute.The reactor screws have a rotation speed of the order of 200 revolutions / minute.
Le rapport pondéral eau totale/matière sèche de paille est d'environ 12,9. A l'issue du réacteur, donc de l'étape b ci-dessus, on obtient un débit de fibres cellulosiques de 1 ,32 kg de matière sèche/heure, soit un rendement d'environ 47 %. Quant à la pureté de la cellulose, elle est d'environ 81 % par rapport à la matière organique de fibre cellulosique introduite.The total water / dry matter weight ratio of straw is approximately 12.9. At the end of the reactor, therefore from step b above, a flow rate of cellulose fibers of 1.32 kg of dry matter / hour is obtained, ie a yield of approximately 47%. As for the purity of the cellulose, it is approximately 81% relative to the organic matter of cellulosic fiber introduced.
Le filtrat est recueilli dans la troisième zone du réacteur avec un débit de l'ordre de 3,65 kg de matière sèche/heure. La concentration en hémicelluloses est d'environ 18 g/kg, soit une efficacité d'extraction des hémicelluloses, c'est-à- dire rapport des hémicelluloses solubilisées aux hémicelluloses initiales, d'environ 88 %. Le rendement en hémicelluloses séparées présentes dans le filtrat est d'environ 77 %. Le rendement en poudre d'hémicelluloses est d'environ 16 % par rapport à la matière sèche de la paille pour une production de 0,4 kg de matière par heure.The filtrate is collected in the third zone of the reactor with a flow rate of the order of 3.65 kg of dry matter / hour. The hemicellulose concentration is approximately 18 g / kg, or an efficiency of hemicellulose extraction, that is to say the ratio of solubilized hemicelluloses to initial hemicelluloses, of approximately 88%. The yield of separate hemicelluloses present in the filtrate is approximately 77%. The hemicellulose powder yield is approximately 16% compared to the dry matter of the straw for a production of 0.4 kg of material per hour.
Quant aux fibres cellulosiques produites dans cet exemple, elles présentent les mêmes propriétés physiques que celles de l'exemple 1 . Exemple 3 Dans cet appareil ou réacteur, on introduit de la paille selon un débit de 7,7 kg/h soit rapporté à la matière sèche 7 kg/h. La solution aqueuse basique est une solution de soude à 7 % de soude, et est injectée avec un débit de 9,5 kg de soude/heure. Le rapport pondéral soude/matière sèche de paille est de 0,095. On injecte de l'eau avec un débit de 23 kg/h et la température est deAs for the cellulosic fibers produced in this example, they have the same physical properties as those of Example 1. Example 3 In this apparatus or reactor, straw is introduced at a flow rate of 7.7 kg / h, ie 7 kg / h of dry matter. The basic aqueous solution is a sodium hydroxide solution at 7% sodium hydroxide, and is injected with a flow rate of 9.5 kg of sodium hydroxide / hour. The weight ratio soda / dry matter of straw is 0.095. Water is injected with a flow rate of 23 kg / h and the temperature is
50°C environ.50 ° C approximately.
Les vis du réacteur ont une vitesse de rotation de l'ordre de 170 tours/minute.The reactor screws have a rotational speed of the order of 170 revolutions / minute.
Le rapport pondéral eau totale/matière sèche de paille est d'environ 4,5.The total water / dry matter weight ratio of straw is approximately 4.5.
A l'issue du réacteur, donc de l'étape b ci-dessus, on obtient un débit de fibres cellulosiques de 6,3 kg de matière sèche/heure, soit un rendement d'environ 90 % . Quant à la pureté de la cellulose, elle est d'environ 72 % par rapport à la matière organique de fibre cellulosique introduite. Dans cet exemple de réalisation, le rendement en hémicelluloses extraites étant faible, le filtrat debourbé est directement recyclé dans le réacteur avec la paille.At the end of the reactor, therefore from step b above, a flow rate of cellulose fibers of 6.3 kg of dry matter / hour is obtained, ie a yield of approximately 90%. As for the purity of the cellulose, it is approximately 72% relative to the organic matter of cellulose fiber introduced. In this exemplary embodiment, the yield of hemicelluloses extracted being low, the filtered filtrate is directly recycled into the reactor with straw.
Par contre, les fibres cellulosiques obtenues présentent des propriétés analogues à celles de l'exemple 1. On the other hand, the cellulosic fibers obtained have properties similar to those of Example 1.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé pour fractionner des pailles de céréales, notamment de blé et d'orge, caractérisé par le fait que l'on met en contact les pailles avec une solution aqueuse basique, puis que l'on soumet le mélange ainsi obtenu simultanément à une compression et à un cisaillement à une température comprise entre 20°C et 100°C tout en injectant de l'eau, puis qu'on presse afin d'éliminer l'eau en excédent afin d'obtenir une matrice de fibres cellulosiques et une phase liquide riche en hémicelluloses.1. Process for fractionating cereal straws, in particular wheat and barley straws, characterized in that the straws are brought into contact with a basic aqueous solution, then that the mixture thus obtained is simultaneously subjected to compression and shearing at a temperature between 20 ° C and 100 ° C while injecting water, then pressing to remove excess water to obtain a matrix of cellulosic fibers and a liquid phase rich in hemicelluloses.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par le rapport pondéral soude/matière sèche de paille est compris entre 0,03 et 1.2. Method according to claim 1, characterized by the weight ratio soda / straw dry matter is between 0.03 and 1.
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que la solution aqueuse de soude présente une concentration au plus égale à 50 %. 3. Method according to claim 1, characterized in that the aqueous sodium hydroxide solution has a concentration at most equal to 50%.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la concentration de la solution aqueuse est comprise entre 5 et 20 %.4. Method according to claim 3, characterized in that the concentration of the aqueous solution is between 5 and 20%.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la quantité totale d'eau injectée est telle que le rapport pondéral eau/matière sèche de paille est compris entre 1 et 15. 5. Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the total quantity of water injected is such that the weight ratio water / dry matter of straw is between 1 and 15.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par ie fait que la matrice de fibres cellulosiques récupérée est thermo-formée pour obtenir des formes moulées sans incorporation préalable d'un liant composite fibreux ou mélangée à un liant hydraulique et moulée pour obtenir des matériaux.6. Method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the recovered cellulose fiber matrix is thermoformed to obtain molded forms without prior incorporation of a fibrous composite binder or mixed with a hydraulic binder and molded to obtain materials.
7. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que la phase liquide riche en hémicelluloses est soumise à une concentration pour obtenir un concentrât riche en hemicelluloses.7. Method according to claim 1, characterized in that the liquid phase rich in hemicelluloses is subjected to a concentration to obtain a concentrate rich in hemicelluloses.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'on précipite des hémicelluloses par ajustement du pH à une valeur d'environ 5 et en ajoutant de l'alcool, le précipité ainsi obtenu ou poudre d'hémicelluloses pouvant être facilement séché. 8. Method according to claim 7, characterized in that hemicelluloses are precipitated by adjusting the pH to a value of approximately 5 and by adding alcohol, the precipitate thus obtained or hemicellulose powder which can be easily dried.
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