WO2012101361A1 - Process and device for extracting molecules - Google Patents
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- WO2012101361A1 WO2012101361A1 PCT/FR2012/050121 FR2012050121W WO2012101361A1 WO 2012101361 A1 WO2012101361 A1 WO 2012101361A1 FR 2012050121 W FR2012050121 W FR 2012050121W WO 2012101361 A1 WO2012101361 A1 WO 2012101361A1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D11/00—Solvent extraction
- B01D11/02—Solvent extraction of solids
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- B01D11/0292—Treatment of the solvent
- B01D11/0296—Condensation of solvent vapours
Definitions
- the invention relates to the extraction of molecules using a solvent characterized by a boiling point at room temperature of between -35 ° C. and + 90 ° C., such as an alkane or a refrigerant. .
- a method and a device for optimizing solvent recycling through a closed loop In the context of the present invention, there is provided a method and a device for optimizing solvent recycling through a closed loop.
- the circulation of the solvent is ensured in the absence of a gas compressor, solely by gravity, by changes in temperature or pressure, and / or by the use of a gas ensuring the growth of the solvent under liquid form.
- any solvent extraction process consists of dissolving the desired molecule adsorbed on the matrix in a solvent and then separating the molecule from the solvent. These processes can be classified by type of solvent used, depending on whether it is solid, gaseous, liquid or supercritical.
- a first technique is called cold enfleurage.
- perfumery the flowers are arranged manually on fat that dissolves the desired odorous molecules.
- the molecule is generally transferred into alcohol and the alcoholic solution is called absolute.
- This method cited as an example of a solid solvent is of a non-transposable implementation on an industrial scale.
- Another example is steam extraction or hydrodistillation.
- the molecule is driven by water vapor in the gas phase. Two methods can be used: either the matrix is immersed in boiling water, or the water vapor passes through the matrix arranged in a bed. The extracted molecules are then separated from the vapor solvent by condensation on a cold wall and then decantation. These methods can be implemented only for immiscible molecules with water and are thus commonly used to extract essential oils.
- Supercritical fluid extraction relies on the property of a solvent brought to the supercritical state to dissolve organic molecules. After driving the desired molecule, it is separated from the supercritical solution by phase transformation: the solvent goes into the gaseous state, while the molecule is condensed in the liquid state.
- the extraction equipment recycles the solvent in a closed loop during successive stages where it is supercritical to extract the molecules from the matrix in the extractor, then gaseous to condense the molecules extracted in the condenser.
- the supercritical fluid used is generally carbon dioxide (C0 2 ).
- the high temperature of steam during steam extraction can degrade the desired molecules
- the liquid organic solvent is not always able to cross the cytoplasmic membrane and thus dissolve the molecules present inside the cells.
- the subsequent separation by distillation between solvent and solute is governed by the phase diagram of the solution: there are always at least traces of solute in the solvent, just as there are always at least traces of solvent in the solvent. final product.
- the extraction temperature is entirely compatible with the safeguarding of the molecules to be extracted, for example of the order of 30 ° C for the supercritical C0 2 ;
- the supercritical CO 2 molecules cross the cytoplasmic membranes and can thus dissolve the desired molecules in the core of the matrix; Even if the separation between the solute and the C0 2 is not complete, there remain molecules of C0 2 in solution in the finished product according to the thermodynamic equilibrium with the surrounding atmosphere and these residual molecules are not harmful and do not risk of degrading the product.
- a gaseous compound is commonly called “liquefied gas” under normal (ambient) pressure and temperature conditions, which can be liquefied by acting on its temperature, pressure, or both.
- WO 03/057342 and WO 2004/034801 focuses on a method and a liquefied gas extraction device, in this case a saturated hydrocarbon, of butter and cocoa powder respectively. It does not contemplate the use of this method and this apparatus for treating other substances for the purpose of extracting other molecules. Furthermore, this document describes a continuous process of suspending the matrix with a static mixer, and then extraction and separation between solvent and solute. This continuous process can be implemented only for a raw material in large quantities and constant characteristics.
- the solvent is distributed on the matrix in the form of a "fog"
- the extraction is carried out under adiabatic conditions
- the recycled solvent is pumped in gaseous form using a compressor.
- the solvent is introduced into the extractor during adiabatic expansion: the extraction temperature is imposed by the liquid-vapor equilibrium of the solvent at the pressure prevailing in the extractor;
- the solvent in the extractor is at the limit of the gas / liquid phase equilibrium.
- the portion of gaseous solvent present in the extractor does not have the same solvation capacities as the liquid solvent.
- the gaseous solvent is extracted by suction of the extractor, pure, without causing molecules, which limits the efficiency of the extraction;
- Depression is created by a gaseous solvent compressor, which limits the level of vacuum obtained and induces additional risks of ignition;
- the extraction device described has no heating element which limits its use to an adiabatic process;
- the device relies on the use of a mechanical compressor to ensure the circulation of the solvent via its physical pumping.
- a mechanical compressor is therefore a central unit for managing all flows. It is an expensive apparatus, of delicate use, which, if it breaks down, endangers the whole system.
- the method and the device described in WO 03/057342 are based on the principle of the mechanical compression of a refrigerant used in refrigeration production units and in heat pumps.
- the principle is based on the establishment of a so-called Carnot cycle, during which heat is transferred by mechanical action from an evaporator to a condenser.
- Equipment built on the basis of this principle is optimized so that with a minimum of mechanical energy, a maximum of energy is transferred.
- the refrigerant is evaporated at low pressure and condensed at high pressure. It appears that there is a clear need to develop new methods and devices for extracting molecules from any matrix, in particular based on the use of liquefied gases as a solvent.
- the present invention relates to a method for extracting molecules from a solid matrix, carried out using a solvent whose boiling temperature at atmospheric pressure is between -35 ° C and + 90 ° C, advantageously a liquefied gas, according to which the solvent is recycled in a closed loop.
- the loop circulation of the solvent is in the absence of the mechanical pumping of the gaseous solvent, in particular by means of a gas compressor.
- it is only ensured by pressure variations, by temperature variations, by gravity and / or by means of a gas capable of "pushing" the solvent in liquid form (gas) and / or possibly by mechanical pumping of the liquid solvent.
- the method and the device according to the invention do not involve any mechanical pumping of the solvent, whether in gaseous form or in liquid form.
- the fluid travels a Carnot cycle, its evaporation and condensation being performed at two different pressures.
- the fluid travels only back and forth on the same isobar.
- the invention proposes for the first time an isobaric separation process in a solvent, advantageously a liquefied gas.
- a method according to the invention can be used both for extracting molecules of a so-called natural raw material, in particular animal or plant, as for purifying a chemical synthesis product.
- the matrix is in solid form.
- the solvent consisting of a pure substance or a mixture is characterized by its boiling point at atmospheric pressure, between -35 ° C and + 90 ° C.
- Said solvent can also incorporate additives, provided that its boiling point at atmospheric pressure is always between -35 ° C and + 90 ° C.
- a liquefied gas in particular an alkane and even more preferably butane.
- the solvent used may be a fluid called refrigerant because likely to be used in cold-producing plants: these are halogenated fluids synthesized from alkanes or alkenes in which hydrogen atoms are substituted with chlorine and / or fluorine atoms.
- the solvent used may be a Freon TM.
- short-chain alkanes (methane, ethane or propane) whose boiling point at atmospheric pressure is too low;
- the solvents targeted by the invention have the following physical and chemical properties particularly suitable for the claimed process:
- the liquid-vapor phase changes namely the evaporation and the condensation of the solvent, are carried out for temperature and pressure conditions that are easily reached industrially and compatible with the stability of the molecules to be extracted.
- the temperature and pressure conditions prevailing in the extraction device correspond to conditions of thermodynamic equilibrium with the liquid solvent.
- the temperature and pressure conditions prevailing in the separation device correspond to thermodynamic equilibrium conditions with the gaseous solvent.
- the boiling temperature is -0.5 ° C at atmospheric pressure, and 64 ° C at 6 bar relative.
- Freon TM RI 34a Another example is Freon TM RI 34a:
- the molecules of this type of solvent are relatively small, particularly for short hydrocarbon chains such as butane. These molecules can easily cross the cytoplasmic membranes of cells and thus have a strong power of solvation. In the case of solvent mixtures, various chain lengths may be used to broaden the range of application.
- alkanes and refrigerants are chemically inert. These molecules react neither with the components of the matrix nor with the finished product.
- saturated hydrocarbons there may remain traces of solvent in the finished product, whether it is liquid or solid since these traces of solvent are inert and can be safely ingested by any organism. This advantage is clear compared to other organic solvents commonly used for extraction and whose traces can reduce the range of application of the product extracted in pharmacy, cosmetic, perfume, aroma, or various food applications.
- the solvent used must be recyclable. Since the alkane or refrigerant type solvents are chemically inert, they can be recycled indefinitely. The only limit is the saturation of the solvent into molecules that it is required to extract. But once the saturation reached, the first use, all the extracted molecules remain in the finished product. Advantageously, it is advisable not to reuse this recycled solvent to extract molecules of a different nature from another matrix.
- the targeted process comprises a step of contacting the solvent in liquid form with the (solid) matrix, resulting in the extraction of the molecules of interest from the matrix.
- the extractor is provided with a device for regulating the pressure. Thanks to a pressure probe, it is possible to maintain the pressure in the extractor and in particular to regulate the escape of gaseous solvent to avoid excessive overpressure which could prevent the arrival of the solvent from the storage tank (via a valve exhaust).
- the extractor is also provided with a pressurizing device. Indeed, prior to the introduction of the liquid solvent, it may be necessary to ensure that the pressure in the chamber, associated with the temperature of the matrix, are such that the injected solvent will remain liquid.
- an inert gas such as nitrogen at controlled pressure.
- the solvent used is a fuel such as an alkane or a mixture of alkanes.
- Inerting the enclosure possibly associated with a sweep or even successive phases of vacuum (via the use of an at least partial evacuation device) and pressurization with inert gas, allows evacuate the oxygen present in the chamber and avoid a combustible-oxidant mixture that could cause an explosion;
- the extractor is not pressurized before the introduction of the solvent, whether it is under atmospheric pressure or under partial vacuum, the liquid introduced solvent will undergo an adiabatic expansion which will cool it to the equilibrium pressure evaporation temperature. reigning in the enclosure.
- the introduction of solvent will then cause the cooling of the matrix which can be harmful depending on the nature of the matrix and the temperature obtained.
- the temperature obtained is negative, the cells of the matrix may possibly be destroyed, resulting in the release of molecules that are not to be extracted. In this case, the extraction will be less selective.
- the two phases, liquid for the solvent and solid for the matrix are as intimately as possible mixed, either by spraying the liquid, or by flooding, or using any other device used to contact a liquid and a solid.
- the extractor is advantageously provided with a device for introducing the solvent in liquid form (for example an injection valve) and possibly a mixing device.
- the extractor may also be provided with a heating device such as a double jacket enclosure or a coil, allowing in a subsequent step the drying of the matrix.
- a heating device such as a double jacket enclosure or a coil
- the desired molecules present in the matrix are dissolved in the liquid solvent and the solution obtained is extracted from the apparatus by filtration or by any device making it possible to prevent the matrix from leaving the extractor . Only the solution composed of the liquid solvent and the solute is extracted from the extractor.
- the next stage of the process is the separation step between the solvent and the extracted molecules (solute), by distillation in the case where the solute is produced in liquid form or by crystallization in the case where the solute is produced in solid form. .
- This step advantageously takes place in a separate enclosure, called separator.
- the extractor and the separator may be two separate chambers in a common enclosure.
- the solvent passes in gaseous form by boiling and optionally by expansion.
- extractor> separator the separation is advantageously in three successive phases:
- an adiabatic expansion phase the solution is extracted from the extractor by pressure difference. As soon as outside the extractor, at a lower pressure, the solvent is at a pressure and a temperature corresponding to its evaporative equilibrium. A fraction of the solvent vaporizes, the residual fraction of liquid solvent remains more concentrated in solute.
- the communication between the extractor and the separator is advantageously done by means of an expansion valve.
- a boiling phase the solution is boiled by heating. This operation aims to provide the necessary energy for phase transformation. The solvent gradually evaporates and two cases can occur depending on the nature of the solute molecules:
- solute is a solid under the conditions of temperature and pressure prevailing in the apparatus.
- the device is then called a crystallizer.
- the separation process is then a crystallization process governed by the solubility properties of the solute in the solvent.
- solubility is generally an increasing function of temperature, it may be useful to lower the temperature of the solution to decrease the solubility.
- the molecules extracted from the matrix are brought under vacuum more or less pushed, thanks to an at least partial evacuation device, for example a vacuum pump which discharges into the condenser.
- an at least partial evacuation device for example a vacuum pump which discharges into the condenser.
- This last phase aims to extract from these the maximum residual solvent in liquid solution or adsorbed in liquid solution.
- the vacuum phase can be conducted in the same boiler of the previous phase. This is evacuated at least partially and even advantageously heated within the accounting limit with the product. If the desired molecules are collected in the solid state, the evacuation phase can be conducted in the same crystallizer or advantageously in a dryer, or even after a filtration phase in a filter or mechanical spin in a wringer. The methods used are then the known methods of separating a liquid and a solid, mechanical separation and / or drying.
- the separator is thus provided with a heating device such as a double jacket enclosure or a coil.
- a heating device such as a double jacket enclosure or a coil.
- it is also equipped with an at least partial evacuation device, for example a vacuum pump.
- the separator may be provided with a mixing device.
- the complete process referred to may be discontinuous or semi-continuous.
- the process is always discontinuous: it involves treating a batch or batch of raw material.
- extraction, adiabatic expansion, boiling and evacuation are performed in successive or simultaneous steps.
- the process is discontinuous when the extraction is carried out in a closed extractor.
- the solution is introduced into the separator for separation.
- the boiling and evacuation phases follow one another.
- the process is semi-continuous when the extraction is carried out in an extractor in permanent communication with the separator which follows through an expansion member.
- the solvent passes successively and continuously in the extractor where it is liquid and then in the separator where it is evaporated.
- the next phase of evacuation can be conducted either semi-continuously after a new expansion in a third device, or discontinuously in the separator. If the flow of the solvent in the production unit can be semi-continuous or discontinuous, the matrix remains trapped in the extractor.
- the method consists in extracting the maximum of molecules contained in a batch of matrix spread in a bed contained in the extractor. From the point of view of the matrix, the process is discontinuous. After batch treatment, it is necessary to drain the extractor and recharge it with a new batch.
- the extractor and the separator are advantageously equipped with an at least partial evacuation system, for example a vacuum pump.
- This system has two advantages: it improves the separation between solvent and solute at the separator;
- the separator can also be connected to an inerting system or device for putting under inert gas, that is to say supply and circulation in an inert gas such as nitrogen.
- inerting is advantageously carried out on the entire device and at the beginning of the process, after having loaded the matrix, and necessarily before introducing the solvent into the extractor.
- the solvent is condensed in liquid form in an enclosure called a condenser.
- a condenser In this chamber, the temperature and pressure conditions must be such that the solvent leaving the separator in gaseous form becomes liquid again.
- this chamber is advantageously provided with a cooling device, such as a refrigeration unit. It is thanks to this lowering of the temperature or cooling that the solvent circulates between the separator and the condenser, and returns in liquid form.
- the condenser is also provided with a pressurizing or pressurizing device for less stress on the cooling device.
- the innovation provided by the present process is that the pressures in the separator and in the condenser are substantially equal, the only pressure difference between the two speakers being due to the pressure drop generated by the steam flow. It is therefore an isobaric process.
- the extraction can also be conducted not at a higher pressure but at an identical pressure (with the pressure drops close) to that of the separation and the condensation.
- the process is then completely isobaric, without expansion valve between extractor and separator, the action of the only temperature being the engine of the solvent flow.
- RI 34a as a solvent
- the cooling device is not necessarily a refrigeration unit, the cooling of the condenser can be provided with water or air.
- the process can be carried out in a single enclosure comprising a extraction chamber in the upper part and a separation chamber in the lower part, the two being separated by a grid or a filter cloth retaining the matrix and both being subjected simultaneously to the same conditions of pressure and temperature during the successive steps of the method.
- the drying of the matrix by heating is simultaneous with the evaporation of the solvent by heating in the separator, then, subsequently, the evacuation simultaneously completes the drying of the matrix and the evaporation of the residual solvent. in the separator.
- the solvent is advantageously stored in liquid form in a receiving / storage system.
- the passage between the condenser and the receiving / storage system is advantageously at constant pressure due to gravity.
- the circulation of the solvent between the receiving / storage system and the extractor requires pressurization or pressurization, for example according to one of the following three devices:
- reception / storage system is then advantageously provided with a device for pressurized gas.
- the solvent storage is in charge over a heat exchanger used as an evaporator because fed by a hot fluid or electrically heated.
- the liquid solvent is brought into communication with the evaporator where it enters by gravity, then is heated to boiling and even until the desired pressure is obtained in the gas phase, advantageously measured using a probe.
- the gaseous solvent pipe is placed in communication with the sky of the liquid solvent storage, which is sufficient to raise the storage pressure to the pressure necessary for the introduction of the liquid solvent into the extractor.
- the pressurization by the solvent itself is advantageous with respect to the pressurization with an inert gas described above, in that it avoids introducing into the installation a foreign body that will have to be evacuated elsewhere. .
- an evaporator disposed between the receiving / storage system and the extractor advantageously in parallel with the liquid solvent introduction line, enables:
- the solvent stored in liquid form in the receiving / storage system is converted into superheated gaseous solvent which is sent to the matrix present in the extractor and vaporizes the traces of solvent still present on this matrix.
- the corresponding step is advantageously carried out at the end of the extraction process described, before changing the matrix. It is important to recover almost all the solvent used to treat the matrix. Not only can the cost of the solvent be high, but it can also contribute to the destruction of the ozone layer and / or the greenhouse effect.
- It may be the same evaporator device as used to pressurize the solvent storage, as described above, or a parallel device.
- the present invention also relates to a device specially designed for the work of the described method, in particular without any gas compressor.
- FIG. 1 represents a diagram of the principle at the origin of the present invention, involving at least one extractor, a separator, a condenser and a reception / storage system (tanks).
- the bold lines represent the principal closed-loop flow of the solvent.
- the solid and dashed lines represent secondary solvent flows, by drying or under vacuum, respectively.
- a batch of matrix to be treated is introduced into an extraction device (1).
- the liquid solvent is introduced through a pipe into this extractor. It emerges from another pipe, still in liquid form but loaded with extracted solute. It is then introduced into a separation device (2).
- the extracted molecules are separated from the solvent and leave the separator by a pipe, in liquid or crystallized form.
- the gaseous solvent, pure or almost pure is extracted from the separation device (2) by a pipe, condensed in a condenser (3) and stored liquid in a receiving / storage system (4), in a occurrence a first tank.
- the liquid solvent is transferred to a second tank to be brought to a pressure sufficient to allow the solvent to be recycled through the return line for further introduction into the extraction device (1).
- the solvent sometimes liquid and sometimes gaseous, circulates in a closed loop in the device according to the invention.
- the closed-circuit loop of the solvent advantageously does not include any mechanical pumping device, in particular of the gas compressor type.
- the solvent circulates in this loop only by the game of gravity, temperature differences, pressure differences and / or a shoot with a gas that can be the solvent itself or another gas.
- the solvent used in the context of the invention may be a flammable product.
- the device according to the invention is therefore advantageously equipped with an inerting system (putting under inert gas), that is to say a system for circulating throughout the device, in particular tanks and conduits, a gas inert such as nitrogen (N 2 ) for hunting in particular oxygen or any oxidizing gas, or even remnants of the solvent or water vapor.
- an inerting system putting under inert gas
- nitrogen (N 2 ) for hunting in particular oxygen or any oxidizing gas, or even remnants of the solvent or water vapor.
- the raw material which can be of animal as well as plant origin, in solid form, is loaded into the extractor (1).
- the extractor is defined as a closed chamber in which the extraction of the molecules of interest takes place.
- the material to be extracted is placed in the form of a layer resting on a grid, or a filter cloth, or more generally on any device intended to retain the solid matrix while permitting the flow (by gravity) of the solute. That is to say the solvent loaded with molecules extracted from the matrix.
- the extractor (1) It is in the extractor (1) that contact and extraction between solvent and material to be extracted.
- the contact between the solvent and the matrix may be carried out by spraying the solvent onto the matrix or by flooding the matrix in the solvent.
- the solvent is introduced into the liquid extractor, for example by means of an introduction pipe, a spray boom or any means for distributing the solvent on the matrix bed.
- Said extractor is under pressure, for example at a pressure of 3 bar, so that the gas (stored in a recovery / storage system 4, described below) which is injected into the reactor, advantageously butane, is under liquid form.
- the extractor is therefore advantageously equipped with a device for regulating the pressure.
- the enclosure in particular by using a double-walled enclosure in which circulates a thermal fluid whose temperature is regulated by a device external to the extractor, or via a coil.
- a thermal fluid whose temperature is regulated by a device external to the extractor, or via a coil.
- the extractor can be completed by an agitator for stirring the bed of the matrix, or a stirrer with a device for raising and lowering.
- the solute is removed from the extractor as it flows.
- the extraction pipe is for example closed by an isolation valve, closed during the extraction phase, opened after a residence time of the solvent in the extractor considered sufficient, when the solvent is sufficiently concentrated in solute and / or when the matrix has released enough molecules.
- the extractor (1) is thus provided with a valve for recovering the solution, namely the liquid solvent loaded with solute.
- the solution in liquid form then flows to the separator (2) due to the difference in pressure or level.
- the separator (2) is advantageously at atmospheric pressure or at a positive pressure, less than or equal to the pressure of the extractor.
- the solvent and the extracted molecules are separated. This separation is carried out by distillation in the case where the recovered concentrated fraction (solute) is in liquid form, or by crystallization in the case where the latter is in solid form.
- this chamber is preferably at atmospheric pressure, namely about 0 bar, or at a positive pressure. Note, as explained below, that this pressure can, however, be reduced (for example up to about -0.5 bar) by drawing vacuum; and or
- the separator (2) can be heated, in particular thanks to the use of a double-walled enclosure in which circulates a thermal fluid whose temperature is regulated by a device external to the extractor , or via a coil.
- the separator is also equipped with an agitator, in particular making it possible to homogenize the temperature of the solution and thus to improve the heat transfer.
- the pressure and the temperature of the separator are controlled and regulated to ensure the different stages of the separation between solvent and solute.
- the solution solvent + solute
- the relaxation of the solution when it enters the separator has the effect of vaporizing a part.
- the pressure can be measured and regulated using different devices:
- the separator is called a boiler when the finished product is a liquid.
- l st step (optional): The solution enters the boiler through a pipe after expansion using a progressive valve. The liquid phase flows into the bottom of the boiler, while the solvent evaporated by the expansion is found in the boiler sky, possibly mixed with residual nitrogen inerting. The boiler sky is put in communication with a vent by the opening of a valve, through a condenser (3) for the recovery of the evaporated solvent. The condenser (3) is fed by a circulation of cold thermal fluid in order to condense the largest possible amount of gaseous solvent that escapes from the boiler.
- 2nd step When all of the solvent has passed from the extractor to the boiler, the communication valve between the two chambers is closed. The solvent is then brought to boiling by action of the heating group the thermal fluid of the double jacket of the separator and by the possible action of stirring. During this phase at a pressure close to atmospheric pressure, the boiler sky is in communication with the vents, the valve open, always through the condenser (3) to cut down the gaseous solvent.
- Step 3 At the end of evaporation of the solvent at atmospheric pressure or under slight pressure, the separation was carried out under at least partial vacuum, with an appropriate device such as a vacuum pump (5).
- the maximum separation efficiency corresponds to a minimum content of residual solvent in the product obtained, and vice versa to a minimum content of solvent in solute.
- the solvent freed of the solute is recovered and can be used for new extractions.
- the solute in liquid form is removed from the boiler (2) by the opening of a bottom valve.
- the extracted end product is a solid obtained by crystallization.
- the separating device between the solvent and the solute is a dryer filter or equivalent apparatus grouping the three stages of the separation phase.
- the dryer filter is used in a similar way and in the same steps as the boiler described above:
- a second phase at atmospheric pressure or at positive pressure by supplying either the frigories necessary for lowering the solubility of the solute in the solvent and thus for the crystallization of the solute, or the calories necessary for Evaporation of the solvent to increase the solute concentration to the solubility threshold.
- the working temperature is regulated by a temperature sensor of the fluid of the jacket operating by the group of thermal fluid.
- the sky of the dryer filter is connected to a vent after the condenser (3);
- the drying phase begins at the moment when the liquid phase has disappeared and only solvent molecules adsorbed on the powder remain. The solvent molecules are then progressively desorbed from the powder to tend to equilibrium sorption laws between the solid and the gas phase.
- All these phases can be implemented in a single device, namely a dryer filter or an equivalent device.
- the temperature of the process is regulated by the circulation of thermal fluid in the double envelope of the separator, or even in a stirring machine.
- the pressure or the vacuum in this chamber is for example regulated by an absolute pressure sensor driving the solvent introduction valve, the vent valve or the vacuum valve.
- the agitation mobile responds to the need for homogenization of the solution and the powder in terms of concentration, temperature and dryness, then removal of the powder at the end of operation by pushing it to a drain hatch.
- the separation device between the solvent and the solute is a crystallizer followed by a dryer.
- a centrifuge In the crystallizer, heated or cooled by its jacket connected to a group of thermal fluid are conducted the phases of solvent evaporation, solute concentration and crystallization. Then the powder obtained, more or less wet adsorbed solvent, is, through the opening of the drain valve, loaded into a dryer itself equipped with a double jacket supplied with fluid thermostatically controlled by a device.
- the technology chosen for the dryer depends on the quantities to be treated and the characteristics of the product. It can be a tray dryer, a bicone dryer, a fluid bed dryer or any other technology.
- the dryer is equipped with its own temperature control device to reach the temperature conducive to the desorption of the solvent.
- the product passes successively in the crystallizer and then in the dryer, possibly with an intermediate stage in a wringer. Then, the vapors from the crystallizer and the dryer are condensed in the condenser (3) before being rejected by the vent or aspirated by the vacuum pump (5). Only one of the two devices being used at a time, the condenser (3) can be common to both devices. For this purpose, the steam lines are equipped with isolation valves to select the line in operation.
- the next step of the process according to the invention is to put in liquid form, the solvent that leaves the separator in gaseous form. In practice, this step takes place in a chamber called condenser (3).
- This phase change of the solvent is essentially ensured thanks to a supply of constant temperature frigories.
- the device implemented at this stage contributes to the recycling of the solvent.
- the solvent is recycled to be used in liquid form for the treatment of a next batch, and this advantageously without a mechanical device to set it in motion, in any case without compressor gas.
- the condenser (3) is used downstream of one of the separation devices described above (2) and prepares the solvent for it to be introduced again into the extractor (1).
- the solvent vapors from the boiler, the dryer filter, the crystallizer or the dryer are condensed in the condenser (3) fed by a circulation of cold thermal fluid.
- the temperature of the thermal fluid in the condenser (3) is advantageously less than the boiling temperature of the solvent in the presence. It is therefore a question of controlling the temperature in the condenser, possibly using a refrigerating unit.
- the condenser (3) is at atmospheric pressure or positive pressure, close to that of the separator (2).
- the solvent is condensed in the condenser (3) by the action of the circulation of a cold fluid, and then collected gravitarily liquid in a tank.
- the purpose is to be able to store the reusable solvent in liquid form, advantageously in a receiving / storage system (4) or tank.
- the transfer of the liquid solvent from the condenser (3) to the receiving / storage system (4) is done by gravity. More specifically, the condensates from the condenser (3) are collected in the receiving / storage system (4).
- the condensed solvent flows directly from the condenser to the tank, these being at the same pressure, namely the atmospheric pressure or a positive pressure.
- the entire installation is inerted with nitrogen or with an equivalent gas from upstream of the unit. This operation is intended to remove any oxidizer or water vapor in the installation, and to establish the necessary operating pressure.
- the line of vents from the condenser is advantageously equipped with a discharge valve providing this pressure upstream.
- the receiving / storage system (4) consists of two tanks arranged in series or in parallel.
- the flow of the solvent is advantageously ensured by gravity.
- the first tank is in the same conditions as the condenser, advantageously at atmospheric pressure.
- the second tank is advantageously placed at a higher pressure, in particular under pressure. This overpressure causes the flow of the liquid solvent to the extractor (1).
- the first tank corresponds to the tank described above and the second to a storage tank.
- the mass of liquid solvent is then transferred gravitarily from the tank to the storage tank, preferably by the opening of a valve and optionally the opening of another valve on a balancing line.
- this second tank allows the storage of the recycled solvent, suitable for use as a raw material to treat a new batch of matrix introduced into the extractor (1), or the same batch if it is not exhausted.
- the solvent contained in the tank is stored liquid, at low temperature, at a pressure close to atmospheric pressure. If the interval between two batches is sufficiently long, the solvent has time to increase in temperature to ambient temperature, and the pressure in the tank is consequently raised to a pressure which may be sufficient for the solvent to be injected. in the extractor by passing through a flow control valve.
- the tank is pressurized with an inert gas such as nitrogen at a pressure controlled by a valve, or with the aid of a solvent evaporator (6 ') whose energy supplied to the primary is controlled by a pressure sensor.
- an inert gas such as nitrogen
- a solvent evaporator (6 ') whose energy supplied to the primary is controlled by a pressure sensor.
- the two tanks are mounted in parallel and used alternately, one at atmospheric pressure collecting the condensed solvent downstream of the process, the other under pressure supplying the extractor solvent.
- the control of the liquid levels in these tanks makes it possible to invert the role of the tanks when the upstream tank is exhausted.
- the mode of operation of this variant allows a continuous recycling of the solvent and reduces the capacity of the solvent tanks.
- this routing is provided again by pressurization with a carrier gas such as nitrogen, or with the aid of a solvent evaporator. (6 ').
- a carrier gas such as nitrogen
- 6 ' the receiving / storage system (4), and in particular the two tanks, are equipped with a system for regulating the pressure or even the temperature.
- the device with a single solvent storage tank (4), it is a mechanical pump which ensures the liquid solvent supply of the extractor (1).
- the solvent supply of the extractor (1) and the separator (2) can be carried out continuously, in which case the extraction and separation proceed in parallel. Alternatively, the extraction and separation steps are carried out successively.
- the proposed method and the adapted device thus provide a closed-loop system, where the majority of the solvent (with losses) is reused. There is therefore no need to refill fresh solvent, unlike the prior art.
- the original idea according to the invention is to dry the extracted matrix, thanks to the solvent in the form of superheated steam.
- the solvent present in liquid form in the receiving / storage system (4) is sent to an evaporator (6) where it is brought, thanks to a source of energy such as hot water, to a higher temperature. at its boiling point.
- the solvent in the form of superheated gas is then sent into the extractor (1) in contact with the matrix.
- the "prisoner" solvent of the matrix is then evaporated and recovered in liquid form in the condenser (3).
- the solvent thus recovered which is in liquid form, can then be conveyed to the receiving / storage system (4) as described above.
- the step of drying the matrix can be carried out simultaneously with one of the separation steps between solvent and solute.
- the at least partial evacuation of the extractor (1) may be concomitant or simultaneous with the evacuation of the separator (2).
- the gaseous solvents emitted by the extractor and the separator are of the same nature and can be condensed in the same apparatus.
- the markets are vast and numerous, as well in the pharmaceutical, cosmetic or food field.
- the method can thus be implemented on the so-called natural raw material, in particular plant or animal, to extract molecules of animal or plant origin of interest.
- This process can also be implemented to extract or dissolve a molecule obtained by synthesis. Indeed, in certain purification operations of a crystallized solid obtained by chemical synthesis, selective solvents are used.
- the pure liquefied gases or constituted by a mixture of alkanes, or even with additives, or a so-called refrigerant fluid can be used as a solvent to selectively resolubilize a particular molecule leaving a solid foreign body, the dissolved molecule being subsequently separated from its solvent by crystallization as described above.
- Solvents that can be used in the context of the present application must have a boiling point of advantageously between -35 ° C. and + 90 ° C. at atmospheric pressure (0 bar).
- the lower limit corresponding to the temperature that can be achieved with conventional refrigeration equipment type.
- the upper limit corresponds to the limit temperatures for the degradation of molecules of interest.
- liquefied gases of particular interest are alkanes or mixtures of alkanes and more specifically, butane.
- the use of Freon TM or ethanol is also possible.
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Abstract
The present invention relates to a process for extracting molecules from a solid matrix, carried out using a solvent having a boiling point at atmospheric pressure of between -35°C and +90°C, comprising the following steps: - a contacting step between the solvent in liquid form and the matrix, in an extractor (1); - a separation step between the solvent in gas form and the molecules extracted (solute), in a separator (2); - a step of recovering the solvent in liquid form by condensation, in a condenser (3); - a step of reintroducing the solvent into the extractor (1), via passage in a receiving/storage system (4), according to which the solvent is recycled in a closed loop, the circulation in a loop of the solvent not involving mechanical pumping of the gaseous solvent, but being advantageously provided by at least one of the following mechanisms: • pressure difference; • temperature difference; • gravity; and • thrust by a gas. Also targeted by the invention are a device suitable for the implementation of this process and the use thereof for extracting molecules of interest of plant or animal matter, or for purifying a synthetic product.
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF D'EXTRACTION DE MOLECULES METHOD AND DEVICE FOR EXTRACTING MOLECULES
DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne l'extraction de molécules à l'aide d'un solvant caractérisé par une température d'ébullition à température ambiante comprise entre -35°C et +90°C, tel qu'un alcane ou un fluide frigorigène. TECHNICAL FIELD The invention relates to the extraction of molecules using a solvent characterized by a boiling point at room temperature of between -35 ° C. and + 90 ° C., such as an alkane or a refrigerant. .
Dans le cadre de la présente invention, il est proposé un procédé et un dispositif permettant d'optimiser le recyclage du solvant grâce à une boucle fermée. Dans cette boucle, la circulation du solvant est assurée en l'absence de compresseur de gaz, uniquement par la gravité, par des changements de température ou de pression, et/ou par l'utilisation d'un gaz assurant la pousse du solvant sous forme liquide. ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE In the context of the present invention, there is provided a method and a device for optimizing solvent recycling through a closed loop. In this loop, the circulation of the solvent is ensured in the absence of a gas compressor, solely by gravity, by changes in temperature or pressure, and / or by the use of a gas ensuring the growth of the solvent under liquid form. PRIOR STATE OF THE TECHNIQUE
De nombreuses molécules naturelles sont extraites de substances végétales ou animales pour être incorporées dans des préparations pharmaceutiques ou cosmétiques, être utilisées comme composant d'un parfum ou d'un arôme, ou être introduites dans un circuit de l'industrie alimentaire. Many natural molecules are extracted from plant or animal substances to be incorporated in pharmaceutical or cosmetic preparations, to be used as a component of a perfume or aroma, or to be introduced into a circuit of the food industry.
Plusieurs procédés ont été mis en œuvre pour extraire ces molécules d'un substrat appelé « matrice », certains de tous temps, d'autres plus récemment. Un procédé classique est le pressage mécanique. La présente invention s'inscrit toutefois dans le cadre des procédés d'extraction par solvant. Several processes have been implemented to extract these molecules from a substrate called "matrix", some of all time, others more recently. A conventional method is mechanical pressing. The present invention, however, is part of solvent extraction processes.
De façon générale, tout procédé d'extraction par solvant consiste à dissoudre dans un solvant la molécule recherchée adsorbée sur la matrice, puis à séparer la molécule du solvant. Ces procédés peuvent être classés par type de solvant utilisé, selon que celui-ci est solide, gazeux, liquide ou supercritique. In general, any solvent extraction process consists of dissolving the desired molecule adsorbed on the matrix in a solvent and then separating the molecule from the solvent. These processes can be classified by type of solvent used, depending on whether it is solid, gaseous, liquid or supercritical.
Une première technique est appelée l'enfleurage à froid. En parfumerie, les fleurs sont disposées manuellement sur de la graisse qui dissout les molécules odorantes recherchées. Au terme de la mise en solution solide, la molécule est transférée en général dans de l'alcool et la solution alcoolique est appelée absolu. Ce procédé cité comme exemple d'un solvant solide est d'une mise en œuvre non transposable à l'échelle industrielle.
Un autre exemple est l'extraction à la vapeur ou hydrodistillation. Dans ce cas, la molécule est entraînée par de la vapeur d'eau en phase gazeuse. Deux méthodes peuvent être utilisées : soit la matrice est plongée dans de l'eau en ébullition, soit la vapeur d'eau traverse la matrice disposée en lit. Les molécules extraites sont alors séparées du solvant vapeur par condensation sur paroi froide puis décantation. Ces procédés ne peuvent être mis en œuvre que pour des molécules non miscibles avec l'eau et sont ainsi couramment utilisés pour extraire les huiles essentielles. A first technique is called cold enfleurage. In perfumery, the flowers are arranged manually on fat that dissolves the desired odorous molecules. At the end of the solid solution, the molecule is generally transferred into alcohol and the alcoholic solution is called absolute. This method cited as an example of a solid solvent is of a non-transposable implementation on an industrial scale. Another example is steam extraction or hydrodistillation. In this case, the molecule is driven by water vapor in the gas phase. Two methods can be used: either the matrix is immersed in boiling water, or the water vapor passes through the matrix arranged in a bed. The extracted molecules are then separated from the vapor solvent by condensation on a cold wall and then decantation. These methods can be implemented only for immiscible molecules with water and are thus commonly used to extract essential oils.
Il existe également l'extraction par solvant liquide. Un solvant organique est choisi selon la molécule à extraire, celle-ci devant en particulier être soluble dans le solvant liquide. Divers équipements peuvent être mis en œuvre pour obtenir une solution. La molécule est alors extraite de la solution liquide par distillation. There is also extraction by liquid solvent. An organic solvent is chosen according to the molecule to be extracted, which must in particular be soluble in the liquid solvent. Various equipment can be implemented to obtain a solution. The molecule is then extracted from the liquid solution by distillation.
L'extraction par fluide supercritique repose sur la propriété d'un solvant porté à l'état supercritique de dissoudre des molécules organiques. Après entraînement de la molécule recherchée, celle-ci est séparée de la solution supercritique par transformation de phase : le solvant passe à l'état gazeux, tandis que la molécule est condensée à l'état liquide. L'équipement d'extraction recycle en boucle fermée le solvant lors d'étapes successives où il est supercritique pour extraire les molécules de la matrice dans l'extracteur, puis gazeux pour condenser les molécules extraites dans le condenseur. Le fluide supercritique utilisé est généralement du gaz carbonique (C02). Supercritical fluid extraction relies on the property of a solvent brought to the supercritical state to dissolve organic molecules. After driving the desired molecule, it is separated from the supercritical solution by phase transformation: the solvent goes into the gaseous state, while the molecule is condensed in the liquid state. The extraction equipment recycles the solvent in a closed loop during successive stages where it is supercritical to extract the molecules from the matrix in the extractor, then gaseous to condense the molecules extracted in the condenser. The supercritical fluid used is generally carbon dioxide (C0 2 ).
Les procédés énoncés présentent toutefois un certain nombre d'inconvénients qui réduisent leur intérêt : However, the processes described have a number of disadvantages which reduce their interest:
La température élevée de la vapeur lors de l'extraction à la vapeur peut dégrader les molécules recherchées ; The high temperature of steam during steam extraction can degrade the desired molecules;
Le solvant organique liquide n'est pas toujours apte à traverser la membrane cytoplasmique donc à dissoudre les molécules présentes à l'intérieur des cellules. En outre la séparation ultérieure par distillation entre solvant et soluté est régie par le diagramme de phase de la solution : il reste toujours au moins des traces de soluté dans le solvant, de même qu'il reste toujours au moins des traces de solvant dans le produit fini. The liquid organic solvent is not always able to cross the cytoplasmic membrane and thus dissolve the molecules present inside the cells. In addition, the subsequent separation by distillation between solvent and solute is governed by the phase diagram of the solution: there are always at least traces of solute in the solvent, just as there are always at least traces of solvent in the solvent. final product.
De fait, l'extraction par fluide supercritique est une amélioration par rapport à l'extraction en phase vapeur et à l'extraction en phase liquide : In fact, supercritical fluid extraction is an improvement over vapor phase extraction and liquid phase extraction:
La température d'extraction est tout à fait compatible avec la sauvegarde des molécules à extraire, par exemple de l'ordre de 30°C pour le C02 supercritique ; Les molécules de C02 supercritique traversent les membranes cytoplasmiques et peuvent ainsi dissoudre les molécules recherchées au cœur de la matrice ;
Même si la séparation entre le soluté et le C02 n'est pas totale, il reste des molécules de C02 en solution dans le produit fini selon l'équilibre thermodynamique avec l'atmosphère environnante et ces molécules résiduelles ne sont pas nocives et ne risquent pas de dégrader le produit. The extraction temperature is entirely compatible with the safeguarding of the molecules to be extracted, for example of the order of 30 ° C for the supercritical C0 2 ; The supercritical CO 2 molecules cross the cytoplasmic membranes and can thus dissolve the desired molecules in the core of the matrix; Even if the separation between the solute and the C0 2 is not complete, there remain molecules of C0 2 in solution in the finished product according to the thermodynamic equilibrium with the surrounding atmosphere and these residual molecules are not harmful and do not risk of degrading the product.
Toutefois, l'inconvénient majeur du procédé d'extraction par fluide supercritique réside dans la mise en œuvre du dispositif correspondant. Pour que le gaz carbonique devienne supercritique à la température de 30°C, il faut atteindre une pression de 300bar. Du fait de la pression très élevée de l'état supercritique, les coûts d'investissement des dispositifs sont très importants et d'autant plus prohibitifs que la dimension du lot est grande. C'est pourquoi l'extraction par fluide supercritique est encore peu développée. Elle reste limitée à des installations pilotes polyvalentes traitant des lots de quelques litres pour des applications pharmaceutiques ou cosmétiques. Sont exploitées également des unités d'extraction de grande capacité dédiées à un produit unique et dont le fonctionnement en 3/8 assure la rentabilité : unités de décaféination,.... However, the major disadvantage of the supercritical fluid extraction process lies in the implementation of the corresponding device. In order for the carbon dioxide to become supercritical at the temperature of 30 ° C, a pressure of 300bar must be reached. Due to the very high pressure of the supercritical state, the investment costs of the devices are very important and all the more prohibitive as the size of the batch is large. This is why extraction by supercritical fluid is still poorly developed. It remains limited to multi-purpose pilot plants treating batches of a few liters for pharmaceutical or cosmetic applications. Large capacity extraction units dedicated to a single product are also used, whose operation in 3/8 ensures profitability: decaffeination units, ....
Une autre famille de procédés d'extraction utilise comme solvant un gaz liquéfié. On appelle communément « gaz liquéfié », un composé gazeux dans des conditions normales (ambiantes) de pression et de température, qui peut être liquéfié par action sur sa température, sa pression, ou sur les deux à la fois. Another family of extraction processes uses as solvent a liquefied gas. A gaseous compound is commonly called "liquefied gas" under normal (ambient) pressure and temperature conditions, which can be liquefied by acting on its temperature, pressure, or both.
Des procédés et des dispositifs d'extraction utilisant des gaz liquéfiés ont été décrits par exemple dans les documents WO 03/057342 et WO 2004/034801. Le document WO 2004/034801 se focalise sur un procédé et un dispositif d'extraction au gaz liquéfié, en l'occurrence un hydrocarbure saturé, de beurre et de poudre de cacao respectivement. Il n'envisage pas l'utilisation de ce procédé et de cet appareil pour traiter d'autres substances dans le but d'extraire d'autres molécules. Par ailleurs, ce document décrit un procédé continu de mise en suspension de la matrice avec un mélangeur statique, puis d'extraction et de séparation entre solvant et soluté. Ce procédé continu ne peut être mis en œuvre que pour une matière première en grande quantité et de caractéristiques constantes. Par ailleurs, il est certes envisagé le recyclage du fluide de lavage, mais il s'agit d'un recyclage local et non d'un recyclage global : le solvant est réutilisé plusieurs fois à contre courant du sens du procédé, avec un appoint continu de solvant neuf et une évacuation continue de solvant usagé.
Le document WO 03/057342 décrit un procédé d'extraction d'huiles essentielles dans lequel : Processes and extraction devices using liquefied gases have been described for example in WO 03/057342 and WO 2004/034801. WO 2004/034801 focuses on a method and a liquefied gas extraction device, in this case a saturated hydrocarbon, of butter and cocoa powder respectively. It does not contemplate the use of this method and this apparatus for treating other substances for the purpose of extracting other molecules. Furthermore, this document describes a continuous process of suspending the matrix with a static mixer, and then extraction and separation between solvent and solute. This continuous process can be implemented only for a raw material in large quantities and constant characteristics. Moreover, it is certainly envisaged the recycling of the washing fluid, but it is a local recycling and not a global recycling: the solvent is reused several times against the current of the direction of the process, with a continuous refill new solvent and continuous evacuation of used solvent. The document WO 03/057342 describes a process for extracting essential oils in which:
Le solvant est distribué sur la matrice sous forme d'un « brouillard » ; The solvent is distributed on the matrix in the form of a "fog";
L'extraction est réalisée dans des conditions adiabatiques ; The extraction is carried out under adiabatic conditions;
Le solvant recyclé est pompé sous forme gazeuse à l'aide d'un compresseur. The recycled solvent is pumped in gaseous form using a compressor.
Le procédé décrit dans ce document présente un certain nombre d'inconvénients qui en limitent l'usage : The process described in this document has a certain number of drawbacks which limit its use:
L'utilisation d'un brouillard suppose que le solvant liquide ne mouille pas la totalité de la matrice et qu'ainsi des molécules recherchées restent prisonnières de la matrice, ce qui limite le rendement de l'extraction ; The use of a mist assumes that the liquid solvent does not wet the entire matrix and thus the desired molecules remain trapped in the matrix, which limits the extraction efficiency;
Le solvant est introduit dans l'extracteur lors d'une détente adiabatique : la température d'extraction est imposée par l'équilibre liquide-vapeur du solvant à la pression régnant dans l'extracteur ; The solvent is introduced into the extractor during adiabatic expansion: the extraction temperature is imposed by the liquid-vapor equilibrium of the solvent at the pressure prevailing in the extractor;
Le solvant dans l'extracteur est à la limite de l'équilibre de phases gaz/liquide. La portion de solvant gazeux présent dans l'extracteur n'a pas les mêmes capacités de solvatation que le solvant liquide. Le solvant gazeux est extrait par aspiration de l'extracteur, pur, sans entraîner de molécules, ce qui limite l'efficacité de l'extraction ; The solvent in the extractor is at the limit of the gas / liquid phase equilibrium. The portion of gaseous solvent present in the extractor does not have the same solvation capacities as the liquid solvent. The gaseous solvent is extracted by suction of the extractor, pure, without causing molecules, which limits the efficiency of the extraction;
La dépression est créée par un compresseur de solvant gazeux, ce qui limite le niveau de vide obtenu et induit des risques supplémentaires d'inflammation ; Le dispositif d'extraction décrit ne possède aucun organe de chauffage ce qui en limite l'usage à un procédé adiabatique ; Depression is created by a gaseous solvent compressor, which limits the level of vacuum obtained and induces additional risks of ignition; The extraction device described has no heating element which limits its use to an adiabatic process;
Le dispositif repose sur l'utilisation d'un compresseur mécanique pour assurer la circulation du solvant via son pompage physique. Un tel compresseur constitue donc une unité centrale de gestion de tous les flux. Il s'agit d'un appareillage coûteux, d'utilisation délicate, qui, s'il tombe en panne, met en péril tout le système. The device relies on the use of a mechanical compressor to ensure the circulation of the solvent via its physical pumping. Such a compressor is therefore a central unit for managing all flows. It is an expensive apparatus, of delicate use, which, if it breaks down, endangers the whole system.
Globalement, le procédé et le dispositif décrits dans le document WO 03/057342 sont basés sur le principe de la compression mécanique d'un fluide frigorigène utilisé dans les groupes de production frigorifiques et dans les pompes à chaleur. Le principe repose sur l'établissement d'un cycle dit de Carnot, au cours duquel de la chaleur est transférée par action mécanique d'un évaporateur à un condenseur. Les équipements construits sur la base de ce principe sont optimisés pour qu'avec un minimum d'énergie mécanique, un maximum d'énergie soit transféré. En particulier, le fluide frigorigène est évaporé à basse pression et condensé à haute pression.
Il apparaît qu'il existe un besoin évident de développer de nouveaux procédés et dispositifs permettant d'extraire des molécules à partir de toute matrice, notamment basé sur l'utilisation de gaz liquéfiés comme solvant. EXPOSE DE L'INVENTION Overall, the method and the device described in WO 03/057342 are based on the principle of the mechanical compression of a refrigerant used in refrigeration production units and in heat pumps. The principle is based on the establishment of a so-called Carnot cycle, during which heat is transferred by mechanical action from an evaporator to a condenser. Equipment built on the basis of this principle is optimized so that with a minimum of mechanical energy, a maximum of energy is transferred. In particular, the refrigerant is evaporated at low pressure and condensed at high pressure. It appears that there is a clear need to develop new methods and devices for extracting molecules from any matrix, in particular based on the use of liquefied gases as a solvent. SUMMARY OF THE INVENTION
La présente invention a trait à un procédé d'extraction de molécules à partir d'une matrice solide, réalisée à l'aide d'un solvant dont la température d'ébullition à pression atmosphérique est comprise entre -35°C et +90°C, avantageusement un gaz liquéfié, selon lequel le solvant est recyclé en boucle fermée. De manière caractéristique, la circulation en boucle du solvant se fait en l'absence du pompage mécanique du solvant gazeux, notamment au moyen d'un compresseur de gaz. De manière avantageuse, elle est uniquement assurée par des variations de pression, par des variations de température, par gravité et/ou à l'aide d'un gaz apte à « pousser » le solvant sous forme liquide (gaz de pousse) et/ou éventuellement par pompage mécanique du solvant liquide. The present invention relates to a method for extracting molecules from a solid matrix, carried out using a solvent whose boiling temperature at atmospheric pressure is between -35 ° C and + 90 ° C, advantageously a liquefied gas, according to which the solvent is recycled in a closed loop. Typically, the loop circulation of the solvent is in the absence of the mechanical pumping of the gaseous solvent, in particular by means of a gas compressor. Advantageously, it is only ensured by pressure variations, by temperature variations, by gravity and / or by means of a gas capable of "pushing" the solvent in liquid form (gas) and / or possibly by mechanical pumping of the liquid solvent.
De manière encore plus avantageuse, le procédé et le dispositif selon l'invention ne font intervenir aucun pompage mécanique du solvant, que ce soit sous forme gazeuse ou sous forme liquide. Even more advantageously, the method and the device according to the invention do not involve any mechanical pumping of the solvent, whether in gaseous form or in liquid form.
A noter que lors d'un fonctionnement avec compresseur de gaz, le fluide parcourt un cycle de Carnot, son évaporation et sa condensation étant réalisées à deux pressions distinctes. Selon l'invention et en l'absence de compresseur de gaz, le fluide ne parcourt que des allers et retours sur la même isobare. Ainsi, l'invention propose pour la première fois un procédé isobare de séparation au sein d'un solvant, avantageusement un gaz liquéfié. Note that during operation with gas compressor, the fluid travels a Carnot cycle, its evaporation and condensation being performed at two different pressures. According to the invention and in the absence of a gas compressor, the fluid travels only back and forth on the same isobar. Thus, the invention proposes for the first time an isobaric separation process in a solvent, advantageously a liquefied gas.
Un procédé selon l'invention peut être utilisé aussi bien pour extraire des molécules d'une matière première dite naturelle, notamment animale ou végétale, que pour purifier un produit de synthèse chimique. Avantageusement, la matrice se trouve sous forme solide. A method according to the invention can be used both for extracting molecules of a so-called natural raw material, in particular animal or plant, as for purifying a chemical synthesis product. Advantageously, the matrix is in solid form.
Dans le procédé décrit, le solvant constitué d'un corps pur ou d'un mélange est caractérisé par sa température d'ébullition à pression atmosphérique, comprise entre -35°C et +90°C. Ledit solvant peut également intégrer des additifs, à la condition que sa température d'ébullition à pression atmosphérique soit toujours comprise entre -35°C et +90°C. In the process described, the solvent consisting of a pure substance or a mixture is characterized by its boiling point at atmospheric pressure, between -35 ° C and + 90 ° C. Said solvent can also incorporate additives, provided that its boiling point at atmospheric pressure is always between -35 ° C and + 90 ° C.
Il s'agit avantageusement d'un gaz liquéfié, en particulier d'un alcane et encore plus préférentiellement de butane.
Parmi les gaz liquéfiés, outre les alcanes et les mélanges d'alcanes, le solvant utilisé peut être un fluide appelé frigorigène car susceptible d'être utilisé dans les installations produisant du froid : il s'agit de fluides halogénés synthétisés à partir d'alcanes ou d'alcènes dans lesquels des atomes d'hydrogène sont substitués par des atomes de chlore et/ou de fluor. Ainsi, le solvant mis en œuvre peut être un Fréon™. It is advantageously a liquefied gas, in particular an alkane and even more preferably butane. Among liquefied gases, in addition to alkanes and mixtures of alkanes, the solvent used may be a fluid called refrigerant because likely to be used in cold-producing plants: these are halogenated fluids synthesized from alkanes or alkenes in which hydrogen atoms are substituted with chlorine and / or fluorine atoms. Thus, the solvent used may be a Freon ™.
Plus généralement, les procédés et dispositifs décrits dans le cadre de la présente demande peuvent s'appliquer à tout solvant dont la température d'ébullition à pression atmosphérique est comprise entre -35°C et +90°C. Ainsi et à titre d'exemple sont également concernés certains alcools tels que le méthanol ou l'éthanol, l'acétone ou d'autres solvants organiques. More generally, the processes and devices described in the context of the present application can be applied to any solvent whose boiling temperature at atmospheric pressure is between -35 ° C and + 90 ° C. Thus and by way of example are also concerned certain alcohols such as methanol or ethanol, acetone or other organic solvents.
A noter que certains solvants sont avantageusement exclus, comme par exemple : It should be noted that certain solvents are advantageously excluded, for example:
les alcanes à courte chaîne (méthane, éthane ou propane) dont la température d'ébullition à pression atmosphérique est trop basse ; short-chain alkanes (methane, ethane or propane) whose boiling point at atmospheric pressure is too low;
le dioxyde de carbone (C02) dont la température d'ébullition est de -78°C à pression atmosphérique et qui est par ailleurs utilisé comme solvant dans un autre procédé à l'état supercritique ; carbon dioxide (C0 2 ) whose boiling point is -78 ° C at atmospheric pressure and which is also used as a solvent in another process in the supercritical state;
l'ammoniac (NH3, température d'ébullition = -33°C) et le dioxyde de soufre (S02, température d'ébullition = -10°C) pourraient être retenus en raison de leurs propriétés physiques mais sont exclus en raison de leur grande réactivité chimique potentielle vis-à vis de la matrice et des molécules à extraire. ammonia (NH 3 , boiling temperature = -33 ° C) and sulfur dioxide (S0 2 , boiling temperature = -10 ° C) could be retained because of their physical properties but are excluded because of their of their great potential chemical reactivity with respect to the matrix and the molecules to be extracted.
Les solvants visés par l'invention présentent des propriétés physiques et chimiques suivantes particulièrement adaptés au procédé revendiqué : The solvents targeted by the invention have the following physical and chemical properties particularly suitable for the claimed process:
Les changements de phase liquide- vapeur, à savoir l'évaporation et la condensation du solvant, sont réalisées pour des conditions de température et de pression facilement atteignables industriellement et compatibles avec la stabilité des molécules à extraire. Ainsi, les conditions de température et de pression régnant dans le dispositif d'extraction correspondent à des conditions d'équilibre thermodynamique avec le solvant liquide. Par ailleurs, les conditions de température et de pression régnant dans le dispositif de séparation correspondent à des conditions d'équilibre thermodynamique avec le solvant gazeux. A titre d'exemple, pour le butane, la température d'ébullition est de -0,5°C à pression atmosphérique, et de 64°C sous 6 bars relatifs. Un autre exemple concerne le Fréon™ RI 34a : The liquid-vapor phase changes, namely the evaporation and the condensation of the solvent, are carried out for temperature and pressure conditions that are easily reached industrially and compatible with the stability of the molecules to be extracted. Thus, the temperature and pressure conditions prevailing in the extraction device correspond to conditions of thermodynamic equilibrium with the liquid solvent. Moreover, the temperature and pressure conditions prevailing in the separation device correspond to thermodynamic equilibrium conditions with the gaseous solvent. For example, for butane, the boiling temperature is -0.5 ° C at atmospheric pressure, and 64 ° C at 6 bar relative. Another example is Freon ™ RI 34a:
la température d'ébullition à pression atmosphérique (0 bar) est de -26°C ; the boiling point at atmospheric pressure (0 bar) is -26 ° C;
- une évaporation/condensation est obtenue à -17°C pour une pression de 0,5 bar ; la température d'équilibre de vaporisation est de 39°C pour une pression de 9 bars.
En outre, les molécules de ce type de solvant sont relativement de petite dimension, en particulier pour les chaînes hydrocarbonées courtes comme le butane. Ces molécules peuvent facilement traverser les membranes cytoplasmiques des cellules et ont ainsi un pouvoir fort de solvatation. Dans le cas de mélange de solvants, diverses longueurs de chaînes peuvent être utilisées pour élargir le domaine d'application. an evaporation / condensation is obtained at -17 ° C. for a pressure of 0.5 bar; the equilibrium vaporization temperature is 39 ° C. for a pressure of 9 bars. In addition, the molecules of this type of solvent are relatively small, particularly for short hydrocarbon chains such as butane. These molecules can easily cross the cytoplasmic membranes of cells and thus have a strong power of solvation. In the case of solvent mixtures, various chain lengths may be used to broaden the range of application.
Par ailleurs, les alcanes et les fluides frigorigènes sont inertes chimiquement. Ces molécules ne réagissent ni avec les composants de la matrice, ni avec le produit fini. En outre, s'agissant des hydrocarbures saturés, il peut rester des traces de solvant dans le produit fini, que celui-ci soit liquide ou solide puisque ces traces de solvant sont inertes et peuvent être ingérées sans danger par tout organisme. Cet avantage est net par rapport aux autres solvants organiques couramment utilisés pour l'extraction et dont les traces peuvent réduire le domaine d'application du produit extrait en pharmacie, cosmétique, parfumerie, arôme, ou diverses applications alimentaires. In addition, alkanes and refrigerants are chemically inert. These molecules react neither with the components of the matrix nor with the finished product. In addition, with regard to saturated hydrocarbons, there may remain traces of solvent in the finished product, whether it is liquid or solid since these traces of solvent are inert and can be safely ingested by any organism. This advantage is clear compared to other organic solvents commonly used for extraction and whose traces can reduce the range of application of the product extracted in pharmacy, cosmetic, perfume, aroma, or various food applications.
Enfin, dans le cadre du procédé visé, le solvant utilisé doit être recyclable. Or, les solvants de type alcanes ou fluides frigorigènes étant inertes chimiquement, ils peuvent être recyclés indéfiniment. La seule limite est la saturation du solvant en molécules qu'il est amené à extraire. Mais une fois la saturation atteinte, à la première utilisation, toutes les molécules extraites restent dans le produit fini. Il convient, par contre et de manière avantageuse, de ne pas réutiliser ce solvant recyclé pour extraire des molécules de nature différente à partir d'une autre matrice. Finally, as part of the process, the solvent used must be recyclable. Since the alkane or refrigerant type solvents are chemically inert, they can be recycled indefinitely. The only limit is the saturation of the solvent into molecules that it is required to extract. But once the saturation reached, the first use, all the extracted molecules remain in the finished product. Advantageously, it is advisable not to reuse this recycled solvent to extract molecules of a different nature from another matrix.
De manière classique, le procédé visé comprend une étape de mise en contact entre le solvant sous forme liquide et la matrice (solide), aboutissant à l'extraction des molécules d'intérêt de la matrice. In a conventional manner, the targeted process comprises a step of contacting the solvent in liquid form with the (solid) matrix, resulting in the extraction of the molecules of interest from the matrix.
Cette étape a avantageusement lieu dans une enceinte appelée extracteur. A cette étape, le solvant est introduit dans l'extracteur sous forme liquide. Lors de sa mise en contact avec la matrice, le solvant doit également rester en permanence à l'état liquide. En d'autres termes, les conditions de température et de pression régnant dans l'extracteur sont maintenues telles que le solvant reste à l'état liquide. De manière adaptée, l'extracteur est doté d'un dispositif de régulation de la pression. Grâce à une sonde de pression, il est possible de maintenir la pression dans l'extracteur et notamment de réguler l'échappement de solvant gazeux pour éviter une surpression excessive qui pourrait empêcher l'arrivée du solvant de la cuve de stockage (via une vanne d'échappement).
De manière avantageuse, l'extracteur est également doté d'un dispositif de pressurisation. En effet, préalablement à l'introduction du solvant liquide, il peut être nécessaire de s'assurer que la pression dans l'enceinte, associée à la température de la matrice, sont telles que le solvant injecté restera liquide. This step advantageously takes place in an enclosure called extractor. At this stage, the solvent is introduced into the extractor in liquid form. When it comes into contact with the matrix, the solvent must also remain permanently in the liquid state. In other words, the temperature and pressure conditions prevailing in the extractor are maintained such that the solvent remains in the liquid state. Suitably, the extractor is provided with a device for regulating the pressure. Thanks to a pressure probe, it is possible to maintain the pressure in the extractor and in particular to regulate the escape of gaseous solvent to avoid excessive overpressure which could prevent the arrival of the solvent from the storage tank (via a valve exhaust). Advantageously, the extractor is also provided with a pressurizing device. Indeed, prior to the introduction of the liquid solvent, it may be necessary to ensure that the pressure in the chamber, associated with the temperature of the matrix, are such that the injected solvent will remain liquid.
En pratique, il est possible de pressuriser initialement l'extracteur, avant toute injection de solvant, par l'un des dispositifs suivants : In practice, it is possible to initially pressurize the extractor, before any injection of solvent, by one of the following devices:
Soit par l'injection d'un gaz inerte tel que l'azote à pression contrôlée. Ceci est particulièrement avantageux lorsque le solvant utilisé est un combustible tel qu'un alcane ou un mélange d'alcanes. L'inertage de l'enceinte, associé éventuellement à un balayage ou même à des phases successives de mise sous vide (via l'utilisation d'un dispositif de mise sous vide au moins partiel) et de pressurisation au gaz inerte, permet d'évacuer l'oxygène présent dans l'enceinte et d'éviter un mélange combustible-comburant risquant d'entraîner une explosion ; Either by the injection of an inert gas such as nitrogen at controlled pressure. This is particularly advantageous when the solvent used is a fuel such as an alkane or a mixture of alkanes. Inerting the enclosure, possibly associated with a sweep or even successive phases of vacuum (via the use of an at least partial evacuation device) and pressurization with inert gas, allows evacuate the oxygen present in the chamber and avoid a combustible-oxidant mixture that could cause an explosion;
Soit par l'injection d'une vapeur issue du solvant lui-même, à pression contrôlée. En pratique, une fraction du solvant liquide stocké est portée à ébullition dans un évaporateur chauffé avec un fluide chaud ou à l'électricité, et le gaz obtenu est injecté dans l'extracteur. L'avantage de cette solution est d'éviter d'introduire dans la boucle de solvant une substance étrangère au solvant lui-même, y compris un gaz inerte, à évacuer ultérieurement dans le procédé ; Or by the injection of a steam from the solvent itself, at controlled pressure. In practice, a fraction of the stored liquid solvent is boiled in an evaporator heated with a hot fluid or with electricity, and the gas obtained is injected into the extractor. The advantage of this solution is to avoid introducing into the solvent loop a substance foreign to the solvent itself, including an inert gas, to be removed later in the process;
Soit par une combinaison des deux procédés ci-dessus lors d'opérations successives. Il peut être en effet utile selon la nature de la matrice, du solvant et des molécules à extraire, d'évacuer au maximum l'air présent dans l'extracteur après introduction de la matrice et fermeture de l'enceinte, soit pour éviter la présence d'oxygène comburant, soit pour éviter la présence d'eau risquant d'être entraînée avec les molécules extraites ou risquant d'entraîner des situations de givrage sur les points froids de l'installation. Either by a combination of the above two methods during successive operations. It may indeed be useful depending on the nature of the matrix, the solvent and the molecules to be extracted, to evacuate as much as possible the air present in the extractor after introduction of the matrix and closure of the enclosure, or to avoid the presence of oxidizing oxygen, either to avoid the presence of water likely to be entrained with the molecules extracted or likely to cause icing situations on the cold points of the installation.
A défaut de pressuriser l'extracteur avant l'introduction du solvant, que celui-ci soit sous pression atmosphérique ou sous vide partiel, le solvant introduit liquide subira une détente adiabatique qui le refroidira à la température d'équilibre d'évaporation à la pression régnant dans l'enceinte. L'introduction de solvant entraînera alors le refroidissement de la matrice qui peut être dommageable selon la nature de la matrice et la température obtenue. En particulier, si la température obtenue est négative, les cellules de la matrice peuvent éventuellement être détruites entraînant la libération de molécules qui ne sont pas à extraire. Dans ce cas, l'extraction sera donc moins sélective.
Lors de cette étape d'extraction, les deux phases, liquide pour le solvant et solide pour la matrice, sont le plus intimement possible mêlées, soit par aspersion du liquide, soit par noyage, ou à l'aide de tout autre dispositif utilisé pour mettre en contact un liquide et un solide. Ainsi, l'extracteur est avantageusement doté d'un dispositif d'introduction du solvant sous forme liquide (par exemple une vanne d'injection) et éventuellement d'un dispositif de mélange. If the extractor is not pressurized before the introduction of the solvent, whether it is under atmospheric pressure or under partial vacuum, the liquid introduced solvent will undergo an adiabatic expansion which will cool it to the equilibrium pressure evaporation temperature. reigning in the enclosure. The introduction of solvent will then cause the cooling of the matrix which can be harmful depending on the nature of the matrix and the temperature obtained. In particular, if the temperature obtained is negative, the cells of the matrix may possibly be destroyed, resulting in the release of molecules that are not to be extracted. In this case, the extraction will be less selective. During this extraction step, the two phases, liquid for the solvent and solid for the matrix, are as intimately as possible mixed, either by spraying the liquid, or by flooding, or using any other device used to contact a liquid and a solid. Thus, the extractor is advantageously provided with a device for introducing the solvent in liquid form (for example an injection valve) and possibly a mixing device.
De manière avantageuse, l'extracteur peut en outre être doté d'un dispositif de chauffage tel qu'une enceinte double enveloppe ou un serpentin, permettant dans une étape ultérieure le séchage de la matrice. Advantageously, the extractor may also be provided with a heating device such as a double jacket enclosure or a coil, allowing in a subsequent step the drying of the matrix.
Lors de la phase d'extraction, les molécules recherchées présentes dans la matrice sont dissoutes dans le solvant liquide et la solution obtenue est extraite de l'appareil par filtration ou par tout dispositif permettant d'éviter que la matrice ne sorte de l'extracteur. N'est donc extraite de l'extracteur que la solution composée du solvant liquide et du soluté. During the extraction phase, the desired molecules present in the matrix are dissolved in the liquid solvent and the solution obtained is extracted from the apparatus by filtration or by any device making it possible to prevent the matrix from leaving the extractor . Only the solution composed of the liquid solvent and the solute is extracted from the extractor.
L'étape suivante du procédé est l'étape de séparation entre le solvant et les molécules extraites (soluté), par distillation dans le cas où le soluté est produit sous forme liquide ou par cristallisation dans le cas où le soluté est produit sous forme solide. The next stage of the process is the separation step between the solvent and the extracted molecules (solute), by distillation in the case where the solute is produced in liquid form or by crystallization in the case where the solute is produced in solid form. .
Cette étape a avantageusement lieu dans une enceinte distincte, appelée séparateur. Cependant et comme décrit ci-après, l'extracteur et le séparateur peuvent être deux chambres distinctes dans une enceinte commune. This step advantageously takes place in a separate enclosure, called separator. However, and as described below, the extractor and the separator may be two separate chambers in a common enclosure.
Lors de l'étape de séparation, le solvant passe sous forme gazeuse par ébullition et éventuellement par détente. During the separation step, the solvent passes in gaseous form by boiling and optionally by expansion.
Dans le cas où il existe une différence de pression entre extracteur et séparateur (Pextracteur > Pséparateur), la séparation se fait avantageusement en trois phases successives : In the case where there is a pressure difference between extractor and separator (extractor> separator), the separation is advantageously in three successive phases:
- une phase de détente adiabatique : la solution est extraite de l'extracteur par différence de pression. Sitôt hors de l'extracteur, à une pression plus basse, le solvant se trouve à une pression et une température correspondant à son équilibre évaporatoire. Une fraction du solvant se vaporise, la fraction résiduelle de solvant liquide reste plus concentrée en soluté. La communication entre extracteur et séparateur se fait avantageusement à l'aide d'une vanne de détente.
- une phase d'ébullition : la solution est portée à ébullition par chauffage. Cette opération a pour but d'apporter l'énergie nécessaire à la transformation de phase. Le solvant s'évapore progressivement et deux cas peuvent se produire selon la nature des molécules du soluté : an adiabatic expansion phase: the solution is extracted from the extractor by pressure difference. As soon as outside the extractor, at a lower pressure, the solvent is at a pressure and a temperature corresponding to its evaporative equilibrium. A fraction of the solvent vaporizes, the residual fraction of liquid solvent remains more concentrated in solute. The communication between the extractor and the separator is advantageously done by means of an expansion valve. a boiling phase: the solution is boiled by heating. This operation aims to provide the necessary energy for phase transformation. The solvent gradually evaporates and two cases can occur depending on the nature of the solute molecules:
· soit le soluté est un liquide dans les conditions de température et pression régnant dans l'appareil. Le dispositif est alors appelé un bouilleur. Le procédé de séparation est alors un procédé de distillation régi par le diagramme de phases des deux composants solvant-soluté. Au terme de ce procédé de distillation, il reste toujours une fraction de soluté entraînée dans la phase gazeuse, de même qu'il reste toujours une fraction de solvant dans le soluté. · Either the solute is a liquid under the conditions of temperature and pressure prevailing in the device. The device is then called a boiler. The separation process is then a distillation process governed by the phase diagram of the two solvent-solute components. At the end of this distillation process, there always remains a fraction of solute entrained in the gas phase, just as there is always a fraction of solvent in the solute.
• soit le soluté est un solide dans les conditions de température et pression régnant dans l'appareil. Le dispositif est alors appelé un cristalliseur. Le procédé de séparation est alors un procédé de cristallisation régi par les propriétés de solubilité du soluté dans le solvant. Au fur et à mesure de l'évaporation du solvant, le solvant résiduel se concentre en soluté jusqu'à atteindre la limite de solubilité du soluté dans le solvant. A partir de ce seuil, le soluté cristallise parallèlement à l'évaporation du solvant. La solubilité étant, généralement, une fonction croissante de la température, il peut être utile d'abaisser la température de la solution pour diminuer la solubilité. Au terme de ce procédé de cristallisation, il reste toujours une fraction de solvant adsorbée sur le pulvérulent. Or the solute is a solid under the conditions of temperature and pressure prevailing in the apparatus. The device is then called a crystallizer. The separation process is then a crystallization process governed by the solubility properties of the solute in the solvent. As the solvent evaporates, the residual solvent is concentrated in solute until the solubility limit of the solute in the solvent is reached. From this threshold, the solute crystallizes in parallel with the evaporation of the solvent. Since solubility is generally an increasing function of temperature, it may be useful to lower the temperature of the solution to decrease the solubility. At the end of this crystallization process, there always remains a solvent fraction adsorbed on the powder.
- une éventuelle phase de mise sous vide : les molécules extraites de la matrice, qu'elles soient liquides après la phase de distillation, ou solides sous forme de pulvérulent après la phase de cristallisation, sont portées sous vide plus ou moins poussé, grâce à un dispositif de mise sous vide au moins partiel, par exemple une pompe à vide qui refoule dans le condenseur. Cette dernière phase a pour but d'extraire de celles-ci le maximum de solvant résiduel en solution liquide ou adsorbées en solution liquide. Par la mise sous vide, la pression est abaissée en dessous de la pression de vapeur du solvant à la température de celui-ci. Plus le vide est poussé, et a fortiori plus la température est élevée, plus les molécules de solvant résiduel s'évaporent. a possible phase of evacuation: the molecules extracted from the matrix, whether they are liquid after the distillation phase, or solids in powder form after the crystallization phase, are brought under vacuum more or less pushed, thanks to an at least partial evacuation device, for example a vacuum pump which discharges into the condenser. This last phase aims to extract from these the maximum residual solvent in liquid solution or adsorbed in liquid solution. By evacuation, the pressure is lowered below the vapor pressure of the solvent to the temperature thereof. The higher the vacuum is pushed, and the higher the temperature, the more the residual solvent molecules evaporate.
Si les molécules recherchées sont recueillies sous l'état liquide, la phase de mise sous vide peut être conduite dans le même bouilleur de la phase précédente. Celui-ci est mis sous vide au moins partiel et même avantageusement chauffé dans la limite de comptabilité avec le produit.
Si les molécules recherchées sont recueillies sous l'état solide, la phase de mise sous vide peut être conduite dans le même cristalliseur ou avantageusement dans un séchoir, voire même après une phase de fïltration dans un filtre ou d'essorage mécanique dans une essoreuse. Les procédés utilisés sont alors les procédés connus de séparation d'un liquide et d'un solide, séparation mécanique et/ou séchage. If the desired molecules are collected in the liquid state, the vacuum phase can be conducted in the same boiler of the previous phase. This is evacuated at least partially and even advantageously heated within the accounting limit with the product. If the desired molecules are collected in the solid state, the evacuation phase can be conducted in the same crystallizer or advantageously in a dryer, or even after a filtration phase in a filter or mechanical spin in a wringer. The methods used are then the known methods of separating a liquid and a solid, mechanical separation and / or drying.
De manière adaptée, le séparateur est donc doté d'un dispositif de chauffage tel qu'une enceinte double enveloppe ou un serpentin. De manière avantageuse, il est également équipé d'un dispositif de mise sous vide au moins partiel, par exemple une pompe à vide. Suitably, the separator is thus provided with a heating device such as a double jacket enclosure or a coil. Advantageously, it is also equipped with an at least partial evacuation device, for example a vacuum pump.
Par ailleurs et pour favoriser les échanges thermiques, le séparateur peut être doté d'un dispositif de mélange. Furthermore, and to promote heat exchange, the separator may be provided with a mixing device.
Le procédé complet visé peut être discontinu ou semi-continu. Vis-à-vis de la matrice, le procédé est toujours discontinu : il s'agit de traiter un lot ou un batch de matière première. Vis-à-vis du solvant et des molécules extraites, l'extraction, la détente adiabatique, l'ébullition et la mise sous vide sont réalisées lors d'étapes successives ou simultanées. The complete process referred to may be discontinuous or semi-continuous. With respect to the matrix, the process is always discontinuous: it involves treating a batch or batch of raw material. With respect to the solvent and the extracted molecules, extraction, adiabatic expansion, boiling and evacuation are performed in successive or simultaneous steps.
Le procédé est discontinu lorsque l'extraction est réalisée dans un extracteur fermé. Lorsque le temps d'extraction est jugé suffisant, la solution est introduite dans le séparateur pour la séparation. Les phases d'ébullition et de mise sous vide se succèdent. The process is discontinuous when the extraction is carried out in a closed extractor. When the extraction time is considered sufficient, the solution is introduced into the separator for separation. The boiling and evacuation phases follow one another.
Le procédé est semi-continu lorsque l'extraction est réalisée dans un extracteur en communication permanente avec le séparateur qui suit à travers un organe de détente. Le solvant passe successivement et en continu dans l'extracteur où il est liquide puis dans le séparateur où il est évaporé. La phase suivante de mise sous vide peut être conduite soit en semi-continu après une nouvelle détente dans un troisième appareil, soit en discontinu dans le séparateur. Si le cheminement du solvant dans l'unité de production peut être semi-continu ou discontinu, la matrice reste prisonnière de l'extracteur. Le procédé consiste à extraire le maximum de molécules contenues dans un lot de matrice étalé dans un lit contenu dans l'extracteur. Du point de vue de la matrice, le procédé est discontinu. Après traitement du lot, il est nécessaire de vidanger l'extracteur et de le recharger avec un nouveau lot. The process is semi-continuous when the extraction is carried out in an extractor in permanent communication with the separator which follows through an expansion member. The solvent passes successively and continuously in the extractor where it is liquid and then in the separator where it is evaporated. The next phase of evacuation can be conducted either semi-continuously after a new expansion in a third device, or discontinuously in the separator. If the flow of the solvent in the production unit can be semi-continuous or discontinuous, the matrix remains trapped in the extractor. The method consists in extracting the maximum of molecules contained in a batch of matrix spread in a bed contained in the extractor. From the point of view of the matrix, the process is discontinuous. After batch treatment, it is necessary to drain the extractor and recharge it with a new batch.
Par ailleurs et comme déjà dit, l'extracteur et le séparateur sont avantageusement équipés d'un système de mise sous vide au moins partiel, par exemple une pompe à vide. Ce système présente deux avantages :
il permet d'améliorer la séparation entre solvant et soluté au niveau du séparateur ; Moreover and as already said, the extractor and the separator are advantageously equipped with an at least partial evacuation system, for example a vacuum pump. This system has two advantages: it improves the separation between solvent and solute at the separator;
il permet la récupération du solvant sous forme gazeuse en vue de sa condensation, aussi bien au niveau de l'extracteur que du séparateur. it allows the recovery of the solvent in gaseous form for the purpose of its condensation, both at the extractor and the separator.
Comme déjà expliqué ci-dessus pour l'extracteur, le séparateur peut également être relié à un système d'inertage ou dispositif de mise sous gaz inerte, c'est-à-dire d'alimentation et de circulation en un gaz inerte tel que l'azote. L'inertage est avantageusement réalisé sur tout le dispositif et en début de procédé, après avoir chargé la matrice, et nécessairement avant d'introduire le solvant dans l'extracteur. As already explained above for the extractor, the separator can also be connected to an inerting system or device for putting under inert gas, that is to say supply and circulation in an inert gas such as nitrogen. The inerting is advantageously carried out on the entire device and at the beginning of the process, after having loaded the matrix, and necessarily before introducing the solvent into the extractor.
Après séparation, le solvant est condensé sous forme liquide dans une enceinte appelée condenseur. Dans cette enceinte, les conditions de température et de pression doivent être telles que le solvant, qui sort du séparateur, sous forme gazeuse redevient liquide. After separation, the solvent is condensed in liquid form in an enclosure called a condenser. In this chamber, the temperature and pressure conditions must be such that the solvent leaving the separator in gaseous form becomes liquid again.
Dans la mesure où la pression dans le condenseur est généralement sensiblement équivalente à celle régnant dans l'extracteur, cette enceinte est avantageusement dotée d'un dispositif de refroidissement, tel qu'un groupe frigorifique. C'est grâce à cet abaissement de la température ou refroidissement que le solvant circule entre le séparateur et le condenseur, et repasse sous forme liquide. Insofar as the pressure in the condenser is generally substantially equivalent to that prevailing in the extractor, this chamber is advantageously provided with a cooling device, such as a refrigeration unit. It is thanks to this lowering of the temperature or cooling that the solvent circulates between the separator and the condenser, and returns in liquid form.
Eventuellement, le condenseur est également doté d'un dispositif de maintien en pression ou de mise sous pression permettant de moins solliciter le dispositif de refroidissement. Optionally, the condenser is also provided with a pressurizing or pressurizing device for less stress on the cooling device.
A l'opposé des procédés d'extraction par solvant utilisant un compresseur de solvant gazeux tel que décrit dans les documents WO 03/057342 et WO 2004/034801, l'innovation apportée par le présent procédé réside en ce que les pressions dans le séparateur et dans le condenseur sont sensiblement égales, la seule différence de pressions entre les deux enceintes étant due à la perte de charge engendrée par le flux de vapeur. Il s'agit donc d'un procédé isobare. In contrast to the solvent extraction processes using a gaseous solvent compressor as described in WO 03/057342 and WO 2004/034801, the innovation provided by the present process is that the pressures in the separator and in the condenser are substantially equal, the only pressure difference between the two speakers being due to the pressure drop generated by the steam flow. It is therefore an isobaric process.
Dans un mode de fonctionnement particulier, l'extraction peut également être conduite non à une pression supérieure mais à une pression identique (aux pertes de charge près) à celle de la séparation et de la condensation. Le procédé est alors complètement isobare, sans vanne de détente entre extracteur et séparateur, l'action de la seule température étant le moteur du flux de solvant. Ceci est par exemple réalisable avec du RI 34a comme solvant, à une pression positive de 9 bars (avec une température d'équilibre de vaporisation de 39°C). Dans ce cas de figure, l'évaporation du solvant dans le séparateur
est assurée par chauffage, la détente et la mise sous vide étant optionnelles. Au niveau du condenseur, le dispositif de refroidissement n'est plus nécessairement un groupe frigorifique, le refroidissement du condenseur pouvant être assuré à l'eau ou à l'air. Dans ce cas de figure où les deux enceintes (extracteur et séparateur) sont à la même pression et dans un mode de fonctionnement discontinu (selon lequel l'extraction et la séparation sont successives), le procédé peut être conduit dans une enceinte unique comprenant une chambre d'extraction en partie supérieure et une chambre de séparation en partie inférieure, les deux étant séparées par une grille ou une toile filtrante retenant la matrice et les deux étant soumis simultanément aux mêmes conditions de pression et température lors des étapes successives du procédé. En particulier dans un tel appareil, le séchage de la matrice par chauffage est simultané à l'évaporation du solvant par chauffage dans le séparateur, puis, ultérieurement, la mise sous vide achève simultanément le séchage de la matrice et l'évaporation du solvant résiduel dans le séparateur. In a particular mode of operation, the extraction can also be conducted not at a higher pressure but at an identical pressure (with the pressure drops close) to that of the separation and the condensation. The process is then completely isobaric, without expansion valve between extractor and separator, the action of the only temperature being the engine of the solvent flow. This is feasible, for example, with RI 34a as a solvent, at a positive pressure of 9 bar (with a vaporization equilibrium temperature of 39 ° C.). In this case, the evaporation of the solvent in the separator is provided by heating, the relaxation and the evacuation being optional. At the condenser, the cooling device is not necessarily a refrigeration unit, the cooling of the condenser can be provided with water or air. In this case where the two enclosures (extractor and separator) are at the same pressure and in a discontinuous mode of operation (in which the extraction and the separation are successive), the process can be carried out in a single enclosure comprising a extraction chamber in the upper part and a separation chamber in the lower part, the two being separated by a grid or a filter cloth retaining the matrix and both being subjected simultaneously to the same conditions of pressure and temperature during the successive steps of the method. In particular in such an apparatus, the drying of the matrix by heating is simultaneous with the evaporation of the solvent by heating in the separator, then, subsequently, the evacuation simultaneously completes the drying of the matrix and the evaporation of the residual solvent. in the separator.
A l'issue du procédé d'extraction et avant sa réutilisation pour une nouvelle extraction, le solvant est avantageusement stocké sous forme liquide, dans un système de réception/stockage. Le passage entre le condenseur et le système de réception/stockage se fait avantageusement à pression constante grâce à la gravité. At the end of the extraction process and before its reuse for a new extraction, the solvent is advantageously stored in liquid form in a receiving / storage system. The passage between the condenser and the receiving / storage system is advantageously at constant pressure due to gravity.
Toutefois, la circulation du solvant entre le système de réception/stockage et l'extracteur nécessite une mise sous pression ou pressurisation, par exemple selon l'un des trois dispositifs suivants : However, the circulation of the solvent between the receiving / storage system and the extractor requires pressurization or pressurization, for example according to one of the following three devices:
- grâce à une pompe. L'avantage d'une pompe mécanique est son coût d'investissement réduit. L'inconvénient est d'introduire dans l'installation un organe mécanique susceptible de panne et de fuites, mais il s'agit ici d'une pompe de solvant liquide, plus fiable que les compresseurs de solvant gazeux mis en œuvre dans l'art antérieur. Toutefois et selon un mode de réalisation privilégié, l'utilisation de cette pompe n'est pas mise en œuvre. - thanks to a pump. The advantage of a mechanical pump is its reduced investment cost. The disadvantage is to introduce into the installation a mechanical member likely to fail and leaks, but this is a liquid solvent pump, more reliable than gas solvent compressors implemented in the art prior. However, and according to a preferred embodiment, the use of this pump is not implemented.
grâce à un flux d'azote ou d'air si le solvant n'est pas combustible. Le système de réception/stockage est alors avantageusement doté d'un dispositif de mise sous gaz pressurisé. thanks to a flow of nitrogen or air if the solvent is not combustible. The reception / storage system is then advantageously provided with a device for pressurized gas.
grâce à un dispositif de pressurisation du solvant par évaporation partielle dans une source chaude. Concrètement, le stockage de solvant est en charge au dessus d'un échangeur de chauffage utilisé en évaporateur car alimenté par un fluide chaud ou chauffé électriquement. Le solvant liquide est mis en communication avec l'évaporateur où il entre par gravité, puis est chauffé jusqu'à ébullition et même jusqu'à obtenir la pression voulue dans la phase gazeuse,
avantageusement mesurée à l'aide d'une sonde. La conduite de solvant gazeux est mise en communication avec le ciel du stockage de solvant liquide, ce qui suffit pour élever la pression du stockage à la pression nécessaire à l'introduction du solvant liquide dans l'extracteur. La pressurisation par le solvant lui-même est avantageuse par rapport à la pressurisation par un gaz inerte décrite ci-dessus, en ce qu'elle évite d'introduire dans l'installation un corps étranger qu'il sera nécessaire d'évacuer par ailleurs. thanks to a device for pressurizing the solvent by partial evaporation in a hot source. Concretely, the solvent storage is in charge over a heat exchanger used as an evaporator because fed by a hot fluid or electrically heated. The liquid solvent is brought into communication with the evaporator where it enters by gravity, then is heated to boiling and even until the desired pressure is obtained in the gas phase, advantageously measured using a probe. The gaseous solvent pipe is placed in communication with the sky of the liquid solvent storage, which is sufficient to raise the storage pressure to the pressure necessary for the introduction of the liquid solvent into the extractor. The pressurization by the solvent itself is advantageous with respect to the pressurization with an inert gas described above, in that it avoids introducing into the installation a foreign body that will have to be evacuated elsewhere. .
Quelle que soit la nature du gaz mis en œuvre (azote, air ou solvant), celui-ci joue le rôle de « gaz de pousse » facilitant la circulation du solvant sous forme liquide dans le dispositif selon l'invention. Whatever the nature of the gas used (nitrogen, air or solvent), it acts as a "growth gas" facilitating the circulation of solvent in liquid form in the device according to the invention.
Outre ce rôle, un évaporateur disposé entre le système de réception/stockage et l'extracteur, avantageusement en parallèle de la ligne d'introduction de solvant liquide, permet : In addition to this role, an evaporator disposed between the receiving / storage system and the extractor, advantageously in parallel with the liquid solvent introduction line, enables:
d'assurer Pinertage de l'extracteur comme expliqué ci-dessus ; et to ensure pinertage of the extractor as explained above; and
d'améliorer le taux de récupération du solvant. En effet, du solvant stocké sous forme liquide dans le système de réception/stockage est transformé en solvant gazeux surchauffé qui est envoyé sur la matrice présente dans l'extracteur et vaporise les traces de solvant encore présentes sur cette matrice. L'étape correspondante est avantageusement réalisée à la fin du procédé d'extraction décrit, avant de changer de matrice. Il importe en effet de récupérer la quasi- totalité du solvant utilisé pour traiter la matrice. Non seulement, le coût du solvant peut être élevé, mais, en outre, celui-ci en cas de perte peut contribuer à la destruction de la couche d'ozone et/ou à l'effet de serre. to improve the recovery rate of the solvent. Indeed, the solvent stored in liquid form in the receiving / storage system is converted into superheated gaseous solvent which is sent to the matrix present in the extractor and vaporizes the traces of solvent still present on this matrix. The corresponding step is advantageously carried out at the end of the extraction process described, before changing the matrix. It is important to recover almost all the solvent used to treat the matrix. Not only can the cost of the solvent be high, but it can also contribute to the destruction of the ozone layer and / or the greenhouse effect.
Il peut s'agir du même dispositif évaporateur que celui utilisé pour pressuriser le stockage de solvant, comme décrit ci-dessus, soit d'un dispositif parallèle. It may be the same evaporator device as used to pressurize the solvent storage, as described above, or a parallel device.
La présente invention vise également un dispositif spécialement conçu pour la œuvre du procédé décrit, notamment dépourvu de tout compresseur de gaz.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION The present invention also relates to a device specially designed for the work of the described method, in particular without any gas compressor. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
L'invention et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de la description détaillée ci-dessous, à l'appui de la figure annexée, qui n'a toutefois aucune portée limitative. The invention and the advantages that result therefrom will emerge more clearly from the detailed description below, in support of the appended figure, which however has no limiting scope.
La figure 1 représente un schéma du principe à l'origine de la présente invention, faisant intervenir au moins un extracteur, un séparateur, un condenseur et un système de réception/stockage (cuves). Les traits en gras représentent le flux principal en boucle fermée du solvant. Les traits en plein et en pointillé représentent des flux secondaires de solvant, par séchage ou sous vide, respectivement. FIG. 1 represents a diagram of the principle at the origin of the present invention, involving at least one extractor, a separator, a condenser and a reception / storage system (tanks). The bold lines represent the principal closed-loop flow of the solvent. The solid and dashed lines represent secondary solvent flows, by drying or under vacuum, respectively.
Selon le principe de l'invention, un lot de matrice à traiter est introduit dans un dispositif d'extraction (1). Le solvant liquide est introduit par une conduite dans cet extracteur. Il ressort par une autre conduite, toujours sous forme liquide mais chargé en soluté extrait. Il est ensuite introduit dans un dispositif de séparation (2). Au cours ou à la suite des différentes phases de séparation, les molécules extraites sont séparées du solvant et sortent du séparateur par une conduite, sous forme liquide ou cristallisée. Durant cette même opération, le solvant gazeux, pur ou quasi pur, est extrait du dispositif de séparation (2) par une conduite, condensé dans un condenseur (3) et stocké liquide dans un système de réception/stockage (4), en l'occurrence une première cuve. Ensuite, le solvant liquide est transféré dans une seconde cuve pour être porté à une pression suffisante pour permettre le recyclage du solvant par la conduite de retour pour une nouvelle introduction dans le dispositif d'extraction (1). Ainsi comme représenté en gras à la figure 1, le solvant, tantôt liquide et tantôt gazeux, circule en boucle fermée dans le dispositif selon l'invention. La boucle en circuit fermé du solvant ne comprend avantageusement aucun organe mécanique de pompage, en particulier de type compresseur de gaz. Le solvant circule dans cette boucle uniquement par le jeu de la gravité, des écarts de température, des écarts de pression et/ou une pousse grâce à un gaz pouvant être le solvant lui-même ou un autre gaz. According to the principle of the invention, a batch of matrix to be treated is introduced into an extraction device (1). The liquid solvent is introduced through a pipe into this extractor. It emerges from another pipe, still in liquid form but loaded with extracted solute. It is then introduced into a separation device (2). During or following the various separation phases, the extracted molecules are separated from the solvent and leave the separator by a pipe, in liquid or crystallized form. During this same operation, the gaseous solvent, pure or almost pure, is extracted from the separation device (2) by a pipe, condensed in a condenser (3) and stored liquid in a receiving / storage system (4), in a occurrence a first tank. Then, the liquid solvent is transferred to a second tank to be brought to a pressure sufficient to allow the solvent to be recycled through the return line for further introduction into the extraction device (1). Thus, as shown in bold in FIG. 1, the solvent, sometimes liquid and sometimes gaseous, circulates in a closed loop in the device according to the invention. The closed-circuit loop of the solvent advantageously does not include any mechanical pumping device, in particular of the gas compressor type. The solvent circulates in this loop only by the game of gravity, temperature differences, pressure differences and / or a shoot with a gas that can be the solvent itself or another gas.
Le solvant mis en œuvre dans le cadre de l'invention peut être un produit inflammable. Le dispositif selon l'invention est donc avantageusement équipé d'un système d'inertage (de mise sous gaz inerte), c'est à dire un système permettant de faire circuler dans l'ensemble du dispositif, notamment cuves et conduits, un gaz inerte tel que de l'azote (N2) permettant de chasser en particulier l'oxygène ou tout gaz comburant, voire des reliquats du solvant ou de la vapeur d'eau. Ceci est particulièrement utile dans l'extracteur qui sera décrit ci-dessous.
Un dispositif selon l'invention permettant la mise en œuvre du procédé revendiqué se décline comme suit : The solvent used in the context of the invention may be a flammable product. The device according to the invention is therefore advantageously equipped with an inerting system (putting under inert gas), that is to say a system for circulating throughout the device, in particular tanks and conduits, a gas inert such as nitrogen (N 2 ) for hunting in particular oxygen or any oxidizing gas, or even remnants of the solvent or water vapor. This is particularly useful in the extractor which will be described below. A device according to the invention for implementing the claimed method is as follows:
La matière première qui peut aussi bien être d'origine animale que végétale, sous forme solide, est chargée dans l'extracteur (1). L'extracteur est défini comme une enceinte fermée dans laquelle a lieu l'extraction des molécules d'intérêt. The raw material which can be of animal as well as plant origin, in solid form, is loaded into the extractor (1). The extractor is defined as a closed chamber in which the extraction of the molecules of interest takes place.
De manière avantageuse, la matière à extraire est placée sous forme d'une couche reposant sur une grille, ou une toile filtrante, ou plus généralement sur tout dispositif destiné à retenir la matrice solide tout en permettant l'écoulement (par gravité) du soluté, c'est-à-dire le solvant chargé en molécules extraites de la matrice. Advantageously, the material to be extracted is placed in the form of a layer resting on a grid, or a filter cloth, or more generally on any device intended to retain the solid matrix while permitting the flow (by gravity) of the solute. that is to say the solvent loaded with molecules extracted from the matrix.
C'est dans l'extracteur (1) qu'a lieu le contact et l'extraction entre solvant et matière à extraire. Le contact entre solvant et matrice peut être réalisé par aspersion du solvant sur la matrice ou par noyage de la matrice dans le solvant. En pratique, le solvant est introduit liquide dans l'extracteur, par exemple au moyen d'une tubulure d'introduction, une rampe d'aspersion ou tout moyen permettant de répartir le solvant sur le lit de matrice. Ledit extracteur est sous pression, par exemple à une pression de 3 bars, de sorte que le gaz (stocké dans un système de récupération/stockage 4, décrit ci-après) qui est injecté dans le réacteur, avantageusement du butane, se trouve sous forme liquide. L'extracteur est donc avantageusement équipé d'un dispositif de régulation de la pression. Pour favoriser l'extraction, il est possible de chauffer l'enceinte, notamment grâce à l'emploi d'une enceinte à double enveloppe dans laquelle circule un fluide thermique dont la température est régulée par un dispositif extérieur à l'extracteur, ou via un serpentin. Ainsi, les conditions de pression et de température dans l'extracteur sont parfaitement contrôlées, et ce pour s'assurer de l'état d'équilibre du solvant : liquide, gazeux, ou à la limite de l'équilibre liquide-gaz. It is in the extractor (1) that contact and extraction between solvent and material to be extracted. The contact between the solvent and the matrix may be carried out by spraying the solvent onto the matrix or by flooding the matrix in the solvent. In practice, the solvent is introduced into the liquid extractor, for example by means of an introduction pipe, a spray boom or any means for distributing the solvent on the matrix bed. Said extractor is under pressure, for example at a pressure of 3 bar, so that the gas (stored in a recovery / storage system 4, described below) which is injected into the reactor, advantageously butane, is under liquid form. The extractor is therefore advantageously equipped with a device for regulating the pressure. To promote extraction, it is possible to heat the enclosure, in particular by using a double-walled enclosure in which circulates a thermal fluid whose temperature is regulated by a device external to the extractor, or via a coil. Thus, the conditions of pressure and temperature in the extractor are perfectly controlled, and this to ensure the equilibrium state of the solvent: liquid, gas, or the limit of the liquid-gas equilibrium.
Il est également possible d'envisager un mélangeage actif entre matrice et solvant, par exemple par agitation de la matrice ou brassage mécanique. En pratique, l'extracteur peut être complété par un agitateur destiné à brasser le lit de la matrice, voire un agitateur avec un dispositif de montée et de descente.
Le solvant, en traversant le lit de matrice, se charge en soluté, traverse la grille ou le filtre qui retient le lit et est collecté dans le bas de l'appareil, puis évacué par une tubulure en fond de cuve. Pour un fonctionnement en semi-continu, le soluté est évacué de l'extracteur au fur et à mesure de son écoulement. Pour un fonctionnement en discontinu, la tubulure d'extraction est par exemple obturée par un robinet d'isolement, fermé lors de la phase d'extraction, ouvert après un temps de séjour du solvant dans l'extracteur considéré comme suffisant, lorsque le solvant est suffisamment concentré en soluté et/ou lorsque la matrice a libéré suffisamment de molécules. It is also possible to envisage active mixing between matrix and solvent, for example by stirring the matrix or mechanical mixing. In practice, the extractor can be completed by an agitator for stirring the bed of the matrix, or a stirrer with a device for raising and lowering. The solvent, passing through the matrix bed, charges solute, passes through the grid or the filter that holds the bed and is collected in the bottom of the device, and then discharged through a tubular bottom. For a semi-continuous operation, the solute is removed from the extractor as it flows. For discontinuous operation, the extraction pipe is for example closed by an isolation valve, closed during the extraction phase, opened after a residence time of the solvent in the extractor considered sufficient, when the solvent is sufficiently concentrated in solute and / or when the matrix has released enough molecules.
Plus généralement, l'extracteur (1) est donc doté d'une vanne permettant de récupérer la solution, à savoir le solvant liquide chargé en soluté. La solution sous forme liquide circule alors jusqu'au séparateur (2) grâce à la différence de pression ou de niveau. Le séparateur (2) se trouve avantageusement à pression atmosphérique ou à une pression positive, inférieure ou égale à la pression de l'extracteur. More generally, the extractor (1) is thus provided with a valve for recovering the solution, namely the liquid solvent loaded with solute. The solution in liquid form then flows to the separator (2) due to the difference in pressure or level. The separator (2) is advantageously at atmospheric pressure or at a positive pressure, less than or equal to the pressure of the extractor.
A noter qu'après vidange complète gravitaire de la solution de l'extracteur (1), il reste toujours du solvant liquide résiduel sur la matrice, ce qui peut s'avérer dangereux lors de l'ouverture ultérieure de l'extracteur et ce qui représente une perte de solvant que l'on cherche à recycler. Il convient alors d'appliquer des conditions de température et de pression pour évaporer le solvant résiduel, et désorber autant que faire ce peut le solvant adsorbé sur la matrice. Comme il sera détaillé ci-après, ceci peut être réalisé grâce à un ensemble de moyens tel qu'une double enveloppe, un dispositif d'agitation de la matrice, un dispositif de régulation de température utilisé en chauffage, un système d'alimentation en azote, un système d'alimentation en solvant gazeux chaud et un système d'évacuation du solvant évaporé. It should be noted that after complete gravity draining of the solution of the extractor (1), residual liquid solvent remains on the matrix, which can be dangerous during the subsequent opening of the extractor and what represents a loss of solvent that one seeks to recycle. It is then necessary to apply temperature and pressure conditions to evaporate the residual solvent, and desorb as much as possible the solvent adsorbed on the matrix. As will be detailed below, this can be achieved by means of a set of means such as a double envelope, a stirring device of the matrix, a temperature control device used in heating, a feed system. nitrogen, a hot gaseous solvent supply system, and an evaporation solvent system.
Dans le séparateur (2), le solvant et les molécules extraites sont séparées. Cette séparation est réalisée par distillation dans le cas où la fraction concentrée récupérée (soluté) est sous forme liquide, ou par cristallisation dans le cas où celle-ci est sous forme solide. In the separator (2), the solvent and the extracted molecules are separated. This separation is carried out by distillation in the case where the recovered concentrated fraction (solute) is in liquid form, or by crystallization in the case where the latter is in solid form.
En pratique, une évaporation du solvant a lieu dans le séparateur (2). Cette évaporation peut être obtenue par deux mécanismes : In practice, evaporation of the solvent takes place in the separator (2). This evaporation can be obtained by two mechanisms:
- par détente, c'est à dire par diminution de la pression. Comme déjà dit, cette enceinte se trouve de manière privilégiée à pression atmosphérique, à savoir environ 0 bar, ou à une pression positive. A noter, comme expliqué ci-après, que
cette pression peut toutefois être réduite (par exemple jusqu'à environ -0,5 bar) par une mise sous vide par tirage ; et/ou - by expansion, ie by reducing the pressure. As already said, this chamber is preferably at atmospheric pressure, namely about 0 bar, or at a positive pressure. Note, as explained below, that this pressure can, however, be reduced (for example up to about -0.5 bar) by drawing vacuum; and or
- par apport d'énergie. Comme pour l'extracteur (1), le séparateur (2) peut être chauffé, notamment grâce à l'emploi d'une enceinte à double enveloppe dans laquelle circule un fluide thermique dont la température est régulée par un dispositif extérieur à l'extracteur, ou via un serpentin. - by supply of energy. As for the extractor (1), the separator (2) can be heated, in particular thanks to the use of a double-walled enclosure in which circulates a thermal fluid whose temperature is regulated by a device external to the extractor , or via a coil.
De manière avantageuse, le séparateur est également équipé d'un agitateur, permettant notamment d'homogénéiser la température de la solution et donc d'améliorer le transfert thermique. Advantageously, the separator is also equipped with an agitator, in particular making it possible to homogenize the temperature of the solution and thus to improve the heat transfer.
Ainsi, la pression et la température du séparateur sont contrôlées et régulées pour assurer les différentes étapes de la séparation entre solvant et soluté. En pratique, la solution (solvant + soluté) est introduite dans le séparateur par une tubulure, située après une éventuelle vanne de détente. Dans ce cas, la détente de la solution lors de son entrée dans le séparateur a pour effet d'en vaporiser une partie. Thus, the pressure and the temperature of the separator are controlled and regulated to ensure the different stages of the separation between solvent and solute. In practice, the solution (solvent + solute) is introduced into the separator via a pipe, located after a possible expansion valve. In this case, the relaxation of the solution when it enters the separator has the effect of vaporizing a part.
Plus généralement, la pression peut être mesurée et régulée à l'aide de différents dispositifs : More generally, the pressure can be measured and regulated using different devices:
- une mise en communication du séparateur avec une ligne d'évent pour travailler à une pression voisine de la pression atmosphérique, ou à une pression positive ; placing the separator in communication with a vent line for working at a pressure close to atmospheric pressure, or at a positive pressure;
- la mise en communication du séparateur avec un groupe de vide (5) pour travailler sous vide. - The communication of the separator with a vacuum group (5) to work under vacuum.
Communément, le séparateur est appelé bouilleur lorsque le produit extrait fini est un liquide. Commonly, the separator is called a boiler when the finished product is a liquid.
Ainsi, lorsque le soluté est récupéré sous forme liquide, les trois étapes du procédé discontinu de la séparation solvant/soluté se déroulent de la façon suivante : lere étape (facultative) : La solution entre dans le bouilleur par une tubulure, après détente à l'aide d'une vanne progressive. La phase liquide s'écoule dans le fond du bouilleur, alors que le solvant évaporé par la détente se retrouve dans le ciel du bouilleur, éventuellement mélangé avec l'azote résiduel d'inertage. Le ciel du bouilleur est mis en communication avec un évent par l'ouverture d'un robinet, à travers un condenseur (3) destiné à la récupération du solvant évaporé. Le condenseur (3) est alimenté par une circulation de fluide thermique froid dans le but de condenser la plus grande quantité possible de solvant gazeux qui s'échappe du bouilleur.
2eme étape : Lorsque la totalité du solvant s'est écoulée de l'extracteur vers le bouilleur, la vanne de communication entre les deux enceintes est fermée. Le solvant est alors porté à ébullition par action du groupe chauffant le fluide thermique de la double enveloppe du séparateur et par l'action éventuelle de l'agitation. Durant cette phase à pression voisine de la pression atmosphérique, le ciel du bouilleur est en communication avec les évents, le robinet ouvert, toujours par l'intermédiaire du condenseur (3) pour abattre le solvant gazeux. Thus, when the solute is recovered in liquid form, the three stages of the batch process for the separation solvent / solute occur as follows: l st step (optional): The solution enters the boiler through a pipe after expansion using a progressive valve. The liquid phase flows into the bottom of the boiler, while the solvent evaporated by the expansion is found in the boiler sky, possibly mixed with residual nitrogen inerting. The boiler sky is put in communication with a vent by the opening of a valve, through a condenser (3) for the recovery of the evaporated solvent. The condenser (3) is fed by a circulation of cold thermal fluid in order to condense the largest possible amount of gaseous solvent that escapes from the boiler. 2nd step: When all of the solvent has passed from the extractor to the boiler, the communication valve between the two chambers is closed. The solvent is then brought to boiling by action of the heating group the thermal fluid of the double jacket of the separator and by the possible action of stirring. During this phase at a pressure close to atmospheric pressure, the boiler sky is in communication with the vents, the valve open, always through the condenser (3) to cut down the gaseous solvent.
3eme étape (facultative) : En fin d'évaporation du solvant à pression atmosphérique ou sous légère pression, la séparation est poursuivie sous vide au moins partiel, grâce à un dispositif adapté tel qu'une pompe à vide (5). Step 3 (optional): At the end of evaporation of the solvent at atmospheric pressure or under slight pressure, the separation was carried out under at least partial vacuum, with an appropriate device such as a vacuum pump (5).
Bien évidemment, il est possible d'arrêter l'évaporation au cours de la deuxième ou de la troisième étape ci-dessus. Toutefois, la séparation la plus poussée est obtenue en fin de troisième étape, lorsque l'enceinte est sous dépression, à la pression absolue minimale que permet le dispositif et lorsque la température dans le bouilleur est égale à la température maximale supportable par le produit. Of course, it is possible to stop evaporation during the second or third step above. However, the most thorough separation is obtained at the end of the third step, when the enclosure is under vacuum, at the minimum absolute pressure that allows the device and when the temperature in the boiler is equal to the maximum temperature tolerable by the product.
Dans le cadre de l'invention, l'efficacité maximale de séparation correspond à une teneur minimale de solvant résiduel dans le produit obtenu, et vis versa à une teneur minimale du solvant en soluté. In the context of the invention, the maximum separation efficiency corresponds to a minimum content of residual solvent in the product obtained, and vice versa to a minimum content of solvent in solute.
A l'issue du passage dans le séparateur (2), le solvant débarrassé du soluté est donc récupéré et peut servir à de nouvelles extractions. At the end of the passage in the separator (2), the solvent freed of the solute is recovered and can be used for new extractions.
En pratique, au terme de la phase de séparation, le soluté sous forme liquide est évacué du bouilleur (2) par l'ouverture d'une vanne de fond. In practice, at the end of the separation phase, the solute in liquid form is removed from the boiler (2) by the opening of a bottom valve.
Alternativement, le produit fini extrait est un solide obtenu par cristallisation. En pratique, le dispositif de séparation entre le solvant et le soluté est un filtre sécheur ou un appareil équivalent regroupant les trois étapes de la phase de séparation. Alternatively, the extracted end product is a solid obtained by crystallization. In practice, the separating device between the solvent and the solute is a dryer filter or equivalent apparatus grouping the three stages of the separation phase.
Le filtre sécheur est utilisé de façon similaire et selon les mêmes étapes que le bouilleur décrit ci-dessus : The dryer filter is used in a similar way and in the same steps as the boiler described above:
- une première phase éventuelle de détente de la solution dans une vanne, avec injection dans le filtre sécheur par une tubulure ; - A first possible phase of relaxation of the solution in a valve, with injection into the dryer filter by a pipe;
- une seconde phase à pression atmosphérique ou à pression positive en apportant soit les frigories nécessaires à l'abaissement de la solubilité du soluté dans le solvant et donc à la cristallisation du soluté, soit les calories nécessaires à
l'évaporation du solvant afin d'augmenter la concentration du soluté jusqu'au du seuil de solubilité. La température de travail est régulée par une sonde de température du fluide de la double enveloppe pilotant par le groupe de fluide thermique. Le ciel du filtre sécheur est raccordé à un évent après le condenseur (3) ; a second phase at atmospheric pressure or at positive pressure by supplying either the frigories necessary for lowering the solubility of the solute in the solvent and thus for the crystallization of the solute, or the calories necessary for Evaporation of the solvent to increase the solute concentration to the solubility threshold. The working temperature is regulated by a temperature sensor of the fluid of the jacket operating by the group of thermal fluid. The sky of the dryer filter is connected to a vent after the condenser (3);
- une troisième phase éventuelle sous vide, toujours à température contrôlée grâce à la double enveloppe, le ciel étant progressivement soumis à une dépression de plus en plus élevée par action d'un groupe de vide (5). Du point de vue thermodynamique, les phénomènes successifs mis en œuvre sont une réduction de la pression partielle de solvant dans le ciel de l'appareil, suivie par l'évaporation du solvant pour tenter de retrouver l'équilibre entre phases, entraînant la concentration du soluté dans le solvant résiduel. A partir du moment où le seuil de solubilité du soluté dans le solvant est atteint, l'évaporation du solvant est accompagné d'une cristallisation parallèle du soluté, la concentration du soluté dans le solvant étant maintenue à la limite de solubilité. - A possible third phase under vacuum, always controlled temperature through the double envelope, the sky is gradually subjected to a depression increasingly high by action of a vacuum group (5). From the thermodynamic point of view, the successive phenomena implemented are a reduction of the solvent partial pressure in the sky of the apparatus, followed by the evaporation of the solvent in an attempt to regain equilibrium between phases, resulting in the concentration of the solute in the residual solvent. From the moment when the solubility threshold of the solute in the solvent is reached, the evaporation of the solvent is accompanied by a parallel crystallization of the solute, the concentration of the solute in the solvent being maintained at the limit of solubility.
La phase de séchage commence à l'instant où la phase liquide a disparu et qu'il ne reste plus que des molécules de solvant adsorbées sur le pulvérulent. Les molécules de solvant sont alors progressivement désorbées du pulvérulent pour tendre aux lois d'équilibre de sorption entre le solide et la phase gazeuse. The drying phase begins at the moment when the liquid phase has disappeared and only solvent molecules adsorbed on the powder remain. The solvent molecules are then progressively desorbed from the powder to tend to equilibrium sorption laws between the solid and the gas phase.
Toutes ces phases peuvent être mises en œuvre dans un appareil unique, à savoir un filtre sécheur ou un appareil équivalent. La température du procédé est régulée par la circulation de fluide thermique dans la double enveloppe du séparateur, voire dans un mobile d'agitation. La pression ou la dépression dans cette enceinte est par exemple régulée par une sonde de pression absolue pilotant la vanne d'introduction de solvant, la vanne de mise à l'évent ou la vanne de mise sous vide. Le mobile d'agitation répond aux besoins d'homogénéisation de la solution et du pulvérulent en termes de concentration, de température et de siccité, puis d'évacuation du pulvérulent en fin d'opération en repoussant celui-ci vers une trappe de vidange. All these phases can be implemented in a single device, namely a dryer filter or an equivalent device. The temperature of the process is regulated by the circulation of thermal fluid in the double envelope of the separator, or even in a stirring machine. The pressure or the vacuum in this chamber is for example regulated by an absolute pressure sensor driving the solvent introduction valve, the vent valve or the vacuum valve. The agitation mobile responds to the need for homogenization of the solution and the powder in terms of concentration, temperature and dryness, then removal of the powder at the end of operation by pushing it to a drain hatch.
Alternativement, le dispositif de séparation entre le solvant et le soluté est un cristalliseur suivi par un séchoir. Pour certaines opérations, il peut être utile d'intercaler, entre les deux appareils, une centrifugeuse. Dans le cristalliseur, chauffé ou refroidi par sa double enveloppe raccordé à un groupe de fluide thermique sont menées les phases d'évaporation de solvant, de concentration en soluté et de cristallisation. Ensuite le pulvérulent obtenu, plus ou moins humide de solvant adsorbé, est, par l'ouverture de la vanne de vidange, chargé dans un séchoir lui-même équipé d'une double enveloppe alimenté en fluide
thermique thermostaté par un dispositif. La technologie choisie pour le séchoir dépend des quantités à traiter et des caractéristiques du produit. Il peut s'agir d'un séchoir à plateaux, d'un séchoir bicône, d'un séchoir à lit fluidisé ou de toute autre technologie. Le séchoir est équipé de son propre dispositif de régulation de température pour atteindre la température propice à la désorption du solvant. Alternatively, the separation device between the solvent and the solute is a crystallizer followed by a dryer. For some operations, it may be useful to interpose, between the two devices, a centrifuge. In the crystallizer, heated or cooled by its jacket connected to a group of thermal fluid are conducted the phases of solvent evaporation, solute concentration and crystallization. Then the powder obtained, more or less wet adsorbed solvent, is, through the opening of the drain valve, loaded into a dryer itself equipped with a double jacket supplied with fluid thermostatically controlled by a device. The technology chosen for the dryer depends on the quantities to be treated and the characteristics of the product. It can be a tray dryer, a bicone dryer, a fluid bed dryer or any other technology. The dryer is equipped with its own temperature control device to reach the temperature conducive to the desorption of the solvent.
Etant donné que le procédé est discontinu, le produit passe successivement dans le cristalliseur puis dans le séchoir, avec éventuellement un stade intermédiaire dans une essoreuse. Ensuite, les vapeurs issues du cristalliseur comme du séchoir sont traitées par condensation dans le condenseur (3) avant d'être rejetées par l'évent ou aspirées par la pompe à vide (5). Un seul des deux équipements étant utilisé à la fois, le condenseur (3) peut être commun aux deux appareils. A cet effet, les lignes de vapeur sont équipées de robinets d'isolement pour sélectionner la ligne en exploitation. La prochaine étape du procédé selon l'invention consiste à mettre sous forme liquide, le solvant qui sort du séparateur sous forme gazeuse. En pratique, cette étape a lieu dans une enceinte appelée condenseur (3). Ce changement de phase du solvant est essentiellement assuré grâce à un apport de frigories à température constante. Le dispositif mis en œuvre à cette étape contribue au recyclage du solvant. Comme déjà mentionné, de manière caractéristique selon l'invention, le solvant est recyclé pour être utilisé sous forme liquide pour le traitement d'un lot suivant, et ce avantageusement sans dispositif mécanique pour le mettre en mouvement, en tout état de cause sans compresseur de gaz. Since the process is discontinuous, the product passes successively in the crystallizer and then in the dryer, possibly with an intermediate stage in a wringer. Then, the vapors from the crystallizer and the dryer are condensed in the condenser (3) before being rejected by the vent or aspirated by the vacuum pump (5). Only one of the two devices being used at a time, the condenser (3) can be common to both devices. For this purpose, the steam lines are equipped with isolation valves to select the line in operation. The next step of the process according to the invention is to put in liquid form, the solvent that leaves the separator in gaseous form. In practice, this step takes place in a chamber called condenser (3). This phase change of the solvent is essentially ensured thanks to a supply of constant temperature frigories. The device implemented at this stage contributes to the recycling of the solvent. As already mentioned, typically according to the invention, the solvent is recycled to be used in liquid form for the treatment of a next batch, and this advantageously without a mechanical device to set it in motion, in any case without compressor gas.
Le condenseur (3) est utilisé à l'aval de l'un des dispositifs de séparation décrits ci-dessus (2) et prépare le solvant pour qu'il soit à nouveau introduit dans l'extracteur (1). The condenser (3) is used downstream of one of the separation devices described above (2) and prepares the solvent for it to be introduced again into the extractor (1).
En pratique, les vapeurs de solvant issues du bouilleur, du filtre sécheur, du cristalliseur ou du séchoir sont condensés dans le condenseur (3) alimenté par une circulation de fluide thermique froid. In practice, the solvent vapors from the boiler, the dryer filter, the crystallizer or the dryer are condensed in the condenser (3) fed by a circulation of cold thermal fluid.
La température du fluide thermique dans le condenseur (3) est avantageusement inférieure à la température d'ébullition du solvant en présence. Il s'agit donc de contrôler la température dans le condenseur, éventuellement à l'aide d'un groupe frigorifique. The temperature of the thermal fluid in the condenser (3) is advantageously less than the boiling temperature of the solvent in the presence. It is therefore a question of controlling the temperature in the condenser, possibly using a refrigerating unit.
De manière privilégiée, le condenseur (3) se trouve à pression atmosphérique ou à pression positive, voisine de celle du séparateur (2).
En pratique, durant les trois étapes successives de la phase de séparation, le solvant est condensé dans le condenseur (3) par l'action de la circulation d'un fluide froid, puis recueilli gravitairement liquide dans une citerne. A la sortie du condenseur (3), le but est de pouvoir stocker le solvant réutilisable sous forme liquide, avantageusement dans un système de réception/stockage (4) ou citerne. De manière privilégiée, le transfert du solvant liquide du condenseur (3) vers le système de réception/stockage (4) se fait par gravité. Plus précisément, les condensais issus du condenseur (3) sont collectés dans le système de réception/stockage (4). Le solvant condensé s'écoule directement du condenseur à la citerne, ceux-ci étant à la même pression, à savoir la pression atmosphérique ou une pression positive. De manière avantageuse et comme déjà mentionné, préalablement au cycle d'extraction et de séparation, l'ensemble de l'installation est inerté à l'azote ou avec un gaz équivalent depuis l'amont de l'unité. Cette opération a pour but de chasser tout comburant ou vapeur d'eau dans l'installation, et d'y établir la pression de fonctionnement nécessaire. A cet effet, la ligne d'évents issue du condenseur est avantageusement équipée d'une vanne de décharge assurant cette pression en amont. In a preferred manner, the condenser (3) is at atmospheric pressure or positive pressure, close to that of the separator (2). In practice, during the three successive stages of the separation phase, the solvent is condensed in the condenser (3) by the action of the circulation of a cold fluid, and then collected gravitarily liquid in a tank. At the outlet of the condenser (3), the purpose is to be able to store the reusable solvent in liquid form, advantageously in a receiving / storage system (4) or tank. In a preferred manner, the transfer of the liquid solvent from the condenser (3) to the receiving / storage system (4) is done by gravity. More specifically, the condensates from the condenser (3) are collected in the receiving / storage system (4). The condensed solvent flows directly from the condenser to the tank, these being at the same pressure, namely the atmospheric pressure or a positive pressure. Advantageously and as already mentioned, prior to the extraction and separation cycle, the entire installation is inerted with nitrogen or with an equivalent gas from upstream of the unit. This operation is intended to remove any oxidizer or water vapor in the installation, and to establish the necessary operating pressure. For this purpose, the line of vents from the condenser is advantageously equipped with a discharge valve providing this pressure upstream.
Avantageusement, le système de réception/stockage (4) est constitué de 2 cuves disposées en série ou en parallèle. L'écoulement du solvant est avantageusement assuré par gravité. De manière générale, dans un dispositif en série, la première cuve se trouve dans les mêmes conditions que le condenseur, avantageusement à pression atmosphérique. En revanche, la seconde cuve est avantageusement placée à une pression supérieure, notamment sous pression. Cette surpression entraîne l'écoulement du solvant liquide vers l'extracteur (1). Advantageously, the receiving / storage system (4) consists of two tanks arranged in series or in parallel. The flow of the solvent is advantageously ensured by gravity. Generally speaking, in a device in series, the first tank is in the same conditions as the condenser, advantageously at atmospheric pressure. On the other hand, the second tank is advantageously placed at a higher pressure, in particular under pressure. This overpressure causes the flow of the liquid solvent to the extractor (1).
Dans un mode de réalisation particulier, la première cuve correspond à la citerne décrite ci-dessus et la seconde à une cuve de stockage. La masse de solvant liquide est alors transférée gravitairement de la citerne à la cuve de stockage, avantageusement par l'ouverture d'un robinet et éventuellement l'ouverture d'un autre robinet sur une conduite d'équilibrage. In a particular embodiment, the first tank corresponds to the tank described above and the second to a storage tank. The mass of liquid solvent is then transferred gravitarily from the tank to the storage tank, preferably by the opening of a valve and optionally the opening of another valve on a balancing line.
Après écoulement complet du solvant dans la cuve de stockage, les robinets sont fermés et l'installation est prête pour un nouveau batch. En effet, cette deuxième cuve permet le stockage du solvant recyclé, apte à être utilisé comme matière première pour traiter un
nouveau lot de matrice introduit dans l'extracteur (1), ou le même lot si celui-ci n'est pas épuisé. After the solvent has completely drained into the storage tank, the valves are closed and the installation is ready for a new batch. Indeed, this second tank allows the storage of the recycled solvent, suitable for use as a raw material to treat a new batch of matrix introduced into the extractor (1), or the same batch if it is not exhausted.
A la fin du batch précédent, et seulement dans le cas où l'évaporation et la condensation ont été opérées à basse température à une pression détendue par rapport à l'extraction, le solvant contenu dans la cuve est stocké liquide, à basse température, à une pression voisine de la pression atmosphérique. Si l'intervalle entre deux batchs est suffisamment long, le solvant a le temps de monter en température jusqu'à température ambiante, et la pression dans la cuve s'élève conséquemment à une pression qui peut être suffisante pour que le solvant puisse être injecté dans l'extracteur en passant à travers une vanne de réglage de débit. At the end of the previous batch, and only in the case where the evaporation and the condensation were operated at low temperature at a pressure relaxed with respect to the extraction, the solvent contained in the tank is stored liquid, at low temperature, at a pressure close to atmospheric pressure. If the interval between two batches is sufficiently long, the solvent has time to increase in temperature to ambient temperature, and the pressure in the tank is consequently raised to a pressure which may be sufficient for the solvent to be injected. in the extractor by passing through a flow control valve.
Alternativement et dans le cas où la pression dans la cuve est insuffisante pour compenser les pertes de charges de la conduite, de la vanne et du dispositif d'injection, la cuve est pressurisée à l'aide d'un gaz inerte comme l'azote à une pression contrôlée par une vanne, ou bien à l'aide d'un évaporateur de solvant (6') dont l'énergie apportée au primaire est pilotée par une sonde de pression. Alternatively and in the case where the pressure in the tank is insufficient to compensate for the pressure drops of the pipe, the valve and the injection device, the tank is pressurized with an inert gas such as nitrogen at a pressure controlled by a valve, or with the aid of a solvent evaporator (6 ') whose energy supplied to the primary is controlled by a pressure sensor.
A noter que dans ce type de fonctionnement, il est nécessaire que les capacités de la citerne à pression atmosphérique, et de la cuve aussi bien à pression atmosphérique que sous pression, soient supérieures au volume de solvant liquide nécessaire pour traiter un lot. Note that in this type of operation, it is necessary that the capacity of the tank at atmospheric pressure, and the tank both at atmospheric pressure and under pressure, are greater than the volume of liquid solvent needed to treat a batch.
Dans une variante du dispositif, les deux cuves sont montées en parallèle et utilisées alternativement, l'une sous pression atmosphérique recueillant le solvant condensé en aval du procédé, l'autre sous pression alimentant l'extracteur en solvant. Le contrôle des niveaux de liquide dans ces cuves permet d'intervertir le rôle des cuves lorsque la cuve amont est épuisée. Le mode de fonctionnement de cette variante autorise un recyclage continu du solvant et permet de réduire les capacités des cuves de solvant. In a variant of the device, the two tanks are mounted in parallel and used alternately, one at atmospheric pressure collecting the condensed solvent downstream of the process, the other under pressure supplying the extractor solvent. The control of the liquid levels in these tanks makes it possible to invert the role of the tanks when the upstream tank is exhausted. The mode of operation of this variant allows a continuous recycling of the solvent and reduces the capacity of the solvent tanks.
Dans l'étape suivante où le solvant liquide est réacheminé vers l'extracteur (1), cet acheminement est à nouveau assuré grâce à la pressurisation par un gaz vecteur tel que l'azote, ou à l'aide d'un évaporateur de solvant (6'). Le fonctionnement décrit implique que le système de réception/stockage (4), et notamment les deux cuves, soient équipés d'un système de régulation de la pression voire de la température.
Selon une autre variante du dispositif, avec une seule cuve de stockage de solvant (4), c'est une pompe mécanique qui assure l'alimentation en solvant liquide de l'extracteur (1). In the next step where the liquid solvent is rerouted to the extractor (1), this routing is provided again by pressurization with a carrier gas such as nitrogen, or with the aid of a solvent evaporator. (6 '). The described operation implies that the receiving / storage system (4), and in particular the two tanks, are equipped with a system for regulating the pressure or even the temperature. According to another variant of the device, with a single solvent storage tank (4), it is a mechanical pump which ensures the liquid solvent supply of the extractor (1).
A noter que l'alimentation en solvant de l'extracteur (1) et du séparateur (2) peut être réalisée en continu, auquel cas l'extraction et la séparation se déroulent en parallèle. Alternativement, les étapes d'extraction et de séparation sont réalisées de manière successive. Note that the solvent supply of the extractor (1) and the separator (2) can be carried out continuously, in which case the extraction and separation proceed in parallel. Alternatively, the extraction and separation steps are carried out successively.
Il apparaît de ce qui précède que le procédé proposé est un procédé séquentiel permettant de traiter la matière première par batch ou lot. It appears from the above that the proposed method is a sequential process for treating the raw material batch or batch.
Le procédé proposé et le dispositif adapté offrent donc un système en boucle fermée, où la majorité du solvant (aux pertes près) est réutilisée. Il n'y a donc pas besoin de réalimenter en solvant frais, contrairement à l'art antérieur. The proposed method and the adapted device thus provide a closed-loop system, where the majority of the solvent (with losses) is reused. There is therefore no need to refill fresh solvent, unlike the prior art.
Pour améliorer encore le rendement de recyclage du solvant, un mode de réalisation particulier peut être envisagé : To further improve the recycling efficiency of the solvent, a particular embodiment can be envisaged:
En effet, au niveau de l'extracteur (1) et à la fin de l'extraction, il reste de la matrice extraite, mouillée du solvant résiduel à désorber. Ceci présente des inconvénients, notamment des pertes en solvant et un risque éventuel d'explosion en fonction de la nature du solvant mis en œuvre, voire une contribution à la destruction de la couche d'ozone et/ou à l'effet de serre. L'idée originale selon l'invention est de sécher la matrice extraite, grâce à du solvant sous forme de vapeur surchauffée. Pour cela, le solvant présent sous forme liquide dans le système de réception/stockage (4) est envoyé dans un évaporateur (6) où il est amené, grâce à une source d'énergie comme de l'eau chaude, à une température supérieure à sa température d'ébullition. Le solvant sous forme de gaz surchauffé est ensuite envoyé dans l'extracteur (1) au contact de la matrice. Grâce à l'énergie apportée au cœur de la matrice par le gaz surchauffé, le solvant « prisonnier » de la matrice est alors évaporé et récupéré sous forme liquide dans le condenseur (3). Comme décrit précédemment, le solvant ainsi récupéré, qui se trouve sous forme liquide, peut alors être acheminé vers le système de réception/stockage (4), comme décrit ci-dessus. Indeed, at the extractor (1) and at the end of the extraction, there remains the extracted matrix, wetted residual solvent to desorb. This has drawbacks, in particular solvent losses and a possible risk of explosion depending on the nature of the solvent used, or even a contribution to the destruction of the ozone layer and / or the greenhouse effect. The original idea according to the invention is to dry the extracted matrix, thanks to the solvent in the form of superheated steam. For this, the solvent present in liquid form in the receiving / storage system (4) is sent to an evaporator (6) where it is brought, thanks to a source of energy such as hot water, to a higher temperature. at its boiling point. The solvent in the form of superheated gas is then sent into the extractor (1) in contact with the matrix. Thanks to the energy supplied to the core of the matrix by the superheated gas, the "prisoner" solvent of the matrix is then evaporated and recovered in liquid form in the condenser (3). As previously described, the solvent thus recovered, which is in liquid form, can then be conveyed to the receiving / storage system (4) as described above.
Avantageusement, l'étape de séchage de la matrice peut être conduite simultanément avec une des étapes de séparation entre solvant et soluté. En particulier, s'il y a lieu, la mise sous vide au moins partiel de l'extracteur (1) peut être concomitante ou simultanée avec la mise sous vide du séparateur (2). En effet, les solvants gazeux émis alors par
l'extracteur et par le séparateur sont de même nature et peuvent être condensés dans le même appareil. Advantageously, the step of drying the matrix can be carried out simultaneously with one of the separation steps between solvent and solute. In particular, if necessary, the at least partial evacuation of the extractor (1) may be concomitant or simultaneous with the evacuation of the separator (2). In fact, the gaseous solvents emitted by the extractor and the separator are of the same nature and can be condensed in the same apparatus.
Par ailleurs et comme déjà décrit, concernant les traces de solvant résiduel présentes dans l'extracteur (1) et/ou le séparateur (2), il est possible de faire une mise sous vide des enceintes correspondantes, grâce à une pompe à vide (5) et/ou un balayage à l'azote. Les traces de solvant sont à nouveau récupérées au niveau du condenseur (3). Comme mentionné ci-dessus, la mise sous vide au niveau de l'extracteur a pour autre effet bénéfique de purifier davantage le soluté par élimination des contaminations par le solvant. Moreover, and as already described, with regard to the traces of residual solvent present in the extractor (1) and / or the separator (2), it is possible to evacuate the corresponding enclosures by means of a vacuum pump ( 5) and / or a nitrogen sweep. The traces of solvent are again recovered at the condenser (3). As mentioned above, the evacuation at the extractor has another beneficial effect of further purifying the solute by eliminating contamination by the solvent.
Bien sûr, l'installation décrite peut être complétée par l'ensemble des capteurs, actionneurs, sécurités et automatismes, nécessaires pour que l'utilisateur soit informé du déroulement du procédé, le maîtrise et soit assuré de la parfaite mise en sécurité en toutes circonstances. Of course, the installation described can be completed by all sensors, actuators, safety and automation, necessary for the user to be informed of the process flow, control and be assured of perfect safety in all circumstances .
Comme il ressort de la présente description, le procédé et le dispositif décrits sont uniquement basés sur des lois physiques simples (pression, température, gravité ou gaz de pousse) permettant la circulation du solvant sans nécessité de matériel coûteux ou sophistiqué et contraignant tel qu'un compresseur de solvant gazeux, source potentielle de pollution, de fuite et de pannes. Les seuls organes mécaniques éventuellement utilisés sont : As it appears from the present description, the method and the device described are based solely on simple physical laws (pressure, temperature, gravity or gas) allowing the circulation of the solvent without the need for expensive or sophisticated equipment and constraining such as a gaseous solvent compressor, a potential source of pollution, leakage and breakdowns. The only mechanical devices that may be used are:
• une pompe de solvant liquide qui peut être une solution alternative au système de double cuve de solvant avec pressurisation par gaz de pousse ou chauffage ; • a liquid solvent pump that can be an alternative solution to the double tank solvent system with gas pressurization or heating;
· une pompe à vide, dont le but est de parfaire l'extraction et d'éviter les pertes de solvant. A noter que cet organe ne véhicule qu'une faible portion du solvant mis enjeu pour l'extraction. · A vacuum pump, the purpose of which is to perfect extraction and avoid solvent losses. Note that this organ carries only a small portion of the solvent involved for the extraction.
Les débouchés sont vastes et nombreux, aussi bien dans le domaine pharmaceutique, cosmétique ou alimentaire. Le procédé peut ainsi être mis en œuvre sur de la matière première dite naturelle, notamment végétale ou animale, pour extraire des molécules d'origine animale ou végétale d'intérêt. Ce procédé peut aussi bien être mis en œuvre pour extraire ou dissoudre une molécule obtenue par synthèse. En effet, dans certaines opérations de purification d'un solide cristallisé obtenu par voie de synthèse chimique, des solvants sélectifs sont utilisés. Les gaz liquéfiés purs ou constitués par un mélange d'alcanes, voire avec des additifs, ou un fluide dit frigorigène peuvent être utilisés comme solvant pour resolubiliser sélectivement une molécule particulière en laissant solide un corps étranger, la molécule dissoute étant ultérieurement séparée de son solvant par cristallisation comme décrit ci-dessus.
Des solvants utilisables dans le cadre de la présente demande doivent présenter à pression atmosphérique (0 bar) une température d'ébullition avantageusement comprise entre - 35°C et +90°C. La borne inférieure correspondant à la température qui peut être atteinte avec un appareillage de type groupe frigorifique classique. La borne supérieure correspond aux températures limites pour la dégradation de molécules d'intérêt. The markets are vast and numerous, as well in the pharmaceutical, cosmetic or food field. The method can thus be implemented on the so-called natural raw material, in particular plant or animal, to extract molecules of animal or plant origin of interest. This process can also be implemented to extract or dissolve a molecule obtained by synthesis. Indeed, in certain purification operations of a crystallized solid obtained by chemical synthesis, selective solvents are used. The pure liquefied gases or constituted by a mixture of alkanes, or even with additives, or a so-called refrigerant fluid can be used as a solvent to selectively resolubilize a particular molecule leaving a solid foreign body, the dissolved molecule being subsequently separated from its solvent by crystallization as described above. Solvents that can be used in the context of the present application must have a boiling point of advantageously between -35 ° C. and + 90 ° C. at atmospheric pressure (0 bar). The lower limit corresponding to the temperature that can be achieved with conventional refrigeration equipment type. The upper limit corresponds to the limit temperatures for the degradation of molecules of interest.
Parmi les gaz liquéfiés particulièrement intéressants se trouvent les alcanes ou mélange d'alcanes et plus précisément, le butane. L'utilisation de Fréon™ ou d'éthanol est également envisageable.
Among the liquefied gases of particular interest are alkanes or mixtures of alkanes and more specifically, butane. The use of Freon ™ or ethanol is also possible.
Claims
1. Procédé d'extraction de molécules à partir d'une matrice solide, réalisée à l'aide d'un solvant présentant une température d'ébullition à pression atmosphérique comprise entre -35°C et +90°C, comprenant les étapes suivantes : A method for extracting molecules from a solid matrix, carried out using a solvent having a boiling point at atmospheric pressure of between -35 ° C. and + 90 ° C., comprising the following steps: :
- une étape de mise en contact entre le solvant sous forme liquide et la matrice, dans un extracteur (1) ; a step of bringing the solvent in liquid form into contact with the matrix in an extractor (1);
- une étape de séparation entre le solvant sous forme gazeuse et les molécules extraites (soluté), dans un séparateur (2) ; a separation step between the solvent in gaseous form and the extracted molecules (solute), in a separator (2);
- une étape de récupération du solvant sous forme liquide par condensation, dans un condenseur (3) ; a step of recovering the solvent in liquid form by condensation, in a condenser (3);
- une étape de réintroduction du solvant dans l'extracteur (1), via le passage dans un système de réception/stockage (4), a step of reintroduction of the solvent into the extractor (1), via the passage in a reception / storage system (4),
selon lequel le solvant est recyclé en boucle fermée, la circulation en boucle du solvant n'impliquant pas de pompage mécanique du solvant gazeux, par exemple au moyen d'un compresseur de gaz. wherein the solvent is recycled in a closed loop, the loop circulation of the solvent does not involve mechanical pumping of the gaseous solvent, for example by means of a gas compressor.
2. Procédé d'extraction selon la revendication 1 caractérisé en ce que la circulation en boucle du solvant est uniquement assurée par au moins un des mécanismes suivants : 2. Extraction process according to claim 1 characterized in that the loop circulation of the solvent is only provided by at least one of the following mechanisms:
• différence de pression ; • pressure difference;
• différence de température ; • temperature difference ;
• gravité ; et • gravity; and
• poussée par un gaz. • pushed by a gas.
3. Procédé d'extraction selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le solvant est un alcane, avantageusement du butane, éventuellement enrichi en additifs. 3. Extraction process according to claim 1 or 2 characterized in that the solvent is an alkane, preferably butane, optionally enriched with additives.
4. Procédé d'extraction selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le solvant est un fluide frigorigène. 4. Extraction process according to claim 1 or 2 characterized in that the solvent is a refrigerant.
5. Procédé d'extraction selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la circulation du solvant entre l'extracteur (1) et le séparateur (2) est essentiellement assurée par différence de pression. 5. Extraction process according to one of the preceding claims characterized in that the circulation of the solvent between the extractor (1) and the separator (2) is essentially provided by pressure difference.
6. Procédé d'extraction selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la séparation entre le solvant et les molécules extraites (soluté) est réalisée par distillation ou cristallisation. 6. Extraction process according to one of the preceding claims, characterized in that the separation between the solvent and the extracted molecules (solute) is carried out by distillation or crystallization.
7. Procédé d'extraction selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'à l'étape de séparation, le solvant passe sous forme gazeuse par ébullition, et éventuellement par détente. 7. Extraction process according to one of the preceding claims characterized in that in the separation step, the solvent passes gaseous form by boiling, and optionally by expansion.
8. Procédé d'extraction selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la circulation du solvant entre le séparateur (2) et le condenseur (3) est assurée par abaissement de température, sans l'aide d'un organe mécanique tel qu'un compresseur de gaz. 8. Extraction process according to one of the preceding claims characterized in that the circulation of the solvent between the separator (2) and the condenser (3) is ensured by lowering temperature, without the aid of a mechanical member such than a gas compressor.
9. Procédé d'extraction selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'à l'étape de condensation, le solvant passe sous forme liquide par refroidissement. 9. Extraction process according to one of the preceding claims characterized in that in the condensation step, the solvent passes in liquid form by cooling.
10. Procédé d'extraction selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la circulation du solvant entre le condenseur (3) et le système de réception/stockage (4) est assurée par gravité à pression constante. 10. Extraction process according to one of the preceding claims characterized in that the circulation of the solvent between the condenser (3) and the receiving / storage system (4) is provided by gravity at constant pressure.
11. Procédé d'extraction selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la circulation du solvant entre le système de réception/stockage (4) et l'extracteur (1) est assurée par poussée par un gaz. 11. Extraction process according to one of the preceding claims characterized in that the circulation of the solvent between the receiving / storage system (4) and the extractor (1) is provided by thrust by a gas.
12. Procédé d'extraction selon la revendication 11 caractérisé en ce que le gaz utilisé pour la poussée est du solvant de même nature que le solvant utilisé pour l'extraction, pressurisé par passage dans un évaporateur (6'). 12. Extraction process according to claim 11 characterized in that the gas used for the thrust is solvent of the same kind as the solvent used for extraction, pressurized by passage through an evaporator (6 ').
13. Dispositif adapté à la mise en œuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 12 comprenant au moins : 13. Device adapted to the implementation of a method according to one of claims 1 to 12 comprising at least:
- un extracteur (1) ; an extractor (1);
- un séparateur (2) ; - a separator (2);
- un condenseur (3) ; a condenser (3);
- un système de réception/stockage (4) ; - a reception / storage system (4);
- une boucle fermée permettant la circulation du solvant sous forme liquide ou gazeuse en l'absence d'organe de pompage du solvant gazeux. a closed loop allowing the circulation of the solvent in liquid or gaseous form in the absence of a pumping member for the gaseous solvent.
14. Dispositif selon la revendication 13 caractérisé en ce que la bouche fermée permet la circulation du solvant sous forme liquide ou gazeuse uniquement par au moins un des mécanismes suivants : 14. Device according to claim 13 characterized in that the closed mouth allows the circulation of the solvent in liquid or gaseous form only by at least one of the following mechanisms:
• différence de pression ; • pressure difference;
• différence de température ; • temperature difference ;
• gravité ; et • gravity; and
• poussée par un gaz. • pushed by a gas.
15. Dispositif selon la revendication 13 ou 14 caractérisé en ce que : 15. Device according to claim 13 or 14 characterized in that:
- l'extracteur (1) est équipé au moins d'un dispositif de régulation de la pression ; et/ou the extractor (1) is equipped at least with a device for regulating the pressure; and or
- le séparateur (2) est équipé au moins d'un dispositif de chauffage ; et/ou the separator (2) is equipped at least with a heating device; and or
- le condenseur (3) est équipé au moins d'un dispositif de refroidissement ; et/ou the condenser (3) is equipped at least with a cooling device; and or
- le système de réception/stockage (4) est équipé au moins d'un dispositif de pressurisation. - The receiving / storage system (4) is equipped with at least one pressurizing device.
16. Dispositif selon l'une des revendications 13 à 15 caractérisé en ce que l'extracteur(l) et le séparateur (2) sont situés dans une même enceinte. 16. Device according to one of claims 13 to 15 characterized in that the extractor (1) and the separator (2) are located in the same enclosure.
17. Dispositif selon l'une des revendications 13 à 16 caractérisé en ce qu'un système de mise sous vide au moins partiel (5) est disposé entre l'extracteur (1) et/ou le séparateur (2) d'une part, et le condenseur (3) d'autre part. 17. Device according to one of claims 13 to 16 characterized in that an at least partial evacuation system (5) is disposed between the extractor (1) and / or the separator (2) on the one hand , and the condenser (3) on the other hand.
18. Dispositif selon l'une des revendications 13 à 17 caractérisé en ce qu'un évaporateur (6', 6) est disposé au niveau du système de réception/stockage (4) ou entre celui-ci et l'extracteur (1). 18. Device according to one of claims 13 to 17 characterized in that an evaporator (6 ', 6) is disposed at the receiving / storage system (4) or between the latter and the extractor (1) .
19. Dispositif selon l'une des revendications 13 à 18 caractérisé en ce qu'il est relié à un dispositif de mise sous gaz inerte, tel que l'azote. 19. Device according to one of claims 13 to 18 characterized in that it is connected to a device for putting under inert gas, such as nitrogen.
20. Utilisation du procédé selon l'une des revendications 1 à 12 ou du dispositif selon l'une des revendications 13 à 19 pour extraire des molécules d'une matière animale ou végétale ou pour purifier un produit de synthèse chimique. 20. Use of the method according to one of claims 1 to 12 or the device according to one of claims 13 to 19 for extracting molecules of an animal or plant material or for purifying a chemical synthesis product.
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Legal Events
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121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 12705344 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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NENP | Non-entry into the national phase |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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