CH230684A - Procédé de saccharification de matières cellulosiques au moyen d'acides minéraux dilués. - Google Patents

Description

  Procédé de     saccharification    de     matières    cellulosiques au moyen  d'acides     minéraux    dilués.    Il     existe        plusieurs        procédés    de     saccharifi-          cation    de la cellulose par     action    à chaud des  acides minéraux dilués sur la     matière    pre  mière convenablement divisée.  



       Certains    auteurs ont reconnu la nécessité  de soustraire le plus rapidement possible le  sucre formé à l'action nuisible     ultérieure    de  l'acide et de la chaleur.  



  On connaît en     particulier    un procédé con  sistant à faire passer par intermittences, à  travers la matière cellulosique     placée    .dans  une batterie de "percolateurs" sous pression  et à température     croissante,    des     quantités    li  mitées de solutions acides diluées (0,1 à  0,4%) en vue de chasser     périodiquement    de  la chambre de réaction le sucre formé, les       proportions    étant de 5 à 10 parties de solu  tion acide pour 1 partie de     matière    cellulosi  que à. traiter.  



  Tout en apportant une amélioration sensi  ble aux procédés antérieurs au point de vue  de la destruction des sucres,     ce    mode opéra-         toire    est loin cependant de     résoudre    le pro  blème d'une façon pleinement satisfaisante.  Il est bien connu,     en,    effet, qu'un seul lavage  de la matière dans un récipient     unique    est  incapable d'assurer     l'élimination        intégrale    du  sucre qui y est contenu.

   Le déplacement de       ce    dernier par additions     intermittentes     d'acide dilué, entre lesquelles une nouvelle  formation de sucre est opérée, n'est donc que  partiel et une notable proportion -du sucre  formé     reste    dans la chambre de réaction et  subit nécessairement une décomposition au  cours du chauffage ultérieur en présence de  nouvelles     quantités    d'acide.  



  La     présente        invention    permet d'éviter  entièrement cet inconvénient et d'obtenir, par  suite, des rendements en. sucre supérieurs aux  rendements     assurés    par les procédés anté  rieurs.

   Elle est     caractérisée    par le fait  qu'après chaque hydrolyse, la matière     cellu-          losïque    est     débarrassée    jusqu'à épuisement du  sucre formé     dans    cette hydrolyse par une dif-      fusion effectuée selon le principe du     contre-          courant    au moyen d'un liquide aqueux hors  de la chambre d'hydrolyse; de préférence,  on emploie,     comme'    liquide aqueux pour l'ex  traction du sucre par diffusion, une solution  acide aqueuse dont la fraction retenue par la  matière après     la    diffusion sert de liquide  d'attaque dans l'hydrolyse suivante.  



  On élimine ainsi la.     totalité    du sucre formé  dans chaque opération et l'on n'envoie à la  cuisson suivante qu'une matière première en  tièrement débarrassée de sucre.  



  Le procédé peut être mis     en,        oeuvre        avaiz-          tageusement    en exécutant les hydrolyses suc  cessives à des températures croissantes, mais  avec des acidités décroissantes.  



  Après chaque diffusion, il est préférable  de débarrasser la matière cellulosique de  l'excès de solution aqueuse ayant servi de li  quide d'extraction du sucre; dès lors, cette  matière ne contient que la quantité de solu  tion absorbée par ses pores, c'est-à-dire est  dépourvue de liquide d'enrobage, ce qui per  met d'obtenir des solutions de sucre moins di  luées que dans les procédés connus.  



       _    En général, quatre hydrolyses succes  sives, séparées, comme il est dit plus haut,  par une diffusion méthodique, c'est-à-dire à  contre-courant, suffisent pour assurer l'épui  sement de la matière première, mais on ne  change évidemment pas l'esprit de l'invention  en soumettant la. matière cellulosique à un  nombre plus élevé d'opérations d'hydrolyse.  



  A titre purement indicatif, on peut uti  liser des solutions diluées d'acide chlor  hydrique ou d'acide sulfurique dont la con  centration décroît, d'une extrémité à. l'au  tre de la batterie     d'hydrolyseurs,    depuis  6 grammes ou 10 grammes respectivement  par litre au maximum dans la première     liy#-          drolyse    jusqu'à     2@    grammes ou 3 grammes res  pectivement par litre au minimum dans la  dernière. Quant aux températures, elles peu  vent     s'échelonner    depuis 150  au minimum  dans la première hydrolyse jusqu'à     200     au  maximum dans la dernière.  



  La demanderesse a trouvé qu'il est avan  tageux de     désacidifier    par lavage méthodi-    que avec de l'eau chaude ou froide le résidu  de la. dernière hydrolyse, constitué par la.  lignine complètement épuisée.     Cette        désacidi-          fiea.tion    constitue une     condition    favorable à  l'emploi de la lignine pour certains usages,  en particulier pour la fabrication du charbon  de bois de bonne qualité destiné à l'alimen  tation des gazogènes pour véhicules automo  biles.  



  Le rendement en alcool varie, suivant les  essences de bois, de     222d)    à     280    litres par  tonne de bois sec. La consommation d'acide  est. de l'ordre de  & ,5 à 16,5 kg par hectolitre  d'alcool suivant les cas.  



  Malgré l'emploi de batteries de diffusion  entre deux hydrolyses successives, l'appareil  lage est relativement simple et peu coûteux,  car un grand nombre des organes qui le com  posent et en particulier les éléments de dif  fusion eux-mêmes peuvent être construits en  bois.  



  L'exemple suivant, non limitatif, fera bien  comprendre, en regard du dessin annexé,  comment l'invention peut être réalisée pour  le traitement de bois, par exemple.  



  L'appareil représenté comporte quatre       éléments        1.,    ?,     3,,    4 constitués chacun essen  tiellement par un bac à eau acidulée     .4,    un  cuiseur     C    et une batterie de diffusion D. Le       premier    élément comporte en outre une cuve  d'humidification B servant     i(    imprégner de  liqueur acide la matière première.  



  Le bois, préférablement déchiqueté sous  forme de copeaux, arrive par le conduit 1  dans la cuve B où il est soumis à l'action  de la. solution acide à 90  C provenant du  bac.      < 1l    et. (lui est constituée par de l'eau aci  dulée à 5 g     d'HCl    par litre.     Après        3()    mi  nutes de contact, la masse a absorbé--)..! fois  son poids de solution acide. Après égouttage,  elle est déversée dans le cuiseur     C1    de  100 hectolitres où elle est soumise pendant  45 minutes à une cuisson sous une pression  de vapeur de à kg correspondant à une tem  pérature d'environ 165 .  



  La. matière est alors déversée dans la bat  terie de diffusion Dl comportant six diffu  seurs de     1011    hectolitres dans laquelle elle est      traitée à contre-courant, à la manière habi  tuelle, par une solution acide à 4 g par litre  provenant du bac     AZ    et arrivant par le tuyau  2 à la     température    de     9'0 .     



  On obtient ainsi une solution riche en  pentoses et .contenant en outre un peu  d'hexoses .qui s'écoule par le tuyau<B>3</B> et est  recueillie par le collecteur<B>S</B>. L'excès de li  quide -de lavage baignant la matière dans cha  que élément de diffusion, après l'extraction  du sucre, est recueilli par le tuyau 4 et ren  voyé dans le bac     A2.     



  Quant à la matière première entièrement  débarrassée de sucre et imprégnée de liqueur  acide à 4 g par litre, elle est relevée, après  égouttage, par un système élévatoire quel  conque 5 dans le     cuiseur        C2    du deuxième élé  ment où elle est soumise pendant 15 minutes  à une cuisson sous une pression de vapeur de  8 kg correspondant à une température d'en  viron 175 .  



  De là, elle est déversée dans la batterie  de diffusion     D.    où elle est extraite à l'aide  de l'eau, acidulée à 3 g par litre, provenant  du bac     Ag,    puis lavée comme dans le diffu  seur     D,    On tire en tête de la batterie une so  lution riche en sucre en proportion telle que '  l'épuisement en sucre de la masse soit com  plet.  



  La même opération se répète dans le cui  seur     C.    et dans la     batterie        D3,    la solution  acide utilisée dans     cette    dernière étant à  2,5 g par litre et la pression de cuisson en         C3    de 12 kg, ce qui correspond à une tem  pérature de     18,5 .    La durée de cuisson est de  15 minutes. Ici encore, on règle le tirage de  liquide sucré en     D3    de façon à. assurer l'épui  sement complet de la matière.  



  Dans le dernier cuiseur     C4,    la pression de  vapeur est de 2.0, atmosphères environ, ce -qui       correspond    à une température de     19W,    et la  durée de cuisson peut être réduite à 7 mi  nutes.  



  Le liquide de lavage     utilisé    dans la bat  terie de diffusion     D4    est de l'eau portée de  préférence à     90 .    A la sortie de     cette    batterie  de diffusion, on recueille, d'une part, une so  lution sucrée qui est éliminée comme les pré  cédentes, par exemple par le collecteur  d'autre     part,    de l'eau presque pure     -qui    est  rejetée par le tuyau et enfin la lignine       épuisée    et     désatidifié    e qui peut être     utilisée    à  un usage quelconque,

   en     particulier    à la fa  brication du charbon de bois pour gazogène       (nochère    7).  



  On ne sort pas du cadre de l'invention en  apportant à l'appareillage décrit certaines  modifications de .détail.    En     particulier,    il peut être avantageux  d'utiliser des cuiseurs de     dimensions    décrois  santes depuis le     premier    élément jusqu'au  dernier, afin de tenir compte de la. diminu  tion du volume que subit la matière première  au cours du traitement. On pourra utiliser.

    par     exemple,-les    dimensions suivantes:  
EMI0003.0035     
  
    premier <SEP> élément: <SEP> Cl <SEP> 10,0 <SEP> hectolitres
<tb>  6 <SEP> diffuseurs <SEP> de <SEP> 100e <SEP> hectolitres
<tb>  deuxième <SEP> -élément: <SEP> C:: <SEP> 80 <SEP> hectolitres
<tb>  Dz <SEP> 6 <SEP> diffuseurs <SEP> de <SEP> 80 <SEP> hectolitres
<tb>  troisième <SEP> élément: <SEP> C@ <SEP> 6-9 <SEP> hectolitres
<tb>  D3 <SEP> 6 <SEP> diffuseurs <SEP> de <SEP> 62 <SEP> hectolitres
<tb>  quatrième <SEP> élément: <SEP> C4 <SEP> 50 <SEP> hectolitres
<tb>  D4 <SEP> 6 <SEP> diffuseurs <SEP> de <SEP> 50- <SEP> hectolitres       De même, les liquides sucrés extraits à  chaque stade de diffusion peuvent être mé  langés ou au contraire recueillis séparément.  



  On peut également ne séparer de l'en  semble des jus sucrés que le liquide de la    première diffusion, riche en     pentoses,    en. vue  de la transformation de ces pentoses en pro  duits de valeur tels que le     furfurol.     



  On ne sort pas non plus du cadre de l'in  vention en effectuant les diffusions au moyen      d'eau pure, la masse humide ainsi obtenue  étant dans ce cas mélangée, en vue de l'opé  ration suivante d'hydrolyse, avec un acide  dont la. concentration et la quantité ont été  calculés de telle façon que l'acidité requise  soit atteinte sans que le volume de liquide  retenu par la matière soit sensiblement supé  rieur à ce qu'il aurait été si la diffusion  avait été effectuée directement par une solo  ,     tion    acide de la concentration voulue.  



  Le présent procédé s'applique au traite  ment non seulement du bois en copeaux on de  la sciure de     bais,    mais     également    de toutes les  matières cellulosiques quelle qu'en soit la     na-          turc.     



  Les solutions de sucre obtenues peuvent  être traitées en vue de la récupération des  sucres qu'elles renferment ou soumises à une  fermentation quelconque en vue de leur trans  formation en produits de valeur, par exemple  en alcool. Dans ce dernier cas, on utilisera       avantageusement    le procédé par reprise des  levures dont     le    principe est décrit dans le  brevet suisse no 174629.  



  Le procédé défini dans le présent mémoire  n'est breveté que dans la mesure où les solu  tions de sucre obtenues sont destinées à des  besoins purement. industriels, en particulier  à. la transformation en alcool, à l'exclusion du  cas où elles devraient servir à l'alimentation  de l'homme et des animaux.

Claims (1)

1. REVENDICATION Procédé de saceharifieation de matières cellulosiques par hydrolyses successives au moyen de solutions diluées d'acides miné raux, caractérisé par le fait qu'après cha que hydrolyse la. matière cellulosique est. dé barrassée jusqu'à épuisement du sucre formé dans cette hydrolyse par une diffusion ef fectuée selon le principe du contre-courant au moyen d'un liquide aqueux hors de la cham bre d'hydrolyse. SOUS-REV EN DICATION S 1.

   Procédé selon la revendication, carac térisé par le fait qu'on emploie, comme li quide aqueux pour l'extraction du sucre par diffusion, une solution acide aqueuse dont la fraction retenue par la matière après la diffusion sert. de liquide d'attaque dans l'hydrolyse suivante. 3'. Procédé selon la revendication, carac térisé par le fait que l'on exécute les hydro <I>lyses</I> successives à des températures crois santes mais avec des acidités décroissantes. 3.

   Procédé selon la revendication, carac térisé par le fait qu'après chaque diffusion la matière cellulosique est débarrassée de l'excès de solution aqueuse ayant servi de liquide d'extraction du sucre de façon que l'hydrolyse suivante s'effectue en l'absence de tout liquide d'enrobage. 4.

   Procédé selon la revendication et la sous-revendication 3, caractérisé par le fait que l'excès de liquide aqueux est enlevé par égouttage. Procédé selon la revendication et la sous-reven.dication 2, caractérisé en ce que les hydrolyses successives sont réalisées avec des solutions diluées d'acide chlorhydrique dont la, concentration décroît d'une extrémité à l'autre de la batterie d'hydroly leurs, depuis 6 grammes par litre au maximum dans la première hydrolyse, .jusqu'à. 2,. grammes par litre au minimum dans la dernière. 6.

   Procédé selon la revendication et la sous-revendieation ?, caractérisé en ce que les hydrolyses successives sont réalisées avec des solutions diluées d'acide sulfurique dont la, concentration décroît d'une extrémité à l'autre de la batterie-d'hydrolyseurs, depuis 10 grammes par litre au maximum dans la première hydrolyse, jusqu'à 3@ grammes par litre au minimum dans la dernière. 7.

   Procédé .selon la revendication et la sous-revendieation 2', caractérisé en ce que les températures d'bydrolyses s'échelonnent de puis<B>150'</B> au minimum dans la première hy drolyse, jusqu'à 2l)0 au maximum dans la dernière. S. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce qu'on recueille séparément la so lution riche en pentoses provenant de la pre mière diffusion en vue de la fabrication du furfurol. 9.

   Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que les chambres d'hydrolyse et les chambres de diffusion ont des -dimensions décroissant d'une extrémité à l'autre de l'ap pareil de traitement. 10. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que le résidu de la dernière hydrolyse est lavé méthodiquement avec de l'eau pure en vue de la désacidification de la lib ineépuiséeenconstituantssaceharifiables. 11. Procédé selon la revendication et la sous-revendication 10, caractérisé en ce que l'eau pure est employée froide. 121.

   Procédé selon la revendication -et la sous-revendication 10, caractérisé en ce que l'eau pure est employée chaude. 13@. Procédé selon la. revendication, carac térisé en: ce que le liquide aqueux est de l'eau. 14.

   Procédé selon la revendication et la sous-revendication 13, caractérisé en ce qu'après chaque diffusion on ajoute à la: ma tière cellulosique humide un acide dont la concentration et la quantité ont été calculés de telle façon que l'acidité requise soit at teinte sans que le volume de liquide retenu par la matière soit sensiblement supérieur à ce qu'il aurait été si la diffusion avait été effectuée directement par une solution acide de la concentration voulue. 15. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que chaque diffusion est exécu tée dans une batterie ayant des éléments en bois.