Procédé d'enrichissement en azote des vinasses de betteraves et appareillage pour la mise en #uvre de ce procédé Les vinasses de betteraves sont des résidus provenant des sucreries ou des distilleries des betteraves. Celles provenant des sucreries con tiennent une assez forte proportion d'eau, des matières organiques en suspension colloïdale et aussi des matières minérales parmi lesquel- les un peu d'azote (3 1/2 à 41/2 %)
et de la potasse (7 à 8 %). Celles provenant de la dis- tillerie des betteraves ne contiennent à peu près pas d'azote ni de potasse.
Les vinasses de sucrerie ont une utilisation comme agents fertilisants, en raison de leur teneur en azote et en potasse. Elles entrent aussi, en leur état primitif, dans la composi tion de certains engrais et amendements.
Les vinasses de distillerie ne peuvent être utilisées pour ces usages, en raison de leur manque à peu près total d'éléments fertilisants, et ce bien qu'elles renferment des matières organiques qui peuvent offrir un intérêt en agriculture, en raison de leur pouvoir humi fère.
La présente invention vise à enrichir ces vinasses de betteraves en azote, afin de pou voir leur faire jouer le rôle d'engrais ou les faire entrer dans la composition d'engrais, qu'il s'agisse des vinasses de sucrerie ou des vinasses de distillerie.
Elle concerne un procédé dans lequel on traite ces vinasses par de l'ammoniac, en vue de fixer sur celles-ci à la fois de l'ammoniac par dissolution dans l'eau de la vinasse, de l'ammoniac par absorption sur les micelles de la solution colloïdale que constitue la vinasse et de l'azote par réaction de l'ammoniac sur la molécule organique.
L'ammoniac peut être employé sous trois formes : liquide, gazeuse ou aqueuse. L'emploi d'ammoniac liquéfié donne les résultats industriels les plus intéressants. L'emploi d'ammoniac gazeux présente l'in convénient que la fixation de l'ammoniac ga zeux dégage plus de chaleur que celle de l'am moniac liquéfié, ce qui entraîne une consom mation d'eau de refroidissement plus impor tante.
Lors de l'emploi de l'ammoniac en phase aqueuse, on opère avec des lessives ammonia cales très concentrées <I>(50</I> (/o NH3 et au-des sus), en mélangeant simplement ces lessives en proportions judicieuses avec les vinasses qu'il s'agit de traiter et d'enrichir. Bien entendu les solutions ammoniacales dont il s'agit ne pouvant se conserver que sous pression comprise entre 1,5 et 3 atmo sphères, les opérations de mélange ne peuvent avoir lieu que dans des récipients étanches et résistant à la pression.
Suivant un mode de mise en oeuvre du pro cédé selon l'invention, on verse dans un appa reil d'absorption - 10 000 litres d'eau<B>;</B> - 33 350 litres de vinasse de mélasse, de densité 1,3, c'est-à-dire 40 000 kg en viron de vinasse.
Cette vinasse renferme à l'origine : 3,6 % d'azote organique, 25 % d'eau et 7,2 % de potasse.
A la partie inférieure du liquide ainsi ob tenu, on fait arriver par une rampe de diffu sion de l'ammoniac liquéfié. Au contact de la solution, l'ammoniac se vaporise en cédant du froid à la masse, puis le gaz ammoniac dé gagé se fixe quantitativement sur la vinasse avec dégagement de chaleur.
Ce dégagement de chaleur est supérieur à la production de frigories due à la vaporisa tion de l'ammoniac liquéfié. Il s'ensuivrait donc un échauffement de la masse qui nuirait à une bonne absorption et entraînerait rapide ment un dégazage si l'appareil n'était muni d'un système de refroidissement permettant de maintenir la température de la masse en réaction à 20 - 220 maximum.
De cette température maxima dépend la limite de saturation que l'on pourra atteindre pour la vinasse.
En pratique, dans l'exemple considéré, on fait absorber 15 000 kg d'ammoniac anhydre liquéfié, c'est-à-dire d'ammoniac pur au mé lange précédent. Il n'y a pendant l'opération aucun dégazage et la totalité de cet ammoniac se fixe bien sur le mélange de vinasse et d'eau, sous les trois formes indiquées précédemment.
Dans ces conditions, le poids total de pro duits finalement obtenus est de 65 000 kg dans lesquels sont inclus les 15 000 kg d'am moniac pur. La teneur en azote ammoniacal est donc de .
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A cette teneur en azote ammoniacal, il y a lieu d'ajouter l'azote organique qui a été amené par la vinasse et qui est de
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La teneur en azote total de la liqueur ob tenue est donc de 19 -f- 2,21 = 21, 21,% N total Or, il faut tenir compte que, dans le cas envisagé, on a opéré à la pression ordinaire, c'est-à-dire que rien ne s'opposait à ce que l'ammoniac ne traverse le liquide sans être retenu par celui-ci.
D'autre part, il est à considérer la quantité d'eau totale se trouvant dans la liqueur
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- <SEP> Eau <SEP> de <SEP> la <SEP> vinasse
<tb> 40 <SEP> 000 <SEP> X <SEP> 25 <SEP> 0/0 <SEP> = <SEP> 10 <SEP> 000 <SEP> kg
<tb> - <SEP> Eau <SEP> d'appoint <SEP> = <SEP> <U>10 <SEP> 000 <SEP> kg</U>
<tb> soit <SEP> au <SEP> total <SEP> : <SEP> 20 <SEP> 000 <SEP> kg Dans ces 20 000 kg d'eau, s'il n'y avait eu que dissolution, il faudrait admettre que 15 000 kg d'ammoniac pur ont été dissous, ce qui correspondrait à une lessive ammoniacale renfermant environ 42,0/0 d'ammoniac dis sous.
Or, il est constant qu'une lessive d'ammo niac aussi concentrée ne peut être préparée et conservée que sous pression de 1 kg 1/2 environ à 20() de température.
Ceci démontre que l'ammoniac s'est fixé par dissolution sans doute, mais également par d'autres modes qui sont ceux précédemment mentionnés, c'est-à-dire adsorption de l'am moniac par les micelles de la vinasse et fixa tion de l'azote de l'ammoniac sur la molécule organique.
L'analyse chimique donne, d'ailleurs, exac tement ces résultats. Pour l'exemple ci-dessus, le dosage de l'azote total par la méthode de Kjeldhal four nit, en effet, un résultat équivalent à la teneur globale de la liqueur en azote soit 21,21,%.
En procédant ensuite au déplacement de l'ammoniac en dissolution par simple distil lation, suivant une méthode également classi que, on trouve une quantité d'azote en disso lution égale à 12,47 0/0.
Enfin, si dans la liqueur provenant de la distillation précédente, on ajoute de la soude suivant une méthode connue et si l'on pour- suit la distillation, on trouve 3,14% d'azote, ce qui correspond à la quantité d'azote ab sorbée.
Par différence, on a 21,21 -(12,47 -f- 3,14) = 5,60 Cette différence entre l'azote total et les deux autres formes d'azote qui ont été dosées correspond à l'azote organique ; ceci montre que la teneur initiale de cet azote moléculaire qui n'était que de 2,21 0/0, est passée à 5,60 %. L'exemple examiné ci-dessus fait donc res sortir clairement deux phénomènes capitaux d'une part,
il est possible de fixer à la pression ordinaire une proportion d'am moniac qui est d'un ordre bien supé rieur à celle que l'on pourrait fixer sur l'eau contenue dans cette vinasse. Pour fixer les idées et en opérant à la pres sion ordinaire, on ne pourrait fixer sur les 20 tonnes d'eau présentes que 10 000 kg d'ammoniac et encore, ce chiffre correspond à un alcali à 280 Bé, ce qui est un maximum dans un pro duit déjà instable ; - d'autre part, cette fixation se fait sous trois formes : par dissolution, par ad- sorbtion et surtout par enrichissement de la molécule en azote, c'est-à-dire sous forme organique, ce qui est très important.
Le mode de faire ci-dessus décrit dans le cas des vinasses de sucreries s'applique, bien entendu aux vinasses de distilleries. Toutefois, étant donné que ces derniers produits ne ren- ferment pas d'azote organique au départ, une proportion moindre d'azote se trouvera fina lement fixée sur la molécule organique.
En outre, dans le cas précédemment dé crit, l'absorption de l'ammoniac a eu lieu dans des liqueurs soumises à la pression ordinaire. Si l'on opère dans des récipients étanches et résistant à la pression intérieure, il est bien évident que l'on augmente considérablement la proportion d'ammoniac fixée sur les vinas ses, quelle que soit la forme de cette fixation.
Bien entendu, la conservation de solutions obtenues sous pression doit également être as surée dans des récipients étanches et suppor tant la même pression interne. Cet enrichisse ment des vinasses sous pression présente de nombreux avantages, dont le principal est la vitesse d'absorption de l'ammoniac. A tempé rature égale de la solution, on peut en effet augmenter considérablement le débit de l'ab sorption en opérant sous pression.
Les solutions ainsi chargées de très fortes proportions d'azote en provenance de l'ammo niac, constituent un produit noble. qui, trans porté en citernes étanches et sous pression, peut supporter des frais de transport qui étaient intolérables pour la vinasse brute. L'ordre de grandeur des pressions mises en aeuvre est quelconque.
Dans l'exemple précédent, la liqueur a été chargée au moyen d'ammoniac anhydre em ployé en phase liquide. Sous cette forme, les deux liquides étant en contact direct, la masse a bénéficié des frigories de refroidissement que restitue le passage de l'ammoniac de l'état liquide à l'état gazeux.
Il est bien entendu qu'on aurait pu, de la même façon, enrichir la liqueur précédente en injectant dans celle-ci de l'ammoniac à l'état de gaz. Le seul inconvénient est que le déga gement de chaleur de l'absorption est environ 3 fois plus élevé que dans le premier cas ; par conséquent, si l'on veut enrichir rapidement la solution, c'est-à-dire maintenir la tempéra ture constante, il faut disposer de moyens de refroidissement plus puissants. Cela se traduit par une consommation d'eau environ 3 fois plus élevée, si l'on a recours, pour refroidir le bain, à un serpentin avec circulation d'eau.
Enfin, si l'on considère le cas d'enrichis sement au moyen d'une lessive ammoniacale très concentrée, il suffit de mélanger cette der nière à une proportion quelconque de vinasse brute.
Les liqueurs ammoniacales très concen trées sont conservées sous pression, de sorte que, pour une concentration moyenne de la vinasse enrichie finale, il suffit de détendre la lessive ammoniacale au sein de la vinasse, en opérant à la pression ordinaire.
Par exemple, si l'on opère avec 40 000 kg de vinasse et 20 000 kg de lessives alcalines à 50 % de NH3, on place la vinasse dans un récipient approprié, au fond duquel on fait arriver la lessive alcaline en minces filets. Cette lessive est à une pression d'environ 2 kg à 200 de température. Elle se détend donc dans la masse en se mélangeant, et sa pression se trouve ramenée à la pression ordinaire.
Avec les données de l'exemple considéré, on obtient finalement une liqueur contenant 16,11 % d'azote total, ce qui est déjà une con- centration élevée.
Si l'on désire obtenir des concentrations plus élevées, il y a lieu d'opérer le mélange sous pression, étant admis que la lessive am moniacale a une concentration plus élevée que la précédente et que la pression finale, dans l'appareil de mélange, bien que moins élevée que celle de la lessive ammoniacale, est néan moins supérieure à la pression ordinaire.
A titre d'exemple, il est ci-après décrit en référence à l'unique figure du dessin annexé, une forme d'exécution d'un matériel permet tant l'enrichissement ,des vinasses par mise en aeuvre du procédé objet de l'invention.
L'installation représentée est destinée à fonctionner sous une pression supérieure à la pression ordinaire. Il faut remarquer cepen dant qu'elle peut également fonctionner à la dite pression ordinaire : il suffit pour cela de la mettre en communication avec l'atmosphère en laissant constamment ouverte la soupape 1.
Cette installation se compose essentielle ment d'un absorbeur 2, d'une cuve 3 formant garde hydraulique, d'une pompe de circula tion 4 et d'une citerne de stockage 5.
L'alimentation en ammoniac pur se fait par n'importe quelle source, mais lorsqu'on n'avoisine pas immédiatement une usine de production, cette alimentation a lieu, en pra tique, par camions-citernes ou wagons-citer nes. Au dessin est représenté un wagon- citerne 6.
L'absorbeur 2 est un récipient en tôle or dinaire, de forme cylindrique et de dimensions convenables. Il est naturellement établi et éprouvé pour les pressions de service deman dées. Il comporte à son intérieur un serpentin 7, à circulation d'eau de refroidissement. Ce serpentin est alimenté en eau froide prove nant d'une source quelconque et dont le débit est réglé par une vanne 8. L'eau réchauffée s'écoule par une tubulure 9 dans un entonnoir 10 en communication avec l'égout.
A la partie inférieure de l'absorbeur, sont disposées une ou plusieurs rampes 11 de dif fusion d'ammoniac. Chacune de ces rampes est constituée par un tube, de préférence en acier inoxydable et percé, suivant une géné ratrice, de trous régulièrement espacés et de petit diamètre. Les trous sont percés vers le bas, de manière que le jet de liquide qui les traverse soit projeté vers le fond de l'appareil.
Ces rampes sortent à l'extérieur de l'ab- sorbeur et, par l'intermédiaire d'un collec teur, sont reliées à une vanne 12 qui sert à régler le débit d'ammoniac liquide ou gazeux.
Cette vanne 12 est elle-même reliée aux vannes du wagon-citerne par l'intermédiaire d'un tube rigide 13 et d'un tuyau flexible 14.
L'absorbeur comporte un niveau 15 per mettant le contrôle du remplissage et de l'en richissement, et un thermomètre 16, qui per met de régler le débit d'eau de refroidissement, afin de ne pas dépasser une température dé terminée à l'intérieur de l'absorbeur.
A la partie inférieure de l'appareil se trouve une vanne de vidange 17 qui, au moyen d'un tube 18, permet d'écouler, par simple gravité, le produit fini dans la citerne de stockage 5. La simple gravité peut aisément fonctionner, en raison de l'existence du tube 19 mettant en communication les phases ga zeuses des récipients 2 et 5, ce qui a pour effet d'équilibrer les pressions dans ceux-ci.
De la partie supérieure de l'absorbeur 2 part une tuyauterie 20 qui plonge au fond de la garde hydraulique 3. Ce dernier appareil est constitué par un récipient en tôle d'acier or dinaire pouvant supporter les pressions de ser vice et dont le volume peut n'être que la moi tié ou même le tiers de celui de l'absorbeur 2.
Ce récipient cylindrique 3 reçoit le plon geur 20 sur lequel se trouve piqué le mano mètre 21. A sa partie supérieure, il porte la soupape de sûreté 1 et deux vannes 22 et 23 aboutissant à un collecteur permettant d'in troduire dans la garde hydraulique 3 les liqui des nécessaires, tels que, par exemple, eau et vinasse. Naturellement, l'eau et la vinasse se ront à une pression supérieure à celle qui règne dans les récipients 2, 3 et 5.
La partie inférieure de la garde hydrauli que 3 est munie d'une vanne de vidange 24 en communication avec l'aspiration de la pompe 4. La tuyauterie de refoulement 25 de cette pompe aboutit à la partie supérieure de l'ab- sorbeur 2.
Le fonctionnement de cette installation est le suivant Si le wagon 6 contient de l'ammoniac li quéfié, on relie la vanne inférieure 26 de ce wagon à la vanne 12 d'admission aux rampes de diffusion 11, cette liaison s'effectuant par le tuyau flexible 14. On remplit ensuite jusqu'à un niveau dé terminé l'absorbeur 2 avec des quantités con venables de vinasse et d'eau ou même de vi nasse pure. L'eau et la vinasse sont pompées alternativement par la pompe 4 après ouver ture des vannes 22 et 23 qui amènent ces deux liquides à la garde 3.
Le remplissage étant terminé, on ouvre la vanne 26 d'ammoniac liquide du wagon 6 et l'on ouvre ensuite graduellement la vanne d'ad mission 12 d'ammoniac dans les rampes de diffusion 11, de manière à régler le débit d'ammoniac liquide. Ce dernier se règle en fonction de la température indiquée par le thermomètre 16, ainsi que par le débit d'eau de refroidissement réglé lui-même par la vanne 8.
Au fur et à mesure de l'enrichissement de la liqueur en ammoniac, le niveau s'élève dans l'absorbeur 2, indiqué par le niveau 15. Les gaz se trouvant dans l'absorbeur au-dessus de la phase liquide sont progressivement refoulés dans la tubulure de dégazage 20 qui plonge à la partie inférieure de la garde hydraulique 3. Cette dernière a été remplie à moitié avec de l'eau, de sorte que l'ammoniac refoulé par la montée du liquide dans l'absorbeur vient se dissoudre dans l'eau de la garde hydraulique 3. On obtient ainsi une récupération automa tique, et cette eau, très faiblement chargée d'ammoniac est utilisée pour l'opération sui vante.
Il est, en outre, à remarquer que dans le cas où le débit de la vanne 12 qui admet l'ammoniac anhydre à la base de l'absorbeur 2 serait trop élevé, l'absorption ne sera plus quantitative et les gaz non retenus viendront barboter à la base du plongeur 20 dans la garde hydraulique 3. On se rend, d'ailleurs, facilement compte de ce débit excédentaire par la montée du liquide dans l'indicateur de niveau 27 de la garde hydraulique 3 ; on ré duit donc le débit de la vanne 12 en consé quence.
Il est à noter que cette installation permet de dépoter directement les citernes contenant l'ammoniac anhydre, qu'il s'agisse de wagons ou de camions. C'est là une simplification, étant donné qu'habituellement le décharge ment des citernes a lieu par gravité dans des récipients de stockage d'ammoniac anhydre, récipients qui sont timbrés à 20 kg et éprou vés, par conséquent, à 30 kg, d'où des frais d'immobilisation énormes.
Avec une installation comme celle ci- dessus décrite, il est possible de décharger une citerne de 10 tonnes en 12-14 heures, ce qui rend parfaitement inutile le réservoir de stockage d'ammoniac anhydre, d'où une très grande économie.
Naturellement, la même installation peut servir à l'absorption d'ammoniac en phase gazeuse. Pour ce faire, il suffit de brancher le tuyau flexible 14 à une source de gaz am moniac sous pression ou sur la vanne supé rieure 28 du wagon 6.
De même, si l'on veut procéder par mé lange de lessives ammoniacales très concen trées avec des vinasses, on reçoit ces lessives dans un wagon sous pression, tel que le wagon 6, et il suffit, comme dans le cas de l'ammoniac anhydre, de relier les rampes de diffusion de l'absorbeur 2 au point bas de la citerne du wagon 6 par l'intermédiaire du flexible 14.
Par conséquent, cette installation permet de travailler sans modification dans les trois cas, c'est-à-dire avec de l'ammoniac anhydre liquéfié, de l'ammoniac en phase gazeuse, ou encore une lessive ammoniacale.
L'enrichissement des vinasses peut, bien entendu, ne pas se limiter à l'absorption de l'ammoniac, c'est-à-dire à leur seul enrichis sement en azote.
C'est ainsi, par exemple, qu'il est possible d'augmenter la teneur des vinasses en potasse. Dans ce but, au lieu d'employer de l'eau pure comme eau d'appoint, ainsi qu'il a été men tionné dans l'exemple ci-dessus cité, il y a lieu d'utiliser de l'eau tenant déjà en solution une quantité judicieusement choisie d'un sel de po tasse quelconque.
C'est ainsi encore qu'il est possible d'enri chir les vinasses en acide phosphorique, soit en dissolvant dans l'eau d'appoint des phos phates solubles, tels que le phosphate diammo- nique, par exemple, ou mieux encore, en ajou tant à la liqueur, une proportion convenable d'acide phosphorique ou d'acide nitrique libre.
Dans ces conditions, la saturation en phos phate ou en nitrate diammonique a lieu au sein de la masse.
Il va de soi que l'on peut enrichir simul tanément en deux, trois et même en un nombre plus élevé d'éléments fertilisants. Couram ment, on peut ainsi préparer des mélanges ter naires renfermant à la fois les éléments N, P et K sous telle forme et dans telle proportion choisies, ces produits constituant eux mêmes de véritables engrais qui peuvent être prépa rés à des concentrations quelconques.
Il est également possible de se servir des solutions obtenues dans les conditions précé dentes comme matières premières dans n'im porte quelle fabrication d'engrais composés, granulés ou non.