Procédé de fabrication de l'hydroxyéthylcellulose
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de l'hydroxyéthylcellulose (HEC), par réaction d'oxyde d'éthylène gazeux avec de l'alcalicellulose. L'invention apporte un procédé continu de traitement d'un lit de particules fibreuses d'alcalicellulose par de l'oxyde d'éthylène gazeux, produisant une forme améliorée d'HEC qui est susceptible d'être lavée, séchée et granulée de façon efficace.
L'une des difficultés de la production d'une HEC commercialement satisfaisante est la réalisation de l'uniformité de substitution de l'oxyde d'éthylène sur la cellulose. Bien que cela ait été possible par traitement de bandes ou de feuilles de cellulose, tout d'abord par de l'hydroxyde de sodium pour former de l'aicalicellulose, puis par de l'oxyde d'éthylène, il n'existait pas de méthode satisfaisante pour la production continue d'HEC à partir d'un lit ou d'une masse volumineuse lâche de particules fibreuses de cellulose. L'invention est basée sur la découverte que par avance d'un lit ou masse volumineuse et lâche de fibres d'alcalicellulose sur un transporteur vibrant, en contact avec l'oxyde d'éthylène gazeux, on obtient une pénétration complète de la masse, une durée de rétention réglée, et une réaction uniforme et effective.
Il est ainsi possible de déplacer continuellement une masse épaisse et volumineuse de particules de cellulose, qui a préalablement réagi avec une solution d'hydroxyde de sodium, en contact avec de l'oxyde d'éthylène de manière à réagir avec celui-ci pour former de 1'HEC, et de la déplacer à une vitesse suffisamment ralentie pour que la maturation et l'éthérification s'effectuent pendant le contact avec l'oxyde d'éthylène gazeux. Le système à transporteur vibratoire utilisé dans le procédé déplace progressivement la cellulose dans la chambre à gaz par une multiplicité de pulsations qui soulève la cellulose et la laisse retomber, en augmentant et en réduisant alternativement l'espace compris entre la matière et le transporteur.
Ceci provoque une sorte d'action de pompage ou de respiration qui chasse l'oxyde d'éthylène gazeux aller et retour à travers la masse d'alcalicellulose en mouvement.
Pour exécuter le procédé selon l'invention on peut utiliser un appareil qui comprend un transporteur vibratoire en spirale de type et de construction connus, fonctionnant à l'intérieur d'une chambre étanche aux gaz telle qu'une tour, ledit transporteur étant agencé de façon à faire monter ou descendre progressivement, dans la chambre étanche aux gaz, le lit de matière devant réagir avec le gaz. La tour est pourvue de moyens pour l'admission et l'évacuation de gaz, pour le réglage de la pression et de la température et pour le réglage de la vitesse de vibration qui commande le débit de la matière en réaction à travers la chambre et la respiration d'une profondeur de lit donnée.
L'appareil peut comprendre deux transporteurs reliés en série, dans l'un desquels la matière monte jusqu'à son sommet puis est amenée par un conduit fermé jusqu'au fond de l'autre réacteur pour une répétition du mouvement ascendant.
Des soupapes d'amenée et de fourniture appropriées sont prévues pour permettre la mise en oeuvre de différents types de traitement dans les deux réacteurs. Par exemple, l'un des transporteurs peut être utilisé comme réacteur et l'autre peut être utilisé pour la maturation ou dépolymérisation.
Le dessin représente schématiquement une forme d'exécution de l'appareil pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, ainsi qu'un réacteur. Dans le dessin, les fig. la et lb représentent l'appareil en deux parties en raison de sa longueur. En réalité, l'appareil est continu.
L'installation illustrée comprend un appareil 1 pour la transformation de feuilles de pulpe de cellulose en alcalicellulose. Un appareil et un mode opératoire préférés sont décrits plus complètement dans le brevet des U. S. A. No 2614102. Dans le procédé de ce brevet, la solution d'hydroxyde de sodium de macération est chassée à travers la feuille de pulpe de cellulose P au cours d'une opération dénommée traitement de tirage à travers qui effectue une alcalinisation uniforme de la cellulose au degré désiré.
La feuille de pulpe d'alcalicellulose P, dont la soude caustique en excès a été retirée par succion et par pression, passe dans un disque de défibrage continu 2 qui désintègre la feuille en une masse fibreuse qui est déposée dans le conduit de transporteur 3, d'où elle est envoyée par des moyens mécaniques d'alimentation dans la trémie 4. Il est entendu que l'alcalicellulose peut aussi être formée à partir de cellulose en vrac, par une opération de macération en suspension. Cette forme d'alcalicellulose fibreuse peut être passée dans le disque de défibrage ou être déposée directement dans la trémie 4 pour la suite du procédé. On notera que le conduit 3 et la trémie 4 sont complètement fermés pour exclure l'air atmosphérique. De la trémie 4, l'alcalicellulose est amenée à travers un sas d'alimentation rotatif 5 étanche aux gaz dans la partie inférieure du réacteur 6.
On peut utiliser à cet effet n'importe quel sas approprié du type permettant l'alimentation d'un solide dans un conduit ou chambre contenant un gaz confiné.
Le réacteur comprend un transporteur vibratoire en spirale 7 supporté autour d'un arbre central 8 et monté pour vibrer sur une base 9. Le dispositif vibreur 10 est monté sur la base et est agencé de façon à faire vibrer le transporteur à la fréquence naturelle et à l'amplitude désirées. Le transporteur est de forme extérieure générale cylindrique et est entièrement enfermé dans une enveloppe, par exemple une tour 11 qui forme une chambre étanche aux gaz. Un type approprié de transporteur vibratoire en spirale est fabriqué par la Carrier Conveyor
Corporation de Louisville, Kentucky, U. S. A. Chacun de ces transporteurs comporte sur la base 9 un vibrateur entraîné électriquement, comme représenté pour le réacteur 20.
Le transporteur illustré consiste en une auge en spirale de section transversale rectangulaire, ouverte au sommet, et la cellulose fibreuse P monte le long du transporteur en conséquence de la vibration.
Le réacteur 6 présente un orifice d'admission 12 pour l'oxyde d'éthylène gazeux et un orifice de sortie 13 pour ce gaz, qui peut être remis en circulation dans le système à l'aide de moyens de pompage appropriés non représentés. Tout l'espace entourant le transporteur est maintenu dans une atmosphère d'oxyde d'éthylène gazeux à la température et à la pression appropriées. Le chauffage peut être réalisé en chauffant l'oxyde d'éthylène en circulation ou au moyen de serpentins à vapeur d'eau, de corps de chauffe électriques ou d'autres moyens classiques, placés à l'intérieur de l'enveloppe.
L'HEC formée dans le réacteur 6 est évacuée par le conduit 14, puis est chassée, à travers le sas étanche aux gaz 15 entraînés mécaniquement, dans le conduit d'alimentation 16 muni d'une vis, qui dépose 1'HEC dans la trémie 17. Le sas 15 empêche le libre passage de l'oxyde d'éthylène gazeux dans le conduit 16.
L'HEC passe de la trémie 17 dans la partie inférieure du réacteur 20 à travers le sas d'alimentation 18 étanche aux gaz. Ce réacteur peut être semblable au réacteur 6 et est utilisé pour effectuer une maturation de 1'HEC. Cette maturation est réalisée en soumettant 1'HEC à une oxydation contrôlée à l'aide d'air ou d'oxygène maintenu à la température convenable à l'intérieur de l'enveloppe ou tour 21, par admission de ces gaz par l'orifice 22. L'HEC mûrie est évacuée dans le conduit 23 d'où elle est acheminée à travers le sas étanche aux gaz 24 entraîné mécaniquement dans le conduit d'alimentation à vis d'Archi- mède 25. Le sas 24 empêche le passage d'une quantité appréciable de gaz de la tour 21 dans le conduit 25. L'HEC mûrie est amenée dans la trémie 26.
De cette trémie, FHEC est introduite au débit désiré à travers le sas 27 dans un appareil de lavage 28, qui est de préférence un laveur centrifuge continu.
Cette opération est effectuée avec de l'eau pour éliminer l'alcali caustique résiduel et les sous-produits solubles dans l'eau. La solution caustique diluée résultant de cette opération peut être envoyée dans une installation de régénération de la lessive caustique, pour être récupérée et réutilisée dans l'opération de macération.
L'HEC lavée ainsi obtenue sous forme d'une masse de particules, passe dans le transporteur 29 et tombe dans la trémie 30. De la trémie 3O, la masse traverse un moulin de granulation 30', qui comprime la matière en granules relativement denses et assez uniformes de grosseur variant par exemple de 3,2 à 9,5 mm. Ces granules peuvent être formés par extrusion de 1'HEC à travers des filières, sous forme de barres qui se brisent en courts tronçons durant l'extrusion. Les granules passent dans le transporteur 31 et tombent dans la trémie 32, d'où ils sont amenés dans un séchoir rotatif dans lequel ils sont séchés à l'aide d'un courant d'air chaud insufflé dans le séchoir 33 par l'ouverture 34.
L'opération peut être effectuée à pression atmosphérique ou à d'autres pressions obtenues au moyen de la pompe de circulation (non représenté). Les granules séchés sortent par l'extrémité opposée 35 et l'air chaud chargé d'humidité est évacué dans l'atmosphère en 36. Les granules peuvent être ensachés pour l'expédition ou être transportés vers d'autres installations de traitement.
La réaction des fibres d'alcalicellulose avec t'oxyde d'éthylène se fait dans le réacteur 6. Dans cette opération, un lit relativement profond de fibres
P lâches et volumineuses est déplacé progressivement et continuellement à travers le réacteur, en contact avec l'oxyde d'éthylène gazeux à la température et à la pression désirées. La vibration du transporteur 7 provoque le mouvement ascendant bien connu de la matière. Ce mouvement, convenablement équilibré quant à sa fréquence et son amplitude, soulève la matière et la laisse retomber un grand nombre de fois par seconde, ce qui provoque une sorte d'action de pompage produisant une pénétration profonde de la couche de fibres par le gaz réactif, grâce à une pression négative.
En d'autres termes, le gaz est aspiré à travers la couche, vers l'intérieur et vers l'extérieur, un grand nombre de fois par seconde, ce qui assure un contact complet et uniforme de toutes les fibres avec le gaz.
On peut ensuite obtenir des granules d'HEC sous forme d'un produit pour l'expédition à l'industrie, en vue de son emploi dans des opérations économiques et de grandeur minimum, de filage de filaments et de formation de feuilles et autres produits associés.
L'opération peut être réglée, tant en ce qui concerne la macération avec l'hydroxyde de sodium que l'éthérification avec l'oxyde d'éthylène, de manière à former un produit présentant les caractéristiques de solubilité désirée, comme décrit plus complètement dans le brevet des U. S. A. No 2847411.
Pour un but particulier, l'opération peut être conduite de manière à effectuer une alcalinisation uniforme de pulpe riche en a-cellulose du type comportant des longueurs de chaîne relativement uniformes, et un traitement de la cellulose alcalinisée avec de l'oxyde d'éthylène afin de substituer sur la cellulose de 2 % à 8 % environ d'oxyde d'éthylène et former de 1'HEC qui est sensiblement entièrement soluble dans une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium à 5 % à environ 0O C, mais qui est sensiblement insoluble dans l'eau. Un produit de cette nature a pour caractéristique importante d'être lavable à l'eau pour l'élimination de l'alcali caustique en excès et des sousproduits, sans dissolution et perte appréciable d'HEC.
Le produit granulé et séché résultant peut être facilement solubilisé dans la solution caustique diluée en vue d'un traitement subséquent ou de l'emploi.
Comme décrit précédemment, le réacteur 6 ou 20 consiste en un transporteur vibratoire 7 enfermé dans l'enveloppe étanche aux gaz 20. Cette enveloppe est raccordée de façon étanche aux gaz avec la fermeture de base 40 en 41. La plate-forme 42 sur laquelle est fixé le transporteur 7 est reliée à la base 9 par des bielles obliques 43 et des ressorts 44. La came excentrique 45 entraînée par un moteur fait monter et descendre le transporteur, alors que les ressorts et les bielles provoquent un mouvement latéral. L'amplitude du mouvement peut varier entre environ 6 mm et 2,5 cm à une fréquence de 500 à 700 cycles par minute. L'amplitude et la fréquence peuvent être ajustées de manière à réaliser à la fois le degré de respiration et la durée de séjour dans l'appareil particulier qui sont nécessaires pour assurer une réaction complète.