EP0915748A1 - Procede pour l'impregnation de matieres organiques fibreuses hydratees, et installations pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Procede pour l'impregnation de matieres organiques fibreuses hydratees, et installations pour la mise en oeuvre de ce procede

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EP0915748A1
EP0915748A1 EP96927106A EP96927106A EP0915748A1 EP 0915748 A1 EP0915748 A1 EP 0915748A1 EP 96927106 A EP96927106 A EP 96927106A EP 96927106 A EP96927106 A EP 96927106A EP 0915748 A1 EP0915748 A1 EP 0915748A1
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EP
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water
impregnation
constitution
treated
heating
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EP96927106A
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Pierre-Olivier Cogat
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Aurore Developpement
Original Assignee
Cogat Pierre-Olivier
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K5/00—Treating of wood not provided for in groups B27K1/00, B27K3/00
    • B27K5/003—Treating of wood not provided for in groups B27K1/00, B27K3/00 by using electromagnetic radiation or mechanical waves
    • B27K5/0055—Radio-waves, e.g. microwaves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K3/00—Impregnating wood, e.g. impregnation pretreatment, for example puncturing; Wood impregnation aids not directly involved in the impregnation process
    • B27K3/02—Processes; Apparatus
    • B27K3/0207—Pretreatment of wood before impregnation
    • B27K3/0221—Pore opening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K3/00—Impregnating wood, e.g. impregnation pretreatment, for example puncturing; Wood impregnation aids not directly involved in the impregnation process
    • B27K3/02—Processes; Apparatus
    • B27K3/08—Impregnating by pressure, e.g. vacuum impregnation

Definitions

  • the invention relates to a method for impregnating hydrated fibrous organic materials, such as, for example, wood, fruit, cereal or oilseed grains, skins. It also relates to installations for the implementation of this process. More particularly, the invention relates to a process and installations allowing the impregnation of hydrated fibrous organic solid materials by self-vaporization of the water of constitution under instant vacuum and injection under pressure of a solution of solute to be injected.
  • hydrated fibrous organic materials means any fibrous organic material comprising water of constitution in both free and residual waters.
  • the air disposed between the multiple fibers of the wood is removed by vacuum in an airtight enclosure.
  • the wood is dried beforehand and has a residual humidity of the order of seven to eight percent (7 to 8%) and therefore therefore has a pre-existing porous structure.
  • the vacuuming phase only causes deaeration intended to eliminate the air included in the wood fibers.
  • the invention relates to a method for permeating at heart hydrated fibrous organic materials comprising water of constitution by means of a treatment liquid, such as for example a fungicidal solution, a solution of salts with hardening or flame retardant effect. , an enzymatic solution for the treatment of wood, or a sugar solution for applications in confectionery, or a salty solution for applications in salt cakes, or a tannin solution for the treatment of skins, etc.
  • a treatment liquid such as for example a fungicidal solution, a solution of salts with hardening or flame retardant effect.
  • an enzymatic solution for the treatment of wood or a sugar solution for applications in confectionery, or a salty solution for applications in salt cakes, or a tannin solution for the treatment of skins, etc.
  • the process according to the invention for the impregnation of hydrated fibrous organic materials comprising water of constitution is characterized in that it consists:
  • the invention consists: in a first phase, in heating a hydrated fibrous organic material, that is to say containing most of its constituent water (free water and residual water), preferably near 100 ° C to accumulate energy in the water of constitution; then, in a second phase, rapidly putting said hot material under reduced pressure in a very short time, of the order of a few seconds, so as to create inside said material a network of micro-channels which will be thus kept open by the fibrous structure and filled only with water vapor, said micro-channels running essentially radially from the heart to the periphery of the material thanks to the vaporization effect of an essential part of the free or residual water; then, in a third phase, to put in the vicinity of the outer end of these microchannels a solution of an impregnating liquid which, thanks to the
  • the wood was always previously dried or brought to a low level of humidity, so that it contains air in an existing porous structure as a result of drying. We therefore seek to eliminate this air included by heating and then vacuum to fill the porous structure with a treatment product.
  • the material is necessarily hydrated, that is to say with its water of constitution and is therefore not porous and contains no air significantly.
  • the heating step followed by the rapid vacuuming step by intermediate condensation of the vapors emitted, causes the vaporization of the water of constitution and thus the creation of a porous structure which was not pre-existing.
  • the micro-channels formed ensure perfect continuity of communication between the core of the material, that is to say the deepest zones and the periphery thereof. These micro-channels are only filled with steam. In this way, by internal condensation of this vapor, it is possible to impregnate at the heart of the material any treatment solution without having to use excessive back pressure.
  • the condensation of the water vapor is instantaneous thanks to the pressurization, the cold source then being constituted by the material itself.
  • the impregnation of the fibrous substances with a substance dissolved in water or any other solvent allows a deep impregnation. This impregnation is done by means of a liquid previously heated to a temperature greater than or equal to the equilibrium temperature of the corresponding vacuum.
  • the prior heating of the material (1st phase) is carried out by any suitable means, such as for example conduction with a hot surface or with a recirculating hot liquid, or even by the use of high-frequency waves;
  • the instantaneous vacuum (2nd phase) of the preheated material causes a self-evaporation of the water of constitution which creates in this material a new network of micro-channels of vapor different from what was obtained during drying .
  • the importance of release of instantaneous water vapor (close to 2.5 m 3 emitted in one second for one kilo of treated material) means that if existing channels are used for the evacuation of this vapor other ways are created, the first being insufficient to ensure the flow;
  • the proportion of micro-channels formed essentially depends on the difference between the reheating temperature and that corresponding to the vacuum. The greater this difference, the greater the volume of the micro-channels
  • the heating is carried out at a pressure greater than 0.5 bar absolute, preferably at a pressure between 0.5 and 3 bar absolute, any of the known means
  • the optimal vacuuming time is less than ten seconds, preferably of the order of six seconds.
  • the contacting of the impregnation liquid, previously heated to a temperature at least equal to the equilibrium temperature under vacuum, is carried out without variation of the reduced pressure.
  • the material does not undergo any overpressure which would cause a slight entry of said solution into the material, nor any effect of condensation.
  • the invention also relates to two installations for implementing this method.
  • the installation for the discontinuous impregnation of hydrated fibrous organic material connected by a valve to a vacuum source and means for heating said material is characterized in that it comprises a CT treatment enclosure where the various phases of the material are carried out, enclosure connected by pipes and valves to a mixing condenser CM having a water reserve and a recirculation circuit of cooled water allowing a setting under rapid vacuum of the treatment chamber, the water reserve constituting an accumulator of frigories.
  • the installation for the continuous impregnation of hydrated fibrous organic material comprising water of constitution is characterized in that it comprises:
  • An impregnation chamber connected to the evaporation chamber, in which the material to be treated is brought into contact with the impregnation solution, and subjected to an overpressure.
  • Figure 1 is a representation of an installation for the discontinuous implementation of the process according to the invention.
  • FIGS. 2a to 2d are schematic representations of the method according to the invention by means of the installation of FIG. 1.
  • Figure 3 is a summary representation for the continuous implementation of the method according to the invention.
  • the implementation of the process according to the invention can be carried out discontinuously, that is to say by subjecting the same quantity of materials to be treated successively to the different stages of the process, ie continuously, that is to say by circulating the material in different chambers ensuring each of the process functions.
  • Batch implementation ( Figures 1 and 2)
  • FIG. 1 The installation described diagrammatically in FIG. 1 makes it possible to process the different types of material referred to in the preamble discontinuously.
  • this installation mainly comprises a treatment chamber (CT), a mixing condenser, a pressure source (SP), a vacuum device (DV), these different elements being interconnected by a network of pipes and valves, thus than suitable recirculation systems.
  • CT treatment chamber
  • SP pressure source
  • DV vacuum device
  • the treatment chamber (CT) can be constituted by an enclosure, of the autoclave type, for example made of stainless steel, resistant to pressure and to vacuum.
  • This enclosure is associated with means for heating the material to be treated, which can be of various kinds.
  • it may be a liquid recirculation and heating circuit constituted by a pump (P) and a surface exchanger (El) whose function is to recover the liquid present in the bottom of the treatment chamber (CT) and reheat it then spray it on the material to be treated.
  • P pump
  • El surface exchanger
  • This treatment chamber (CT) is connected to the pressure source (SP) via a valve (V3) with rapid opening, that is to say less than one second.
  • This treatment chamber (CT) is also connected to the mixing capacitor (CM) by means of two valves (VI, V2) via pipes (T1, T2) of different section. In this way, according to the selected circuit (T1, T2), and the speed of opening of the valves (VI, V2), it is possible to modulate the evacuation time.
  • the mixing capacitor (CM) also consists of a steel enclosure, possibly stainless. Quite essentially, it contains a reserve of cold water (F), that is to say at a temperature much lower than that of the vapor extracted from the material to be treated, and typically of the order of 25 ° C at least.
  • This mixing capacitor (CM) is associated with a cold water recirculation circuit consisting of an exchanger (E2), for example of the surface exchanger type, then of one or two centrifugal pumps (P2, P3) with high debit.
  • This mixing capacitor (CM) is connected to a vacuum device (DV) essentially consisting of a vacuum pump and advantageously a system for regulating the vacuum level, in order to obtain optimal performance.
  • a vacuum device essentially consisting of a vacuum pump and advantageously a system for regulating the vacuum level, in order to obtain optimal performance.
  • valves (VI) and (V2) are open in order to put the treatment chamber (CT) in communication with the mixing condenser (CM) itself under very reduced pressure, of the order of 0, 07 bar absolute to 0.09 bar absolute. It follows that this almost instantaneous evacuation of the preheated material causes self-evaporation of the water constituting the fibrous material (see FIG. 2b). This evaporation creates in the material a network of micro-channels (5) of vapor putting in communication the core of the material with its periphery.
  • the extracted steam enters the mixing condenser and is condensed thanks to the presence of sprayed cold water which serves as a reserve of frigories.
  • the material to be treated (M) is brought into contact with the impregnation solution (1).
  • the material to be treated has been heated by means of the impregnating solution, it is not necessary to carry out an additional introduction of solution.
  • valves (V2) and (VI) are then closed, which maintains the interior of the treatment chamber (CT) a reduced pressure, close to that generated by the vacuum device.
  • valve (V3) is open and consequently, the treatment chamber (CT) is almost instantly put under overpressure. This causes the solution to be introduced into the micro-channel network, right down to the heart of the material.
  • CT treatment chamber
  • FIG. 3 makes it possible to continuously treat the material by passing it successively through various enclosures inside which the different phases of the process according to the invention are carried out.
  • this installation includes a heating chamber (CC), an evaporation chamber (EV), an impregnation chamber (CI), an overpressure zone (EG), and a vacuum source (SV) .
  • CC heating chamber
  • EV evaporation chamber
  • CI impregnation chamber
  • EG overpressure zone
  • SV vacuum source
  • the heating chamber (CC) consists of an enclosure open upwards to the water inside which the materials to be treated are introduced.
  • this heating chamber (CC) can be equipped with different means for heating the material, namely a high frequency device (HF), or a hot water circulation circuit. or hot impregnation solution consisting of a pump (PCH) drawing from the bottom of the heating chamber and bringing the hot water into a surface exchanger (ECH), then ensuring the ascent of the hot water to the top of the heating chamber (CC) for spraying on the material to be treated.
  • the heating chamber comprises a tube (T5) equipped with a supply means, such as for example an Archimedes screw (6) followed by a positive displacement pump, which ensures the transport of the heated material to in the evaporation chamber
  • the invention covers various variant embodiments in which the Archimedes' screw can feed a rotary airlock or an airlock constituted by two guillotine valves.
  • the evaporation chamber (EV) consists of an autoclave-type enclosure, resistant to vacuum, for example made of stainless steel.
  • This evaporation chamber (EV) is connected, in the upper part, to the vacuum source (SV).
  • the evaporation chamber (EV) advantageously comprises a scraper device (7) allowing, by means of various blades (8), advantageously oriented, to bring the material towards the axis of symmetry of the chamber.
  • the bottom of the evaporation chamber (EV) has an opening (10) connected to an airlock (S2) or to an equivalent pump not shown, which connects this evaporation chamber (EV) to a tank (CI) for placing in contact with the material with the impregnation solution (1).
  • the vacuum source is for example an assembly comprising a condenser, a vacuum pump or other vacuum device, a condensate extraction pump.
  • this impregnation tank (CI) comprises a circuit for sampling the impregnation solution which brings, by means of a pump (PS), said solution after heating inside the evaporation chamber (EV ), so as to bring the treated material into contact with the impregnation solution (1) at the time of vaporization.
  • PS pump
  • EV evaporation chamber
  • the impregnation tank (CI) is connected to the impregnation solution tank and includes a level regulator (LC) to control the progress of the process.
  • the impregnation tank (CI) inside which the material is immersed in the impregnation solution (1) is then under overpressure relative to the evaporation chamber.
  • the impregnation tank (CI) is connected to an overpressure zone constituted by a tube comprising an Archimedes screw (11) ensuring the elevation of the material with a view to its exit (12) from the installation.
  • this Archimedes screw (11) is driven by a motor not shown at a speed calculated to ensure a residence time under pressure sufficient to induce impregnation at the heart of the material.
  • the value of the overpressure to which the material to be treated is subjected is controlled by the pressure regulator (PC) connected to the Archimedes screw (11).
  • the method and the installations according to the invention can be used with success for the impregnation of any hydrated fibrous or tissue substance capable of being impregnated with a solvent such as water or by any liquid capable of being volatilized by heating followed by depressurization, said liquid being able to dissolve the substance chosen in the impregnation.
  • a solvent such as water
  • any liquid capable of being volatilized by heating followed by depressurization, said liquid being able to dissolve the substance chosen in the impregnation.
  • the process can be applied by successive impregnations;

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Abstract

Procédé pour l'imprégnation de matières organiques fibreuses hydratées comportant de l'eau de constitution, caractérisé en ce qu'il consiste: tout d'abord, à chauffer l'eau de constitutionde ladite matière; puis, à mettre rapidement ladite matière chaude sous une pression réduite, de manière à créer un réseau de micro-canaux assurant une communication sensiblement depuis le coeur jusqu'à la périphérie de la matière par effet de vaporisation d'une partie essentielle de l'eau de constitution; puis, à mettre la matière ainsi traitée en contact avec un liquide d'imprégnation préalablement chauffé à une température supérieure ou égale à la température d'équilibre du vide correspondant; et enfin, à augmenter rapidement la pression, de manière à faire pénétrer le liquide d'imprégnation dans les micro-canaux formés.

Description

PROCEDE POUR L'IMPREGNATION DE MATIERES ORGANIQUES FIBREUSES HYDRATEES, ET INSTALLATIONS POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE.
Domaine Technique
L'invention concerne un procédé pour l'imprégnation de matières organiques fibreuses hydratées, tels que par exemple du bois, des fruits, des grains de céréales ou d'oléagineux, des peaux. Elle concerne également des installations pour la mise en oeuvre de ce procédé. Plus particulièrement, l'invention vise un procédé et des installations permettant l'imprégnation de matières solides organiques fibreuses hydratées par auto-vaporisation de l'eau de constitution sous vide instantané et injection en surpression d'une solution de soluté à injecter.
Techniques antérieures
Dans la suite de la description et dans les revendications, par "matières organiques fibreuses hydratées", on désigne toute matière organique fibreuse comportant de l'eau de constitution se présentant aussi bien sous forme d'eaux libres que d'eaux résiduelles. A titre d'exemple, on peut citer le bois, les fruits, les légumes, les grains de céréales ou d'oléagineux ou des peaux, tous ces produits n'ayant pas subi de phase de dessication préalable.
On sait que les matières fibreuses organiques perdent instantanément dix pour cent de leur poids par vaporisation de l'eau de constitution sans que le volume de ces matières soit modifié, lorsque l'on réchauffe ces matières à 90°C, puis lorsqu'on leur applique un vide instantané à une très faible pression de l'ordre de 0,07 bars. Dans le document FR-A-2 116 774, on a proposé de traiter des plans de bois utilisés sous la forme de plateaux ou tables à but alimentaire de la manière suivante :
- dans un premier temps, on élimine l'air disposé entre les multiples fibres du bois par dépression dans une enceinte hermétique.
- puis dans une seconde phase, on imprègne les plateaux de paraffine ou analogues.
Ici, le bois est préalablement séché et présente une humidité résiduelle de l'ordre de sept à huit pour cent (7 à 8 %) et présente donc, de ce fait, une structure poreuse pré-existante. Dans ce procédé, la phase de mise sous vide provoque seulement une désaération destinée à éliminer l'air inclus dans les fibres de bois.
Dans le document GB-A- 15556, on a décrit également un procédé de traitement de bois pré-séché, avec dessication quasi-totale au cours des phases opératoires et ce par injection après dégazage par effet de vide.
Ces deux procédés font appel à une matière préalablement séchée et non pas humide, et présente essentiellement les inconvénients suivants :
- des durées de mise en oeuvre longues, de l'ordre de 5 minutes pour la mise sous vide, et de 10 minutes pour la mise en pression, ce qui ne provoquent pas de déstructuration supplémentaire de la matière ;
- une pénétration en profondeur limitée, due à une déstructuration insuffisante de la matière ;
- enfin, la mise en oeuvre d'un dispositif spécifique pour créer une forte pression de 5 à 10 bars pour l'injection. Par ailleurs, ces procédés sont inopérants pour les autres matières organiques fibreuses hydratées.
L'invention vise un procédé permettant d'imprégner a coeur des matières organiques fibreuses hydratées comportant de l'eau de constitution au moyen d'un liquide de traitement, tel que par exemple une solution fongicide, une solution de sels a effet durcisseur ou ignifuge, une solution enzymatique pour le traitement des bois, ou une solution sucrée pour les applications en confiserie, ou une solution salée pour les applications en salaisons, ou une solution de tanins pour le traitement des peaux, etc..
Description sommaire de l'Invention
Le procède selon l'invention pour l'imprégnation de matières organiques fibreuses hydratées comportant de l'eau de constitution, se caractérise en ce qu'il consiste :
- tout d'abord, a chauffer l'eau de constitution de ladite matière ;
- puis, a mettre rapidement ladite matière chaude sous une pression réduite, de manière a créer un reseau de micro-canaux assurant une communication sensiblement depuis le coeur jusqu'à la périphérie de la matière par effet de vaporisation d'une partie essentielle de l'eau de constitution ,
- puis, a mettre la matière ainsi traitée en contact avec un liquide d'imprégnation ; - et enfin, a augmenter rapidement la pression, de manière à faire pénétrer le liquide d'imprégnation dans les micro-canaux formes. En d'autres termes, l'invention consiste : dans une première phase, à chauffer une matière organique fibreuse hydratée, c'est-à-dire contenant l'essentiel de son eau de constitution (eau libre et eau résiduelle), de préférence au voisinage de 100°C pour accumuler de l'énergie dans l'eau de constitution ; puis, dans une deuxième phase, à mettre rapidement ladite matière chaude sous une pression réduite en un temps très court, de l'ordre de quelques secondes, de manière à créer à l'intérieur de ladite matière un réseau de micro-canaux qui seront ainsi maintenus ouverts par la structure fibreuse et remplis uniquement de vapeur d'eau, lesdits micro-canaux se dirigeant essentiellement radialement depuis le coeur jusqu'à la périphérie de la matière grâce à l'effet de vaporisation d'une partie essentielle de l'eau de constitution libre ou résiduelle ; puis, dans une troisième phase, à mettre au voisinage de l'extrémité extérieure de ces micro-canaux une solution d'un liquide d'imprégnation qui, grâce à la condensation de la vapeur des microcanaux, va créer un système d'aspiration de la solution placée en périphérie ; et enfin, dans une quatrième phase, à augmenter rapidement la pression, par exemple de l'ordre de la seconde, de manière à faire pénétrer à coeur le liquide d'imprégnation dans les micro-canaux formés.
Dans les procédés antérieurs, le bois était toujours préalablement séché ou amené à un faible taux d'humidité, de sorte qu'il contient de l'air dans une structure poreuse existante par suite de la dessication. On cherche donc à éliminer cet air inclus par chauffage puis mise sous vide afin de remplir la structure poreuse par un produit de traitement.
Au contraire, dans le procédé selon l'invention, la matière est nécessairement hydratée, c'est-à-dire avec son eau de constitution et n est donc pas poreuse et ne contient pas d'air de manière significative. L'étape de chauffage suivie de l'étape de mise sous vide rapide par condensation intermédiaire des vapeurs émises, provoque la vaporisation de l'eau de constitution et ainsi la création d'une structure poreuse qui n'était pas pré-existante. De la sorte, les micro-canaux formés assurent une parfaite continuité de communication entre le coeur de la matière, c'est-à-dire les zones les plus profondes et la périphérie de celle- ci. Ces micro-canaux sont uniquement remplis de vapeur. De la sorte, par condensation interne de cette vapeur, il est possible d'imprégner au coeur de la matière toute solution de traitement sans avoir à utiliser de contre- pression excessive.
La condensation de la vapeur d'eau de constitution se fait instantanément grâce à la mise sous pression, la source froide étant alors constituée par la matière elle-même.
L'imprégnation des substances fibreuses par une substance dissoute dans l'eau ou tout autre solvant, permet une imprégnation en profondeur. Cette imprégnation se fait au moyen d'un liquide préalablement chauffé à une température supérieure ou égale à la température d'équilibre du vide correspondant.
Avantageusement, en pratique :
- le chauffage préalable de la matière (1ère phase) est effectué par tout moyen approprié, tel que par exemple la conduction avec une surface chaude ou avec un liquide chaud recirculant, voire par utilisation d'ondes haute-fréquence ;
- la mise sous vide instantanée (2ème phase) de la matière préchauffée provoque une auto-évaporation de l'eau de constitution qui crée dans cette matière un réseau nouveau de micro-canaux de vapeur différent de ce que l'on obtenait lors du séchage. L'importance du dégagement de vapeur d'eau instantané (voisin de 2,5 m3 émis en une seconde pour un kilo de matière traitée) fait que si les canaux existants sont utilisés pour l'évacuation de cette vapeur d'autres voies se créent, les premières étant insuffisantes pour assurer le débit ;
- la mise au contact avec le liquide d'imprégnation s'effectue à une température égale ou tout au plus légèrement supérieure à celle de la matière concernée, cette introduction pouvant se faire avant ou après la mise sous vide ;
- enfin, la mise sous pression très rapide de l'enceinte de traitement 0 provoque l'introduction de la solution.
La proportion des micro-canaux formés dépend essentiellement de l'écart entre la température de réchauffage et celle correspondant à la mise sous vide. Plus cet écart est grand, plus le volume des micro-canaux
15 formés sera important.
Dans une forme de réalisation préférée, le chauffage s'effectue à une pression supérieure à 0,5 bar absolu, de préférence à une pression comprise entre 0,5 et 3 bars absolu, l'un quelconque des moyens connus
20 notamment par conduction avec un liquide chaud recirculant ou sur une surface chaude ou effet de condensation de vapeur ou utilisation de chauffages à hautes fréquences.
La mise sous pression réduite s'effectue en moins de dix secondes. n t
En effet, on a constaté que pour des solides de dimensions minimales situées entre 5 et 15 cms, le temps optimal de mise sous vide est inférieur à dix secondes, de préférence de l'ordre de six secondes.
30 Pour des solides dont la dimension minimale s'effectue entre 2 et 5 cms, les temps de mise sous vide de dix secondes sont satisfaisants, le délai optimal étant de l'ordre de la seconde.
Enfin, pour des solides dont la dimension minimale est entre 2 et 20 mm, le temps de mise sous vide de l'ordre de la seconde est satisfaisant, la durée optimale étant de l'ordre de 0,1 à 0,2 seconde.
La mise en contact du liquide d'imprégnation, préalablement chauffé à une température au moins égale à la température d'équilibre sous vide, s'effectue sans variation de la pression réduite. Ainsi, au moment de l'introduction de la solution d'imprégnation, la matière ne subit aucune surpression qui provoquerait une légère entrée de ladite solution dans la matière, ni aucun effet de condensation.
En revanche, la mise en pression rapide s'effectue en un temps d'au plus une seconde.
L'invention concerne également deux installations pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Dans une première forme d'exécution, l'installation pour l'imprégnation en discontinu de la matière organique fibreuse hydratée reliée par une vanne à une source de vide et des moyens de chauffage de la dite matière, se caractérise en ce qu'elle comprend une enceinte de traitement CT où les diverses phases de la matière sont réalisées, enceinte reliée par tuyauteries et vannes à un condenseur à mélange CM disposant d'une réserve d'eau et d'un circuit de recirculation de l'eau refroidie permettant une mise sous vide rapide de la chambre de traitement, la réserve d'eau constituant un accumulateur de frigories. Dans une seconde forme d'exécution, l'installation pour l'imprégnation en continu de la matière organique fibreuse hydratée comprenant de l'eau de constitution, se caractérise en ce qu'elle comprend :
- une chambre de chauffe à l'intérieur de laquelle la matière à traiter est introduite en continu et chauffée ;
- une chambre d'évaporation reliée à la chambre de chauffe par un sas, et à l'intérieur de laquelle se produit la vaporisation par mise sous pression réduite ;
- une chambre d'imprégnation reliée à la chambre d'évaporation, dans laquelle la matière à traiter est mise au contact de la solution d'imprégnation, et soumise à une surpression.
Brève description des figures La figure 1 est une représentation d'une installation pour la mise en oeuvre en discontinu du procédé conforme à l'invention.
Les figures 2a à 2d sont des représentations schématiques du procédé conforme à l'invention au moyen de l'installation de la figure 1.
La figure 3 est une représentation sommaire pour la mise en oeuvre en continu du procédé conforme à l'invention.
Manières de réaliser l'Invention
Comme déjà dit, la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention peut s'effectuer de façon discontinue, c'est-à-dire en soumettant une même quantité de matières à traiter successivement aux différentes étapes du procédé, soit en continu, c'est-à-dire en faisant circuler la matière dans différentes enceintes assurant chacune des fonctions du procédé. Mise en oeuyre de façon discontinue (figures 1 et 2)
L'installation décrite schématiquement à la figure 1 permet de traiter de façon discontinue les différents types de matières visées dans le préambule.
Ainsi, cette installation comprend principalement une chambre de traitement (CT), un condensateur à mélange, une source de pression (SP), un dispositif de vide (DV), ces différents éléments étant interconnectés par un réseau de tuyauteries et de vannes, ainsi que de systèmes de recirculation appropriés. Plus précisément, comme on le voit à la figure 1, la chambre de traitement (CT) peut être constituée par une enceinte, du type autoclave, par exemple en acier inoxydable, résistant à la pression et au vide.
Cette enceinte est associée à des moyens de chauffe de la matière à traiter qui peuvent être de natures diverses. Par exemple, comme représenté, il peut s'agir d'un circuit de recirculation et de réchauffement du liquide constitué par une pompe (P ) et un échangeur à surface (El) dont la fonction est de récupérer le liquide présent dans le fond de la chambre de traitement (CT) et de le réchauffer puis de le pulvériser sur la matière à traiter.
Bien évidemment, d'autres moyens peuvent être utilisés tel qu'un chauffage par ondes à hautes fréquences (non représenté), ou encore avantageusement par un dispositif (DC) permettant l'introduction de la solution d'imprégnation préalablement chauffée qui sert ainsi de vecteur de calories.
Cette chambre de traitement (CT) est reliée à la source de pression (SP) via une vanne (V3) à ouverture rapide, c'est-à-dire inférieure à une seconde. Cette chambre de traitement (CT) est également reliée au condensateur à mélange (CM) au moyen de deux vannes (VI, V2) via des tubulures (T1,T2) de section différente. De la sorte, en fonction du circuit sélectionné (T1,T2), et de la rapidité d'ouverture des vannes (VI, V2), il est possible de moduler le temps de mise sous vide.
Le condensateur à mélange (CM) est également constitué par une enceinte en acier, éventuellement inoxydable. De façon tout à fait essentielle, il contient une réserve d'eau froide (F), c'est-à-dire à température nettement inférieure à celle de la vapeur extraite de la matière à traiter, et typiquement de l'ordre de 25°C au moins. Ce condensateur à mélange (CM) est associé à un circuit de recirculation de l'eau froide constitué d'un échangeur (E2), par exemple du type échangeur par surface, puis de une ou deux pompes centrifuges (P2,P3) à haut débit.
Ce condensateur à mélange (CM) est relié à un dispositif de vide (DV) constitué essentiellement d'une pompe à vide et de manière avantageuse d'un système de régulation du niveau de vide, afin d'obtenir des performances optimales.
La mise en oeuvre du procédé grâce à cette installation s'effectue de la manière suivante.
Dans une première phase, illustré à la figure 2a, la matière à traiter
(M) est introduite dans la chambre de traitement (CT). Elle y est chauffée par tout moyen approprié déjà évoqué tel que la circulation et le chauffage de la solution d'imprégnation qui constitue alors le vecteur de calories, ou bien alors, de façon plus conventionnelle par introduction de la vapeur, ou bien encore par chauffage par ondes à hautes fréquences π
De la sorte, l'eau de constitution contenue dans la matière à traiter est portée à une haute température.
Dans la suite, les vannes (VI) et (V2) sont ouvertes afin de mettre en communication la chambre de traitement (CT) avec le condenseur à mélange (CM) lui-même sous pression très réduite, de l'ordre de 0,07 bar absolu à 0,09 bar absolu. Il s'ensuit que cette mise sous vide quasi- instantanée de la matière préchauffée, provoque une auto-évaporation de l'eau de constitution de la matière fibreuse (voir figure 2b). Cette évaporation crée dans la matière un réseau de micro-canaux (5) de vapeur mettant en communication le coeur de la matière avec sa périphérie.
La vapeur extraite pénètre dans le condenseur à mélange et est condensée grâce à la présence de l'eau froide pulvérisée qui sert de réserve de frigories.
Dans l'étape ultérieure, illustrée à la figure 2c, on met en contact la matière à traiter (M) avec la solution (1 ) d'imprégnation. Bien évidemment, dans le cas où la matière à traiter a été chauffée grâce à la solution d'imprégnation, il n'est pas nécessaire de procéder à une introduction supplémentaire de solution.
Les vannes (V2) et (VI) sont alors fermées, ce qui maintient l'intérieur de la chambre de traitement (CT) une pression réduite, proche de celle engendrée par le dispositif de vide.
Dans la phase suivante, illustrée à la figure 2d, la vanne (V3) est ouverte et par conséquent, la chambre de traitement (CT) est mise quasi- instantanément en surpression. Ceci provoque l'introduction de la solution dans le réseau des micro-canaux, jusqu'au coeur de la matière. Mise en oeuyre de façon continue (figure 3)
L'installation décrite à la figure 3 permet de traiter en continu de la matière en la faisant passer successivement dans diverses enceintes à l'intérieur desquelles sont réalisées les différentes phases du procédé conforme à l'invention.
Plus précisément, cette installation comprend une chambre de chauffage (CC), une chambre d'évaporation (EV), une chambre d'imprégnation (CI), une zone de mise en surpression (EG), et une source de vide (SV). Ces différents éléments sont reliés par des systèmes de circulation et de sas appropriés.
Plus précisément, la chambre de chauffe (CC) est constituée par une enceinte ouverte vers le haut à l'eau à l'intérieur de laquelle sont introduites les matières à traiter. Comme pour la chambre de traitement correspondant au procédé discontinu, cette chambre de chauffe (CC) peut être équipée de différents moyens de chauffe de la matière, à savoir un dispositif à hautes fréquences (HF), ou un circuit de circulation d'eau chaude ou de solution d'imprégnation chaude constitué par une pompe (PCH) puisant au fond de la chambre de chauffe et amenant l'eau chaude dans un échangeur par surface (ECH), puis assurant la remontée de l'eau chaude jusqu'au sommet de la chambre de chauffe (CC) en vue de sa pulvérisation sur la matière à traiter.
En partie basse, la chambre de chauffe comprend une tubulure (T5) équipée d'un moyen d'amenée, comme par exemple une vis d'Archimède (6) suivie d'une pompe volumétrique, qui assure le transport de la matière chauffée jusque dans la chambre d'évaporation
(EV). Bien évidement, l'invention couvre des variantes de réalisation diverses dans lesquelles la vis d'Archimède peut alimenter un sas rotatif ou un sas constitué par deux vannes à guillotine.
La chambre d'évaporation (EV) est constituée par une enceinte du type autoclave, résistant au vide, par exemple en acier inoxydable. Cette enceinte d'évaporation (EV) est reliée, en partie haute, à la source de vide (SV). En partie basse, la chambre d 'évaporation (EV) comprend avantageusment un dispositif de raclage (7) permettant, au moyen de diverses pales (8) rotatives avantageusement orientées, de ramener la matière vers l'axe de symétrie de la chambre d'évaporation (EV). Le fond de la chambre d'évaporation (EV) présente une ouverture (10) reliée à un sas (S2) ou à une pompe équivalente non représentée, qui relie cette chambre d'évaporation (EV) à une cuve (CI) de mise en contact de la matière avec la solution d'imprégnation (1).
Pour information la source de vide (SV) est par exemple un ensemble comprenant un condenseur, une pompe à vide ou autre dispositif de vide, une pompe d'extraction des condensats.
Avantageusement, cette cuve d'imprégnation (CI) comporte un circuit de prélèvement de la solution d'imprégnation qui amène, au moyen d'une pompe (PS), ladite solution après réchauffement à l'intérieur de la chambre d'évaporation (EV), de manière à assurer une mise au contact de la matière traitée avec la solution d'imprégnation (1) au moment de la vaporisation.
La cuve d'imprégnation (CI) est reliée au réservoir de solution d'imprégnation et comprend un régulateur de niveau (LC) permettant de contrôler le déroulement du processus. La cuve d'imprégnation (CI) à l'intérieur de laquelle la matière est plongée dans la solution d'imprégnation (1 ) se trouve alors en surpression par rapport à la chambre d'évaporation.
La cuve d'imprégnation (CI) est reliée à une zone de mise en surpression constituée par une tubulure comportant une vis d'Archimède (11) assurant la surélévation de la matière en vue de sa sortie (12) de l'installation.
Plus précisément, cette vis d'Archimède (11) est entraînée par un moteur non représenté à une vitesse calculée pour assurer un temps de séjour sous pression suffisant pour induire une imprégnation à coeur de la matière.
La valeur de la surpression à laquelle est soumise la matière à traiter est contrôlée grâce au régulateur de pression (PC) connecté à la vis d'Archimède (11).
Enfin, cette vis d'Archimède se termine par le sas (S3), ou une pompe équivalente, permettant le retour de la pression constante.
Le procédé et les installations selon l'invention peuvent être utilisés avec le succès pour l'imprégnation de toute substance fibreuse ou tissulaire hydratée, susceptible d'être imprégnée par un solvant tel que l'eau ou par tout liquide susceptible d'être volatilisé par chauffage suivi d'une mise en dépression, ledit liquide pouvant dissoudre la substance choisie dans l'imprégnation. On peut citer à titre d'exemple :
- l'imprégnation en profondeur de bois avant séchage par des produits fongicides permettant d'améliorer la longévité d'utilisation ;
- l'imprégnation des graines de céréales par une solution enzymatique afin de liquéfier l'amidon en évitant par là une mouture préalable ;
- l'imprégnation de fruits fibreux tels que des pommes ou des ananas par une solution sucrée afin de réduire le temps de préparation lorsque l'on désire confire ces fruits ; éventuellement, le procédé peut être appliqué par imprégnations successives ;
- l'imprégnation de graines oléagineuses par des solutions facilitant l'extraction des matières grasses ;
- l'imprégnation de racines, tels que les betteraves sucrières pour les épurer à coeur ;
- l'imprégnation de peaux par des solutions de tannage.

Claims

REVENDICATIONS
1 / Procédé pour l'imprégnation de matières organiques fibreuses hydratées comportant de l'eau de constitution, caractérisé en ce qu'il consiste :
- tout d'abord, à chauffer l'eau de constitution de ladite matière ;
- puis, à mettre rapidement ladite matière chaude sous une pression réduite, de manière à créer un réseau de micro-canaux assurant une communication sensiblement depuis le coeur jusqu'à la périphérie de la matière par effet de vaporisation d'une partie essentielle de l'eau de constitution ;
- puis, à mettre la matière ainsi traitée en contact avec un liquide d'imprégnation ;
- et enfin, à augmenter rapidement la pression, de manière à faire pénétrer le liquide d'imprégnation dans les micro-canaux formés.
2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage de l'eau de constitution de la matière est obtenu par conduction avec une surface chaude.
3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage de l'eau de constitution est réalisé par conduction avec un liquide chaud circulant.
4/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage de l'eau de constitution est réalisé par ondes à hautes fréquences. 5/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage de la matière à traiter s'effectue à une pression supérieure à 0,5 bar absolu et inférieure à 3 bars absolu.
6/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mise au contact de la matière à traiter avec le liquide d'imprégnation s'effectue à une température légèrement supérieure ou égale à celle de la matière à traiter.
7/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mise en contact de la matière à traiter avec le liquide d'imprégnation s'effectue sans variation de la pression réduite.
8/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mise sous pression réduite s'effectue en moins de dix secondes et en ce que l'augmentation rapide de pression s'effectue en un temps inférieur à une seconde.
9/ Installation pour l'imprégnation en discontinu de la matière organique fibreuse hydratée du type comportant une chambre de traitement (CT) reliée par une vanne (V2,V1) à une source de vide et des moyens de chauffage (El, PI) de la dite matière, caractérisée en ce qu'elle comprend un condenseur à mélange (CM) comportant en partie basse une réserve d'eau (E) et relié en partie haute par une tuyauterie comportant les vannes (VI, V2) à la partie haute de la chambre de traitement (CT), ledit condenseur à mélange (CM) présentant en partie basse un circuit de recirculation (E2,P2,P3) de l'eau refroidie permettant une mise sous vide rapide de la chambre de traitement (CT).
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