Extraction of the volatile compounds from wood by instantaneous controlled pressure-drop (DIC) : industrial valorisation of the extracts and the solid residues
Extraction des volatils à partir du bois par détente instantanée contrôlée : valorisation industrielle des extraits et des résidus solides
Résumé
The extraction industry of volatile molecules remains typically artisanal, the operation is generally achieved by steam distillation on several hours. The organic solvent extraction is used only to very weak scales. However the steam distillation endures major inconveniences which particularly the important extraction during and the strong energy consumption, as well as the enormous thermal deterioration bound to the irreversible chemical modifications of the sensitive components. On the other hand, although the use of solvents implies stages of separation inevitably and lead thus to a relatively pure product, the presence of traces of solvents remained in contradiction with the more and more coercive norms of quality. These difficulties led to propose the use of supercritical fluids (example: CO2) for the extraction of the essential oils. Although the process permits to get a high-quality excerpt, the technological conditions (~100 bar) requisite imply a too elevated cost. Because of its economic importance, and in order to answer the requirements constantly increasing of the consumers, we led a survey aiming the definition, optimization and the realization to the industrial scale of an innovating process applicable to the case of wood. This process of Instantaneous Controlled pressure-Drop (DIC) is founded on the process of instantaneous autovaporisation. The autovaporisation of the complex liquid (water + volatile compounds) is correlated therefore to the abrupt passage very fast of the system toward a level of pressure neighboring of 50 mbar, from an initial state of high pressure of steam (some bars) and of temperature distinctly superior to the one of the final balance. The evolution rate P/t superior to 2.105 Pa.s-1 characterizing the DIC pressure-drop, does permit the modifications of structure of the cellular partitions and the liberation of volatile compounds. The cooling bound to this pressure-drop lead the stop of the thermal deterioration reactions. This process permits to succeed to a high-quality product (absence of organic solvent and thermal deterioration). The operation kinetics is very interesting, some minutes permit to succeed important extraction outputs which implies particularly interesting working costs. The gotten results demonstrate the DIC process efficiency, the extraction outputs are superior to those of the steam distillation (1.2% instead of 0.8%). The process can be exploited in sawmills to extract the AHV molecules from the wood sawdust destined to be burnt. It can also be used for the extraction of the essential oils from multiple plants as lavender, rosemary and the ylang ylang flower or for the extraction of the active principles from the fruits and vegetables.
L'industrie d'extraction des molécules volatiles de HVA reste typiquement artisanale, l'opération est réalisée par entraînement à la vapeur généralement en plusieurs heures. L'extraction par solvant organique n'est en effet utilisée qu'à de très faibles échelles. L'entraînement à la vapeur souffre cependant d'inconvénients majeurs dont la durée particulièrement importante et la forte consommation d'énergie, ainsi que l'énorme dégradation thermique liée aux modifications chimiques irréversibles des composants thermolabiles. En revanche, bien que l'utilisation de solvants implique inévitablement des étapes de séparation et mène ainsi à un produit relativement pur, la présence de traces de solvants reste en contradiction avec les normes de qualité de plus en plus contraignantes. Ces difficultés ont mené à proposer l'utilisation de fluides à l'état supercritique (exemple : CO2) dans l'extraction des huiles essentielles. Bien que le procédé permette d'obtenir un extrait de haute qualité, les conditions technologiques (~100 bar) requises impliquent un coût trop élevé. En raison de son importance économique, et afin de répondre aux exigences sans cesse croissantes des consommateurs, nous avons mené une étude visant la définition, l'optimisation et la réalisation à l'échelle industrielle d'un procédé innovant applicable au cas du bois. Ce procédé de Détente Instantané Contrôlée (DIC), est fondé sur le processus d'autovaporisation instantanée. L'autovaporisation du liquide complexe (eau + composés volatiles) est corrélée au passage abrupt donc très rapide du système vers un niveau de pression voisin de 50 mbar, à partir d'un état initial de haute pression de vapeur (quelques bars) et de température nettement supérieure à celle de l'équilibre final. Le taux d'évolution ∆P/∆t supérieur à 2.105 Pa.s-1 caractérisant la détente DIC, permet des modifications de structure des parois cellulaires et la libération de composés « volatiles ». Le refroidissement lié à cette détente induit l'arrêt des réactions de dégradation thermique. Ce procédé permet d'aboutir à un produit de haute qualité (absence de solvant organique et de dégradation thermique). La cinétique de l'opération est très intéressante, quelques minutes permettent d'aboutir à des rendements d'extraction importants ce qui implique des coûts de fonctionnement particulièrement intéressants. Les résultats obtenus démontrent l'efficacité du procédé DIC, les rendements d'extraction sont supérieurs à ceux de l'entraînement à la vapeur (de l'ordre de 1.2% au lieu de 0.8%). Le procédé peut être exploiter dans des scieries de grande taille pour l'extraction des molécules de HVA à partir de la sciure de bois destinée à être brûlé. Il peut être aussi utilisé pour l'extraction des huiles essentielles à partir de multiples végétaux tel que la lavande le romarin le ylang ylang...ou pour l'extraction des principes actifs à partir des fruits et légumes.
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