Brevet FR2032462A1 — publié le 19701127

la présente invention concerne des perfectionnements au procédé et à l'appareil de déminéralisation du petit-lait par électrodialyse. Plus particulièrement, l'invention concerne l'inhibition 5 de la précipitation du calcium dans le courant du petit-lait, en particulier sur des membranes neutres bordant les chambres de déminéralisation du petit-lait d'une cellule à plusieurs chambres comportant des premières membranes perméables ou cations et empêchant le passage des anions et des secondes membranes neu-10 très, disposées en alternance. Cette disposition des membranes délimite, entre des électrodes terminales, une série de chambres de désionisation et de chambres de concentration qui se suivent en alternance. La combinaison particulière des membranes cationiques et 15 des membranes neutres, ces dernières étant par exemple en "cellophane", â la particularité de permettre, en l'absence d'autres conditions de réglage du passage des ions, le passage des cations à travers plusieurs courants de petit-lait et plusieurs courants de concentration successifs passant entre elles . 20 Les courants de concentration sont des courants d'une solu tion électrolytique dans laquelle les ions de la solution des protéines du petit-lait brut, par exemple des ions sel, sont transférés par l'action d'un potentiel électrique continu appliqué aux électrodes. 25 On connaît des procédés pour désioniser des solutions de protéines du petit-lait à l'échelle du laboratoire en utilisant une cellule comportant des membranes anioniques et des membranes cationiques disposées en alternance. Pour mettre en oeuvre la déminéralisation du petit-lait à 50 grande échelle par électrodialyse, la Demanderesse a constaté que la combinaison des membranes anioniques avec des membranes cationiques présente des difficultés en fonctionnement qui sont dfles à un colmatage, une polarisation, et une durée en service relativement courte des membranes anioniques de la cellule d'élec-35 trodialyse. L'utilisation de membranes neutres à la place des membranes anioniques non seulement présente certains avantages,mais assure 70 07010 -2- 2032462 également un fonctionnement qui ne peut pas se comparer à celui de la cellule connue comportant des membranes anioniques et des membranes cationiques, étant donné que les cations ne sont pas arrêtés par intervalles par les membranes anioniques,mais peuvent 5 passer et passent à travers les membranes neutres dans des courants de petit-lait et des courants de concentration successifs. Une des difficultés rencontrées dans la déminéralisation du petit-lait par électrodialyse est la précipitation du calcium. En étudiant le phénomène de la précipitation du calcium, 10 la Demanderesse a découvert que la précipitation du calcium sur la face de la membrane neutre et dams le courant du petit-lait est la conséquence de la conductivité du courant de concentration adjacent et non pas, comme on pourrait le penser, d'une variable du courant du petit-lait proprement dit. 15 En conséquence, le procédé de déminéralisation d'un courant * d'une solution contenant des protéines du petit-lait et autres constituants du petit-lait, qui consiste à faire circuler le courant à travers des chambres dé désionisation d'un appareil d'é-lectrodialyse comportant des chambres de désionisation et des cham-20 bres de concentration délimitées par une série de membranes de deux types sensiblement imperméables du point de vue hydraulique, espacées et disposées en alternance, les membranes du premier type étant sélectivement perméables aux cations et empêchant le passage des anions, celles du second type étant sensiblement neutres; à faire 25 circuler une solution électrolytique comme courant de concentration à travers les chambres situées entre les chambres de désionisation ; à appliquer aux électrodes terminales un courant électrique continu successivement à travers lesdites membranes et les chambres qu'elles délimitent, la polarité étant susceptible de provoquer la 30 migration des anions du courant du petit-lait à l'écart des membranes cationiques respectives, ces dernières s'opposant au passage des anions, les électrodes étant disposées dans des chambres qui leur sont réservées ; et à faire passer l'électrolyte à travers les chambres réservées aux électrodes, ledit procédé étant perfec-35 tionné, selon la présente invention, en maintenant la conductivité du courant de concentration à au moins 10.000 n mho et au maximum à 200.000 p, mho. 70 07010 ~3~ 2032462 On obtient un fonctionnement particulièrement avantageux à environ 50.000 p. mho. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention res-sortIï*ont de la description qui va suivre faite en regard du des-5 sin annexé et donnant à titre explicatif mais nullement limitatif une forme, de réalisation de l'invention. Sur -ce dessin : la figure 1 est une représentation schématique d'une cellule^ déminéralisation du petit-lait donné à titre illustratif pour 10 la mise eijbeuvre de la présente invention ; et la figure 2 est un graphique montrant la production relative en fonction de la conductivité. Dans la description qui va suivre, divers détails sont identifiés par'.des noms particuliers pour plus de commodités. Cependant, 15 l'utilisation des noms peut être considérée dans leur sens générique. Le dessin annexé ^présente certains détails à titre explicatif des aspects les plus généraux de 1'invention,mais il est bien entendu que^pe^tains détails peuvent être modifiés sous divers 20 rapports sans sortir du cadre de 1'invention et que 1'invention peut être appliquée cellules de construction différente de 'celle représentée!, La cellule d'ëlectrodialyse 11 comporte des membranes 12 d'une matière d'échjapage .ionique perméable aux cations et empêchant 25 le passage des anions,. et des membranes neutres 13 qui, à titre d'exemple, peuvent"îêtre en "Cellophane", ces membranes étant disposées en alternance.; _ Des électrodies 14 et 15 sont montées dans des chambres terminales 16 et 17, l'électrode 14 étant connectée à une source 30 (non représentée) de potentiel continu négatif qui en fait une cathode et l'électrode 15 étant connectée à une source de potentiel continu positif qui en fait une anode. Dans la disposition représentée des membranes et des électrodes, une chambre sur deux, à l'exclusion des chambres réservées 35 aux électrodes, est une chambre de désionisation 18, les chambres 19 situées entre elles étant des chambres de concentration. Le courant de protéines de petit-lait à déminéraliser passe 70 07010 -4- 2032462 à travers les chambres 18 en provoquant la migration des composants anioniques et cationiques de manière qu'ils s'échappent du petit-lait pour passer à travers les membranes sous l'influence du potentiel électrique, le mouvement des ions provoquant la circulation 5 d'un courant électrique d'une électrode à l'autre à travers la cellule . le petit-lait à déminéraliser entre dans l'appareil par une conduite d'admission 20 et s'écoule dans un réservoir 21 d'où il est refoulé par une pompe 22 dans un collecteur 23 et de là dans 10 les chambres 18 réservées au petit-lait. le petit-lait désionisé passe des chambres de désionisation 18 dans un collecteur 24. Une partie du produit peut être évacuée par une conduite 25 commandée par un robinet 26, le reste étant ramené dans le réservoir 21 par une conduite 27. 15 Afin de maintenir le niveau du petit-lait constant dans le réservoir 21, l'alimentation en petit-lait par la conduite 20 peut correspondre au débit d'évacuation par la conduite 25. TJn électrolyte convenable, par exemple à base de chlorure de sodium, est introduit dans les chambres de concentration 19 20 par un collecteur d'alimentation 28 et la solution de sel enrichie d'ions est évacuée des chambres 19 par un collecteur 29 pour passer dans un réservoir 30 réservé au concentré par l'intermédiaire d'une conduite 31. le niveau du liquide dans le réservoir 30 est maintenu constant par un conduit de déversement 32. 25 Une pompe 33 refoule le liquide du réservoir 30 dans un col lecteur d'alimentation 28. le réservoir 30 est initialement rempli par une conduite 34 et l'eau est admise par une conduite 35 commandée par un robinet 36. le robinet est commandé à son tour, par un détecteur de conductivité 37 dont des électrodes 38 plongent dans 30 le concentré de sel contenu dans le réservoir. Pour les raisons qui sont expliquées plus en détail ci-après le détecteur de conductivité maintient, par admission réglée de l'eau, la conductivité de la solution de sel qui doit être remise en circulation à travers les chambres de concentration 19 à un 35 niveau supérieur à 10.000 \i mho par centimètre et inférieur à 200.000 |i mho centimètre, de préférence d'environ 50.000 mho par centimètre. —- 70 07010 "5" 2032462 l'électrolyte passe à travers les chambres 16 et 17 des électrodes par l'intermédiaire de conduites 39, 40, 41 et 42. Exemple : le petit-lait à déminéraliser contient 40 $ de matières 5 sèches et 60 $ d'eau, les matières sèches se composent d'environ 20 io de substance minérale, de 22 % de protéines, de 45 i° de lactose le reste comprenant des glucides, des citrates et autres constituants, le pH du petit-lait est de 7,0. On déminéralise le petit-lait dans une cellule d'électro-10 dialyse de grande dimension comportant 100 chambres au total. l'intensité normale de fonctionnement est de 90 ampères, le potentiel normal de départ est de 185 volts. On utilise un régulateur de tension pour maintenir l'intensité à 90 ampères en augmentant le potentiel pour compenser l'aug-15 mentation de la résistance ohmique de la cellule, le potentiel peut s'élever au maximum Jusqu'à 230 volts. On détermine la production relative en fonction de la conductivité du courant de sel en |i mho par centimètre. la production maximale à la conductivité la plus favorable 20 est considérée comme étant de 1,0 et la production aux autres conductivltés est déterminée en fonction de cette valeur. Une production relative de 0,8 indique une diminution de 20 de la production par rapport à la-valeur optimale . Conductivité du courant de Production sel, u mho -par centimètre relative 10.000 0,75 50.000 1,0 100.000 0,97 150.000 0,91 200.000 , .0,80 On détermine les valeurs après 20 heures de fonctionnement de la cellule et elles donnent la courbe de la figure 2, A la fin des opérations respectives de déminéralisation, on démonte la cellule. En la faisant fonctionner avec un courant de 35 sel ayant une conductivité de 50.000 (j, mho par centimètre, on ne constate pas de précipitation du calcium sur la face de la membrane neutre, lorsqu'elle fonctionne à 10.000 |i mho par centimètre 70 07010 ~6" 2032462 on constate un dépôt important de phosphate de calcium. Conclusion : compte tenu des résultats ci-dessus, un fonctionnement entre 10.000 et 200.000 p, mho représente un rendement dé 80 °fo et plus par rapport à la valeur optimale qui peut être 5 atteinte à 50.000 p, mho. Un fonctionnement en dehors des limites établies est non seulement inintéressant du point de vue commercial, mais présente des difficultés du point de vue technique et est peu pratique pour les raisons suivantes (a) un précipité s'accumule pour former un dépôt important et doit être enlevé ; 10 (b) la chute correspondante de la conductivité nécessite un potentiel de plus en plus important pour maintenir l'intensité constante. Par exemple, au-dessous de 10.000 p, mho, le potentiel maximal disponible de 230 volts, qui constitue une augmentation de 45 volts par rapport à la tension de départ, est atteint et il n'est 15 techniquement pas possible d'augmenter davantage le potentiel. 70 07010 "7" 2032462 REVENDICATIONS 1. Procédé de déminéralisation d'un courant d'une solution contenant des protéines du petit-lait et d'autres constituants du petit-lait, qui consiste à faire circuler le courant à travers des 5 chambres de désionisation d'un appareil d'électrodialyse comportant des chambres de désionisation et des chambres de concentration délimitées par une série de membranes de deux types, sensiblement imperméables du point de vue hydraulique, séparées et disposées en alternance, celles du premier type étant sélectivement perméables 10 aux cations et empêchant le passage des anions, celles du second type étant sensiblement neutres ; à faire circuler une solution électrolytique comme courant de concentration à travers les chambres se trouvant entre les chambres de désionisation ; à appliquer aux électrodes terminales un courant électrique continu pour qu'il 15 passe successivement à travers les membranes et les chambres qu'elles délimitent, la polarité provoquant la migration des anions du courant de petit-lait à l'écart des membranes cationiques respectives , ces dernières empêchant le passag* des anions ; les électrodes se trouvant dans des chambres qui leur sont réservées ; 20 et à faire passer l'électrolyte à travers lesdites chambres des électrodes, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à réduire au minimum la précipitation dans le courant du petit-lait du calcium, plus particulièrement du phosphate de calcium, sur la face des membranes neutres bordant le courant du petit-lait, et en ce 25 qu'il consiste à maintenir la conductivité du courant de concentration à au moins 10.000 p. mho par centimètre et au maximum à 200.000 p, mho par centimètre. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conductivité du courant de concentration est maintenue sensible- 30 ment à 50.000 p, mho par centimètre.