Brevet FR2133884A1 — publié le 19721201

L'invention a pour objet un procédé pour favoriser des processus physiques et/ou des réactions chi iniques entre des particules et certains composants d'un liquide en écoulement contenant les particules. On sait accélérer des processus physiques, par exemple des processus de dissolution, ou des réactions chimiques, entre des particules et un, liquide contenant ses particules, en agitant le liquide pour y engendrer des tourbillons ou en exposant le liquide à l'action d'ultrasons qui y engendrent des vibrations périodiques, par lesquelles des mouvements relatifs sont provoqués entre les particules et le liquide, et favorisent ainsi les processus physiques ou chimiques entre les particules et ce liquide. Quand les particules ont une densité notablement plus grande que le liquide qui les entoure, on peut favoriser par une agitation énergique un processus physique,tel que la dissolution, ou une réaction chimique avec les composants du liquide ; toutefois, quand les particules sont relativement petites et que leur densité ne s'écarte que relativement peu de celle du liquide dans lequel elles sont, par exemple, en suspension, meme une agitation énergique ne produit que peu de résultat. L'action d'ultrasons sur un Liquide contenant de petites particules entre en général des améliorations notables du déroulement de processus physiques et/ou de réactions chimiques quand lton travaille avec des énergies ou à des fréquences ultrasonores relativement élevées. Nais cela nécessite des appareils motteux et des frais de fonctionnement élevés peu souhaitables. L'invention a pour but de favoriser ou d'accélérer très notablement des processus physiques et/ou des réactions chimiques entre des particules et des constituants d'un liquide en écoulement qui contient ces particules, avec une dépense relativement faible d'appareillage et d'énergie. L'invention repose sur l'idée que pour atteindre ce but, il faut surtout engendrer, entre les particules et le liquide qui les contient, des mouvements relatifs capables de détruire ou de diviser de façon poussée la couche limite de liquide à la surface des particules ; on peut empecher ainsi une concentration de produits de dissolution ou de réaction qui freinent le processus au voisinage des surfaces des des particules et assurer une dispersion rapide dans le liquide de ces produits à effet gênant. Selon l'invention, on atteint ce but en transformant une pression statique relativement élevée exercée sur le liquide en une accélération ou décélération apériodique suffisamment élevée du liquide en écoulement contenant les particules. Selon un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on met les particules en suspension dans le liquide et, de façon répétée le plus possible, on refoule la suspension sous une surpression à travers des-buses, dont la section varie fortement le long du parcours d'écoulement de la suspension. À chaque changement de section de la buse, il se produit des conversions de la pression statique en vitesse ou de la vitesse en pression statique, qui se font sentir tout d'abord sur le liquide formant une phase continue et qui, évidemment, ne se font sentir qu'avec retard sur les particules en suspension dans ce liquide ; on obtient ainsi les mouvements relatifs rapides que l'on cherche à obtenir entre les particules et le liquide qui les entoure. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on peut retenir les particules sur un tamis ou un élément filtrant à pores fins, qui les arrête mais laisse passer le liquide, et refouler le liquide avec une grande vitesse d'écoulement entre les particules appliquées en couche sur le tamis ou filtre qui les retient. Là aussi, il se produit une transformation de la pression statique exercée sur le liquide en une grande vitesse lorsqu'il est refoulé à travers les canaux de pores relativement étroits qui se trouvent entre les particules composant la couche. Etant donné que, selon l'invention, il s'agit d'éviter ou de détruire dans une large mesure les élévations de la concentration à la surface des particules, il est à conseiller, dans les deux modes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention d'appliquer des pressions statiques relativement élevées ; ces pressions doivent etre choisies entre 2 et 60 m de colonne d'eau environ. A des pressions moindres, l'avantage est notablement moindre par rapport à une agitation vigoureuse ou à un processus normal de filtration. Dans le cas d'accélérations relatives apériodiques suffisamment grandes du liquide en écoulement, par rapport aux particules, on obtient avec le procédé de l'invention deux avantages : les mouvements relatifs sont plus grands que les dimensions des particules, le plus souvent petites, et en outre il se produit une turbulence énergique dans le liquide ; les deux processus contribuent à détruire et à diviser la couche limite et à éloigner dans une large mesure les produits de la réaction du voisinage de la surface des particules. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il est particulièrement avantageux d'utiliser des appareils à jet, dans les buses desquelles les pressions statiques sont transformées en-vitesses élevées et qui donnent en outre la possibilité d'introduire des additifs dans le liquide. Pour expliquer plus précisément l'invention, on décrit ci-après des exemples d'exécution qui permettent de comprendre clairement le progrès technique réalisé. Dans la fabrication de moft pour la préparation de la bière, il est d'usage de mélanger le malt égrugé ou moulu à de l'eau chaude ou froide, de porter la pate ainsi obtenue à la température de brassage d'environ 7500 et de la maintenir en mouvement dans une cuve à mort, à l'aide d'un agitateur puissant, jusqu a conversion de l'amidon du malt en sucre fermentescible et en dextrine. Il se produit tout d'abord une décomposition des molécules d'amylopectine du malt par les a-amylases contenues dans le malt. La saccharification s'effectue par la P-amylase . On sait que l'on obtient des teneurs d'autant plus fortes en sucre et d'autant plus faibles en dextrine-que l'aamylase agit plus fortement sur l'amidon du malt. Avec les procédés de saccharification usuels , on atteint des temps de saccharification de 20 à 30 minutes, Quand on applique le procédé selon l'invention, on refoule en circuit fermé - de préférence à plus de 10 reprises - à une température qui diminue d'environ 7000 à environ 6000 la pate préparée à partir du malt égrugé ou moulu à travers un appareil à jet dont la buse est de dimension telle que dans celle-ci, la pression augmente en aval de la section la plus étroite. Par exemple, il règne dans la section la plus étroite de la buse des pressions d'environ 1 m de colonne d'eau et des vitesses d'environ 18 m/s quand on refoule la pa- te à travers la buse à une pression de ?5 IL de colonne d'eau et à un débit de 167 1/mon. À titre de vérification, on a travaillé à différentes pressions d'alimentation, de 5 à 30 m de colonne d'eau Avec une pression-d'alimentation de 5 m de colonne d'eau, on obtient déjà un temps de saccharification de 5 minutes seulement ; à 15 m de colonne d'eau le temps de saccharification est de 3,5 minutes et à 30 m de colonne d'eau, de 2 minutes seulement.Le raccourcissement surprenant du temps de saccharification, dans des conditions par ailleurs semblables, notamment avec l'influence favorable exercée sur les processus physiques et chimiques par les enzymes venant des particules de malt elles-memes agissant sur l'amidon contenu dans les particules, ne peut s'expliquer que par le fait, qu'en plus des fortes variations de pression, ce sont surtout la grande accélération des molécules de liquide relativement aux particules de malt moulu, qui a lieu sur le parcours menant à la section la plus étroite de l'appareil à jet , et la décélération qui suit alors à nouveau, qui produisent des mouvements relatifs importants entre le liquide et les particules de malt ; les particules de malt qui restent un peu en retard lors de l'accélération sont dans une certaine mesure "rincées" par le liquide.Il se produit, en outre, derrière chaque particule de malt un écoulement tourbillonnaire qui entrasse un brassage intime de la couche limite ayant une forte concentration de produits actifs, et qui se mélange plus vite au liquide. La suite du brassage s'effectue alors dans la zone de tourbillon de la buse de l'appareil à jet, de sorte que la patte, lorsqu'elle est à nouveau refoulée à travers l'appareil à jet, présente une répartition très uniforme des enzymes d'amidon et du sucre. On voit que le mécanisme d'action que l'on vient de décrire doit donner lieu à des processus d'échange très notablement accélérés ou des temps de saccharification plus courts que l'agitation antérieurement connue ; les temps sont très notablement plus courts qu'il n'est possible avec un agitateur à hélice très puissant ayant une grande puissance de brassage. Selon le deuxième mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, pour obtenir des accélérations analogues de processus physico-chimiques, en particulier de processus qui se déroulent avec la coopération d'enzymes, en augmentant les vitesses relatives entre les particules et le liquide, par exemple entre le malt broyé et le liquide de malaxage, si l'on fait passer avec une surpression, de l'eau, à une température de 60 à 700C, à travers une couche filtrante composée de malt moulu et d'un agent de ramollissement quelconque, on parvient à de grandes vitesses relatives entre la surface des particules et le liquide, dans les canaux étroits des pores de la couche filtrante. Mais le procédé selon l'invention n'est pas seulement applicable à des processus enzymatiques, il convient aussi très bien à des dissolutions ou extractions. Dans le processus de cuisson de la bière, en brasserie, il s'effectue une extraction des arômes et substances actives isomérisables du houblon, que l'on peut accélérer très fortement en augmentant apériodiquement selon ltin- vention la vitesse relative entre le liquide d'extraction et la matière à extraire. D'autres domaines d'application existent en relation avec de nombreuses réactions chimiques dans lesquelles, antérieurement, les couches concentrées de soluté qui ralentissent le processus autour des particules en suspension dans un liquide, ne pouvaient titre éliminées ou détruites que de façon défectueuse, fiEVENT)ICÂ#PI0#S lo Procédé pour favoriser les processus physiques et les réactions chimiques entre des particules et certains composants d'un liquide en écoulement contenant ces particules, caractérisé en ce qu'une pression statique relativement élevée exercée sur le liquide est transformée en une accélération et une décélération apériodiques du liquide en écoulement suffisamment élevées pour provoquer un mouvement relatif des particules et du liquide, 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on met les particules en suspension dans le liquide et que, de façon répétée, on refoule la suspension avec une surpression à travers des buses dont la section varie fortement le long du parcours d'écoulement de la suspension. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on refoule le liquide à une grande vitesse d'écoulement entre les particules appliquées en couche contre un tamis filtrant qui les retient. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on emploie des pressions allant de 2 à 60 m de colonne d'eau environ. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on introduit des additifs dans le liquide en meme temps que l'on fait varier la pression statique de celui-ci. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2, 4 et 5, caractérisé en ce que l'on refoule la suspension de façon répétée, en circuit fermé, à travers un appareil à jet. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2, 4 et 5, caractérisé en ce que l'on refoule la suspension à travers une série d'appareils à jet placés à la suite les uns des autres.