Brevet FR2217051A1 — publié le 19740906

La présente invention à la réalisation de laquelle ont collabore Messieurs Jacques CALZIA et Marc De MONCUIT concerne un appareillage permettant d'effectuer en continu des opérations de concentration. Il est connu de concentrer des liquides (solutions et/ou suspensions) de natures les plus diverses à l'aide de membranes semi-perméables. Ces techniques sont connues principalement sous les noms d'ultrafiltration et d'osmose inverse. Comme liquides susceptibles d'etre ainsi traites on peut citer notamment les produits laitiers tels que lait, lactosérum, babeurre ; les jus de fruits, les effluents notamment les boues biologiques. Le développement industriel de telles techniques impose d'opérer ces concentrations en continu, ce qui entraine par voie de conséquence, de réguler les débits des divers flux liquides d'alimentation et de sortie. Toutefois dans de nombreux domaines, et tout spécialement en laiterie, la mise en oeuvre de vannes à ouverture progressive n'est pas souhaitée par les utilisateurs, qui, pour des raisons d'hygiène, de propreté, d'économie, de facilité de nettoyage, préfèrent systématiquement les vannes quart-de-tour, également appelées tout-ou-rien. Comme motifs conduisant ces utilisateurs à s'abstenir d'employer les vannes à ouverture progressive, on peut encore citer le fait que les systèmes de régulation qu'il faudrait installer pour les commander sont plus fragiles et leur mise en fonction est plus délicate. Il a maintenant été trouvé un appareillage permettant la concentra en ondin an e prouits liquides, notamment de produits laitiers, et ne mettant pas en oeuvre de vannes à ouverture progressive. Cet appareillage est caractérisé en ce qu'il : a) une cuve d'alimentation. b) un appareil d'ultrafiltration lui-mme muni d'une membrane ultrafiltrante, d'un compartiment amont (ou compartiment de concentration et d'un compartiment aval (ou compartiment de 1'ultrafiltrat). c) des moyens pour alimenter le compartiment amont de l'appareil d'ultrafiltration (b) avec les produits à concentrer contenus dans la cuve d'alimentation (a). d) des moyens de recirculation pour transférer une partie du concentrat issu du compartiment amont de l'appareil d'ultrafiltration (b) dans la cuve d'alimentation (a). e) des moyens d'arrivée des produits a traiter, ces moyens introduisant ces produits à traiter dans la cuve d'alimentation (a). f) des moyens pour soutirer des produits concentrés, ces moyens de soutirage étant placés à un endroit quelconque du circuit déterminé par a, b, c et d. g) des moyens détectant que la cuve d'alimentation (a) est pleine ou quasi-pleine et commandant l'arrt de l'arrivée des produits à concentrer par les moyens d'arrivée (e). h) des moyens détectant qu'une quantité prédéterminée (q) d'ultrafiltrat a traversé la membrane ultrafiltrante de l'appareil (b), ces moyens (h) commandant la mise en marche du soutirage par les moyens (f) des produits concentrés. i) des moyens détectant qu'une quantité prédéterminée (q') de produit concentré a été soutirée par l'intermédiaire des moyens (f), ces moyens (i) commandant d'une part l'arrt du soutirage, par les moyens (f), des produits concentrés, et d'autre part la mise en marche de l'arrivée, par les moyens (e), des produits à concentrer. j) des moyens de soutirage de l'ultrafiltrat issu du compartiment aval de 1'appareil. d'ultrafiltration (b). Pour mieux faire comprendre l'invention, trois schémas d'installation ont été représentés sur les figures 1 à 3, les installations des figures 2 et 3 se distinguant de celles de la figure 1 essentiellement par la disposition des moyens de détection (h) et (i). Dans ces appareillages (a) représente la cuve d'alimentation comme indiqué précédemment ; (b) est I'appareil d'ultrafiltration, (1) le compartiment amont de cet appareil, (2) le compartiment aval, et (3) la membrane d'ultrafil- tration. Les moyens (c) d'alimentation du compartiment amont (1) sont constitués essentiellement d'une canalisation (4) et d'une pompe (5). Les moyens (d) de recirculation sont essentiellement constitués par une canalisation. Les moyens (e) d'arrivée de produits à traiter comprennent principalement une canalisation (6) et. une vanne tout-ou-rien (7). Les moyens de soutirage (f) des produits concentrés comprennent essentiellement une canalisation (8) et une vanne tout-ou-rien (9). A signaler que ces moyens de soutirage (f) pourraient également et avantageusement tre branchés sur la cuve d'alimentation (a). Les moyens (g) détectant que la cuve/est pleine agissent sur la vanne (7) pour en commander la fermeture. Les moyens (h) détectant le passage d'une quantité d'ultrafiltrat agissent sur la vanne (9) pour en commander l'ouverture. Les moyens (i) détectant le passage d'une quantité q'de concentrat soutiré agissent d'une part sur la vanne (7) pour en commander l'ouverture et d'autre part sur la vanne (9) pour en commander la fermeture. Les moyens (g), (h) et (i) sont des dispositifs d'asservissement capables-de détecter la présence d'un liquide de niveau variable et capables de transformer cette détection en une commande d'ouverture ou de fermeture de vanne. Ces dispositifs d'asservissement peuvent tre de tout type connu, notamment du type mécanique (à flotteur par exemple) ou électrique (à contact déclanché par la présence d'un liquide) ou mme optique. La nature précise de ces moyens ne sera pas développée ici, la seule contrainte existant étant que ces moyens ne doivent pas altérer ou tre altérés par les produits traités. La distinction essentielle entre les appareillages de la figure 1 d'une part et ceux des figures 2 et 3 d'autre part, est la suivante : -Dans la figure 1, la détection par les moyens (h) et (i) du passage des quantités q d'ultrafiltrat et q'de concentrat soutiré s'effectue sur le liquide circulant dans le compartiment amont (1) et plus précisément cette détection s'effectue par détection de niveau de liquide dans la cuve d'alimentation (a). -Dans la figure 2, la détection par les moyens (h) et (i) du passage des quantités q d'ultrafiltrat et q'de concentrat soutiré s'effectue sur l'ultrafiltrat, dans une cuve de réception (10) faisant partie des moyens (j) de soutirage dudit ultrafiltrat. Dans le cas de la figure 1, ces moyens (j) sont constitués simplement par la canalisation (13). Dans le cas des figures 2 et 3, ces moyens (j) comprennent la canalisation correspondante (13), la cuve (10) de réception de l'ultrafiltrat, ainsi que des moyens pour vider cette cuve (10) lorsqu'elle est pleine. Plus précisément ces moyens de vidage peuvent tre constitués dans le cas de la figure 3 par la vanne tout-ou-rien (11) et la canalisation (12), et dans le cas de la figure 2 par le siphon (14). Dans l'installation de la figure 3, quand la cuve (10) est remplie, c'est à dire que la quantité q d'ultrafiltrat s'est écoulée, les moyens détection (h) commandent en outre l'ouverture de la vanne (11) qui permet l'écoulement de l'ultrafiltrat par la canalisation (12) ; la fermeture de cette mme vanne (11) est commandée par les moyens de détection (i) ; mais cet arrangement particulier de la figure 3 implique que le temps d'écoulement de l'ultrafiltrat par la vanne (11) est égal au temps d'écoulement du concentrat par la vanne (9). Il est bien entendu nécessaire, pour obtenir cette égalité, de choisir le débit des vannes en fonction du débit d'ultrafiltrat à travers la membrane (3) et en fonction du taux de concentration désiré. Dans l'installation de la figure 2 et selon ce qui a été dit plus haut, le vidage de la cuve (10) s'effectue automatiquement à l'aide d'un siphon autoamorçant ; le débit de ce siphon est également choisi de façon que le temps d'écoulement de l'ultrafiltrat par ce siphon corresponde au temps d'écoulement du concentrat. REVENDICATIONS 1) Appareillage, utilisable notamment pour la concentration en continu de produits laitiers, caractérise en ce qu'il comprend a) une cuve d'alimentation b) un appareil d'ultrafiltration lui-meme muni d'une membrane ultrafiltrante, d'un compartiment amont (ou compartiment de concentration) et d'un compartiment aval (ou compartiment de 1'ultrafiltrat). c) des moyens pour alimenter le compartiment amont de l'appareil (b) d'ultrafiltration avec les produits à concentrer contenus dans la cuve d'alimentation (a). d) des moyens de recirculation pour transférer une partie du concen trat issu du compartiment amont de l'appareil d'ultrafiltration (b) dans la cuve d'alimentation (a). e) des moyens d'arrivée des produits à traiter ces moyens introdui-~ sant ces produits à traiter dans la cuve d'alimentation (a). f) des moyens pour soutirer des produits concentrés, ces moyens de soutirage étant placés à un endroit quelconque du circuit déterminé par a, b, c et d. g) des moyens détectant que la cuve d'alimentation (a) est pleine ou quasi-pleine et commandant l'arret de l'arrivée des produits à concentrer par les moyens d'arrivée (e). h) des moyens détectant qu'une quantité prédéterminée (q) d'ultra filtrat a traversé la membrane ultrafiltrante de l'appareil (b), ces moyens (h) commandant la mise en marche du soutirage par les moyens (f) des produits concentrés. i) des moyens détectant qu'une quantité prédéterminée (q') de pro duits concentrés a été soutirée par l'intermédiaire des moyens (f), ces moyens (i) commandant d'une part l'arrt du soutirage, par les moyens (f), des produits concentrés, et d'autre part la mise en marche de l'arrivée, par les moyens (e), des produits concentrer. j) des moyens de soutirage de l'ultrafiltrat issu du compartiment aval de l'appareil d'ultrafiltration (b). 2) Appareillage selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens (c) sont constitués essentiellement d'une canalisation et d'une pompe. 3) Appareillage selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les moyens (e) sont constitués essentiellement par une canalisation et une vanne tout-ou-rien. 4) Appareillage selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les moyens (f) sont constitués essentiellement par une vanne tout-ou-rien et une canalisation. 5) Appareillage selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les moyens (g), (h) et (i) sont des dispositifs d'asservissement capables de détecter la présence d'un liquide de niveau variable et capables de trans former cette détection en une commande d'ouverture ou de fermeture de vanne. 6) Appareillage selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la détection par les moyens (h) et (i) du passage des quantités q d'ultrafiltrat et q'de concentrat soutiré s'effectue sur le liquide circulant dans le compartiment amont de l'appareil d'ultrafiltration (b) par détection de niveau de liquide dans la cuve d'alimentation (a). 7) Appareillage selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la détection par les moyens (h) et (i) du passage des quantités q d'ultrafil- trat et q'de concentrat soutiré s'effectue sur 1'ultrafiltrat lui-mme, dans une cuve de réception faisant partie des moyens (j) de soutirage de 1'ultrafiltrat. 8) Appareillage selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les moyens (j) sont constitués par une simple canalisation. 9) Appareillage selon la revend-cation 7 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour vider la cuve de réception lorsqu'elle est pleine, ces moyens pouvant tre constitués par un siphon ou par une canalisation et une vanne dont l'ouverture est déclenchée par les moyens (h).