Brevet FR2493679A1 — publié le 19820514

On sait que le lactosérum contient des constituants nutritifs et notamment du lactose. Le procédé généralement utilisé pour récupérer ces produits consiste à concentrer le lactosérum puis à le sécher dans une tour d'atomisation ; la poudre obtenue est ensuite conditionnée, notamment mélangée à des protéines, de manière à obtenir divers produits pour l'alimentation humaine ou animale. Avant concentration, le lactosérum peut être traité pour éliminer les protéines etfou les sels minéraux qu'il contient. Les procédés connus présentent l'inconvénient de nécessiter des équipéments coûteux et de consommer beaucoup d'énergie. Le but de la présente invention est, d'une part, de réaliser des installations dont le coût et la consommation énergétique soit moindre que celle des installations connues et, d'autre part, de modifier les installations classiques existantes pour réduire leur consommation par l'adjonction d'un équipement rapidement amortissable gracie aux économies d'énergie qu'il permet. Le procédé objet de l'invention est caractérisé par le fait que lion fait cristalliser une partie du lactose dans un appareil de cristallisation par évaporation à marche continue, on soumet le mélange de cristaux de lactose et d'eau-mère sortant de cet appareil à un essorage dans une essoreuse centrifuge à tamis, à marche continue, pour séparer les cristaux de lactose de I'eau-mère, on renvoie dans l'appareil de cristallisation une partie de l'eaumère et on sèche l'autre partie de l'eau-mère par atomisation. Par suite de l'utilisation d'une essoreuse à tamis, l'eau-mère séparée par essorage contient des petits cristaux dont les dimensions sont inférieures à celles des ouvertures du tamis. Les petits cristaux contenus dans la fraction d'eau-mère recyclée dans l'appareil de cristallisation servent de germes de cristallisation. Ces cristaux doivent être suffisamment petits pour permettre l'atomisation de l'autre fraction de l'eau-mère au moyen des dis positifs habituellement utilisés. Dans le cas où on part du lactosérum entier ou de lait écrémé, le taux de recyclage de l'eau-mère dans l'appareil de cristallisation sera de l'ordre de 5 à 20 %, les 80 à 95 % d'eau-mère restants étant séchés par atomisation. Dans le cas où on traite le produit obtenu en soumettant le lactosérum à une ultra filtration, pour éliminer les protéines (lactosérum déprotéiné), on pourra recycler 50 à 60 Vo de lteau-mère dans l'appareil de cristallisation. Les sels minéraux absorbés par les cristaux pourront être éliminés au moins en partie, par lavage des cristaux à l'eau ou à l'eau additionnée d'acide chlorhydrique en fin d'essorage. Dans le cas où le produit traité a été obtenu en soumettant le lactosérum à une ultrafiltration et une démi néralisation par électrodialyse ou au moyen de résines échangeuses d'ions (lactosérum déprotéiné et déminéralisé), on pourra recycler dans l'appareil de cristallisation 70 à 80 % de I'eau-mère provenant de l'essorage. L'absorption par les cristaux de lactose des sels minéraux et des proté- ines résiduelles floculées permettra, dans ce cas, d'éliminer, par cristallisation et essorage, la quasi-totalité des matières sèches contenus dans le produit initia et on pourra se dispenser de sécher les 20 à 30 % d'eau-mère restants qui pourront éventuellement être valorisés par d'autres procédés connus. L'appareil de cristallisation est avantageusement constitué par une cuve horizontale divisée par des cloisons transversales en plusieurs compartiments qui sont traversés successivement par le mélange d'eau-mère et de cristaux se déplaçant d'une extrémité à l'autre de l'appareil, chaque compartiment comportant des moyens de chauffage et une entrée pour la solution à traiter. Les moyens de chauffage sont constitués par des éléments creux, plaques ou tubes, chauffés par de la vapeur dont une fraction est constituée par de la vapeur produite dans l'appareil de cristallisation et recomprimée au moyen d'un thermocompresseur ou d'un moto-compresseur. Suivant l'importance donnée à la recompression, cet appareil nécessite 0,25 à i kg de vapeur pour évaporer un kilo d'eau alors que dans une tour d'atomisation il faut 2,5 à 3 kg de vapeur pour évaporer un kilo d'eau. L'invention permet donc de réaliser une économie sensible de vapeur qui sera d'autant plus importante que la fraction d'eau-mère recyclée dans l'appareil de cristallisation sera plus forte. L'essoreuse centrifuge du type à tamis conique sera avantageusement munie d'un système permettant de projeter un liquide de lavage sur la couche de cristaux formée sur le tamis. La description qui suit se réfère au dessin qui l'accompagne et sur lequel La figure i est un schéma illustrant le procédé de l'invention ; et La figure 2 montre schématiquement une partie de l'installation pour la mise en oeuvre de l'invention. Le procédé de l'invention permet de traiter du lactosérum entier ou déprotéiné et/ou déminéralisé, du lait écrémé, ou d'autres solutions de lactose. Le produit à traiter est tout d'abord concentré en 14 dans un évaporateur ou une série d'évaporateurs jusqu'à une teneur en matières sèches d'environ 50 - 55 %. Le produit concentré est traité en 16 dans un appareil de cristallisation par évaporation à marche continue où une partie du lactose cristallise. Le mélange d'eau-mère et de cristaux extrait de l'appareil de cristallisation est soumis à un essorage en 18 dans une essoreuse centrifuge à tamis à marche continue où les cristaux dont les dimensions sont supérieures à celles des ouvertures du tamis sont sé parés de lteau-mère et évacués en 19. Dans l'essoreuse, les cristaux peuvent être lavés à l'eau éventuellement additionnée d'acide chlorhydrique. L'eau-mère contenant les petits cristaux dont les dimensions sont inférieures à celles des ouvertures du tamis est divisée en deux fractions.Une fraction est séchée en 20 dans une tour d'ato misation où elle est réduite en poudre. L'autre fraction est renvoyée à l'entrée de l'appareil de cristallisation. La concentration et le séchage en tour d'atomisation sont des opérations classiques dans le traitement au lactosérum et des produits dérivés et les appareils utili sés pour ces opérations sont bien connus et ne seront pas décrits ici. Les appareils utilisés pour la mise en oeuvre des opérations de cristallisation -16 et d'essorage 18 seront décrits en référence à la figure 2. L'appareil de cristallisation est constitué par une cuve cylindrique 21, fermée, disposée horizontalement et divisée en plusieurs compartiments 1 à 5, par exemple, par des cloisons transversales 22. Ces cloisons sont moins hautes que la cuve de sorte que les différents compartiments communiquent entre eux à leur partie supérieure. Des ouvertures sont percées dans les cloisons 22 pour permettre le passage du produit traité d'un compartiment à l'autre. Un ou plusieurs faisceaux de chauffage 24 formés de tubes horizontaux disposés parallèlement à l'axe de la cuve sont placés dans la partie inférieure de celle-ci. Ces tubes sont alimentés en vapeur par un thermo-compresseur 26 et assurent le chauffage des différents compartiments ; ils sont en permanence noyés dans le produit traité remplissant la partie inférieure de la cuve. Le thermo-compresseur 26 sert à recomprimer, au moyen de vapeur vive, une partie de la vapeur produite dans l'appareil de cristallisation et prélevée dans la partie supérieure de la cuve. En variante, on pourrait utiliser un moto-compresseur. Des entrées 28 pour le produit à traiter sont prévues dans chaque compartiment et dans le dernier compartiment une sortie est reliée à une pompe 30. Une entrée est également prévue dans le premier compartiment pour l'eau-mère provenant de ltessorage. L'essoreuse centrifuge est du type décrit dans le brevet français 79 06829. Elle comporte un panier tronconique 32, évasé vers le haut et monté rotatif à l'inté- rieur d'une cuve 34. Le panier est monté sur un pivot ver tical et est entraîné en rotation autour de son axe ; sa surface intérieure est recouverte d'un tamis. Une tuyauterie d'alimentation, reliee à la pompe 30, déverse le produit à essorer sur le fond du panier. L'eau-mère ainsi que les cristaux dont les dimensions sont inférieures à celles des ouvertures du tamis sont recueillis dans une chambre 36 constituée par une virole dont I'extré- mité supérieure se trouve près du bord supérieur du panier et par un fond fixé à la virole. Les cristaux de lactose dont les dimensions sont supérieures à celles des ouvertures du tamis sont déplacés vers le haut sur le tamis par la force centrifuge et sont finalement éjectés, à I'extrémité supérieure du panier, dans la cuve 34 d'où ils tombent dans une trémie 38 raccordée au bas de la cuve. Des rampes d'arrosage 40 placées à l'intérieur du panier permettent de laver les cristaux du lactose avant qu'ils soient expulsés du panier. Lorsque le produit traité est du lactosérum entier ou du lait écrémé, la fraction d'eau-mère envoyée dans l'appareil de cristallisation représente entre 5 et 20 Vo du débit total d'eau-mère obtenu par essorage. En effet, la faible pureté en lactose de ces produits et leur teneur élevée en protéines et sels minéraux interdisent un recyclage plus important qui abaisserait encow la pureté. Les 80 à 95 % d'eau-mère restants sont séchés en tour d'atomisation. Au lieu de traiter directement le lactosérum suivant le procédé de l'invention, on peut le soumettre au préalable à une ultrafiltration pour éliminer la plus grande partie des protéines. Il est alors possible de recycler dans l'appareil de cristallisation de 50 à 60 % de l'eaumère issue de ltessorage. Le perméat d'ultrafiltration peut aussi être déminéralisé par électrodialyse ou passage sur des résines échangeuses. Dans ce cas, on pourra recycler dans l'appareil de cristallisation de 70 à à 80 % de l'eau-mère provenant de l'essorage. Il n'est pas possible de renvoyer la totalité de lteau-mère dans l'appareil de cristallisation car cela entraînerait une augmentation non négligeable de la concentration des cristaux de lactose en sels minéraux, qui ne sont pas complètement éliminés par l'ope'ration de déminéralisation, et en protéines de poids moléculaire faible, acides aminés, etc... qui ont traversé la membrane d'ultrafiltration. L'absorption par les cristaux de lactose des sels minéraux et protéines résiduelles floculées permettra, dans ce cas, de séparer par essorage la quasi totalité des matières sèches présentes dans le produit traité et on pourra se dispenser de sécher par atomisation les 20 à 30 Vo d'eaumère restants qui pourront être valorisés par d'autres procédés. En fin d'essorage, les cristaux de lactose pourront être lavés à l'eau ou à l'eau acidulée par de l'acide chlorhydrique à pH 2,5 à 3,5 au moyen de rampes d'arrosage 40. Cette opération permet d'éliminer, au moins partiellement, les sels minéraux absorbés par les cristaux. Les ouvertures du tamis de l'essoreuse auront des dimensions comprises entre 40 et 90 microns et de préference égales à 60 microns. Les cristaux de lactose séparés par essorage sont broyés et mélangés, en proportions convenables, avec la poudre séchée par atomisation, à d'autres produits pour obtenir des aliments en poudre ayant la composition recherchée. Il est bien entendu que toutes les modifications apportées à l'installation décrite par l'emploi de moyens techniques équivalents entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS ~ &verbar; , 1. Procédé de fabrication de produits en poudre à partir du lactosérum et d'autres solutions de lactose, consis tant à concentrer la solution par évaporation puis à la sécher par atomisation, caractérisé en ce qu'on fait cristalliser une partie du lactose dans un appareil de cristallisation par évaporation à marche continue (16), on soumet le mélange de cristaux de lactose et d'eau mère sortant de cet appareil à un essorage dans une esso reuse centrifuge à tamis à marche continue (18) pour séparer les cristaux de lactose de lteau-mère, et on renvoie dans l'appareil de cristallisation une partie de l'eau-mère, l'autre partie de l'eau-mère étant séchée par atomisation (20). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où la solution de lactose traitée est du lactosérum entier ou du lait écrémé, la fraction d'eau mère renvoyée dans l'appareil de cristallisation (16) représente de 5 % à 20 % du débit total d'eau-mère provenant de l'essorage (18). 3. Procédé selon la revendication i, caractérisé en ce que, dans le cas où la solution de lactose traitée est du lactosérum déprotéiné, la fraction d'eau-mère renvoyée dans ltappareil de cristallisation (16) représente de 50 à 60 Vo du débit total d'eau-mère provenant de l'esso- rage (18). 4. Procedé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où la solution de lactose traitée est du lactosérum déprotéiné et déminéralisé, la fraction d'eau mère renvoyée dans l'appareil de cristallisation (16) représente de 70 à 80 % du débit total d'eau-mère pro venant de l'essorage (18). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce que les cristaux de lactose séparés de l'eau-mère par essorage (18) sont lavés à l'eau ou à l'eau additionnée d'acide chlorhydrique. 6. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac térisée en ce qu'elle comporte un appareil de cristalli sation à marche continue constitué par une cuve horizon tale (21) divisée par des cloisons transversales (22) en plusieurs compartiments (1 à 5) qui sont traversés successivement par le mélange de solution concentrée-et de cristaux se déplaçant d'une extrémité à l'autre de l'appareil, chaque compartiment comportant des moyens de chauffage (24) et une entrée (28) pour la solution à traiter. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de chauffage (24) sont constitués par des éléments creux chauffés par de la vapeur fournie par un compresseur (26) alimenté par de la vapeur pré- levée dans la partie supérieure de la cuve de l'appareil. 8. Installation selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que l'essoreuse centrifuge est équipée d'un panier tronconique (32) muni d'un tamis dont les ouvertures ont des dimensions comprises entre 40 et 90 microns et de préférence égale à 60 microns. 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que ltessoreuse centrifuge comp-orte une rampe d'arro sage (40) placée à l'intérieur du panier (32) pour laver les cristaux avant leur sortie de l'essoreuse.