Brevet FR2522479A1 — publié le 19830909

Procédé de traitement de matières végétales protéiques et glucidiques, dans une.même installation. La présente invention se rapporte à un procédé permettant d'obtenir, partir de matières premières végétales protéiques ou glucidiques, une séparation suffisamment efficace et poussée des constituants solubles et insolubles pour permettre un fonctionnement global d'installation en énergie totale, ou necessitant l'apport éventuel d'une faible quantité d'energie thermique en plus de l'énergie electrique, ou même permettant un fonctionnement en tout électrique.Les installations pouvant fonctionner dans de telles conditions peuvent - soit, réaliser seulement la conservation des constituants alimentaires des plantes par elimination suffisante de l'eau - soit, réaliser la conservation de certains des constituants et produire par ailleurs des alcools ou produits chimiques issus de fermentations adaptes. On appellera ci-apree : - Plantes protéiques : les végétaux verts, apportant principalement des protéines dans l'alimentation ; -par exemple, les légumineuses telles que luzerne et trèfle, et les graminées telles que ray grass, fétuque, etc. - Plantes glucidiques : les racines et tubercules riches en glucides par exemple, topinambours, betteraves sucrières ou demi-sucrières ou fourragères, sorgho sucrier, etc. - Le rapport R : Celui obtenu en divisant la consommation d'énergie primaire de'origine électrique par la consommation totale d'énergie primaire, ces consommations se rapportant au passage d'une siccité de 20 Z matière sèche à 88 Z matière sèche. - La consommation globale d'énergie G en thermies/tonne : correspond è l'énergie primaire totale nécessaire pour realiser le procéde de transformation de la matière première brute en produit sec avec granulation, ramenée è la tonne de matière sèche traitez Dans le cas d'une distillerie, G inclut la consommation d'énergie de la distillation sans concentration des vinasses. On considère que l'6lectricité n'est pas produite è l'usine. phase insoluble ou tourteau : Elle est constituée par la partie des plantes qui est insoluble dans l'eau de constitution de la plante ou dans l'eau de dilution. Dans le cas où un traitement chimique de la matière est requis, la phase insoluble est la phase résiduelle des constituants insolubles avant traitement chimique. Lors de la séparation des phases, soluble et insoluble, la phase insoluble contiendra la partie de phase soluble existant dans l'eau du tourteau. Plus la séparation des phases soluble et insoluble est efficace, plus la siccité du tourteau est élevée. phase soluble ou jus : La phase soluble est la phase complémentaire à la phase insoluble, dans le processus de séparation des phases. La phase soluble contient une très faible partie de matières insolubles en suspension, soit au maximum I Z de matière sèche par rapport à la matière sèche totale contenue dans la phase soluble. Plus la qualité de filtration est élevée, plus le pourcentage de matières insolubles dans les jus est réduit. On rappellera succinctement les procédés existant à l'heure actuelle - La déshydratation classique, en circuit ouvert avec condensation partielle. de l'eau évaporée, consiste è sécher dans un courant d'air chaud les produits hachés fins. La consommation énergétique est très élevée, le rapport R est de l'ordre de 0,18 et l'énergie globale G consommée est de 2.350 th/T. La déshydratation classique ne permet pas un traitement séparé des constituants de la plante traitée, le séchage étant effectué sur la plante, sans extraction préalable de jus. - Le procédé de déshydratation décrit dans les brevets français n02294647 et 2.302.048, conduit a une extraction partielle des matières solubles, les tourteaux obtenus a partir des plantes protéiques ayant une siccité de l'ordre de 25 à 30 Z de matière sèche. Ce procédé permet d'obtenir des concentrés riches en protéines et vitamines, mais nécessite encore une forte consommation d'énergie, en particulier pour le séchage des tourteaux. Le rapport R est de l'ordre de 0,185 et G est de l'ordre de 2.300 th/T. - En distillerie de betteraves sucrières modernes, l'extraction des jus s'effectue par diffusion, les pulpes obtenues ayant une siccité après surpressage de 25 Z environ au maximum. Les vinasses ne sont en général pas concentrées. R et G sont de l'ordre de Sans déshydratation Avec déshydratation des pulpes des pulpes R 0,2 0,18 G 940 1350 Les deux techniques ci-avant désignées, qui utilisent la séparation des phases soluble et insoluble des plantes à traiter, n'ont pour seul objet que cette séparation des constituants solubles et insolubles, à l'exclusion de la déshydratation simultanée maximum des parties insolubles des plantes. De plus, ce type d'installation consomme beaucoup d'énergie, et dans des proportions qui excluent la possibilité de fonctionner en énergie totale, y compris le séchage de la phase insoluble, ou avec utilisation largement prépondérante de l'électricité. Le procédé objet de la présente invention permet, avec l'utilisation combinée - d'un broyage très poussé de la matière première végétale, - d'un traitement physico-chimique des matières glucidiques, tel que celui faisant l'objet de la demande de brevet n082 03765, déposée le même jour, - d'une technique de séparation très efficace des phases solubles et insolubles dans un filtre-presse polyvalent, tel que celui faisant l'objet de la demande de brevet n"82 03766, déposée le même jour, - de la technique connue de la recompression mécanique des vapeurs, d'obtenir les avantages spécifiques suivants - polyvalence de traitement dans la même installation, des plantes protéiques et glucidiques, d'où un grand nombre possible d'heures de fonctionnement de cette installation, pendant la même période, ou à des périodes calendaires différentes - obtention d'une siccité des tourteaux supérieure à 45 %, voire 50 % selon les produits - consommation réduite d'énergie primaire dans des proportions permettant un fonctionnement en énergie totale, à partir de diesels ou gazogènes, avec séchage des tourteaux. Le procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes, représentées schématiquement dans le diagramme de la figure 1, ci-après Après alimentation A de la matière première végétale, et lavage B s'il s'agit de plantes glucidiques, on procède à une réduction en parties de section réduite en brins de 1 à 2 cm pour les plantes protéiques, C1, ou en lamelles ou cossettes de 1 à 3 mm d'épaisseur pour les topinambours ou betteraves lavés, C2. Après écrasement, ou pré-éclatement D par broyage, on effectue un éclatement E le plus complet possible des cellules constituant le produit, permettant de libérer l'eau de constitution et les composants solubles qu'elle contient. Cet éclatement peut être notamment effectué par -l'association d'aplatisseur et de broyeur à boulet de conception adaptée. Pendant cette phase du procédé et pour les plantes glucidiques on ajoute des fibres végétales dans des proportions et selon un mode decrits dans la demande de brevet n082 03765 et on opère, selon un procédé faisant l'objet de cette demande de brevet, un traitement physico-chimique F nécessaire pour favoriser la vitesse et le rendement de fermentation ultérieurs. Puis, les plantes protéiques éclatées et les plantes glucidiques éclatées et traitées selon F subissent l'opération de filtration-pressage G dans un appareil assurant la progressivité de la concentration des matières insolubles, puis extrayant la proportion maximale de jus pour obtenir un tourteau de siccité très élevée, de 45 à 60 % de matière sèche. Les jus séparés lors de l'opération de filtration-pressage subissent divers traitements pour les jus protéiques, une coagulation thermique K et une separation coagulum-sérum dans une décanteuse continue L, selon une technique connue ; éventuellement, pour les jus glucidiques, une décantation continue L, afin d'obtenir un jus avant fermentation exempt de matières coagulées en suspension. Les jus glucidiques peuvent subir ensuite - une opération éventuelle de fermentation M et une opération eventuelle de distillation 0, pour la production d'alcool, avec l'utilisation d'une récompression mécanique des vapeurs. Apres une osmose inverse N éventuelle, les jus protéiques subissent une opération de cencentration P des vinasses ou sérums, jusqu'à 50 Z de matière sèche, voire 75 Z selon les destinations des produits concentrés. D'autre part, les tourteaux venant du pressage, après avoir été melangés G au coagulum protéique, puis 1 aux sérums concentres, sont soumis éventuellement à un séchage basse température J en circuit ouvert à air chaud, avec condensation partielle de la vapeur doleau, ou en circuit fermé par pompe à chaleur à condensation totale de l'eau évaporée. Ainsi, le procédé a pour objet de permettre un transfert maximum de l'eau à extraire, sous forme liquide dans les jus, afin de permettre, par recompression mécanique de vapeur, d'en assurer l'extraction au moindre cout énergétique (environ 20 kWh/t d'eau). Ceci suppose la séparation maximale des parties soluble et insoluble contenues dans les plantes à traiter, ce qui est réalisé notamment par le broyage des cellules elle-memes, et par le traitement physicochimique des plantes glucidiques, avant l'opération de filtrationpressage. De plus, le procédé permet de supprimer l'installation de déshydratation classique haute température, ainsi que le broyage des produits secs, puisque ceux-ci sont broyés en phase humide et que la finition de séchage ne requiert qu'une petite installation de séchage basse température. A l'opposez le procédé antérieur selon le brevet n2.294.647 avait pour objet principal d'obtenir des concentrés protéiques riches, ce qui est necessairement au détriment de l'efficacité de séparation des phases et qui ne conduit pas à une simplification des chaines d'équipement. Le procédé de traitement des plantes protéiques ou glucidiques, tel que schématisé dans la figure 1, permet un fonctionnement en énergie totale avec l'utilisation exclusive d'un moteur thermique de rendement Energie mécanique produite R = " 0,3 è 0,4 Energie thermique consommée et l'obtention de produits finis à 88 Z de matière sèche à partir de matières premières à 20 Z de matière sèche. La consommation énergétique -globale G pour ce procédé est comprise entre 500 et 1000. A partir de matières premières proteiquest à 20 Z de matière sèche, le procédé de transformation, sans fermentation ni distillation, pour récupérer l'ensemble des matières sèches sous forme de tourteaux à 88 Z de matière sèche, permet d'utiliser énergie électrique avec une consommation de 130 à 200 kWh par tonne de produit sec, à laquelle s'ajoute la consommation calorique de la phase de coagulation thermique, et de la finition de séchage. A partir de matières premières glucidiques, à 18-22 Z de matière sèche et 14 à 17 Z de sucres fermentescibles, sans concentration des vinasses, le procédé selon l'invention permet, après fermentation et distillation des jus, de produire de l'éthanol à 92 Z et des tourteaux deshydratés à 87-90 Z de matière sèche, avec une consommation énergétique globale G de 450 à 700. Avec une concentration des vinasses jusqu' à 75 Z de matière sèche, la consommation globale G est de 500 à 850. EXEMPLE 1 : Traitement de la luzerne à 20 Z de matière sèche La séparation mécanique G des phases soluble et insoluble conduit à la répartition suivante - jus 3520 kg dont 11 kg matière sèche soluble - tourteaux 880 kg dont 9 kg matière sèche (45 Z de M.S.) matière première 4400 kg dont 20 kg matière sèche La coagulation des protéines R conduit à la séparation suivante sur les jus - sérum 3080 kg dont 290,4 kg matière sèche - coagulum 440 kg dont 193,6 kg matière sèche jus 3520 kg dont 484,- kg matière sèche Après concentration P du serum et finition du séchage H et J des matières solides on obtient - tourteau à 88 Z de matière seche (provenant du tourteau G et du sérum K) . concentré sérum ) ( 2693 kg eau évaporée en recompres ) - 780 kg et( sion de vapeur (RMV) . tourteau séché ) ( 487 kg eau evaporée en séchage basse temperature (SBT) - coagulum à 88 Z M.S.= 220 kg 220 kg eau évaporée en séchage basse température (SET) 1000 kg 2693 kg eau évaporée en RMV + 707 kg eau évaporée en SBT 79 Z de l'eau est éliminée par RMV. La consommation d'énergie thermique (th) et électrique (KW) est représentée schématiquement dans la figure 2 ; on en déduit R = 0,388 G = 150 x 2,2 + 520 = 850 1000 dans le cas où tous les produits sont séchés, avec l'utilisation d'énergie thermique classique pour la finition du séchage. L'exemple 1 montre que la plus grande partie de l'eau (79 99) est évacuée sous forme liquide, par RMV, ce qui permet d'obtenir des économies très importantes d'énergie, de l'ordre de 63 Z (par rapport à la déshydratation pour laquelle G = 2300). Pour le topinambour ou la betterave, à 20 Z de matiere sèche et 15 Z de sucres fermentescibles, et dans le cas de la distillation sans concentration des vinasses1 avec production d'éthanol à 92 Z d'alcool pur et de tourteaux à 88 Z de matiere sèche, on note les économies suivantes Distillation Economie par Distillatlon selon procéde selon classique l'invention l'invention l'invention l'invention R 0,18 0,6 G 1350 510 62 X Dans le cas ci-dessus, avec concentration des vinasses à 75 Z de matière sèche, la consommation globale est de 600 environ. Le dimensionnement des appareillages est prévu pour s'adapter aux différents produits à traiter, en particulier pour ce qui concerne la concentration des sérums ou vinasses. Pour certains cas d'application du procédé, selon les quantités relatives de produits à traiter, il est prévu de compenser les différences de besoins en débit en RMV, par une installation d'osmose inverse effectuant une préconcentration des liquides. L'opération éventuelle de séchage basse température est effectuée en utilisant notamment la chaleur récupérée sur l'eau de condensation et le traitement physicochimique. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de matières végétales protéiques et glucidiques pour récupérer, d'une part, tout ou partie des constituants sous forme de tourteaux déshydratés, et d'autre part, des jus glucidiques destinés à la fermentation et à la distillation, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes, effectuées au moindre coût énergétique et dans la même installation pour les matières protéiques et glucidiques a) broyage très poussé de la matière première jusqu'à l'éclatement des cellules végétales, obtenu par l'association d'un aplatisseur et d'un broyeur à boulet b) filtration-pression dans un appareil assurant une concentration progressive des matières insolubles, de façon à séparer la quantité maximale d'eau dans les jus et obtenir un tourteau dont la siccité est de 45 à 60 Z de matière sèche ; c) Elimination de l'eau des jus par recompression mécanique des vapeurs et séchage des tourteaux à basse temperature pour obtenir finalement des tourteaux à 87-90 Z de matière sèche. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les matières glucidiques sont mélangées à des fibres végétales avant d'etre broyées et sont soumises préalablement à la filtration-pression à un traitement physico chimique destiné à favoriser la vitesse et le rendement de fermentation ultérieurs. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les jus protéiques recueillis par filtration-pression sont soumis à une coagulation thermique puis à une décantation qui permet de séparer un coagulum et un sérum qui est ensuite concentré jusqu'à 50-75 Z de matière sèche, coagulum et sérum concentré étant réunis au tourteau de pressage avant la finition de séchage. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on préconcentre par osmose inverse les sérums ou vinasses pour compenser les variations de taux de matières sèches de ceux-ci selon la nature des matières premières, afin d'adapter les régimes de fonctionnement de la concentration en RHV à un taux constant de matière sèche. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la finition de séchage des tourteaux est effectuée à basse température, en circuit ouvert à air chaud avec condensation partielle de la vapeur d'eau, ou en circuit fermé par pompe à chaleur avec condensation totale de l'eau évaporée. 6. Procedé selon l'une des revendications 1 à 5, pour le traitement des plantes protéiques ou glucidiques, caractérisé en ce qu'il permet un fonctionnement en énergie totale avec l'utilisation exclusive d'un moteur thermique de rendement R = 0,3 à 0,4 et l'obtention de produits finis à 88 Z de matière sèche à partir de matière première à 20 Z de matière sèche, avec une consommation énergétique globale comprise entre 500 et 1000. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que pour transformer des matières premières protéiques à 20 Z de matière sèche sans fermentation ni distillation, afin de récupérer l'ensemble des matières sèches sous forme de tourteaux à 88 Z de matière sèche, on utilise l'énergie électrique.avec une consommation de 130 à 200 kWh par tonne de produit sec obtenu, à laquelle s'ajoute la consommation calorique de la phase de coagulation thermique et celle de la finition de séchage. 8. Procédé selon l'une des revendications I et 2, caractérisé en ce que les jus glucidiques recueillis par filtration-pressage sont décantés, soumis à fermentation et distillation, avec utilisation d'une recompression mécanique des vapeurs, pour la production d'éthanol à 92 Z et de tourteaux à 87-90 Z de matière sèche, la consommation énergétique totale G étant de 450 à 700 en partant de matières végétales glucidiques à 18-22 Z de matière sèche et 14 à 17 Z de sucres fermentescibles. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les vinasses étant concentrées jusqu'à 75 Z de matière sèche, la consommation globale G est de 500 à 850.