Brevet FR2522586A1 — publié le 19830909

Filtre presse à vis pour extraire les matières solubles contenues dans les matières végétales. La présente invention concerne un procédé pour exprimer de manière continue la plus grande partie de l'eau de constitution et des matières solubles de différents produits végétaux humides, tout en réduisant au minimum la proportion des matières insolubles passant dans les jus, par l'utilisation d'une presse à vis poly- valente. Les presses à vis hélicoïdales habituelles sont conçues généralement pour fonctionner sur un seul type de matière première, par exemple plantes protéiques telles que luzerne ou plantes glucidiques telles que betteraves ou fruits De plus, les matières premières traitées sont en général peu broyées, plutôt réduites en râpures ou cossettes pour les matières végétales telles que racines, tubercules, fruits; ou éclatées sommairement par l'utilisation d'appareils à rotor tournant à grande vitesse Ce conditionnement que l'on peut assimiler à une réduction en petits brins ou petits morceaux est effectué afin de permettre d'obtenir une production de jus contenant peu de matières insolubles en suspension En effet, un broyage poussé des matières premières, fibreuses ou non, entraîne, avec l'utilisation des presses à vis hélicoïdales habituelles,'une extrusion d'une partie de la matière première à travers la grille filtrante. Ces presses à vis font donc un travail d'extraction du jus à travers la matière, associé à une dilacération provoquant une déstructuration partielle de la matière et une extraction d'une partie des jus extractibles contenus. Ces presses comportent généralement une vis, ou deux vis parallèles, ou deux vis successives dont la première a une fonction de vis gaveuse. Le filtre-prèsse objet de la présente invention permet de réaliser l'extraction de jus contenant un minimum de matières insolubles, à partir de matières premières finement broyées, et en obtenant des tourteaux d'une siccité beaucoup plus élevée que celle obtenue avec les presses habituelles, et ce pour des matières premières de caractéristiques très différentes comme les plantes protéiques et les plantes glucidiques, celles-ci ayant un taux de matière sèche insoluble qui peut être respectivement de 10 Z environ et 3 Z environ. Le filtre-presse selon l'invention permet d'obtenir, à partir de plantes protéiques, des tourteaux dont la siccité est supérieure à 45 Z de matière sèche et des jus contenant moins de I Z de matière sèche'en suspension, et à partir des plantes glucidiques, des tourteaux dont la siccité est supérieure à 50 Z de matière sèche et des jus contenant moins de 2 Z de matière sèche en suspension. Les matières premières sont, avant introduction dans la presse, broyées très finement par des dispositifs assurant l'écla- tement de la plus grande partie des cellules, par surfaces convexes sous pression entre lesquelles passe la matière, avec ou sans contact par chocs entre les surfaces convexes (utilisation d'hachoirs préconditionneurs, aplatisseurs, broyeurs à boulets). Les composants fragiles tels que feuilles, tiges jeunes pour les plantes protéiques ou racines ou tubercules, peuvent Stre déstructurés jusqu'au niveau de la cellule constitutive, les composants plus durs, tels que tiges moins jeunes ou parties de plantes fibreuses peuvent être déstructurés jusqu'au niveau de brins de longueur inférieure à un ou deux centimètres pour une section courante de tige. Selon les matières premières à traiter et la destination des produits, celles-ci reçoivent ou non un prétraitement thermique et chimique après incorporation éventuelle de matières fibreuses, l'ensemble de ces prétraitements éventuels, ayant pour objet d'améliorer encore le rendement de la séparation des phases liquide et solide et d'obtenir une pureté maximale des jus (présence minimale de matières insolubles ou coagulables). Le prétraitement physico-chimique des plantes glucidiques fait l'objet de la demande de brevet déposée le mime jour que la présente demande sous le n'82 Le filtre-presse selon l'invention permet d'adapter les paramètres temps et pression à des produits à traiter très divers, pour éviter en particulier qu'une pression prématurée ou trop élevée provoque une extrusion partielle de la matière solide au travers du filtre. Ce résultat est obtenu en décomposant les phases de filtration et pression, en réalisant l'opération dans trois (ou plus) vis de filtration et pression successives. L'appareil selon l'invention est donc un filtre-presse à vis à étages multipes, comportant au moins trois corps de conception différente, placés en série, la matière pressée passant successivement de l'un à l'autre, et la vitesse de rotation des vis étant réglable dans chaque corps de presse. Le nombre de corps de presse et le tracé des variations de section des différents corps de presse sont déterminés, en fonction des différents produits à traiter, de tel-le sorte qu'il ne soit pas nécessaire de remplacer une ou plusieurs vis pour traiter un produit donné, la partie terminale sans spire du dernier corps de presse étant seule interchangeable. Les vitesses de rotation des vis sont réglées chacune et l'une par rapport à l'autre, de façon à ce que, compte tenu du niveau de pression à l'admission de la matière première et de la tonicité de la partie terminale du dernier corps (qui peut être modifiée par remplacement de cette partie) on puisse se rapprocher, pour un débit matière première donné, des conditions optimales de séparation des phases liquide et solide Les réglages s'effectuent, pour un débit déterminé de matière première introduit dans le premier corps de presse, par réduction progressive de chacune des vitesses de rotation des vis des différents corps, en assurant des débits relatifs entre deux corps successifs de façon à ce que la vis aval serve de frein au corps amont et que l'on puisse ainsi agir sur les niveaux de pression à l'entrée de chaque corps de vis. Dans le cas des plantes glucidiques, l'efficacité d'extraction des glucides dans les jus peut être accrue par le fait que l'un ou plusieurs des derniers corps de presse comprennent des moyens permettant d'injecter de l'eau froide ou chaude directement, sans introduction d'air en m&me temps. La figure I représente un filtre-presse selon l'invention comportant trois corps de presse 1, 2 et 3 et une partie terminale sans spire 32. La figure 2 représente une coupe transversale d'un corps de presse montrant la grille filtrante. La figure 3 donne un exemple de l'évolution des sections transversales S des parties filtrantes de trois corps de vis en fonction de leurs longueurs 1 considérées mises bout à bout. La figure 4 traduit, pour l'exemple de la figure 3 et pour des vitesses de rotation déterminées, la variation du débit volumique D engendré pour chaque section filtrante, compte tenu du fait que la matière a une consistance liquide sur la première partie du corps 1 et que les jus s'écoulent dans cette partie sans augmentation de pression par la vis du corps 1, niais par l'action de la pression d'admission de la matière première. La figure 5 exprime l'évolution des pressions P existant dans chacune des sections, dans le cas particulier d'une matière 2 C première déterminée et des appareils et réglages des figures 3 et 4. La figure 6 représente, pour un produit déterminé, la courbe d'évolution idéale du volume V du produit restant dans la vis, en fonction de sa position dans le filtre-presse, pour obtenir une siccité de tourteau maximum associée à la plus grande pureté des jus. La presse selon l'invention est représentée schématiquement dans la figure I et comporte les organes principaux suivants: un dispositif d'alimentation sous pression réglable et constante du premier corps de la presse Ce dispositif est constitué par une pompe à vis et membrane, volumétrique, pour liquides chargés, selon principe de la pompe moineau Ce dispositif introduit la matière première par l'orifice Il dans le premier corps de presse; un premier corps de presse 1 constitué par une grille filtrante cylindrique 12 et un corps de vis intérieur tournant 13 Ce premier corps de presse réalise la fonction de filtration primaire (section 14) des jus libérés dans la matière première broyée et un préessorage réduit de la matière (section 15). la grille filtrante 12 est représentée dans la figure 2 et est constituée de barreaux 123 longitudinaux non colmatants, de section transversale polygonale, avec largeur des fentes 121 côté intérieur de 0,1 à 0,5 mm et une largeur de fente 122, c 6 té extérieur légèrement supérieur, afin d'éviter le coincement éventuel de produits dans les fentes; la vis intérieure tournante V comprend une première partie 14 sous forme de rubans, afin que la matière se répartisse régulièrement sur l'ensemble de la surface filtrante correspondante et que l'efficacité de filtration soit maximum sur cette surface, sous une pression donnée; la deuxième partie 115 de la vis comprend une spire pleine partant du tube central; selon les débits des presses et les produits à traiter le jeu 125 entre grille et vis est fixé entre 2 et 10 mm; la-grille comprend, dans la partie 15 avec vis à filet plein, des fers plats 124 servant à guider la matière et à s'opposer à sa rotation avec la vis; la grille 12 peut être soumise ou non, selon la nature des produits, à une vibration à faible fréquence permettant d'augmenter très sensiblement le débit spécifique de la grille la vitesse de la vis V 1 est réglable. Un deuxième corps de presse 2 disposé en série en aval du premier corps de presse, soit en dessous du premier corps, soit en prolongement de celui-ci. Il réalise la première fonction de pression qui permet d'effectuer un premier essorage de la matière, suite au préessorage effectué dans la partie d'extrémité du premier corps de presse. la grille cylindrique 21 filtrante en périphérie, est de même conception générale que la grille filtrante 12, avec une largeur de fente de 0,1 à 0, 2 mm, et la présence de fers plats sur la totalité de la longueur de la grille, à raison d'un nombre variable selon le diamètre de la grille et égal à 4 au minimum; la vis tournante V 2 à l'intérieur de la grille 21 comprend: un axe conique de diamètre croissant de l'entrée vers la sortie, déterminant une variation de section transversale débitante adaptée à la moyenne des caractéristiques des produits à traiter; une spire pleine enroulée sur l'axe conique, ayant un pas compris entre 0,2 et 0,4 fois le diamètre extérieur du cylindre engendré par la vis L'extérieur de la spire engendre une surface cylindrique formant un jeu par rapport à la surface intérieure de la grille filtrante de I à 2 mm en plus de l'épaisseur des fers plats ou barrettes. La vitesse de la vis V 2 est réglable de façon à permettre le réglage optimum des vitesses différentiel- les entre les vis V et V 2, et ainsi assurer une progressivité réglable et maîtrisée de la vitesse d'extraction des jus entre la partie d'extrémité aval de V 1 et la zone d'entrée de V 2 Un troisième corps de presse 3, disposé en série en aval du deuxième corps de presse, soit en dessous du deuxième corps de presse, soit en prolongement de celui-ci. Il réalise la deuxième fonction de pression, qui permet d'assurer un deuxième essorage de la matière et comporte une zone d'entrée 31 permettant une éventuelle injection d'eau chaude afin d'améliorer l'extraction des substances solubles à ce stade dans la matière. La zone d'entrée est un corps cylindrique fermé situé en amont de la dernière partie filtrante Son volute est approprié au temps de migration de l'eau éventuel- lement ajoutée L'eau éventuelle est ajoutée par injecteurs disposés sur une rampe circulaire à la périphérie du corps cylindrique, et introduite sous pression. Le rotor cylindrique tournant central est solidaire de la vis V 3 Il est équipé d'éléments de bras inclinés assurant l'avancement régulier de la matière la grille filtrante cylindrique 3 est de conception identique à la grille 21, mais elle comporte, à son extrémité aval, une partie 32 dépassant l'extrémité des spires de vis et assurant une finition d'essorage à pression élevée de la matière. La vis tournante V 3 à l'intérieur de la grille comprend une zone d'entrée dans la partie d'injection éventuelle d'eau, décrite ci-avant; une zone conique de conception similaire à la vis V 2, avec conicité plus faible que celle de V 2. La dernière partie 32 de ce cône est sans spire, de façon à assurer la formation d'un bouchon de produit effectuant une répartition régulière de la pression exercée par le produit sur le pourtour de la partie terminale du troisième corps de presse L'épaisseur de produit entre le rotor et la grille filtrante est, dans cette partie, inférieure à 5 cm. La vitesse de rotation de la vis V 3 est réglable de façon à permettre le réglage optimum de la vitesse différentielle par rapport à V 2 et ainsi assurer la maîtrise de la progressivité d'extraction des jus dans la dernière phase de pression. Selon une variante du filtre-presse selon l'invention, le dernier corps de vis peut présenter des variations locales du pas de vis ou de la section transversale de la vis, qui engendrent une variation de la pression par pics successifs, permettant d'améliorer la vitesse d'extraction des jus. Les jus sont évacués en dehors de la presse par écoulement gravitaire et recueillis séparément pour chaque corps de presse, en vue de traitements éventuels différents de tout ou partie de ceux-ci. Le filtre-presse selon l'invention permet ainsi de traiter consécutivement, avec le maximum d'efficacité de séparation des phases solide et liquide, des matières premières très différentes, sans remplacement de l'un ou l'autre des éléments ionstituants. R E V E N D I C A T I O N S 1 Filtre-presse à vis à étages multiples pour l'extraction des jus à partir des plantes protéiques et des plantes glucidiques, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois corps de presse de con- ception différente, placés en série, le nombre de corps et le tracé des variations de section des différents corps étant déterminés de telle façon que, par simple réglage de la vitesse de rotation des vis dans chaque corps de presse et l'une par rapport à l'autre, après avoir fixé, en fonction de la matière première, la pression d'admission de celle-ci et la conicité de la partie terminale interchangeable du dernier corps, on se rapproche des conditions optimales de séparation et obtient une phase solide de siccité supérieure à 45-50 % et un jus contenant moins de I à 2 % de matière sèche en suspension, quelle que soit la matière première traitée, et sans qu'il soit nécessaire de remplacer une ou plusieurs vis. 2 Filtre-presse selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un ou plusieurs des derniers corps de presse comporte des moyens permettant d'injecter de l'eau directement dans le produit pressé, sans introduction concomittante d'air. 3 Filtre-presse selon l'une des revendications I et 2, caractérisé en ce que le premier corps de presse, assurant une filtration primaire des jus libérés par la matière première finement broyée et un pré-essorage de la matière, comprend un rotor dont la première partie est une vis à rubans et la deuxième une vis à spires pleines, tournant à vitesse réglable dans une grille filtrante cylindrique à barreaux longitudinaux non colmatants présentant une largeur intérieure de fente de 0,1 à 0,5 mm. 4 Filtre-presse selon la revendication 3, caractérisé en ce que la grille est équipée de barrettes s'opposant à la rotation du produit avec la vis, le jeu au rayon entre le cylindre engendré par la vis tournant et le diamètre intérieur des barrettes étant de 2 à 10 mm. n O Filtre-presse selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que le premier corps est alimenté sous pression réglable. 6 Filtre-presse selon l'une des revendications I à 5 caractérisé en ce qu'il comporte, après le premier corps, au moins deux autres corps de pressage en série, de conception similaire, avec vis conique à vitesse réglable pour chaque corps, et grille filtrante analogue à celle du premier corps, le jeu entre le diamètre du cylindre engendré par la vis tournant et le diamètre intérieur des barrettes de la grille étant de I à 2 mm. 7 Filtre-presse selon la revendication 6, caractérisé en ce que dans chacun des corps la spire enroulée autour du rotor conique a un pas égal à 0,2 0,4 fois le diamètre du cylindre extérieur engendré par la rotation de la vis. 8 Filtre-presse selon l'une des revendications I à 7, caractérisé en ce que, dans la dernière partie du dernier corps de presse; le rotor conique est équipé d'un prolongement sans spire assurant la formation d'un bouchon de produit dont l'épaisseur entre le rotor et la grille filtrante est inférieure à 5 cm. 9 Filtre-presse selon l'une des revendications I à 8, caractérisé en ce que la grille filtrante est munie d'un dispositif permettant de la faire vibrer à faible fréquence. Filtre-presse selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le dernier corps de vis peut comporter des variations locales du pas de vis ou de la section transversale de la vis qui engendrent une variation de la pression par pics successifs. Il Filtre-presse selon l'une des revendications I à 10, caractérisé en ce que les jus sont évacués en dehors de la presse par écoulement gravitaire et recueillis séparément pour chaque corps de presse, en vue de traitements éventuels différents de tout ou partie de ceux-ci. 12 Filtre-presse selon l'une des revendications I et 2, caractérisé en ce que la zone d'injection de l'eau dans l'un des derniers corps de presse est équipée d'un dispositif d'incorporation de l'eau et d'homogénéisation du produit par rampe circulaire fixe, et bras touzmant solidairement avec le rotor de la vis.