Brevet FR2538408A1 — publié le 19840629

Dispositif d'extraction continue de produits volatils d'un fermenteur de production de tels produits. La présente invention est relative à l'extraction continue de produits volatils d'un fermenteur de production de tels produits. Un fermenteur est une enceinte aerée dans laquelle une matière organique de base est transformee en un autre produit valorisable par l'effet de microorganismes. Le plus grand nombre de ces fermenteurs ont pour objet la production de produits volatils tels l'ethanol, le butanol, etc... Or, les produits valorisables fabriqués par fermentation sont le plus souvent des poisons pour les microorganismes qui leur donnent naissance. I1 est donc apparu nécessaire, d'une part, de selectionner les souches de microorganismes resistant aux produits qu'ils developpent, avec le risque de sacrifier l'efficacite de la transformation et,- d'autre part, de limiter par dilution prealable ou en cours de transformation, la proportion de produits valorisables dans le milieu, pour limiter la mortalite des microorganismes. I1 semble donc interessant d'eliminer les produits resultant de la fermentation au fur et à mesure de leur production, afin de preserver les microorganismes generateurs de ces produits. Les travaux de C. CORRIEU publies dans la revue "Industries Alimen- taires et Agricoles", pages 1256-1262 (1978) montrent que le procede de réfrigération des cultures microbiennes, et notamment de Kluyveromyces fragilis, par evaporation à basse pression d'une partie de l'eau du milieu ne presente pas d'effets nefastes sur le taux de mortalité et les conditions de multiplication des levures. Cet article indique egalement que la synthèse de l'éthanol au moyen de Saccharomyces cerevisiae est possible sous basse pression et que la productivite en ethanol est amelioree par ce procede du fait de l'elimination regulière de l'alcool qui reduit son action inhibitrice vis-à-vis du microorganisme. La demanderesse a donc recherche un moyen permettant d'eliminer industriellement en continu les produits volatils prenant naissance dans un fermenteur par évaporation du milieu reactionnel à une temperature voisine de la temperature optimale de fermentation, à savoir environ 15 à 350C, afin de ne pas detruire les microorganismes entrapines dans le milieu réactionnel vers l'installation d'évaporation, et de les récupérer ensuite sous forme d'une solution enrichie en produits nobles par rapport au milieu reactionnel. La demanderesse a ainsi-conçu un dispositif d'extraction continue de produits volatils d'un fermenteur de production de tels produits qui comprend, par référence à la figure unique du dessin annexé, un fermenteur (1) contenant un milieu réactionnel comprenant la matiere organique a transformer, les produits volatils de fermentation et les microorganismes, relié par sa partie inférieure au sommet d'un evaporateur (2) faisant partie d'un système de pompe à chaleur et relie par ailleurs à sa partie inférieure a un separateur (3) dans lequel les produits volatils provenant de l'evaporateur (2) sont separes de la solution concentre qui est recyclée au moins en partie dans le fermenteur (1) par l'intermediaire d'une pompe (10), lesdits produits volatils de fermentation etant amenes du sommet du separateur (3), par utilisation d'une pompe a vide (8), dans un condenseur (5) faisant partie du système de pompe à chaleur et extraits au bas du condenseur (5) à l'aide d'une pompe à condensats (9). Le systeme de pompe a chaleur utilisé dans le dispositif selon l'invention comprend outre l'evaporateur (2) et le condenseur (5), un detendeur (4) se trouvant en aval de l'evaporateur (2) sur le trajet du gaz caloporteur se dirigeant vers le condenseur (5), un dévésiculeur (6) se trouvant a la sortie du condenseur (5), dans lequel les vesicules liquides presentes après vaporisation du gaz caloporteur dans le condenseur (5) sont separées pour être recyclées a la partie inférieure du condenseur, ainsi qu'un compresseur (7) place en amont de ltevaporateur (2) et destine à la recompression du gaz caloporteur. Selon le mode de realisation de la presente invention represente sur le dessin annexe, ltevaporateur et le condenseur sont de type tubulaire I1 va de soi que tout autre type d'evaporateur ou de condenseur peut être utilise selon l'invention. Le gaz caloporteur utilise dans le dispositif selon l'invention peut être l'ammoniac, le freon ou tout autre gaz pouvant jouer le rôle de fluide frigorigène. Sur la figure unique du dessin annexe, l'evaporateur de type tubulaire, alimente à sa partie superieure par un prelèvement continu du milieu reac tionnel du fermenteur (1) réglable en fonction des besoins dans le fermenteur, est chauffé par pn gaz caloporteur condensable dans les conditions de température et de pression de l'opération introduit également a la partie supérieure de ltévaporateur. Le gaz caloporteur se condense sur la surface d'échange de l'évaporateur a l'extérieur des tubes de ce dernier, provoquant l'évaporation de la solution circulant de l'autre coté de la surface dPéchange, à savoir à l'intérieur des tubes de l'évaporateur. Les produits volatils entra tués à la partie inférieure de l'évaporateur (2) sont séparés dans le séparateur (3) de la solution concentree. La solution concentrée, débarrassée des produits volatils, évacuée à la partie inférieure du séparateur (3) est recyclée dans le fermenteur par l';nterme- diaire de la pompe (10), une partie pouvant être prélevée à la sortie de ltévaporateur pour constituer le rejet de l'installation. Les produits volatils extraits au sommet du séparateur (3) sont dirigés, grâce à l'utilisation d'une pompe a vide (8), vers le condenseur (5) où ils sont condensés à l'extérieur des tubes te refroidissement de ce condenseur est assuré par la vaporisation du gaz caloporteur condensé dans (2), et dont la pression a été réduite par un détendeur (4); le gaz caloporteur se vaporise à l'intérieur des tubes du condenseur. Les produits volatils de fermentation condensés dans (5) sont extraits à la partie inférieure du condenseur (5) à l'aide de la pompe à condensats (9). Après séparation des vésicules liquides dans le dévésiculeur (6) placé à la sortie du condenseur (5), le gaz peut être recomprimé par un compresseur (7) qui le dirige vers l'évaporateur (2) où il est à nouveau condensé. Les vésicules liquides séparés dans (6) sont recyclées à la partie inférieure du condenseur (5). Le dispositif conçu selon l'invention est extrêmement avantageux en ce sens qu'il permet d'éliminer la dilution des solutions mises en fermentation étant donné que la teneur finale en produit de fermentation volatil ne dépend que du taux de circulation des solutions dans l'évaporateur qui est réglable à volonté. Il est ainsi possible d'améliorer la productivité des fermenteurs ou de réduire leur taille, ceci résultant du volume plus faible à traiter. Le dispositif selon l'invention permet également d'utiliser, pour la fermentation, des microorganismes moins immunisés contre l'effet inhibiteur de la présence dans le milieu réactionnel des produits volatils de fermentation. En outre, il est possible grâce au dispositif selon l'invention d'éliminer en continu les produits volatils de fermentation et de les retrouver sous forme de solution enrichie en produits nobles par rapport au milieu réactionnel. On peut ainsi effectuer des traitements de distillation, de fractionnement et de concentration du produit de fermentation débarrassé des impuretés constituées par les matières nqn réactives dans le milieu. I1 est possible selon la présente invention d'adapter l'évaporateur de manière que la chaleur de réaction du milieu de fermentation soit éliminée par cet appareil sans nécessiter d'échangeurs complémentaires. Enfin, le dispositif selon l'invention permet une dépense énergétique minimale grâce à l'adoption d'un système de pompe à chaleur, dépense énergétique largement compensée par lteconomie réalisée sur le traitement ultérieur des produits de fermentation. I1 va de soi que la présente invention n'est aucunement limitée au dispositif représenté sur le dessin annexé et que toute variante ou modification à ce dispositif à la portée de l'homme de l'art entre dans le cadre de l'invention telle que définie par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'extraction continue de produits volatils d'un fermenteur de production de tels produits, caractérisé par le fait qu'il comprend un fermenteur (1) contenant un milieu réactionnel comprenant la matière organique à transformer, les produits volatils de fermentation et les microorganismes et relié à sa partie inférieure au sommet d'un évaporateur (2) faisant partie d'un système de pompe à chaleur et relié par ailleurs à sa partie inférieure à un séparateur (3) dans lequel les produits volatils provenant de l'évaporateur (2) sont séparés de la solution concentrée qui est recyclée au moins en partie dans le -fermenteur (1) par l'intermédiaire d'une pompe (10), lesdits produits volatils de fermentation étant amenés du sommet du séparateur (3), par utilisation-d'une pompe à vide (8), dans un condenseur (5) faisant partie du système de pompe à chaleur et extraits à la partie inférieure du condenseur à l'aide d'une pompe à condensats (9). 2. Dispositif'selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le système de pompe à chaleur comprend outre l'évaporateur (2) et le condenseur (5), un détendeur (4) se trouvant en aval de l'évaporateur (2) sur le trajet du gaz caloporteur se dirigeant vers le condenseur (5), un dévésiculeur (6) se trouvant à la sortie du condenseur (5), dans lequel les vésicules liquides présentes après vaporisation du gaz caloporteur dans le condenseur (5) sont séparées pour être recyclées au bas du condenseur (5), ainsi qu'un compresseur (7) placé en amont de l'évaporateur (2) et destiné à la recompression du gaz caloporteur vaporisé dans le condenseur (5). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'évaporateur (2) et le condenseur (5) sont de type tubulaire. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracté- risé par le fait que l'évaporateur (2) est chauffé par un gaz caloporteur tel que l'ammoniac ou le Fréon.