Brevet FR2550220A1 — publié le 19850208

La présente invention a trait au domaine de la fermentation alcoolique de substrats à haute teneur en hydrates de carbone. Elle concerne plus spécialement les mélasses, jus de cannes concentrés, jus de betteraves, produits intermédiaires de sucrerie de betterave. Les distilleries sont "accablées" par les problèmes énergétiques et les quantités excessives de vinasses produites. Chaque litre d'alcool à 100 /0 produit dans une distillerie de mélasses ou de sirop entraine une production de 10 à 12 litres de vinasses. Les dommages causés à l'environnement par le rejet de ces grandes quantités de vinasses non traitées sont inacceptables. De plus, les distilleries sont obligées de supporter des coûts accrus de traitement de ces effluents. Le but essentiel de l'invention est de proposer un procédé plus économique en l'occurence, diminuant la consommation d'énergie électrique et thermique et produisant beaucoup moins de vinasses. Un autre but est de fournir un type de fermenteur utilisant les levures fixées sur supports solides en vue d'augmenter la productivité spécifique et d'obtenir un moût alcoolisé ne contenant pas de levure, donc capable de s'affranchir de la phase de séparation avant distillation. Pour résoudre les problèmes et atteindre les résultats susvisés, l'in Invention propose un procédé utilisant deux fermenteurs en série (1 et 3) contenant les levures fixées sur particules-support et des régimes thermiques différents : plus élevé dans le premier afin de maintenir une grande vitesse de conversion et plus faible dans le deuxième pour augmenter la concentration en alcool tolérée par les levures. Le déplacement du liquide s'effectue de haut en bas (zone B) en contre coursant des particules de densité relative inférieure fixant les levures. Le recyclage du support accumulé dans la zone A est effectué à l'aide d'une vis sans fin, 17, placée à l'intérieur d'une conduite verticale, 16, qui assure également le décrochage des levures en excès, celles-ci s'accumulant au fond du réacteur, zone C. La concentration nécessaire en sucres fermentescibles, donc en alcool, le rapport fermentescibles/non-fermentetcibles et la pression osmotique sont maintenus par un recyclage, 10, vers le premier réacteur, des vinas ses de concentration déterminée par les conditions les plus économiques du fonctionnement de la colonne de distillation 7. 11 est prévu la possibilité d'ajouter également le substrat concentré 9 dans le deuxième réacteur afin de mieux maîtriser le processus. La par Li basse de la colonne de distillation, 7, a pour fonction d'épuiser les vinasses provenant de l'installation avant l'évacuation par 13. Seules les levures s'accumulant par sédimentation au fond des réacteurs sont soumises par 11 à une centrifugation, 4, les séparant du mont, lui même envoyé en distillation par 12 De cette façon, on diminue considé rablement la consommation d'énergie électrique. Afin de récupérer l'énergie thermique disponible, le moût fermenté, 12, est chauffé en deux étapes, avant d'entrer dans la colonne de distilla tion. Au cours de la première étape, on utilise la chaleur des vinasses recyclées dans l'échangeur 5 et, dans la deuxième, celle des vinasses épuisées en alcool avant de quitter l'installation dans l'échangeur 6. Un exemple d'application de cette invention est la fermentation alcooli que des mélasses de canne - La composition moyenne de ce type de mélasses estsla suivante (en 7): eau = 25 ; saccharose = 36 ; glucose = 7 g fructose F 9 ; autres matières organiques = 14,5 ; cendres = 8,5. Le rapport fermentescibles/non-fermen tescibles est d'environ 2,26. - on trouve des souches de levures utilisables au sein des genres Saccha romyces et Zymomonas avec une bonne tolérance à des concentrations élevées d'alcool (par ex. Saccharomyces cerevisiae S.T.V. 89 ; Saccharomyces cerevisiae I.F.O 0216 ou I.F.0. 0233). - les régimes de température d'environ 280 C pour le premier fermenteur et 230 C pour le deuxième, conduisent à des productivités en alcool voi sines de 8 kg/h. m3 réacteur et à des concentrations en alcool du mol fermenté de l'ordre de 80 à 90 g/l pour un temps de séjour d'environ 4 à 5 heures. Le taux de recyclage atteint 1 à 3 fois le débit de la méllsse . On peut utiliser, comme support, des copeaux de bois, des argiles cuites, des copeaux de PVC, des résines anioniques ou d'autres matériaux présentant - une grande capacité de fixation des levures - une densité relative inférieure à celle du moût - une bonne résistance mécanique globale Le fermenteur est constitué d'un récipient vertical, fig 2, constitué d'une zone conique supérieure, A, de séparation mou"t-support + levure et d'élimination du dioxyde de carbone, d'une zone cylindrique, B, de réaction et d'une zone conique inférieure, C, de décantation des levures en excès, décrochées du support. I1 est par ailleurs muni d'une conduite centrale 16, verticale, destinée au recyclage des particules-support au moyen d'une vis sans fin, 17, qui se trouve dans sa partie supérieure. Le réacteur est également muni - d'un piquage d'alimentation, 18, équipé d'un anneau de-distribution 20 - d'un piquage d'évacuation 21 équipé d'un anneau collecteur 22 - d'un piquage d'évacuation du dioxyde de carbone 19 - d'u piquage d'évacuation des levures sédimentées 23 Dans certaines conditions de réaction, on peut assurer une aération en utilisant le piquage d'admission 24 muni d'un anneau de distribution 25. REVENDICATIONS 1. Procédé et installation pour la production d'éthanol à partir de substrats sucrés concentrés caractérisés en ce que le processus de fermenta tiowI, utilisant comme matières premières ces substrats, se déroule dans deux réacteurs en série travaillant avec une différence de température d'environ 50 C et utilisant des levures fixées sur particules-support tl'ullU densité inférieure à celle du moût. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le mont en fermentation circule de haut en bas en contre-courant des particulessupport fixant les levures. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que les particulessupport fixant les levures sont recyclées par un tuyau vertical, en bas du réacteur à l'aide d'une vis sans fin qui assure également le décrochage des levures en excès. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les levures décrochées sont séparées de leurs supports dans la partie inférieure et s'accumulent par sédimentation au bas du réacteur d'où elles sont ensuite évacuées. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le moût contenant l'alcool est chauffé en deux étapes avant d'entrer dans la colonne de distillation tout d'abord en utilisant la chaleur des vinasses recyclées puis celle des vinasses épuisées en alcool. o. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la colonne de distillation comporte deuxtronFons : un tron çou supérieur pour la distillation proprement dite (les vinasses collectées au bas de ce tronçon sont en partie recyclées vers le premier fermenteur), et Wl tronçon inférieur pour épuiser en alcool les vinasses avdnt leur évacuation.