Brevet FR2550461A1 — publié le 19850215

"PROCEDE DE TRAITEMENT DES SOUS-P#ODUITS ALIMENTAIRES ET INSTALLA TIONS DE MISE EN OEUVRE Invention de Jean-Michel CHARLES et Jean-Paul ROULLAND au nom de la société dite : L'AIR LIQUIDE,SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE. La présente invention concerne un procédé de traitement des sous-produits alimentaires. Les économies d'énergie et la valorisation des sousproduits dans les industries alimentaires sont une préoccupation constante. La valorisation de ces sous-produits nécessite des traitements de pré-concentration; l'un d'entre eux, l'osmose inverse est actuellement développé. Selon ce procédé, on fait passer sous pression le liquide à traiter au travers de membranes. Cependant, certains constituants des sous-produits alimentaires ont tendance à précipiter et finissent par colmater les membranes, ce qui nécessite des arrêts fréquents de l'installation et le remplacement des membranes. Ainsi, dans l'industrie laitière, certains constituants du lactosérum, tels les composés phosphocalciques, montrent cette tendance à la cristallisation au cours du traitement dans l'installation d'osmose inverse. Une installation classique d'osmose inverse comporte le système d'alimentation en produit à traiter, un bac tampon facultatif, suivi d'une pompe de refoulement dite basse pression fournissant des pressions comprises entre 1 à 10 bars, puis d'une pompe à refoulement dite haute pression permettant de monter à des pressions pouvant atteindre jusqu'# 100 bar, en général de tordre de-50 bar au niveau de l'introduction dans les filtres d'osmose inverse et enfin le bac de stockage du concentrat. On a recherché à éviter cette précipitation par abaissement réversible du pli de la solution concentrée. Pour obtenir cet abaissement temporaire du pli, on a proposé l'injection d'anhydride carbonique dans la solution contenant le sous-produit alimentaire, soumise à un traitement de pré-concentration par osmose inverse L'injection d'anhydride carbonique dans un sous-produit alimentaire traité selon la technique de l'osmose inverse, avec abaissement réversible de pli, permet d'éviter une cristallisation de composés chimiques et conduit à une durée d'utilisation des membranes beaucoup plus importante. L'anhydride carbonique est un agent acide particulièrement apprécié car il donne l'opportunité d'une acidification douce, facile à contrôler et à moduler en fonction de la demande. Il est avantageux de réguler la quantité d'anhydride carbonique introduit en fonction de la demande acide nécessaire pour empêcher toute cristallisation dans le milieu liquide et colmatage des membranes d'osmose inverse. On peut utiliser des moyens de signal de la demande en acide, donc en anhydride carbonique, adaptés au sous-produit alimentaire traité, par exemple en relation avec la variation de résistivité du milieu à traiter. ta forme de ces moyens et la nature de leur revêtement extérieur sont tels que la mesure du signal ne soit pas perturbée par la présence éventuelle de mousses ou la formation d'un film liquide sur la surface de ces moyens. La dissolution de l'anhydride carbonique constitue une opération unitaire de transfert de matière, les fluides en présence étant respectivement liquide - solution contenant le sous-produit et gazeux - l'anhydride carbonique. En conséquence, l'efficacité du transfert est liée à la qualité de l'émulsion gaz-liquide. Aussi, il est apparu intéressant d'accroître la vitesse du liquide au point d'injection de l'anhydride carbonique, de manière à générer une émulsion ou fractionnement des bulles. L'injection d'anhydride carbonique peut être prévue en divers points de l'installation d'osmose inverse. On peut envisager l'injection de l'anhydride carbonique au cours de l'alimentation en produit à traiter, avant l'entrée dans le bac tampon du milieu à traiter; il est également possible de réaliser cette injection dans une partie du milieu liquide soumis à un agent tampon, c'est-à-dire en dérivation sur le bac tampon. Il peut être intéressant d'injecter l'anhydride carbonique en amont du point de montée en basse pression du milieu à traiter.Toutefois, l'injection de l'anhydride carbonique en un point situé sur le circuit basse-moyenne pression en aval de la première montée en pression, dite basse ou moyenne pression, du milieu à traiter par osmose inverse, et en amont de la seconde montée en pression, dite haute pression du milieu à pré-concentrer par osmose inverse, constitue une solution particulièrement performante et avantageuse quand cette injection est réalisée dans une zone d'accroissement de la vitesse de circulation du milieu liquide. Le procédé de l'invention conduit à d'excellents. résul- tats en industrie laitière dans la valorisation du lactosérum. Il est donné ci-après, à titre non limitatif, un exemple de réalisation de l'installation et de son fonctionnement lors de la pré-concentration du lactosérum par osmose inverse, avec injection de l'anhydride carbonique entre la pompe de refoulement basse pression et la pompe de refoulement haute pression. L'installation représentée sur la figure du dessin annexé comprend la canalisation (1) d'introduction du produit à traiter dans le bac tampon (2), la canalisation de sortie du milieu liquide (3) à la base du bac tampon, transférant le milieu liquide jusqu'à la pompe de refoulement t4) basse pression entre 1 et 10 bar et la canalisation (5) de sortie de ladite pompe basse ou moyenne pression, sur laquelle est inséré le système d'injection du gaz l'anhydride carbonique1 est de conception simple facilement nettoyable, pouvant fonctionner jusqutà une pression relative de 10 bar. Immédiatement après l'introduction de l'anhydride carbonique, à partir de la canalisation d'amenée (6), la canalisation (5) comporte un rétrécissement brusque (Sa), au sommet d'un dispositif conique (7). La génération de l'émulsion ou fractionnement des bulles est obtenue par le rétrécissement brusque, à l'entrée du cône, de manière à accroître la vitesse du liquide au point d'injection de l'anhydride carbonique. De plus, le contact gaz - liquide est amélioré de façon considérable par la position d'un cône immédiatement après le système de formation de l'émulsion. Cette disposition du cône constitue une caractéristique de l'installation d'injection d'anhydride carbonique. La forme conique a pour effet de créer un gradient de vitesse du milieu liquide, ce qui se traduit par une ségrégation des bulles de gaz; les bulles de diamètre le plus élevé se trouvant en haut du cône et les bulles de diamètre le plus faible étant entrainées vers la base. Une deuxième caractéristique du système d'injection de l'anhydride carbonique réside dans le fait que l'injection d'anhydride carbonique est régulée à l'aide de moyens de signal de la demande en acide, non représentés, placés le long d'une génératrice du cône. Ces moyens de signal peuvent être des capteurs de niveau dont le fonctionnement a pour base le principe d'une mesure de résistivité. Ces capteurs de niveau sont adaptés aux produits traités, notamment au lactosérum. La forme des électrodes constituant les capteurs, ainsi que leur revêtement extérieur, sont réalisés de manière telle que la présence de mousses ou la formation d'un film liquide, sur leur surfaces ne puisse en rien perturber la mesure du signal. En sortie du cône (7) la pompe haute-pression (8) fait circuler le liquide à traiter dans les étages successifs de membranes d'osmose inverse (9), le concentrat est ensuite stocké dans le bac de stockage (10). On fait fonctionner l'installation avec du lactosérum doux comme produit traité. Le lactosérum doux arrive dans le bac (2) par l'intermédiaire de la canalisation (1), la pompe (4) (basse ou moyenne pression) reprend le liquide du bac tampon et l'envoie dans le cône muni du système de génération de l'émulsion. Les principaux paramètres relevés sont les suivants débit de lactosérum doux 10 m3/heure, débit de gaz C02 1 kg/heure concentration en C02 dissous en sortie du cane 1 g 1/heure. pH du liquide avant le cône 6,4 pH d4 liquide après le cane 5,7. Le temps de séjour de l'émulsion dans le cône, entre 5 secondes et 5 minutes, est favorable à l'abaissement du pli de 1 à 1,5 unité. En sortie de cane, la pompe haute pression (pression de refoulement 50 bar) fait circuler le liquide à traiter dans trois étages successifs de membranes d'osmose inverse. Avant la mise en place du dispositif de dissolution de l'anhydride carbonique, les membranes d'osmose inverse étaient colmatées après une à deux heures de fonctionnement. Avec la mise en oeuvre de l'anhydride carbonique et l'implantation du système d'injection du C02 décrit dans l'exemple, les membranes d'osmose inverse sont utilisées efficacement pendant neuf heures et plus. Ce procédé et son système d'injection de l'anhydride carbonique dans un sous-produit de l'industrie alimentaire peut être installé sur toutes les unités d'osmose inverse sur lesquelles un abaissement de pli réversible permet d'éviter une cristallisation de composés chimiques et conduit à une durée d'utilisation des membranes beaucoup plus importante. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de pré-concentration de sousproduits alimentaires par osmose inverse, caractérisé en ce qu'on procède à un abaissement temporaire du pli de milieu liquide contenant le sous-produit alimentaire avant la pré-concentration par osmose inverse. 2. Procédé de traitement de sous-produits alimentaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anhydride carbonique est introduit dans une zone d'accroissement de la vitesse de circulation du milieu liquide. 3. Procédé de traitement de sous-produits alimentaires selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'anhydride carbonique est injecté dans le circuit basse-moyenne pression en amont de la montée en haute pression. 4. Procédé de traitement de sous-produits alimentaires selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en cloue la quantité d'anhydride#carbonique introduit est régulée en fonction de la imandein acid aci#nécessaire pour empêcher toute cristallisation dans le milieu liquide, par l'intermédiaire de moyens de signal de cette demande en acide, les dits moyens étant adaptés au sous-produit alimentaire traité. 5. Procédé de traitement de sous-produits alimentaires selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de signal de la demande en anhydride carbonique est en relation avec la variation de résistivité du milieu. 6. Procédé de traitement de sous-produits alimentaires, selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de signal de la demande en anhydride carbonique sont des capteurs de niveau sensibles aux variations de la résistivité du milieu. 7. Installation pour la mise en oeuvre du traitement de pré-concentration de sous-produits alimentaires par osmose inverse, comprenant un système d'alimentation en produit à traiter ( ) un bac tampon (2) une pompe de refoulement (4) basse-moyenne pression, une pompe de refoulement (8) haute pression, des filtres d'osmose inverse (9) et un bac de stockage (tu), caractériséeen ce qu'elle comporte en outre sur la canalisation (5), entre les pompes (4) et (8) une canalisation d'amenée de gaz (6) sur la canalisation (5) reliant les deux pompes, le système d'injection. de gaz comportant un système de formation d'émulsion gaz-liquide constitué par un brusque rétrécissement (5a) de ladite canalisation au sommet du dispositif conique (7). 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, des moyens de signal constitués par des capteurs de niveau placés le long d'une génératrice du dispositif conique. 9. Application du procédé selon une quelconque des revendications 1 à 6, au traitement de pré-concentration par osmose inverse de sous-produits de l'industrie laitière, tel le lactosérum.