Brevet FR2597502A1 — publié le 19871023

L invention est relative à un procédé de fabrication d alcool avec récupération des vinasses issues de la distillation. Elle trouvera-notamment son application dans l'industrie sucriers. Parmi les résidus de distillation d alcool à partir de vins obtenus par fermentation de jus sucré. il en est un qui occupe une place importante, il s'agit des vinasses. Les vinasses sont produites en grande quantité et sont très polluantes car elles sont chaudes. acides, et chargées de matières putrescibles. Leur volume est considérable puisqu en prenant 1 exemple d'une distillation d'un vin à 9-10 alcoométriques, il est obtenu plus d'un mètre cube de vinasse par hectolitre d'alcool pur produit. La concentration de l'industrie de l'alcool de fermentation dans les régions de forte production sucrière. provoque en un lieu donné de telles quantités de vinasses. qu'il n'est plus possible de les résorber par des moyens traditionnels tels que l'épandage dans les champs, l'épuration naturelle en lagunage, ou encore les traitements chimiques ou biologiques. Par ailleurs. les règlements relatifs aux rejets industriels polluants deviennent de plus en plus sévères. et les taxes de rejet de plus en plus lourdes. Particuliérement dans le cas de la distillerie d'alcool de mélasse, les vinasses n-ont guère d autre destination possible que d etre concentrées sous forme de sirop. Mais cette concentration nécessite une installation industrielle trés onéreuse en investissement, en entretien et grosse consommatrice d'énergie. Aucune solution satisfaisante n-a pu etre apportée jusqu'à présent et dans l analyse du coût de production de l'alcool, la part de traitement des déchets est considérable. Le but principal de la présente invention est de présenter un procédé de fabrication d'alcool avec récupération des vinasses qui suivent la distillation. Les avantages de la présente invention sont doubles car dune part il y a un recyclage des déchets industriels d'ou une moindre pollution et l économie des taxes afférant aux nuisances engendrées par les rejets, et d'autre part, il y a une réutilisation des vinasses c est-å-dire l'emploi dune matière dont le coût peut être considéré comme nul. Des investissements en matériel lourd pour assurer le recyclage des vinasses peuvent être évités et il en résulte un abaissement très sensible du coût de production de l'alcool. Il est à remarquer que le réemploi dune matière telle que les vinasses considérées jusqu'à présent comme indésirables ne présente aucune incidence négative dans la qualité de l'alcool obtenu. Le rendement global de l installation n'est pas affecté pourvu que l'on respecte certaines concentrations en sucre dans le processus de fabrication. Un autre but de la présente invention est d'obtenir au cours du procédé de fabrication de l alcool, une concentration des vinasses qui facilite leur éventuelle élimination. Comme on le verra au cours de la description suivante. différentes options peuvent etre prises en ce qui concerne la destination des vinasses et en particulier, un recyclage total ou partiel peut être envisagé. Toutefois quel que soit le choix opéré, le surplus de vinasse à extraire. est concentré ce qui en réduit le volume et donc facilite le traitement. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description suivante qui n'est cependant donnée qu'å titre indicatif. Le procédé de fabrication d alcool de fermentation avec importante réduction et parfois même totale suppression du rejet des vinasses issues de la distillation, est caractérise par le fait que - on concentre sous forme de sirop le jus sucré issu de la matière première. si elle n'est pas assez concentrée. - on dilue le sirop ou la matière concentrée avant fermentation, par addition des vinasses. L invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée de dessins en annexe parmi lesquels: - la figure 1 schématise le diagramme de fonctionnement dune sucrerie-distillerie de betteraves de type traditionnel, - la figure 2 illustre les différentes phases du procédé de fabrication d'alcool avec récupération de vinasses selon la présente invention. - la figure 3 schématise le fonctionnement selon l invention dune distillerie de betteraves prise à titre d'exemple, dans laquelle les vinasses sont totalement recyclées. La présente invention vise un procédé de fabrication d'alcool avec récupération des vinasses issues de la distillation. Elle trouvera~ son application dans toutes les installations de distillerie d'alcool de fermentation. Le procédé de la présente invention s'applique plus particulièrement dans le cas de matières premières riches e sucre afin d'obtenir un milieu de fermentation disposant d'une forte proportion en sucre dissout par rapport aux produits non sucrés dissouts. La canne à sucre. la banane. le raisin sont bien adaptés à l'application du procédé de la présente invention, néanmoins c'est la betterave qui a été retenue dans les exemples suivants étant donné qu il s'agit d'une des principales sources de sucre en France. La figure 1 schématise le fonctionnement traditionnel d'une sucrerie-distillerie de betteraves. En suivant ce diagramme, les betteraves 1 une fois récoltées et nettoyées sont broyées. il s'agit de l'extraction du sucre 2. Cette diffusion produit un jus de betteraves 3 sucré ainsi que des pulpes 4 qui sont pressées. Le pressage donne des pulpes 5 qui seront déshydratées. Le pressage 5 donne également des eaux de presse 6 qui sont réintroduites dans 1 extraction du sucre 2. A ce niveau. un apport d'eau extérieur 7 est également réalisé pour faciliter 1 extraction des sucres qui se retrouvent en quasi-totalité au niveau du jus de betteraves 3. Le jus de betteraves 3 est ensuite épuré 8 puis concentré par évaporation 9 pour donner un sirop 10. Par cristallisation 11 du sirop 10, on obtient du sucre 12. Cette opération est réalisée avec l'intrégralité du sirop 10 dans les sucreries pures qui ne produisent pas d'alcool. Etant donné que la récolte des betteraves est réalisée sur une période relativement courte, certaines sucreries stockent une partie 13 du sirop 10, pour étaler la production de sucres 12 en cristallisant le sirop stocké 13 ultérieurement. Dans les sucreries-distilleries de mélasse, la mélasse 14 issue du sirop 10 et formant la partie non cristallisée est fermentée 15 après dilution avec de 1 eau 16 pour obtenir un vin 17. Ce vin 17 est distillé 18 pour en extraire l'alcool de mélasse 19. Des résidus de distillation forment les vinasses de mélasse 20 qui sont concentrés par évaporation 21 pour former un sirop de vinasse 22. Les vinasses de mélasse 20 possèdent suffisamment de matières séches pour être évaporées ce qui permet la commercialisation du sirop de vinasse 22. Dans les sucreries-distilleries de betteraves, à la sortie de l'extraction du sucre 2. une partie du jus de betteraves 3 est directement fermentée 23 puis distillée 24 pour donner de l'alcool 25. Les résidus de distillation 24 forment les vinasses de betteraves 26. Dans une distillerie de betteraves pures, la totalité du jus de betteraves 3 est utilisée pour produire de l'alcool 25 après fermentation 23 et distillation 24. Dans ce type d'installation, les vinasses de betteraves 26 représentent un volume très important qui ne peut être totalement recyclé et dont on ne peut pas facilement se débarrasser étant donné qu'elles ne peuvent être concentrées en raison de leur faible teneur en matières sèches, et de la présence des colloides. La présente invention se propose précisément d'apporter une solution pour produire de l'alcool 25 et récupérer les vinasses 26 issues de la distillation 24. La figure 2 schématise les différentes étapes du procédé de fabrication d'alcool avec récupération des vinasses issues de la distillation selon la présente invention. Dans l'exemple choisi, les betteraves 1 sont choisies comme matière première sucrée néanmoins d'autres matières riches en sucre peuvent parfaitement être employées. Les betteraves 1 subissent une extraction du sucre 2 qui les décompose en un jus sucré 3 et en pulpes 5. Les pulpes 5 subissent une opération de pressage qui donne des pulpes pressées 5 et l'eau de presse 6 est réincorporée au niveau de l extraction du sucre 2. Le jus sucré 3 est épuré puis concentré par évaporation 9 et prend alors la forme d'un sirop 10. Ce sirop 10 constitue l'élément de base d'une fermentation 23 suivie d'une distillation 24 qui permet de récolter de l'alcool 25. Comme dans le procédé traditionnel, les résidus de distillation 24 sont constitués par des vinasses 26. La fermentatien d'un milieu concentré est plus délicate i réaliser aussi. selon la caractéristique principale du procédé de fabrication d'alcool de la présente invention, on dilue le sirop concentré 10 avec une partie des vinasses 26 issues de la distillation 24. Pour réemployer la Majeure partie des vinasses 26 résiduelles de distillation, il est également possible d'en réincorporer une partie au niveau de l'extraction du sucre 2. Les recyclages des vinasses 25 sont schématisés a la figure 2 par les flèches 27. Dans l'exemple choisi. la totalité des vinasses 26 obtenues de la distillation 24 du sirop 10 sont réintégrées dans le procédé de fabrication de l'alcool 25. Le procédé décrit précédemment permet de réduire considérablement et Même dans certains cas de supprimer totalement l'effluent de vinasses vers l'extérieur. En cas de réduction du volume, le taux de matières dissoutes augmente de ce fait le traitement ultérieur en vue d une récupération ou d'une épuration est grandement facilité. En cas de suppression totale. les soucis de rejet et les taxes afférentes sont évites et de surcroit la consommation d'eau selon ce procédé est réduite. C--e cela a éte énoncé précédemment. le procédé de fabrication selon la présente invention s'applique plus particulièrement au milieu riche en sucre dissout, aussi, il est parfois souhaitable de préconcentrer ou d'épurer la matière première. Ces traitements préliminaires sont, dans l'ensemble, beaucoup plus faciles et moins onéreux que les traitements ultérieurs de la vinasse. Dans beaucoup de cas, ils ne sont pas nécessaires par exemple pour les fruits secs, matières amylacées saccharifiées, résidus sucres concentrés, etc.... Dans d'autres cas, cas traitements sont déjà réalisés ti la distillerie est l'annexe d'une autre industrie comme dans les distilleries annexes de sucreries. L'épuration a effectuer a essentiellement pour but de faciliter la concentration du jus en sirop. Elle peut consister, comme traditionnellement en sucrerie, on un traitement calco-carbonique. Cependant des procédés plus simples et moins onéreux peuvent être utilisés par voie physique, chimique ou biologique. En effet l'élimination du non sucre, 1 inversion du saccharose en sucres réducteurs. la coloration, etc... suint ici Ces considérations secondaires. Dans l'exemple décrit ci-après. il est montré qu une sucrerie de betteraves qui désire faire de l'alcool avec une partie des betteraves traitée à avantage suivant le procédé de la treseete invention, à produire du sirop et à l'envoyer en fermentation, plutôt que de fermenter directement du jus de diffusion de betteraves, Le cout d'épuration et de concentration du jus destiné à la distillerie trouve sa contrepartie dans la suppression totale des vinasses et supprime tout investissement et tout frais pour le traitement de celle-ci. Cependant. la limite du recyclage en fermentation est atteinte lorsque l'accumulation du non sucre dans le circuit gène le micro-organisme utilisé pour la fermentation. Le rapport sucreimatière sèche totale va donc diminuer pour atteindre un équilibre lorsque tout le non sucre entrant dans le système s'évacuera dans la partie de vinasses non recyclée en fermentation. Le recyclage total des vinasses en fermentation n'est deet pes possible puisque le rapport ci-dessus tendrait vers zéro paf l'augmentation incessante de son dénominateur. D'ou l'intérêt de diriger une fraction de la vinasse obtenue vers la diffusion. En l'absence de diffusion, il est également possible de trouver un autre excutoire pour l'excédent de vinasse. D'ailleurs cet excédent peut facilement être transformé en sirop à moindre frais puisque celle-tI est déjà pre-concentrée et épurée. D'une manière générale, le rapport sucreimatiéres sucres supportable par des levures du genre saccharomycès peut s'abaisser jusqu'à 0,6 voire meme 0,5. Les levures schizosaccharomvcès ou des bactéries supportent des rapports sucreimatières sèches encore pires faibles. Cependant, il faut rentrer de l'eau dans le système et an le fera avantageusement en lavant la crème de levure si le procédé utilisé est du type reprise des levures" comme décrit dans 'exempie suivant. L exemple d'application illustré à la figure 9 est mon limitatif. le procédé pouvant être appliqué à différentes matières susceptibles de subir une fermentation telle que matières amylacées ou cellulosiques ou encore des jus contenant des matiéres autres que des sucres à soumettre à des fermentations telles que : alcool. acides et autres. La fermentation peut être alcoolique (par des levures ou des bactéries) ou destinée à produire tout métabolite résultat d'une action microbienne ou enzymatique. Enfin, l'alcool, ou le métabolite formé, peut être extrait par distillation ou tout autre procédé de séparation. Dans tous les cas, le procédé de la présente invention envisage la résorption par recyclage ou traitement simplifié du résidu d'extraction final, par l'écriture correcte du bilan sauvegardant le déroulement du processus de production d'alcool. La figure 3 illustre le fonctionnement selon l'invention d'une sucrerie possédant une distillerie annexe, qui utilise comme matières premières des betteraves. Selon le cas examiné, toute la production est transformée en alcool avec recyclage complet des vinasses. Mille kilos de betteraves sont introduits au niveau de l'extraction du sucre 2 qui produit 1.189 kilos de jus de diffusion sucré 3 et 800 kilos de pulpe 4 qui après pressage donnent 584 kilos d'eau de presse 6 réintroduits dans l'extraction du sucre 2. Les 216 kilos de pulpe résiduels 5 pressés sont récupérés et séchés pour un usage annexe. Le jus sucré de diffusion 3 dont la composition est donnée à la figure 3 dans le tableau 28 subit une opération d'épuration et de dilution 29 dont le résultat est un jus avant évaporation 30 contenant 156 kilos de sucre pour un poids total de 1.250 kilos. Ce jus 30 est concentré par évaporation ou tout autre procédé 9 et donne un sirop sucré à 60 7. en poids 31. Selon le procédé de la présente invention, ce sirop subit une dilution 32 avant d'être fermenté dans une cuve 23. Les levures de fermentation sont introduites dans la cuve 23 â partir d'une cuve auxiliaire 33, ou elles ont été lavées par un apport d'eau extérieure 34. Il faut souligner qu'il s'agit de la seule entrée d'eau pure utilisée dans le procédé décrit. Une fois le sirop dilué fermenté, le vin obtenu est dirigé vers une colonne de distillation 35 d'où est extrait l'alcool 25 qui représente environ 195 litres à 50 degrés. La fermentation 23 produit 1.355 litres de milieu fermenté à 8 alcoométriques. Une fraction, environ 136 litres de la solution fermentée contenant les levures séparées par centrifugation est introduite dans la cuve à levure 33 et servira à réaliser la fermentation ultérieure. La distillation 35 produit 1.023 litres de vinasse. Cette vinasse est intégralement recyclée dans le procédé de fabrication de l'alcool à raison de 618 litres utilisés pour la dilution 32 du sirop 31 et de 505 litres employés comme liquide de diffusion au niveau de la diffusion 2 des betteraves 1. Les avantages d'un tel procédé sont évidents, d'une part il n y a pas d'effluent de vinasse polluante et donc reduction des coûts de rejet. Le chauffage des appareils à distiller est possible par les prélèvements de l'évaporation qui pourrait également servir à la cristallisation dans le cas de travail en sucrerie. Le procédé n'occasionne aucun coût supplémentaire en vapeur. D'autre part, l'installation est très souple et peut passer rapidement de la production de sucre a la production d'alcool et vice-versa. La récupération éventuelle des composés de la vinasse est facilitée en raison de sa concentration. il y a une économie d'eau et la fermentation est également facilitée par l'emploi de produits chauffés (sirop-vinasse) donc stérilisés. Il y a également un moindre salissement des appareils par des produits épurés. D'autres mises en oeuvre de la présente invention, à la portée de l Homme de l Art, auraient également pu être envisagées sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'alcool de fermentation avec importante réduction et parfois même totale suppression du rejet des vinasses issues de la distillation, qui trouvera notamment son application dans l'industrie sucriers pour le recyclage des résidus, selon lequel on réalise l'extraction du sucre (2) de la matière première sucrée (1Z, telle que betteraves, cannes à sucre ou autres. avec de l'eau de presse (6 > pour obtenir un jus sucré (3) qui une fois fermenté (23) est distillé pour en extraire l'alcool (25 > et obtenir les vinasses (26), caractérisé par le fait que - on concentre sous forme de sirop (10) le jus sucré (3 > issu de la matière première (1X, si elle n'est pas assez concentrée, - on dilue le sirop (10 > ou la matière concentrée avant fermentation (23) par addition de vinasses (26). 2. Procédé de fabrication d'alcool selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réincorpore les vinasses (26) au niveau de l'extraction du sucre (2) de la matière première sucrée (1 > . 3. Procédé de fabrication d'alcool selon la revendication 1, selon lequel on provoque la fermentation du sirop (10) par introduction de levures à partir d'une cuve auxiliaire (33), caractérisé en ce que l'on introduit de l'eau de déconcentration (34) dans la cuve auxiliaire (33 > pour laver la crème de levure et que 1 on introduit ensuite cette eau de déconcentration (34 > dans le milieu de fermentation. 5. Procédé de fabrication d'alcool selon la revendication 1 dans lequel on utilise des levures saccharomyces de fermentation, caractérisé en ce que l'on recycle les vinasses (26) de distillation dans le milieu de fermentation (23 > de telle sorte que ce dernier présente un rapport sucreimatiéres sèches voisin de 0,5. 5. Procédé de fabrication d'alcool selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on réintroduit les vinasses (26) de distillation au niveau de l'extraction du sucre (2 > de la matière première sucrée (1) selon un rapport de 400 kilos de vinasses (26) pour 160 kilos de sucre ou 1.000 kilos de betteraves. 6. Procédé de fabrication d'alcool selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réintroduit les vinasses (26 > dans le sirop (10) selon un rapport voisin de 618 litres de vinasses pour 260 kilos de sirop sucré à 60 Z en poids.