Brevet FR2644360A1 — publié le 19900921

PROCEDE DE CONCENTRATION DE DISPERSION OU DE SOLUTION AQUEUSE DE COMPOSES BIOCHIMIQUES L'invention concerne les procédés de concentration de dispersion ou de solution aqueuse de composés biochimiques susceptibles d'être perturbés par des traitements mécaniques brutaux, et notamment par la présence de gradients élevés de vitesse ou de pression. Il est souvent nécessaire de concentrer une dispersion, éventuellement sous forme d'émulsion, ou une solution aqueuse d'un composé blocKimique de nature telle que la dispersion ou la solution est peu ou pas ioni sée et présente donc une résistivité élevée. Les procédés de concentration utilisés à l'heure actuelle dans ce cas sont essentiellement l'ultrafiltration et l'osmose inverse, utilisant des membranes poreuses. Le transfert de l'eau à travers la membrane est provoqué par un gradient de pression s'exerçant à travers elle. La solution ou la dispersion circulant au contact de la membrane doit avoir une pression d'autant plus importante que la porosité de la membrane est faible dans le cas d'ultrafiltration ou que la pression osmotique est grande dans le cas de l'osmose inverse. La pompe nécessaire pour créer cette pression soumet la dispersion ou la solution (qui seront collectivement désignées par la suite par le seul terme de dispersion pour plus de simplicité) & des contraintes d'autant plus élevées que la différence entre les pressions amont et aval est grande.Si le produit & récupérer est constitué par le perméat, c'est-à-dire par de l'eau (ce qui est par exemple le cas pour la désalinisation pour obtenir de l'eau déminéralisée), ces contraintes n'ont pas d'inconvénient. Par contre, ces mêmes contraintes risquent de déstabiliser une dispersion ou de dégrader le produit dispersé ou dissous avec un résultat préjudiciable a la valorisation du concentrat lorsque c'est ce dernier qui est le produit utile. Ce problème se rencontre notamment dans la concentration d'une solution biochimique ou d'une dispersion de protéines, lipides ou phospholipides dans l'eau. L'invention vise à fournir un procédé permettant de concentrer de telles dispersions sans perturber le concentrat ou le produit dissous ou dispersé, et ce avec un rendement acceptable. Dans ce but, l'invention propose un procédé selon lequel on soumet à une électrodialyse la solution ou dispersion, additionnée d'-un produit minéral dissociable (sel en général) à une teneur suffisante pour que la conductivité soit supérieure à 18,5 mS et suffisamment faible pour ne pas perturber les composés. L'adjonction de sel fournit simultanément deux résultats : la résistivité de la solution, initialement peu ou pas ionisee, est très diminuée ; et, surtout, les ions du sel introduit fixent des molécules d'eau par formation de couches de solvatation et les entrainent a travers les membranes échangeuses d'ions. On peut notamment faire circuler la solution ou la dispersion à traiter dans un compartiment d'-électro- dialyse délimité par une membrane anionique et une membrane cationique après avoir porté sa teneur en sel à la valeur nécessaire. Souvent le sel pourra etre constitué par du chlorure de sodium. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un procédé de mise en oeuvre de l'invention et d'une installation correspondante. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe d'un électrodialyseur permettant de mettre en oeuvre l'invention ; - la figure 2 est un schéma d'une installation complète de mise en oeuvre de l'invention. Le processus d'électrodialyse mis en oeuvre par l'invention est en lui-même bien connu. On pourra notamment en trouver une description dans Kirk-Othmer "Encyclopedia of Chemical Technologyw édité par Interscience Publishers, à l'article "Electrodialysis". On sait par ailleurs, que lorsqu'un courant électrique continu traverse une membrane neutre interposée entre deux solu tions électrolytiques, un transport d'eau accompagne le transport ionique du fait d'un phénomène d'électroosmose. L'invention utilise un phénomène d'électrodialyse qui implique au contraire l'emploi de membranes échangeuses d'ions. Dans le cas illustré sur la figure 1, l'électrodialyse est mise en oeuvre dans un électrolyseur 10 comportant une anode 12 et une cathode 14, placées aux extrémités opposées d'une chambre. Cette chambre est fractionnée par des membranes alternées cationiques 16 et anodiques 18 en compartiments. Le premier compartiment délimité par des membranes a partir de la cathode et un sur deux des compartiments suivants appartiennent å un circuit de produit à traiter qui comporte une conduite d'arrivée de produit 20 et un collecteur 22 de produit concentré par enlève- ment d'eau. Les compartiments intercalés entre les précédents et le dernier compartiment (proche de l'anode 12) appartiennent å un circuit de concentration destiné à recevoir les ions dû sel et les molécules d'eau qu'ils entrainent. Ce circuit peut comporter une conduite d'amenée 24 d'eau rendue conductrice par adjonction d'un composé minéral dissociable, base ou sel. Dans la pratique, on utilisera généralement une solution du sel introduit dans le produit à traiter. Lorsque le circuit de concentration fonctionne en boucle fermée, l'adjonction du composé minéral n'est nécessaire qu'au début de l'opération de concentration : en effet, au fur et à mesure du traitement du produit, la concentration en sel et donc la conductivité électrique augmente d'elle-même. En règle générale, pour avoir une résistivité suffisamment basse, on donnera initialement à la solution de concentration une teneur en composé minéral dissociable (NaCl par exemple) d'au moins 0,01 N et d'au plus 0,2 N. L'électrolyseur représenté comporte, de façon classique, deux compartiments terminaux de rinçage dans lesquels sont noyées les électrodes 12 et 14, appartenant a un circuit d'électrolyte de rinçage ; ce circuit peut comporter un réservoir de stockage 28 et une pompe basse pression 30. Conformément à l'invention, le produit introduit dans l'électrolyseur est additionné d'un sel dissociable, par exemple dans un bac de stockage 32 placé en aval de la pompe 34 de circulation du produit. La pompe 34 peut être & basse pression : en effet, il suffit que la pompe fournisse une pression motrice équilibrant les pertes de charge dans le circuit du produit pour le débit souhaité. Cette pression sera beaucoup plus faible que dans le cas d'ultrafiltration ou d'osmose inverse Le fonctionnement est le suivant. Lorsqu'unie tension est appliquée entre les électrodes 12 et 14, il y a électrolyse dans les compartiments parcourus par le produit. Du fait que chacun de ces compartiments est délimité par une membrane anionique côté anode et une membrane cationique côté cathode, les ions chlore et sodium peuvent passer dans le circuit de concentration en entraînant l'eau de solvatation. La figure 2 montre la conception de principe d'une installation à régulation (le circuit de rinçage n'étant pas représenté). Le circuit de concentration comporte un réservoir 35 dans lequel puise une pompe de circulation 36 qui alimente la conduite d'admission 24. Le collecteur 26 ramène au réservoir la solution de concentration, enrichie en ions Cl et Na. Le circuit de produit comporte une boucle de régulation permettant de maintenir constante la teneur en sel du produit injecté dans l'électrolyseur 10. La boucle montrée schématiquement en figure 2 comporte un capteur de conductivité 38 fixé sur le bac 32 d'ajustage de la concentration et de stockage tampon. La sonde 38 est reliée & un régulateur 40 destiné å maintenir la conductivité égale a une valeur de consigne et commandant un dispositif 42 d'admission de sel, soit sous forme solide (par exemple à l'aide d'un doseur à vis), soit sous forme d'une solution mère concentrée (au moyen d'une pompe à injection). L'addition de sel compense le transport ionique à travers les membranes échangeuses d'ions 16 et 18 et maintient sensiblement constante la conductivité électrique du produit. La valeur de consigne de la conductivité est choisie telle que la concentration correspondante de sel n'ait pas d'effet nuisible sur le produit à concentrer. Si par exemple ce produit à concentrer est constitué par une émulsion, la valeur de consigne devra être inférieure à celle pour laquelle l'émulsion casse Du fait que la concentration en sel de la solution de concentration augmente au fur et a mesure du déroulement de l'opération, la résistance électrique de l'ensemble des cellules constituant l'electrodialyseur diminue. Si la tension d'alimentation restait constante, la densité de courant augmenterait. 11 est souvent souhaitable de maintenir cette densité de courant constante ou du moins de l'empêcher de dépasser une valeur déterminée.Pour cela, l'installation de la figure 2 comporte une boucle de régulation de courant comportant un capteur 44 de courant électrique traversant les électrodes 12 et 14 et d'un régulateur 46 qui compare l'intensité du courant à une valeur de consigne et modifie la tension d'alimentation pour maintenir la densité de courant à une valeur constante. On donnera maintenant un exemple de mise en oeuvre de l'invention, constitué par la concentration d'une émulsion de triglycérides dans l'eau, émulsion stabilisée par un émulsifiant constitué par des molécules de phospholipides. La concentration initiale de la solution en triglycérides était de 40 % en masse. L'émulsion a été traitée dans un électrodialyseur à 20 cellules. La tension d'alimentation était réglée pour maintenir une densité de courant de 30 m A/cm2 L'émulsion contenait du chlorure de sodium à une concentration maintenue à 0,1 M. Cette concentration pourrait être augmentée, mais sans attendre la valeur de 0,2 M environ pour laquelle l'émulsion "casse" par séparation des phases. La mise en oeuvre de l'invention a permis d'ex #traire 50 % de l'eau et d'obtenir une concentration finale en triglycérides de 60 * sans aucune altération de l'émulsion qui est restée stable. REVENDICATIONS 1. Procédé de concentration de dispersion ou de solution aqueuse de composés biochimiques dégrada bleus non ou peu ionisés, caractérisé en ce qu'on soumet la solution å électrodialyse dans un électrodialyseur à membrane anionique et cationique après addition d'un produit minéral dissociable à une teneur amenant la conductivité de la solution à une valeur supérieure à 18,5 mS et suffisamment faible pour ne pas perturber les composés. 2. Procédé selon la revendvcation 1, caractérise en ce qu'on fait circuler la solution ou la dispersion å traiter dans au moins un compartiment d'électrodialyse délimité par une membrane anionique et une membrane cationique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on fait circuler une solution du produit minéral de part et d'autre desdites membranes. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, ca ractérisé en ce que le produit minéral est un sel tel que le chlorure de sodium. 5. Procédé selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce qu'on fait circuler le produit dans une boucle fermée en ajustant la teneur en produit minéral avant ré-introduction dans le compartiment jusqu'à obtention de la concentration souhaitée. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 a 5, caractérisé en ce qu'on maintient la densité de courant d'électrodialyse & une valeur sensiblement constante.