Brevet FR2745734A1 — publié le 19970912

La présente invention concerne un procédé de biotechnologie permettant la transformation des matières et déchets organiques , d'origine animale et végétale , en produits réintégrables dans le cycle alimentaire universel - Les déchets ou sous produits généralement pas utilisés peuvent ètre traités par le procédé transformant les coproduits et sous produits donc la biomasse en général en adjuvants , concentrés alimentaires et en engrais bio organiques. ce procédé permet la production de nouvelles structures biologiques simples, composites restructurées et spécifiées dont la valeur nutritionnelle optimale est spécifique, équilibrée et directement assimilables par les organismes vivants, animaux et végétaux. Ce procédé assure des transformations biotechnologiques de qualités bactériologiques parfaites , avec un très bon coefficient de transformation pour une production à manipulation simple . Le procédé concerne l'exploitation optimale des propriétés biochimiques intrinsèques des composants fondamentaux des matières organiques d'origine animale et végétale de la biomasse quelque soient leur origine leur texture,leur état de conservation ou de contamination Ce procédé réalise les transformations des matières par: - Craquage avec hydrolyse biomécanique . - intéractions biochimiques et physicochimiques controlées - Créations de nouvelles liaisons moléculaires de qualités complémentaires . - Homogénéisation, restructuration et stabilisation des nouvelles molécules . - Conditionnement des farines et granulés Le procédé permet la transformation totale des produits injectés dans le procédé sans déchets en fin de filière ou de processus de fabrication Le procédé décrit permet des réponses aux trois problèmes majeurs de - carence alimentaire - qualités bactériologiques de l'alimentation - restructuration et désertification des sols Ce procédé par l'adaptation des paramètres d'exploitation permet de réaliser des produits à qualités 'cibles' biochimiques et organoleptiques ; en tenant compte des contraintes et limites génétiques des receveurs. Les subtances nutritives ,et les principes actifs indispensables sont concentrés dans la peau des fruits, des légumes et sont éliminés comme déchets par les technologies modernes de raffinage qui privilégient exclusivement les qualités organoleptiques la texture ,le conditionnement et la conservation - Le procédé permet la revalorisation et garantit la biodisponibilité des nutriments après destruction des principes toxiques Les produits fabriqués par ce procédé permettent l'alimentation: - des polygastriques et ruminants - des monogastriques ; porcs. volailles . chiens , chats .. - des poissons en piscicultures et aquacultures... Ce procédé permet , I'exploitation de nouveaux gisements de biomasse tels que pulpes d'olives, de raisins, de légumes d'agrumes et autres matières de la filière. Le procédé en fonction du réglage adopté des paramètres de fonctionnement permet également la production - de supports de culture et fertilisants, engrais et adjuvants bio organiques multiples . - de fumure d'entretien et de redressement. - de fixation de l'azote minéral et régénération des terreaux . - de reconstruction des ciments colloidaux et composants humides structurels. - de stabilisation , assainissement et équilibrage de compost de toutes origines. - inertage des métaux lourds et élimination des toxiques . D'autres applications sont possibles en sylviculture , en culture nouvelle et de reconversion pharmacologie, phytothérapie, cosmétologie et parfumerie - Les domaines d'applications sont très divers et les retraitements de matières peuvent concerner par exemple: Pour les matières d'origine animale -les matières des industries agro élevages telles que les élevages bovins ,ovins porcs la pèche -les matières et sous produits des industries agro alimentaires telles que conserveries, abattoirs laiteries et fromageries. -les matières déchets de piscicultures et les sous produits divers , déchets de cuisines les boues de stations d'épurations , les matières de vidanges pour les matières d'origine végétale -les matières et sous produits des industries agro alimentaires telles que les brasseries, les sucreries , les huileries, les choucroutiers, les vinifications et pressoirs .. -les sous produits des industries du bois et des papèteries. Le procédé assure les traitements et transformations systématiques de la biomasse d'origine végétale et animale séparément ou en mélanges par HYDROLYSES ,fermentations digestion bactérienne et minéralisation par actions et intéractions physiques, bio physiques et biochimiques controlées; en traitements par cycles successifs - Le procédé technique de fabrication est modulaire et modulable avec un fonctionnement entièrement en automatique préprogrammé et autocontrolé pour assurer: -le traitement mécanique sous pression pour réaliser l'hydrolyse et le craquage des matières à traiter - la rupture des liaisons moléculaires et réarrangement des molécules et modifications des structures atomiques. -les transformations d'homogénéisation et stabilisation -les intéractions biochimiques controlées , complémentation organo minérale spécifique ; restructurations . -I'épuration , la stabilisation , et le conditionnement adapté Les produits sortant du procédé sont du type simple ou composite en aliments pour animaux avec une digestibilité optimale et principes actifs assimilables . en filière engrais et amendements bio organiques avec adjuvants à concentration élevée en azote organique et autres applications de complément Ces produits sortants du procédé en farine ou granulés présentent une qualité parfaite compte tenu de la parfaite adaptation des paramètres et phases d'exploitation selon les matières à traiter Le procédé répond aux besoins de production biotechnologique par traitement biomécanique qui n'existe pas actuellement. La présente invention comporte essentiellement - les techniques de préparation des matières à taiter . - les réacteurs d'hydrolyse haute et basse pression dont les paramètres sont réglables en fonction des matières à traiter et des produits recherhés en production . Ces réacteurs sont généralement intégrés dans une filière spécialisée en cl aine de production. - les réchauffeurs malaxeurs - les installations de déshydratation et de séchage des produits fabriqués. - les installations d'emballage et de conditionnement des produits La figure 1 représente l'organisation technologique du procédé pour réaliser cette ligne de fabrication des produits en filière spécialisée longue et comporte - un récepteur (1) des matières à traiter, biomasse d'origine animale ou végétale et alimentant le réacteur basse pression -un récepteur (2) des matières premières ligno cellulosiques ;cette ligne alimente directement le réacteur haute pression - un réacteur haute pression (3), qui reçoit la matière de(2) - un réacteur basse pression (4) qui reçoit les matières à transformer, du réacteur (3) en série et directement les matieres biomasse (1 ) . - un déshydratateur (5) pour assurer le séchage des fabrications (3) et (4) - une installation de granulation (7) qui reçoit les produits séchés avec éventuellement une complémentation d'a point (6) - une unité de conditionnement, emballage et stockage (8) - une ligne automatique de chargement (9) . les productions peuvent se faire en sacs ,containers, et en vrac . la production se fait sous forme de farine, brisures, granulès, et bouchons. - les besoins en énergie de chauffage sont fournis aux réacteurs par (02) et (03) d'une manière autonome et par le digesteur (00) pour la fourniture du méthane. La figure 2 représente l'assemblage des techniques en ligne spécialisée polyvalente de production , selon le synoptique fonctionnel de la figure 1 et comprend - le digesteur (00) - la réception matières (1) et (2) avec broyage de conditionnement pour alimenter la filière technique - le réacteur haute pression (3) - le réacteur basse pression (4) - la déshydratation et le séchage (5) et (6) - I'installation de granulation ,de conditionnement et de stockage (7) et (8) - le transfert et expédition en préconditioné (9) - le transport en vrac (10 ) I'ensemble de cette filière fonctionne en continu et en automatique; les liaisons fonctionnelles de transfert matières et produits sont réalisées par des systèmes de convoyeurs à vis et motorisations controlées et infomatisées La figure 3 représente la réalisation technique de la principale fonctionnalité du procédé pour assurer les phases d'exploitation, de montée en température et en pression de stérilisation, d'hydrolyse et d'homogénéisation, de déshydratation et décompression, de refroidissement cette figure représente - une capacité trémie à cone pour la réception de la matière à traiter (1) (2) avec son dispositif de fermeture à commande hydraulique à étanchéité totale (110) - un broyeur spécialisé permettant un calibrage matière en fonction de la nature du traitement à réaliser - un préchauffeur malaxeur (20) qui comporte un rotor à vis pour le malaxage(21) pour réaliser un mélange matière qui est montée en température par une source chaude à serpentin (23) une vanne(22) permet l'alimentation du réacteur (4) en matière mixée et préchauffée à une température de l'ordre de 50 à 80 degrés centigrades - un réacteur (4) avec un générateur d'énergie (450) et un répartiteur thermique (440) - une installation de déshydratation , de séchage et de conditionnement (460) - Le réacteur est caractérisé essentiellement en ce qu'il comporte deux enveloppes , une intérieure (42) et une extérieure (41) pour le traitement de la matière qui va étre chauffée , malaxée par un rotor à bras (43)et aubes(433) et sous pression de gaz neutre,l'azote par exemple.Le réacteur comporte trois sources de réchauffage de la matière à traiter - le chauffage par l'alvéole à chicanes entre les deux enveloppes (416) alimenté par le générateur d'énergie (450) à fort gradient de montée en température pour assurer la meilleure qualité de décohésion moléculaire - le chauffage au milieu de la matière par le rotor malaxeur(43) dont le réchauffage est assuré par une déviation du répartiteur thermique (440), la liaison (431) et le circuit interne au rotor (432) - le chauffage de la surface libre de la matière en déshydratation par le balayage de la surface d'échange par de l'air ou gaz d'appoint introduit par (410) réchauffé par un échangeur (412) dans l'enveloppe intérieure (42) Le chargement de la matière préchauffée est réalisé en (413) , la sortie des produits fabriqués est effectuée à la partie infèrieure de l'enveloppe intérieure (42) en (417). Ces produits sont ensuite dirigés sur l'installation de séchage et de conditionnement (460) La matière en traitement dans le réacteur (4) est chauffée à une température de l'ordre de 90 à 150 degrés centigrades malaxée , stérilisée rendue homogéne et recombinée dans des phases successives de pression, température et hygrométrie définies pour la matière à traiter et les produits à fabriquer Les dégagements de gaz d' exhaures de l'air réchauffé, de la vapeur d'eau et molécules odorantes sont introduits dans le générateur d'énergie (450) et détruits par effet pyrolyse la déshydratation de la matière à traiter est assurée par décompression en température et la vapeur d'eau ainsi générée est évacuée (465) par mise en dépression de la ligne (434) et du motoventilateur (435) . pour favoriser cette évaporation , il est introduit par (410) un balayage d'air ou gaz réchauffé en (412) selon le régime d'exploitation retenu. cette vapeur d'eau mélangée à des gaz odorants est traitée dans le générateur d'énergie sous effet pyrolyse et dirigés dans l'alvéole (416) pour maintenir la température de déshydratation, assurer le réchauffage de l'air d'appoint en (412) et pour ressortir par la cheminée (414) Pour tenir compte des impératifs des échanges thermiques et de la maitrise de la température de pyrolyse et d'entrée dans le réacteur, un répartiteur thermique peut assurer les échanges nécessaires à la régulation de la température d'entrée dans le réacteur en (415) et récupérer l'énergie pour le préchauffeur (20) par la liaison (441) ,pour l'installation de séchage du produit en (460) (442) , ainsi que le maintien en température du rotor malaxeur (43) par la liaison (431). Le rotor malaxeur (43) est mis en mouvement de rotation par un motoréducteur (430) directement commandé en variation de vitesse par le controle commande de l'installation. Sur le rotor , des bras munis de palettes (433) permettent le brassage et le mélange homogène de la matière à taiter dans l'enveloppe intérieure (42) Les produits à la sortie du réacteur en (417) sont dirigés sur l'installation de séchage et de conditionnement (460) qui comporte un brassage et traitement produits, un réchauffeur (461) par fluide caloporteur distribué par le répartiteur thermique (440) . les gaz issus du séchage sont extraits et dirigés par la liaison (462) et le ventilateur (463) sur le générateur d'énergie (450) pour étre pyrolisés La figure 4 représente le diagramme fonctionnel de base pour l'exploitation et représente les graphes des pressions (100) et les graphes des températures (120) quantifiés en ordonnées et leur distribution dans le temps en abcisse. Le graphe indicatif des pressions correspond aux cyclages et phases principales d'exploitation du procédé et comprend pour les segments suivants après le chargement pour les pressions - 100 à 101 ,la montée en pression - 101 à 102 , la montée simultanée en pression et température - 102 à 103, la phase stérilisation - 103 à 104, la phase montée en la pression retenue - 104 à 105 , la phase hydrolise et homogénéisation - 105 à 106 , la phase décompression complète et la déshydratation partielle du produit - 106 à 107 , la phase pour un rechargement complémentaire -107 à 108 , la phase remontée en pression et en température -108 à 109 , la phase hydrolyse secondaire et homogénéisation - 109 à 110 , la phase décompression,déshydratation, et refroidissement du produit fini I' évolution des pressions est comprise pour le réacteur basse pression entre un et douze bar et pour le réacteur haute pression aux environs de quarante et soixante bar L'évolution indicative des températures est représentée par le graphe en pointillé et se situe entre trente et cent cinquante degrés centigrades selon les matières à traiter . on retrouve les principales phases d'exploitation en correspondance des phases pressions suivantes -- 120 à 121 , la phase de montée en température -- 121 à122 , la phase de stérilisation -- 122 à123 , la phase de réglage du palier de traitement -- 123 à 124 , laphase d'hydrolyse et d'homogénéisation en palier stable -- 124 à125 , la phase de déshydratation avec léger sous refroidissement --126 à 127 , remontée en température de transformation --127 à 128 , hydrolyse et homogénéisation après rechargement -128 à 129 , déshydratation et refroidissement du produit il est à noter , que les points particuliers de transformations sont définis en fonction des matières à traiter. la phase principale de transformation de la matière se situe dans la phase hydrolyse en palier pression, cependant la température peut être variable selon les matières à taiter et les produits à obtenir Le graphe d'exploitation est également caractérisé par le temps de montée en pression et température, paramètre caractéristique dans le phénomène de rupture des liaisons moléculaires initiales . le temps de (130) à (131) se situe entre dix et soixante minutes et est fonction du préchauffage réalisé avant l'introduction de la matière dans le réacteur Le temps de stérilisation se situe entre dix et trente minutes (121) à (122) . Le palier d'homogénéisation (134) à (135) se situe entre quatre et cent vingt minutes selon les matières à traiter; le palier global de traitement (131) à (132) sera de l'ordre de vingt à cent cinquante minutes et l'intervale (132) (133) sera réduit à trente et soixante minutes et fonction de la charge complémentaire réalisée. Pour agir sur la décomposition moléculaire initiale, la vitesse du malaxeur dans la phase de montée en pression et en température de la matière (120) à (121) , sera progressivement amenée de deux à vingt tours par minute. sur le palier de stérilisation la vitesse sera réduite à dix tours par minute. Sur le palier hydrolyse et homogénéisation la vitesse du malaxeur sera réglée entre dix et trente tours en fonction de la qualité recherchée du produit . Dans la phase décompression déshydratation et refroidissement ,le malaxeur maintiendra un brassage homogène à vitesse réduite à de cinq à dix tours par minute. La figure 5 représente un mode opératoire simplifié en pression avec une température variable et sans palier pour l'obtention de structures moléculaires à cohésion de moindre structuration. Le temps global du traitement se situe de deux à trois heures entre le chargement de la matière et la sortie du produit fini l'hygrométrie est représentée dans la variation du cycle en (300) . dans ce graphe l'amplitude de variation de la température (400) est limitée à soixante et quatre vingt degrés centigrades REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement et de transformation de matières bio-organiques d'origine végétale et/ou animale, par une combinaison d'actions biomécaniques et biochimiques dans une enceinte confinée, en nouveaux produits biologiques, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes a) augmentation simultanée de la température (120-121), de la pression (100-101-102) et de la vitesse de malaxage de la matiére préchauffée, jusqu'à une température (121) et une pression (102) de stérilisation, pendant une durée de 10 à 60 minutes, b) maintien de la température (121-121) et de la pression (102-103) de stérilisation à vitesse de malaxage réduite, pendant une durée de 10 à 30 minutes, c) diminution de la température (122-123) et augmentation de la pression (103-104) et de la vitesse de malaxage, jusqu'à une température (123), une pression (104) et une vitesse de malaxage d'hydrolyse et d'homogénéisation, d) maintien de la température (123-124), de de la pression (104-105) et de la vitesse de malaxage d'hydrolyse et d'homogénéisation, pendant une durée de 40 à 120 minutes, et e) légère diminution de la température (124-125) jusqu'à une température de déshydratation (125), et diminution de la pression (105-106), avec une vitesse de malaxage diminuée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes f) rechargement de matière (106-107) à la température de déshydratation (125), g) augmentation de température (126-127), de pression (107-108) et de la vitesse de malaxage, jusqu'à de nouvelles température (127), pression (108) et vitesse de malaxage d'hydrolyse et d'homogénéisation, h) maintien de la température (127-128), de de la pression (108-109) et de la vitesse de malaxage d'hydrolyse et d'homogénéisation, et i) diminution de la température (128-129), de la pression (109-110) et de la vitesse de malaxage. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les étapes h), g), h) et i) ont une durée globale de 30 à 60 minutes. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de préchauffage (120) de la matière est de 50"C à 80"C. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de stérilisation (121), la température d'hydrolyse et d'homogénéisation (123), la température de déshydratation (125) et la température de nouvelles hydrolyse et homogénéisation (128), sont de 90"C à 1500C. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la température de stérilisation (121), la température d'hydrolyse et d'homogénéisation (123), la température de déshydratation (125) et la température de nouvelles hydrolyse et homogénéisation (128), sont de 30"C à 1500C. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression de stérilisation (102), la pression d'hydrolyse et d'homogénéisation (104), et la pression de nouvelles hydrolyse et homogénéisation (108), ont des valeurs comprises entre 1 et 60 bars. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse de malaxage est progressivement amenée de 2 t/mn à 20 t/mn (tours/minute) pendant l'étape a) d'augmentation simultanée de la température et de la pression de la matière préchauffée. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse de malaxage de stérilisation est de 10 t/mn. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse de malaxage d'hydrolyse et d'homogénéisation est de 10 t/rnnà30 t/mn. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse de malaxage est maintenue à vitesse réduite de 5 t/mn à 10 t/mn durant l'étape e) de déshydratation et décompression. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la durée globale des étapes b), c), d) et e) (131-132) est de 20 à 150 minutes. 13. Utilisation pour le traitement et la transformation de matières bioorganiques, d'origine végétale et/ou animale, par combinaison d'actions biomécaniques et biochimiques dans une enceinte confinée, en nouveaux produits biologiques, d'un dispositif pouvant être pressurisé comportant: une enveloppe extérieure (41) et une enveloppe intérieure (42), l'enveloppe intérieure recevant les matières à traiter et à transformer, un rotor à bras (43) et aubes (433), entraîné par un moteur (430), pour le brassage et le mélange des matières, un conduit de chargement (413) de la matière dans l'enveloppe intérieure (42), un générateur d'énergie à fort gradient de montée en température (450) alimentant un dispositif répartiteur thermique (440), une première source de chauffe, diffusant de la chaleur au travers de l'enveloppe intérieure (42) grâce à un dispositif de circulation de chaleur sur le pourtour de l'enveloppe intérieure (42), alimentée par le dispositif répartiteur thermique (440), permettant d'assurer la décohésion moléculaire des matières introduites, une seconde source de chauffe consistant à alimenter par le dispositif répartiteur thermique (440), un circuit interne au rotor (43) pour chauffer le coeur de la matière, et une troisième source de chauffe consistant à chauffer la surface libre de la matière par le balayage de la surface d'échange par de l'air ou du gaz d'appoint introduit dans l'enveloppe intérieure par un conduit d'injection (410), ledit conduit d'injection étant réchauffé par un échangeur (412) alimenté par le dispositif répartiteur thermique (440), un conduit (465) permettant d'évacuer les gaz d'exhaure et la vapeur d'eau dégagés dans l'enveloppe intérieure (42) par un conduit d'évacuation (434), ce conduit d'évacuation étant muni d'un dispositif de mise en dépression (435) afin que ces gaz soient injectés dans le générateur d'énergie (450) pour y soumis à pyrolyse et réutilisés par la première et seconde source de chauffe, un moyen de contrôle de la pression, de la température, de la vitesse de rotation du rotor (10), de l'hygrométrie dans l'enveloppe intérieure (42), et de commande de la puissance des différentes sources de chauffage, de la pression et de la vitesse de rotation du rotor.