BE1017588A5 - Procede de filtration ameliore. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de lavage amélioré d'un gâteau de filtration provenant de la filtration d'un liquide notamment fermentescible, à partir d'une matière à filtrer susceptible de former un tel gâteau compressible, en particulier un moût de brasserie, par compression dudit gâteau de filtration au moyen d'une membrane élastique déformée sous l'effet d'un fluide, notamment l'eau, appliqué à une pression inférieure à 1 bar contre ladite membrane puis lavage dudit gâteau au moyen d'un liquide utilisé à une pression égale ou légèrement inférieure à celle exercée par la membrane sur le gâteau.
Description
PROCÉDÉ DE LAVAGE AMELIORE D'UN GATEAU DE FILTRATION
La présente invention se rapporte d'une manière générale à un procédé de lavage amélioré d'un gâteau de filtration.
Plus précisément, l'invention concerne un procédé de lavage amélioré d'un gâteau de filtration provenant de la filtration d'un liquide notamment fermentescible, à partir d'une matière à filtrer susceptible de former un gâteau de filtration compressible, en particulier un moût de brasserie, et par introduction sous pression de ladite matière à filtrer dans une chambre de filtration délimitée frontalement par des moyens de filtration et des moyens de réduction du volume de ladite chambre, ces derniers comprenant une membrane élastique apte à se déformer depuis une position de repos et sous l'effet d'une pression exercée par un fluide auquel elle est imperméable, de manière à provoquer, en position déformée ou de travail une compression du gâteau compréssible formé au cours de ladite filtration.
La filtration de liquides fermentescibles, tels que des moûts de brasserie ou de distillerie en vue d'en séparer les drèches, se pratique à l'aide soit de cuves - filtres soit de filtres-presses, cette deuxième technique, représentant 25% du marché.
Le gâteau résultant de cette filtration, formé essentiellement de drèches et de moût d'imprégnation, est fortement compressible c'est-à-dire qu'il présente un coefficient de compressibilité n supérieur à 1 dans l'équation de Lewis (α=α0.Ρη) . Dans ce cas, on en déduit que la résistance spécifique a du gâteau augmente plus vite que la pression (P) appliquée lors de la filtration.
L'équation de Darcy montre dès lors qu'il y a intérêt à effectuer une telle filtration à de très faibles pressions inférieures à 1 bar.
Anciennement, les filtres-presses mis en œuvre pour la filtration de liquides tels que ceux évoqués précédemment étaient composés de cadres et plateaux utilisés en alternance. Cependant, au milieu des années '80, on a commencé à utiliser des filtres tels que décrits dans le brevet européen n°0207555, c'est-à-dire caractérisés par la présence d'une membrane élastique capable d'améliorer les performances de lavage des gâteaux de filtration. Cette technique repose sur l'utilisation d'une telle membrane qui, sous l'effet d'un gonflement par l'intermédiaire d'un fluide sous pression, provoque la compression du gâteau en question et l'expulsion du liquide d'imprégnation.
En pratique, et dans le cas d'une filtration notamment de liquides fermentescibles, cette membrane, qui forme une paroi frontale d'une chambre dite de compression, est déformée par gonflement avec de l'air tel que cité dans le brevet européen précédent ou dans le brevet européen N°01.007.473 où une pression de 0,3 bar est évoquée. En outre, l'utilisation d'anhydride carbonique au lieu d'air a également été proposée en d'autres lieux. Toutefois, l'utilisation d'un gaz tel que l'air comme fluide de compression, présente l'inconvénient de produire une déformation non linéaire du gâteau sur toute sa hauteur étant donné sa faible densité par rapport au moût qui l'imprègne. Cette déformation, plus importante à la partie supérieure de la chambre de filtration, tend à diminuer au fur et à mesure de l'éloignement de cette partie supérieure, ce qui provoque lors d'introduction d'eau au niveau du gâteau de filtration, un lavage non uniforme et par conséquent une efficacité de lavage très restreinte.
La présente invention a pour but de proposer un procédé de lavage d'un gâteau de filtration, simple et peu coûteux, qui permet de pallier l'inconvénient de l'état de la technique cité précédemment en ce qu'il permet l'obtention d'une plus grande homogénéité de compression du gâteau obtenu après filtration et, en corollaire, un lavage de meilleure qualité de ce dernier sans dilution excessive du moût primitif de filtration.
Pour atteindre ce but, le procédé, du type indiqué précédemment, est caractérisé en ce que: a) le fluide de compression du gâteau, qui est un fluide de densité égale ou sensiblement égale à celle du filtrat résultant de la filtration, est appliqué à une pression inférieure à 1 bar contre ladite membrane élastique et en direction des moyens de filtration, ce qui provoque, en position de travail, une déformation uniforme ou quasi-uniforme de cette membrane sur l'ensemble de sa hauteur et une compression résultante uniforme ou quasi-uniforme exercée sur le gâteau, b) un liquide de lavage de ce gâteau est introduit dans la chambre de filtration et à une pression égale ou légèrement supérieure à celle exercée par la membrane en sorte que celle-ci se retire de sa position de travail jusqu'à sa position de repos en éliminant le fluide de compression.
Habituellement, l'eau constitue un fluide préféré de ce type, en particulier lorsque le filtrat est un moût de brasserie dont la densité est généralement d'environ 1,04 à 1,10.
En conséquence, selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le fluide de compression du gâteau est 1'eau.
Un tel fluide de compression, de densité égale ou sensiblement égale à celle du filtrat, s'est révélé propre à induire, lorsqu'il est appliqué par pression contre la membrane élastique et en direction des moyens de filtration, une déformation uniforme ou quasi-uniforme de celle-ci sur l'ensemble de sa hauteur, en sorte que la compression résultante exercée par cette membrane sur le gâteau de filtration se manifeste de manière uniforme ou quasi-uniforme. L'endroit d'introduction de cette pression contre la membrane est indifférent. Toutefois, pour des commodités de mise en œuvre, la pression en question est habituellement introduite à la partie supérieure ou inférieure de cette membrane, de préférence toutefois à cette partie inférieure.
La compression exercée sur le gâteau par la membrane, elle-même sous l'influence d'un fluide qui la déforme, à savoir un fluide de densité égale ou sensiblement égale à celle du filtrat, dépend de divers facteurs notamment de la porosité souhaitée pour ce gâteau, de sa compressibilité, du site d'introduction de ce fluide(partie supérieure ou inférieure de la membrane) etc. Habituellement, cette compression, en général inférieure à 1 bar, est d'environ 0,2 à 0,7 bar.
Après compression, le fluide utilisé est éliminé en vue de réaliser une opération de lavage de ce gâteau. A cet effet, un fluide de lavage, généralement l'eau est introduit dans la chambre de filtration. De manière à éviter l'effondrement du gâteau par suite de la formation d'un volume libre lors du retrait de la membrane, le liquide de lavage est introduit à mesure de ce retrait en sorte que ce volume soit immédiatement comblé. Cette opération est généralement réalisée de telle façon que la pression d'introduction de ce fluide de lavage soit égale ou, de préférence, légèrement supérieure, par exemple 5 à 10% supérieure, à la compression exercée par la membrane. De cette manière, cette membrane se retire de sa position de travail jusqu'à sa position de repos en éliminant le fluide de compression. Lorsque la pression du liquide de lavage est égale ou sensiblement égale à la compression, l'élimination du fluide de compression sera aidée par pompage.
L'uniformité de compression induite par la membrane, lors d'une mise en œuvre du procédé de l'invention, se reflète avantageusement sur la qualité du gâteau de filtration et, en conséquence, sur l'efficacité de son lavage en vue de poursuivre l'extraction de la phase résiduelle.
De manière à mettre en évidence cette efficacité du lavage, on a pratiqué des tests de porosimétrie sur un gâteau préalablement comprimé, selon l'invention, au moyen d'une membrane élastique déformée par l'eau.
Ces tests ont été effectués avec un porosimètre à intrusion de mercure du type AMINCO de American Instruments Co en vue d'étudier la dimension et la répartition des pores d'un gâteau obtenu par filtration de maische de brasserie. On a utilisé, à cet effet, un module de filtre-presse comprenant une chambre de filtration contiguë à une chambre de compression. Ces chambres étaient fermées et comportaient une paroi frontale commune constituée d'une membrane souple et déformable telle que celle utilisée dans le procédé de l'invention, la chambre de filtration étant munie, par ailleurs, d'un support de filtration constitué d'une toile poreuse. Ces tests ont été réalisés à partir d'échantillons prélevés à la partie supérieure et à la partie inférieure du gâteau obtenu après compression au moyen de ladite membrane de compression déformée avec un fluide, soit avec l'eau, selon l'invention, soit avec l'air, selon l'état de la technique et à titre comparatif. Dans ce test, le fluide de compression a été introduit dans la chambre prévue à cet effet au niveau de la partie supérieure du gâteau.
a) Porosité
On a enregistré les résultats suivants de porosité, définie comme le volume libre exprimé en ml dans 100 ml de gâteau:
Ces résultats montrent, qu'entre la partie supérieure et la partie inférieure du gâteau, la différence de porosité obtenue après compression de celui-ci avec l'air est supérieure à la différence de porosité après compression avec l'eau. On enregistre, par conséquent, une meilleure répartition de la compression sur la hauteur totale du gâteau lorsque cette compression est réalisée au moyen d ' eau.
b) Distribution des ouvertures des pores
Ces résultats montrent que la répartition de gammes semblables de diamètres de pores est beaucoup plus homogène entre la partie supérieure et la partie inférieure du gâteau lorsque la compression est réalisée avec l'eau plutôt qu'avec l'air.
D'autre part, ces résultats ont permis de déterminer le volume de lavage, c'est-à-dire le volume d'eau nécessaire pour laver correctement et efficacement le gâteau (l'eau issue du lavage contient jusqu'à 1% de sucres)et en déduire le taux de lavage. Celui-ci est représenté par le volume d'eau de lavage/volume libre du gâteau, un taux de 1 étant considéré comme le volume d'eau de lavage égal au volume de porosité, ce qui équivaudrait à un lavage théorique idéal.
Ainsi, on a pu mettre en évidence, que le taux de lavage du gâteau après compression par l'eau n'est que de 2,41 alors qu ' après compression par l'air, ce taux est de 3,95. Ces résultats montrent que la compression par l'eau permet de réaliser une économie de 39% d'eau de lavage lorsque ce lavage est réalisé après compression du gâteau au moyen d'eau plutôt qu'au moyen d'air.
De ces résultats, on peut également déduire que l'efficacité du lavage représentée par la consommation d'eau de lavage par kg de malt, est de 2,61L lorsque la compression du gâteau est réalisée par l'air alors qu'elle n'est que de 1,6L lorsque cette compression est entreprise avec de l'eau.
Ces résultats montrent, par conséquent, la supériorité significative du procédé de l'invention par rapport au procédé antérieur puisqu'il permet notamment d'éviter une dilution excessive du filtrat.
Après compression et lavage du gâteau de filtration tel que décrit précédemment, une nouvelle déformation de la membrane élastique est réalisée également en direction des moyens de filtration.
En conséquence, selon une autre caractéristique de l'invention, après le lavage du gâteau une nouvelle déformation de la membrane élastique est réalisée au moyen du fluide de densité égale ou sensiblement égale à celle du filtrat et ce, en direction des moyens de filtration, ce qui provoque une nouvelle compression du gâteau qui est exercée jusqu'à la déshydratation de celui-ci à la valeur désirée.
Habituellement, les moyens de filtration, pour la mise en œuvre du procédé de l'invention, sont représentés par des supports filtrants disposés frontalement. Ces supports filtrants sont fixés à des plateaux ou insérés dans ceux-ci, ces plateaux étant munis, en outre, d'un système de drainage pour permettre au filtrat, qui traverse ce support, de s'écouler. Ces supports filtrants sont avantageusement constitués de toiles poreuses métalliques, par exemple en acier inoxydable ou, de préférence en une matière synthétique, par exemple en polypropyplène (PP.
D'autre part, la membrane de compression forme une paroi frontale commune à deux chambres contiguës, l'une étant la chambre de filtration destinée à recevoir le mélange de malt et d'eau ou « maische » ainsi que l'eau de lavage du gâteau de filtration, l'autre la chambre de compression dans laquelle le fluide de compression est introduit. Cette membrane de compression, supportée par un élément rigide de renfort, par exemple en PP, qui possède un système de drainage, est avantageusement réalisée en une matière thermoplastique souple et élastique. Selon les nécessités, la membrane en question est réalisée en un matériau utilisable à des fins alimentaires, par exemple un mélange de polypropylène (PP) et de terpolymère d'éthylène-propylène-diène (EPDM). En outre, cette membrane sera imperméable au fluide utilisé pour la compression, habituellement l'eau, de manière à éviter le passage de liquide provenant de la chambre de filtration. Vis-à-vis d'une telle membrane, l'eau, en tant que fluide de compression, présente, en outre, un intérêt incontestable en ce qu'elle est dépourvue d'impuretés néfastes contrairement à l'air dont le pouvoir oxydant peut être corrosif pour ce type de membrane. Par ailleurs, la seconde paroi frontale ou support de filtration de la chambre de compression peut se présenter sous la forme d'une paroi neutre, par exemple en acier inoxydable ou en matière synthétique par exemple le PP.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence au dessin schématique donné uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lequel : * la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un ensemble de deux chambres de filtration séparées par une chambre de compression.
Tel que représenté à cette figure 1,un double module de filtre-presse pour la filtration de maische de brasserie comprend des chambres 1 et 1 ' de filtration ainsi qu'une chambre 2 commune pour la compression du gâteau issu de la filtration. Les chambres 1 et 1',d'une dimension axiale allant par exemple de 2 0 à 6 0 mm et d'une hauteur pouvant atteindre par exemple 2000 mm, sont délimitées frontalement par des supports filtrants formés de toiles en PP respectivement 3 et 3 1 solidarisées à des plateaux respectivement 4 et 4'munis chacun d'un système de drainage respectivement 5 et 5 ' et par des membranes de compression en matière élastique souple respectivement 6 et 6' également disposées chacune sur un cadre support respectivement 7 et 7'. Par ailleurs, ces cadres 7 et 7 ' sont reliés entre eux par des ensembles 8 boulon/écrou et par l'intermédiaire d'une pièce 9 de renfort également en PP. Cette pièce de renfort, qui forme entretoise, est également munie d'un système de drainage 10. Les membranes 6 et 6' ainsi que l'entretoise 9 forment ainsi la chambre commune 2 de compression. Comme on l'observe également, un conduit 11 d'alimentation en maische à filtrer débouche dans ces chambres 1 et 1 ' tandis qu'un second conduit 12 de circulation d'eau débouche, quant à lui, à la partie supérieure de la chambre 2. Toutefois, selon une variante, ce conduit 12 peut être configuré de manière à déboucher à la partie inférieure de cette chambre 2. Comme il est également représenté à la figure 1, deux chambres 13 et 13' de récolte du moût filtré se trouvent positionnées adjacentes aux chambres 1 et 1' respectivement, un conduit 14 de drainage étant disposé au bas de ces chambres pour la récolte du filtrat. Selon d'autres modes de réalisation, plusieurs conduits 14 de drainage du filtrat peuvent être envisagés, par exemple un ou plusieurs conduits débouchant à la partie supérieure de la chambre de récolte et/ou un ou plusieurs conduits de ce type débouchant à la partie inférieure de cette même chambre.
A la lumière de ce qui précède et pour ce qui concerne par exemple le module formé par les chambres 1 de filtration et 2 de compression, on comprend que la maische à filtrer est amenée sous pression par le conduit 11,généralement à une vitesse d'environ 3 à 5 m/sec., et introduite dans la chambre 1,par sa partie inférieure. Par suite de ce remplissage, le fluide gazeux (air, C02) contenu dans cette chambre est expulsé à l'extérieur du module de filtre-presse. Sous l'effet de cette pression d'introduction, une filtration se produit(pression au niveau de la toile 3: environ 0,5 à 0,6 bar) , la phase liquide s'écoulant au travers de la toile 3 pour être recueillie dans la chambre 13 et être évacuée à l'extérieur par le conduit 14. Dans la chambre 1 se forme conjointement une phase solide ou gâteau de filtration retenu par la toile 3 et délimité par la membrane 6. Ce gâteau est constitué essentiellement de drèches et d'un reste de moût d'imprégnation à récupérer par lavage. A cet effet, on amène de l'eau par le conduit 12 jusqu'à remplir la chambre 2,1e conduit 11 étant fermé. Sous l'effet de cette eau, la membrane 6 élastique se bombe et se déforme quasi uniformément sur toute sa hauteur et ce, en direction de la toile 3 et en exerçant par la même occasion une compression du gâteau dans la chambre de filtration dont le volume se réduit. Cette compression sera exercée de façon appropriée pour diminuer la porosité de ce gâteau sans être toutefois trop importante pour éviter une trop grande résistance à la pénétration de l'eau de lavage à une étape ultérieure. Dans le cas présent, une compression de l'ordre de 0,3 à 0,4bar paraît suffisante. L'eau à l'intérieur de la chambre 2 est alors éliminée via le conduit 12, ce qui laisse subsister un gâteau d'une épaisseur d'environ 30 mm. Par le conduit 11 par exemple, de l'eau de lavage à une température d'environ 80°C et à une pression légèrement supérieure à la pression exercée par la membrane sur le gâteau est alors introduite dans la chambre 1 de filtration. Cette introduction provoque le retrait concomitant de la membrane 6 de sa position de travail jusqu'à sa position de repos, l'eau occupant en finalité la totalité du volume occupé par cette membrane suite à sa déformation. Si nécessaire, l'élimination de l'eau hors de la chambre de compression peut être aidée par une pompe (non représentée)établie sur le parcours du conduit 12.L'eau de lavage traverse d'abord le gâteau par 1'intermédiaire de ses pores en entraînant du moût résiduel par effet piston, ensuite la toile 3 de filtration. La quantité d'eau de lavage à utiliser dépendra notamment de la densité désirée en fermentation. Toutefois, ce lavage ne sera pas exagéré car cette opération risque d'extraire des substances indésirables en provenance du malt. Cette eau de lavage chargée de moût est ensuite récoltée via le conduit 14 affecté à cet effet. A l'étape suivante, la chambre 2 est à nouveau approvisionnée en eau de façon à provoquer un nouveau gonflement de la membrane et une nouvelle compression du gâteau exercée jusqu'à déshydratation de celui-ci à la valeur désirée. Ce gâteau, qui à ce stade est constitué quasi en totalité de drèches à 70-75% d'humidité, est éliminé du compartiment de filtration après ouverture de la chambre 1 de filtration et le déplacement des différents éléments qui la constituent.
Claims (8)
1. Procédé de lavage amélioré d'un gâteau de filtration provenant de la filtration d'un liquide notamment fermentescible, à partir d'une matière à filtrer susceptible de former un gâteau de filtration compressible et par introduction sous pression de ladite matière à filtrer dans une chambre de filtration (1) délimitée frontalement par des moyens de filtration (3) et des moyens de réduction du volume de ladite chambre, ces derniers comprenant une membrane élastique (6) apte à se déformer depuis une position de repos et sous l'effet d'une pression exercée par un fluide auquel elle est imperméable, de manière à provoquer, en position déformée ou de travail, une compression du gâteau compressible formé au cours de ladite filtration, caractérisé en ce que : a) le fluide de compression du gâteau, qui est un fluide de densité égale ou sensiblement égale à celle du filtrat résultant de la filtration, est appliqué à une pression inférieure à 1 bar contre ladite membrane élastique et en direction des moyens de filtration, ce qui provoque, en position de travail, une déformation uniforme ou quasi-uniforme de cette membrane sur l'ensemble de sa hauteur et une compression résultante uniforme ou quasi -uniforme exercée sur le gâteau, b) un liquide de lavage de ce gâteau est ensuite introduit dans la chambre de filtration et à une pression égale ou légèrement supérieure à celle exercée par la membrane en sorte que celle-ci se retire de sa position de travail jusqu'à sa position de repos en éliminant le fluide de compression.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide de compression du gâteau est l'eau.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le fluide exerce une pression sur la partie supérieure ou inférieure de la membrane élastique.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fluide exerce une pression d'environ 0,2 à 0,7 bar.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le liquide de lavage est l'eau.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le liquide de lavage est introduit à une pression de 5 à 10% supérieure à la compression exercée par la membrane.
7. Procédé selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'après le lavage du gâteau une nouvelle déformation de la membrane élastique est réalisée au moyen du fluide de densité égale ou sensiblement égale à celle du filtrat et ce, en direction des moyens de filtration, ce qui provoque une nouvelle compression du gâteau qui est exercée jusqu'à la déshydratation de celui-ci à la valeur désirée.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le liquide est un moût de brasserie.
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