EP0914243B1 - Procede et installation d'extraction en continu d'un liquide contenu dans une matiere premiere - Google Patents

Procede et installation d'extraction en continu d'un liquide contenu dans une matiere premiere Download PDF

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EP0914243B1
EP0914243B1 EP97920779A EP97920779A EP0914243B1 EP 0914243 B1 EP0914243 B1 EP 0914243B1 EP 97920779 A EP97920779 A EP 97920779A EP 97920779 A EP97920779 A EP 97920779A EP 0914243 B1 EP0914243 B1 EP 0914243B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
screws
zone
pressing
mono
filtering
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP97920779A
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German (de)
English (en)
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EP0914243A1 (fr
Inventor
Jean-Marie Bouvier
Philippe Résidence du Clos Saint-Pavin GUYOMARD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Clextral SAS
Original Assignee
Clextral SAS
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0914243B1 publication Critical patent/EP0914243B1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B9/00—Presses specially adapted for particular purposes
    • B30B9/02—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material
    • B30B9/12—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material using pressing worms or screws co-operating with a permeable casing
    • B30B9/16—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material using pressing worms or screws co-operating with a permeable casing operating with two or more screws or worms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B9/00—Presses specially adapted for particular purposes
    • B30B9/02—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material
    • B30B9/12—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material using pressing worms or screws co-operating with a permeable casing
    • B30B9/16—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material using pressing worms or screws co-operating with a permeable casing operating with two or more screws or worms
    • B30B9/163—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material using pressing worms or screws co-operating with a permeable casing operating with two or more screws or worms working in different chambers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11B—PRODUCING, e.g. BY PRESSING RAW MATERIALS OR BY EXTRACTION FROM WASTE MATERIALS, REFINING OR PRESERVING FATS, FATTY SUBSTANCES, e.g. LANOLIN, FATTY OILS OR WAXES; ESSENTIAL OILS; PERFUMES
    • C11B1/00—Production of fats or fatty oils from raw materials
    • C11B1/06—Production of fats or fatty oils from raw materials by pressing
    • C11B1/08—Production of fats or fatty oils from raw materials by pressing by hot pressing

Definitions

  • the present invention applies for example when extracting oil from an oilseed raw material or oilseed, algae, plants or more citrus.
  • thermomechanical preparation phase the raw material undergoes first a so-called thermomechanical preparation phase, followed by a pressing phase carried out in presses flat or in single-screw filters to collect more or less dry residues.
  • the residues are processed in a solvent extraction unit, conventionally n-hexane, which ultimately gives a residue with a residual liquid content varying from 1 to 3% of the weight.
  • the object of the invention is to propose a method extraction of a liquid contained in a material first, which significantly reduces the time necessary for the extraction of the liquid and therefore the energy consumption.
  • FIGs 1 and 2 there is shown schematically a continuous extraction installation of a liquid contained in a raw material, as by example an oleaginous or oleoproteinous material and especially citrus fruits, plants or algae.
  • This extraction installation consists of an extrusion machine designated as a whole by reference 1 and which comprises three parts, respectively A, B and C.
  • the extrusion machine 1 is supplied at its upstream end in raw material through an orifice 2 connected to a feed hopper 3 which is itself supplied with raw material through a storage hopper 4 and a doser 5, weight or volumetric type.
  • the first part A of the extrusion machine 1 includes two co-rotating and co-penetrating screws, respectively 10a and 10b, driven in rotation around of parallel axes, respectively 11a and 11b, inside of a first sheath 12.
  • the screws 10a and 10b are driven in rotation by an assembly, not shown, consisting of a motor, a gear motor and a gearbox.
  • the screws 10a and 10b are provided with helical threads which mesh with each other, and the inner wall sleeve 12 has two intersecting bores, respectively 12a and 12b, slightly inner diameter greater than the outside diameter of the threads of the screws 10a and 10b.
  • screws 10a and 10b are advantageously made up of fluted shafts, 13a and 13b respectively, on which are mounted screw sections.
  • each of these sections has splines corresponding to those of the shaft grooved and the external part is provided with threads helical whose pitch differs depending on the section considered for transport and processing of material first.
  • the first part A of the machine 1 is made up of several successive zones each corresponding to a particular phase of the extraction process according to the invention.
  • the screws 10a and 10b include wide threads 20 to ensure the transfer of the material introduced through the opening 2 which opens widely on the two screws 10a and 10b to distribute said material in the threads 20.
  • the screws 10a and 10b are provided with wide threads 21 to ensure mixing of the matter.
  • the sheath 12 is provided heating means 14 constituted by a circuit circulation of a heat transfer fluid or by a electric heating, for example by induction.
  • These heating means 14 make it possible to bake the material at a temperature between 90 and 150 ° C.
  • the screws 10a and 10b are provided with threads 22 with tight pitch in order to press the material to recover the liquid in this material.
  • the sleeve 12 is provided with a filtering surface formed by holes 15 distributed over a portion of the periphery of said sheath 12, rod shown in Fig. 3.
  • screws 10a and 10b are fitted with 25 threads with tight pitch and counter threads 26, that is to say reverse pitch threads comprising openings 27 extending radially from the axis of the screws to the periphery of the thread and evenly distributed around the axis.
  • the sheath 12 is provided heating means 16 constituted by a circuit circulation of a heat transfer fluid or by a electric heating, for example by induction.
  • These heating means 16 allow, in zone A5, to cook the material at a temperature between 90 and 150 ° C.
  • the second part B of the extrusion machine 1 is formed of two co-rotating single screws, respectively 30a and 30b, carried by parallel axes, respectively 31a and 31b, integral with the axes 11a and 11b of the screws 10a and 10b of the first part A of the extrusion machine 1.
  • the screws 30a and 30b are driven in rotation inside a second elongated sheath 40 with bores, 40a and 40b respectively, for each screws 30a and 30b.
  • bores 40a and 40b are independent and communicate with each other by a light 32 allowing a passage of the material between the two bores 40a and 40b sheath 40.
  • this area is formed by a first zone B1 in which the screws 30a and 30b are provided with nets 33 with wide pitch and a zone B2 in which the screws 30a and 30b are provided with threads 34 with a tight pitch.
  • Each of these series of holes 41 is characterized by its percentage of transparency.
  • This transparency is defined as the ratio of the area generated by the holes on the total interior area of a bore.
  • the third part C of the machine extrusion 1 determines a compression zone C1 and extruding the dry residue of said material.
  • This zone C1 is formed by a die 50 which includes an insert 51 cooperating with the tip of each single screw 30a and 30b and determining an air gap 52 and an outlet channel 53 of the dry residue.
  • the air gap 52 is adjustable by the insert 51 which is mounted movable longitudinally by means appropriate, not shown.
  • the residual liquid content in the residue dry coming out of the extrusion machine is less than 15%.
  • the flow rate can be used material supply, screw configuration, the speed of rotation of the screws, the configuration of the the filtering surfaces provided in the sheaths and the temperature of the heating means.
  • the material feed rate influences on the filling rate of the screws and this flow is controlled, for example, by the weight metering device 5 or volumetric.
  • the configuration of the screws determines the state of transformation of the material and by therefore the physical and physico-chemical characteristics of the product during the different phases of treatment.
  • the configuration of the single-screw influences the dynamics of pressing and the compression ratio.
  • the configuration of these screws fixes the pressing rate which is equal to the ratio of the quantity of material to be pressed contained in a thread on the time needed to perform a complete rotation of this step.
  • the screw rotation speed determines for a given flow rate, the residence time of the material within of the area considered which contributes to conditioning of this material at the entrance to the pressing zone and filtration.
  • the air gap makes it possible to create a more or less important material at the level of the sector.
  • This element therefore makes it possible to act over time of the material, but also on the time of pressing of this material within the air gap and on its degree of crushing.
  • the pressing and filtration zone by its geometric characteristics, influences the quantities of liquid extracted and on the liquid content of the residue dry at the outlet of the extrusion machine.
  • the temperature of the heating means allows regulate heat losses or heat the material also causing a change in flow within the extrusion machine, as well as within the sector.
  • Tests have been carried out on seeds rapeseed and pure rapeseed almonds 00.
  • the extrusion machine has the following configuration, for a bore diameter of 55.5mm in the first part A provided with co-rotating and co-penetrating screws and a bore diameter of 45.5mm in the second part B fitted with single screw.
  • the dry matter content in the oil collected is less than 10%.
  • the residual oil content in the meal is around 12%.
  • the extrusion machine has the configuration indicated in the table below for a bore diameter of 55.5mm in zone A with co-rotating and co-penetrating screws and a bore diameter of 45.5mm in part B with single screws.
  • the dry matter content in the oil collected is less than 10%.
  • the residual oil content in the meal is around 15%.

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Description

La présente invention a pour objet un procédé et une installation d'extraction en continu d'un liquide contenu dans une matière première.
La présente invention s'applique par exemple à l'extraction de l'huile d'une matière première oléagineuse ou oléoprotéagineuse, des algues, des végétaux ou encore des agrumes.
Actuellement, l'extraction du liquide contenu dans ce genre de matière première est réalisée par malaxage ou trituration, puis pressage dans des grosses unités d'une capacité variant par exemple de 150 000 à 300 000 tonnes/an.
Dans ces unités, la matière première subit d'abord une phase dite de préparation thermomécanique, suivie d'une phase de pressage réalisée dans des presses planes ou dans des filtres mono-vis de façon à recueillir des résidus plus ou moins secs.
Mais, ces résidus résultant de la séparation solide-liquide présentent encore une teneur résiduelle en liquide, par exemple en huile, d'au moins environ 20% en poids, ce qui est élevé et nécessite un traitement ultérieur d'extraction.
A cet effet, les résidus sont taités dans une unité d'extraction au solvant, classiquement du n-hexane, ce qui permet d'obtenir finalement un résidu présentant une teneur résiduelle en liquide variant de 1 à 3% du poids.
Cependant, ce traitement d'extraction au solvant est coûteux et présente des risques.
Ces équipements traditionnels qui n'ont pas subi d'évolution depuis de nombreuses années, sont de plus encombrants et consonnent des puissances élevées et nécessitent des temps de traitement relativement longs.
Par ailleurs, on assiste à une évolution de variétés de graines oléagineuses, avec l'avènement de nouvelles graines, comme par exemple le colza 00, dont le pressage est plus délicat.
Pour palier ce problème, on a proposé l'utilisation d'un expandeur, mais cette solution ne donne pas entièrement satisfaction.
Ces problèmes rencontrés en séparation solide-liquide ne sont pas propres aux oléagineux et l'industrie agro-alimentaire en générale requiert l'utilisation de procédés permettant l'extraction sélective de certains produits à partir d'une matière première variée.
L'invention a pour but de proposer un procédé d'extraction d'un liquide contenu dans une matière première, qui permet de réduire considérablement le temps nécessaire pour l'extraction du liquide et de ce fait la consommation d'énergie.
L'invention a donc pour objet un procédé d'extraction en continu d'un liquide contenu dans une matière première, comme par exemple une matière oléagineuse ou oléoprotéagineuse, caractérisé en ce que :
  • dans une première partie d'une machine d'extrusion conprenant deux vis co-rotatives et co-pénétantes entraínées en rotation autour d'axes parallèles à l'intérieur d'un premier fourreau muni d'alésages sécants, on introduit la matière première et on effectue:
    • un premier malaxage et une première cuisson de la matière,
    • au moins un pressage et une filtration de la matière pour récupérer une partie du liquide contenu dans latte matière,
    • au moins une compression et un cisaillement de la matière,
    • un deuxième malaxage et une deuxième cuisson de la matière,
  • dans une seconde partie de la machine d'extrusion comprenant deux mono-vis co-rotatives portées par des axes parallèles solidaires des axes des vis de la première partie et entraínées en rotation à l'intérieur d'un second fourreau allongé muni d'alésages indépendants et communiquant entre eux pas une lumière, on effectue au moins un pressage et une filtration pour récupérer le liquide de la matière sortant de la première partie de la machine d'extrusion,
  • et dans une troisième partie de ladite machine d'extrusion, on comprime et on extrude le résidu sec de latte matière.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
  • la première et la seconde cuisson sont réalisées à une température comprise entre 90 et 150°C,
  • la teneur en liquide résiduel dans le résidu sec sortant de la machine d'extrusion est inférieure à 15%.
L'invention a également pour objet une installation d'extraction en continu d'un liquide contenu dans une matière première, caractérisée en ce qu'elle comprend une machine d'extrusion comportant :
  • une première partie formée de deux vis co-rotatitves et co-pénétrantes entraínées en rotation autour d'axes parallèles à l'intérieur d'un premier fourreau allongé et muni d'alésages sécants et déterminant:
    • une zone d'introduction et de transport de la matière,
    • une première zone de malaxage et de cuisson de la matière,
    • au moins une zone de pressage et de filtration pour récupérer une partie du liquide contenu dans latte matière,
    • au moins une zone de compression et de cisaillement de la matière,
    • une seconde zone de malaxage et de cuisson de la matière,
  • une seconde partie formée de deux mono-vis co-rotatives portées par des axes parallèles solidaires des axes des vis de la première partie et entraínées en rotation à l'intérieur d'un second fourreau allongé muni d'alésages indépendants et communiquant entre eux par une lumière et déterminant au moins une zone de pressage et de filtration pour récupérer le liquide de la matière sortant de la première partie de la machine d'extrusion,
  • et une troisième partie déterminant une zone de compression et d'extrusion du résidu sec de latte matière.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
  • les vis de la première partie présentent, dans les zones de transport, de malaxage et de cuisson et de pressage et filtration, un pas variable,
  • le premier fourreau comporte, dans ladite zone de pressage et de filtration, une surface filtrante formée de trous répartis sur une portion de la périphérie dudit fourreau,
  • les vis de la première partie sont munies, dans la zone de compression et de cisaillement de filets à pas inversés par rapport au sens de transport de la matière et munis d'ouvertures de passage vers l'aval d'un débit contrôlé de matière,
  • chaque mono-vis, dans la zone de pressage et de filtration de la seconde partie, présente un taux de compression inférieur à 8 et de préférence compris entre 1,1 et 4,
  • le pas des mono-vis est, dans la zone de pressage et de filtration de la seconde partie, constant et le diamètre de l'axe de chacune desdites mono-vis augmente dans le sens d'écoulement de la matière,
  • dans la zone de pressage et de filtration de la seconde partie, le pas des mono-vis se resserre progressivement dans le sens d'écoulement de la matière et le diamètre de l'axe de chacune desdites mono-vis est constant,
  • le second fourreau comporte, dans ladite zone de pressage et de filtration, une surface filtrante formée de trous répartis sur une portion de la périphérie dudit fourreau,
  • la surface filtrante présente une transparence comprise entre 3 et 50% et de préférence comprise entre 5 et 20%,
  • la zone de compression et d'extrusion de la troisième partie est formée par une filière comprenant au moins un insert déplaçable longitudinalement et déterminant avec l'extrémité de chaque mono-vis, un entrefer réglable.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
  • la Fig. 1 est une vue schématique en coupe dans un plan vertical passant par l'axe d'une vis d'une installation d'extraction conforme à l'invention,
  • la Fig. 2 est une vue schématique en coupe transversale de l'installation d'extraction conforme à l'invention,
  • la Fig. 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la Fig. 2,
  • la Fig. 4 est une vue en coupe selon la ligne 4-4 de la Fig. 2.
Sur les figures 1 et 2, on a représenté schématiquement une installation d'extraction en continu d'un liquide contenu dans une matière première, comme par exemple une matière oléagineuse ou oléoprotéagineuse et notamment des agrumes, des végétaux ou des algues.
Cette installation d'extraction se compose d'une machine d'extrusion désignée dans son ensemble par la référence 1 et qui comprend trois parties, respectivement A, B et C.
La machine d'extrusion 1 est alimentée à son extrémité amont en matière première par l'intermédiaire d'un orifice 2 relié à une trémie d'alimentation 3 qui est elle même alimentée en matière première par l'intermédiaire d'une trémie de stockage 4 et d'un doseur 5, du type pondéral ou volumétrique.
La première partie A de la machine d'extrusion 1 comprend deux vis co-rotatives et co-pénétrantes, respectivement 10a et 10b, entraínée en rotation autour d'axes parallèles, respectivement 11a et 11b, à l'intérieur d'un premier fourreau 12.
Les vis 10a et 10b sont entraínées en rotation par un ensemble, non représenté, constitué d'un moteur, d'un motoréducteur et d'une boíte à engrenages.
Ainsi que représenté sur les Figs. 1 et 2, les vis 10a et 10b sont munies de filets hélicoïdaux qui engrènent les uns dans les autres, et la paroi interne du fourreau 12 comporte deux alésages sécants, respectivement 12a et 12b, de diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur des filets des vis 10a et 10b.
Ces filets sont imbriqués les uns dans les autres et les deux vis 10a et 10b sont entraínées à la même vitesse de rotation et dans le même sens de telle sorte que les deux vis 10a et 10b sont identiques, les filets étant simplement décalés les uns par rapport aux autres.
Ainsi que représenté à la Fig. 3, les vis 10a et 10b sont avantageusement constituées d'arbres cannelés, respectivement 13a et 13b, sur lesquels sont montés des tronçons de vis.
L'alésage intérieur de chacun de ces tronçons est muni de cannelures correspondant à celles de l'arbre cannelé et la partie extérieure est munie de filets hélicoïdaux dont le pas diffère selon le tronçon considéré pour le transport et le traitement de la matière première.
De ce fait, on peut ainsi disposer d'un assez grand nombre de tronçons permettant de faire varier le pas, la profondeur, le nombre de filets et la longueur de chaque zone de traitement.
Ainsi, la première partie A de la machine d'extrusion 1 est constituée de plusieurs zones successives correspondant chacune à une phase particulière du procédé d'extraction selon l'invention.
Comme représenté sur les Figs. 1 et 2, la première partie A de la machine d'extrusion 1 comprend:
  • une zone A1 d'introduction et de transport de la matière,
  • une première zone A2 de malaxage et de cuisson de la matière,
  • au moins une zone A3 de pressage et de filtration pour récupérer une partie du liquide contenu dans ladite matière,
  • au moins une zone A4 de compression et de cisaillement de la matière,
  • et une zone A5 de malaxage et de cuisson de ladite matière.
Dans la première zone A1 d'introduction et de transport de la matière, les vis 10a et 10b comportent des filets 20 à pas large afin d'assurer le transfert de la matière introduite par l'orifice 2 qui s'ouvre largement sur les deux vis 10a et 10b pour répartir ladite matière dans les filets 20.
Cette matière est donc immédiatement transportée vers l'aval de la machine d'extrusion 1.
Dans la zone A2 de la première partie A de la machine d'extrusion 1, les vis 10a et 10b sont munies de filets 21 à pas large afin d'assurer un malaxage de la matière.
Dans cette zone A2, le fourreau 12 est pourvu de moyens de chauffage 14 constitués par un circuit de circulation d'un fluide caloporteur ou par un organe de chauffage électrique, par exemple par induction.
Ces moyens de chauffage 14 permettent de réaliser une cuisson de la matière à une température comprise entre 90 et 150°C.
Dans la zone A3 de pressage et de filtration, les vis 10a et 10b sont munies de filets 22 à pas serré afin de réaliser un pressage de la matière pour récupérer le liquide contenu dans cette matière.
A cet effet, le fourreau 12 est muni d'une surface filtrante formée de trous 15 répartis sur une portion de la périphérie dudit fourreau 12, canne représenté à la Fig. 3.
Dans la zone A4 de compression et de cisaillement de la matière, les vis 10a et 10b sont munies de contre-filets 23, c'est à dire de filets à pas inversé qui comportent des ouvertures 24 s'étendant radialement depuis l'axe de la vis jusqu'à la périphérie du filet et régulièrement réparties autour de l'axe.
De la sorte, on contrôle le passage d'un débit contrôlé de matière vers l'aval ce qui détermine un freinage au niveau de la zone A4 et, de ce fait une compression dans la partie amont de la machine d'extrusion.
Il en résulte un effet de malaxage et de cisaillement intense de la matière.
Enfin, dans la zone A5, les vis 10a et 10b sont munies de filets 25 à pas serré et de contre-filets 26, c'est à dire de filets à pas inversé comportant des ouvertures 27 s'étendant radialement depuis l'axe de la vis jusqu'à la périphérie du filet et réparties régulièrement autour de l'axe.
Dans cette zone A5, le fourreau 12 est pourvu de moyens de chauffage 16 constitués par un circuit de circulation d'un fluide caloporteur ou par un organe de chauffage électrique, par exemple par induction.
Ces moyens de chauffage 16 permettent, dans la zone A5, de réaliser une cuisson de la matière à une température comprise entre 90 et 150°C.
Comme représenté sur les figures, la seconde partie B de la machine d'extrusion 1 est formée de deux mono-vis co-rotatives, respectivement 30a et 30b, portées par des axes parallèles, respectivement 31a et 31b, solidaires des axes 11a et 11b des vis 10a et 10b de la première partie A de la machine d'extrusion 1.
Les vis 30a et 30b sont entraínées en rotation à l'intérieur d'un second fourreau allongé 40 muni d'alésages, respectivement 40a et 40b, pour chacune des vis 30a et 30b.
Ces alésages 40a et 40b sont indépendants et communiquent entre eux par une lumière 32 permettant un passage de la matière entre les deux alésages 40a et 40b du fourreau 40.
Dans la seconde partie B de la machine d'extrusion 1, les vis 30a et 30b déterminent au moins une zone B1 et B2 de pressage et de filtration pour récupérer le liquide de la matière sortant de la première partie A de latte machine d'extrusion 1.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, cette zone est formée d'une première zone B1 dans laquelle les vis 30a et 30b sont munies de filets 33 à pas large et d'une zone B2 dans laquelle les vis 30a et 30b sont munies de filets 34 à pas serre.
Ainsi, dans les zones B1 et B2 de pressage et de filtration chaque mono-vis 30a et 30b présence un taux de compression inférieur à 8 et de préférence compris entre 1,1 et 4.
Selon un premier mode de réalisation représenté sur les Figs. 1 et 2, dans les zones B1 et B2 de pressage et de filtration, le pas des mono-vis 30a et 30b se resserre dans le sens d'écoulement de la matière et le diamètre de l'axe 31a et 31b de chacune desdites mono-vis est constant.
Selon une variante, dans les zones B1 et B2 de pressage et de filtration, le pas des mono-vis 30a et 30b est constant tandis que le diamètre de l'axe 31a et 31b de chacune desdites mono-vis augmente dans le sens d'écoulement de la matière.
Dans cette zone, le second fourreau 40 comporte une surface filtrante formée de trous 41 répartis sur une portion de la périphérie dudit fourreau 40.
De préférence, la zone de pressage et de filtration comporte une première série de trous 41 de diamètre de 0,5mm sur une longueur de 55mm, une deuxième série de trous de diamètre de 0,6mm sur une longueur de 70mm et une troisième série de trous de 41 de diamètre de 0,8mm sur une longueur de 90mm.
Chacune de ces séries de trous 41 est caractérisée par son pourcentage de transparence.
Cette transparence est définie comme le rapport de la surface générée par les trous sur la surface totale intérieure d'un alésage.
Dans le cas présent, on a une transparence respectivement de 10,7, 7,6 et 9% pour un diamètre d'alésage de 45,5mm.
Enfin, la troisième partie C de la machine d'extrusion 1 détermine une zone C1 de compression et d'extrusion du résidu sec de ladite matière.
Cette zone C1 est formée par une filière 50 qui comporte un insert 51 coopérant avec la pointe de chaque mono-vis 30a et 30b et déterminant un entrefer 52 et un canal de sortie 53 du résidu sec.
L'entrefer 52 est réglable par l'insert 51 qui est monté déplaçable longitudinalement par des moyens appropriés, non représentés.
Dans la première partie A de la machine d'extrusion 1, on effectue :
  • un premier malaxage et une première cuisson de la matière,
  • au moins un pressage et une filtration de la matière pour récupérer une partie du liquide contenu dans ladite matière,
  • au moins une compression et un cisaillement de la matière,
  • et un deuxième malaxage et une deuxième cuisson de cette matière.
Dans la seconde partie B de la machine d'extrusion 1, on effectue au moins un pressage et une filtration pour récupérer le liquide encore contenu dans la matière sortant de la première partie A et dans la troisième partie C de ladite machine d'extrusion 1, on comprime et on extrude le résidu sec de la matière.
La teneur en liquide résiduel dans le résidu sec sortant de la machine d'extrusion est inférieure à 15%.
Les paramètres opératoires de mise en oeuvre de la machine d'extrusion 1 selon l'invention varient en fonction du type de la matière.
Ces paramètres déterminent l'efficacité de la séparation solide/liquide, c'est à dire l'efficacité de l'extraction du liquide.
Comme paramètre, on peut retenir le débit d'alimentation de la matière, la configuration des vis, la vitesse de rotation des vis, la configuration de la filière, les surfaces filtrantes ménagées dans les fourreaux et la température des moyens de chauffage.
le débit d'alimentation de la matière influe sur le taux de remplissage des vis et ce débit est contrôlé, par exemple, par le doseur 5 pondérale ou volumétrique.
Par ailleurs, la configuration des vis détermine l'état de transformation de la matière et par conséquent les caractéristiques physiques et physico-chimiques du produit au cours des différentes phases de traitement.
En particulier dans les zones de pressage et de filtration, la configuration des mono-vis influe sur la dynamique de pressage et sur le taux de compression.
Ainsi, avec la rotation des vis, la configuration de ces vis fixe le taux de pressage qui est égal au rapport de la quantité de matière à presser contenue dans un pas de vis sur le temps nécessaire pour effectuer une rotation complète de ce pas.
La vitesse de rotation des vis détermine pour un débit donné, le temps de séjour de la matière au sein de la zone considérée qui contribue au conditionnement de cette matière à l'entrée de la zone de pressage et de filtration.
D'autre part, la configuration de la filière se transcrit par trois éléments, l'entrefer, l'insert et la conicité des pointes des mono-vis.
L'entrefer permet de créer une retenue de matière plus ou moins importante au niveau de la filière.
L'entrefer agit donc sur le temps de séjour de la matière et l'insert permet de recréer une retenue de matière en aval de cet entrefer.
Pour modifier l'écoulement de la matière à la sortie de la filière, il est possible de faire varier la conicité des pointes des mono-vis, le diamètre et/ou la longueur du canal d'évacuation de l'insert.
Cet élément permet donc d'agir sur le temps de séjour de la matière, mais aussi sur le temps de pressage de cette matière au sein de l'entrefer et sur son degré d'écrasement.
La conicité des pointes des mono-vis permet de modifier l'écoulement dans l'entrefer et de modifier la pression dans la filière.
La zone de pressage et de filtration, par ses caractéristiques géométriques, influe sur les quantités de liquide extrait et sur la teneur en liquide du résidu sec en sortie de la machine d'extrusion.
La température des moyens de chauffage permet de réguler les pertes thermiques ou de chauffer la matière entraínant aussi une modification de l'écoulement au sein de la machine d'extrusion, ainsi qu'au sein de la filière.
Différents essais ont été réalisés avec une installation selon l'invention et les résultats de ces essais sont indiqués ci-dessous, à titre illustratif et nullement limitatif.
Exemple 1.
Des essais ont été réalisés sur des graines de colza et des amandes pures de colza 00.
La machine d'extrusion présente la configuration suivante, pour un diamètre d'alésage de 55,5mm dans la première partie A munie de vis co-rotatives et co-pénétrantes et un diamètre d'alésage de 45,5mm dans la deuxième partie B munie de mono-vis.
PARTIE A PARTIE B
ZONES A1-A2 A3 A4 A5 B1 B2
LONGUEUR DES VIS 600 100 100 50 50 100 250
PAS DES VIS 50 35 CF 25 CF 35 25
Les paramètres opératoires sont les suivants:
  • débit d'alimentation : 70 kg/h
  • vitesse de rotation des vis : 35 tr/mn
  • entrefer : 1,2mm
  • dimensions de l'insert :
    • diamètre du canal d'évacuation : 16mm
    • longueur du canal d'évacuation : 6mm
  • conicité des pointes des mono-vis : 120°
  • température des moyens de chauffage:150°C
  • pas des contre-filets (CF) : 15mm
  • les puissances mécaniques et thermiques consommées sont chacune d'environ 25kW/t.
Les rendements d'extraction se situent entre 81 et 85%.
La teneur en matière sèche dans l'huile recueillie est inférieure à 10%.
La teneur en huile résiduelle dans le tourteau est d'environ 12%.
Exemple 2.
Des essais ont été réalisés sur des graines de tournesol alimentaire.
La machine d'extrusion présente la configuration indiquée dans le tableau ci-dessous pour un diamètre d'alésage de 55,5mm dans la zone A avec des vis co-rotatives et co-pénétrantes et un diamètre d'alésage de 45,5mm dans la partie B avec des mono-vis.
PARTIE A PARTIE B
ZONES A1-A2 A3 A4 A5 B1 B2
LONGUEUR DES VIS 600 100 50 50 50 100 250
PAS DES VIS 50 35 CF 25 CF 35 25
Les paramètres opératoires sont les suivants:
  • débit d'alimentation : 70kg/h
  • vitesse de rotation des vis : 40tr/mn
  • entrefer : 1,1mm
  • dimensions de la l'insert :
    • diamètre du canal d'évacuation : 6mm
    • longueur du canal d'évacuation : 6mm
  • conicité des pointes des mono-vis : 120°
  • température des moyens de chauffage:120°C
  • les puissances mécaniques et thermiques consommées sont respectivement de 5kW/t et 20kW/t.
Les rendements d'extraction se situent entre 85 et 90%.
La teneur en matière sèche dans l'huile recueillie est inférieure à 10%.
La teneur en huile résiduelle dans le tourteau est d'environ 15%.
Exemple 3
Des essais d'extraction ont été réalisés sur des grains de ricin décortiqués.
La machine d'extrusion présente la configuration indiquée dans le tableau ci-dessous, les autres paramètres étant identiques à ceux de l'exemple 1.
PARTIE A PARTIE B
ZONES A1-A2 A3 A4 A5 B1 B2
LONGUEUR DES VIS 600 100 50 150 100 250
PAS DES VIS 50 35 CF 25 35 25
Les paramètres opératoires sont les suivants:
  • débit d'alimentation 15kg/h
  • vitesse de rotation des vis 30tr/mn
  • entrefer : 1mm
  • dimensions de l'insert :
    • diamètre du canal d'évacuation : 1mm
    • longueur du canal d'évacuation : 6mm
  • conicité des pointes des mono-vis : 60°
  • température des moyens de chauffage : 90°C
  • les puissances mécaniques et thermiques consommées sont respectivement d'environ 35kW/t et 15kW/t.
Les rendements d'extraction se situent entre 85 et 90%.
La teneur en matière sèche dans l'huile recueillie est d'environ 10%.
La teneur en huile résiduelle dans le tourteau est inférieure à 15%.
La machine d'extrusion selon l'invention peut comporter des introductions intermédiaires de matière première afin d'introduire de la matière première fraíche, ou des additifs ou des adjuvants, par exemple de l'eau.
Par ailleurs, la machine d'extrusion selon l'invention peut s'utiliser seule, dans les procédés à pression unique ou en amont d'une unité d'extraction au solvant ou dans les procédés à pré-pression.
La pression unique peut s'appliquer dans le cas de cultures marginales telles celle du ricin ou celle du lin qui nécessite des capacité de pressage relativement faibles, et pour lesquelles la mise en place d'unité d'extraction au solvant n'est pas toujours souhaitable compte tenu de son coût.
Dans ces conditions, cette machine d'extrusion peut être installée en remplacement de l'ensemble des équipements traditionnels soit au sein de petites unités décentralisées, soit au sein de grosses unités de pressage pour un travail spécifique.
En pré-pression, la machine d'extrusion peut être installée au sein de grosses unités de pressage, comme seul équipement, en amont de l'unité d'extraction au solvant.
Les essais effectués avec une installation d'extraction selon l'invention sur des graines oléagineuses, sur des algues, sur des agrumes, sur des végétaux montrent que la machine d'extrusion peut être utilisée comme seul outil de pressage, permettant la séparation solide/liquide.
La machine d'extrusion selon l'invention offre de multiples avantages.
Parmi ceux-ci on peut citer les économies d'énergie et de matériel, grâce à l'intégration dans une seule machine de plusieurs procédés de transformation thermo-mécaniques.
Pour une même capacité d'unités et en remplacement des équipements traditionnels, la machine d'extrusion permet des économies d'énergie consommée allant jusqu'à 50%.
Un autre avantage réside dans l'intégration au sein du même équipement des fonctions de malaxage, de broyage, de cuisson et de pressage.
Ceci confère à la machine d'extrusion une simplicité d'installation et d'exploitation, ce qui permet de réduire les coûts.
Le pilotage total de la machine d'extrusion peut être manuel ou assisté par ordinateur. Les modifications des paramètres opératoires se font avec des temps de réponse très court.
Ainsi, lors du changement des caractéristiques de la matière première, on peut obtenir très rapidement des performances d'extraction élevées.
Bien que très compacte, la machine d'extrusion est un équipement modulable et polyvalent. Elle permet, par un démontage aisé de ses éléments constitutifs, de modifier à volonté la configuration des vis et autres éléments. Ceci permet le traitement de différents types de matières avec des brefs délais de modification de l'équipement et sans que cela n'induise d'investissements très importants, ni de temps d'immobilisation longs.
En ce qui concerne les produits obtenus à la sortie de la machine d'extrusion, c'est à dire le liquide comme de l'huile ou une solution en suspension aqueuse et le solide comme le tourteau, les analyses montrent qu'ils sont de bonne qualité.
Le tourteau est produit sous fonte de pellets et présente une bonne aptitude à la percolation lors d'une éventuelle phase d'extraction au solvant ultérieure.
Ainsi, en plus des autres équipements, la machine d'extrusion peut aussi remplacer sur certaines lignes de production l'usage des expandeurs.
Le tourteau peut être valorisé directement sur le site même de production.

Claims (12)

  1. Procédé d'extraction en continu d'un liquide contenu dans une matière première, comme par exemple une matière oléagineuse ou oléoprotéagineuse,
    caractérisé en ce que :
    dans une première partie A d'une machine d'extrusion (1) comprenant deux vis (10a, 10b) co-rotatives et co-pénétrantes entraínées en rotation autour d'axes parallèles (11a, 11b) à l'intérieur d'un premier fourreau allongé (12) muni d'alésages (12a, 12b) sécants, on introduit la matière première et on effectue :
    un premier malaxage et une première cuisson de la matière,
    au moins un pressage et une filtration de la matière pour récupérer une partie du liquide contenu dans ladite matière,
    au moins une compression et un cisaillement de la matière,
    un deuxième malaxage et une deuxième cuisson de la matière,
    dans une seconde partie B de ladite machine d'extrusion (1) comprenant deux mono-vis (30a, 30b) co-rotatives portées par des axes parallèles (31a, 31b) solidaires des axes (11a, 11b) des vis (10a, 10b) de la première partie A et entraínées en rotation à l'intérieur d'un second fourreau allongé (40) muni d'alésages (40a, 40b) indépendants et communicant entre eux par une lumière (32), on effectue au moins un pressage et une filtration pour récupérer le liquide de la matière sortant de la première partie A de la machine d'extrusion (1),
    et dans une troisième partie C de ladite machine d'extrusion (1), on comprime et on extrude le résidu sec de la matière.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première et la seconde cuisson sont réalisées à une température comprise entre 90 et 150°C.
  3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en liquide résiduelle dans le résidu sec sortant de la machine d'extrusion (1) est inférieure à 15%.
  4. Installation d'extraction en continu d'un liquide contenu dans une matière première, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend une machine d'extrusion (1) comportant :
    une première partie A formée de deux vis (10a, 10b) co-rotatives et co-pénétrantes entraínées en rotation autour d'axes parallèles (11a, 11b) à l'intérieur d'un premier fourreau allongé (12) muni d'alésages (12a, 12b) sécants et déterminant :
    une zone A1 d'introduction et de transport de la matière,
    une première zone A2 de malaxage et de cuisson de la matière,
    au moins une zone A3 de pressage et de filtration pour récupérer une partie du liquide contenu dans ladite matière,
    au moins une zone A4 de compression et de cisaillement de la matière,
    une zone A5 de malaxage et de cuisson de la matière,
    une seconde partie B formée de deux mono-vis (30a, 30b) co-rotatives portées par des axes (31a, 31b) parallèles solidaires des axes (11a, 11b) des vis (10a, 10b) de la première partie A et entraínées en rotation à l'intérieur d'un second fourreau allongé (40) muni d'alésages (40a, 40b) indépendants et communiquant entre eux par une lumière (32) et déterminant au moins une zone B1 et B2 de pressage et de filtration pour récupérer le liquide de la matière sortant de la première partie A de la machine d'extrusion (1),
    et une troisième partie C déterminant une zone C1 de compression et d'extrusion du résidu sec de ladite matière.
  5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les vis (10a, 10b) de la première partie A présentent, dans les zones de transport, de malaxage et de cuisson et de pressage et de filtration, un pas variable.
  6. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le premier fourreau (12) comporte, dans ladite zone de pressage et de filtration, une surface filtrante formée de trous (15) répartis sur une portion de la périphérie dudit fourreau (12).
  7. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que chaque mono-vis (30a, 30b), dans la zone de pressage et de filtration de la seconde partie B, présente un taux de compression inférieur à 8 et de préférence compris entre 1,1 et 4.
  8. Installation selon les revendications 4 ou 7, caractérisée en ce que, dans la zone de pressage et d'une filtration de la seconde partie B, le pas des mono-vis (30a, 30b) est constant et le diamètre de l'axe (31a, 31b) de chacune desdites mono-vis (30a, 30b) augmente dans le sens d'écoulement de la matière.
  9. Installation selon la revendication 4 ou 7, caractérisée en ce que, dans la zone de pressage et de filtration de la seconde partie B, le pas des mono-vis (30a, 30b) se resserre progressivement dans le sens d'écoulement de la matière et le diamètre de l'axe (31a, 31b) de chacune desdites mono-vis (30a, 30b) est constant.
  10. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le second fourreau (40) comporte, dans ladite zone de pressage et de filtration, une surface filtrante formée de trous (41) répartis sur une portion de la périphérie dudit fourreau.
  11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que la surface filtrante présente une transparence comprise entre 3 et 50% et de préférence comprise entre 5 et 20%.
  12. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que la zone de compression et d'extrusion de la troisième partie C est formée par une filière (50) comprenant au moins un insert (51) déplaçable longitudinalement et déterminant avec l'extrémité de chaque mono-vis (30a, 30b) un entrefer (52) réglable.
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