EP1257413A1 - Procede d'extraction de liquide d'un materiau cellulaire et dispositifs de mise en oeuvre dudit procede - Google Patents

Procede d'extraction de liquide d'un materiau cellulaire et dispositifs de mise en oeuvre dudit procede

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EP1257413A1
EP1257413A1 EP01907847A EP01907847A EP1257413A1 EP 1257413 A1 EP1257413 A1 EP 1257413A1 EP 01907847 A EP01907847 A EP 01907847A EP 01907847 A EP01907847 A EP 01907847A EP 1257413 A1 EP1257413 A1 EP 1257413A1
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EP
European Patent Office
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electric field
pulsed electric
chamber
treatment
mechanical pressing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01907847A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Eugène VOROBIEV
Alain Andre
Hazem Bouzrara
Maksym Bazhal
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Fonderies et Ateliers L Choquenet SA
Association Gradient
Original Assignee
Fonderies et Ateliers L Choquenet SA
Association Gradient
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Publication date
Application filed by Fonderies et Ateliers L Choquenet SA, Association Gradient filed Critical Fonderies et Ateliers L Choquenet SA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B01D—SEPARATION
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Definitions

  • the present invention relates to the field of extracting liquid from a pressed cellular material.
  • the pressing of cellular materials has long been used in the food industry, for example for the extraction of juice from beet pulps.
  • the pressing technique used in the sugar manufacturing industry aims to collect the maximum amount of liquid from the pressed pulps. It was found that the only mechanical pressing only made it possible to obtain a limited percentage of liquid, and that an increase in pressure did not make it possible to obtain more liquid, insofar as the liquid part contained in the cells , or intracellular fluid, remains trapped by the membranes inside the cellular material.
  • the yield curves as a function of time corresponding to the only mechanical pressing process make it possible to obtain a yield which quickly peaks, for example around 22.5% in the case of pressing of beet pods by means of a filter. hurry.
  • the object of the invention is to design a new method for extracting liquid from a cellular material of electromechanical type, not having the aforementioned drawbacks and limitations, that is to say making it possible to obtain extraction yields. high without significant alteration in the physico-chemical properties of the liquid collected.
  • the liquid extraction process consists in subjecting the cellular material to the combined action of a mechanical pressing and a treatment by electric field drawn from moderate energy applied by bursts of short pulses and repeated high voltage.
  • Pre-treatments by continuous or pulsed electric field had already been used, before carrying out a pressing treatment, in processes for extracting sugar from whole or large sugar beets (see for example the document FR- A-2,779,741), in processes for dewatering sludge from wastewater (see for example documents US-A-5,695,650, US-A 5,893,979, and DE-A-2,627,786).
  • the pre-treatment and the following treatment are carried out one after the other.
  • the aforementioned documents therefore do not contain any teaching suggesting a combined action of treatment by electric field and mechanical pressing.
  • the treatment by pulsed electric field can be initiated simultaneously, or alternatively after the start of mechanical pressing, in particular after a predetermined duration of mechanical pressing corresponding to obtaining a rate of liquid which practically does not increase over time.
  • Such selective recovery of the liquid obtained by extraction of a cellular material is extremely advantageous in practice, because the second liquid collected within the framework of a delayed treatment by pulsed electric field has a composition very different from the first liquid obtained by the preliminary mechanical pressing. It was indeed found that the second liquid obtained was clearer and had fewer impurities. In the particular case of processing beetroot chips, it was also found that the second liquid had a higher sugar level.
  • Treatment with an electric field drawn from moderate energy thus provides an elegant solution to the search for an optimal extraction of liquid without significant alteration of the physical or chemical qualities of the liquids collected, by taking advantage of the very short durations of application of the fields. pulsed electrics which produce practically no electrolysis, which we have been able to verify experimentally.
  • mechanical pressing when combined with treatment by pulsed electric field, is exerted with a moderate pressure, essentially between 1.10 5 Pa and 30.10 5 Pa. It has in fact been found that it was unnecessary to use very high pressures during mechanical pressing, thanks to the combined effects of mechanical pressing and simultaneous treatment by electric field drawn from moderate energy.
  • the pulsed electric field is applied for a duration of between 0.1 and 10 seconds, by pulses of intensity at most equal to 15 KV / cm and whose unit duration is less than 500 ⁇ s.
  • the invention also relates to devices for implementing the abovementioned extraction method, said devices comprising conventional apparatuses specially adapted to the particular characteristic of the method of the invention based on the combined action of mechanical pressing and field treatment. Moderate energy drawn electric applied by bursts of short and repeated high voltage pulses.
  • a device of the filter press type comprising juxtaposed plates defining between them at least one chamber with filtering side walls each bordered internally by a grid forming an electrode, the volume of said chamber that can vary by the action of a pressing membrane arranged behind a wall.
  • the two electrodes of the or each chamber are connected to a pulsed electric field source capable of sending short and repeated pulses of high voltage.
  • a device of the screw press type comprising a chamber with a filtering bottom delimited by two walls forming electrodes, the volume of said chamber being able to vary by the action of a thrust screw arranged behind a wall.
  • the two electrodes of the chamber are connected to a pulsed electric field source capable of sending short and repeated pulses of high voltage.
  • it is a device of the screw press type operating continuously, comprising at least one screw rotating in an envelope associated with a filtering bottom and delimiting therewith an annular chamber. whose volume decreases from 1 upstream to 1 downstream.
  • two electrodes are formed by a section of the casing and at the very least a shaft section of the screw opposite said section of casing, said electrodes being connected to a source of pulsed electric field capable of '' Send short, repeated high voltage pulses. Provision may then be made for the casing section and the screw shaft section to be separated from the remainder of the casing or of the screw shaft by insulating flanges.
  • a device of the belt press type comprising a chamber with filtering bottom delimited by the superimposed parts of two continuously moving bands, each of said parts being bordered by a continuous band. forming an electrode, the volume of said chamber being able to vary by the action of the spacing between support rollers associated with said superimposed parts.
  • the two electrodes of the chamber are connected to a pulsed electric field source capable of sending short and repeated pulses of high voltage.
  • FIG. 1 a general perspective view of the device
  • Figure 2 a sectional view of three plates juxtaposed with the same device with the various structural equipment associated with it
  • FIG. 3 the successive stages of the process in which the treatment by pulsed electric field is initiated simultaneously with mechanical pressing
  • FIG. 4 the successive stages of a variant of the method, according to which the treatment by pulsed electric field is initiated after a predetermined duration of mechanical pressing;
  • FIG. 5A illustrates in section the implementation of the method according to the invention with a device of the screw press type, showing three successive stages of the method;
  • FIG. 5B illustrates in section an alternative implementation by means of a single screw press operating continuously, -
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the yield of liquid extraction as a function of time, obtained by implementing different techniques, namely the conventional technique of mechanical pressing alone
  • curve I a technique according to the invention with treatment by pulsed electric field initiated simultaneously with mechanical pressing
  • curve II a variant of technique according to the invention with treatment by pulsed electric field initiated after a predetermined duration of mechanical pressing
  • Figure 8 is another diagram to be compared to that of Figure 7, illustrating the yield curve obtained in the context of a repeated action of a pulsed electric field (curve IV).
  • a pressing machine of the filter press type 10 can be distinguished, which comprises, in a manner known per se, a plurality of plates 11 which are juxtaposed, for example of cast iron or polypropylene, said plates being mounted for sliding on rails. guide 12 of a frame 13.
  • the plates 11 are framed by a first end plate 14 secured to one end of the rails 12, and a second end plate 15 mounted opposite the plate 14 to slide on the rails 12.
  • This last plate 15 is fixed on the rod of a jack 16 whose body is integral with the frame 13.
  • a recovery tank 17 in which the cakes formed in the chambers of the filter press which are delimited by the juxtaposed plates 11, at the end of the liquid extraction process.
  • each plate 11 has two concave parallel faces having a central cavity (the end plates 14 and 15 do not have whereas a concave face having a cavity, these end plates not being shown in FIG. 2).
  • the lateral faces of the plates 11 are coated with a filter cloth 18, so that each pair of juxtaposed plates 11 defines between these plates a chamber 20 with filtering side walls 18.
  • one of the filter walls 18 is in abutment against the lateral face of a plate having reliefs or grooves 19 serving for the drainage of the liquid which passes through said filtering wall.
  • the filtering wall 18 is in abutment against a flexible membrane 21 the external face of which is subjected to the action of a source of compressed air admitted by an inlet passage 23, opening here in a passage 24 common to two membranes 21 of the central plate 11.
  • this pressing membrane 21 arranged behind a filtering wall 18 the volume of the relevant filtration chamber 20 can vary.
  • each of the lateral filtering walls 18 of each chamber 20 is bordered internally by a grid forming an electrode 22.
  • the two electrodes 22 of each filtration chamber 20 are connected to a field source electric pulsed 40 by associated conductors 41 represented here by dashed lines, said pulsed electric field source being capable of sending short and repeated pulses of high voltage in the two electrodes 22 of each filtration chamber 20.
  • the two electrodes 22 remain against the corresponding filter walls 18, that is to say that the cake formed in the filtration chamber 20 is sandwiched between the two electrodes 22 whatever the distance separating said electrodes, that is to say whatever the extension of the membrane of pressing 21.
  • the mechanical pressing control that is to say the control of compressed air (or water under pressure) acting on the pressing membranes 21, and the control of the electric field drawn from moderate energy will advantageously be managed by a central pilot (not shown here) who determines the precise moment of intervention for each of the actions exerted on the cellular material. It may be advantageous in this respect to provide a mechanical and / or electrical member associated with the sources 40 to organize a successive emission chamber after chamber.
  • passages 30,31,32 formed in the parts of the trays with grooved walls which are 1 'opposite parts having the liquid passages 27', 28 '.
  • These passages 30, 31, 32 correspond to the outlet of the washing liquid in the case of a final stage of washing the cakes by means of a washing fluid admitted by the passage 29. washing then rises through the passages 28 ', 27' (without passing through the passages 28, 27 by virtue of an associated valve system not shown here) in the filtration chambers 20, and comes out of it passing through the filtering walls 18 and passing through passages 32,31,30.
  • the path of the washing liquid is therefore organized diagonally in each chamber 20, which guarantees effective washing of the cakes which are there.
  • the filter press 10 having the structure which has just been described, it is possible to use the square or rectangular plates having holes at the four corners to form passages for liquid, filtrate, and washing fluid, such as those made by the co-depositing company CHOQUENET SA for filter presses for dehydration.
  • the traditional filter presses for dehydration by electroosmosis are not equipped with the system described above of electrodes connected to a source of pulsed electric field, and that in addition the electric field, which is continuous, is exerted simultaneously in all the rooms .
  • the device 10 of the filter press type which has just been described comprises a plurality of filtration chambers 20, but it goes without saying that a single filtration chamber could be used delimited by two juxtaposed frames or plates.
  • a single filtration chamber could be used delimited by two juxtaposed frames or plates.
  • FIG. 2 the structure illustrated in FIG. 2 is described on a reduced scale and described in detail above.
  • the liquid product concerned is admitted under pressure through the pipe 25 to enter through the passages 26 in each of the filtration chambers 20.
  • the supply pressure forces the liquid to flow through the filter walls 18, the filtrate then passing through the passages 27, 28 or 27 ′, 28 ′ to lead into the pipe 29.
  • the solid particles, too large to pass through the meshes of the filter walls 18, are retained in each filtration chamber 20 and form a cake.
  • the mass of the cellular material cake is then perfectly confined between the two electrodes 22 which are preferably made in the form of a metal grid.
  • compressed air or alternatively pressurized water
  • the source 40 of electric field drawn from moderate energy sends to the two electrodes 22 bursts of brief and repeated pulses of high voltage, the electrodes of each room being at potentials of opposite signs.
  • This generates in the cellular material of the cake 50 an electric field drawn from moderate energy which has the effect of achieving the desired action, that is to say a perforation of the membrane and / or a widening of the pores for all cells of the cellular material.
  • the liquid extracted passes through the passages 27, 28 or 27 ′, 28 ′ and can be recovered by the common pipe 29.
  • the percentage of recovery of liquid obtained by the implementation of this process at combined action of mechanical pressing and treatment with an electric field drawn from moderate energy is much higher than the percentage obtained by the only action of mechanical pressing.
  • the cake can be washed in each of the filtration chambers 20. This step is illustrated in c). Washing liquid is for example admitted via the line 29, and rises through the passages 28 ', 27' (without passing through the passages 28, 27), in the filtration chambers 20, the washing liquid finally escaping through the aforementioned network of passages 32, 31, 30.
  • the direction of the washing liquid could be reversed, arriving via the passage 30, and leaving via the pipe 29. It is then possible to open the filter press, and carry out a cleaning of the remaining cake by operations. manual or mechanized. Such operations are conventional in the context of the traditional use of filter dewatering presses.
  • FIG. 4 a variant of the extraction process which has just been described has been illustrated.
  • Step a) is similar to the previous one, and this step corresponds to feeding the filter and forming the cake.
  • bl) has been noted a pre-pressing step and pre-counting of the cake, without application of pulsed electric field.
  • a first mechanical pressing is then carried out by the action of compressed air on the rear face of the flexible membranes 21, which makes it possible to collect by the pipe 29 a liquid denoted by L1.
  • This step b1) actually corresponds to a conventional mechanical pressing step, and it is well known that the yield as a function of time arrives fairly quickly at an almost constant percentage, that is to say that the rate of liquid obtained hardly ever grows over time.
  • the liquid L1 obtained by mechanical pressing alone and the liquid L2 obtained by mechanical pressing combined with treatment by pulsed electric field, to be collected separately.
  • Such selective recovery could prove to be very advantageous in the agricultural or food sector, in particular in the context of the extraction of juice from beet pulps.
  • tests have shown that the second liquid thus obtained (L2) has a composition very different from the first liquid obtained by mechanical pressing alone (L1).
  • the liquid L2 had a significantly higher percentage of sucrose, and that this liquid L2 was also clearer, therefore less charged with impurities, and more pure than liquid Ll.
  • step b2) we can proceed as appropriate a step of washing each cake, such as step c) illustrated in FIG. 3 and previously described.
  • a washing step is certainly advantageous, but in no way constitutes an obligation in the context of the implementation of the method according to the invention.
  • a pulsed electric field treatment is then implemented which is repeated when obtaining a rate of liquid which practically does not increase over time.
  • the successive bursts of short and repeated high-voltage pulses then further increase the yield of the extracted liquid. Provision may also be made then for the liquids obtained with each treatment by pulsed electric field to be collected separately. We will return to this phenomenon later with reference to the diagram in FIG. 8.
  • a device of the screw press type 110 comprising a casing 111 with a feed hopper 112.
  • a feed screw 113 is rotatably mounted in the feed chamber into which the hopper 112 opens, a chamber whose bottom 116 is filtering to recover the filtrate concerned which is compressed by the feed screw 113 against a bivalve wall 115.
  • On the other side of the wall 115 there is provided a compression screw 121 which is coupled to a shaft sliding at the inside the shaft of the feed screw 113, and stressed by a hydraulic impulse system 114.
  • this is the preliminary step of forming the cake 150, which is to be compared with step a) previously described for a device of the filter press type.
  • the two electrodes 122 of the chamber 120 are connected to a pulsed electric field source 140 capable of sending short and repeated pulses of high voltage.
  • a pulsed electric field source 140 capable of sending short and repeated pulses of high voltage.
  • the device 110 of the screw press type makes it possible to implement the liquid extraction method according to the invention in its different embodiments, that is to say a treatment by pulsed electric field initiated shortly after the start of mechanical pressing, or a treatment by pulsed electric field initiated after a predetermined duration of mechanical pressing corresponding to obtaining a rate of liquid no longer increasing over time, or else a treatment by repeated pulsed electric field as soon as a level of liquid practically no longer increasing over time is obtained after the first stage of treatment by pulsed electric field.
  • FIG. 5B an alternative embodiment has been illustrated, by means of a screw press of a type slightly different from that of FIG. 5A.
  • the device of the screw press type comprises a casing 111 ′ forming an envelope for a single screw here 121 ′.
  • This screw 121 ' is mounted on a screw shaft 114' of frustoconical shape (axis denoted X), that is to say of diameter progressively increasing from upstream (feed hopper 112 ') downstream ( outlet pipe for pressed cake 117 ').
  • the conveyed material is thus gradually pressed, and the liquid obtained is collected after crossing the filter bottom 118 'of the envelope 111', in a lower collector 128 '.
  • the screw 121 ' is rotated by a geared motor group 116' mounted on the chassis 115 'of the device.
  • Two electrodes are formed for the application of an electric field pulsed by the source of pulsed electric field 140.
  • the electrodes are here formed by a section 122 ′. of the casing 111 'and by at least one section 122'.2 of shaft 114' of the screw opposite said section of casing, said electrodes being connected to the source 140 which is capable of sending pulses brief and repeated high voltage.
  • the source 140 which is capable of sending pulses brief and repeated high voltage.
  • the sections 122'.1 and 122 '.2 are then preferably separated from the remaining of the casing 111 'or of the shaft 114' of the screw by electrically insulating flanges respectively 123 '.1 and 123' .2.
  • the part concerned with the annular chamber 120 ′ therefore corresponds to the combined application chamber for mechanical pressing and the pulsed electric field.
  • a device of the belt press type 210 comprising two bands 218,219 in continuous movement, the band 218 being constituted by a filtering support.
  • the strip 218 is stretched between rollers end 211 and passes over an intermediate roller 216, one of the rollers 211 being motorized.
  • the band 219 is held between end rollers 213, one of which is also motorized in synchronism with the movement of the aforementioned motorized roller 211, and passes over an intermediate roller 217.
  • Superimposed parts of the two bands 218,219 pass on support rollers 212 and 214 respectively, the spacing of which decreases in the direction of travel of the two strips.
  • each superimposed part delimit a chamber 220 which is therefore with a filtering bottom 218, and this throughout the continuous scrolling of the two bands 218,219.
  • the volume of the chamber 220 can vary by the action of the spacing between the support rollers 212, 214 associated with said superimposed parts. It is further provided that each superimposed part is bordered by a continuous strip forming an electrode 222 passing over associated rollers 215.
  • the two electrodes 222 of the chamber 220 are connected to a pulsed electric field source 240 capable of sending brief and repeated pulses of high voltage.
  • a pulsed electric field source 240 capable of sending brief and repeated pulses of high voltage.
  • the extraction process is then carried out continuously thanks to the movement of the two strips with superimposed portions 218,219.
  • the parts of cellular material from which the liquid is to be extracted are admitted at the level of the inlet E of the device 210, and a filtrate flows through the lower strip 218.
  • the upstream rollers 212, 214 can carry out mechanical pressing by decrease of the thickness of the filtration chamber 220.
  • yield curves R are shown (in percent) as a function of time t (in minutes).
  • Curve (I) illustrates the efficiency of extraction as a function of time for a traditional process limited to the sole action of a mechanical pressing initiated at an instant t x . It can be seen that the yield R increases rapidly from a point A x , then increases asymtotically towards a limited value, which is of the order of 22.5% in the case of pressing of beet pods with using a filter press.
  • Curve (II) corresponds to a combined action of mechanical pressing and of treatment by an electric field drawn from moderate energy, said electric field being initiated just after the start of mechanical pressing at time t x .
  • a yield close to 50% corresponds to twice the yield obtained by mechanical pressing alone.
  • the diagram in Figure 8 illustrates the repeated use of short, repeated high-voltage bursts of pulses.
  • the cellular material is subjected to the action of mechanical pressing alone, and a section of curve RI going from point ⁇ to point A 2 is obtained.
  • the material is subjected to a first burst of brief and repeated pulses of high voltage, which has the effect of producing new growth from point A 2 , in accordance with the section of curve R2.
  • a new burst of short and repeated high-voltage pulses is carried out, which corresponds from point A 3 to the section R3, with an even higher yield of liquid over time.
  • the pulsed electric field will be applied for a duration of between 0.1 and 10 seconds, by pulses of intensity at most equal to 15KV / cm and whose unit duration is less than 500 ⁇ s.
  • the pulsed electric field will be between 100 volts per centimeter and 15 KV per centimeter, which corresponds to a pulsed electric field "of energy moderate ".
  • the liquid extraction process according to the invention can be applied to extremely varied cellular materials, and non-limiting mention may be made of plants (beets, apples, carrots, oil seeds, etc.), and micro -organisms.

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'extraction de liquide d'un matériau cellulaire, consistant à soumettre le matériau cellulaire (50) à l'action combinée d'un pressage mécanique et d'un traitement par champ électrique pulsé d'énergie modérée appliqué par salves d'impulsions brèves et répétées de haute tension .L'invention concerne également des dispositifs de mise en oeuvre du procédé d'extraction, en particulier un dispositif du type filtre presse comportant des plateaux juxtaposés (10) définissant entre eux au moins une chambre (20) à parois latérales filtrantes bordées chacune intérieurement par une grille formant électrode (22). Selon l'invention, les deux électrodes (22) de chaque chambre (20) sont reliées à une source de champ électrique pulsé (40) capable d'envoyer des impulsions brèves et répétées de haute tension.

Description

Procédé d'extraction de liquide d'un matériau cellulaire, et dispositifs de mise en oeuvre dudit procédé
La présente invention concerne le domaine de l'extraction de liquide à partir d'un matériau cellulaire pressé.
Le pressage de matériaux cellulaires est utilisé depuis longtemps dans le domaine agro-alimentaire, par exemple pour l'extraction de jus de pulpes de betteraves. La technique de pressage utilisée dans l'industrie de fabrication du sucre vise à recueillir le maximum de liquide des pulpes pressées. On a constaté que le seul pressage mécanique ne permettait que l'obtention d'un pourcentage limité de liquide, et qu'une augmentation de pression ne permettait pas d'obtenir plus de liquide, dans la mesure où la partie liquide renfermée dans les cellules, ou liquide intracellulaire, reste emprisonnée par les membranes intérieures au matériau cellulaire. Les courbes de rendement en fonction du temps correspondant au seul procédé de pressage mécanique permettent d'obtenir un rendement qui plafonne rapidement, par exemple à environ 22,5 % dans le cas d'un pressage de cossettes de betteraves au moyen d'un filtre presse. On a constaté que l'influence de la température sur les membranes cellulaires pendant la diffusion altérait la qualité du jus recueilli en plus grande quantité, ce qui oblige à prévoir en aval du process de pressage des étapes de purification plus ou moins complexes. On en arrive à la constatation que le seul pressage mécanique aux pressions modérées ne permet pas la rupture de l'intégrité des cellules, et constitue un barrage insurmontable à un rendement élevé d'extraction. Plusieurs techniques ont déjà été proposées, essentiellement de type chimique et biologique, en vue de réaliser une rupture des cellules par un processus non thermique : on peut citer un processus mettant en oeuvre une pression très élevée, ou encore un processus purement chimique ou enzymatique.
On a également cherché à s ' inspirer des techniques d' électroosmose mettant en oeuvre l'application d'un champ électrique continu de faible intensité pour déshydrater des matériaux de types très divers (ces techniques d' électroosmose sont par exemple décrites dans les documents EP-A-0 384 081, JP-A-06 154 797, JP-A-61 182 898 et JP-A-06 170 123) . Des essais ont ainsi été menés, fondés sur l'application d'un champ électrique continu à la matière cellulaire, concurremment au pressage mécanique. Ces essais ont montré qu'un champ électrique continu de faible intensité permet d'augmenter le taux d'extraction du jus de la matière cellulaire pressée. Cependant, ces essais menés avec des champs électriques continus ont également mis en évidence des effets secondaires très défavorables, vraisemblablement inhérents au chauffage électrique de la matière et à 1 ' électrolyse de celle-ci pendant les traitements électriques de longue durée. Ces effets secondaires ont pour conséquence de diminuer l'efficacité des traitements électriques, et altèrent la qualité du jus liquide recueilli.
Enfin, on s'est également inspiré d'une technique de biologie moléculaire visant à favoriser l'absorption de l'ADN par des cellules végétales et/ou des micro-organismes et consistant à traiter les cellules ou agglomérats avec un champ électrique à haute pulsation (procédé CEHP) . Il a ainsi été proposé pour l'extraction de sucre d'effectuer un pré-traitement de betteraves sucrières (entières ou en gros morceaux), consistant à les traiter dans l'eau avec des impulsions de champ électrique, afin notamment d'accélérer le recueillement de saccharose. L'extraction et/ou le pressage intervient postérieurement à ce pré-traitement , en général après un tranchage ou broyage préalable des betteraves ou morceaux de betteraves qui ont été prétraités. Cette technique est décrite en détail dans le document FR-A-2 779 741.
Cependant, ce pré-traitement implique une consommation importante d'eau pure, et nécessite en outre une étape ultérieure de traitement (par exemple par concentration ou évaporation) pour séparer le liquide à récupérer de l'eau utilisée pour abaisser la conductivité électrique. L'invention a pour but de concevoir un nouveau procédé d'extraction de liquide d'un matériau cellulaire de type électromécanique, ne présentant pas les inconvénients et limitations précités, c'est-à-dire permettant d'obtenir des rendements d'extraction élevés sans altération notable des propriétés physico-chimiques du liquide recueilli.
Le procédé d'extraction selon l'invention doit pouvoir être applicable dans des domaines divers, c'est-à- dire non seulement le domaine agro-alimentaire, mais aussi le domaine organique ou cosmétique. Conformément à l'invention, le procédé d'extraction de liquide consiste à soumettre le matériau cellulaire à l'action combinée d'un pressage mécanique et d'un traitement par champ électrique puisé d'énergie modérée appliqué par salves d'impulsions brèves et répétées de haute tension.
Les essais menés par les demandeurs ont en effet montré la très grande supériorité des traitements par champ électrique puisé d'énergie modérée, par rapport aux traitements par champ électrique continu maintenu pendant une durée importante, et ils ont pu constater que l'action combinée du pressage mécanique et du traitement par champ électrique puisé permettait d'augmenter très sensiblement le rendement de liquide recueilli en fonction du temps, et ce sans véritablement affecter les qualités chimiques ou physiques des liquides recueillis. On avait déjà utilisé des pré-traitements par champ électrique continu ou puisé, avant d'effectuer un traitement de pressage, dans des procédés d'extraction de sucre à partir de betteraves sucrières entières ou en gros morceaux (voir par exemple le document FR-A-2 779 741) , dans des procédés de déshydratation des boues provenant d'eaux usées (voir par exemple les documents US-A-5 695 650, US-A 5 893 979, et DE-A- 2 627 786) . Dans tous les cas, le pré-traitement et le traitement suivant sont mis en oeuvre l'un après l'autre. Les documents précités ne contiennent donc aucun enseignement suggérant une action combinée du traitement par champ électrique et d'un pressage mécanique. En outre, dans les procédés de déshydratation des boues d'eaux usées, il était prévu un chauffage des boues concurremment à l'application d'un champ électrique pour obtenir un effet combiné améliorant la déshydratation recherchée. Or, lorsque l'on s'intéresse, comme c'est le cas dans le cadre de l'invention, à l'extraction de liquides, c'est-à-dire que l'on veut éviter de dénaturer les qualités physiques ou chimiques du liquide recueilli, on cherche autant que faire se peut à éviter tout processus de chauffage de la matière cellulaire, de sorte que les techniques proposées de déshydratation ne sauraient être transposées dans le cadre de la recherche d'une extraction de liquide.
Le traitement par champ électrique puisé peut être initié simultanément, ou en variante postérieurement au début du pressage mécanique, en particulier après une durée prédéterminée de pressage mécanique correspondant à l'obtention d'un taux de liquide ne croissant pratiquement plus dans le temps. Dans ce dernier cas, on pourra prévoir que les liquides obtenus par le seul pressage mécanique, puis par le pressage mécanique combiné au traitement par champ électrique puisé, sont recueillis séparément. Une telle récupération sélective du liquide obtenu par extraction d'un matériau cellulaire est extrêmement intéressante dans la pratique, car le deuxième liquide recueilli dans le cadre d'un traitement différé par champ électrique puisé présente une composition très différente du premier liquide obtenu par le pressage mécanique préliminaire. On a en effet constaté que le deuxième liquide obtenu était plus clair et présentait moins d'impuretés. Dans le cas particulier du traitement de cossettes de betteraves, on a également constaté que le deuxième liquide présentait un taux de sucre plus élevé.
Le traitement par champ électrique puisé d'énergie modérée apporte ainsi une solution élégante à la recherche d'une extraction optimale de liquide sans altération significative des qualités physiques ou chimiques des liquides recueillis, en mettant à profit les durées très courtes d'application des champs électriques puisés qui ne produisent pratiquement pas d' électrolyse, ce que l'on a pu vérifier expérimentalement.
Dans le cadre d'une initiation différée du traitement par champ électrique puisé d'énergie modérée, on pourra prévoir plus généralement de réitérer le traitement à l'obtention d'un taux de liquide ne croissant pratiquement plus dans le temps. On peut ainsi mettre en oeuvre des salves successives, à des espaces de temps prédéterminés, permettant chaque fois de recueillir plus de liquide, les liquides étant éventuellement recueillis séparément pour une récupération sélective.
De préférence, le pressage mécanique, lorsqu'il est combiné au traitement par champ électrique puisé, est exercé avec une pression modérée, essentiellement comprise entre 1.105 Pa et 30.105 Pa . On a en effet constaté qu'il était inutile d'utiliser des pressions très élevées lors du pressage mécanique, grâce aux effets combinés du pressage mécanique et du traitement simultané par champ électrique puisé d'énergie modérée. Avantageusement, le champ d'électrique puisé est appliqué pendant une durée comprise entre 0,1 et 10 secondes, par impulsions d'intensité au plus égale à 15 KV/cm et dont la durée unitaire est inférieure à 500 μs . L'invention concerne également des dispositifs de mise en oeuvre du procédé d'extraction précité, lesdits dispositifs comportant des appareillages classiques spécialement adaptés à la caractéristique particulière du procédé de 1 ' invention fondée sur 1 ' action combinée du pressage mécanique et du traitement par champ électrique puisé d'énergie modérée appliqué par salves d'impulsions brèves et répétées de haute tension.
Conformément à un premier mode d'exécution, il s'agit d'un dispositif du type filtre presse, comportant des plateaux juxtaposés définissant entre eux au moins une chambre à parois latérales filtrantes bordées chacune intérieurement par une grille formant électrode, le volume de ladite chambre pouvant varier par l'action d'une membrane de pressage agencée en arrière d'une paroi. Dans ce cas, les deux électrodes de la ou de chaque chambre sont reliées à une source de champ électrique puisé capable d'envoyer des impulsions brèves et répétées de haute tension.
Conformément à un deuxième mode d'exécution, il s'agit d'un dispositif du type presse à vis, comportant une chambre à fond filtrant délimitée par deux parois formant électrodes , le volume de ladite chambre pouvant varier par l'action d'une vis poussée agencée en arrière d'une paroi. Dans ce cas, les deux électrodes de la chambre sont reliées à une source de champ électrique puisé capable d'envoyer des impulsions brèves et répétées de haute tension.
En variante, il s'agit d'un dispositif du type presse à vis fonctionnant en continu, comportant au moins une vis tournant dans une enveloppe associée à fond filtrant et délimitant avec celle-ci une chambre annulaire dont le volume décroît de 1 ' amont vers 1 ' aval . Dans ce cas , deux électrodes sont formées par un tronçon de l'enveloppe et par à tout le moins un tronçon d'arbre de la vis en regard dudit tronçon d'enveloppe, lesdites électrodes étant reliées à une source de champ électrique puisé capable d'envoyer des impulsions brèves et répétées de haute tension. On pourra alors prévoir que le tronçon d'enveloppe et le tronçon d'arbre de vis sont séparés du restant de 1 ' enveloppe ou de 1 ' arbre de vis par des brides isolantes . Conformément à un troisième mode d'exécution, il s'agit d'un dispositif du type presse à bande, comportant une chambre à fond filtrant délimitée par les parties superposées de deux bandes en défilement continu, chacune desdites parties étant bordée par une bande continue formant électrode, le volume de ladite chambre pouvant varier par 1 ' action de 1 ' espacement entre des rouleaux d'appui associés auxdites parties superposées. Dans ce cas, les deux électrodes de la chambre sont reliées à une source de champ électrique puisé capable d'envoyer des impulsions brèves et répétées de haute tension.
D'autres caractéristiques et avantages de 1 ' invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre et des dessins annexés, lesdits dessins illustrant différents dispositifs de mise en oeuvre du procédé d'extraction selon l'invention, en référence aux figures où :
- les figures 1 à 4 illustrent la mise en oeuvre du procédé d'extraction selon l'invention au moyen d'un dispositif du type filtre presse, avec en figure l une vue en perspective générale du dispositif, en figure 2 une vue en coupe de trois plateaux juxtaposés du même dispositif avec les différents équipements structurels qui y sont associés, en figure 3 les étapes successives du procédé dans lequel le traitement par champ électrique puisé est initié simultanément au pressage mécanique, et en figure 4 les étapes successives d'une variante du procédé, selon laquelle le traitement par champ électrique puisé est initié après une durée prédéterminée de pressage mécanique;
- la figure 5A illustre en coupe la mise en oeuvre du procédé selon l'invention avec un dispositif du type presse à vis, en montrant trois étapes successives du procédé ;
- la figure 5B illustre en coupe une variante de mise en oeuvre au moyen d'une presse à vis unique fonctionnant en continu , -
- la figure 6 illustre en coupe la mise en oeuvre du procédé selon l'invention au moyen d'un dispositif du type presse à bande, conformément à un procèss continu ; la figure 7 est un diagramme illustrant le rendement d'extraction de liquide en fonction du temps, obtenu par mise en oeuvre de différentes techniques, à savoir la technique classique du pressage mécanique seul
(courbe I), une technique selon l'invention avec traitement par champ électrique puisé initié simultanément au pressage mécanique (courbe II) , et une variante de technique selon l'invention avec traitement par champ électrique puisé initié après une durée prédéterminée de pressage mécanique
(courbe III) ;
- la figure 8 est un autre diagramme à rapprocher de celui de la figure 7, illustrant la courbe du rendement obtenu dans le cadre d'une action réitérée d'un champ électrique puisé (courbe IV) .
On va maintenant décrire plus en détail les différents dispositifs de mise en oeuvre du procédé d'extraction de liquide selon l'invention, ces dispositifs n'étant naturellement cités qu'à titre d'exemples, après quoi on reviendra plus en détail sur les modalités particulières du traitement par champ électrique puisé d'énergie modérée. On va tout d'abord décrire un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention qui est du type filtre presse, en se référant aux figures 1 à 4.
Sur la figure 1, on distingue une machine de pressage du type filtre presse 10, qui comprend de façon connue en soi une pluralité de plateaux 11 qui sont juxtaposés, par exemple en fonte ou en polypropylène, lesdits plateaux étant montés pour coulisser sur des rails de guidage 12 d'un bâti 13. Les plateaux 11 sont encadrés par un premier plateau d'extrémité 14 solidaire d'une extrémité des rails 12, et un second plateau d'extrémité 15 monté à l'opposé du plateau 14 pour coulisser sur les rails 12. Ce dernier plateau 15 est fixé sur la tige d'un vérin 16 dont le corps est solidaire du bâti 13. On distingue également sur la figure 1 un bac de récupération 17 dans lequel sont recueillis les gâteaux formés dans les chambres du filtre presse qui sont délimitées par les plateaux juxtaposés 11, à la fin du processus d'extraction de liquide. On n'a pas représenté sur la figure 1 les différentes canalisations associées à l'alimentation en produit constituant la masse de matériau cellulaire dont on veut extraire le liquide, à la sortie du filtrat et des liquides recueillis dans le cadre de l'action combinée d'un pressage mécanique et d'un traitement par champ électrique puisé d'énergie modérée, et au liquide de lavage injecté en fin du processus d'extraction pour le lavage du gâteau. On n'a également pas représenté la source de champ électrique puisé à laquelle sont raccordées les électrodes disposées dans chaque chambre de filtration, ladite source étant capable d'envoyer des impulsions brèves et répétées de haute tension, de préférence successivement chambre après chambre .
Sur la figure 2, on distingue trois plateaux 11 faisant partie du dispositif 10 précité. Chaque plateau 11 a deux faces parallèles concaves présentant une cavité centrale (les plateaux d'extrémité 14 et 15 ne possèdent alors qu'une face concave présentant une cavité, ces plateaux d'extrémité n'étant pas représentés sur la figure 2) . Les faces latérales des plateaux 11 sont revêtues d'un tissu filtrant 18, de sorte que chaque paire de plateaux juxtaposés 11 définit entre ces plateaux une chambre 20 à parois latérales filtrantes 18. Pour chaque chambre de filtration 20, l'une des parois filtrantes 18 est en appui contre la face latérale d'un plateau présentant des reliefs ou cannelures 19 servant au drainage du liquide qui traverse ladite paroi filtrante. Le liquide passant par les cannelures 19 qui sont organisées selon un labyrinthe communiquant, aboutit à des passages 27 et 28 ou 27' et 28' qui débouchent dans une canalisation 29 commune aux différentes chambres 20. Sur l'autre face latérale de chaque chambre de filtration 20, la paroi filtrante 18 est en appui contre une membrane souple 21 dont la face externe est soumise à l'action d'une source d'air comprimé admis par un passage d'entrée 23, débouchant ici dans un passage 24 commun aux deux membranes 21 du plateau central 11. En variante, on pourra remplacer l'air comprimé par de l'eau sous pression. Grâce à cette membrane de pressage 21 agencée en arrière d'une paroi filtrante 18, le volume de la chambre concernée de filtration 20 peut varier.
En outre, chacune des parois latérales filtrantes 18 de chaque chambre 20 est bordée intérieurement par une grille formant électrode 22. Conformément à un aspect essentiel de l'invention, les deux électrodes 22 de chaque chambre de filtration 20 sont reliées à une source de champ électrique puisé 40 par des conducteurs associés 41 représentés ici par des lignes en trait mixte, ladite source de champ électrique puisé étant capable d'envoyer des impulsions brèves et répétées de haute tension dans les deux électrodes 22 de chaque chambre de filtration 20.
Il convient de noter que les deux électrodes 22 restent contre les parois filtrantes 18 correspondantes, c'est-à-dire que le gâteau formé dans la chambre de filtration 20 est enserré entre les deux électrodes 22 quelle que soit la distance séparant lesdites électrodes, c'est-à-dire quelle que soit l'extension de la membrane de pressage 21.
On est ainsi capable d'exercer sur la matière cellulaire contenue dans chaque chambre de filtration 20 et confinée entre les deux électrodes 22 à la fois un pressage mécanique et un traitement par champ électrique puisé d'énergie modérée qui est appliqué par salves d'impulsions brèves et répétées de haute tension.
La commande de pressage mécanique, c'est-à-dire la commande d'air comprimé (ou d'eau sous pression) agissant sur les membranes de pressage 21, et la commande du champ électrique puisé d'énergie modérée seront avantageusement gérées par un pilote central (non représenté ici) qui détermine le moment précis d'intervention de chacune des actions exercées sur le matériau cellulaire. Il pourra s'avérer intéressant à ce titre de prévoir un organe mécanique et/ou électrique associé aux sources 40 pour organiser une émission successive chambre après chambre. Avantageusement en plus, on pourra prévoir que le traitement par champ électrique puisé est initié postérieurement au début du pressage mécanique, c'est-à- dire juste après le début, en particulier après une durée prédéterminée de pressage mécanique correspondant à l'obtention d'un taux de liquide ne croissant pratiquement plus dans le temps .
On distingue également sur la figure 2 des passages 30,31,32 ménagés dans les parties des plateaux à parois cannelées qui sont à 1 ' opposé des parties présentant les passages de liquide 27', 28'. Ces passages 30,31,32 correspondent à la sortie du liquide de lavage dans le cas d'une étape terminale de lavage des gâteaux grâce à un fluide de lavage admis par le passage 29. Le fluide de lavage remonte alors par les passages 28', 27' (sans passer par les passages 28, 27 grâce à un système de vannes associé non représenté ici) dans les chambres de filtration 20, et en ressort en traversant les parois filtrantes 18 et en passant par les passages 32,31,30. Le trajet du liquide de lavage est donc organisé en diagonale dans chaque chambre 20, ce qui garantit un lavage efficace des gâteaux qui s ' y trouvent .
Pour réaliser le filtre presse 10 présentant la structure qui vient d'être décrite, on pourra utiliser les plateaux carrés ou rectangulaires présentant des perçages aux quatre coins pour constituer des passages de liquide, de filtrat, et de fluide de lavage, tels que ceux réalisés par la société codéposante CHOQUENET SA pour des filtres presses de déshydratation. Il convient de noter que les filtres presses de déshydratation traditionnels par électroosmose ne sont pas équipés du système précédemment décrit d'électrodes reliées à une source de champ électrique puisé, et que de plus le champ électrique, qui est continu, est exercé simultanément dans toutes les chambres .
Le dispositif 10 du type filtre presse qui vient d'être décrit comprend une pluralité de chambres de filtration 20, mais il va de soi que l'on pourrait utiliser une seule chambre de filtration délimitée par deux cadres ou plateaux juxtaposés. Toutefois, dans le cadre d'une exploitation industrielle, il sera plus intéressant de prévoir des dispositifs comportant un grand nombre de plateaux juxtaposés, afin d'améliorer les performances d'extraction. On pourra naturellement adapter d'autres types de filtres presses, par exemple un filtre presse à plateaux suspendus. On pourra aussi prévoir des plateaux de formes différentes, par exemple circulaire ou arrondie.
On va maintenant décrire, en référence à la figure 3, les étapes successives de mise en oeuvre du procédé d'extraction de liquide selon l'invention. Sur cette figure, on a repris à une échelle réduite la structure illustrée en figure 2 et décrite en détail plus haut.
En a), il s'agit d'une étape préliminaire d'alimentation des chambres de filtration 20 afin de constituer un gâteau de matière cellulaire dont on veut extraire le liquide. Dans ce cas, le produit liquide concerné est admis sous pression par la canalisation 25 pour pénétrer par les passages 26 dans chacune des chambres de filtration 20. La pression d'alimentation force le liquide à s'écouler au travers des parois filtrantes 18, le filtrat passant alors par les passages 27,28 ou 27', 28' pour déboucher dans la canalisation 29. Les particules solides, trop grosses pour passer au travers des mailles des parois filtrantes 18, sont retenues dans chaque chambre de filtration 20 et forment un gâteau. La masse du gâteau de matériau cellulaire est alors parfaitement confinée entre les deux électrodes 22 qui sont de préférence réalisées sous forme de grille métallique. En b) , de l'air comprimé (ou en variante de l'eau sous pression) est admis par les passages 23,24, et agit sur la face arrière des membranes souples 21 pour comprimer le gâteau noté 50 qui est confiné entre les deux électrodes se faisant face 22. Concurremment au pressage mécanique réalisé par les membranes souples 21, la source 40 de champ électrique puisé d'énergie modérée envoie aux deux électrodes 22 des salves d'impulsions brèves et répétées de haute tension, les électrodes de chaque chambre étant à des potentiels de signes opposés. On génère ainsi dans la matière cellulaire du gâteau 50 un champ électrique puisé d'énergie modérée qui a pour effet de réaliser l'action recherchée, c'est-à-dire une perforation de la membrane et/ou un élargissement des pores pour toutes les cellules du matériau cellulaire. Cette action est immédiatement mise à profit par l'action combinée du pressage mécanique. Ceci n'était jamais le cas dans les techniques antérieures basées sur un pré-traitement par champ électrique, suivi parfois longtemps après d'un pressage mécanique : l'explication de ce phénomène pourrait résider dans le rétrécissement rapide de certains pores membranaires une fois que l'application du champ électrique puisé a cessé.
Le liquide extrait passe par les passages 27,28 ou 27 ',28' et peut être récupéré par la canalisation commune 29. Comme on le verra par la suite, le pourcentage de récupération de liquide obtenu par la mise en oeuvre de ce procédé à action combinée de pressage mécanique et de traitement par champ électrique puisé d'énergie modérée est très supérieur au pourcentage obtenu par la seule action d'un pressage mécanique. A l'issue du processus d'extraction de liquide, on peut procéder à un lavage du gâteau dans chacune des chambres de filtration 20. Cette étape est illustrée en c) . Du liquide de lavage est par exemple admis par la canalisation 29, et remonte par les passages 28', 27' (sans passer par les passages 28,27), dans les chambres de filtration 20, le liquide de lavage s 'échappant enfin par le réseau de passages 32,31,30 précité. En variante, le sens du liquide de lavage pourra être inversé, en arrivant par le passage 30, et en sortant par la canalisation 29. On peut alors procéder à l'ouverture du filtre presse, et réaliser un débâtissage du gâteau restant par des opérations manuelles ou mécanisées . De telles opérations sont classiques dans le cadre de l'utilisation traditionnelle des filtres presses de déshydratation. Sur la figure 4, on a illustré une variante du processus d'extraction qui vient d'être décrit.
L'étape a) est analogue à la précédente, et cette étape correspond à l'alimentation du filtre et la formation du gâteau. Ensuite, on a noté bl) une étape de pré-pressage et pré-comptactage du gâteau, sans application de champ électrique puisé. Autrement dit, on procède alors à un premier pressage mécanique par action d'air comprimé sur la face arrière des membranes souples 21, ce qui permet de recueillir par la canalisation 29 un liquide noté Ll . Cette étape bl) correspond en réalité à une étape de pressage mécanique classique, et l'on sait bien que le rendement en fonction du temps arrive assez rapidement à un pourcentage pratiquement constant, c'est-à-dire que le taux de liquide obtenu ne croît pratiquement plus dans le temps.
C'est alors que l'on met en oeuvre le traitement par champ électrique puisé d'énergie modérée comme illustré en b2) . Bien entendu, ce traitement par champ électrique puisé est mis en oeuvre concurremment à l'action du pressage mécanique qui est maintenu, avec la même pression d'application. Une telle action combinée permet de recueillir un liquide noté L2 par la canalisation de sortie 29.
Comme cela a été dit plus haut, on pourra prévoir que le liquide Ll obtenu par le seul pressage mécanique, et le liquide L2 obtenu par un pressage mécanique combiné au traitement par champ électrique puisé, sont recueillis séparément. Une telle récupération sélective pourra s'avérer très intéressante dans le domaine agricole ou alimentaire, notamment dans le cadre de l'extraction du jus de pulpes de betterave. En effet, les essais ont montré que le deuxième liquide ainsi obtenu (L2) présente une composition très différente du premier liquide obtenu par seul pressage mécanique (Ll) . On a en particulier constaté, dans le cas de l'extraction du jus de betterave, que le liquide L2 présentait un pourcentage de saccharose sensiblement plus élevé, et que ce liquide L2 était également plus clair, donc moins chargé d'impuretés, et plus pur que le liquide Ll . Après l'étape b2) , on pourra selon le cas procéder à une étape de lavage de chaque gâteau, telle que l'étape c) illustrée en figure 3 et précédemment décrite. Une telle étape de lavage est certes avantageuse, mais ne constitue aucunement une obligation dans le cadre de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
Dans tout les cas, l'application immédiate, ou plus ou moins différée, de champ électrique puisé d'énergie modérée sera organisée par salves d'impulsions brèves et répétées de haute tension. Ce principe est fondamentalement différent de l'application classique d'un champ électrique continu faisant l'objet des techniques antérieures précitées. Grâce à l'application pendant une durée très courte d'une tension très élevée, on parvient pratiquement à éviter tout phénomène d' électrolyse, ce que l'on a pu vérifier expérimentalement. On peut donc affirmer que le liquide ainsi extrait du matériau cellulaire n'est pratiquement pas dégradé, ce qui constitue un avantage venant encore s'ajouter à l'augmentation du rendement en fonction du temps . On pourra en variante prévoir que l'étape b) de la figure 3, ou l'étape b2) de la figure 4, soit réitérée au moins une fois . On met alors en oeuvre un traitement par champ électrique puisé qui est réitéré à l'obtention d'un taux de liquide ne croissant pratiquement plus dans le temps. Les salves successives d'impulsions brèves et répétées de haute tension permettent alors encore d'augmenter le rendement du liquide extrait. On pourra également prévoir alors que les liquides obtenus à chaque traitement par champ électrique puisé soient recueillis séparément. On reviendra plus loin sur ce phénomène en référence au diagramme de la figure 8.
En outre, on pourra prévoir aussi la mise en contact de la couche pressée avec un solvant, suivie par une extraction par solvant soluté de la couche pressée, et l'extraction par pressage de la solution. Cette opération pourra naturellement être répétée une ou plusieurs fois.
On va maintenant décrire, en référence à la figure 5A, un autre dispositif de mise en oeuvre du procédé d'extraction selon l'invention, le dispositif étant alors du type presse à vis.
On distingue ainsi un dispositif du type presse à vis 110 comportant un carter 111 avec une trémie d'alimentation 112. Une vis d'alimentation 113 est montée tournante dans la chambre d'alimentation dans laquelle débouche la trémie 112, chambre dont le fond 116 est filtrant pour récupérer le filtrat concerné qui est comprimé par la vis d'alimentation 113 contre une paroi bivalve 115. De l'autre côté de la paroi 115, il est prévu une vis de compression 121 qui est couplée à un arbre coulissant à l'intérieur de l'arbre de la vis d'alimentation 113, et sollicitée par un système hydraulique d'impulsion 114.
On retrouve alors une chambre de filtration 120 à fond filtrant 118, qui est maintenant délimitée par deux parois formant électrodes 122. Le gâteau ainsi confiné entre les deux électrodes 122 est noté 150, et le volume de la chambre de filtration 120, qui correspond au cylindre délimité par les disques formant électrodes 122, en appui respectivement contre 1 ' extrémité de la vis de compression 121 et une porte de sortie 117, est variable par l'actionnent du système hydraulique 114.
En a), il s'agit de l'étape préliminaire de formation du gâteau 150, qui est a rapprocher de l'étape a) précédemment décrite pour un dispositif du type filtre presse.
Conformément à une caractéristique essentielle de l'invention, les deux électrodes 122 de la chambre 120 sont reliées à une source de champ électrique puisé 140 capable d'envoyer des impulsions brèves et répétées de haute tension. Ainsi en bl) , on soumet le gâteau 150 à l'action du seul pressage mécanique. Ceci permet de recueillir un premier liquide Ll traversant le fond filtrant 118 de la chambre 120. En b2) , on soumet le gâteau à l'action combinée du pressage mécanique, et d'un traitement par champ électrique puisé d'énergie modérée, en appliquant une salve d'impulsions brèves et répétées de haute tension, grâce à la source de champ électrique puisé 140. Ceci permet de récupérer un nouveau liquide L2. Comme précédemment, les récupérations des liquides successifs qui ont été extraits peut être organisée de façon sélective.
On aura compris que le dispositif 110 du type presse à vis permet de mettre en oeuvre le procédé d'extraction de liquide selon l'invention dans ses différents modes d'exécution, c'est-à-dire un traitement par champ électrique puisé initié peu après le début du pressage mécanique, ou un traitement par champ électrique puisé initié après une durée prédéterminée de pressage mécanique correspondant à l'obtention d'un taux de liquide ne croissant plus dans le temps, ou encore un traitement par champ électrique puisé réitéré dès l'obtention d'un taux de liquide ne croissant pratiquement plus dans le temps après la première étape de traitement par champ électrique puisé.
Sur la figure 5B, on a illustré une variante de mise en oeuvre, au moyen d'une presse à vis d'un type légèrement différent de celui de la figure 5A.
Le dispositif du type presse à vis, noté 110', comporte un carter 111' formant enveloppe pour une vis ici unique 121'. Cette vis 121' est montée sur un arbre de vis 114' de forme tronconique (axe noté X), c'est-à-dire de diamètre croissant progressivement de l'amont (trémie d'alimentation 112') vers l'aval (conduite de sortie du gâteau pressé 117'). La matière convoyée est ainsi progressivement pressée, et le liquide obtenu est recueilli après traversée du fond filtrant 118' de l'enveloppe 111', dans un collecteur inférieur 128' . La vis 121' est entraînée en rotation par un groupe moto-réducteur 116' monté sur le châssis 115' du dispositif.
Deux électrodes sont formées pour l'application d'un champ électrique puisé par la source de champ électrique puisé 140.
Contrairement aux presses à vis connues utilisées dans des techniques d' électro-osmose, où les électrodes sont constituées par toute la longueur de 1 ' arbre de la vis et de l'enveloppe, les électrodes sont ici formées par un tronçon 122 '.l de l'enveloppe 111' et par à tout le moins un tronçon 122'.2 d'arbre 114' de la vis en regard dudit tronçon d'enveloppe, lesdites électrodes étant reliées à la source 140 qui est capable d'envoyer des impulsions brèves et répétées de haute tension. Ceci permet d'avoir un dimensionnement raisonnable des moyens d'alimentation électrique . En l'espèce, seul le tronçon d'arbre de vis 122'.2 est relié (par des moyens internes non visibles ici) à la source 140. Les tronçons 122'.1 et 122 '.2 sont alors de préférence séparés du restant de 1 ' enveloppe 111 ' ou de l'arbre 114' de vis par des brides isolantes électriquement respectivement 123 '.1 et 123 '.2. La partie concernée de la chambre annulaire 120' correspond donc à la chambre d'application combinée du pressage mécanique et du champ électrique puisé.
On va maintenant décrire un troisième dispositif de mise en oeuvre du procédé d'extraction selon l'invention, qui est du type presse à bande, en référence à la figure 6.
On distingue ainsi un dispositif du type presse à bande 210 comportant deux bandes 218,219 en défilement continu, la bande 218 étant constitué par un support filtrant. La bande 218 est tendue entre des rouleaux d'extrémité 211 et passe sur un rouleau intermédiaire 216, l'un des rouleaux 211 étant motorisé. La bande 219 est quant à elle maintenue entre des rouleaux d'extrémité 213, dont l'un est également motorisé en synchronisme avec le mouvement du rouleau 211 motorisé précité, et passe sur un rouleau intermédiaire 217. Des parties superposées des deux bandes 218,219 passent sur des rouleaux d'appui respectivement 212 et 214, dont l'espacement diminue dans le sens du défilement des deux bandes. Ces parties superposées délimitent une chambre 220 qui est donc à fond filtrant 218, et ce tout au long du défilement continu des deux bandes 218,219. Le volume de la chambre 220 peut varier par 1 ' action de 1 ' espacement entre les rouleaux d'appui 212,214 associés auxdites parties superposées. II est en outre prévu que chaque partie superposée soit bordée par une bande continue formant électrode 222 passant sur des rouleaux associés 215.
Conformément à une caractéristique essentielle de l'invention, les deux électrodes 222 de la chambre 220 sont reliées à une source de champ électrique puisé 240 capable d'envoyer des impulsions brèves et répétées de haute tension. Il est à noter que les parties des bandes 218, 219 qui sont concernées par les deux électrodes 222 ont une longueur très faible par rapport à la partie restante desdites bandes : ceci est là encore intéressant pour une application du champ électrique puisé qui est limitée à ces seules zones, autorisant des moyens d'alimentation électrique de petites dimensions.
Le processus d'extraction est alors réalisé en continu grâce au défilement des deux bandes à portions superposées 218,219. Les parties de matériau cellulaire dont on veut extraire le liquide sont admises au niveau de l'entrée E du dispositif 210, et un filtrat s'écoule au travers de la bande inférieure 218. Les rouleaux amont 212, 214 peuvent réaliser un pressage mécanique par diminution de l'épaisseur de la chambre de filtration 220. Une fois que le gâteau noté 250 arrive à l'aplomb des électrodes 222, le matériau est soumis à l'action combinée du pressage mécanique et d'un traitement par champ électrique puisé d'énergie modérée appliqué par salves d'impulsions brèves et répétées de haute tension, grâce à la source correspondante 240. Ceci permet alors de récupérer un liquide supplémentaire en aval des électrodes en défilement 222. A l'issue de ce processus d'extraction, on récupère au niveau de la sortie S des blocs de gâteau dont on a extrait la plus grande partie du liquide intracellulaire et extracellulaire .
L'efficacité du procédé d'extraction de liquide selon l'invention, qui peut être mis en oeuvre par l'un ou l'autre des dispositifs précédemment décrits du type filtre presse, presse à vis ou presse à bande, ou encore par tout autre dispositif équivalent, est mise en évidence par les diagrammes des figures 7 et 8 que l'on va maintenant décrire.
Sur la figure 7, on a représenté des courbes de rendement R (en pourcents) en fonction du temps t (en minutes) . La courbe (I) illustre le rendement de 1 ' extraction en fonction du temps pour un processus traditionnel limité à la seule action d'un pressage mécanique déclenché à un instant tx. On constate que le rendement R croît rapidement à partir d'un point Ax, puis croît asymtotiquement vers une valeur limitée, qui est de l'ordre de 22,5 % dans le cas d'un pressage de cossettes de betteraves à l'aide d'un filtre presse.
La courbe (II) correspond à une action combinée d'un pressage mécanique et d'un traitement par champ électrique puisé d'énergie modérée, ledit champ électrique étant initié juste après le début du pressage mécanique à l'instant tx. On atteint alors dans les mêmes conditions un rendement proche de 50 %, ce qui correspond au double du rendement obtenu par le seul pressage mécanique.
On constate également que ce rendement ne croît pratiquement plus dans le temps à partir d'un instant t2. II apparaît ainsi intéressant d'utiliser un traitement par champ électrique puisé initié après une durée de pressage mécanique correspondant à l'obtention d'un taux de liquide ne croissant pratiquement plus dans le temps. Ceci fait l'objet de la courbe (III) dont la première partie RI correspond au seul pressage mécanique entre les instants tx et t2 du point Ax jusqu'au point A2, suivi de l'application d'un champ électrique puisé d'énergie modérée à l'instant t2, ce qui a pour effet de produire une croissance très sensible du rendement pour atteindre une valeur finale de l'ordre de 78,5 , conformément au tronçon de courbe R2.
Le diagramme de la figure 8 illustre l'utilisation réitérée de salves d'impulsions brèves et répétées de haute tension.
A l'instant tlf on soumet le matériau cellulaire à l'action seule d'un pressage mécanique, et on obtient un tronçon de courbe RI allant du point λ au point A2. A un instant t2, on soumet le matériau à une première salve d'impulsions brèves et répétées de haute tension, ce qui a pour effet de produire une nouvelle croissance à partir du point A2, conformément au tronçon de courbe R2. Ensuite, à un instant t3 choisi au moment où le taux de liquide ne croit pratiquement plus dans le temps, on procède à une nouvelle salve d'impulsions brèves et répétées de haute tension, ce qui correspond à partir du point A3 au tronçon R3, avec une obtention d'un rendement encore plus élevé de liquide dans le temps.
Pour ce qui est des conditions opératoires, on va indiquer des précisions à titre indicatif, étant entendu que ces conditions pourront varier d'un matériau à l'autre. Le pressage mécanique, lorsqu'il est combiné au traitement par champ électrique puisé, sera de préférence exercé une pression modérée. Les essais menés par les demandeurs ont en effet mis en évidence qu'il était inutile de prévoir une pression très élevée, et que l'on obtenait un résultat très satisfaisant avec une pression modérée. Dans la pratique, cette pression sera essentiellement comprise entre 1.105 Pa et 30.10.5 Pa.
De préférence, le champ électrique puisé sera appliqué pendant une durée comprise entre 0,1 et 10 secondes, par impulsions d'intensité au plus égale à 15KV/cm et dont la durée unitaire est inférieure à 500 μs.
Des essais menés par les demandeurs ont permis de mettre en évidence que les paramètres essentiels étaient l'intensité des impulsions, ainsi que la durée et le nombre des impulsions de haute tension.
Avec un filtre presse à échelle de laboratoire, on a constaté que, pour un champ électrique de 2 KV/cm et avec une durée unitaire des impulsions croissant légèrement (de 10 à 500 μs) , le rendement passait respectivement de 60 à 78 %, mais qu'au-delà de 500 μs le rendement est pratiquement constant.
Pour ce qui est du nombre d'impulsions successives, on a constaté que l'on obtenait des résultats intéressants à partir d'une centaine d'impulsions, et que le rendement passait d'environ 62 à 72 % jusqu'à 1000 impulsions. Au- delà de 1000 impulsions, le rendement est pratiquement constant, de sorte qu'il est inutile de poursuivre les salves d'impulsions brèves et répétées.
Pour ce qui est de l'intensité des impulsions de haute tension, les essais ont montré qu'une valeur comprise entre 1,2 et 2 KV/cm donnait de bons résultats, mais que l'on pouvait aller jusqu'à une valeur de 15 KV/cm. D'une façon générale, le champ électrique puisé sera compris entre 100 volts par centimètre et 15 KV par centimètre, ce qui correspond à un champ électrique puisé "d'énergie modérée" .
Le procédé d'extraction de liquide selon l'invention pourra être appliqué à des matériaux cellulaires extrêmement variés, et l'on peut citer à titre non limitatif les végétaux (betteraves, pommes, carottes, graines oléagineuses, etc.), et les micro-organismes.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante reprenant avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées plus haut .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'extraction de liquide d'un matériau cellulaire, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre le matériau cellulaire (50) à l'action combinée d'un pressage mécanique et d'un traitement par champ électrique puisé d'énergie modérée appliqué par salves d'impulsions brèves et répétées de haute tension.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement par champ électrique puisé est initié postérieurement au début du pressage mécanique.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le traitement par champ électrique puisé est initié après une durée prédéterminée de pressage mécanique correspondant à l'obtention d'un taux de liquide ne croissant pratiquement plus dans le temps.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les liquides obtenus par le seul pressage mécanique, puis par le pressage mécanique combiné au traitement par champ électrique puisé, sont recueillis séparément.
5. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3 , caractérisé en ce que le traitement par champ électrique puisé est réitéré à l'obtention d'un taux de liquide ne croissant pratiquement plus dans le temps.
6. rocédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les liquides obtenus à chaque traitement par champ électrique puisé sont recueillis séparément.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le pressage mécanique, lorsqu'il est combiné au traitement par champ électrique puisé, est exercé avec une pression modérée, essentiellement comprise entre 1.105 Pa et 30.105 Pa.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le champ électrique puisé est appliqué pendant une durée comprise entre 0,1 et 10 secondes, par impulsions d'intensité au plus égale à 15 KV/cm et dont la durée unitaire est inférieure à 500 μs.
9. Dispositif de mise en oeuvre du procédé d'extraction selon l'une des revendications 1 à 8, du type filtre presse (10) , comportant des plateaux juxtaposés (11) définissant entre eux au moins une chambre (20) à parois latérales filtrantes (18) bordées chacune intérieurement par une grille formant électrode (22) , le volume de ladite chambre pouvant varier par l'action d'une membrane de pressage (21) agencée en arrière d'une paroi, caractérisé en ce que les deux électrodes (22) de la ou de chaque chambre (20) sont reliées à une source de champ électrique puisé (40) capable d'envoyer des impulsions brèves et répétées de haute tension.
10. Dispositif de mise en oeuvre du procédé d'extraction selon l'une des revendications 1 à 8, du type presse à vis (110), comportant une chambre (120) à fond filtrant (118) délimitée par deux parois formant électrodes
(122) , le volume de ladite chambre pouvant varier par l'action d'une vis poussée (121) agencée en arrière d'une paroi, caractérisé en ce que les deux électrodes (122) de la chambre (120) sont reliées à une source de champ électrique puisé (140) capable d'envoyer des impulsions brèves et répétées de haute tension.
11. Dispositif de mise en oeuvre du procédé d'extraction selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, du type presse à vis (110') fonctionnant en continu, comportant au moins une vis (121') tournant dans une enveloppe associée (111') à fond filtrant (118') et délimitant avec celle-ci une chambre annulaire (120') dont le volume décroît de l'amont vers l'aval, caractérisé en ce que deux électrodes (122'.1, 122'.2) sont formées par un tronçon (122'.1) de l'enveloppe (111') et par à tout le moins un tronçon (122'.2) d'arbre (114') de la vis en regard dudit tronçon d'enveloppe, lesdites électrodes étant reliées à une source de champ électrique puisé (140) capable d'envoyer des impulsions brèves et répétées de haute tension.
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le tronçon d'enveloppe (122 '.1) et le tronçon d'arbre de vis (122'.2) sont séparés du restant de 1 ' enveloppe ou de 1 ' arbre de vis par des brides isolantes (123' .1 ; 123' .2) .
13. Dispositif de mise en oeuvre du procédé d'extraction selon l'une des revendications 1 à 8, du type presse à bande (210) , comportant une chambre (220) à fond filtrant (218) délimitée par les parties superposées de deux bandes (218,219) en défilement continu, chacune desdites parties étant bordée par une bande continue formant électrode (222) , le volume de ladite chambre pouvant varier par l'action de l'espacement entre des rouleaux d'appui (212,214,215) associés auxdites parties superposées, caractérisé en ce que les deux électrodes
(222) de la chambre (220) sont reliées à une source de champ électrique puisé (240) capable d'envoyer des impulsions brèves et répétées de haute tension.
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