FR2522479A1 - Processing proteinaceous and sugar contg. plant matter - to recover feed cake and opt. juice for alcoholic fermentation - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé de traitement de matières végétales protéiques et glucidiques, dans une.même installation.Process for the treatment of vegetable protein and carbohydrate materials in a same installation.
La présente invention se rapporte à un procédé permettant d'obtenir, partir de matières premières végétales protéiques ou glucidiques, une séparation suffisamment efficace et poussée des constituants solubles et insolubles pour permettre un fonctionnement global d'installation en énergie totale, ou necessitant l'apport éventuel d'une faible quantité d'energie thermique en plus de l'énergie electrique, ou même permettant un fonctionnement en tout électrique.Les installations pouvant fonctionner dans de telles conditions peuvent - soit, réaliser seulement la conservation des constituants alimentaires
des plantes par elimination suffisante de l'eau - soit, réaliser la conservation de certains des constituants et
produire par ailleurs des alcools ou produits chimiques issus
de fermentations adaptes. The present invention relates to a process making it possible to obtain, from protein or carbohydrate vegetable raw materials, a sufficiently effective and thorough separation of the soluble and insoluble constituents to allow a global operation of installation in total energy, or requiring the contribution possible from a small amount of thermal energy in addition to electrical energy, or even allowing all-electric operation. Installations capable of operating under such conditions can - either achieve only the conservation of food constituents
plants by sufficient elimination of water - or, to achieve the conservation of some of the constituents and
also produce alcohols or chemical products
suitable fermentations.
On appellera ci-apree : - Plantes protéiques : les végétaux verts, apportant principalement
des protéines dans l'alimentation ; -par exemple, les légumineuses
telles que luzerne et trèfle, et les graminées telles que ray grass,
fétuque, etc.The following will be called: - Protein plants: green plants, mainly providing
protein in food; -for example, legumes
such as alfalfa and clover, and grasses such as ray grass,
fescue, etc.
- Plantes glucidiques : les racines et tubercules riches en glucides
par exemple, topinambours, betteraves sucrières ou demi-sucrières
ou fourragères, sorgho sucrier, etc.- Carbohydrate plants: carbohydrate rich roots and tubers
for example, Jerusalem artichokes, sugar beets or semi-sugar beets
or fodder, sugar sorghum, etc.
- Le rapport R : Celui obtenu en divisant la consommation d'énergie
primaire de'origine électrique par la consommation totale d'énergie
primaire, ces consommations se rapportant au passage d'une siccité
de 20 Z matière sèche à 88 Z matière sèche.- The R ratio: The one obtained by dividing the energy consumption
electric primary by total energy consumption
primary, these consumptions relate to the passage of a dryness
from 20% dry matter to 88% dry matter.
- La consommation globale d'énergie G en thermies/tonne : correspond
è l'énergie primaire totale nécessaire pour realiser le procéde
de transformation de la matière première brute en produit sec
avec granulation, ramenée è la tonne de matière sèche traitez
Dans le cas d'une distillerie, G inclut la consommation d'énergie
de la distillation sans concentration des vinasses. On considère
que l'6lectricité n'est pas produite è l'usine. - The overall energy consumption G in therms / tonne: corresponds
è the total primary energy necessary to carry out the process
processing raw raw material into dry product
with granulation, reduced to the ton of dry matter treated
In the case of a distillery, G includes the energy consumption
distillation without concentration of vinasses. We consider
that electricity is not produced at the factory.
phase insoluble ou tourteau : Elle est constituée par la partie des
plantes qui est insoluble dans l'eau de constitution de la plante
ou dans l'eau de dilution. Dans le cas où un traitement chimique
de la matière est requis, la phase insoluble est la phase résiduelle
des constituants insolubles avant traitement chimique. Lors de la
séparation des phases, soluble et insoluble, la phase insoluble
contiendra la partie de phase soluble existant dans l'eau du
tourteau. Plus la séparation des phases soluble et insoluble est
efficace, plus la siccité du tourteau est élevée.insoluble phase or oil cake: It consists of the part of
plants which is insoluble in the water of constitution of the plant
or in dilution water. In the event that a chemical treatment
of the material is required, the insoluble phase is the residual phase
insoluble constituents before chemical treatment. When
phase separation, soluble and insoluble, the insoluble phase
will contain the water-soluble phase part of the
brown crab. The more the separation of the soluble and insoluble phases is
effective, the higher the dryness of the meal.
phase soluble ou jus : La phase soluble est la phase complémentaire
à la phase insoluble, dans le processus de séparation des phases.soluble phase or juice: The soluble phase is the complementary phase
in the insoluble phase, in the phase separation process.
La phase soluble contient une très faible partie de matières
insolubles en suspension, soit au maximum I Z de matière sèche
par rapport à la matière sèche totale contenue dans la phase soluble.The soluble phase contains a very small part of the material
insoluble in suspension, ie at most IZ of dry matter
compared to the total dry matter contained in the soluble phase.
Plus la qualité de filtration est élevée, plus le pourcentage de
matières insolubles dans les jus est réduit.The higher the quality of filtration, the higher the percentage of
insoluble matter in juices is reduced.
On rappellera succinctement les procédés existant à l'heure actuelle - La déshydratation classique, en circuit ouvert avec condensation
partielle. de l'eau évaporée, consiste è sécher dans un courant
d'air chaud les produits hachés fins. La consommation énergétique
est très élevée, le rapport R est de l'ordre de 0,18 et l'énergie
globale G consommée est de 2.350 th/T. La déshydratation classique
ne permet pas un traitement séparé des constituants de la plante
traitée, le séchage étant effectué sur la plante, sans extraction
préalable de jus.We will briefly recall the existing processes - Classic dehydration, in open circuit with condensation
partial. evaporated water, consists of drying in a stream
hot chopped products. Energy consumption
is very high, the ratio R is of the order of 0.18 and the energy
overall G consumed is 2,350 th / T. Classic dehydration
does not allow separate treatment of plant constituents
treated, drying being carried out on the plant, without extraction
juice beforehand.
- Le procédé de déshydratation décrit dans les brevets français n02294647
et 2.302.048, conduit a une extraction partielle des matières
solubles, les tourteaux obtenus a partir des plantes protéiques
ayant une siccité de l'ordre de 25 à 30 Z de matière sèche. Ce
procédé permet d'obtenir des concentrés riches en protéines et
vitamines, mais nécessite encore une forte consommation d'énergie,
en particulier pour le séchage des tourteaux. Le rapport R est de
l'ordre de 0,185 et G est de l'ordre de 2.300 th/T.- The dehydration process described in French patents n02294647
and 2,302,048, leads to a partial extraction of the materials
soluble, oil cakes obtained from proteinaceous plants
having a dryness of about 25 to 30% of dry matter. This
process provides protein-rich concentrates and
vitamins, but still requires high energy consumption,
especially for drying oil cakes. The ratio R is
of the order of 0.185 and G is of the order of 2.300 th / T.
- En distillerie de betteraves sucrières modernes, l'extraction des jus s'effectue par diffusion, les pulpes obtenues ayant une siccité après surpressage de 25 Z environ au maximum. Les vinasses ne sont en général pas concentrées. R et G sont de l'ordre de
Sans déshydratation Avec déshydratation
des pulpes des pulpes
R 0,2 0,18
G 940 1350
Les deux techniques ci-avant désignées, qui utilisent la séparation des phases soluble et insoluble des plantes à traiter, n'ont pour seul objet que cette séparation des constituants solubles et insolubles, à l'exclusion de la déshydratation simultanée maximum des parties insolubles des plantes.- In a modern sugar beet distillery, the juice is extracted by diffusion, the pulps obtained having a dryness after overpressing of about 25% at most. Vinasses are generally not concentrated. R and G are of the order of
Without dehydration With dehydration
pulp pulp
R 0.2 0.18
G 940 1350
The two techniques designated above, which use the separation of the soluble and insoluble phases of the plants to be treated, have the sole purpose of this separation of the soluble and insoluble constituents, to the exclusion of the maximum simultaneous dehydration of the insoluble parts of the plants.
De plus, ce type d'installation consomme beaucoup d'énergie, et dans des proportions qui excluent la possibilité de fonctionner en énergie totale, y compris le séchage de la phase insoluble, ou avec utilisation largement prépondérante de l'électricité. In addition, this type of installation consumes a lot of energy, and in proportions which exclude the possibility of operating in total energy, including drying the insoluble phase, or with the predominant use of electricity.
Le procédé objet de la présente invention permet, avec l'utilisation combinée - d'un broyage très poussé de la matière première végétale, - d'un traitement physico-chimique des matières glucidiques, tel
que celui faisant l'objet de la demande de brevet n082 03765,
déposée le même jour, - d'une technique de séparation très efficace des phases solubles
et insolubles dans un filtre-presse polyvalent, tel que celui
faisant l'objet de la demande de brevet n"82 03766, déposée le
même jour, - de la technique connue de la recompression mécanique des vapeurs, d'obtenir les avantages spécifiques suivants - polyvalence de traitement dans la même installation, des plantes
protéiques et glucidiques, d'où un grand nombre possible d'heures
de fonctionnement de cette installation, pendant la même période,
ou à des périodes calendaires différentes - obtention d'une siccité des tourteaux supérieure à 45 %, voire
50 % selon les produits - consommation réduite d'énergie primaire dans des proportions
permettant un fonctionnement en énergie totale, à partir de
diesels ou gazogènes, avec séchage des tourteaux.The process which is the subject of the present invention allows, with the combined use of - very thorough grinding of the vegetable raw material, - of a physico-chemical treatment of the carbohydrate materials, such as
than that which is the subject of patent application n082 03765,
deposited the same day, - a very efficient separation technique for the soluble phases
and insoluble in a versatile filter press, such as that
subject to patent application no. 82 03766, filed on
same day, - from the known technique of mechanical vapor recompression, to obtain the following specific advantages - versatility of treatment in the same installation, plants
protein and carbohydrate, hence a large number of hours
of operation of this installation, during the same period,
or at different calendar periods - obtaining a dryness of the cakes greater than 45%, or even
50% depending on the product - reduced primary energy consumption in proportions
allowing total energy operation, from
diesel or gas generators, with drying of the oil cakes.
Le procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes, représentées schématiquement dans le diagramme de la figure 1, ci-après
Après alimentation A de la matière première végétale, et lavage B s'il s'agit de plantes glucidiques, on procède à une réduction en parties de section réduite en brins de 1 à 2 cm pour les plantes protéiques, C1, ou en lamelles ou cossettes de 1 à 3 mm d'épaisseur pour les topinambours ou betteraves lavés, C2.The method according to the invention comprises the following steps, represented schematically in the diagram of FIG. 1, below
After feeding A of the vegetable raw material, and washing B in the case of carbohydrate plants, a reduction in parts of reduced section is carried out in strands of 1 to 2 cm for protein plants, C1, or in strips or chips 1 to 3 mm thick for Jerusalem artichokes or washed beets, C2.
Après écrasement, ou pré-éclatement D par broyage, on effectue un éclatement E le plus complet possible des cellules constituant le produit, permettant de libérer l'eau de constitution et les composants solubles qu'elle contient. Cet éclatement peut être notamment effectué par -l'association d'aplatisseur et de broyeur à boulet de conception adaptée. After crushing, or pre-bursting D by grinding, a bursting E is carried out as completely as possible of the cells constituting the product, making it possible to release the water of constitution and the soluble components which it contains. This bursting can be carried out in particular by the combination of flattener and ball mill of suitable design.
Pendant cette phase du procédé et pour les plantes glucidiques on ajoute des fibres végétales dans des proportions et selon un mode decrits dans la demande de brevet n082 03765 et on opère, selon un procédé faisant l'objet de cette demande de brevet, un traitement physico-chimique F nécessaire pour favoriser la vitesse et le rendement de fermentation ultérieurs. During this phase of the process and for carbohydrate plants, vegetable fibers are added in the proportions and according to a method described in patent application n082 03765 and a physical treatment is carried out, according to a process which is the subject of this patent application. -chemical F necessary to favor the speed and the yield of subsequent fermentation.
Puis, les plantes protéiques éclatées et les plantes glucidiques éclatées et traitées selon F subissent l'opération de filtration-pressage G dans un appareil assurant la progressivité de la concentration des matières insolubles, puis extrayant la proportion maximale de jus pour obtenir un tourteau de siccité très élevée, de 45 à 60 % de matière sèche. Then, the exploded protein plants and the exploded carbohydrate plants treated according to F undergo the filtration-pressing operation G in a device ensuring the progressiveness of the concentration of insoluble matters, then extracting the maximum proportion of juice to obtain a dry meal. very high, 45 to 60% dry matter.
Les jus séparés lors de l'opération de filtration-pressage subissent divers traitements
pour les jus protéiques, une coagulation thermique K et une
separation coagulum-sérum dans une décanteuse continue L, selon
une technique connue ; éventuellement, pour les jus glucidiques, une décantation
continue L, afin d'obtenir un jus avant fermentation exempt de
matières coagulées en suspension.The juices separated during the filtration-pressing operation undergo various treatments
for protein juices, thermal coagulation K and
separation coagulum-serum in a continuous decanter L, according to
a known technique; possibly, for carbohydrate juices, decantation
continues L, in order to obtain a juice before fermentation free of
coagulated suspended matter.
Les jus glucidiques peuvent subir ensuite - une opération éventuelle de fermentation M et une opération
eventuelle de distillation 0, pour la production d'alcool, avec
l'utilisation d'une récompression mécanique des vapeurs.Carbohydrate juices can then undergo - a possible fermentation operation M and an operation
possible distillation 0, for the production of alcohol, with
the use of mechanical vapor reward.
Apres une osmose inverse N éventuelle, les jus protéiques subissent une opération de cencentration P des vinasses ou sérums, jusqu'à 50 Z de matière sèche, voire 75 Z selon les destinations des produits concentrés. After a possible reverse osmosis N, the protein juices undergo a centering operation P of the vinasses or sera, up to 50 Z of dry matter, or even 75 Z depending on the destinations of the concentrated products.
D'autre part, les tourteaux venant du pressage, après avoir été melangés G au coagulum protéique, puis 1 aux sérums concentres, sont soumis éventuellement à un séchage basse température J en circuit ouvert à air chaud, avec condensation partielle de la vapeur doleau, ou en circuit fermé par pompe à chaleur à condensation totale de l'eau évaporée. On the other hand, the oil cakes coming from pressing, after having been mixed G with a protein coagulum, then 1 with concentrated sera, are optionally subjected to a low temperature drying J in an open circuit with hot air, with partial condensation of the water vapor, or in a closed circuit by heat pump with total condensation of the evaporated water.
Ainsi, le procédé a pour objet de permettre un transfert maximum de l'eau à extraire, sous forme liquide dans les jus, afin de permettre, par recompression mécanique de vapeur, d'en assurer l'extraction au moindre cout énergétique (environ 20 kWh/t d'eau). The object of the process is therefore to allow maximum transfer of the water to be extracted, in liquid form into the juices, in order to allow, by mechanical recompression of steam, to ensure its extraction at the lowest energy cost (approximately 20 kWh / t of water).
Ceci suppose la séparation maximale des parties soluble et insoluble contenues dans les plantes à traiter, ce qui est réalisé notamment par le broyage des cellules elle-memes, et par le traitement physicochimique des plantes glucidiques, avant l'opération de filtrationpressage.This supposes the maximum separation of the soluble and insoluble parts contained in the plants to be treated, which is achieved in particular by the grinding of the cells themselves, and by the physicochemical treatment of the carbohydrate plants, before the filtration-pressing operation.
De plus, le procédé permet de supprimer l'installation de déshydratation classique haute température, ainsi que le broyage des produits secs, puisque ceux-ci sont broyés en phase humide et que la finition de séchage ne requiert qu'une petite installation de séchage basse température. In addition, the process eliminates the conventional high-temperature dehydration installation, as well as the grinding of dry products, since these are ground in the wet phase and the drying finish requires only a small low drying installation. temperature.
A l'opposez le procédé antérieur selon le brevet n2.294.647 avait pour objet principal d'obtenir des concentrés protéiques riches, ce qui est necessairement au détriment de l'efficacité de séparation des phases et qui ne conduit pas à une simplification des chaines d'équipement. In contrast, the previous process according to patent n.2.294.647 had the main object of obtaining rich protein concentrates, which is necessarily to the detriment of the efficiency of phase separation and which does not lead to a simplification of the chains d 'equipment.
Le procédé de traitement des plantes protéiques ou glucidiques, tel que schématisé dans la figure 1, permet un fonctionnement en énergie totale avec l'utilisation exclusive d'un moteur thermique de rendement
Energie mécanique produite
R = " 0,3 è 0,4
Energie thermique consommée et l'obtention de produits finis à 88 Z de matière sèche à partir de matières premières à 20 Z de matière sèche. La consommation énergétique -globale G pour ce procédé est comprise entre 500 et 1000.The process for treating protein or carbohydrate plants, as shown diagrammatically in FIG. 1, allows operation in total energy with the exclusive use of an efficiency thermal engine.
Mechanical energy produced
R = "0.3 to 0.4
Thermal energy consumed and obtaining finished products with 88 Z of dry matter from raw materials with 20 Z of dry matter. The overall energy consumption G for this process is between 500 and 1000.
A partir de matières premières proteiquest à 20 Z de matière sèche, le procédé de transformation, sans fermentation ni distillation, pour récupérer l'ensemble des matières sèches sous forme de tourteaux à 88 Z de matière sèche, permet d'utiliser énergie électrique avec une consommation de 130 à 200 kWh par tonne de produit sec, à laquelle s'ajoute la consommation calorique de la phase de coagulation thermique, et de la finition de séchage. From protein raw materials at 20 Z dry matter, the transformation process, without fermentation or distillation, to recover all the dry matter in the form of oil cake at 88 Z dry matter, allows the use of electrical energy with a consumption of 130 to 200 kWh per tonne of dry product, to which is added the caloric consumption of the thermal coagulation phase, and the drying finish.
A partir de matières premières glucidiques, à 18-22 Z de matière sèche et 14 à 17 Z de sucres fermentescibles, sans concentration des vinasses, le procédé selon l'invention permet, après fermentation et distillation des jus, de produire de l'éthanol à 92 Z et des tourteaux deshydratés à 87-90 Z de matière sèche, avec une consommation énergétique globale G de 450 à 700. From carbohydrate raw materials, with 18-22 Z of dry matter and 14 to 17 Z of fermentable sugars, without concentration of vinasses, the process according to the invention allows, after fermentation and distillation of the juices, to produce ethanol at 92 Z and dehydrated oil cake at 87-90 Z dry matter, with an overall energy consumption G of 450 to 700.
Avec une concentration des vinasses jusqu' à 75 Z de matière sèche, la consommation globale G est de 500 à 850.With a concentration of vinasses up to 75% of dry matter, the overall consumption G is 500 to 850.
EXEMPLE 1 : Traitement de la luzerne à 20 Z de matière sèche
La séparation mécanique G des phases soluble et insoluble conduit à la répartition suivante - jus 3520 kg dont 11 kg matière sèche soluble - tourteaux 880 kg dont 9 kg matière sèche (45 Z de M.S.)
matière première 4400 kg dont 20 kg matière sèche
La coagulation des protéines R conduit à la séparation suivante sur les jus - sérum 3080 kg dont 290,4 kg matière sèche - coagulum 440 kg dont 193,6 kg matière sèche
jus 3520 kg dont 484,- kg matière sèche
Après concentration P du serum et finition du séchage H et J des matières solides on obtient - tourteau à 88 Z de matière seche (provenant du tourteau G et du
sérum K)
. concentré sérum ) ( 2693 kg eau évaporée en recompres ) - 780 kg et( sion de vapeur (RMV)
. tourteau séché ) ( 487 kg eau evaporée en séchage
basse temperature (SBT) - coagulum à 88 Z M.S.= 220 kg 220 kg eau évaporée en séchage
basse température (SET)
1000 kg 2693 kg eau évaporée en RMV
+ 707 kg eau évaporée en SBT 79 Z de l'eau est éliminée par RMV.EXAMPLE 1 Treatment of alfalfa with 20% dry matter
The mechanical separation G of the soluble and insoluble phases leads to the following distribution - juice 3520 kg including 11 kg soluble dry matter - oil cake 880 kg including 9 kg dry matter (45% DM)
raw material 4400 kg including 20 kg dry matter
The coagulation of the R proteins leads to the following separation on the juices - serum 3080 kg including 290.4 kg dry matter - coagulum 440 kg including 193.6 kg dry matter
juice 3520 kg including 484, - kg dry matter
After concentration P of the serum and completion of the drying H and J of the solid materials, we obtain - oil cake at 88% dry matter (coming from oil cake G and from
serum K)
. serum concentrate) (2693 kg evaporated water in recompres) - 780 kg and (vapor Zion (RMV)
. dried oil cake) (487 kg evaporated water when drying
low temperature (SBT) - coagulum at 88 Z MS = 220 kg 220 kg water evaporated on drying
low temperature (SET)
1000 kg 2693 kg water evaporated in RMV
+ 707 kg of water evaporated in SBT 79 Z of the water is eliminated by RMV.
La consommation d'énergie thermique (th) et électrique (KW) est représentée schématiquement dans la figure 2 ; on en déduit R = 0,388
G = 150 x 2,2 + 520 = 850
1000 dans le cas où tous les produits sont séchés, avec l'utilisation d'énergie thermique classique pour la finition du séchage.The consumption of thermal (th) and electrical energy (KW) is shown diagrammatically in Figure 2; we deduce R = 0.388
G = 150 x 2.2 + 520 = 850
1000 in the case where all the products are dried, with the use of conventional thermal energy for finishing the drying.
L'exemple 1 montre que la plus grande partie de l'eau (79 99) est évacuée sous forme liquide, par RMV, ce qui permet d'obtenir des économies très importantes d'énergie, de l'ordre de 63 Z (par rapport à la déshydratation pour laquelle G = 2300). Example 1 shows that most of the water (79 99) is evacuated in liquid form, by RMV, which makes it possible to obtain very significant energy savings, of the order of 63 Z (by compared to dehydration for which G = 2300).
Pour le topinambour ou la betterave, à 20 Z de matiere sèche et 15 Z de sucres fermentescibles, et dans le cas de la distillation sans concentration des vinasses1 avec production d'éthanol à 92 Z d'alcool pur et de tourteaux à 88 Z de matiere sèche, on note les économies suivantes Distillation Economie par
Distillatlon selon procéde selon
classique l'invention l'invention
l'invention l'invention
R 0,18 0,6
G 1350 510 62 X
Dans le cas ci-dessus, avec concentration des vinasses à 75 Z de matière sèche, la consommation globale est de 600 environ.For Jerusalem artichoke or beet, 20 Z of dry matter and 15 Z of fermentable sugars, and in the case of distillation without concentration of vinasse 1 with production of ethanol at 92 Z of pure alcohol and oil cake at 88 Z of dry matter, we note the following savings Distillation Economy by
Distillatlon according to procedure according to
classic invention invention
the invention the invention
R 0.18 0.6
G 1350 510 62 X
In the above case, with vinasse concentration at 75% dry matter, the overall consumption is around 600.
Le dimensionnement des appareillages est prévu pour s'adapter aux différents produits à traiter, en particulier pour ce qui concerne la concentration des sérums ou vinasses. Pour certains cas d'application du procédé, selon les quantités relatives de produits à traiter, il est prévu de compenser les différences de besoins en débit en RMV, par une installation d'osmose inverse effectuant une préconcentration des liquides. The sizing of the equipment is designed to adapt to the different products to be treated, in particular with regard to the concentration of serums or vinasses. For certain cases of application of the process, according to the relative quantities of products to be treated, provision is made to compensate for the differences in flow requirements in RMV, by a reverse osmosis installation carrying out a preconcentration of the liquids.
L'opération éventuelle de séchage basse température est effectuée en utilisant notamment la chaleur récupérée sur l'eau de condensation et le traitement physicochimique. The possible low temperature drying operation is carried out using in particular the heat recovered from the condensation water and the physicochemical treatment.
Claims (9)
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