LU87826A1

LU87826A1 - IMPROVED FILTRATION ADDITIVES ESPECIALLY SUITABLE FOR BREWERY

Info

Publication number: LU87826A1
Application number: LU87826A
Authority: LU
Original assignee: Krontec Sa; Artois Eng Co
Priority date: 1990-10-22
Filing date: 1990-10-22
Publication date: 1992-05-25
Also published as: ES2103304T3; GR3023688T3; ATE151107T1; DE69125449D1; EP0483099A1; DE69125449T2; DK0483099T3; EP0483099B1

Abstract

A filter aid which, in contrast to conventional aids of complicated geometric structure and random size, consists of spherical beads of well-determined particle size. By virtue of the narrower distribution of the pore size, the spherical shape makes it possible to dispense with the use of a precoating. This aid is used in brewing, using the so-called precoating technique.

Description

ADJUVANTS DE FILTRATION AMÉLIORÉS CONVENANT EN PARTICULIERIMPROVED FILTRATION ADDITIVES SUITABLE IN PARTICULAR

POUR LA BRASSERIEFOR THE BREWERY

Objet de l'inventionSubject of the invention

La présente invention concerne des adjuvants de filtration présentant des propriétés améliorées et s'étend à l'utilisation de ces adjuvants pour la filtration de tout liquide, notamment de bière, de moûts, de vin ou autres boissons. Résumé de l'état de la technique et définitionThe present invention relates to filter aids having improved properties and extends to the use of these aids for the filtration of any liquid, in particular beer, musts, wine or other drinks. Summary of the state of the art and definition

Les adjuvants de filtration sont des substances divisées (généralement sous forme de granules ou de fibres) qui, employées dans les séparations solide-liquide par dépôt sur un tamis ou support, soit seules, soit en mélange avec les particules à retenir, assurent ou améliorent par une action principalement mécanique, l'efficacité de la séparation.Filter aids are divided substances (generally in the form of granules or fibers) which, used in solid-liquid separations by deposition on a sieve or support, either alone or in admixture with the particles to be retained, ensure or improve by a mainly mechanical action, the efficiency of the separation.

Cette efficacité peut se rapporter soit au niveau qualitatif du filtrat obtenu, par exemple de sa pureté ou de sa stérilité soit au niveau quantitatif par l'augmentation du débit de filtrat.This efficiency may relate either to the qualitative level of the filtrate obtained, for example its purity or sterility, or to the quantitative level by increasing the flow rate of the filtrate.

Les principaux adjuvants utilisés sont: - les diatomées issues de la calcination des diatomites, fossiles d'algues faisant partie de la famille du plancton et généralement appelées kieselguhr; - les perlites provenant d'une roche volcanique, la rhyolite. Cette roche concassée, broyée, est expansée plus de 20 fois dans un four de calcination; - l'amidon sous forme par exemple de fécule de pomme de terre; - les cendres volantes; - la cellulose; - des matières synthétiques telles des fibres de polymères.The main additives used are: - diatoms resulting from the calcination of diatomites, fossils of algae belonging to the plankton family and generally called kieselguhr; - the perlites coming from a volcanic rock, the rhyolite. This crushed, crushed rock is expanded more than 20 times in a calcination furnace; - starch in the form, for example, of potato starch; - fly ash; - cellulose; - synthetic materials such as polymer fibers.

Ces adjuvants forment, durant la filtration, un milieu poreux qui capte les impuretés à éliminer et facilite l'écoulement de la phase liquide.These additives form, during filtration, a porous medium which collects the impurities to be removed and facilitates the flow of the liquid phase.

Pour favoriser l'écoulement du filtrat, les adjuvants se doivent d'avoir une porosité élevée. De même, le milieu poreux ne doit pas se déformer sous l'effet de la pression. La distribution de la taille des pores doit être régulière pour capter les impuretés avec efficacité, ce qui implique que la distribution granulométrique des particules soit étroite. De plus, un adjuvant doit être chimiquement inerte. Idéalement, un adjuvant doit être facilement régéné-rable, pour des raisons d'économie d'achat mais de plus en plus également pour des raisons écologiques, les gâteaux d'adjuvants usés pouvant contenir souvent une masse fort polluante. C'est le cas en brasserie notamment.To promote the flow of the filtrate, the adjuvants must have a high porosity. Likewise, the porous medium must not deform under the effect of pressure. The distribution of the pore size must be regular in order to capture the impurities effectively, which implies that the particle size distribution of the particles is narrow. In addition, an adjuvant must be chemically inert. Ideally, an adjuvant should be easily regenerable for reasons of economy of purchase but more and more also for ecological reasons, the cakes of used adjuvants can often contain a highly polluting mass. This is the case in breweries in particular.

Il est connu que ces adjuvants peuvent s'utiliser soit en précouche, soit en alluvionnage.It is known that these adjuvants can be used either as a pre-coat or as an alluvium.

En précouche, l'adjuvant est déposé sur le média filtrant préalablement à la filtration de la suspension. En filtration discontinue sous pression, cette technique s'applique presque exclusivement à des suspensions d'une granulométrie inférieure à 100 microns et ce pour des particules peu colmatantes. Dans les systèmes continus comme le filtre rotatif sous vide, la surface en contact avec le préfiltre est renouvelée à chaque cycle, c'est-à-dire après des temps de filtration très courts, par un couteau racleur. Cette technique permet de séparer des particules fines et colmatantes en relativement grandes quantités sans provoquer des chutes de débit de filtrat trop importantes.As a precoat, the adjuvant is deposited on the filtering medium before filtration of the suspension. In discontinuous pressure filtration, this technique is applied almost exclusively to suspensions with a particle size of less than 100 microns and this for particles that are not very clogging. In continuous systems such as the rotary vacuum filter, the surface in contact with the prefilter is renewed at each cycle, that is to say after very short filtration times, by a scraper knife. This technique makes it possible to separate fine and clogging particles in relatively large quantities without causing excessive drops in the flow rate of the filtrate.

En alluvionnage, l'adjuvant est mélangé à la suspension, préalablement à la filtration, en général grâce à une pompe doseuse qui en proportionne la concentration à celle des impuretés. Cette suspension forme un gâteau mixte composé d'adjuvant et d'impuretés. Il est très fréquent de filtrer une suspension en alluvionnage sur une précouche et ce pour réaliser un filtrat initial bien clarifié, protéger le média filtrant de la migration de fines particules pouvant le colmater et favoriser le débâtissage et le nettoyage du matériel filtrant. L'invention vise des adjuvants convenables pour ces deux techniques de mise en oeuvre pour tous types de filtration, mais convenant particulièrement pour la technique dite d'alluvionnage.In alluvialization, the adjuvant is mixed with the suspension, prior to filtration, generally by means of a metering pump which proportionates the concentration to that of the impurities. This suspension forms a mixed cake composed of adjuvant and impurities. It is very common to filter an alluvial suspension on a prelayer to achieve an initial clarified filtrate, protect the filter media from the migration of fine particles that can clog it and promote the cleaning and cleaning of the filter material. The invention relates to adjuvants suitable for these two implementation techniques for all types of filtration, but particularly suitable for the so-called alluviation technique.

Un secteur d'application des adjuvants particulièrement intéressant est celui de la brasserie.A particularly interesting area for the application of adjuvants is that of the brewery.

Après sa maturation dans les tanks de garde, la bière doit être clarifiée avant d'être conditionnée. Les impuretés à retenir sont principalement les levures ainsi qu'un précipité de fine structure colloïdale. La filtration finale de la bière doit conduire à un produit brillant et à assurer une stabilité biologique et colloïdale suffisante du produit. Pour ce faire, deux techniques peuvent être envisagées, à savoir la filtration sur masse et la filtration en alluvionnage.After maturing in the guard tanks, the beer must be clarified before being packaged. The impurities to retain are mainly yeasts as well as a precipitate of fine colloidal structure. The final filtration of the beer must lead to a shiny product and to ensure sufficient biological and colloidal stability of the product. To do this, two techniques can be envisaged, namely mass filtration and alluvial filtration.

Dans le cas d'une filtration sur masse, la bière fin de garde percole sur un gâteau déjà formé appelé masse. Ce milieu poreux a pour but de retenir les levures et autres impuretés et d'assurer la qualité requise de la bière. Ces masses étaient initialement formées de coton avec un ajout d'asbeste (amiante), ensuite on utilisa d'autres formes de cellulose additionnées de diatomées et d'autres substances adsorbantes. Cette technique est encore couramment utilisée de nos jours par la Brasserie Coors (U.S.A.) et de nouveaux développements de cette méthode de clarification ont été étudiés par la firme SEN.In the case of mass filtration, fine beer percolates on an already formed cake called mass. The purpose of this porous medium is to retain yeasts and other impurities and to ensure the required quality of the beer. These masses were initially formed of cotton with the addition of asbestos (asbestos), then other forms of cellulose were used with the addition of diatoms and other adsorbent substances. This technique is still commonly used today by the Coors Brewery (U.S.A.) and new developments in this clarification method have been studied by the firm SEN.

La seconde méthode de loin la plus usitée, est l'alluvionnage. Préalablement à la clarification de la bière, une précouche, habituellement de diatomées de perméabilité élevée, est déposée sur le média filtrant du filtre. Cette opération a pour but de protéger le média filtrant d'un colmatage par les levures et de faciliter le débâtissage du filtre après filtration. Dans de nombreux cas, une seconde précouche de grade similaire à l'adjuvant utilisé en allu- vionnage est déposée pour faciliter l'obtention rapide d'un filtrat clair. Ensuite, l'opération de clarification peut débuter. Lorsque le cycle est terminé, on élimine le gâteau mixte (diatomées + levures) sous forme d'une suspension épaissie. Cette pratique de clarification de la bière, de nos jours totalement automatisée pour les filtres modernes, présente des inconvénients non négligeables, à savoir l'obligation de stocker et de manipuler des produits pulvérulents (les adjuvants en poudre) avec des risques d'atteinte aux voies respiratoires pour le personnel de manutention, l'impossibilité de régénérer en brasserie ces adjuvants vu la disparité des grades utilisés, d'où les coûts de dépollution à envisager. A ce jour cependant, une firme allemande (Tremonis) propose une régénération du kieselguhr sur un site propre, mais l'adjuvant ainsi régénéré rencontre de vives réticences de la part des brasseurs en raison de 1'imprécision de ses coupes granulométriques, de son prix et du coût du transport.The second most widely used method, is alluviation. Prior to clarification of the beer, a precoat, usually of high permeability diatoms, is deposited on the filter media. The purpose of this operation is to protect the filter media from clogging by yeasts and to facilitate the cleaning of the filter after filtration. In many cases, a second primer of similar grade to the adjuvant used in alloying is deposited to facilitate rapid obtaining of a clear filtrate. Then the clarification operation can start. When the cycle is finished, the mixed cake (diatoms + yeasts) is eliminated in the form of a thickened suspension. This practice of clarifying beer, nowadays fully automated for modern filters, has significant drawbacks, namely the obligation to store and handle powdery products (powdered adjuvants) with risks of damage to respiratory tracts for handling staff, the impossibility of regenerating these adjuvants in a brewery, given the disparity of the grades used, hence the depollution costs to be considered. To date however, a German firm (Tremonis) offers a regeneration of kieselguhr on a clean site, but the adjuvant thus regenerated meets with strong reluctance on the part of brewers due to the imprecision of its particle size cuts, its price and the cost of transportation.

Buts visés par la présente inventionAims of the present invention

La présente invention vise à fournir un adjuvant de filtration qui ne présente pas les inconvénients prémentionnés de l'état de la technique. Cet adjuvant doit en particulier convenir tout particulièrement pour une utilisation en brasserie en alluvionnage, pour la clarification de la bière. L'invention vise en particulier à obtenir dans cette application des débits de percolation élevés, des pertes de charge réduites et une régénération aisée de ces masses.The present invention aims to provide a filter aid which does not have the drawbacks mentioned in the prior art. This adjuvant must in particular be very suitable for use in brewing in alluviation, for clarifying beer. The invention aims in particular to obtain in this application high percolation flow rates, reduced pressure drops and easy regeneration of these masses.

Eléments caractéristiques de l'inventionCharacter-defining elements of the invention

En opposition aux diatomées et aux perlites dont la forme des particules sont fort disparates et dont la dimension est aléatoire, l'adjuvant proposé selon l'invention est formé de billes sphériques de granulométrie comprise entre 5 et 50 μιη.In contrast to diatoms and perlites, the shape of the particles of which are very disparate and the dimension of which is random, the adjuvant proposed according to the invention is formed of spherical balls with a particle size between 5 and 50 μιη.

En particulier pour la filtration de la bière le diamètre moyen préférentiel des billes sphériques est de l'ordre de 20 μιη.In particular for the filtration of beer the preferential average diameter of the spherical balls is of the order of 20 μιη.

La forme sphérique permet d'avoir une répartition de la taille des pores beaucoup plus serrée, ce qui permet notamment d'éviter la formation d'une précouche. L'intérêt principal de ce type d'adjuvant de filtration est le fait que grâce à sa forme sphérique, la porosité du gâteau d'adjuvant est beaucoup plus faible que celle des autres types d'adjuvant, qui est proche de 0,8 à 0,9. Cette propriété permet d'avoir une épaisseur de gâteau plus réduite à quantité d'adjuvant équivalente, ce qui entraîne la possibilité d'avoir des cycles plus longs pour des gâteaux formés de ce nouvel adjuvant. A titre d'illustration, des valeurs de porosité de 0,3 à 0,5 peuvent être obtenues selon l'invention.The spherical shape makes it possible to have a much tighter distribution of the pore size, which in particular makes it possible to avoid the formation of a prelayer. The main advantage of this type of filter aid is that, thanks to its spherical shape, the porosity of the aid cake is much lower than that of other types of aid, which is close to 0.8 to 0.9. This property makes it possible to have a reduced cake thickness for an equivalent amount of adjuvant, which gives rise to the possibility of having longer cycles for cakes formed from this new adjuvant. By way of illustration, porosity values of 0.3 to 0.5 can be obtained according to the invention.

La surface spécifique très faible caractérise ces formes sphériques, ce qui permet d'avoir une perméabilité élevée du lit filtrant malgré une porosité basse.The very low specific surface characterizes these spherical shapes, which makes it possible to have a high permeability of the filter bed despite a low porosity.

Le matériau de ces billes doit, de manière générale, être incompressible, peu sensible aux effets de la température et être de qualité alimentaire. Il doit pouvoir résister aux solutions acides et offrir une résistance suffisante aux alcalis. De même, il doit présenter des propriétés de résistance suffisantes à l'abrasion et aux agents de régénération. Une masse spécifique de ces sphères, préférablement proche de celle de la suspension, permet d'annihiler les effets de décantation concomitantes à la filtration. Des matériaux pouvant, par exemple satisfaire ces exigences est le verre et les matières plastiques. Les sphères peuvent être soit pleines, soit creuses, en particulier pour adapter la masse spécifique des sphères aux conditions souhaitées.The material of these beads must, in general, be incompressible, not very sensitive to the effects of temperature and be of food grade. It must be able to resist acid solutions and offer sufficient resistance to alkalis. Likewise, it must have sufficient properties of resistance to abrasion and to regenerating agents. A specific mass of these spheres, preferably close to that of the suspension, makes it possible to annihilate the effects of sedimentation concomitant with filtration. Materials which can, for example, satisfy these requirements are glass and plastics. The spheres can be either solid or hollow, in particular to adapt the specific mass of the spheres to the desired conditions.

Pour sa mise en oeuvre, ce nouvel adjuvant sera déposé sur un média filtrant inaltérable (par exemple un tissu métallique) dont la taille des pores sera plus faible que celle des particules sphériques, et ce pour éviter la migration de fines dans le média. Ce fait facilite le nettoyage de cet élément.For its implementation, this new adjuvant will be deposited on an unalterable filtering medium (for example a metallic fabric) whose pore size will be smaller than that of spherical particles, and this to avoid the migration of fines in the medium. This fact facilitates the cleaning of this element.

Etant donné la forme particulaire simple et régulière de l'adjuvant nouveau et en raison de l'absence de précouche, le gâteau formé présente une perméabilité uniforme en tout point de sa structure. Cette qualité autorise une régénération efficace in situ dans le filtre, par exemple par percolation de solution de soude caustique: on peut également opérer par repulpage en dehors du système de filtration. Cet avantage élimine le rejet de l'adjuvant à la décharge et permet l'utilisation d'un agent de stabilisation colloïdale de la bière régénérable, tel le PVPP, de manière concomitante à la clarification.Given the simple and regular particulate form of the new adjuvant and due to the absence of a precoat, the cake formed has uniform permeability at all points of its structure. This quality allows efficient regeneration in situ in the filter, for example by percolation of caustic soda solution: it can also be operated by repulping outside the filtration system. This advantage eliminates the rejection of the adjuvant on discharge and allows the use of a colloidal stabilizing agent for regenerable beer, such as PVPP, concomitantly with clarification.

Les sphères du type de celles préconisées sont connues et vendues sur le marché sous différentes marques et appellations. Le plus généralement, on les qualifie de microbeads ou microsphères. Elles ont été largement utilisées comme supports dans des réactions chimiques (supports de catalyseurs en lit fixe ou fluidisé), support de produits pharmaceutiques ou de substances d'essai biologique (dans des trousses de détection, notamment anticorps-antigènes) ou encore pour des matières réfléchissantes, à l'état incorporé dans une matrice.Spheres of the type recommended are known and sold on the market under different brands and names. Most generally, they are called microbeads or microspheres. They have been widely used as supports in chemical reactions (supports in fixed or fluidized bed catalysts), support for pharmaceutical products or biological test substances (in detection kits, in particular antibodies-antigens) or even for materials reflecting, in the state incorporated in a matrix.

On a constaté que, de manière surprenante, en allant à contre-courant de la tendance d'utiliser des adjuvants de filtration à structure imbriquée, notamment à caractère fibreux, on puisse obtenir un adjuvant de filtration à la fois efficace et facile à mettre en oeuvre.It has been found that, surprisingly, by going against the trend of using filter aids with a nested structure, in particular of a fibrous nature, it is possible to obtain a filter aid that is both effective and easy to implement. artwork.

La suppression de la nécessité de formation d'une précouche est particulièrement avantageuse à cause du gain de temps qu'elle procure.The elimination of the need to form a precoat is particularly advantageous because of the time savings it provides.

Claims

1. Filtration aid, in particular for the brewery, characterized in that it consists of spherical balls with a particle size between 5 μιη to 50 μιη.

2. Filter aid characterized in that it consists of spherical balls with an average diameter close to 20 μιη.

3. Adjuvant according to claim 1 or 2 characterized in that it is used in the form of an adjuvant cake whose porosity is between 0.3 and 0.5.

4. Adjuvant according to any one of the preceding claims, characterized in that it consists of incompressible beads resistant to abrasion and to regenerating agents, not very sensitive to the effects of temperature and to be of food quality.

5. Adjuvant according to any one of the preceding claims, characterized in that it consists of solid or hollow glass beads or of plastic materials.

6. Use of the adjuvant according to any one of the preceding claims, characterized in that it is implemented by the so-called alluvialisation technique.