WO2003024567A1 - Compositions minerales de filtration de liquides alimentaires, regeneration desdites compositions et recyclage en filtration a alluvionnage - Google Patents

Compositions minerales de filtration de liquides alimentaires, regeneration desdites compositions et recyclage en filtration a alluvionnage Download PDF

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WO2003024567A1
WO2003024567A1 PCT/FR2002/003204 FR0203204W WO03024567A1 WO 2003024567 A1 WO2003024567 A1 WO 2003024567A1 FR 0203204 W FR0203204 W FR 0203204W WO 03024567 A1 WO03024567 A1 WO 03024567A1
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WO
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filtration
pulverulent
composition
alumina
food
Prior art date
Application number
PCT/FR2002/003204
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English (en)
Inventor
René BONAZ
Jean Raguin
Michel Vuillemin
Original Assignee
Bonaz Rene
Jean Raguin
Michel Vuillemin
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Filing date
Publication date
Application filed by Bonaz Rene, Jean Raguin, Michel Vuillemin filed Critical Bonaz Rene
Publication of WO2003024567A1 publication Critical patent/WO2003024567A1/fr

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D37/00—Processes of filtration
    • B01D37/02—Precoating the filter medium; Addition of filter aids to the liquid being filtered
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12H—PASTEURISATION, STERILISATION, PRESERVATION, PURIFICATION, CLARIFICATION OR AGEING OF ALCOHOLIC BEVERAGES; METHODS FOR ALTERING THE ALCOHOL CONTENT OF FERMENTED SOLUTIONS OR ALCOHOLIC BEVERAGES
    • C12H1/00—Pasteurisation, sterilisation, preservation, purification, clarification, or ageing of alcoholic beverages
    • C12H1/02—Pasteurisation, sterilisation, preservation, purification, clarification, or ageing of alcoholic beverages combined with removal of precipitate or added materials, e.g. adsorption material
    • C12H1/04—Pasteurisation, sterilisation, preservation, purification, clarification, or ageing of alcoholic beverages combined with removal of precipitate or added materials, e.g. adsorption material with the aid of ion-exchange material or inert clarification material, e.g. adsorption material
    • C12H1/0408—Pasteurisation, sterilisation, preservation, purification, clarification, or ageing of alcoholic beverages combined with removal of precipitate or added materials, e.g. adsorption material with the aid of ion-exchange material or inert clarification material, e.g. adsorption material with the aid of inorganic added material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12H—PASTEURISATION, STERILISATION, PRESERVATION, PURIFICATION, CLARIFICATION OR AGEING OF ALCOHOLIC BEVERAGES; METHODS FOR ALTERING THE ALCOHOL CONTENT OF FERMENTED SOLUTIONS OR ALCOHOLIC BEVERAGES
    • C12H1/00—Pasteurisation, sterilisation, preservation, purification, clarification, or ageing of alcoholic beverages
    • C12H1/02—Pasteurisation, sterilisation, preservation, purification, clarification, or ageing of alcoholic beverages combined with removal of precipitate or added materials, e.g. adsorption material
    • C12H1/04—Pasteurisation, sterilisation, preservation, purification, clarification, or ageing of alcoholic beverages combined with removal of precipitate or added materials, e.g. adsorption material with the aid of ion-exchange material or inert clarification material, e.g. adsorption material
    • C12H1/0416—Pasteurisation, sterilisation, preservation, purification, clarification, or ageing of alcoholic beverages combined with removal of precipitate or added materials, e.g. adsorption material with the aid of ion-exchange material or inert clarification material, e.g. adsorption material with the aid of organic added material
    • C12H1/0424—Pasteurisation, sterilisation, preservation, purification, clarification, or ageing of alcoholic beverages combined with removal of precipitate or added materials, e.g. adsorption material with the aid of ion-exchange material or inert clarification material, e.g. adsorption material with the aid of organic added material with the aid of a polymer

Definitions

  • the invention relates to pulverulent compositions for filtration of edible liquids, their regeneration after an operating cycle in filtration and their recycling in filtration.
  • the invention relates more particularly to a method of using pulverulent filtration compositions by alluviation for the purification of edible liquids, the regeneration of the compositions and their recycling in filtration.
  • the invention relates to an industrial installation for the implementation of filtration compositions by alluviation of food liquids, their regeneration and their recycling in filtration.
  • liquids in the context of the invention, under the term "edible liquids", it is intended to define all liquids of natural or synthetic origin intended for human consumption, such as, for example, wines, beers, ciders , spirits, fruit juices, energy drinks, natural water, intermediate liquids from the food industry or pharmaceutical and chemical fields or animal, mineral, vegetable or other oils, into which can be introduced additives such as colorants, preservatives, fining agents, bleaching agents which, for some, must be removed after having played their role, or from which must be removed from natural deposits before their packaging for pre-marketing, as well as the waste water resulting from the processes for manufacturing said food liquids.
  • additives such as colorants, preservatives, fining agents, bleaching agents which, for some, must be removed after having played their role, or from which must be removed from natural deposits before their packaging for pre-marketing, as well as the waste water resulting from the processes for manufacturing said food liquids.
  • the various types of “food liquids” are many and numerous - and concern both liquids of natural origin as well as those of synthetic origin which are produced by means of very old know-how such as beers, wines, cider. or more recent such as fruit juices or synthetic drinks whose matrix is water.
  • the first known separation means which are among the oldest means are decantation and fining which consists in introducing into the food liquid to be treated, like wine for example, mineral compounds like for example bentonite, swelling clay of silico-aluminous type, or organic compounds such as for example known proteins from albumin (from blood, from egg), fish glues, amorphous silica gel, potassium ferrocyanide, calcium phytate, polyvynilpolypyrrolidone
  • the purified food liquid and the sediments containing the impurities can then be separated by extraction from the purified liquid phase and removed by racking.
  • the liquid impregnation phase can be extracted by vacuum filtration, by compression of an impurity cake or by centrifugation.
  • Another more recent known means of separation consists in centrifuging the liquid food to be purified, that is to say to rid it of suspended impurities by subjecting it to significant centrifugal accelerations, replacing the natural phenomenon of separation by decantation or bonding, this means being faster, thanks to the almost instantaneous deposition of particles of impurities in suspension on the walls of the centrifuge.
  • another separation means relates to the filtration proper, according to continuous or discontinuous methods, of food liquids which may have undergone a prior sizing treatment, this other means consisting in passing the food liquid to be treated through a filtering medium which can be a porous filtering mass having the property of fixing the particles in suspension in said liquid to be eliminated by their retention on and in the filtering mass and / or by absorption by the constituent material of the filtering mass used.
  • filtration on plates for example on press filters, by cartridges for example candle filters, by membranes whose filtering surfaces have pores of the order of 100 ⁇ m and also alluvial filtration.
  • This last method of filtration by alluvialization implements a filtering medium formed of filtering support plates offering pores of large diameter but whose diameter is reduced and regulated by the presence in the liquid to be filtered of fibrous or pulverulent filtering materials of origin natural, organic, such as for example cellulose or mineral fibers such as perlite (material of volcanic origin), kieselg ⁇ hr, fossilized material, silica sands of suitable granulo etrie or alumina obtained from bauxite.
  • fibrous or pulverulent filtering materials of origin natural, organic, such as for example cellulose or mineral fibers such as perlite (material of volcanic origin), kieselg ⁇ hr, fossilized material, silica sands of suitable granulo etrie or alumina obtained from bauxite.
  • the mentioned filtering materials are deposited on a support surface which is itself filtering, for example a metallic or textile filter cloth, a perforated filter plate, this support surface having pores of large diameters whose diameter is necessarily reduced by the presence of a filter material deposited on said support.
  • a pre-layer of the filtering material is formed on the support surface (sizing), this coarse particle size pre-layer retaining the particles in suspension in the liquid food from the start of filtration.
  • a certain amount of finer filter material of one or more grades is introduced into the liquid to be filtered (feeding) and comes to accumulate on the pre-layer.
  • step “d” dispersing, in a given quantity of wine, kieselg ⁇ hr, and activated carbon, in a predetermined proportion according to the initial conditions of the harvest, e) ensuring, from the full tank to the empty tank, a flow of wine through the filter, while regularly injecting, upstream thereof, a proportion of the dispersion constituted in step “d” above , depending on the initial color and turbidity conditions,
  • step “f” possibly modifying the proportion of kieselg ⁇ hr, or of activated carbon of the dispersion produced in step “d”, according to the result of the control carried out in step “f” above,
  • the protection mentioned of the environment thanks to this process cannot be complete because if the activated carbon is well removed from the treatment plant, the pulverulent treatment and filtration mixture comprising the activated carbon and the kieselg ⁇ hr is discharged into landfill after use, and the wine losses by impregnation of the pulverulent mixture landfilled can be significant.
  • DE 2,104,613 (or its correspondent FR 2,078,020) describes a process for brewing beer which consists in dispersing in the wort or beer to avoid losses during brewing a defoaming agent of the food silicone type to reduce the production of foam then extract the anti-foaming agent from the beer by means of an absorbent thus restoring to the beer its foaming power and the stability of its foam.
  • the absorbent used to extract the food grade silicone used as anti-foaming agent may be, for example, silica gel, an aluminosilicate, alumina, aluminum salts, in particular phosphate or sulfate of aluminum, kieselg ⁇ hr, activated carbon or others.
  • the absorbent used in the process is preferably very finely divided, for example having a specific surface of at least 100 m 2 / g to be effective in the extraction of food grade silicone.
  • the absorbent is generally introduced into the mass of beer before filtration and is then separated from this mass by said filtration.
  • the process proposed in the document relates to filtration by alluviation of beer, the filter material of which is an alumina powder, predominantly
  • this essentially alpha alumina powder used as a filter material in alluvial filtration, is intended to replace a well known filter material which is kieselg ⁇ hr, deposited on a support surface such as a filter cloth.
  • this material is a rock of sedimentary origin, constituted by the agglomeration of siliceous envelopes of diatoms, single-celled marine microorganisms and decomposes, once calcined and according to known varieties, in 85 to 87% of Si0 2 , 2 to 5% of A1 2 0 3 , 3 to 10% of Fe 2 0 3 and 0.2 to 4.4% of Na 2 0 and 0.2 to 1% of CaO.
  • the water absorption capacity according to the varieties of calcined kieselg ⁇ hr can reach from 200 to 380% for a specific surface of 0.8 to 40 m 2 / g.
  • the filtration of edible liquids such as wines, fruit juices and more particularly beer, mainly consists in filtering them according to the principle of alluviation, on layers of kieselg ⁇ hr put in place by continuous sedimentation on a pre-layer of the same material deposited on a suitable support. After the establishment of this pre-layer, a mixture of kieselg ⁇ hr, with a particle size ranging from coarse to fine, is added in metered amount to the beer to be filtered. By passing through the pre-layer, the beer to be filtered laden with kieselg ⁇ hr deposits new layers of the filter material by hydraulic drive and sedimentation while getting rid of the suspended particles which are retained on the layers in the formation of renewed filter material.
  • kieselg ⁇ hr Due to its essentially siliceous composition, kieselg ⁇ hr is chemically very resistant. Consequently, it is not attacked by the food liquid during filtration, which makes it particularly advantageous as a filtering material for such liquids with regard to which it manifests complete neutrality.
  • the consumption of kieselg ⁇ hr has been found to be of the order of about 150 g to 200 g per hectolitre of filtered beer. Because beyond the upper limit thus mentioned, it turns out that the filtration capacity of kieselg ⁇ hr decreases, this loss of capacity manifested by a significant increase in the liquid pressure upstream of the filter and a significant reduction in flow rate of the filtered liquid downstream of the filter.
  • the kieselg ⁇ hr charged with solid particles, yeasts and other particles accumulated during filtration must be eliminated and replaced by virgin kieselg ⁇ hr: the filtration installation is stopped, cleaned and the filtering medium is renewed by formation of '' a pre-layer on the filtering support surface and the addition of new layers progressively by sedimentation of kieselg ⁇ hr suspended in the liquid during filtration.
  • the kieselg ⁇ hr has a high capacity for retaining the filtered liquid, which is difficult to extract from the used filter material and which, therefore, remains trapped in the used filter material.
  • This trapped food liquid constitutes a financial loss but also an emitting source as a result of unpleasant odors, resulting from the bacterial decomposition of the trapped food liquid, after its deposit in landfill.
  • kieselg ⁇ hr is classified among the carcinogenic substances (classification I.A.R.C. group 1, or I.N.R.S. toxicological sheet n ° 232 "crystalline silica” published in 1997).
  • the filter material is chosen from chemically regenerable ceramic origin and formed, as previously said, of a powder of "usual alumina available in trade ”, composed essentially of alpha alumina, having a specific surface of between 0.5 and 6 m 2 / g.
  • the alumina proposed as a filter material has a much smaller specific surface. But it is specified in this patent:
  • alpha alumina has a high specific density which varies between 3 and 4, for an apparent density between 1.7 and 1.85
  • alpha alumina offers a very lower specific surface, between 0.5 and 6 m 2 / g
  • the usual alpha alumina has a particle size generally between 0.5 and 10 ⁇ m and exceptionally for certain non-usual types between 40 and 100 ⁇ m
  • filter aids To improve the filtration capacities by alluviation of filter compositions, based on particles of metal oxides such as alpha alumina, the introduction into filtration compositions of filter aids is also proposed.
  • US Pat. No. 5,300.23 a method of filtering liquids, in particular foodstuffs, is described, which comprises the use of pulverulent filtration compositions by alluviation, the purification of food liquids and the regeneration of said filter compositions.
  • These filter compositions are formed from a mixture comprising at least:
  • a first type of component chosen from the group consisting of metal particles, metal oxide particles, such as in particular alpha alumina, zirconium oxide, or alternatively carbon particles having fibrous structures or granular,
  • a second type of component forming a filtration aid, chosen from the group consisting of fibers of synthetic or natural origin, such as polyethylene, polypropylene, polyamide or other fibers, cellulose fibers, having a length of between 1 and 5000 ⁇ m and a thickness between 0.5 and 100 ⁇ m.
  • a first object of the invention is to create a pulverulent composition for filtering liquids of a food nature, mainly of mineral origin, with an apparent density close to 1 and preferably less than 1 but close to that of the liquids to be filtered;
  • Another object of the invention is to create a pulverulent composition for filtration of edible liquids whose used components are easily extracted from the installation, regenerated without undergoing damage by mechanical and / or chemical effects during regeneration, said composition being mainly regenerated biologically, offering an alternative to landfilling, without impacting the environment;
  • Another object of the invention is to create a pulverulent composition for filtration of edible liquids which has filtration performance clearly superior to that of current filtering materials;
  • Another object of the invention is to create a pulverulent composition for filtration of edible liquids which is adapted to current industrial installations, so that these installations operate without the need for a partial technical adaptation or an integral change;
  • Another object of the invention is to create a pulverulent composition for filtering liquids with a filter composition that has a very low retention capacity of the filtered liquid, that is to say a vacuum index as close as possible to 0, in order to limit the losses of filtered food liquid at each change of the filter material ;
  • Another object of the invention is to create a filtration composition for edible liquids which has suitable compatibility with regard to these liquids, as diverse as for example beer, wine, fruit juices, cider, spirits, syrups, vinegar, agrifood, pharmaceutical, chemical intermediaries, animal, mineral, vegetable oils, drinking water, waste water resulting from the processes for manufacturing said food liquids;
  • Another object of the invention is to create a filtration process by alluvialisation of edible liquids using the composition, the main object mentioned above of the invention.
  • the pulverulent composition for filtration of edible liquids is characterized in that it is formed of at least 75% by weight of alumina with a specific surface at least equal to 135 m 2 / g measured according to the BET method (standard NF Xll-621), and at most 25% by weight of at least one other filtering material.
  • the process for filtration of edible liquids is characterized in that the pulverulent filtration composition used for the formation of the filtration layer, is formed of at least 75% by weight of alumina at the surface specific at least equal to 135 m 2 / g, measured according to the BET method
  • the process for filtering food liquids by alluviation is characterized in that the pulverulent filtration composition used for the formation of a pre-filtration layer and its nourishment during filtration is formed from at least 75% by weight of alumina with a specific surface at least equal to 135 m 2 / g, measured according to the BET method (standard NF Xll-621) and at most 25% by weight of at least another filter material.
  • Filtration of food liquids is carried out on all filtration installations using a filtering material which may be in a powder form, usable in this form or packaged in filter containers, of geometry adapted to the filter to be used, such as filter cartridges for example.
  • a filtering material which may be in a powder form, usable in this form or packaged in filter containers, of geometry adapted to the filter to be used, such as filter cartridges for example.
  • the pulverulent filtration composition according to the invention can be used in its initial pulverulent form.
  • An alluvial filtration installation comprises rigid filtration means which are rigid support filtering frames, the faces of which may be provided with grooves and / or filtering means such as wire cloth, textiles or the like, generally with large mesh, unsuitable for filtration and / or fine clarification of liquids intended for food use.
  • these rigid filter support frames must receive, for the filtration and / or clarification of food liquids according to the method of the invention, a filtration pre-layer consisting of the filter composition dispersed within a fraction of the liquid food to be filtered.
  • the pre-layer which constitutes the basic filtering medium is nourished during filtration by the filtering composition forming the filtering material dispersed in the edible liquid to be filtered, to create successively successive filter layers retaining the impurities to be removed.
  • the feeding takes place continuously until the filtration chamber is completely filled, the volume of which is the limit.
  • the alluvialization filtration means therefore makes it possible to delay clogging of the filter and more particularly of the pre-layer, while lengthening the life of the filter layers consisting of the filter composition according to the invention.
  • the pulverulent filtration composition, object of the invention comprises at least 75% by weight and preferably at least 85% by weight of alumina having a specific surface of at least 135 m / g.
  • the pulverulent filtration composition according to the invention may also comprise 100% by weight of alumina having a specific surface of at least 135 m 2 / g.
  • the alumina used in the filtering composition results from known hydro-metallurgical processes, such as the attack methods by alkaline or acidic route of suitable minerals, leading to the production of hydrated alumina of type I 2 O 3 , 3 H2O, which, by adequate thermal decomposition, that is to say managed, leads to a family of hydrated aluminas of type Al2 ⁇ 3 , H 2 ⁇ in which 0 ⁇ x ⁇ l.
  • This family of hydrated aluminas of the Al 2 ⁇ 3 , xH 2 ⁇ type in which 0 ⁇ x ⁇ l, constitutes the set of transition aluminas, offering significant specific surfaces, ranging for example from 20 m / g for the “Delta” alumina at 350-400 m 2 / g for “gamma”, “rhô” or “vic” type aluminas, alpha alumina completely dehydrated and for which x 0, being obtained by thermal decomposition at around 1200 ° C and having a low specific surface, between 0.5 m 2 / g and 6 m 2 / g.
  • the alumina constituting at least 75% by weight of the filtering composition is desirable ent coming from the family of hydrated aluminas of type A1 2 0 3 , XH2O and is selected so that its BET specific surface is d '' at least 135 m 2 / g and preferably between 150 m 2 / g and 500 m 2 / g.
  • the alumina used constituting at least 75% by weight of the filtering composition can be a mixture of aluminas whose BET specific surfaces can be different from each other but each having a specific surface of at least 135 m 2 / g.
  • the particle size of the alumina used in the filtering composition according to the invention can be understood from its distribution curve between 300 ⁇ m and 1 ⁇ m. However, it may be important that the alumina fraction having a particle size of less than 10 ⁇ m is eliminated from the filtering composition in order to limit the risks of clogging of the filter having received said composition.
  • the filtering composition according to the invention may also comprise at least one other constituent which preferably meets the dietary requirements which may, at a rate of at most 25% by weight, be chosen from those of mineral or organic origin having a particle size or a form factor compatible with the characteristics of alumina with a specific surface at least equal to 135 m 2 / g, main constituent of the composition, without however the specific surface of these other constituents forming a selection criterion.
  • constituents of organic origin which can enter into the composition according to the invention can be of natural or synthetic origin with an appropriate form factor, such as for example cellulose powders, powders of thermoplastic or thermoset polymers and copolymers, or still cellulose fibers, polyolefins, polyamides, polyesters, polyurethanes, polyacrylics or others, each of them meeting the requirements of food.
  • an appropriate form factor such as for example cellulose powders, powders of thermoplastic or thermoset polymers and copolymers, or still cellulose fibers, polyolefins, polyamides, polyesters, polyurethanes, polyacrylics or others, each of them meeting the requirements of food.
  • the constituents of mineral origin which can enter into the composition according to the invention can also be of natural or synthetic essence, such as for example glass beads, amorphous transformed or synthetic silicas, volcanic ash such as pozzolan, non-swelling clays, perlite - in particular expanded perlite, alumina with a specific surface of less than 135 m 2 / g or even mineral fibers such as, for example, alumina fibers or other constituents.
  • natural or synthetic essence such as for example glass beads, amorphous transformed or synthetic silicas, volcanic ash such as pozzolan, non-swelling clays, perlite - in particular expanded perlite, alumina with a specific surface of less than 135 m 2 / g or even mineral fibers such as, for example, alumina fibers or other constituents.
  • pyrogenic silicas which are those whose particles, of spherical shapes, agglomerate into flakes, having a BET specific surface area of between 50 for example, may be mentioned and 750 m 2 / g.
  • fumed silicas result from specific treatments such as for example the hydrolysis of silicon tetrachloride at high temperature or by transformation of the silica with an electric arc. They are known under the brand names Aerosil, Cabosil, Wacker HDK, Lucilite, and marketed by companies such as DEGUSSA, CABOT CORPORATION, DOW CORNING, WACKER-CHEMIE, INEOS SILICAS (CROSFIELD).
  • alluvialization filters can receive the filtering composition according to the invention.
  • These different types of alluvialization filters are known and are, for example, filters with horizontal bell, with vertical bell, candle filters, press filters with hollow frame, filters with vertical and horizontal plates.
  • this term manifesting itself by an increase in pressure of the filter and by a reduction in the flow rate of the filtered food liquid, this composition is removed from the filter and replaced with a virgin filtration composition.
  • the used filtration composition is then subjected to an extraction of the alimentary liquid retained in the mass of the used composition, by an appropriate means such as for example extraction by simple gravity, extraction by strong compression, by a vacuum operation or by centrifugation. .
  • the used filtration composition freed at least in part from the food liquid retained in its mass, can then be subjected to a regeneration treatment, by means such as in particular a biological treatment possibly followed by washing with water.
  • the regenerated filtration composition is therefore available to be reintroduced into a filtration system for edible liquids.
  • the filtration composition according to the invention and the method using this filtration composition offer very numerous advantages by comparison with the state of the art previously mentioned, in the sense that the constituents of said composition are available in large quantities because from existing industrial production, in particular have the necessary feed characteristics, do not contain undesirable impurities and / or do not present a health risk for staff, can be regenerated and therefore operate in "closed cycle" and regulate environmental issues.
  • the same constituents of the composition for filtration of edible liquids are also in compliance with health safety rules and remain inert, that is to say without effect with regard to the treated edible liquids.
  • the filtering process by alluvialisation of a liquid food using a filter with horizontal plates comprises several phases. These phases relate in particular to the preparation of the pre-filtration layer by depositing the pulverulent filtration composition on the horizontal plates, the filtration of the alimentary liquid, and simultaneously, the nourishment of the filtration layers by the addition of appropriate quantities of the pulverulent filtration composition on the pre-layers initially produced, and finally the elimination of the used pulverulent filtration composition and the regeneration treatment of this used composition and its recycling in a filtration installation.
  • the filter (1) provided with filtration trays (20) is supplied with food liquid filtered by through the valve (P) which is open, while the valves (Q), (R), (S) and (I) are closed. Said liquid food circulates in the installation by means of the pipes (2), (5), (6), (7), (8), (9), (10) and the open valve (B) on this last pipe. . Inside the filter (1) the level of liquid food increases and simultaneously the air present is expelled from it.
  • the filter (1) is completely occupied by the filtered food liquid as well as the pipes (11), (12), (13), (14), (15) , (16), (17), (18) and (19) while the valves (C), (D), (E), (F), (G), (H), (I), (J ), (K), (L), (M), (N) are open.
  • the container (4) is also filled, but about half, with the liquid food. This container being intended to allow the dispersion in the filtered food liquid of the pulverulent filtration composition intended for the production of the pre-layer on the filtration plates (20) of the filter
  • the second phase which is the phase of formation of the filtering pre-layer on the filtering plates (20) by means of the pulverulent filtering composition according to the invention, for which the valves (P), (Q), (R), (S) and (I) are closed, a fraction of large particle size of said composition, chosen less than 200 ⁇ m, is introduced into the tank ( 4) where it is dispersed within the filtered food liquid which filled the installation during the first phase.
  • the liquid food initially filtered and which has just been charged with the pulverulent filtration composition, circulates in the filtration installation from the tank (4) to the plates (20) of the filter (1).
  • the charged liquid circulates in the network of pipes passing through the open valve (N), the pipes (19), (7), (8), (9), the valve (E), the pipe (12) by which it enters the filter (1), completely fills the filter, deposits by filtration the filter composition on the filter plates (20) forming the pre-layer.
  • the liquid food filtered through the plates (20) circulates in the filtration installation by the pipe (13) the open valves (E) and (F), the pipes (15), (14) and (5), the open valve (A), the pipe (6) to be mixed, via the pipe (7), with the flow of food liquid charged with the pulverulent filtration composition, coming from the tank (4).
  • a small fraction of the filtered food liquid taken from the pipe (13) feeds the tank (4) through the pipe
  • the liquid food to be filtered enters the installation by the valve (Q) is conveyed to the filter (1) by the pipes (7), (8) (9) and (12).
  • the food liquid to be filtered passes through the filtration prelayer deposited on the filter plates (20), this pre-layer retaining all the particles in suspension in the liquid subjected to filtration.
  • the filtered food liquid is evacuated from the filtration installation by the circuit comprising the pipe (13), the open valve (E), the pipes (15), (14), the valve (P) and the pipeline (2).
  • a mixture of filtered food liquid and of the pulverulent filtration composition are added by alluvialization or feeding to delay the clogging of the filter by creating successive filter layers on the pre-layer. impurities in the food liquid to be filtered.
  • the development limit of the successive filter layers on the pre-layer of the filtration plates is that given by the internal free volume of the filter (1) provided with its plates (20).
  • the used composition is extracted from the filter enclosure (1) in a pasty form by pipe (21) and the valve (R), the plates of said filter being able to be rid of the used composition by projection of compressed air, filtered food liquid or by centrifugation or by the combination of these various means, depending on the installation in square.
  • the used pulverulent filtration composition Once the used pulverulent filtration composition has been extracted, it is regenerated by means of private individual from biotechnology then recycled into filtration.
  • filtration is carried out by alluviation of a 12 ° table red wine from the Anjou region, the pulverulent filtration composition being kieselgieselhr sold by the group CECA ELF-ATOCHEM.
  • the filtration installation is of the TMCI-PADOVAN (Italy) type comprising a filtration chamber (1) of 925 liters provided with horizontal plates (20) made of stainless steel.
  • the maximum admissible pressure by the filtration chamber is 8 bars (filtration area of the order of 10 m 2 ).
  • This phase of the realization of the pre-layer is determining for the quality of filtration of the wine, the pre-layer having to be homogeneous and not stratified and the contributions of kieselg ⁇ hr of increasingly fine particle size having to be carefully proportioned to avoid that the deposit is heterogeneous (risk of clogging or disorganization of the deposit on the plate during filtration proper).
  • the quality of the deposit formed is checked by means of a turbidimeter with automatic display.
  • the 12 ° table wine to be filtered is introduced into the installation and circulates in the filtration chamber (1) under a pressure of 5 bars and a theoretical flow rate of 250 hl / hour.
  • the pulverulent filtration composition deposited on the filter trays is fed with contributions of kieselg ⁇ hr coming from the mixing chamber (4), to compensate for the losses or degradations of filtering materials. .
  • the pressure inside the filtration chamber is approximately 9 bars.
  • the filtration chamber (1) is emptied of its filtering content and cleaned with water.
  • the kieselg ⁇ hr used retained approximately 50 liters of wine which could not be recovered.
  • the average flow rate of filtered wine is 300 - 60 hl / hour.
  • the alluvial filtration of the same 12 ° table red wine from the Anjou region is carried out, the pulverulent filtration composition being “alpha” alumina marketed by the PECHINEY group.
  • the particle size of this alumina develops, in accordance with its distribution curve, between 20 ⁇ m and 200 ⁇ m.
  • the apparent density of this alpha alumina is between 1.4 and 1.6 (while its absolute density is 4) and its specific surface is 1 m 2 / g.
  • a pre-layer is formed and fed with a total of 29 kg of “alpha” alumina during the filtration of the red table wine to be filtered in the installation.
  • the starting pressure is 3.2 bars and the theoretical feed rate is 250 hl / hour.
  • the operation is stopped because: the wine passes into the filtration chamber with an average flow rate of 40 hl / hour,
  • the wine is practically not filtered as revealed by the measurement of turbidity (NTU) before filtration and after filtration.
  • NTU turbidity
  • the wine after filtration is "cloudy"; the clarification quality of the wine after filtration is poor, the NTU turbidity measurement before and after filtration passing from 103 to 37.2 NTU with a very insufficient reduction of 2.7.
  • the mineral filtration composition is too heavy and does not deposit properly on the trays.
  • the alluvial filtration of the same 12 ° table red wine from the region of Anj is carried out or, the pulverulent filtration composition being formed from an alumina BET specific surface area equal to 350 m 2 / g and CLAROCEL cellulose fibers, sold by the company CECA.
  • the particle size of this alumina in accordance with its distribution curve, ranges between 200 ⁇ m and 1 ⁇ m.
  • the apparent density of this alumina is between 0.88 and 1.12.
  • a pre-layer is formed and fed with a total of 37 kg of the composition according to the invention during the filtration of the red table wine to be filtered in the installation.
  • the pulverulent filtration composition according to the invention consists of more than 99% by weight of the alumina with a high specific surface and of less than 1% by weight of cellulose fibers.
  • the starting pressure is 2 bars and the theoretical feed rate is 250 hl / hour.
  • the wine filtered in the filtration chamber represents a volume of 234 hl, giving an average flow rate of 93.6 hl / hour,
  • NTU turbidity
  • the pulverulent filtration composition was extracted from the filtration chamber and then it was subjected to a biological treatment to effect its regeneration.
  • the particle size of the alumina mixture develops, in accordance with its distribution curve, between 200 ⁇ m and 1 ⁇ m.
  • a pre-layer is formed and fed with a total of 40 kg of the composition according to the invention during the filtration of the red table wine to be filtered in
  • the starting pressure is 2 bars and the theoretical feed rate is 250 hl / hour.
  • the wine filtered in the filtration chamber represents a volume of 80 hl, giving an average flow rate of 53.3 hl / hour,
  • the alluvial filtration of the same red table wine 12 ° is pre-filtered (white earth of Diatoms Clarcel DICB), the pulverulent filtration composition being formed from a Gamma alumina with a BET specific surface area equal to 164 m 2 / g and from DIACEL cellulose fibers, sold by the company CFF.
  • the particle size of this alumina in accordance with its distribution curve, ranges between 280 ⁇ m and 1 ⁇ m.
  • the median diameter (d50) of the particles is 19 ⁇ m.
  • the bulk density of this alumina is 0.176.
  • a pre-layer is formed by 8 kg of the above-mentioned composition and fed with 6 kg of alumina alone according to the invention during the filtration of the red table wine to be filtered in the installation.
  • the pulverulent filtration composition according to the invention consists of 90% by weight of the alumina with a high specific surface and 10% by weight of cellulose fibers.
  • the starting pressure is 2 bars and the theoretical feed rate is at least 110 hl / hour.
  • the wine filtered in the filtration chamber represents a volume of 20 hl, giving an average flow rate at cruising speed of 110 hl / hour,
  • the pulverulent filtration composition was extracted from the filtration chamber and then it was subjected to a biological treatment to effect its regeneration.
  • the filtration is carried out by alluviation of a white table wine (Gros-Plant) from the France region, the pulverulent filtration composition being formed of 100% by weight of the alumina of Example 5.
  • the pulverulent filtration composition being formed of 100% by weight of the alumina of Example 5.
  • the granulometry of the mixture of aluminas develops, in accordance with its distribution curve, between 280 ⁇ m and 1 ⁇ m.
  • the median diameter (d50) of the particles is 19 ⁇ m.
  • a pre-layer is formed and fed with a total of 15 kg of the composition according to the invention during the filtration of the white table wine to be filtered in the installation.
  • the starting pressure is 2.6 bars and the theoretical feed rate is at least 180 hl / hour.
  • the wine filtered in the filtration chamber represents a volume of 60 hl, giving an average flow rate of 180 hl / hour,
  • the pulverulent filtration composition was extracted from the filtration chamber and then it was subjected to a biological treatment to effect its regeneration.
  • the apparent density of this alumina is 0.172.
  • a pre-layer is formed by 7.7 g, that is to say 2 kg / m 2 and 20 kg for 10 m 2 'and fed by 7.7 g, that is to say 2 kg / m 2 and 20 kg for a total of 10 m 2 of the composition according to the invention during the filtration of the beer to be filtered in the installation.
  • the pulverulent filtration composition according to the invention consists of 100% by weight of the alumina with a high specific surface.
  • the filtration pressure is 1 bar and the theoretical feed rate is 0.33 to 0.36 m 3 / hour / m 2 , which corresponds to 33-36 hl / hour / 10 m 2 .
  • the beer filtered in the filtration chamber represents a volume of 5.036 1 per 38.48 cm 2 , or 1309 1 per 1 m 2 , giving an average flow rate of 33 hl / hour,

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Abstract

L'invention concerne une composition pulvérulente de filtration de liquides alimentaires, caractérisée en ce qu'elle est formée d'au moins 75 % en poids d'alumine à surface spécifique au moins égale à 135 m2/g mesurée selon la méthode BET (norme NF Wll-621), et d'au plus 25 % en poids d'au moins un autre matériau filtrant. Cette composition est particulièrement utile pour la filtration de liquides alimentaires dans des filtres à alluvionnage.

Description

B01D37/02 C12H1/04
Compositions minérales de filtration de liquides alimentaires, régénération desdites compositions et recyclage en filtration à alluvionnage.
Domaine de l'invention
L'invention concerne des compositions pulvérulentes de filtration de liquides alimentaires, leur régénération après un cycle de fonctionnement en filtration et leur recyclage en filtration.
L' invention concerne plus particulièrement un procédé de mise en œuvre des compositions pulvérulentes de filtration par alluvionnage pour l'épuration de liquides alimentaires, la régénération des compositions et leur recyclage en filtration.
L'invention concerne enfin une installation industrielle pour la mise en œuvre de compositions de filtration par alluvionnage de liquides alimentaires, leur régénération et leur recyclage en filtration.
Dans le cadre de l'invention, sous l'appellation « liquides alimentaires », on entend définir tous les liquides d'origine naturelle ou synthétique destinés à l'alimentation humaine, tels que, par exemple, les vins, les bières, les cidres, les spiritueux, les jus de fruits, les boissons énergisantes, l'eau naturelle, des liquides intermédiaires de l' agroalimentaire ou des domaines pharmaceutique et chimique ou encore des huiles animales, minérales, végétales ou autres liquides, dans lesquels peuvent être introduits des additifs tels que des colorants, des agents de conservation, des agents de collage, des agents de décoloration qui, pour certains, doivent être éliminés après avoir joué leur rôle, ou desquels doivent être éliminés des dépôts naturels avant leur conditionnement de pré-commercialisation, ainsi que les eaux résiduaires résultant des procédés de fabrication desdits liquides alimentaires. Etat de la technique
Les liquides alimentaires destinés à la consommation humaine représentent des volumes considérables qui ont généré, depuis des années, une activité mondiale intense et très concurrentielle et qui doivent répondre, lors de leur mise sur les marchés, à des exigences élevées de qualités gustatives et de sécurité alimentaire et sanitaire pour le consommateur.
Les divers types de « liquides alimentaires » sont multiples et nombreux - et concernent aussi bien des liquides d'origine naturelle que ceux d'origine synthétique qui sont produits au moyen de savoir-faire très ancien tel que les bières, les vins, le cidre ou plus récent tel que les jus de fruits ou boissons synthétiques dont la matrice est de l'eau.
Dans le cas d'un liquide alimentaire tel que par exemple le vin, son procédé de production a peu évolué dans le temps et comporte les étapes suivantes bien connues qui sont :
- le pressurage du raisin pour en extraire les jus,
- la fermentation contrôlée, - la décantation des jus,
- la clarification
- et la maturation pour une mise en cave plus ou moins prolongée.
Dans le cadre de cette production particulière, une étape du procédé parmi les autres que l'on retrouve dans la production de tout liquide alimentaire, a fait l'objet de nombreux travaux de recherche et de mise au point. Cette étape est la clarification des vins et par extension de tous les liquides alimentaires, et plus spécifiquement leur filtration pour en éliminer les impuretés gênantes d'origine minérale et/ou organique en suspension dans la matière liquide. Plusieurs moyens de séparation par filtration ont été et sont encore pratiqués à ce jour.
Les premiers moyens de séparation connus qui sont parmi les moyens les plus anciens sont la décantation et le collage qui consistent à introduire dans le liquide alimentaire à traiter, comme le vin par exemple, des composés minéraux comme par exemple de la bentonite, argile gonflante de type silico-alumineux, ou bien des composés organiques tels que par exemple des protéines connues provenant des albumines (de sang, d'œuf) , des colles de poissons, gel de silice amorphe, ferrocyanure de potassium, phytate de calcium, le polyvynilpolypyrrolidone
(PVPP) , des gélatines, des caséines ou autres qui ont la spécificité de floculer au contact des impuretés en suspension dans le liquide alimentaire à purifier et qui entraînent ces impuretés par sédimentation vers le fond du conteneur : le liquide alimentaire purifié et les sédiments contenant les impuretés peuvent alors être séparés par extraction de la phase liquide purifiée et éliminés par soutirage. La phase liquide d'imprégnation peut être extraite par filtration sous vide, par compression d'un gâteau d'impuretés ou par centrifugation.
Un autre moyen de séparation connu, plus récent, consiste à centrifuger le liquide alimentaire à purifier, c'est à dire à le débarrasser des impuretés en suspension en le soumettant à des accélérations centrifuges importantes, se substituant au phénomène naturel de séparation par décantation ou collage, ce moyen étant plus rapide, grâce au dépôt quasi instantané des particules d'impuretés en suspension sur les parois de la centrifugeuse .
Enfin, un autre moyen de séparation concerne la filtration proprement dite selon des méthodes en continu ou en discontinu, de liquides alimentaires pouvant avoir subi un traitement préalable d'encollage, cet autre moyen consistant à faire passer le liquide alimentaire à traiter à travers un milieu filtrant qui peut être une masse filtrante poreuse ayant la propriété de fixer les particules en suspension dans ledit liquide à éliminer par leur rétention sur et dans la masse filtrante et/ou par absorption par la matière constitutive de la masse filtrante utilisée.
Parmi les diverses méthodes de filtration connues et pratiquées, peuvent être évoquées les filtrations sur plaques, par exemple sur filtres presses, par cartouches par exemple les filtres bougies, par membranes dont les surfaces filtrantes ont des pores de l'ordre de 100 μm et également la filtration par alluvionnage.
Cette dernière méthode de filtration par alluvionnage met en œuvre un milieu filtrant formé de plaques-supports filtrantes offrant des pores de grand diamètre mais dont le diamètre est réduit et réglé par la présence dans le liquide à filtrer de matériaux filtrants fibreux ou pulvérulents d'origine naturelle, organique, tels que par exemple les fibres de cellulose ou minérale tels que de la perlite, (matériau d'origine volcanique), du kieselgϋhr, matériau fossilisé, des sables de silice de granulo étrie adaptée ou encore de l'alumine issue de la bauxite.
En d'autres termes, les matériaux filtrants évoqués sont déposés sur une surface de soutien elle-même filtrante, par exemple une toile filtrante métallique ou textile, un plateau filtrant à perforations, cette surface de soutien possédant des pores de grands diamètres dont le diamètre est nécessairement réduit par la présence d'un matériau filtrant déposé sur ledit support. Avant la filtration par alluvionnage, une pré-couche du matériau filtrant est constituée sur la surface de soutien (encollage) , cette pré-couche de granulométrie grossière retenant les particules en suspension dans le liquide alimentaire dès le début de la filtration. Par la suite, pour affiner la filtration et pour éviter l'accumulation de ces particules sur la pré-couche elle- même qui conduirait à un colmatage de la pré-couche, c'est à dire à une augmentation de la pression en amont du filtre et une diminution du débit du liquide alimentaire filtré, une certaine quantité de matériau filtrant plus fin d'un ou plusieurs grades est introduite dans le liquide à filtrer (nourrissage) et vient s'accumuler sur la pré-couche.
De nombreux documents relatent de telles mises en œuvre .
Dans le brevet français n° 2 689 903 est fait mention d'un procédé de décoloration et de filtration de moûts et de vins blancs tachés, obtenus à partir de raisins noirs, en particulier quand la vendange s'est faite alors que la maturité technologique est dépassée, ou bien quand la vendange est atteinte de pourriture.
Ce procédé qui couple deux moyens, dont l'un est une décoloration et l'autre une filtration consiste à :
a) mettre en communication une cuve pleine de vin avec une cuve vide de capacité correspondante, avec interposition d'un filtre à plateaux,
b) déposer, sur la plaque filtrante des plateaux du filtre, une pré-couche d'un mélange de terre de diatomées et de cellulose, ou de cellulose seule,
c) déposer, sur cette pré-couche, une couche d'un mélange de kieselgϋhr et de charbon actif,
d) disperser, dans une quantité de vin déterminée, du kieselgϋhr, et du charbon actif, dans une proportion prédéterminée en fonction des conditions initiales de la vendange, e) assurer, de la cuve pleine vers la cuve vide, un débit de vin à travers le filtre, tout en injectant régulièrement, en amont de celui-ci, une proportion de la dispersion constituée à l'étape « d » ci-dessus, en fonction des conditions initiales de couleur et de turbidité,
f) contrôler la couleur et la turbidité en aval du filtre,
g) modifier éventuellement la proportion de kieselgϋhr, ou de charbon actif de la dispersion réalisée à l'étape « d », selon le résultat du contrôle effectué à l'étape « f » ci-dessus,
h) modifier éventuellement le dosage d'injection de la dispersion, par action sur le débit de passage du vin dans le filtre, ou sur le débit d'injection de la dispersion obtenue à l'étape « d »,
i) dès que la couleur et la clarté recherchées sont obtenues, fixer le débit de la pompe de circulation et de la pompe doseuse.
Si les avantages évoqués pour ce procédé peuvent être atteints pour l'essentiel, avantages qui sont :
sur l'aspect technique, une grande souplesse d'utilisation, une possibilité de contrôle en continu des résultats obtenus, tant en terme de turbidité que de caractéristiques chromatiques au sortir du filtre,
sur l'aspect économique, une réduction des temps de mélange et du contact du charbon actif avec les moûts et vins à traiter, les temps d'immobilisation des cuves,
la protection évoquée de l'environnement grâce à ce procédé ne peut être complète car si le charbon actif est bien éliminé de l'installation de traitement, le mélange pulvérulent de traitement et de filtration comprenant le charbon actif et le kieselgϋhr est évacué en décharge après usage, et les pertes en vins par imprégnation du mélange pulvérulent mis en décharge peuvent être importantes .
Dans un autre brevet, DE 2,104,613 (ou son correspondant FR 2,078,020) est décrit un procédé de brassage de la bière qui consiste à disperser dans le moût ou la bière pour éviter les pertes en cours du brassage un agent antimoussant de type silicone alimentaire pour réduire la production de mousse puis extraire l'agent antimoussant de la bière au moyen d'un absorbant restituant ainsi à la bière son pouvoir moussant et la stabilité de sa mousse.
L'absorbant mis en œuvre pour extraire le silicone alimentaire utilisé comme agent anti-moussant peut-être, par exemple, du gel de silice, un aluminosilicate, de l'alumine, des sels d'aluminium, en particulier phosphate ou sulfate d'aluminium, du kieselgϋhr, du carbone activé ou autres.
L'absorbant mis en œuvre dans le procédé est préférentiellement très finement divisé, ayant par exemple une surface spécifique de au moins 100 m2/g pour être efficace dans l'extraction du silicone alimentaire.
L' absorbant est généralement introduit dans la masse de la bière avant filtration puis est séparé de cette masse par ladite filtration.
Mais le rôle de cet agent, c'est à dire sa fonction, est uniquement d'absorber l'agent antimoussant et non pas de constituer un matériau filtrant, ne serait-ce qu'en raison de la faible quantité dudit absorbant introduit dans la bière qui est de 0,015 à 0,15 % en poids par rapport au poids de la bière traitée. Dans un autre brevet EP 0255696 est proposé un procédé de filtration d'un liquide alimentaire qui est de la bière avant de l'embouteiller pour la rendre propre à la consommation, c'est à dire en éliminer les bactéries et particules en suspension qui lui donnent un aspect trouble, afin de pouvoir la conditionner dans des conditions de stabilité biologiquement durable.
Le procédé proposé dans le document concerne une filtration par alluvionnage de bière dont le matériau filtrant est une poudre d'alumine, à prédominance
« alpha » qui a une surface spécifique comprise entre 0,5 et 6 m2/g.
En fait, cette poudre d'alumine essentiellement alpha, utilisée comme matériau filtrant dans une filtration par alluvionnage, est destinée à remplacer un matériau filtrant bien connu qui est le kieselgϋhr, déposé sur une surface de soutien telle que un tissu filtrant.
Concernant le kieselgϋhr, ce matériau est une roche d'origine sédimentaire, constituée par l'agglomération des enveloppes siliceuses de diatomées, micro-organismes marins unicellulaires et se décompose, une fois calcinée et selon les variétés connues, en 85 à 87 % de Si02, 2 à 5 % de A1203, 3 à 10 % de Fe203 et 0,2 à 4,4 % de Na20 et 0,2 à 1 % de CaO. La capacité d'absorption d'eau selon les variétés de kieselgϋhr calciné peut atteindre de 200 à 380 % pour une surface spécifique de 0,8 à 40 m2/g.
Selon les techniques connues, la filtration de liquides alimentaires tels que les vins, les jus de fruits et plus particulièrement la bière, consiste principalement à les filtrer selon le principe d' alluvionnage, sur des couches de kieselgϋhr mises en place par sédimentation continue sur une pré-couche de même matériau déposée sur un support adéquat de soutien. Après la mise en place de cette pré-couche, un mélange de kieselgϋhr, de granulométrie allant du grossier au fin, est ajouté en quantité dosée à la bière à filtrer. En passant à travers la pré-couche, la bière à filtrer chargée de kieselgϋhr dépose de nouvelles couches du matériau filtrant par entraînement hydraulique et sédimentation tout en se débarrassant des particules en suspension qui sont retenues sur les couches en formation renouvelées de matériau filtrant.
En raison de sa composition essentiellement siliceuse, le kieselgϋhr est chimiquement très résistant. Dès lors, il n'est pas attaqué par le liquide alimentaire en cours de filtration, ce qui le rend particulièrement intéressant comme matière filtrante pour de tels liquides à l'égard desquels il manifeste une neutralité complète.
Dans le cas particulier de la filtration de la bière, la consommation de kieselgϋhr s'est manifestée être de l'ordre de environ 150 g à 200 g par hectolitre de bière filtrée. Car au-delà de la limite supérieure ainsi évoquée, il s'avère que la capacité de filtration du kieselgϋhr s'amenuise, cette perte de capacité se manifestant par une augmentation importante de la pression de liquide en amont du filtre et une importante diminution du débit du liquide filtré en aval du filtre.
Dès lors, le kieselgϋhr chargé des particules solides, des levures et autres particules accumulées au cours de la filtration, doit être éliminé et remplacé par du kieselgϋhr vierge : l'installation de filtration est arrêtée, nettoyée et le milieu filtrant est renouvelé par formation d'une pré-couche sur la surface filtrante de soutien et l'apport de couches nouvelles au fur et à mesure par sédimentation de kieselgϋhr en suspension dans le liquide en filtration.
Dans des installations industrielles en brasseries, cette opération de changement de filtre délivre des quantités importantes de kieselgϋhr usagé dont l'élimination pose des problèmes importants pour l'utilisateur et pour l'environnement :
Pour l'utilisateur, il se révèle que le kieselgϋhr a une forte capacité de rétention du liquide filtré, qu'il est difficile d'extraire du matériau filtrant usagé et qui, dès lors, reste piégé dans le matériau filtrant usagé. Ce liquide alimentaire piégé constitue une perte financière mais aussi une source émettrice par la suite d'odeurs désagréables, résultant de la décomposition bactérienne du liquide alimentaire piégé, après son dépôt en décharge.
-X Pour l'environnement, la mise en décharge du kieselgϋhr usagé, chargé des matières ayant été éliminées du liquide alimentaire filtré, présente un coût de dépôt de plus en plus élevé, et constitue surtout une nuisance forte. L'évolution des législations nationales et plus particulièrement la création d'une réglementation internationale exigeante à raison, telle celle de l'Union Européenne, constituent un empêchement sérieux, voire un interdit définitif pour l'élimination par mise en décharge publique des quantités considérables de kieselgϋhr usagé provenant de filtrations de liquides ou autres.
Sous l'aspect du risque sanitaire, le kieselgϋhr est classé parmi les substances cancérigènes (classement I.A.R.C. groupe 1, ou I.N.R.S. fiche toxicologique n°232 « silice cristalline » éditée en 1997) .
Des traitements de régénération du kieselgϋhr usagé provenant de la filtration de multiples liquides alimentaires tels que la bière, le vin, ont été essayés, mais en vain, pour éliminer dudit kieselgϋhr les particules solides retenues lors de la filtration et extraire également la fraction du liquide alimentaire restée piégée dans le kieselgϋhr usagé. Mais ces traitements, en particulier l'un d'entre eux par calcination, sont particulièrement coûteux, mais surtout se sont révélés modifier le kieselgϋhr traité pour le régénérer, et en particulier en diminuer sa surface spécifique.
Un autre traitement (attaque à la lessive de soude, suivie d'une neutralisation à l'acide) altère également les caractéristiques d'origine du matériau.
C'est pourquoi, dans le but de remplacer le kieselgϋhr à l'origine d'inconvénients particulièrement gênants tels que par exemple celui de son élimination après usage, a été proposé dans le brevet EP 0255 696 préalablement mentionné, un procédé de filtration par sédimentation sur pré-couche ou encore par alluvionnage, de boissons alimentaires telles qu'en particulier de la bière : le matériau filtrant est choisi d'origine céramique régénérable chimiquement et formé, comme précédemment dit, d'une poudre d' «alumine usuelle disponible dans le commerce», composée essentiellement d'alumine alpha, ayant une surface spécifique comprise entre 0,5 et 6 m2/g.
Or, par comparaison avec le kieselgϋhr calciné généralement utilisé comme matériau filtrant, dont la surface spécifique est comprise entre 0,8 et 40 m2/g, l'alumine proposée comme matériau filtrant dispose d'une surface spécifique beaucoup plus faible. Mais il est précisé dans ce brevet :
- que la performance d'un filtre à alluvionnage par couche déposée sur une pré-couche par sédimentation, utilisant comme matériau filtrant l'alumine à plus faible surface spécifique que le kieselgϋhr, offre d'aussi bonnes performances qu'un filtre à sédimentation sur pré-couche mettant en œuvre du kieselgϋhr calciné, - et que l'alumine alpha mise en œuvre dans ce type de filtration est régénérée par un traitement alcalin achevé par un traitement acide.
Toutefois, la «poudre d'alumine usuelle disponible commercialement» qui est de l'alumine alpha n'est pas d'une exploitation industrielle simple car par comparaison avec le kieselgϋhr calciné :
- dont la densité apparente est comprise entre 0,36 et 0,43, l'alumine alpha dispose d'une densité spécifique forte qui évolue entre 3 et 4, pour une densité apparente comprise entre 1,7 et 1,85,
- dont la surface spécifique est comprise entre 0,8 et 40 m2/g, l'alumine alpha offre une surface spécifique très inférieure, comprise entre 0,5 et 6 m2/g,
- dont la granulométrie usuelle est comprise selon la qualité de filtration recherchée entre 5 et 60 μm d'une part et 20 à 200 μm d'autre part, l'alumine alpha usuelle a une granulométrie généralement comprise entre 0,5 et 10 μm et exceptionnellement pour certains types non-usuels comprise entre 40 et 100 μm,
- dont la porosité est manifestement plus élevée que celle de l'alumine alpha usuelle.
Pour améliorer les capacités de filtration par alluvionnage de compositions filtrantes, à base de particules d'oxydes métalliques telles que l'alumine alpha, est aussi proposée l'introduction dans des compositions filtrantes d'aides à la filtration. Dans le brevet US 5,300,23, est décrite une méthode de filtration de liquides, en particulier alimentaires, qui comporte la mise en œuvre de compositions pulvérulentes de filtration par alluvionnage, l'épuration des liquides alimentaires et la régénération desdites compositions filtrantes. Ces compositions filtrantes sont formées d'un mélange comportant au moins :
- un premier type de composants choisis dans le groupe constitué par des particules de métaux, des particules d'oxydes métalliques, telles que en particulier l'alumine alpha, l'oxyde de zirconium, ou encore des particules de carbone ayant des structures fibreuses ou granulaires,
- un deuxième type de composants, formant aide à la filtration, choisi dans le groupe constitué par des fibres d'origine synthétique ou naturelle, telles que fibres de polyéthylène, polypropylène, polyamide ou autres, des fibres de cellulose, ayant une longueur comprise entre 1 et 5000 μm et une épaisseur entre 0,5 et 100 μm.
Dès lors, se manifestent lors de la mise en œuvre de compositions à base d'alumine alpha, en filtration industrielle par alluvionnage, des troubles de comportement particulièrement gênants, tels que une perte d'efficacité à la filtration, une diminution rapide de la vitesse de filtration du liquide alimentaire, une montée en pression rapide en amont du filtre pouvant aller jusqu'au colmatage du filtre qui, de ce fait, provoque l'arrêt de l'installation, rend nécessaire l'élimination du milieu filtrant et son remplacement, étant entendu que la fréquence de changement de tels filtres à base de ladite alumine alpha devient très importante, difficilement prévisible et aléatoire, coûteuse en terme de temps d'immobilisation de matériaux filtrants consommés, pertes répétitives de volumes de liquides alimentaires retenus dans la masse des matériaux filtrants éliminés et de régénération dudit matériau filtrant usagé issus de l'installation de filtration et coût de régénération. Objets de l'invention
L'examen de l'état de la technique et les nombreux inconvénients qui s'y manifestent, conduisent à assigner à l'invention les objets principaux énoncés ci-après :
- un premier objet de l'invention est de créer une composition pulvérulente de filtration de liquides à caractère alimentaire, majoritairement d'origine minérale, de densité apparente proche de 1 et préférentiellement inférieure à 1 mais proche de celle des liquides à filtrer ;
- un autre objet de l'invention est de créer une composition pulvérulente de filtration de liquides alimentaires dont les composants usagés soient facilement extraits de l'installation, régénérés sans subir de dommages par effets mécaniques et/ou chimiques lors de la régénération, ladite composition étant régénérée par voie biologique principalement, offrant une alternative à la mise en décharge, sans impact sur l'environnement ;
- un autre objet de l'invention est de créer une composition pulvérulente de filtration de liquides alimentaires qui dispose de performances de filtration nettement supérieures à celles de matériaux filtrants actuels ;
- un autre objet de l'invention est de créer une composition pulvérulente de filtration de liquides alimentaires qui soit adaptée aux installations industrielles actuelles, de sorte que ces installations fonctionnent sans nécessité d'une adaptation technique partielle ou d'un changement intégral ;
- un autre objet de l'invention est de créer une composition pulvérulente de filtration de liquides alimentaires dont la composition filtrante qui présente une capacité de rétention très faible du liquide filtré, c'est à dire un indice de vide le plus proche possible de 0, afin de limiter les pertes en liquide alimentaire filtré à chaque opération de changement du matériau filtrant ;
- un autre objet de l'invention est de créer une composition de filtration de liquides alimentaires qui ait une compatibilité adaptée à l'égard de ces liquides, aussi divers que par exemple la bière, le vin, les jus de fruits, le cidre, les spiritueux, les sirops, le vinaigre, des intermédiaires agroalimentaires, pharmaceutiques, chimiques, huiles animales, minérales, végétales, eaux potables, eaux résiduaires résultant des procédés de fabrication desdits liquides alimentaires ;
- enfin, un autre objet de l'invention est de créer un procédé de filtration par alluvionnage de liquides alimentaires mettant en œuvre la composition, objet principal précédemment évoqué de l'invention.
Sommaire de l'invention
Les divers objets précédemment énoncés assignés à l'invention peuvent être atteints grâce à la composition de filtration et au procédé de filtration mettant en œuvre ladite composition, qui, l'une et l'autre, éliminent les inconvénients issus de l'état de la technique et qui apportent, de plus, de substantielles améliorations aux moyens antérieurement décrits.
Selon l'invention, la composition pulvérulente de filtration de liquides alimentaires se caractérise en ce qu'elle est formée d'au moins 75 % en poids d'alumine à surface spécifique au moins égale à 135 m2/g mesurée selon la méthode BET (norme NF Xll-621) , et d'au plus 25 % en poids d'au moins un autre matériau filtrant. Selon l'invention également, le procédé de filtration de liquides alimentaires se caractérise en ce que la composition pulvérulente de filtration mise en œuvre pour la formation de la couche de filtration, est formée d'au moins 75 % en poids d'alumine à surface spécifique au moins égale à 135 m2/g, mesurée selon la méthode BET
(norme NF Xll-621) et d'au plus 25 % en poids d'au moins un autre matériau filtrant.
Selon l'invention en particulier, le procédé de filtration de liquides alimentaires par alluvionnage se caractérise en ce que la composition pulvérulente de filtration mise en œuvre pour la formation d'une pré- couche de filtration et son nourrissage au cours de la filtration, est formée d'au moins 75 % en poids d'alumine à surface spécifique au moins égale à 135 m2/g, mesurée selon la méthode BET (norme NF Xll-621) et d'au plus 25 % en poids d'au moins un autre matériau filtrant.
Description détaillée de l'invention
La filtration de liquides alimentaires s'effectue sur toutes installations de filtration mettant en œuvre un matériau filtrant qui peut se présenter sous une forme pulvérulente, utilisable sous cette forme ou conditionnée dans des conteneurs filtrants, de géométrie adaptée au filtre à utiliser, tels que des cartouches filtrantes par exemple. Dans le cas particulier de la filtration par alluvionnage, la composition pulvérulente de filtration selon l'invention est utilisable sous sa forme initiale pulvérulente.
La filtration de liquides alimentaires par alluvionnage est bien connue et industriellement exploitée.
Une installation de filtration par alluvionnage comporte des moyens rigides de filtration qui sont des cadres rigides filtrants de soutien dont les faces peuvent être munies de cannelures et/ou de moyens filtrants tels que toiles métalliques, textiles ou autres, généralement à grandes mailles, inadaptées à une filtration et/ou à une clarification fine de liquides à vocation alimentaire.
C'est pourquoi ces cadres rigides filtrants de soutien doivent recevoir pour la filtration et/ou la clarification de liquides alimentaires selon le procédé de l'invention, une pré-couche de filtration constituée par la composition filtrante dispersée au sein d'une fraction du liquide alimentaire à filtrer.
Selon le processus de fonctionnement de la filtration par alluvionnage des liquides alimentaires, la pré-couche qui constitue le milieu filtrant de base est nourrie au cours de la filtration par la composition filtrante formant le matériau filtrant dispersé dans le liquide alimentaire à filtrer, pour créer d'une manière continue des couches filtrantes successives retenant les impuretés à éliminer. Le nourrissage s'effectue en continu jusqu'au remplissage complet de la chambre de filtration dont le volume en constitue la limite. Le moyen de filtration par alluvionnage permet, dès lors, de retarder le colmatage du filtre et plus particulièrement de la pré-couche, tout en allongeant la durée de vie des couches filtrantes constituées de la composition filtrante selon l'invention.
La composition pulvérulente de filtration, objet de l'invention, comporte au moins 75 % en poids et préférentiellement au moins 85 % en poids d'alumine ayant une surface spécifique d'au moins 135 m/g.
Mais la composition pulvérulente de filtration selon l'invention peut également comporter 100 % en poids d'alumine ayant une surface spécifique d'au moins 135 m2/g. Selon l'invention, l'alumine entrant dans la composition filtrante, résulte de procédés hydro métallurgiques connus, tels que les procédés d'attaques par voie alcaline ou acide de minerais appropriés, conduisant à la production d'alumine hydratée du type I2O3, 3H2O, qui, par décomposition thermique adéquate, c'est à dire ménagée, conduit à une famille d'alumines hydratées de type Al2θ3, H2θ dans laquelle 0<x<l .
Cette famille d'alumines hydratées de type Al2θ3,xH2θ dans laquelle 0<x<l, constitue l'ensemble des alumines de transition, offrant des surfaces spécifiques importantes, allant par exemple de 20 m/g pour l'alumine « delta » à 350-400 m2/g pour les alumines de type « gamma », « rhô » ou « khi », l'alumine alpha complètement déshydratée et pour laquelle x=0, étant obtenue par décomposition thermique à environ 1200°C et possédant une surface spécifique faible, comprise entre 0,5 m2/g et 6 m2/g.
Selon l'invention, l'alumine constituant au moins 75 % en poids de la composition filtrante est souhaitable ent issue de la famille des alumines hydratées de type A1203, XH2O et est sélectionnée de telle sorte que sa surface spécifique BET soit d'au moins 135 m2/g et préférentiellement comprise entre 150 m2/g et 500 m2/g.
Selon l'invention également, l'alumine mise en œuvre constituant au moins 75 % en poids de la composition filtrante peut être un mélange d' alumines dont les surfaces spécifiques BET peuvent être différentes les unes des autres mais ayant chacune une surface spécifique d' au moins 135 m2/g.
La granulométrie de l'alumine mise en œuvre dans la composition filtrante selon l'invention peut être comprise d'après sa courbe de répartition entre 300 μm et 1 μm. Toutefois, il peut être important que la fraction d'alumine ayant une granulométrie inférieure à 10 μm soit éliminée de la composition filtrante pour limiter les risques de colmatage du filtre ayant reçu ladite composition.
La composition filtrante selon l'invention peut également comporter au moins un autre constituant répondant de préférence aux exigences alimentaires qui peut, à raison d'au plus 25 % en poids, être choisi parmi ceux d'origine minérale ou organique disposant d'une granulométrie ou d'un facteur de forme compatible avec les caractéristiques de l'alumine de surface spécifique au moins égale à 135 m2/g, constituant principal de la composition, sans toutefois que la surface spécifique de ces autres constituants forme un critère de choix.
Les constituants d'origine organique pouvant entrer dans la composition selon l'invention peuvent être d' origine naturelle ou synthétique avec un facteur de forme approprié, tels que par exemple des poudres de cellulose, des poudres de polymères et copolymères thermoplastiques ou thermodurs, ou encore des fibres de cellulose, de polyoléfines, de polyamides, polyesters, polyuréthanes, polyacryliques ou autres, chacun d'entre eux répondant aux exigences d' alimentarité.
Les constituants d'origine minérale pouvant entrer dans la composition selon l'invention peuvent également être d'essence naturelle ou synthétique, telles que par exemple des billes de verre, des silices amorphes transformées ou de synthèse, des cendres volcaniques telle que la pouzzolane, des argiles non gonflantes, la perlite - en particulier la perlite expansée, l'alumine de surface spécifique inférieure à 135 m2/g ou encore des fibres minérales comme par exemple les fibres d' alumine ou autres constituants.
Toutefois, dans le cas des silices amorphes transformées et/ou de synthèse, peuvent être évoquées les silices pyrogénées qui sont celles dont les particules, de formes sphériques, s'agglomèrent en flocons, disposant d'une surface spécifique BET comprise par exemple entre 50 et 750 m2/g. De telles silices pyrogénées découlent de traitements spécifiques comme par exemple l'hydrolyse du tétrachlorure de silicium à haute température ou encore par transformation de la silice à l'arc électrique. Elles sont connues sous les noms de marques Aerosil, Cabosil, Wacker HDK, Lucilite, et commercialisées par des sociétés telles que DEGUSSA, CABOT CORPORATION, DOW CORNING, WACKER-CHEMIE, INEOS SILICAS (CROSFIELD) .
L' exploitation de la composition de filtration et du procédé selon l'invention peut se faire dans des installations industrielles de filtration déjà existantes sans qu'il soit nécessaire de transformer ou de changer la technologie exploitée.
Dans le cas particulier d'une installation industrielle de filtration, les différents types de filtres à alluvionnage peuvent recevoir la composition filtrante selon l'invention. Ces différents types de filtres à alluvionnage sont connus et sont, par exemple, les filtres à cloche horizontale, à cloche verticale, les filtres à bougie, les filtres presse à cadre creux, les filtres à plateaux verticaux et horizontaux.
Dès lors que la composition de filtration de liquides alimentaires a rempli sa fonction et arrive au terme de son usage dans une installation de filtration, ce terme se manifestant par une montée en pression du filtre et par une diminution du débit du liquide alimentaire filtré, cette composition est éliminée du filtre et remplacée par une composition de filtration vierge.
La composition de filtration usagée est alors soumise à une extraction du liquide alimentaire retenu dans la masse de la composition usagée, par un moyen approprié tel que par exemple extraction par simple gravité, extraction par forte compression, par une opération sous vide ou encore par centrifugation. La composition de filtration usagée, débarrassée au moins pour partie du liquide alimentaire retenu dans sa masse, peut alors être soumise à un traitement de régénération, par des moyens tels que en particulier un traitement biologique suivi éventuellement d'un lavage à 1' eau.
La composition de filtration régénérée est dès lors disponible pour être réintroduite dans une installation de filtration des liquides alimentaires.
La composition de filtration selon l'invention et le procédé mettant en œuvre cette composition de filtration offrent de très nombreux avantages par comparaison avec l'état de la technique précédemment évoqué, en ce sens que les constituants de ladite composition sont disponibles en grande quantité car issus de productions industrielles existantes, possèdent en particulier les caractéristiques d' alimentarité nécessaires, ne contiennent pas d'impuretés indésirables et/ou ne présentent pas de risque sanitaire pour le personnel, peuvent être régénérés et dès lors fonctionnent en « cycle fermé » et règlent les problèmes d'environnement. Les mêmes constituants de la composition de filtration de liquides alimentaires sont également en conformité avec les règles de sécurité sanitaire et restent inertes, c'est à dire sans effet à l'égard des liquides alimentaires traités.
L'invention sera mieux comprise grâce à la description chiffrée selon la figure 1, d'une installation de filtration par alluvionnage dont le filtre est à plateaux horizontaux, le milieu filtrant étant formé de la composition pulvérulente selon l'invention et le procédé appliqué mettant en œuvre ladite composition.
Le procédé de filtration par alluvionnage d'un liquide alimentaire au moyen d'un filtre à plateaux horizontaux comporte plusieurs phases. Ces phases concernent en particulier la préparation de la pré-couche de filtration par dépôt de la composition pulvérulente de filtration sur les plateaux horizontaux, la filtration du liquide alimentaire, et simultanément, le nourrissage des couches de filtration par l'apport de quantités appropriées de la composition pulvérulente de filtration neuve sur les précouches initialement réalisées, et enfin l'élimination de la composition pulvérulente de filtration usagée et le traitement de régénération de cette composition usagée et son recyclage dans une installation de filtration.
Selon la première phase, qui est la phase de remplissage et de désaération de l'installation au moyen, par exemple, de liquide alimentaire déjà filtré, le filtre (1) muni de plateaux de filtration (20) est alimenté en liquide alimentaire filtré par l'intermédiaire de la vanne (P) qui est ouverte, tandis que les vannes (Q) , (R) , (S) et (I) sont fermées. Ledit liquide alimentaire circule dans l'installation au moyen des canalisations (2), (5), (6), (7), (8), (9), (10) et la vanne ouverte (B) sur cette dernière canalisation. A l'intérieur du filtre (1) le niveau de liquide alimentaire augmente et simultanément l'air présent en est chassé. Au terme du remplissage de l'installation par le liquide alimentaire filtré, le filtre (1) est totalement occupé par le liquide alimentaire filtré ainsi que les canalisations (11), (12), (13), (14), (15), (16), (17), (18) et (19) tandis que les vannes (C) , (D) , (E) , (F), (G), (H), (I), (J) , (K) , (L) , (M), (N) sont ouvertes. Le récipient (4) est également rempli, mais à environ moitié, par le liquide alimentaire. Ce récipient étant destiné à permettre la dispersion dans le liquide alimentaire filtré de la composition pulvérulente de filtration destinée à la réalisation de la pré-couche sur les plateaux de filtration (20) du filtre
(1). Au terme du remplissage la vanne d'alimentation (P) est fermée.
Selon la deuxième phase, qui est la phase de formation de la pré-couche filtrante sur les plateaux filtrants (20) au moyen de la composition pulvérulente filtrante selon l' invention, pour laquelle les vannes (P) , (Q) , (R) , (S) et (I) sont fermées, une fraction de grosse granulométrie de ladite composition, choisie inférieure à 200 μm est introduite dans le bac (4) où elle est dispersée au sein du liquide alimentaire filtré ayant rempli l'installation au cours de la première phase.
Le liquide alimentaire, initialement filtré et qui vient d'être chargé de la composition pulvérulente de filtration, circule dans l'installation de filtration depuis le bac (4) jusqu'aux plateaux (20) du filtre (1). Ainsi le liquide chargé circule dans le réseau des canalisations en passant par la vanne ouverte (N) , les tuyauteries (19), (7), (8), (9), la vanne (E) , la tuyauterie (12) par laquelle elle pénètre dans le filtre (1), remplit intégralement le filtre, dépose par filtration la composition filtrante sur les plateaux filtrants (20) en formant la pré-couche. Le liquide alimentaire filtré à travers les plateaux (20) circule dans l'installation de filtration par la canalisation (13) les vannes ouvertes (E) et (F), les canalisations (15), (14) et (5), la vanne ouverte (A), la canalisation (6) pour être mélangé, par la canalisation (7), au flux de liquide alimentaire chargé de la composition pulvérulente de filtration, provenant du bac (4) . Toutefois, une petite fraction du liquide alimentaire filtré prélevée sur la canalisation (13) alimente le bac (4) par la canalisation
(16), la vanne ouverte (H), la canalisation (18) et la vanne ouverte (J) pour permettre la préparation en continu de la dispersion de la composition pulvérulente de filtration dans le liquide alimentaire filtré pour la réalisation des pré-couches.
Selon la troisième phase qui est la phase de filtration, dès lors que la pré-couche de filtration est réalisée, les vannes (G) , (H) , (I) , (J) , (N) implantées autour du bac (4) ainsi que les vannes (A), (B) , (C) , (F),
(R) , (S) sont fermées et les autres vannes ouvertes.
Ainsi, le liquide alimentaire à filtrer entre dans l' installation par la vanne (Q) , est véhiculé jusqu'au filtre (1) par les canalisations (7), (8) (9) et (12). Le liquide alimentaire à filtrer passe à travers la précouche de filtration déposée sur les plateaux filtrants (20) , cette pré-couche retenant toutes les particules en suspension dans le liquide soumis à filtration. A la sortie des plateaux (20) , le liquide alimentaire filtré est évacué de l'installation de filtration par le circuit comportant la canalisation (13) , la vanne ouverte (E) , les canalisations (15), (14), la vanne (P) et la canalisation (2).
Au cours de la filtration du liquide alimentaire à filtrer, est rajouté par alluvionnage ou nourrissage un mélange de liquide alimentaire filtré, et de la composition pulvérulente de filtration pour retarder le colmatage du filtre en créant sur la pré-couche des couches filtrantes successives qui recueillent les impuretés du liquide alimentaire à filtrer.
La limite de développement des couches filtrantes successives sur la pré-couche des plateaux de filtration est celle donnée par le volume libre interne du filtre (1) muni de ses plateaux (20) . Selon la quatrième phase, qui est celle de l'élimination de la composition pulvérulente de filtration usagée et son remplacement par une composition pulvérulente de filtration vierge, la composition usagée est extraite de l'enceinte du filtre (1) sous une forme pâteuse par la canalisation (21) et la vanne (R) , les plateaux dudit filtre pouvant être débarrassés de la composition usagée par projection d'air comprimé, de liquide alimentaire filtré ou par centrifugation ou par la combinaison de ces divers moyens, selon l'installation en place.
Une fois extraite la composition pulvérulente de filtration usagée, celle-ci est régénérée par un moyen en particulier issu de la biotechnologie puis recyclée en filtration.
Il est évident dès lors, que la régénération et le recyclage de la composition pulvérulente de filtration selon l'invention apportent le très grand avantage de pouvoir fonctionner en cycle fermé et d'éviter les phénomènes de pollution de l'environnement.
Exemple 1 (conforme à l'état de la technique)
Dans l'installation décrite, conformément à la figure 1, on effectue la filtration par alluvionnage d'un vin rouge de table de 12° de la région d'Anjou, la composition pulvérulente de filtration étant du kieselgϋhr commercialisé par la société CECA du groupe ELF-ATOCHEM.
Quatre granulométries différentes ont été mises en œuvre pour la filtration : DIC/B, DIF/BO, CBR 3, CBL 3.
Les caractéristiques de ces produits sont présentées dans le tableau 1 :
Figure imgf000027_0001
L'installation de filtration est du type TMCI-PADOVAN (Italie) comportant une chambre de filtration (1) de 925 litres munie de plateaux horizontaux (20) en acier inoxydable. La pression maximale admissible par la chambre de filtration est de 8 bars (surface de filtration de l'ordre de 10 m2) .
Après avoir rempli, dans une première phase, l'installation de filtration au moyen du vin ci-dessus évoqué mais déjà filtré, la réalisation de la pré-couche de filtration sur les plateaux filtrants a été réalisée conformément à la deuxième phase. Chacune des quatre variétés de kieselgϋhr utilisées est introduite manuellement dans la chambre de mélange (4) à raison de
6 kg environ chacune représentant un total de 24 kg environ. L'introduction de chacune des quatre variétés se fait avec un espacement de 10 minutes environ. Le vin circule dans la chambre de filtration (en circuit fermé avec la chambre de mélange) sous une pression de 4 bars
(débit théorique de 300 hl/heure) et se dépose sur les plateaux.
Cette phase de la réalisation de la pré-couche est déterminante pour la qualité de filtration du vin, la précouche devant être homogène et non stratifiée et les apports de kieselgϋhr de granulométrie de plus en plus fine devant être soigneusement dosés pour éviter que le dépôt soit hétérogène (risques de colmatage ou de désorganisation du dépôt sur le plateau lors de la filtration proprement dite) .
Le contrôle de la qualité du dépôt formé se fait au moyen d'un turbidimètre à affichage automatique.
Selon la troisième phase, le vin de table 12° à filtrer est introduit dans l'installation et circule dans la chambre de filtration (1) sous une pression de 5 bars et un débit théorique de 250 hl/heure. Au fur et à mesure que se déroule l'opération de filtration, la composition pulvérulente de filtration déposée sur les plateaux filtrants est nourrie par des apports de kieselgϋhr provenant de la chambre de mélange (4), pour compenser les pertes ou dégradations de matières filtrantes.
Au terme de la filtration qui a duré 5 heures, au cours de laquelle 300 hl ont été filtrés, la pression à l'intérieur de la chambre de filtration est d'environ 9 bars. L' installation étant à l' arrêt, la chambre de filtration (1) est vidée de son contenu filtrant et nettoyée à l'eau.
Lors de l'opération de filtration, le kieselgϋhr mis en œuvre a retenu environ 50 litres de vin qui n'ont pu être récupérés. Le kieselgϋhr usagé, imprégné de vin, a été évacué en décharge.
Le débit moyen de vin filtré est de 300 — 60hl/heure.
5 heures
Exemple 2 (conforme à l'état de la technique)
Dans l'installation décrite conformément à la figure 1 et à l'exemple 1, on effectue la filtration par alluvionnage du même vin rouge de table 12° de la région d'Anjou, la composition pulvérulente de filtration étant l'alumine « alpha » commercialisée par le groupe PECHINEY.
La granulométrie de cette alumine se développe, conformément à sa courbe de répartition, entre 20 μm et 200 μm.
La densité apparente de cette alumine alpha est comprise entre 1,4 et 1,6 (alors que sa densité absolue est de 4) et sa surface spécifique est de 1 m2/g.
Selon le même processus que celui décrit dans l'exemple 1, une pré-couche est formée et nourrie par 29 kg au total d' alumine « alpha » au cours de la filtration du vin rouge de table à filtrer dans l'installation.
La pression de départ est de 3,2 bars et le débit d'alimentation théorique est de 250 hl/heure.
Au bout de 2hl5mn de filtration, l'opération est arrêtée car : le vin passe dans la chambre de filtration avec un débit moyen de 40 hl/heure,
la pression interne évolue très peu (au terme de 2hl5mn de fonctionnement, la pression reste stable à 4,9 bars)
et la qualité de clarification du vin après filtration est mauvaise : le vin n'est pratiquement pas filtré comme le révèle la mesure de turbidité (NTU) avant filtration et après filtration. A l'œil nu, le vin après filtration est « trouble » ; la qualité de clarification du vin après filtration est mauvaise, la mesure de turbidité NTU avant et après filtration passant de 103 à 37,2 NTU avec une réduction très insuffisante de 2,7.
la composition minérale de filtration est trop lourde et ne se dépose pas correctement sur les plateaux.
Exemple 3 (conforme à l' invention)
Dans l' installation décrite conformément à la figure 1 et à l ' exemple 1, on effectue la filtration par alluvionnage du même vin rouge de table 12 ° de la région d'Anj ou, la composition pulvérulente de filtration étant formée d' une alumine de surface spécifique BET égale à 350 m2/g et de fibres de cellulose CLAROCEL, commercialisée par la société CECA.
La granulométrie de cette alumine, conformément à sa courbe de répartition, s'échelonne entre 200 μm et 1 μm.
La densité apparente de cette alumine est comprise entre 0,88 et 1,12.
Selon le même processus que celui décrit dans l'exemple 1, une pré-couche est formée et nourrie par 37 kg au total de la composition selon l'invention au cours de la filtration du vin rouge de table à filtrer dans 1' installation.
La composition pulvérulente de filtration selon l'invention se compose de plus de 99 % en poids de l'alumine à haute surface spécifique et de moins de 1 % en poids de fibres de cellulose.
La pression de départ est de 2 bars et le débit théorique d'alimentation est de 250 hl/heure.
Au terme de la. filtration qui a duré 2h30mn, l'opération est arrêtée :
- le vin filtré dans la chambre de filtration représente un volume de 234 hl, donnant un débit moyen de 93,6 hl/heure,
la pression interne évolue de 2 bars à 6,4 bars
et la qualité de clarification du vin après filtration est bonne comme le révèle la mesure de turbidité (NTU) , avant filtration et après filtration, qui a été réduite dans un rapport de 20 (120 à 6 NTU) .
Au terme de la filtration, la composition pulvérulente de filtration a été extraite de la chambre de filtration puis elle a été soumise à un traitement biologique pour effectuer sa régénération.
Exemple 4 (conforme à l'invention)
Dans l'installation décrite conformément à la figure 1 et à l'exemple 1, on effectue la filtration par alluvionnage du même vin rouge de table 12° de la région d'Anjou, la composition pulvérulente de filtration étant formée : - pour 95 % en poids de l'alumine de l'exemple 3,
- pour 4 % en poids de l'alumine de l'exemple 2
- et pour 1 % en poids de fibres de cellulose.
La granulométrie du mélange d'alumines se développe, conformément à sa courbe de répartition, entre 200 μm et 1 μm.
Les densités apparentes de ces alumines sont celles indiquées dans leurs exemples d'origine. Il en est de même pour leurs surfaces spécifiques.
Selon le même processus que celui décrit dans l'exemple 1, une pré-couche est formée et nourrie par 40 kg au total de la composition selon l'invention au cours de la filtration du vin rouge de table à filtrer dans
1' installation.
La pression de départ est de 2 bars et le débit d'alimentation théorique est de 250 hl/heure.
Au terme de la filtration qui a duré lh30mn, l'opération est arrêtée :
- le vin filtré dans la chambre de filtration représente un volume de 80 hl, donnant débit moyen de 53,3 hl/heure,
- la pression interne évolue de 2 bars en début de filtration à 5,6 bars en fin de filtration
- et la qualité de clarification du vin après filtration est bonne comme le révèle la mesure de turbidité avant filtration (120 NTU) et après filtration (8 NTU) . Le rapport de ces deux mesures étant voisin de 15. Au terme de la filtration, la composition pulvérulente de filtration a été extraite de la chambre de filtration.
Exemple 5 (conforme à l' invention)
Dans l'installation décrite conformément à la figure 1 et à l'exemple 1, on effectue la filtration par alluvionnage du même vin rouge de table 12° (de la région d'Anjou et du sud de la France) préfiltré (terre blanche de Diatomées Clarcel DICB) , la composition pulvérulente de filtration étant formée d'une alumine Gamma de surface spécifique BET égale à 164 m2/g et de fibres de cellulose DIACEL, commercialisée par la société CFF.
La granulométrie de cette alumine, conformément à sa courbe de répartition, s'échelonne entre 280 μm et 1 μm. le diamètre médian (d50) des particules est de 19 μm.
La densité apparente de cette alumine est 0,176.
Selon le même processus que celui décrit dans l'exemple
1, une pré-couche est formée par 8 kg de la composition précitée et nourrie par 6 kg d'alumine seule selon l'invention au cours de la filtration du vin rouge de table à filtrer dans l'installation.
La composition pulvérulente de filtration selon l'invention se compose de 90 % en poids de l'alumine à haute surface spécifique et de 10 % en poids de fibres de cellulose .
La pression de départ est de 2 bars et le débit théorique d'alimentation est au moins de 110 hl/heure.
Au terme de la filtration qui a duré 33 mn, l'opération est arrêtée : le vin filtré dans la chambre de filtration représente un volume de 20 hl, donnant un débit moyen en vitesse de croisière de 110 hl/heure,
- la pression interne évolue de 2 bars à 7.5 bars (à l'entrée du filtre),
et la qualité de clarification du vin après filtration est bonne comme le révèle la mesure de turbidité (NTU) , avant filtration et après filtration, qui a été réduite dans un rapport de 8 (diminution de NTU de 4,8 à 0,6). Par ailleurs, l'indice de colmatage a été réduit dans un rapport de près de 4,5 (229 à 51) .
Au terme de la filtration, la composition pulvérulente de filtration a été extraite de la chambre de filtration puis elle a été soumise à un traitement biologique pour effectuer sa régénération.
Exemple 6 (conforme à l'invention)
Dans l'installation décrite conformément à la figure 1 et à l'exemple 1, on effectue la filtration par alluvionnage d'un vin de table blanc (Gros-Plant) de la région nantaise, la composition pulvérulente de filtration étant formée de 100 % en poids de l'alumine de 1 ' exemple 5.
La granulométrie du mélange d'alumines se développe, conformément à sa courbe de répartition, entre 280 μm et 1 μm. Le diamètre médian (d50) des particules est de 19 μm.
Les densités apparentes de ces alumines sont celles indiquées dans leurs exemples d'origine. Il en est de même pour leurs surfaces spécifiques.
Selon le même processus que celui décrit dans l'exemple 1, une pré-couche est formée et nourrie par 15 kg au total de la composition selon l'invention au cours de la filtration du vin blanc de table à filtrer dans 1' installation.
La pression de départ est de 2,6 bars et le débit d'alimentation théorique est d'au moins 180 hl/heure.
Au terme de la filtration qui a duré 20 mn, l'opération est arrêtée :
le vin filtré dans la chambre de filtration représente un volume de 60 hl, donnant débit moyen de 180 hl/heure,
- la pression interne évolue de 2,6 bars en début de filtration à 5,8 bars en fin de filtration (à l'entrée du filtre) .
et la qualité de clarification du vin après filtration est bonne comme le révèle la mesure de turbidité avant filtration (2,5 NTU) et après filtration (0,9 NTU). Le rapport de ces deux mesures étant voisin de 2,8.
Au terme de la filtration, la composition pulvérulente de filtration a été extraite de la chambre de filtration puis elle a été soumise à un traitement biologique pour effectuer sa régénération.
Exemple 7 (conforme à l'invention)
Dans une cellule de filtration de 38,48 cm2 équipée d'une toile filtrante polypropylène monofilament tissée satin de perméabilité à l'air 108 m3/heure/m2 (réf.25 302AN Séfar Fyltis - 69) de maille 25μ, on effectue la filtration par alluvionnage d'une bière de la région Nord- Pas de Calais, la composition pulvérulente de filtration étant formée de 100 % de l'alumine de l'exemple 5. La granulométrie de cette alumine, conformément à sa courbe de répartition, s'échelonne entre 280 μm et 1 μm. Le diamètre médian (d50) des particules est de 19 μm.
La densité apparente de cette alumine est de 0,172.
Selon le même processus que celui décrit dans l'exemple 1, une pré-couche est formée par 7,7 g, soit 2 kg/m2 et 20 kg pour 10 m2' et nourrie par 7,7 g, soit 2 kg/m2 et 20 kg pour 10 m2 au total de la composition selon l'invention au cours de la filtration de la bière à filtrer dans l'installation.
La composition pulvérulente de filtration selon l'invention se compose de 100 % en poids de l'alumine à haute surface spécifique.
La pression de filtration est de 1 bar et le débit théorique d'alimentation est de 0,33 à 0,36 m3/heure/m2, ce qui correspond à 33-36 hl/heure/10m2.
Au terme de la filtration qui a duré 58 mn, l'opération est arrêtée :
- la bière filtrée dans la chambre de filtration représente un volume de 5,036 1 pour 38,48 cm2, soit 1309 1 pour 1 m2, donnant un débit moyen de 33 hl/heure,
- la pression interne (à l'entrée du filtre) est maintenue à 1 bar,
et la qualité de clarification de cette bière après filtration est bonne comme le révèle la mesure de turbidité (EBC = "European Bre ry Convention"), avant filtration et après filtration, qui a été réduite dans un rapport de 8,5 (de 6,37 à 0,75 EBC), ainsi que la mesure des MES (MES = Matières En Suspension) , qui ont été réduites dans un rapport de 10,6 (de 85 à 8 mg/1) . Au terme de la filtration, la composition pulvérulente de filtration a été extraite de la chambre de filtration puis elle a été soumise à un traitement biologique pour effectuer sa régénération.

Claims

Revendications
1. Composition pulvérulente de filtration de liquides alimentaires caractérisée en ce qu'elle est formée d'au moins 75 % en poids d'alumine à surface spécifique au moins égale à 135 m2/g mesurée selon la méthode BET (norme NF Wll-621), et d'au plus 25 % en poids d'au moins un autre matériau filtrant.
2. Composition pulvérulente de filtration selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte preferentiellement au moins 85 % en poids d' alumine ayant une surface spécifique d' au moins
135 m2/g.
3. Composition pulvérulente de filtration selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'alumine à surface spécifique au moins égale à 135 m2/g est de type A103,XH20 dans laquelle 0<x≤l.
4. Composition pulvérulente de filtration selon l'une au moins des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'alumine mise en œuvre possède preferentiellement une surface spécifique BET comprise entre 150 m2/g et 500 m2/g.
5. Composition pulvérulente de filtration selon l'une au moins des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'alumine mise en œuvre, constituant au moins 75 % en poids de la composition filtrante est un mélange d' alumines dont les surfaces spécifiques BET peuvent être différentes les unes des autres mais ayant chacune une surface spécifique d'au moins 135 m2/g.
6. Composition pulvérulente de filtration selon l'une au moins des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la granulométrie de l'alumine est comprise entre 300 μm et 1 μm.
7. Composition pulvérulente de filtration selon la revendication 6, caractérisée en ce que la fraction d' alumine ayant une granulométrie inférieure à 10 μm est éliminée.
8. Composition pulvérulente de filtration selon l'une au moins des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle contient à raison d'au plus 25 % en poids, un autre matériau filtrant d'origine minérale ou organique disposant d'une granulométrie ou d' un facteur de forme compatible avec les caractéristiques de l'alumine de surface spécifique au moins égale à 135 m2/g.
9. Composition pulvérulente de filtration selon la revendication 8, caractérisée en ce que les autres matériaux filtrants d'origine organique sont choisis dans le groupe constitué par les poudres de cellulose, les poudres de polymères et copolymères thermoplastiques ou thermodurs, les fibres de cellulose, de polyoléfines, de polyamides, polyesters, polyuréthanes, polyacryliques .
10. Composition pulvérulente de filtration selon la revendication 8, caractérisée en ce que les autres matériaux filtrants d'origine minérale sont choisis dans le groupe constitué par des billes de verre, des silices amorphes transformées ou de synthèse, des cendres volcaniques en particulier la pouzzolane, des argiles non gonflantes, la perlite - en particulier la perlite expansée, l'alumine de surface spécifique inférieure à 135 m2/g, les fibres minérales en particulier les fibres d'alumine.
11. Composition pulvérulente de filtration selon la revendication 10, caractérisée en ce que les silices amorphes transformées ou de synthèse sont des silices pyrogénées disposant d'une surface spécifique BET comprise entre 50 et 750 m2/g.
12. Procédé de filtration de liquides alimentaires caractérisé en ce que il met en œuvre, dans une installation de filtration comportant des supports adéquats de filtration, une composition pulvérulente de filtration selon l'une au moins des revendications 1 à 11.
13. Procédé de filtration selon la revendication 12, caractérisé en ce que la composition pulvérulente de filtration est mise en œuvre dans la formation d'une pré-couche et dans le nourrissage de cette pré-couche au cours de la filtration.
14. Procédé de filtration selon l'une au moins des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que la composition pulvérulente de filtration est mise en œuvre dans des filtres à alluvionnage.
15. Procédé de filtration selon l'une au moins des revendications 12 à 14, dans une installation de filtration par alluvionnage, caractérisé en ce qu' il comporte :
- une première phase consistant en la désaération de l'installation au moyen d'un liquide alimentaire déjà filtré, et en la préparation de la dispersion dans du liquide alimentaire filtré, de la composition pulvérulente de filtration destinée à la réalisation de la pré-couche de filtration ; - une deuxième phase consistant en la formation de la pré-couche filtrante sur les supports adéquats de filtration, par dépôt sur lesdits supports de la composition pulvérulente de filtration, par filtration d'une partie de la dispersion dans le liquide alimentaire filtré de la composition pulvérulente de filtration ;
- une troisième phase, dite phase de filtration du liquide alimentaire à filtrer, quand la pré-couche de filtration est réalisée, consistant à faire passer à travers la pré- couche de filtration formée, le liquide alimentaire à filtrer et, à nourrir ladite pré-couche de filtration au moyen de la dispersion dans du liquide alimentaire filtré de la composition pulvérulente de filtration en créant sur la pré-couche des couches filtrantes successives ;
- une quatrième phase, dite phase de régénération de la composition pulvérulente de filtration usagée, consistant en l'extraction de l'installation de filtration de la composition pulvérulente de filtration usagée et en la régénération par un traitement biologique de ladite composition usagée et son recyclage en filtration de liquide alimentaire.
16. Utilisation de la composition pulvérulente de filtration selon l'une au moins des revendications 1 à 11 pour la filtration de liquides alimentaires destinés à l'alimentation humaine, en particulier les vins, les bières, les cidres, les spiritueux, les jus de fruits, les boissons énergisantes, l'eau naturelle, des liquides intermédiaires de l' agroalimentaire ou des domaines pharmaceutique et chimique, des huiles animales, minérales, végétales, dans lesquels sont introduits des additifs en particulier des colorants, des agents de conservation, des agents de collage, des agents de décoloration, et les eaux résiduaires résultant des procédés de fabrication desdits liquides alimentaires .
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