Study and modeling of continuous pressing of oilseeds

Abstract

Ce travail de thèse vise à améliorer la compréhension des phénomènes physiques se produisant durant le pressage en continu des graines oléagineuses et à développer un modèle phénoménologique décrivant le comportement mécanique de la matière au cours de sa compression le long de la vis. Les expérimentations ont été réalisées sur des graines de colza, en utilisant un pilote de presse à vis instrumenté (Reinartz, Allemagne). Deux arrangements de vis différents ont été étudiés et comparés, de manière à observer l’influence de la géométrie sur les performances opératoires, le développement des contraintes à l’intérieur de la cage et les propriétés mécaniques du gâteau de pressage. L’instrumentation de la presse a permis de générer des données précises de débits d’huile et de gâteau, capacité de traitement, rendement d’extraction et consommation d’énergie spécifique, pour des vitesses de rotation de la vis comprises entre 0 et 18,2 tr/min. Des profils de pression, teneur en huile et vitesse de déplacement ont également été déterminés pour les deux arrangements de vis, pour caractériser le fonctionnement de la presse. Ces données ont permis d’identifier une alternance de zones de compression et de transport le long de la vis, avec une présence éventuelle de phénomènes de reflux. Une représentation simplifiée a été proposée, pour décrire le pressage continu comme une succession de d’étapes de pressage discontinu. En se basant sur la théorie de filtration/consolidation, le coefficient de consolidation, le module de compressibilité et la résistance spécifique du gâteau de pressage ont étés calculés pour chaque zone de compression. Les propriétés mécaniques du gâteau de pressage ont finalement été utilisées pour développer une relation semi-empirique permettant de prédire le débit d’huile et le rendement d’extraction de la presse. Les résultats expérimentaux correspondent aux données estimées avec une précision satisfaisante.This work was devoted to better understand the physical phenomena occurring during oilseeds expression in continuous screw presses and to develop a phenomenological model describing the compression behavior of the press cake along the screw. Experiments were conducted on canola seeds, using an instrumented pilot screw press (Reinartz, Germany). Two different screw arrangements were studied and compared in order to observe the influence of the geometry on the operating performances, the constraints development in the barrel and the press cake mechanical properties. Press monitoring provided accurate data about oil and cake flowrates, treatment capacity, extraction yield and specific energy consumption, for screw rotation speeds ranging between 0 and 18.2rpm. Pressure, deoiling and displacement velocity profiles were also determined for both arrangements to characterize the press operation. These data allowed to identify the alternation of compression and transport sections along the screw, possibly supplemented by oil reflux. A simplified representation was proposed, describing continuous pressing as a succession of multiple batch pressing steps. Based on the filtration/consolidation theory, the consolidation coefficient, compressibility modulus and press cake specific resistance were calculated in each compression sections. The press cake mechanical properties were finally used to develop a semi-empirical relation predicting the press oil flowrate and extraction yield. Experimental results fitted the estimated data with satisfactory accuracy