<Desc/Clms Page number 1>
PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA PASTEURISATION DE LIQUIDES SENSIBLES
A LA CHALEUR.
La présente intention a pour but d'établir un procédé dé pasteuri= sation de liquides sensibles à la chaleur où toutes les propriétés du liquide demeurent inaltérées, tout en assurant une excellente stérilisation.
Pour la pasteurisation de liquides sensibles à la chaleur, en par- ticulier du lait ou de la crème, on utilise des installations de chauffage basées sur différents systèmes, mais qui reposent toutes sur le principe de l'échange de chaleur à travers une paroi métallique.
On distingue essentiellement : le réchauffeur à tubes, le réchauf- feur à plaques, le réchauffeur à tambour.
Alors que, dans le réchauffeur à tubes ou le réchauffeur à plaques, le liquide à traiter parcourt les canaux formés par les tubes ou les plaques, dans le réchauffeur à tambour la circulation de ce liquide est obtenue par un tambour spécialement construit et tournant à l'intérieur d'un cylindre.' fermé.
Le chauffage du cylindre, ou le cas échéant du tambour, est réalisé au moyen de vapeur ou d'eau chaude
On a utilisé ces trois types d'installation pour mettre en oeuvre les trois procédés de pasteurisation connus réchauffage à haute température à 85 C sans maintien de la tem- pérature. réchauffage de courte durée à 72 C pendant 40 secondes, avec main- tien de la température (qhambrage) = réchauffage de longue durée à 63 C pendant 30 minutes, avec main- tien de la température (chambrage).
<Desc/Clms Page number 2>
Si le procédé de réchauffage à haute température assure bien une pasteurisation à peu près suffisante, avec destruction des germes, par contre il ne permet pas d'éviter, par exemple dans le cas du lait,-le :bisque de la perte de certaines qualités, et cela dans une mesure telle qu'elle'rend la destruction absolument totale des germes excessivement difficile, voire même parfois impossible. Le lait réchauffé à 85 C ne possède plus toutes les qualités du lait cru (altération des enzymes, précipitation partielles des protides, destruction de la faculté d'écrémage, etc...)
Le réchauffage de courte durée à 72 C avec chambrage pendant 40 secondes a certainement pour effet de tuer les germes. Il conserve aussi la' faculté d'écrémage du lait.
Mais il requiert un maniement excessivement minu- tieux des appareils et le maintien de la température et du débit à des niveaux constants. Si, par suite d'une variation de débit, la durée requise pour le maintien de la température n'est pas observée, l'effet de destruction des-ger- mes n'est plus obtenu en cas de durée moindre, et les qualités du lait cru sont annihilées en cas de dépassement.
Lors d'un traitement à 63 C pendant 30 minutes, les tolérances sur la durée de traitement augmentent et la température est plus facile à surveil- ler; par contre l'utilisation d'un procédé continu devient impossible, sans compter que des installations de ce genre exigent beaucoup de place et sont très onéreuseso
Ces trois procédés de réchauffage présentent donc de sérieux incon- vénients, de par leur principe, mais également du fait de l'agencement même des échangeurs de chaleur.
Dans tous ces appareils, en effet, les particules de liquide en contact direct avec la surface de chauffe sont chauffées à une température supérieure à la température voulue; elles sont en outre soumises à un traite- ment à chaud beaucoup trop long, par suite des vitesses de passage différen- tes des diverses particules de lait, la couche limite étant freinée par son contact avec la paroi. Cette circonstance nuit à la valeur du produit traité et il est impossible d'éviter les pertes de qualité citées plus haut.
A coté de ces défauts, il faut encore citer, comme autre désavan- tage particulier, le fait que, dans le cas du lait ou de la crème, ceux-ci peuvent brûler et s'attacher à la surface de chauffe. Ce phénomène doit son origine à la présence de l'air qui se dégage des liquides à traiter pendant son réchauffage.
La présente invention telle qu'elle va être décrite a pour but d'é- viter ces divers inconvénients. Son but est également de mettre à la dispo- sition du procédé objet de la présente invention un appareillage répondant aux nécessités nouvelles du procédé.
Le procédé de pasteurisation objet de l'invention consiste à faire parcourir à une couche du liquide à traiter, en un temps très bref, égal au plus à deux secondes, dans une double zone de chauffage comportant une faible superficie de chauffe, un court chemin de laminage, de manière que toutes les particules du liquide soient soumises à une durée de chauffage tendant sensi- blement vers l'uniformité, la première zone de chauffage, formant compartiment étanche aux gaz, étant maintenue à une pression in- férieure à la pression atmosphérique, puis à envoyer le liquide, chauffé à la température requise, dans un espace annulaire de chambrage où il est main- tenu à cette température pendant quelques secondes, après quoi on il est re- froidi rapidement à une température pour laquelle il est insensible.
L'égalité du temps de chauffage, ainsi réalisée des diverses parti- cules de liquide, permet de conserver son homogénéité,et sa valeur au liquide pasteurisé. Les explications ci-après feront mieux comprendre comment cette égalité est obtenue.
On peut poser que le temps de chauffage est assimilable à la durée de séjour du liquide dans'la zone de chauffage de l'appareil. Cette durée dépend elle même de la longueur et de la section de l'espace que le liquide
<Desc/Clms Page number 3>
doit parcourir; elle doit être très brève. A cet effet, le nouvel appareil conforme à l'invention comporte un court tambour et un très faible intervalle entre les organes d'entraînement et la paroi du tambour.
De plus, pour obtenir l'effet nécessaire de la montée en tempéra- ture du liquide, il faut une surface de chauffe suffisante, qui conditionne les dimensions de la zone de chauffage.
Pour avoir néanmoins une surface de chauffe restreinte, il est donc nécessaire de réaliser une transmission de chaleur par unité de surface aussi grande que possible. Ceci est obtenu à la fois. : - par une grande vitesse d'écoulement du liquide à traiter et par la haute turbulence résultant du faible intervalle entre les organes d'entrai,- nement et la paroi du tambour et de la grande vitesse de rotation des organes
EMI3.1
d'entrainement;
- - par l'augmentation de la surface de chauffe côté vapeur ou eau chaude
Les conditions favorables à la transmission de la chaleur résultant de la rapidité d'écoulement et de la haute turbulence du liquide, ainsi que de l'augmentation de la surface de chauffe côté vapeur, permettent d'obtenir une rapide montée en température du liquide à chauffer, en n'utilisant qu'une très petite surface der chauffe.
L'uniformité du temps de chauffage effectif des diverses particu- les de liquide dépend de la durée de séjour de ce liquide dans la zone de chauf- fage fig. de l'appareil. Plus celle-ci est courte, plus est faible la diffé- rence entre les temps de chauffage des particules qui sont soumises trop briè- vement et trop longuement à l'action de la chaleur. Les conditions dimention- nelles et dynamiques ci-dessus précisées concourent donc à réaliser cette uni- formité.
En outre, la durée de séjour des particules qui s'attarderaient ou se hâteraient (il n'y en a d'ailleurs qu'une faible proportion) s'écarte très peu d'un temps de séjour moyen, lui-même très faible, ou du moins varie entre des limites de temps non nuisibles.
Le procédé défini ci-dessus peut être mis en oeuvre grâce à un appareil conçu spécialement à cet effet.
L'appareil envisagé à cet effet comporte, par exemple, un triple dispositif coaxial, dont chaque partie remplit une fonction distincte. Le premier dispositif, situé à l'entrée du liquide, constitue le corps cylindri- que de chauffe dont la surface interne de la paroi est de faible dimension, tandis que 'la surface opposée de ladite paroi se trouvant au contact du flui- de chauffant est munie d'éléments en relief augmentant sensiblement la surface touchée par le fluide chauffant.
Des organes de laminage et des baguettes d'entraînement susceptibles de tourner à très grande vitesse en ménageant un très faible espace de laminage entre eux et la surface interne dudit corps de chauffe, sont agencés à l'intérieur de ce premier dispositif entre des dis- ques montés sur un arbre central de rotationo Le corps de chauffe délimité deux zones de chauffage, dont la première comporte des organes permettant de créer une dépression à l'intérieur. Le second dispositif constitue le corps cylindrique de chambrage cylindrique délimitant l'anneau de chambrage dans lequel le liquide chauffé est appelé à séjourner quelques secondes. La section dudit anneau est en rapport avec le temps exact que doit y séjourner le liqui- de pasteurisé.
Le troisième dispositif constitue le corps cylindrique de re- froidissement où le liquide est subitement porté à une température à laquelle il ne peut plus subir d'altération. Un tambour rotatif, monté sur le même axe que les disques ci-dessus, occupe l'intérieur des cprps de chambrage et de refroidissement. Le tambour est muni, sur la partie qui intéresse la zone de refroidissement délimitée par le corps de refroidissement, de baguettes d'entraînement disposées de préférence obliquement.
L'espace ménagé entre, elle et la paroi du corps de refroidissement est généralement plus conséquent que pour la double zône de chauffageo Les dimensions de cet espace dépendent
<Desc/Clms Page number 4>
du temps de séjour que l'on veut accorder au liquide qui y circule.
La subdivision de la double zone de chauffage du liquide en deux compartiments distincts est effectivement obtenue en créant le long de la ligne de démarcation de ces deux compartiments un anneau d'étanchéité aux gaz constitué par le liquide à pasteuriser lui-même. On obtient le dit an- neau de liquide en ménageant un léger arrondi sur le coin des organes de la- minage aux points de rencontre, côté sortie du dispositif;. desdits organes avec les disques entre lesquels ilssont agencés. Les organes de laminage sont de.préférence orientés obliquement pour déterminer la progression du liquide et comme on l'a vu, l'espace qui les sépare de la surface de chauffe est très faible (environ 0,5 mm). Un anneau de liquide identique peut être obtenu, et de'la même manière, entre la seconde zone de chauffage et l'anneau de chambrage .
La dépression déterminée dans,le premier compartiment de chauf- fage n'élimine pas seulement l'air de ce compartiment, mais elle a aussi pour effet de dégazer le liquide traité. Ceci permet également d'éviter que le liquide éventuellement brûlé ne s'attache. Le travail sous le vide est par- ticulièrement important pour la pasteurisation de la crème.
Des rifices d'entrées et de sorties sont prévus pour les diffé- rents fluides, celui du chauffage, et de refroidissement et celui à traiter en particulier. Les fluides de traitement circulent dans des canaux périphé- riques. Du côté vapeur, la paroi du corps de chauffe comporte des cannelures disposées de manière à doubler au moins la surface efficace.
A titre d'exemple, on décrira ci-après un mode de réalisation d'un appareil conforme à l'invention et remplissant les conditions énumérées ci-dessus, en se référant au dessin annexé.
Les parties essentielles de cet appareil sont, disposées coaxia- lement, un corps de chauffe cylindrique 1, un corps 2 de,maintien de tempéra- ture ou de chambrage et un corps de refroidissement 3. A l'intérieur et au centre de l'appareil est agencé un arbre d'entraînement 4 monté à ses deux extrémités sur des paliers étanches. L'arbre 4 porte des poulies d'entraî- nement 14.
Le liquide à traiter pénètre dans le cylindre 1 par une tubulure débouchant dans l'orifice 5, d'où il est happé par le disque 6, puis entraîné à grande vitesse (plus de 12 m/sec.) par les bagyettes d'entraînement 7 soli- daires par les disques 6, 9 et 9a de l'arbre 4 tournant à la vitesse voulue.
Le liquide passe ainsi en une couche mince (0,5 mmo environ) le long de la paroi du corps de éhauffe 1. Après un temps très court, il atteint le corps de chambrage 2 dont il occupe l'anneau compris entre la paroi 2 et le tambour 21.
Ainsi qu'il a été dit ci-dessus, la minceur de la couche liqui- de et la grande vitesse périphérique des organes de laminage ou baguettes 7 permettent d'éviter un surchauffage de certaines particules et une avance ou un retard de quelques unes d'entre-elles sur la moyenne. Le chauffage du liquide s'effectue à l'aide de vapeur que l'on introduit autour du cylin- dre 1 par l'orifice 12. L'orifice 13 sert à éliminer l'eau de condensation de la vapeur. La surface de' chauffe du côté de la vapeur est environ deux fois plus grande que du côté du liquide ; est obtenu par l'adjonction au cylindré 1 d'aillettes 8 moulées ou soudées sur la surface externe. Cette disposition, jointe à la minceur de la couche de liquide et à la haute tur- bulence, permet d'utiliser une surface de chauffe relativement très petite.
La partie de'l'appareil servant de zone de chauffage du liquide à traiter est partagée en deux zones par-le disque 9. Les baguettes d'entraî- nement 7 sont, eux endroits désignés par K et L, conformées de manière à créér à chacun de ces endroits, dans l'espace creux du cylindre, un anneau liquide,
<Desc/Clms Page number 5>
isolant les compartiments A et Bo L'air du compartiment A est évacué à l'aide d'une pompe à air,ou autrement, par un canal axial 10 creusé dans l'arbre menant 4; des trous radiaux 11 relient l'intérieur du compartiment A au canal 10. Dans le second compartiment B du réchauffeur, le liquide est réchauffé jusqu'à la température désirée. L'air de ce compartiment ne doit pas être évacué, car sinon le liquide s'évaporerait .
La partie de l'arbre 4, située au-delà du compartiment B est pourvue d'un tambour 21. Le diamètre de l'anneau de chambrage 2, constitué par un enfoncement de la paroi du corps de chambrage 2 est choisi de telle manière que l'élargissement de la couche de liquide corresponde à la durée de séjour désirée., avant que le liquide ne soit de nouveau happé par les baguettes d'entraînement 22 du tembour 21 et conduit le long de la paroi du corps de refroidissement 3. Le contact entre les parois de ces corps est évité par l'interposition d'une rondelle 23 d'isolant thermique.
Le corps de refroidissement 3 peut aussi être constitué de manière qu'au lieu d'utiliser de l'eau ou un autre liquide de réfrigération, l'échange de chaleur soit obtenu en faisant circuler le liquide à traiter au travers des canaux hélicoïdaux 24, avant son entrée par l'orifice 5 dans le cylindre 1.
REVENDICATIONS.
1) Procédé de pasteurisation de liquides sensibles à l'action de la chaleur par laminage en couche mince sur la paroi interne chauffée, d'un appareil cylindrique, caractérisé en ce qu'on fait passer la couche de liquide à traiter,en un temps très bref, dans une double zone de chauffage dont la première zone est maintenue à une pression inférieure à la pression atmosphérique, puis on envoie le liquide, chauffé à la température requise, dans un espace annulaire de chambrage où il est maintenu à cette température pendant quelques secondes, après quoi on le refroidit rapidement à une tempé- rature pour laquelle il est insensible.