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" Procédé et installation pour le traitement de liquides , de préférence dans l'industrie des boissons, notamment du lait " .
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Il est connu de détruire les germes par chauffage de liquides tels que le lait , qui doivent servir de pro- duits alimentaires ou de stimulants .Il en résulte fré- quemment l'inconvénient que l'action de température rela- tivement élevées supprime les propriétés initiales du liquide , ou tout au moins les altères . Pour éviter cet inconvénient on a déjà proposé de chauffer le liquide brusquement en un laps de temps très court , par exemple en partant de 65 C, e de le refroidir ensuite aussi brus- quement jusqu'à la température de départ de 65 C .
De cette manière les germes sont détruits avec certitude et les globules de matières grasses ainsi que les autres consti- tuants de la substance supposée sèche , tels que l'albumi- ne , le sucre , eta .:, ne subissent aucune modification , ce qui conserve eu liquide ses caractéristiques initiales On choisit la température de départ de 65 C, parce que le chauffage prolongé à cette température n'exerce encore aucune action nuisible sur les propriétés du liquide , qui est dans ce cas le lait .
A cet effet , l'objet de la présente invention prévoit une disposition assez rapprochée de l'appareil de chauffage à haute température et de l'appareil de refroidissement, pour supprimer toute durée de séjour nuisible dans l'appa- reil à haute température et assurer un refroidissement des que le liquide atteint cette température .
Jusqu'ici le chauffage de liquides est généralement assuré par la vapeur d'eau ou l'eau chaude , par l'inter- médiaire d'une cloison de chauffage . On n'introduit la vapeur directe que dans certains cas isolés , et il en résulte des avantages et des inconvénients par rapport aux procédés usuels . On peut considérer comme avantage
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le fait qu'aucune différence de température n'est nécessai- re entre le fluide chauffant et le liquide chauffé . En suffisant effet , un apport/de chaleur permet au liquide de rece- voir la température de la vapeur . Par contre , lorsqu'on utilise une cloison de chauffage , il est nécessaire de pré- voir une différence de température d'au moins 5 C.
Le chauf- fage direct supprime complètement l'échangeur de chaleur utilisé dans d'autres conditions . L'inconvénient.consiste en ce que , la vapeur ayant codé sa chaleur au liquide , se transforme en condensât dont la présence au sein du liquide est le plus souvent non désirée .
Lorsqu'il s'agit de liqui- des comme le lait , qui ne doivent présenter qu'une propor- tion déterminée d'eau, il est nécessaire d'éliminer le condensat complémentaire , ce qui peut avoir lieu d'une manière simple par évaporation par détente , répondant en même temps à la condition du rapide . Il suffit , cet effet de maintenir dans la chambre de détente un vide correspondant à peu près 1;
la température initiale du liquide entrant dans l'aoparsil :-le chauffage à haute température , afin que soit éliminée une quantité de va- peur égale à celle que contient le liquide avant le chauf- fage . La vapeur dégagée peut être précipitée par de l'eau de refroidissement , directement ou indirectement dans un échangeur de chaleur ( condenseur à surface ), et cet échangeur peut en même temps servir au chauffage préala- ble du lait .
L'utilisation d'une cloison de chauffage , pour le chauffage du lait par exemple , présente encore cet in- convénient que les constituants albuminés ont tendance à adhérer à la cloison aux températures élevées , ce qui a pour effet de réduire progressivement la transmission de la cnaleur , done le rendement de l'échangeur .
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Pour que le maximum de température auquel est exposé le lait , par exemple , puisse être porte jusqu'à 160 dans le procédé , on prévoit une forte consommation de vapeur qui constitue un inconvénient ,car la chaleur que contient la vapeur de détente n'est disponible qu'à basse températu- re ( environ 65 C). Cette manière de procéder ne permet donc pas une récupération suffisante de la chaleur . La présente invention propose d'effectuer la détente en plu- sieurs fois , par exemple en deux fois , d'abord jusqu'à une pression un peu supérieure à la pression atmosphéri- que, ensuite directement jusqu'à la température d'environ 65 C qui correspondant à 0,25 kg/cm2.
La vapeur de la deuxième détente sert au chauffage du lait de 10 jus- qu'à environ 45 , clle de la première détente au chauffage du lait jusqu'à 65 C environ .. On peut ainsi réaliser une récupération de chaleur de 50 % dans l'installation , pour laquelle on adopte 120 comme maximum de température, considéré comme suffisant dans la plupart des cas . Au lieu d'utiliser la vapeur à basse pression du deuxième étage de détenté pour le chauffage préalable du lait ,on peut égale- ment effectuer ce chauffage préalable par le lait provenant de cet étage , qui présente également une température de 65 C. Dans ce cas la vapeur à basse pression est précipitée dans un condenseur à injection ou à surface . L'eau de re- froidissement ainsi chauffée peut avantageusement servir au'nettoyage ou à d'autres applications .
Le procédé qui vient d'être décrit est représenté sur la figure 1 du dessin annexé .
La figure 2 montre à plus grande échelle la partie supérieure de la chambre de détente
1 désigne le compartiment inférieur de la chambre de détente, 2 le compartiment supérieur avec la tubulure d'en- trée 3. A cette tubulure est raccordé un injecteur à vapeur
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4 d'un agencement approprié , recevant la vapeur en 5, tandis que le liquide ,tel que le lait , entre en 6 pour être porté à la température désirée d'une maniere connue en soi . La vapeur pénètre par exemple au centre de la veine liquide . Elle se condense immédiatement en élevant simulta- nément la température du liquide , et entraîna celui-ci com- plémentairement à son refoulement préalable dans la tubu- lure d'entrée 3.
Dans cette tubulure règne une pression manométrique de 2 kg/cm2 correspondant à la température du lait , qui est dans ce cas de 120 C. Le passage du liquide dans la chambre de détente a lieu d'une manière connue , par exemple à travers un obturateur à siège 7 (figure 2) et clapet 8, sur lequel agit un ressort 9 qui maintient ltéqui- libre à la différence entre la pression au-dessus du clapet 8 et le vide au-dessous de ce clapet 8 ( 65 = 0,25 kg/cm2).
Il en résulte une décompression brusque, donn- nt lieu au dégagement immédiat de l'excès de chaleur que contient le lait entrant , et à l'évaporation d'une partie correspon- dante .On peut choisir cette partie à volonté en réglant la pression régnant dans le compartiment de détente 2, qu'on suppose dans ce cas un peu supérieure à la pression atmos- phérique . La détente est accoapagnée du refroidissement dé- siré du liquide .
Une autre particularité de l'invention consiste en ce qu'un détecteur de température ou de pression 10 agit sur un régulateur de vapeur 11 (figure 1), qui détermine au besoin la température du liquide à chauffer en dosant la quantité de vapeur .
La vapeur résultant de l'évaporation s'échappe en 37 et passe dans un échangeur de chaleur 20 destiné au chauffage préalable du lait . Le lait ruisselle sur la face intérieure de la paroi du compartiment 2 et passe à
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travers un dispositif , dans ce cas un obturateur à siège 12 et clapet 13 (figure 2 ) comme précélemment, dans le compartiment inférieur de détente 1 , dans le- quel règne une pression d'environ 0,25 kg/cm2 qui corres- pond à la température de 65 . Le clapet est solidaire d'une tige 14 (figure 2 ) qui peut coulisser verticale- ment dans la tige tubulaire 15 du clapet supérieur 8.
A l'extrémité supérieure de la tige 14 est fixée une rondell'e 16 réglable en hauteur , contre laquelle s'au- puie un ressort 17. Ce ressort reçoit une tension préalable telle qu:- le clapet 13 soit capable de mainte- nir la différence des pressions entre le compartiment supérieur 2 et le compartiment inférieur 1.
L'effet désiré ne résulte pas obligatoirement de l'agencement décrit en regard du dessin , et le passage du liquide d'un compartiment dans l'autre peut avoir lieu d'une autre manière , par exemple à travers un distributeur à tiroir commandant la section de fentes , ou par une tuyère de pulvérisation ( tube) dont les orifices engendrent uns résistance correspondant à la pression différentielle , ou encore par l'intermédiaire d'un flotteur , etc
L'ensemble de l'installation ainsi que le marche du traitement du lait ressortent de la figure 1. L'entrée a lieu en 18, le lait passe successiv ment dans l'échan geur de chaleur 19, l'échangeur de chaleur 23;
et arrive par l'injecteur à vapeur 4 et la tubulure d'entrée 3 dans le compartiment supérieur 2 de l'évaporateur , ensui- te de la même manière au fond du compartiment inférieur 1, où¯il est aspiré par une pompe 21 repasse dans l'échan- geur de chaleur 19 en contrecourant avec le lait arrivant, et s'écoule finalement en 22, à travers un refroidisseur
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non représenté , dans les bouteilles ou d'autres réci- pients de transport ou de conservation pn vue de son uti- lisation finale . La récupération partielle de la cha- leur apportée a lieu dans l'échangeur de chaleur 19.
La vapeur de détente degagée dans le prem er compar- timent 2 passe en direction des flèches ù travers l'é- changeur de chaleur 20, cède dans celui-ci sa chaleur d'évaporation au lait préalablement chauffé dans l'é- changeur 19, et le condensat s'écoule à l'extérieur par un conduit 23.
La vapeur de détente de deuxième compartiment de dé- tente 1 passe (figure 1) dans un condenseur à surface 24 pour y être précipitée . Une pompe 25 aspire l'air et le condensat . On peut remplacer le condenseur à sur- face par un condenseur à injection , qui rond alors le même service . Ainsi qu'il a été indiqua précédemment, il est également possible d'utiliser cette vapeur de détente comme fluide de chauffage dans l'échangeur de chaleur 19, celui-ci étant alors un échangeur à sur- face . Dans ce cas il est néc essaire de tenir compte du vide ( 0,25 kg/cm2 , pression manométrique ).
Si le liquide doit être port: à une température plus élevée, par exemple de 155 C, on peut prévoir selon l'invention un étage de détente supplémentaire , de la manière indiquée sur les figures 3 et 4. En principe, l'agencement est le même que pour la détente en deux fois , sauf qu'on prévoit un étage supplémentaire 34.
Le lait ayant été préalablement chauffé à 65 C comme précédemment, il est porté à 100 C par la vapeur provenant du premier étage ,,d'une pression manométrique d'envi- ron 2 kg/cm2 = 120 C, par l'intermédiaire de l'injecteur
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à vapeur 32. Il passe dans un deuxième injecteur à vapeur 26, dans lequel il est porté à 155 C par de la vapeur provenant directement de la chaudiè- re . Un détecteur 27 commandant un régulateur de vapeur 28 détermine le débit nécessaire de la va- peur . Le lait détendu dans le compartiment 34 s'é- coule dans le deuxième compartiment 2, dans lequel règne à peu près la pression atmosphériique avec une température de,100 , ensuite dans le troisième compartiment 1 dans lequel règne une pression mano- métrique de 0,25 kg/cm2 avec une température corres- pondante de 65 .
La suite du cycle de circulation du lait et de la vapeur de détente dans les comparti- ments 2 et 1 est celle qui a été décrite en regard de la figure 2.
Lorsque la superposition des trois compartiments de détente ne convient pas, par exemple pour les gran- des capacités , on peut choisir l'agencement que mon- tre la figure 4. Cette installation comprend trois compartiments de détente séparés 29, 30 et 31 , dans lesquels la détente a lieu exactement de la maniè- re décrite en regard de la figure 3. Un inconvénient de cet agencement réside dans les tuyauteries de liai- son entre les compartiments , qui imposent un certain laps de temps pour le passage, ca qui signifie le maintien à la température précédente et doit être évité . Selon l'invention , on remédie cependant à cet inconvénient en utilisant la pression différen- .tielle pour obtenir une grande vitesse de passage dans les tuyauteries de passage 33,35 de faible section .
De cette manière , le maintien de la température entre deux compartiments consécutifs est réduit à une durée
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d'une fraction de seconde , et ne produit aucun effet nuisible .
La détente en trois fois n'entraîne pas une consom- mation de vapeur supérieure à celle de la détente en deux fois . Dans le premier de la récupération de la chaleur atteint 62 % .
Le procédé décrit est de préférence destiné aux liquides de l'industrie des boissons. Cependant , rien ne s'oppose à son utilisation dans d'autres cas, par exemple dans l'industrie des produits chimiques lorsque pour d'autres raisons , l@ chauffage brusque suivi d'un refroidissement également brusque peut offrir des avantages .