Appareil pour le traitement thermique des liquides et des semi-liquides. La présente invention, due à M. Maucorps Jean, a pour objet un appareil pour le traite ment thermique .des liquides et .des semi- liquides, notamment applicable à, l'industrie alimentaire, par exemple à la fabrication du lait eoildensé, lait en poudre, jus de viande concentrés, poudre de sang et analogues.
On sait que les dispositifs habituels réali sant ce traitement comprennent généralement un appareil destiné à. pulvériser le liquide en particules extrêmement fines - d'un dia mètre inférieur à 50 microns - afin d'aug menter la surface du liquide en contact avec l'agent de traitement thermique et de réduire au minimum la durée -de celui-ci (cette durée est ramenée pratiquement à une fraction .de seconde), de façon à éviter les transforma tions du produit traité;
cette pulvérisation très fine, ou atomisation, est obtenue soit par compression et détente en faisant passer le li quide sous pression à travers un orifice très petit, soit par centrifugation, le liquide traité étant amené au centre -d'un disque tournant à grande vitesse, généralement muni -d'un cer tain nombre de buses d'écoulement radiales.
Le liquide ainsi pulvérisé est projeté soit sur une paroi portée à une température conve nable, soit à. travers une chambre dans la quelle on fait circuler, normalement au tra jet -des particules du liquide, un courant de gaz, d'air chaud par exemple (préalablement débarrassé de ses impuretés par des filtres ap propriés pour éviter la contamination -du pro -duit traité).
L'appareil faisant l'objet de la présente invention, qui est du type dans lequel le li quide finement pulvérisé est projeté sur une paroi portée à une température convenable, est caractérisé par le fait que ladite paroi est animée d'un mouvement de rotation rapide et qu'elle est inclinée de telle manière, par rap port à la direction de la force centrifuge, que la composante normale -de -cette force appli que les particules fortement contre ladite pa- roi, tandis que la composante tangentielle de cette force les oblige à cheminer lentement le long de ladite paroi sans qu'elles puissent la quitter pendant le traitement.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, une forme d'exécution de l'appa reil selon l'invention ainsi qu'une variante.
La fig. 1 représente l'ensemble de l'appa reil en coupe verticale longitudinale; La fig. 2 est, à plus grande échelle, une vue -de face partielle du dispositif de pulvé risation et des parois tournantes de traite ment; La fig. 3 représente une variante du -dis- positif de la fig. 2; La fig. 4 est une coupe axiale, également à plus grande échelle, de ces organes de pulvé risation et de traitement.
L'appareil représenté comporte un dispo sitif pulvérisateur, ou atomiseur, du type cen trifuge, -constitué par un disque creux 1, --com- portant un certain nombre de buses radiales d'écoulement 2 et recevant par son centre un jet -de liquide à traiter amené par une tuyau terie 3 terminée par une tuyère calibrée. Le disque atomiseur est entraîné directement par une turbine 4, à une vitesse,d'autant plus con sidérable qu'on désire obtenir pour les parti cules un diamètre plus réduit. Cette vitesse varie d'ailleurs avec le liquide traité et le .de gré de traitement.
Dans certains -cas, l'em ploi d'un moteur électrique peut s'avérer plus avantageux que celui d'une turbine. L'arbre 5 est supporté par un moyeu fixe 6. Une bu tée 7 permet d'éviter les déplacements longi- tudinaux de d'arbre.
Le disque de pulvérisation est entraîné à une vitesse de l'ordre de 12.000 tours par mi nute.
En arrière du -disque atomiseur 1 se trouve disposé un autre disque tournant coaxial au précédent, dénommé disque de trai tement 8, monté librement sur le moyeu 6 par l'intermédiaire de roulements à billes 16. Ce disque de traitement est entraîné à une vitesse de 1200 tours par minute environ par une -deuxième turbine 18 (ou un moteur élec trique) par l'intermédiaire d'une courroie montée sur une poulie 17 clavetée en bout d'arbre de cette turbine. Ce disque 8 est plan dans sa partie centrale et présente un bord évasé formant cuvette au centre de laquelle se trouve le disque atomiseur 1.
Dans sa partie centrale plane, le disque 8 porte, autour du disque atomiseur 1, des aubes 9 analogues à celles -d'un rotor d'une turbine hydraulique et situées dans le même plan vertical que les buses 2 de l'atomiseur, de manière à recevoir et entraîner dans la rotation du disque 8 les particules de liquide sortant des buses de pulvérisation.
La face du disque 8 portant les aubes 9 est divisée en trois zones distinctes (fig. 2 et 3): 10 Une zone de réception<I>AB</I> destinée à balayer les particules liquides projetées par l'atomiseur avant qu'elles n'aient atteint la région extérieure au cercle passant par le point B. Il y a lieu de remarquer que l'on peut adopter dans cette zone<I>AB</I> des inclinaisons différentes pour les aubes.
En effet, les par ticules étant projetées sensiblement suivant -des .directions tangentes au disque atomiseur 1, il se produira des chocs plus ou moins vio lents entre les particules et les aubes, suivant que ces aubes font un angle plus ou moins grand avec les tangentes au disque 1 (à noter que, dans cette zone où les particules sont simplement cueillies par les aubes sans subir de traitement thermique, ces chocs ne présentent aucun inconvénient; ils produisent au contraire dans certains cas un surcroît de pulvérisation).
On peut donc profiter de ces chocs pour aider à l'entraînement du disque 8 en disposant dans la zone AB les aubes radialement, comme le montre la fig. 2, ou bien incliner fortement les aubes par rap port au rayon, de manière à atténuer ces chocs, comme le montre la fig. 3.
Dans le cas où le liquide traité pourrait donner lieu à des projections indésirables, la région<I>AB</I> de l'aubage sera recouverte par une tôle de protection.
2o Une zone -de traitement <I>BC,</I> dans la quelle les aubes sont inclinées par rapport à la. direction de la force centrifuge, de sorte que la composante normale à la direction de l'aube de la force centrifnbe due à la rotation du disque 8 applique les particules contre la paroi de l'aube en exerçant sur ces particules une énergique action de freinage, tandis que la composante tangentielle de cette force oblige lesdites particules à. cheminer lente ment le long de ladite paroi.
Il sera indiqué plus loin de quelle manière les particules de liquide pulvérisé se trouvent soumises, dans cette partie<I>BC,</I> à un traitement thermique.
30 Une zone de projection<I>CD,</I> compre nant le bord évasé en forme de cuvette du .dis que 8, grâce auquel les particules qui ont -été traitées thermiquement en<I>BC</I> sont évacuées élans un canal collecteur annulaire 10.
Dans le .corps du disque de traitement 8 (fig. 1 et 4) est. disposée, en regard de la cou ronne de traitement <I>BC,</I> une chambre annu laire 14 à laquelle aboutit un certain nombre de canalisations 13 provenant d'une gorge an nulaire 12 située dans le moyeu du disque 8. La vapeur nécessaire au chauffage de cette chambre est amenée au disque 8 par une tuyauterie 11; arrivée dans cette chambre 14, la vapeur échauffe la paroi postérieure de la région<I>BC</I> .des aubes 9 par l'intermédiaire @de la paroi du disque 8. L'eau -de condensation de la vapeur de chauffage est expulsée par un certain nombre de purgeurs 15 disposés régulièrement sur le pourtour extérieur de la chambre 14.
Chacun de ces purgeurs est cons titué par une soupape cylindro-eonique 15' chargée .d'un ressort 1,5" dont la tension peut être réglée par un bouton moleté 15"'. Sous l'effet de la force centrifuge, l'eau :de conden sation exerce une poussée sur la soupape 15' et, lorsqu'elle s'est amassée en quantité suffi sante, force celle-ci à s'ouvrir. Les purgeurs 15 projettent l'eau & condensation contre une paroi 23 le long -de laquelle elle ruis selle pour être évacuée par 24.
Le fonctionnement :de l'appareil est le suivant: une fois les disques mis en rotation dans le sens des flèches .des fig. 2 et 3, le li quide amené par le tuyau 3 est pulvérisé par le disque 1 et, recueilli par les aubages 9, il chemine avec une vitesse relativement faible le long -de la paroi inclinée -de la région BC portée à la température voulue. La durée de déplacement des particules le long de cette paroi .dépend, pour une vitesse :donnée du disque atomiseur 1, .de la valeur de la compo sante normale à ladite paroi de la force cen trifuge.
On choisit la vitesse de rotation :du disque 8 et l'inclinaison de la région de trai tement des aubes,,de telle manière que la du rée de parcours :des particules soit suffisante pour que le traitement s'effectue normale ment.
Les particules de liquide concentré 6va- :cuées dans le canal annulaire collecteur 10 s'amassent par gravité en 20 à la partie infé rieure de l'appareil, d'où elles sont évacuées par exemple par pompage, tandis que les va peurs du liquide soumis à l'évaporation se condensent dans un .condenseur ià mélange 21.
Une pompe branchée sur la tubulure :du :con denseur 22 aspire les liquides et les gaz in- condensables. Dans le cas :dé la préparation de la poudre -de lait (ou autre), on peut s'ar ranger pour que chaque goutte, en arrivant à l'extrémité de l'aube, soit sèche et expulsée à l'état de petite particule solide.
Les parties principales de l'appareil, c'est à-dire l'organe pulvérisateur et le disque de traitement, sont contenus dans un carter étan che 19. On peut faire le vide dans ce carter, de sorte qu'il est possible .de procéder effecti vement à une concentration ou â une dessicca tion sous vide. Des joints à vide sont prévus à l'entrée de la vapeur dans le disque de trai tement et à la traversée de la paroi du car- ter 19 par les .deux axes de turbine.
Le canal annulaire 10 .et le condenseur 21 sont fixés sur une flasque 2'5 montée sur charnière et maintenue en ordre de marche contre le carter par :des vis 26. Lorsqu'on veut nettoyer l'intérieur de l'appareil, il suffit :d'ouvrir cette flasque, et les parties -de l'appa reil qui sont entrées en .contact avec le li quide traité, à savoir .les :deux disques et le canal annulaire, -deviennent immédiatement accessibles et peuvent donc être nettoyées dans un temps particulièrement court.
On a décrit ci-dessus le fon.etionnement en évaporateur de l'appareil représenté. Toute fois, le même appareil se prête à d'autres traitements, par exemple â la réfrigération ou à la congélation. Dans ce cas, il suffit d'in troduire, par la tuyauterie 11, dans le disque 8, soit la saumure, soit le gaz froid.
Dans le cas de l'emploi @de la saumure, celle-ci est expulsée -de la chambre 14 par les purgeurs 15 -de la même manière que l'eau de condensa- tion -de la vapeur -chauffante. Par contre, lors que l'on veut refroidir par .détente d'un gaz, il est nécessaire .de prévoir, pour le retour du gaz employé, un .deuxième tuyau 11, une partie des canalisations 13 servant pour l'aller et une partie pour le retour de ce gaz. Les purgeurs 15 sont alors bloqués ou supprimés.
Enfin, une autre forme d'exécution de l'appareil pourrait permettre un traitement comprenant une évaporation suivie d'un re froidissement. La chambre 14 est alors divi sée en deux compartiments concentriques à l'aide d'une cloison -cylindrique isolante, et l'on fait arriver la vapeur chauffante dans le premier compartiment, le fluide réfrigérant dans le second. Pour éviter de mélanger la .saumure et l'eau de condensation, on emploie alors pour le refroidissement la détente d'un gaz.
Toutes ces opérations peuvent se faire sous vide grâce au carter étanche 19, ce qui élimine tout risque de contamination du pro- tluit traité par l'air.
Les avantages de l'appareil décrit et re présenté sont très nombreux. On peut men tionner plus particulièrement les suivants: <B>10</B> Les particules ne peuvent pas rebon dir de la paroi de traitement, tournante et in clinée, comme -décrit et représenté, comme dans le -cas des appareils à paroi chauffée connus, où, du fait de leur vitesse très grande (de l'ordre de 250 mètres à la seco.n.de) elles rebondissent sur la paroi, ce qui a pour effet, d'une part, que lesdites particules ne restent pas en contact avec la paroi et que, d'autre part,
ces rebondissements peuvent provoquer la. réunion de plusieurs particules, -de sorte que la durée de traitement prévue peut être insuffisante pour ces grosses particules. 20 La vitesse d'évaporation étant considé rable du fait du contact intime avec la paroi de traitement, l'encombrement et le prix .de re vient -de l'appareil sont faibles en regard -de l'évaporation horaire obtenue, alors que dans les appareils connus avec emploi -de gaz chaud (ou froid), l'évaporation se faisant plus len tement, la chambre de traitement .doit avoir des dimensions beaucoup plus importantes, afin que le traitement soit terminé lorsque ies particules atteignent les parois -de la chambre.
De plus, en .dehors des pompes, l'appareil décrit rie comporte pas d'organes annexes coû teux et encombrants tels que batteries chauf fantes, ventilateurs, filtres, etc., tous indis pensables dans les appareils connus à emploi de gaz.
<B>30</B> La vitesse d'évaporation considérable permet également d'utiliser la vapeur à haute ou basse pression. La. vapeur à haute pression ne risque pas, malgré la température élevée, ,de porter atteinte aux qualités du produit traité, du fait -de la quasi-instantanéité -du traitement. L'absence du fluide intermédiaire (par exemple de l'air chaud ou froid) permet d'améliorer le rendement thermique, qui est par contre très bas dans les appareils à gaz, -dans lesquels, pour avoir une consommation de vapeur acceptable par unité de poids d'eau évaporée, il est nécessaire @de procéder à une concentration préalable -du liquide sous vide.
40 La durée du traitement étant extrême ment réduite, les propriétés microbiennes et organoleptiques des produits traités demeu rent intactes. De plus, aucun phénomène para site, de nature physico-chimique par exemple, n'a le temps -de venir troubler la suite nor male des opérations et .d'amoindrir la qualité des substances finalement obtenues. Ces avan tages ont une importance toute particulière dans l'industrie -des produits alimentaires.
5o La quasi-instantanéité du traitement permet aussi, dans le cas de l'évaporation, d'opérer sans que le produit traité cesse de demeurer à basse température et même par fois à la température ambiante. Il en résulte qu'il devient inutile de procéder, après évapo- ration, à un refroidissement ayant pour but de ramener le produit traité à la température ambiante, ce qui correspond à une économie de matériel, à une diminution du prix de re vient et à la suppression d'une partie des ris ques -de contamination.
<B>60</B> Lorsque l'évaporation ou la réfrigéra tion ont pour effet de déterminer la cristal lisation -de tout ou partie du produit traité, cette cristallisation s'opère obligatoirement sous forme d'un grand nombre de cristaux -de très petites dimensions, puisqu'elle s'effectue lorsque le produit est à l'état finement divisé. Cette particularité prend une grande impor tance dans l'industrie du lait condensé sucré.
<B>70</B> L'appareil représenté permet de trai ter la matière pulvérisée sous vide, de sorte que l'on peut opérer à des températures en core plus basses, augmenter à nouveau la vi tesse d'évaporation, réduire les pertes par rayonnement calorifique et supprimer les ris ques de contamination ou d'oxydation par l'air ambiant.
<B>80</B> Le traitement étant continu, pas -de pertes de temps au début et à la fin d'opéra tions séparées, ce qui accroît la capacité de production. La fabrication d'un produit de caractéristiques constantes est facilitée. Les bacs de stockage, destinés à recevoir le pro duit entre deux opérations de la fabrication, deviennent inutiles.
90 Cet appareil permet d'obtenir le pro duit traité sous forme liquide, pâteuse ou pul vérulente, alors que les appareils connus jus qu'à présent ne permettent d'obtenir le pro duit final que sous une forme déterminée. Il en résulte pour certaines industries, comme l'industrie laitière de concentration par exem ple, une grande souplesse de fabrication. De plus, la concentration avec malaxage qui in- tervenait dans la fabrication des produits pâ teux par évaporation, cesse d'être nécessaire, ce qui -correspond à, un abaissement du prix de revient -de ces produits.
<B>100</B> Certains liquides chauffés (comme le sérum -de lait par exemple) donnent des mousses si abondantes qu'il est pratiquement impossible de les évaporer dans les appareils usuels. Ils sont très facilement traités par l'appareil représenté. 110 Le nettoyage et la stérilisation de cet appareil sont remarquablement simples:
un appareil pouvant évaporer 1500 litres d'eau à l'heure peut être nettoyé et stérilisé en moins de 10 minutes. La capacité de production s'en trouve accrue et toute contamination devient pratiquement impossible. Il suffit d'un seul ouvrier pour assurer la mise en marche, le fonctionnement et le nettoyage de l'appareil.