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Procédé <SEP> de <SEP> pasteurisation <SEP> de <SEP> liquides <SEP> sensibles <SEP> <B>à</B> <SEP> la <SEP> chaleur <SEP> et <SEP> dispositif
<tb> pour <SEP> la <SEP> nuse <SEP> en <SEP> #uvre <SEP> dudit <SEP> procédé. Le traitement par la chaleur de certains produits délicats, comme par exemple le lait, risque d'entraîner la perte de certaines de leurs qualités,<B>à</B> tel point que leur stérilisa tion est rendue fort difficile et même, dans certains cas, inapplicable.
Or, on a constaté que la fanon dont était conduite jusqu'à présent la pasteurisation et dont étaient construits les réchauffeurs de liquide connus jusqu'à ce jour ne permettait pas un contrôle de la température et de la durée de chauffage suffisamment précis. Dans ces appareils, en effet, tout au moins une partie du liquide<B>à</B> pasteuriser: a) est portée, par le contact inévitable avec la surface de chauffage du réchauffeur,<B>à</B> des températures trop élevées dépassant de beau coup la température théorique de chauffage;
<B>b)</B> subit un traitement<B>à</B> chaud trop long, étant donné que la durée moyenne de séjour du liquide dans le pasteurisateur, en fait<B>déjà</B> trop longue, est dépassée de 50% et plus, par suite des vitesses de passage différentes des diverses particules du liquide (couche limite freinée par le contact avec la paroi); c) reste encore pendant un temps appré ciable<B>à</B> des températures élevées après avoir quitté la surface de chauffe.
De ce fait, la valeur du produit tempéra- ture-temps, nécessaire pour une pasteurisa tion suffisante, est, pour une partie du liquide, dépassée<B>à</B> un point tel que des pertes de qua lité du lait deviennent inévitables.
On peut mettre en relief avec plus de pré cision le caractère inéluctable, dans les condi tions actuelles, de ces pertes de qualité.
La nécessité d'un réchatiffage aussi uni forme que possible de toutes les particules de lait conduit<B>à</B> étendre le lait en une couche mince (env. <B>5</B> mm) sur la surface de chauffe. Dans les pasteurisateurs modernes<B>à</B> plaques, le lait est dirigé sur un côté de la plaque et le fluide chauffant sur l'autre.<B>A</B> cause des petites sections de passage du lait (environ <B>1,5</B> em2) développées sur une grande longueur (environ<B>5</B> ni), la vitesse de passage du lait ne peut pratiquement pas dépasser<B>1</B> m/sec., alors que celle du fluide chauffant, par exem ple de l'eau chaude,
est d'environ 4 m/sec. et <B>plus.</B>
Les coefficients de transmission thermique étant proportionnels aux vitesses, le coefficient de transmission thermique a, (eau chaude- surface de chauffe) est environ quatre fois plus grand que le coefficient de transmission thermique a2 (surface de chauffe-lait). Dans le cas de l'application, beaucoup<B>plus</B> commode pour le service, de vapeur comme fluide chauf fant,<B>le</B> rapport
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devient plus grand que 4.
Or, la formule qui permet de calculer la température moyenne tsc de la tôle, après établissement d'un état d'équilibre entre tempé rature du fluide chauffant et température du lait, est la suivante:
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Si, par exemple, le lait doit être chauffé <B>à 85"</B> (t lait<B>= 85)</B> et s'il faut employer comme fluide chauffant de la vapeur<B>à 0,5</B> atm. (t fluide chauffant<B>= 1100),</B> il en résulte, pour un rapport
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Par ailleurs, le calcul montre que, si la vitesse<B>de</B> passage du lait est de<B>0,8</B> m/sec., l'épaisseur de la couche limite laminaire est égale<B>à</B> 0,4 mm.
Dans la section du canal chauffée des deux côtés, le lait se trouve donc avoir -une épais seur de 2 X 0,4<B>= 0,8</B> mm en passage lami naire le long d'une surface de chauffe qui est <B>à</B> une température d'environ<B>1000.</B> Comparé avec la profondeur totale.du canal qui est de <B>8</B> mm, cette épaisseur de<B>0,8</B> mm paraît mathé- matiquement représenter environ 10% du lait total, qui ne sont pas chauffés<B>à</B> 851, maximum, mais<B>à</B> environ<B>1000.</B>
Mais en réalité, étant donné que le lait coule plus lentement dans la couche limite laminaire que hors de cette couche la durée de l'effet de chauffe est beaucoup plus longue pour les particules de cette couche.<B>A</B> ces tem pératures trop élevées viennent donc Wajouter des durées de chauffage trop longues. Ces der nières se trouvent encore prolongées par le fait que le lait, après avoir quitté la surface de chauffe, ne se refroidit pas rapidement, mais au contraire reste encore assez longtemps<B>à</B> des températures élevées.
La présente invention a pour but d'éviter ces divers inconvénients et d'obtenir par con séquent un produit homogène et qui a con servé, dans la mesure compatible avec la théorie de la pastel-irisation, ses qualités ini- tiales. L'invention a pour objet un procédé de pasteurisation de liquides sensibles<B>à</B> la eha- leur. Ce procédé consiste<B>à</B> faire passer lesdits liquides, au moyen d'organes d'entraînement, en une couche mince, sur une paroi chauffante et<B>à</B> les refroidir aussitôt après sur une paroi réfrigérante attenante<B>à</B> la paroi chauffante.
Le procédé selon Finvention est caractérisé en ce que lesdits liquides sont entraînés contre une paroi chauffante par des organes d'en- #I traînement rotatifs, animés d'une vitesse péri phérique d*au moins 12 m/sec., l'épaisseur de la couche étant limitée en ménageant entre les extrémités des organes d'entraînement et la paroi chauffante un intervalle annulaire de 2 111111 au maximum, la couche mince étant ainsi rendue cylindrique et turbulente et la couche limite stationnaire pratiquement nulle.
L'invention a en outre pour objet un dis positif pour la mise en ceuvre du procédé ci-dessus, et qui comporte une chambre eylin- drique dont au moins une partie<B>de</B> la paroi est chauffée extérieurement et dans l'axe de laquelle est monté un rotor portant des or ganes d'entraînement dont l'extrémité, sus ceptible de se déplacer<B>à</B> une vitesse périplié- rique d'au moins 12 m/see., se trouve<B>à</B> une distance maximum de 2 nim de la paroi chauf fée, des orifices étant, d'autre part,
prévus pour introduire le liquide<B>à</B> une extrémité de la chambre et pour Févacuer <B>à</B> J'autre extré mité, ladite paroi chauffante étant prolongée par une paroi contiguë formant paroi réfrigé rante.
Le dessin ci-joint montre un exemple (le réalisation d'un dispositif conforme<B>à</B> l'inven tion; dans ce dessin: La fig. <B>1.</B> est une coupe axiale du dispositif muni de chauffage par la vapeur; la fig. 2 est une coupe diamétrale selon II-11 de la fig. <B>1;</B> la fig. <B>3</B> est -une coupe analogue d*une va riante de réalisation.
Le dispositif tel qu'il est représenté au dessin comporte une paroi cylindrique conti nue<B>1.</B> entourée, sur une partie de sa longueur, par une chemise 2 et, sur le reste de sa longueur, par une seconde chemise<B>3,</B> les extrémités de la paroi cylindrique étant fermées par des couvercles 4 et<B>5,</B> ce dernier étant de préfé rence de diamètre légèrement supérieur au diamètre clé la paroi;
<B>le</B> couvercle 4 comporte <B>titi</B> orifice d'entrée<B>6,</B> taudis qu'un orifice de sortie non représenté ait dessin est disposé tangentiellement<B>à</B> la périphérie du couver- ele <B>5.</B> Un arbre<B>7</B> passant<B>à</B> travers un presse- étoupe <B>8</B> porte un rotor cylindrique<B>9</B> pourvu d'ailettes<B>10</B> ainsi que des palettes<B>Il.</B> Dans la variante représentée<B>à</B> la fig. <B>3,</B> le rotor<B>9</B> est, remplacé par un tambour<B>9'</B> de diamètre presque égal au diamètre intérieur<B>de</B> la paroi <B>de</B> chauffage,
ce tambour portant clés canne- litres en saillie<B>10'.</B>
Le diamètre de la paroi chauffante et la vitesse d'entraînement du rotor sont choisis (le telle façon que la vitesse linéaire des extré mités des ailettes ou organes d'entrainement <B>10</B> ou<B>10'</B> soit dait moins 1.2 m/see., et que la distance entre cette paroi et ces extrémités soit inférieure<B>à,</B> 2 min. Dans le cas des fig. <B>1</B> et 2, le diamètre du corps du rotor n'a pas d'importance pour le fonctionnement du dis positif. mais, dans le cas du tambour repré senté<B>à</B> la fi#-. <B>3,</B> le diamètre du rotor doit être inférieur d'environ<B>6</B> min<B>à</B> celui de la paroi chauffante.
<B>Le</B> rotor étant en mouvement<B>à</B> l'intérieur du e<B>-</B> vlindre, un liquide quelconque introduit <B>par</B> l'orifice<B>6</B> se trouve violemment projeté et maintenu contre la paroi<B>1</B> par l'action des organes (I lent raînement <B>10</B> ou<B>10':</B> il forméra donc nue couche pratiquement cylindrique et d'épaisse-tir uniforme sur toute la longueur de cette paroi, jusqu'à tomber dans l'espace de diamètre supérieur du couvercle<B>5,</B> où les pa lettes<B>11</B> le forceront<B>à</B> sortir par l'orifice de sortie ménagé en cet endroit.
Si l'on injecte <B>de</B> la vapeur par l'orifice 12 de la chemise 2, eelle-ei chauffe la paroi sur la longueur qui lui correspond; si, de même, on introduit par ]*orifice <B>13</B> un liquide de refroidissement (par exemple le lait froid qui va être ultérieure ment traité), la chemise<B>3</B> refroidit la paroi sur le restant de sa longueur.
Le liquide introduit en<B>6</B> parcourt donc dans la chambre -un chemin en hélice; dans le cas de la fig. <B>1,</B> il laisse entre lui et le corps du rotor un espace libre, et l'épaisseur de la couche clé liquide dans llappareil est réglée, pour un régime donné du moteur, par l'ad mission de liquide en<B>6</B> et l'évacuation, tandis (lue, dans le cas de la fig. <B>3,</B> l'espace entre le rotor et la paroi fixe est pratiquement rempli par le liquide, dont on petit alors régler le débit en l'introduisant dans l'appareil<B>à</B> l'aide d'une pompe.
Ce dispositif présente les avantages sui vants: <I>a)</I><B>Il</B> permet d'abord d'éviter les tempéra tures trop élevées de la surface de chauffe. De la foi-mule citée plus -ha-Lit, il résulte que la température de la surface de chauffe se rap proche d'autant plus de la température du liquide que le rapport
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devient plus petit. Pour<U>a.,</U> infini, la température de la surface de chauffe deviendrait égale<B>à</B> la tempéra- turc du liquide. Une solution du problème technique, qui consiste<B>à</B> rendre a2 aussi ,g),rand que possible, est obtenue par le dispo sitif décrit ci-dessus.
Pour un réchauffeur<B>à</B> lait, c'est une vi tesse périphérique d'environ 20 in/sec., avec Line distance entre le bord extrême des organes d'entraînement et la surface de chauffe de <B>1,8</B> min, qui s'est avérée la meilleure.<B>Il</B> en résulte pour a## des valeurs allant jusqu'à <B>100 000</B> Keal/M2/11/h, de sorte que l'on peut atteindre pour le rapport
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un(, valeur<B>de</B> <B>0J</B> avec
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<B>A</B> ces allures, la couche laminaire a prati quement disparu.
<B><I>b)</I> Il</B> permet d'éviter une durée moyenne de séjour trop élevée du liquide dans le pas- teurisateur. Dans un appareil<B>à</B> débit continu de liquide, cette durée est donnée -par l'équa-
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tioli: <SEP> <U>Charge <SEP> <B>(kg)</B> <SEP> X</U> <SEP> <B>3600</B>
<tb> temps <SEP> moyen <SEP> (en <SEP> sec.) <SEP> <B>=</B> <SEP> débit <SEP> par <SEP> heure <SEP> <B>(kg)</B> Plus la charge est petite, plus le temps moyen est petit. La solution du problème technique, qui consiste<B>à</B> rendre la charge très petite, réside dans le fait qu'avec la vi tesse de rotation indiquée ci-dessus, le liquide s'étend sur la surface presque comme une che mise cylindrique d'une épaisseur allant jus qu'à<B>ô</B> mm.
On peut alors réduire considéra blement la surface de chauffe, d'une part,<B>à</B> cause<B>da</B> coefficient de transmission thermiqae élevé, d'autre part,<B>à</B> cause du gradient de température (vapeur-liquide) applicable dans ce procédé. Pour un réchauffeur de lait de <B>3000</B> litres1heure, le volume en contact avec la surface de chauffe ne doit pas dépasser <B>1</B> litre et de préférence être tel que la durée moyenne de séjour du lait sur la surface de chauffe ne soit que de<B>0,8</B> sec., ce qui corres pond, d'après la formule ci-dessus,<B>à</B> un vo lume de lait d'environ 2/3 de litre.
<B>c)</B> Il permet d'éviter l'inégalité des durées du séjour pour les diverses particules de liquide.
<B>Il</B> fa-Lit en effet pour cela: supprimer les espaces morts dans la cham bre de traitement<B>à</B> chaud, créer un chemin de passage obligatoire ment égal pour toutes les particules de liquide, obtenir une vitesse de passage pratique ment égale pour toutes les particules du liquide.
Or, ainsi que le montrent les fig. 2 et<B>3,</B> la chambre de traitement ne contient pas d'espaces morts; le chemin de passage, en forme d'hélice, obtenu par une vitesse de ro tation très élevée, est extrêmement stable; la turbulence, poussée<B>à</B> son maximum, fait pra tiquement disparaître la couche limite lami naire et crée ainsi, pour toutes les particules du liquide, une vitesse de passage aussi uni forme que possible.
<I>cl)</I> Il permet la suppression de toLite durée de séjour additionnelle dit liquide<B>à</B> des tem pératures supérieures<B>à</B> la température dange reuse.
La surface de chauffe du réchauffeur se transforme en effet immédiatement en une surface de réfrigération, qui n'a pour but que de refroidir brusquement le liquide, depuis la température finale de pasteurisation jusqu'à des températures non dangereuses. Ce refroi dissement, ne di-ire que quelques fractions de secondes.
e) Grâce<B>à</B> la température de la surface de chauffe, qui est totijours située aux envi rons immédiats de la température du lait, et <B>à</B> la durée de l'effet de chauffe qui est uni formément brève pour tüutes les particules, les dépôts sur la surface de chauffe (sembla bles aux dépôts de tartre sur la surface de chauffe d'une chaudière<B>à</B> vapeur), considérés jusqu'à présent comme inévitables, sont entiè rement supprimés, même si Fon chauffe<B>à</B> des températures plus élevées que celles aux quelles on effectue habituellement la pasteu risation.
Par exemple, on a chauffé 4000 litres de lait écrémé de<B>110 S</B> 11<B>(250</B> Dornie) de 48 <B>à 920 C</B> avec un débit de<B>1500</B> litres par heure. Le lait écrémé a complètement coagulé. Cepen dant, la surface de chauffe<B>à</B> la vapeur<B>à</B> <B>11700</B> n'a pas présenté la moindre trace de dépôt.
Cette qualité du pastearisateur permet d'utiliser du lait<B>déjà</B> acide pour en faire des produits de qualité.<B>Il y</B> a<B>là</B> un avantage économique très important, notamment dans les pays où le lait<B>déjà</B> acidifié est de rigueur.
Le fait que la surface de chauffe reste pro pre entraîne également pour le service de l'appareil une facilité et une économie de main-d'#uvre, puisque le nettoyage d'un pas- teurisateur <B>à</B> plaques nécessite environ deux heures.
En outre, étant donné que la surface de chauffe ne se recouvre pas de dépôts et ne se salit pas, même en cas de réchauffement de lait-acide, mais au contraire reste bien propre, on peut employer l'aluminium comme matériau de construction.<B>Il</B> en résulte une forte réduc tion de prix.
<B>f)</B> La surface qu'il est nécessaire de don ner<B>à</B> la surface de chauffe pour atteindre le but. poursuivi se calcule d'après la formule
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dans laquelle représente la quantité de chaleur<B>à</B> transmettre par unité de temps, <B>k</B> le eoefficient de chaleur par m2lhl" de différence de température, et <B>1</B> la différence de température entre le fInide chauffant et le fluide chauffé au milieu. de l'appareil.
Les valeurs numériques<B>k</B><I>et,</I> t indiquées ci-après sont des données expérimentales. Alors que la surface de eliaLiffe nécessaire était jusqu'à présent de
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dans Lin appareil du type décrit ci-dessus, cette valeur est de
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Pour une même quantité de chaleur<B>à</B> transmettre, le nouvel appareil n'exige donc qu'une surface de chauffage d'environ 71/o de celles employées jusqu'à ce jour. Le pasteuri- sateur devient plus petit et plus facile<B>ù</B> ma nier.
fl) Enfin, il est inutile de construire le nouvel appareil en différentes dimensions, puisque, par le seul réglage de la vapeur de chauffe, il peut être adapté<B>à</B> n'importe quel débit compris entre<B>500</B> et<B>5000</B> litresilieure. Ceci permet la fabrication en série et une réduction de prix corrélative.