Procédé pour la pasteurisation ou la stérilisation de produits liquides ou semi-liquides La présente invention a pour objet un procédé perfectionné pour la pasteurisation ou la stérilisation en continu de produits alimentaires ou autres se pré sentant à l'état liquide ou semi-liquide, tels que les produits laitiers comme le lait ou la crème, les jus de fruits, certaines conserves alimentaires, etc.
Il est déjà connu de pasteuriser ou de stériliser des produits du genre précité en injectant de la vapeur d'eau dans le produit amené de préférence à un état de fine division, après quoi on soumet le produit chaud ayant subi l'injection de vapeur pasteurisante ou stérilisante à au moins une détente à une pression intermédiaire entre la pression correspondant à la température initiale du produit à pasteuriser ou à stériliser et la pression correspondant à la température de pasteurisation ou de stérilisation, et l'on utilise la vapeur dégagée au cours de cette détente pour pré chauffer le produit à pasteuriser ou à stériliser avant de le soumettre au processus de pasteurisation.
On a déjà proposé notamment d'introduire la vapeur dégagée au cours de la détente susdéfinie du produit pasteurisé ou stérilisé, au sein même du pro duit à traiter, amené à un état de division approprié, de sorte qu'elle assure le préchauffage de ce produit par son mélange avec ce dernier.
On conçoit que cette manière d'opérer permet de réduire la quantité de vapeur vive étrangère qu'il est nécessaire d'introduire dans le produit pour assurer sa pasteurisation ou sa stérilisation, cette quantité étant d'autant plus faible que le préchauffage a été réalisé à une température plus proche de la tempé rature de pasteurisation ou de stérilisation. Ce résultat est particulièrement important dans le cas de la pas- teurisation ou de la stérilisation du lait où il est indis pensable d'obtenir un produit final ayant une compo sition inaltérée.
A cet égard, la réintroduction dans le lait, en vue de son préchauffage, de vapeur extraite du lait lui-même au cours de la détente à laquelle il est soumis après pasteurisation ou stérilisation, est parti culièrement avantageuse puisqu'elle a pour effet de réincorporer au lait, entre autres, des arômes qui, autrement, seraient éliminés du produit final, au détriment, parfois, de sa saveur.
Partant de ces considérations, on a eu l'idée, au lieu d'utiliser la vapeur dégagée du produit au cours de la détente à laquelle celui-ci est soumis après pas teurisation ou stérilisation pour préchauffer le pro duit à traiter, de comprimer mécaniquement cette vapeur à une pression au moins égale à celle qui correspond à la température de pasteurisation ou de stérilisation pour que ladite vapeur puisse être mêlée intimement à cette température au produit afin d'assurer sa pasteurisation ou sa stérilisation.
La réalisation de la pasteurisation ou de la stérili sation, au moyen de vapeur provenant du produit lui- même, permet alors de supprimer complètement l'introduction de vapeur étrangère dans le produit et d'obtenir une composition finale de ce dernier prati quement identique à sa composition initiale, résultat éminemment avantageux, notamment dans le cas du lait.
Dans la mise en oeuvre du procédé perfectionné selon l'invention, la -vapeur dégagée au cours de la détente du produit pasteurisé ou stérilisé peut être reprise et comprimée jusqu'à la pression désirée en un seul stade, au moyen d'un unique compresseur, avant d'être introduite dans la chambre de pasteurisation ou de stérilisation par l'intermédiaire d'un robinet- détendeur qui abaisse sa pression à la valeur corres pondant à la température de pasteurisation ou de stérilisation.
Dans un autre mode d'exécution de l'invention, la détente du produit chaud ayant subi l'injection de vapeur pasteurisante ou stérilisante peut être réalisée en plusieurs étages successifs, à des pressions décrois santes comprises entre la pression correspondant à la température de pasteurisation ou de stérilisation et la pression correspondant à la température initiale du produit à pasteuriser ou à stériliser, et les vapeurs dégagées au cours de ces détentes peuvent être recom- primées également en plusieurs étages successifs, à des pressions croissantes entre la pression à laquelle s'effectue la dernière détente et une pression supé rieure à celle qui correspond à la température de pasteurisation et de stérilisation.
Cette manière d'opérer, qui nécessite l'utilisation de plusieurs compresseurs ou d'un compresseur à multiples étages, permet par contre de réaliser un gain très appréciable de puissance motrice pour atteindre la pression finale désirée de la vapeur devant servir à la pasteurisation ou stérilisation, la somme des puissances à mettre en ouvre pour recom- primer la vapeur provenant de chaque détente jusqu'à la pression de l'étage immédiatement supérieur étant notablement inférieure à la puissance qui est néces saire pour recomprimer en une seule opération la vapeur provenant d'une détente unique jusqu'à la pression relativement élevée à partir de laquelle doit s'effectuer l'injection de vapeur pasteurisante ou stérilisante.
Un autre mode d'exécution du procédé selon l'invention, qui peut être mis en ouvre aussi bien dans le cas où la détente du produit pasteurisé ou stérilisé et la recompression des vapeurs provenant de cette détente ont lieu en un stade unique, que lorsque des opérations sont réalisées en plusieurs étages successifs, consiste à faire passer le produit à pasteuriser ou à stériliser dans le ou les compresseurs servant à la recompression des vapeurs, la sortie du compresseur du dernier étage étant prolongée par un conduit de dimensions convenables, formant chambre de pasteu risation ou stérilisation, et à la sortie duquel le pro duit pasteurisé ou stérilisé est détendu en un ou plusieurs étages jusqu'à la pression désirée.
Dans ces conditions, le produit se mélange intime ment avec les vapeurs de détente à l'intérieur du ou des compresseurs. Les vapeurs de détente comprimées avec le produit à traiter se condensent dans ce dernier au fur et à mesure d'une compression plus importante, soit dans le compresseur lui-même, soit aux divers étages. Ainsi donc les vapeurs véhiculées s'amenuisent de l'entrée à la sortie du ou des compresseurs, per mettant une économie très importante de puissance. D'autre part, la pasteurisation ou stérilisation s'effec tue ou s'achève dans le conduit qui prolonge la sortie du compresseur du dernier étage, ce qui permet d'éviter l'utilisation d'une chambre spéciale de pas teurisation ou de stérilisation et de dispositifs auxi liaires pour assurer une fine division du produit à pasteuriser ou à stériliser.
Selon une variante de ce dernier mode d'exécution, on peut ne soumettre le produit pasteurisé ou stérilisé qu'à une seule détente et faire passer successivement le produit à pasteuriser ou à stériliser et la vapeur provenant de cette détente dans plusieurs étages de compression progressifs, la sortie du compresseur du dernier étage étant prolongée comme précédemment par un conduit formant chambre de pasteurisation ou de stérilisation et à la sortie duquel le produit pas teurisé ou stérilisé est soumis à la détente précitée.
Dans tous les cas, le produit à pasteuriser ou à stériliser pourra être soumis, avant pasteurisation ou stérilisation, à un préchauffage réalisé, par exemple, au moyen d'un échangeur par surface recevant, soit une circulation de vapeur, soit une circulation à contre-courant du produit ayant subi la détente qui suit l'opération de pasteurisation ou de stérilisation - auquel cas ce préchauffage assure simultanément un refroidissement du produit traité. On pourra également supprimer tout préchauffage du produit à traiter et porter directement celui-ci de sa tempéra ture initiale à la température de pasteurisation ou de stérilisation par injection de la vapeur provenant de la détente ultérieure de ce produit, comprimée à une pression convenable.
Dans tous les cas, également, on pourra amorcer le démarrage du processus de pasteurisation ou de stérilisation en introduisant en un point approprié de la conduite de vapeur reliant la chambre de détente à la chambre de pasteurisation ou de stérilisation une quantité appropriée de vapeur vive, pour porter une première fraction du produit à la température de pasteurisation ou de stérilisation, cette admission de vapeur étant interrompue lorsque le fonctionnement est amorcé et que la température de pasteurisation ou de stérilisation peut être atteinte par l'injection de la seule vapeur provenant de la détente qui suit la pasteurisation ou la stérilisation.
Les fig. 1 à 5 du dessin ci-annexé représentent des schémas d'installations de pasteurisation ou de stéri lisation applicables à la mise en oeuvre des différents modes d'exécution du procédé selon l'invention.
Dans l'exemple de la fig. 1, 1 représente un échan geur de chaleur tubulaire dans lequel le produit à pasteuriser ou à stériliser (du lait par exemple) est amené à circuler au moyen d'une pompe 2, et est préchauffé par de la vapeur introduite en 3, les con- densats étant évacués en 4. Le produit ainsi pré chauffé est conduit dans une chambre de pasteurisa tion ou de stérilisation 5 par une conduite 6 qui comporte, à son extrémité interne, une buse de pulvé risation 7.
La partie inférieure de la chambre de pasteurisation ou de stérilisation 5 est reliée par un conduit 8 muni d'un robinet détendeur 9 à une chambre de détente 10, le conduit 8 pénétrant à l'intérieur de cette chambre et portant, à son extré mité interne, une buse de pulvérisation 11.
A la partie supérieure de la chambre de détente 10 est reliée l'aspiration d'un compresseur mécanique 12 (de préférence du type à chambre d'huile séparée) dont le refoulement est relié par un conduit 13 com portant un robinet-détendeur 14 à la chambre de pasteurisation ou de stérilisation 5. En un point approprié de la conduite reliant la chambre de détente 10 à la chambre de pasteurisation ou de stérilisation 5, par exemple entre le compresseur 12 et la chambre de détente 10, est branché un tuyau 15 d'amenée de vapeur de démarrage muni d'une vanne 16.
A la partie inférieure de la chambre de détente 10 est reliée l'aspiration d'une pompe d'extraction 17 dont le refoulement est ici relié à un échangeur tubu laire 18 qui reçoit, en 19, de l'eau de refroidissement évacuée en 20. Le produit refroidi sortant de l'échan geur 18 peut être recueilli dans un bac de réception 21.
La chambre de pasteurisation ou de stérilisation 5 est munie à sa partie supérieure, à la manière habi tuelle, d'un orifice de dégazage 22 pouvant être obturé par une vanne 23.
Le fonctionnement d'ensemble de l'installation ainsi constituée est le suivant: Supposant qu'il s'agisse par exemple d'une opéra tion de stérilisation de lait, le lait à traiter est introduit dans le préchauffeur 1 par la pome 2, à une tempéra ture initiale d'environ 15() C par exemple, et il y est porté à une température d'environ 1000 C par exemple. Le lait ainsi réchauffé est dirigé par le conduit 6 dans la chambre de stérilisation 5 dans laquelle il est fine ment divisé par la buse de pulvérisation 7. Le lait ainsi divisé est porté rapidement à la température de stérilisation (environ 1400 C par exemple) par la vapeur qui entre dans la chambre 5 par le conduit 13.
Au début du fonctionnement, cette vapeur est fournie par l'arrivée de vapeur 15, la vanne 16 prévue sur cette arrivée étant fermée dès que le fonctionnement normal de l'installation, tel qu'il est décrit plus com plètement ci-après, est amorcé. La petite quantité de lait traitée au cours de cette période de démarrage et dans laquelle se trouve ainsi introduite une certaine proportion de vapeur extérieure peut être éliminée, si on le désire, à sa sortie de l'appareillage.
Le lait stérilisé dans la chambre 5 se rassemble à la partie inférieure de celle-ci et il est dirigé par le conduit 8 dans la chambre de détente 10. La détente qu'il subit dans cette dernière est telle que la tempé rature se trouve abaissée, par exemple, à environ 100 C. La vapeur dégagée au cours de cette détente est reprise par le compresseur 12 et comprimée par celui-ci à une pression convenable, par exemple de l'ordre de 3 kg effectifs, de sorte qu'elle se trouve portée à une température supérieure à la température de stérilisation.
Elle est alors introduite dans la chambre de stérilisation 5 à travers le robinet déten deur 14 qui abaisse sa pression à la valeur correspon dant à la température de stérilisation (par exemple une pression de l'ordre de 2,7 kg effectifs pour une tempé rature de stérilisation d'environ 1400 C).
On voit donc qu'après la courte période de démar rage mentionnée plus haut, la stérilisation du lait est effectuée entièrement par de la vapeur provenant du lait lui-même, ce qui évite toute introduction de vapeur étrangère dans le lait et assure au contraire la réincorporation dans celui-ci des arômes volatils dégagés lors de la détente subie par le lait dans la chambre 10. La composition finale du lait traité reste donc la même que sa composition initiale, le robinet 23 placé sur l'orifice de dégazage 22 de la chambre de stérilisation 5 étant réglé pour ne laisser s'échapper que le peu d'air pouvant se trouver occlus dans les particules du lait.
Le lait stérilisé est repris à la partie inférieure de la chambre de détente 10 par la pompe 17 et il est conduit par celle-ci. à travers l'échangeur 18 dans lequel il subit un refroidissement complémentaire, à une température d'environ 30 C par exemple, avant d'être recueilli dans le bac de stockage 21.
Bien entendu, l'installation représentée à la fig. 1 est applicable, dans des conditions analogues à celles qui viennent d'être décrites - aux températures de traitement près - à la pasteurisation du lait et, d'une manière plus générale, à la pasteurisation ou à la stérilisation de tous produits alimentaires liquides ou semi-liquides par le procédé selon l'invention.
Dans l'exemple de la fig. 2, ou les mêmes chiffres de référence désignent -les mêmes éléments qu'à la fig. 1, le produit à pasteuriser ou à stériliser (du lait par exemple), préchauffé dans l'échangeur de cha leur 1, est conduit et pulvérisé dans la chambre de pasteurisation ou de stérilisation 5. La partie infé rieure de celle-ci est reliée par un conduit 8, muni d'un robinet détendeur 9, à une première chambre de détente 10, le conduit 8 pénétrant à l'intérieur de cette chambre et portant, à son extrémité interne, une buse de pulvérisation 11.
La partie inférieure de la chambre de détente 10 est reliée à une seconde chambre de détente 24 par un conduit 25 muni d'un robinet détendeur 26 et se terminant à l'intérieur de la chambre 24 par une buse de pulvérisation 27.
Si l'on suppose, comme dans l'exemple précédent, qu'il s'agisse par exemple d'une opération de stérilisa tion du lait, le lait, introduit dans le préchauffeur 1 à une température initiale d'environ 150 C par exemple, y est porté à une température d'environ 1000 C par exemple, et sa stérilisation s'effectue dans la chambre 5 à une température d'environ 1400 C par exemple. Le lait stérilisé dans cette chambre subit dans la chambre 10 une première détente abaissant sa température par exemple à environ 125 C, puis, dans la chambre 24, une seconde détente abaissant sa température par exemple à environ 100 C.
Le lait stérilisé évacué en 28 à la partie inférieure de la chambre 24 peut être soumis à un refroidissement complémentaire de la façon décrite pour l'exemple de la fig. 1.
La vapeur dégagée dans la chambre de détente 24 est reprise par un compresseur 29 qui la comprime à une pression sensiblement égale à celle de la vapeur dégagée dans la première chambre de détente 10, c'est-à-dire, dans l'exemple choisi, à la pression correspondant à la température de 1250 C, soit à une pression d'environ 1,4 kg effectif. L'ensemble de la vapeur sortant du compresseur 29 et de la première chambre de détente 10 est reprise par un second compresseur 30 qui la comprime à une pression de l'ordre de 3 kg effectifs par exemple, correspondant à une température supérieure à la température de stéri lisation.
La vapeur ainsi comprimée est alors intro duite dans la chambre de stérilisation 5 à travers un robinet détendeur 14' qui abaisse sa pression à la valeur correspondant à la température de stérilisation, c'est-à-dire, dans l'exemple considéré, à une pression de l'ordre de 2,7 kg effectifs correspondant à la tem pérature de stérilisation d'environ 140 C.
Un tuyau 15' d'amenée de vapeur muni d'une vanne 16' est ici branché entre le compresseur 29 et la chambre de détente 24 pour permettre le démarrage du fonctionnement, ainsi qu'il a été prévu plus haut.
Le schéma de la fig. 3 représente une installation de pasteurisation ou de stérilisation comportant un seul étage de détente et de compression mais dans laquelle le produit à pasteuriser ou à stériliser est amené à passer dans le compresseur servant à com primer la vapeur provenant de la détente. Dans ce schéma, la vapeur dégagée dans la chambre de détente unique 10' est reprise à travers un conduit 31 par un compresseur 32 qui reçoit également le produit pré chauffé sortant de l'échangeur de chaleur 1, et refoule l'ensemble dans un conduit 33 formant chambre de pasteurisation ou de stérilisation.
Si l'on suppose, comme dans les exemples précédents, qu'il s'agisse d'une opération de stérilisation de lait s'effectuant à une température d'environ 1400 C, la vapeur prove nant de la chambre de détente 10' et le produit sortant du préchauffeur 1 étant l'une et l'autre à une tempé rature d'environ 1000 C, le taux de la compression réalisée par le compresseur 32 doit être tel que l'en semble refoulé dans le conduit 33 se trouve porté à environ l40 C. Grâce au mélange intime du lait et de la vapeur, résultant du brassage auquel ceux-ci ont été soumis dans le compresseur, la stérilisation du lait peut ainsi se trouver assurée dans le conduit 33 en un temps très court, les dimensions dudit conduit devant naturellement être calculées de façon que ce résultat soit atteint sans risque de détérioration des qualités du lait.
Un robinet-détendeur 34, disposé à la sortie du conduit 33 et auquel fait suite un con duit 35 se terminant à l'intérieur de la chambre 10' par une bise de pulvér.sa.ion 36, permet d'assurer la détente du lait stérilisé dans cette chambre, de telle façon que sa température s'y trouve abaissée à la tem pérature indiquée d'environ 1000 C. Comme précé demment, le démarrage de l'installation peut être obtenu au moyen d'une arrivée de vapeur auxi liaire 15' branchée ici sur le conduit 31 reliant la chambre de détente 10' au compresseur 32. La fig. 4 représente une application de la disposi tion représentée à la fig. 3 dans le cas d'une installa tion comportant plusieurs étages de détente et de compression.
Dans l'exemple figuré, l'installation comprend une première chambre de détente 10" dont la partie inférieure est reliée, comme dans l'exemple de la fig. 1, à une seconde chambre de détente 24". La vapeur dégagée dans la chambre 24" est reprise à travers un conduit 37 par un compres seur 38 qui reçoit également le produit préchauffé sortant de l'échangeur de chaleur 1 et qui comprime l'ensemble à une pression sensiblement égale à celle de la vapeur dégagée dans la première chambre de détente<B>10'.</B> Le mélange comprimé dans le compres seur 38 reçoit en outre la vapeur dégagée dans la chambre 10", amenée par un conduit 40, et qui refoule l'ensemble dans un conduit 41 après l'avoir comprimé de façon qu'il se trouve dans ledit conduit 41 à la température de pasteurisation ou de stérilisation.
Le produit pasteurisé ou stérilisé sortant du conduit 41 est ensuite détendu dans la chambre 10" à travers un robinet-détendeur 42 relié à ladite chambre par un conduit 43 muni d'une buse de pulvérisation 44. On a figuré en 15" l'arrivée de vapeur de démarrage, branchée par exemple sur le conduit 37.
Dans la variante représentée à la fig. 5, il est prévu une seule chambre de détente 10' mais la vapeur dégagée de cette chambre est soumise à une compres sion en au moins deux stades au moyen d'au moins deux compresseurs 45 et 46 disposés en série et dans lesquels le produit préchauffé sortant de l'échangeur de chaleur 1 est également amené à passer successive ment.
La compression subie par le mélange produit- vapeur dans le premier compresseur 45 est telle qu'à la sortie de ce dernier, ledit mélange se trouve à une température intermédiaire entre la température de préchauffage et la température de pasteurisation ou de stérilisation, tandis que la compression à laquelle ce mélange est soumis dans le second compresseur 46 est telle qu'à la sortie de celui-ci, ledit mélange soit à la température de pasteurisation ou de stérilisation. Cette dernière opération a lieu, comme précédem ment, dans un conduit 47 de dimensions appropriées adapté à la sortie du compresseur 46 et auquel fait suite un robinet-détendeur 48 relié à la chambre de détente 10' par un conduit 49 muni d'une buse de pulvérisation 40.
Bien entendu, les compresseurs peuvent être rem placés par un compresseur à multiples étages. D'autre part, dans les différentes applications représentées et décrites, au lieu de réaliser au moyen de vapeur le préchauffage du produit à pasteuriser ou à stériliser, on pourrait, ainsi qu'il a été indiqué plus haut, assurer ce préchauffage et simultanément le refroidissement du produit pasteurisé ou stérilisé par une circulation à contre-courant, dans un même échangeur par surface, du produit à traiter et du produit pasteurisé ou stérilisé extrait de la dernière chambre de détente.