WO2006123047A1 - Installation pour le traitement thermique d'un liquide thermosensible - Google Patents

Installation pour le traitement thermique d'un liquide thermosensible Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an installation for the continuous heat treatment of a heat-sensitive liquid, such as a dairy product, comprising: a mixing chamber provided with means for introducing said liquid and water vapor, wherein said liquid is subjected to heat treatment under the effect of the heat provided by said water vapor,
  • a chambering tube whose one end is in communication with the mixing chamber and the other end is provided with a section reduction means defining a flow passage, and - an expansion chamber of which entry is constituted by said passage.
  • the section reduction means which is in the expansion chamber so that no downstream wall is subjected to high temperatures, delimits a passage of constant section flow, which poses the following problem.
  • the section reduction means In the event of an increase in the flow rate of arrival of liquid in the mixing chamber, there is an increase in the pressure drop at the section reduction means and therefore an increase in the pressure upstream of the latter. It follows that to penetrate the water vapor in the mixing chamber, it is necessary to increase the pressure of introduction of this vapor, which is accompanied by an increase in its temperature and therefore a risk. degradation of the thermosensitive liquid.
  • These adjustment means make it possible to act on the section of the flow passage as a function of the inlet flow rate of the liquid in the mixing chamber, so as to keep the time and the chambering temperature substantially constant and thus to prevent degradation of the liquid by heat.
  • Said adjustment means may be manual means; alternatively, they can be part of a control loop for maintaining the torque chambering time / chambering temperature.
  • the above-mentioned adjustment means preferably comprise means for shutting down said flow passage in a controlled manner.
  • said closure means comprise a piston movable relative to the flow passage in order to modify the section of the latter.
  • said piston may comprise a piston rod and means for actuating the latter.
  • said adjustment means, shutter means, piston and rod of piston are at least partially disposed in said expansion chamber.
  • piston and piston rod are located, at least partially, in an area where a relatively mild temperature (relative to that prevailing in the chambering tube) prevails for the heat-sensitive liquid; as a result, these means, piston and rod undergo only a very moderate fouling, or even zero, by the products of degradation of said liquid.
  • the relaxation chamber referred to above may be a pre-relaxation chamber.
  • the end of the chambering tube, provided with the section reduction means, is advantageously extended by an annular element whose downstream face is complementary to the surface of the piston.
  • At least one of the members constituted by said annular element, the piston and the piston rod comprises within it means for circulating a cooling fluid.
  • thermosensitive product such as milk.
  • Such an installation conventionally comprises a mixing chamber 1 of known structure and provided with an inlet 2 of heat-sensitive liquid and a steam inlet 3, the temperature and the rate of introduction of the steam. implementation being chosen according to the nature of the heat-sensitive liquid to be treated.
  • the mixing chamber 1 has an outlet 4 which opens on one end of a holding tube 5 whose other end 6 is associated with a piston 7 for reducing and adjusting its section.
  • the annular flow passage delimited by the end 6 and said piston 7 coincides with the inlet of a pre-expansion chamber 8 which communicates via a conduit 9 with an expansion chamber 10 provided, at its upper part, a steam outlet 11 (connected to a condenser not shown) and, at its lower part, a product outlet 12 connected to the suction of a recovery pump 13, the discharge 14 may for example bring the produced to a downstream process.
  • the piston 7 is conically shaped and is extended by a piston rod 15 terminated by control members (not shown) disposed outside the pre-yielding chamber 8.
  • the piston and at least a part of the piston rod are located in the pre-expansion chamber 8.
  • the piston and its rod extend from the front face of the chamber 8 to the rear face of this chamber, before passing through this rear face; the latter carries at the passage of the stem of the appropriate sealing means allowing the free sliding of the rod.
  • the end 6 is extended by an annular element 16 whose downstream face 17 is complementary to the conical surface of the piston 7; in this configuration, the aforementioned annular passage, referenced 18, is formed between this face 17 and this conical surface.
  • the piston and its rod contain a coolant circuit 19 supplied from a source of cold liquid, for example water.
  • the annular element 16 may likewise comprise within it a cooling circuit 20 fed by a cold liquid such as water.
  • the installation thus described operates as follows.
  • the liquid to be treated is fed continuously, for example by means of a positive displacement pump, into the mixing chamber 1 via the inlet 2.
  • the product (mixture of the thermosensitive liquid and condensates from the steam plus a possible excess of steam) is then fed through the outlet 4 into the holding tube 5 in which the heat treatment continues.
  • This product is then discharged from the tube 5 through the annular passage 18 to enter the pre-expansion chamber 8 where it undergoes a first expansion, that is to say a first partial evaporation and cooling.
  • the liquid + water vapor mixture, resulting from this expansion, is then conveyed via line 9 to the expansion chamber 10 where it undergoes a new partial evaporation; the resulting vapor is discharged through the outlet 11 to a condenser (not shown), and the concentrated liquid is discharged to the base of the chamber 10 through the outlet 12. If for some reason or another, the flow of liquid arrival thermosensitive in the mixing chamber 1 is modified, in order to maintain the desired temperature, it is necessary to adjust accordingly the amount of water vapor introduced into this chamber.
  • the members allowing such an adaptation are located in an area of the installation, where there is a relatively low temperature relative to the other points of this installation, whereby the risks of degradation thermosensitive product on said organs are very small.

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Abstract

L'invention concerne une installation pour le traitement thermique continu d'un liquide sensible à la chaleur, tel qu'un produit laitier, comprenant: une chambre de mélange (1) pourvue de moyens d'introduction (2, 3) dudit liquide et de vapeur d'eau, où ledit liquide est soumis à un traitement thermique sous l'effet de la chaleur apportée par ladite vapeur d'eau, un tube de chambrage (5) dont l'une des extrémités est en communication avec la chambre de mélange (1) et l'autre extrémité est munie d'un moyen de réduction de section (7) délimitant un passage d'écoulement (18), et - une chambre de détente (8) dont l'entrée est constituée par ledit passage (18). Cette installation se caractérise en ce qu'elle comprend en outre des moyens de réglage de la section dudit passage d' écoulement.

Description

INSTALLATION POUR LE TRAITEMENT THERMIQUE D'UN LIQUIDE
THERMOSENSIBLE
La présente invention a pour objet une installation pour le traitement thermique continu d'un liquide sensible à la chaleur, tel qu'un produit laitier, comprenant : une chambre de mélange pourvue de moyens d' introduction dudit liquide et de vapeur d'eau, où ledit liquide est soumis à un traitement thermique sous l'effet de la chaleur apportée par ladite vapeur d'eau,
- un tube de chambrage dont l'une des extrémités est en communication avec la chambre de mélange et l'autre extrémité est munie d'un moyen de réduction de section délimitant un passage d'écoulement, et - une chambre de détente dont l'entrée est constituée par ledit passage.
Des installations de ce type sont déjà connues et notamment utilisées dans le domaine de la pasteurisation et de la stérilisation en continu du lait. Le liquide y est chauffé dans la chambre de mélange par l'injection de vapeur d'eau, le liquide ainsi chauffé circulant ensuite dans le tube chambrage maintenu en pression et température à l'aide dudit moyen de réduction de section, pour parvenir finalement dans la chambre de détente où il est détendu pour ne pas prolonger son exposition aux hautes températures et éliminer par évaporation sous pression réduite la majeure partie de l'eau introduite dans le liquide par l'injection de vapeur.
Dans ces installations connues (demande NIZO WO 01/56394 Al) , le moyen de réduction de section qui se trouve dans la chambre de détente de sorte qu'aucune paroi en aval n'est soumise à de hautes températures, délimite un passage d'écoulement de section constante, ce qui pose le problème suivant . En cas d'augmentation du débit d'arrivée de liquide dans la chambre de mélange, il y a augmentation de la perte de charge au niveau du moyen de réduction de section et donc augmentation de la pression en amont de ce dernier. II s'ensuit que pour faire pénétrer la vapeur d'eau dans la chambre de mélange, il faut augmenter la pression d'introduction de cette vapeur, ce qui s'accompagne d'une augmentation de sa température et par conséquent d'un risque de dégradation du liquide thermosensible . Pour surmonter cet inconvénient, il est proposé selon la présente invention, une installation conforme à celle décrite au premier paragraphe de cette description et caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens de réglage de la section dudit passage d'écoulement. Ces moyens de réglage permettent d'agir sur la section du passage d'écoulement en fonction du débit d'entrée du liquide dans la chambre de mélange, de manière à maintenir sensiblement constants le temps et la température de chambrage et ainsi éviter la dégradation du liquide par la chaleur. Lesdits moyens de réglage peuvent être des moyens manuels ; en variante, ils peuvent faire partie d'une boucle de régulation pour le maintien du couple temps de chambrage/température de chambrage.
Les moyens de réglage susvisés comprennent de préférence des moyens d'obturation de manière contrôlée dudit passage d' écoulement .
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, lesdits moyens d'obturation comprennent un piston mobile par rapport au passage d'écoulement afin de modifier la section de ce dernier.
Par ailleurs, ledit piston peut comporter une tige de piston et des moyens d' actionnement de ce dernier.
Selon un autre mode de réalisation préféré, lesdits moyens de réglage, moyens d'obturation, piston et tige de piston sont disposés au moins partiellement dans ladite chambre de détente.
Ces moyens, piston et tige de piston se trouvent donc situés, au moins partiellement, dans une zone où règne une température relativement clémente (par rapport à celle régnant dans le tube de chambrage) pour le liquide thermosensible ; de ce fait, ces moyens, piston et tige ne subissent qu'un encrassement très modéré, voire nul, par les produits de dégradation dudit liquide. On ajoutera que la chambre de détente susvisée peut être une chambre de pré-détente.
L'extrémité du tube de chambrage, munie du moyen de réduction de section, est avantageusement prolongée par un élément annulaire dont la face aval est complémentaire de la surface du piston.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, l'un au moins des organes constitués par ledit élément annulaire, le piston et la tige de piston comprend en son sein des moyens de circulation d'un fluide de refroidissement. Grâce à cette disposition, les surfaces de ces organes sont à une température relativement basse ; il s'ensuit que la dégradation du liquide thermosensible sur ces surfaces est encore réduite, s'il en était besoin.
Un mode d'exécution de la présent invention sera décrit ci-dessous à titre d'exemple non limitatif en référence au dessin annexé dont la figure unique est une représentation schématique d'une installation de traitement UHT en continu d'un produit thermosensible tel que le lait.
Une telle installation comprend de manière traditionnelle une chambre de mélange 1 de structure connue en soi et pourvue d'une arrivée 2 de liquide thermosensible et d'une arrivée 3 de vapeur d'eau, la température et le débit d'introduction de la vapeur mise en œuvre étant choisie en fonction de la nature du liquide thermosensible à traiter. La chambre de mélange 1 présente une sortie 4 qui s'ouvre sur l'une des extrémités d'un tube de chambrage 5 dont l'autre extrémité 6 est associée à un piston 7 destiné à réduire et à régler sa section. Le passage d'écoulement annulaire délimité par l'extrémité 6 et ledit piston 7 est confondu avec l'entrée d'une chambre de pré-détente 8 qui communique par un conduit 9 avec une chambre de détente 10 pourvue, à sa partie haute, d'une sortie de vapeur 11 (reliée à un condenseur non représenté) et, à sa partie basse, d'une sortie de produit 12 reliée à l'aspiration d'une pompe de reprise 13 dont le refoulement 14 peut par exemple amener le produit vers un procédé aval .
Comme le montre le dessin, dans l'exemple choisi, le piston 7 est de forme conique et se prolonge par une tige de piston 15 terminée par des organes de commande (non représentés) disposés à l'extérieur de la chambre de prédétente 8.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, le piston et au moins une partie de la tige de piston sont situés dans la chambre de pré-détente 8.
Ainsi, le piston et sa tige s'étendent de la face avant de la chambre 8 jusqu'à la face arrière de cette chambre, avant de traverser cette face arrière ; cette dernière porte au niveau du passage de la tige des moyens d'étanchéité appropriés autorisant le libre coulissement de cette tige.
Cette dernière se prolonge ensuite jusqu'aux organes de commande .
Selon une autre caractéristique encore de la présente invention, l'extrémité 6 est prolongée par un élément annulaire 16 dont la face aval 17 est complémentaire de la surface conique du piston 7; dans cette configuration, le passage annulaire susmentionné, référencé 18, est réalisé entre cette face 17 et cette surface conique. Selon une caractéristique supplémentaire et préférée de l'invention, le piston et sa tige renferment un circuit de liquide de refroidissement 19 alimenté à partir d'une source de liquide froid, par exemple de l'eau. L'élément annulaire 16 peut de même comporter en son sein un circuit de refroidissement 20 alimenté par un liquide froid tel que de l'eau.
L'installation ainsi décrite fonctionne de la manière suivante . Le liquide a traiter est amené en continu, par exemple au moyen d'une pompe volumétrique, dans la chambre de mélange 1 par l'arrivée 2.
Dans cette même chambre 1 on introduit de la vapeur d' eau par l'arrivée 3 ; cette vapeur va céder sa chaleur latente de condensation au liquide qui se réchauffe.
Le produit (mélange du liquide thermosensible et des condensats provenant de la vapeur plus un excès éventuel de vapeur) est ensuite amené par la sortie 4 dans le tube de chambrage 5 dans lequel se poursuit le traitement thermique. Ce produit est alors évacué du tube 5 par le passage annulaire 18 pour pénétrer dans la chambre de pré-détente 8 où il subit une première détente, c'est-à-dire une première évaporation partielle et un refroidissement.
Le mélange liquide + vapeur d'eau, résultant de cette détente, est ensuite acheminé par le conduit 9 dans la chambre de détente 10 où il subit une nouvelle évaporation partielle ; la vapeur résultante est évacuée par la sortie 11 vers un condenseur (non représenté) , et le liquide concentré est évacué à la base de la chambre 10 par la sortie 12. Si pour une raison ou une autre, le débit d'arrivée du liquide thermosensible dans la chambre de mélange 1 est modifié, afin de maintenir la température souhaitée, il faut ajuster en conséquence la quantité de vapeur d'eau introduite dans cette chambre . Ceci a pour effet de modifier la température régnant dans la chambre de mélange 1 et le tube de chambrage 5, ainsi que le temps de chambrage, ce qui peut avoir des conséquences néfastes sur le liquide traité dans le cas où ladite modification de débit est une augmentation de débit (stérilisation insuffisante et dégradation thermique du liquide) .
Pour remédier à cet état de chose, il suffit selon l'invention d'agir sur la section du passage annulaire 18, en déplaçant de manière appropriée le piston 7. Ainsi, dans le cas évoqué ci-dessus d'une augmentation du débit du liquide thermosensible, il convient pour maintenir le couple température de chambrage/temps de chambrage d' augmenter ladite section du passage 18 dans une proportion suffisante.
Par l'ajustement de cette section du passage 18 on peut à la fois maintenir la pression dans la chambre de mélange et, dans le cas d'un excès de vapeur, conserver le temps de chambrage en jouant sur ledit excès.
En conclusion, grâce à la présente invention, on dispose d'une installation d'une grande flexibilité en ce sens qu'elle s'adapte aisément à toute variation du débit d'entrée du liquide thermosensible à traiter ce que ne permettent pas les systèmes antérieurs .
En outre, les organes permettant une telle adaptation (piston, tige de piston) sont situés dans une zone de l'installation, où règne une température relativement basse par rapport aux autres points de cette installation, ce par quoi les risques d'une dégradation du produit thermosensible sur lesdits organes sont très réduits .

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation pour le traitement thermique continu d'un liquide sensible à la chaleur, tel qu'un produit laitier, comprenant :
- une chambre de mélange (1) pourvue de moyens d'introduction (2, 3) dudit liquide et de vapeur d'eau, où ledit liquide est soumis à un traitement thermique sous l'effet de la chaleur apportée par ladite vapeur d'eau,
- un tube de chambrage (5) dont l'une des extrémités est en communication avec la chambre de mélange (1) et l'autre extrémité est munie d'un moyen de réduction de section (7) délimitant un passage d'écoulement (18), et - une chambre de détente (8) dont l'entrée est constituée par ledit passage (18) , et
- des moyens d'obturation de manière contrôlée dudit passage d'écoulement (18), pour le réglage de la section de ce passage, ces moyens d'obturation comprenant un piston (7) mobile par rapport au passage d'écoulement
(18) afin de modifier la section de ce dernier, ce piston comportant une tige de piston (15) pourvue de moyens d' actionnement de cette dernière, caractérisée en ce que le piston (7) et la tige de piston (15) sont entièrement disposés dans ladite chambre de détente (8) .
2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite chambre de détente (8) est une chambre de prédétente .
3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'extrémité (6) du tube de chambrage (5) est prolongée par un élément annulaire (16) dont la face aval (17) est complémentaire de la surface du piston (7) .
4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'un au moins des organes constitués par ledit élément annulaire (16) , le piston (7) et la tige de piston (15) comprend en son sein des moyens de circulation d'un fluide de refroidissement (19 ; 20) .
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