Brevet FR2033322A1 — publié le 19701204

La présente invention concerne un procédé de fabrication de café en poudre par séchage, par exemple par séchage par pulvérisation ou cryodessication d'un extrait de café afin d'obtenir une poudre dont le taux d'humidité est d'au moins 3,5%, après quoi il est procédé à un broyage, une agglomération et un séchage. Dans les dernières années, il stest crée un besoin pour un café en poudre aggloméré. Bien qu'un tel produit possede sou vent des propriétés instantanées meilleures, c'est-à-dire se dissolve plus rapidement qu'une poudre non agglomérée lorsqu'il est remué dans de l'eau, ce n' est cependant pas cette propriété qui doit & re considérée comme la plus importante.Les désirs des utilisateurs semblent plutôt être orientés vers les propriétés physiques du café en poudre lui-même, l'aspect, la dimension des particules et la couleur, les propriétés instantanées étant en général satisfaisantes. Ainsi, on souhaite que la poudre soit à granulation grossière et de couleur brune et il est préférable qu'elle soit peu "coulante" comme du café moulu. De plus, la masse volumique de la poudre doit être comprise entre 200 et 300 g/l et la résistance mécanique de l'aggloméré suffisante pour que la poudre puisse supporter le conditionnement et le transport. Enfin le taux d'humidité doit eAtre de 2 à 3,5%. La présente invention a pour objet un procédé de fabrication continue de café en poudre remplissant les exigences voulues, procédé caractérisé en ce que l'extrait est séché pour obtenir une poudre présentant un taux d'humidité de 3,5 à 6,5%, de préférence de 3,7 à 5,5%, et en ce que l'agglomération est effectuée en introduisant la poudre par le haut dans une chambre verticale tubulaire d'agglomération dans laquelle on introduit de la vapeur à contre-courant. Généralement, la poudre est à température ambiante ou à une température légèrement supérieure puisqu'elle vient directement de l'installation de séchage par pulvérisation, mais la poudre sera de toute façon notablement plus froide que la vapeur. En conséquence, une partie de la vapeur se condensera à la surface des particules de poudre, ce qui les rendra collantes. Comme en même temps il se produit un grand nombre de collisions de particules, d'une part par suite de la création de tourbillons, d'autre part parce que les particules ont différente-s formes et dimensions il y aura agglomération. Il est connu que le broyage de la matière première est nécessaire avant le processus d'agglomération. Selon un processus connu, la matière est broyée à un degré tel que 95% en poids des particules aient un diamètre de particules inférieur à 50 Il et 50% un diamètre inférieur à 20 p . Selon l'in- vention il s'est avéré suffisant de procéder à un broyage selon les valeurs suivantes Dimension moyenne des particules 641 95% en poids inférieure à 1101 35% " " " 50 3% " " " 20 Il est à supposer que l'humidité nécessaire à l'agglomération se trouve essentiellement à la surface mais elle ne peut être définie que combine un taux global d'humidité.On a constaté que les conditions optimales sont obtenues lorsque l'on augmente le taux global d'humidité durant l'agglomération de façon qu'il soit dé 4,5 à 10%, de préférence de 5,77 à 7%. La quantité de poudre amenée à l'appareil influe sur la résistance mécanique de l'aggloméré. Ainsi, il s'est avéré que la résistance mécanique du produit aggloméré fini est particulièrement satisfaisante lorsque la poudre est introduite à raison de E kg au plus par heure, et de préférence 4,6 kg au plus, par dm2 de section horizontale, la vitesse de la vapeur montant à travers le tube étant de 1 à 10, et de préférence 1 à 4 cm/s. On ne connaît pas de méthodes sinoples pour déterminer avec précision la résistance mécanique d'agglomérés. La résistance mécanique est importante pour la stabilité de la poudre durant le conditionnement et le transport et dans les essais qui sont à la base de l'établissement des valeurs limites ci-dessus. On a tenté d'établir une comparaison relative de la résistance mécanique entre poudres différentes de la manière suivante. Les particules de dimension supérieure à 500 sont tamisées avec soin, pesées et mises sur un tamis à 500 p vibrant pendant 5 minutes; Le pourcentage de poudre restant sur le tamis donne uné mesure de la résistance mécanique de la poudre. Selon une forme de réalisation préférée,lavapeur seche et saturée est introduite à une température suffisamment basse pour qu'il y ait condensation sur les particules. L'invention concerne aussi un appareil d'agglomération comprenant un tube essentiellement vertical à extrémité supérieure ouverte et comportant des moyens d'alimentation en poudre et des moyens d'alimentation en vapeur. On connalt des appareils pour l'agglomération de matières en poudre, mais dans ces appareils connus la vapeur n'est pas envoyée à contre-courant de la poudre et ces appareils ne sont pas adaptés à la fabrication de café soluble présentant les propriétés souhaitées. L'appareil selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'alimentation en vapeur à contre-courant. Il n'est pas absolument nécessaire d'éviter que se produise un mélange de vapeur et d'air à partir du fond du tube, mais il s'est avéré que les meilleurs résultats en ce qui concerne le taux d'agglomération et la résistance mécanique des agglomérés sont obtenus lorsque l'extrémité inférieure du tube est fermée à l'aide d'un sas de sortie des agglomérés. Les résultats améliorés sont probablement dus au fait que c'est de la vapeur pure qui est utilisée pour humidifier la poudre. De plus, on contrôle bien la vitesse de la vapeur à travers~le tuyau. Lesdits moyens peuvent consister en un ou plusieurs ajutages, ou simplement en un tuyau débouchant dans le tube à la base de celui-ci et courbé vers le haut coaxialement au tube. On a trouvé que la manière dont se répartit la poudre amenée par le haut du tube influe sur l'agglomération et, selon l'invention, il est particulièrement avantageux que les moyens d'alimentation en poudre soient constitués par une gouttière vibrante et que la section du tube à son extrémité supérieure s'élargisse avec une légère conicité. Ces deux agencements participent à une répartition uniforme de la poudre sur la section du tube. Selon une forme de réalisation particulière, l'appareil comporte des moyens pour chauffer le tube. On s'assure ainsi contre la condensation de vapeur d'eau et évite alors que la poudre colle aux parois internes de llappareil. Le chauffage peut par exemple être effectué à l'aide d'une gaine d'air chaud maintenue à une température d'environ 150 C à l'entrée de la gaine et de 12OOC à la sortie de la gaine De moindres varia tions sur ces températures se sont avérées sans influence sur le processus. Le séchage préalable de l'extrait de café peut, comme on l'a déjà indiqué, avoir lieu par pulvérisation ou par le froid. Le séchage par pulvérisation est particulièrement indiqué puisqu'il est possible par des moyens relativement simples de régler le processus de manière telle que le produit séché fini présente le taux d'humidité désiré. Pour le séchage des agglomérés, on utilise des appareils connus, par exemple des appareils où la poudre en une couche fluidisée est séchée par de l'air chaud dans une section et refroidie par de l'air froid dans une autre section. La température de l'air chaud peut avantageusement etre de 90 C. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente schématiquement le procédé selon l'invention. La figure 2 montre une vue schématique d'un appareil d'agglomération selon l'invention. La figure 3 est une vue schématique correspondant à une partie de la figure 1 selon une variante de réalisation. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, de l'extrait de café est amené à unechambre 3 de séchage par pulvérisation par l'intermédiaire dtun conduit 1 et d'un ajutage 2. L'air de séchage est admis a traverser un ventillateur 4 et un élément chauffant 5, et ressort avec les particules fines qui sont séparées dans un cyclone 6. L'air de séchage est évacué par un ventillateur 7 tandis que les particules fines, à travers un conduit 8 et à l'aide d'un ventillateur 9, sont ramenées pneumatiquement à la chambre de séchage. L'extrait sec sort par le fond de la chambre de séchage et s'accumule dans un silo 10 d'où il est amené à un moulin 11 puis à unsi?n12, une vis sans fin 13 mue par un moteur 14 dosant le transfert de l'extrait du silo 14 à un récipient d'alimentation 15 muni d'une gouttière vibrante 16. La poudre tombe alors à travers un tube 17 où elle est humidifiée par la vapeur admise par-un conduit 18, vapeur provoquant l'agglomération. La poudre quitte le tube par un sas 19 et une goulotte 20 l'amène à un appareil de séchage 21 où les agglomérés sont séchés sous air chaud provenant d'un élément chauffant 23 et d'un ventillateur 22 et amené par des conduits 24 et 25. Les agglomérés sont ensuite refroidis par de l'air froid amené par un ventillateur 26 et un élément refroidissant 27 à travers un conduit 28. Les agglomérés secs sont triés sur des tamis 29 et 30, la qualité intermédiaire donnant le produit fini sortant en 31, tandis que les particules plus fines et plues grossières, indiquées par les repères 32 et 33, sont amenées à-un silo 35. Du silo, elles sont transportées par voie pneumatique, à l'aide d'un ventillateur 36, par un conduit 37 vers un cyclone 38 dans lequel la poudre est séparée et ramenée au silo 10 par un conduit 39, tandis que l'air transportant la poudre quitte le cyclone par un ventillateur 4Q. Les fines particules créées dans l'appareil de séchage 21 sont de même aspirées par un conduit 41 et le conduit 37 vers le cyclone 38. La figure 2, qui montre une vue plus détailléede laconstruction du tube où a lieu l'agglomération, représente en 50 un tube extérieur essentiellement cylindrique et en 51 un tube intérieur, tubes dont la partie supérieure s'évase en cône et dont la partie inférieure comprend une partie cylindrique dont le diamètre est légèrement plus court. Le tube extérieur 50 comporte une gaine 52 d'isolement thermique et l'espace 53 entre les-tubes peut être réchauffé par de l'air chaud admis par des conduits (non représentés). La vapeur est admise dans le tube par l!intermé- diaire d'un tuyau 63 débouchant dans le tube 51 en un point situé à proximité de l'extrémité inférieure du tube. L'extrémité 64 du tube 63 est courbée vers le haut et située coaxialement au tube 51. Le tube intérieur 51 se termine dans une boîte plate 54. Dans l'une des parois. latérales 55 de cette bote est pratiquée une fente 56 parallèle au fond de la bote. La fente 56 est ajustable à l'aide d'une plaque 57 que l'on-peut faire glisser le long de la surface extérieure de la paroi latérale 55. La bote 54 ou son fond 58 peut etre mise en vibrations à l'aide d'un mécanisme vibrant 59. La poudre qui quitte le tube 51 tombe dans la boite et, en raison des vibrations, quitte la bolte à travers la fente 56. Par suite. de la résistance à l'écoulement de la poudre par la fente, la poudre remplira la boîte jusqu'à un certain niveau et, par un dimensionnement approprié de la distance a entre l'orifice 60 du tube 51 et le fond 58 de la boîte 54, ainsi -que par un réglage approprié de la fente 56, il est possible de maintenir dans la boîte une couche de poudre d'épaisseur suffisante pour couvrir l'orifice 60. La poudre produit ainsi la même action qu'un sas si bien que ltair ambiant n'est pas aspiré dans le tube 51 dans lequel un mélange de la vapeur avec l'air aurait un effet néfaste sur le processus d'agglomération. La poudre tombe de la fente 56 dans un conduit 61 dont l'extrémité inférieure forme la goulotte 20 conduisant à l'appareil de séchage 21. La figure 3 montre un diagramme correspondant à une partie de celui de la figure 1 mais avec une autre forme de réalisation des moyens empêchant l'air d'entrer dans la partie inférieure du tube, lesdits moyens consistant en un système de contrôle qui maintient une pression légèrement inférieure à la pression atmosphérique dans la région entre le tube et l'appareil de séchage. Sur cette figure, les mêmes repères sont utilisés pour désigner les mêmes éléments qu'à la figure 1. L'installation de pulvérisation et de tri identique au cas de la figure 1 n'est pas représentée ici. Dans le cas présent, l'appareil de séchage est en liaison directe avec le tube d'agglomération si bien que l'agglo méré quittant le tube tombe dans l'appareil de séchage. Une jauge de pression 70 sensible aux variations faibles de pression est mise en place dans la région entre le tube 17 et l'appareil de séchage 21. La jauge de pression commande unservo-moteur 71 relie à un organe d'étranglement 72 dans le conduit de sortie 73 de l'air transporté. On comprendra que la majeure partie de l'air qui quitte l'appareil deséchage 21 par le conduit 41 est constituée d'air de séchage et d'air de refroidissement entrant dans l'appareil par les conduits 2*, 25 et 28. Si aucune précaution n'émit prise la pression au-dessus de la couche de poudre dans 1'appareL de séchage 21 pourrait en oertaines circonstances être légèrement supérieure à la pression atmosphérique,amec colmeccnséqience, le risque que l'air passe de l'appareil de séchage 21 dans le conduit 17, ce qui réduirait considérablement l'efficacité du processus d'agglomération. En cours de fonctionnement, le système de controle de pression est donc réglé pour que la pression d'air à la jauge soit de quelques mm de Hg inférieure à la pression atmosphérique. Ceci permettra à une très petite quantité de vapeur d'être aspirée du conduit 17 vers l'appareil de séchage 21, empêchant ainsi un courant d'air en sens opposé. Les exemples suivants montreront bien comment l'in- vention peut être mise en oeuvre, sans aucunement en mimiter la portée. Exemple 1 : De l'extrait de café contenant 30% de matières sèches est séché dans une installation classique de séchage par pulvérisation où l'extrait est pulvérisé à l'aide d'aJutages placés en haut de la chambre. La température d'accès de l'air de séchage est de 2400a alors que sa température de sortie est de 950C et le taux d'humidité du produit séché est de 52%. Le produit est broyé au moulin et passé dans un tamis 00 afin d'obtenir la répartition suivante pour les particules. Dimension moyenne des particules 64 95% en poids inférieure à 110F 35% " " " 50 3% " " " 20 Le produit broyé est aggloméré dans un tube du type décrit dont le diamètre intérieur est de 0,235 m et la longueur totale 3,46 m. La température de la gaine chauffante est de 120 à 15000. Les ajutages de vapeur sont situés à 0,64 m de l'extrémité inférieure. La quantité de vapeur admise est de 2 kg/ heure sous une pression de 2 atm. La poudre est admise depuis une goulotte vibrante avec un débit de 13,6 kg/heure et le taux d'humidité du produit aggloméré est de 6,55%. Le produit aggloméré présente les caractéristiques suivantes Rouleur Brun foncé Taux d'humidité 6,55% Répartition particulaire: 9% supérieure à 2000 F 41% " 1000 p Répartition particulaire : 48/0 particulaire supérieure à 750 53 1( " 500F 739/0 " 250p 27% inférieure à 250 Masse volumique de la poudre versée 0,26 g/cm3 tassée 0,37 g/cm Stabilité mécanique particulièrement bonne. Le produit est ensuite soumis à un séchage secondaire en couche fluidisée par de l'air à une température de 90 C jusqu'à environ 3% d'humidité, ce qui a pour effet de réduire un peu plus la masse volumique de la poudre et d'augmenter sa stabilité mécanique. Exemple 2 De l'extrait de café contenant 30% de matières sèches est séché dans des conditions similaires au premier exemple afin d'obtenir une poudre présentant un taux d'humidité de 4,9%. Le produit est broyé au moulin et passé dans un tamis avec une grille ayant une ouverture de 0,62 mm. La dimension des particules n'a pas été mesurée, mais est probablement la mame que dans l'exemple 1. Le produit moulu est aggloméré dans un tube d'agglomération comme celui de la figure 2 avec un diamètre intérieur de 1 m et une longueur totale de 7,49 m. La vapeur est amenée par un conduit situé près de l'extrémité inférieure du tube et dont l'ouverture est située dans l'axe du tube. Le diamètre intérieur du conduit est de 20 mm et, à l'aide d'un manchon, le diamètre de 1'ouverture est réduit à 15 mm. La distance entre l'ouverture du conduit et le fond du tube vertical est de 1,50 m. La gaine de chauffage est portée à une température de 110 à 14000. La vapeur est admise à raison de 80 kg/heure sous une pression de 1,5 atm. La poudre est admise depuis une goulotte vibrante avec un débit de 100 kg/heure et le taux d'humidité du produit obtenu est de 6,%. Le produit aggloméré a la même masse volumique que celui obtenu dans ltexemple 1, une apparence très semblable et apparemment une dimension de particules semblable, bien qu'elle n'ait pas été mesurée. La stabilité mécanique est bonne. Le produit obtenu est alors soumis à un séchage secondaire en couche fluidisée sous une température de 90 C et jusqu 'à un taux humidité d'environ 2,9% amenant aux mêmes changements de propriétés que dans le cas de l'exemple 1. REVENDICA1CIONS 1.- Procédé de fabrication de café en poudre par seedage, par exemple par séchage par pulvérisation ou cryodessication d'un extrait de café afin d'obtenir une poudre dont le taux d'humidité est d'au moins 3,5 S, suivi d'un broyage, d'une agglomération et d'un séchage, caractérisé en ce que l'extrait est séché pour obtenir une poudre présentant un taux d'humidité de 3,5 à 6,5%, de préférence de 3,7 à 5,5% et en ce que l'agglomération est effectuée en introduisant la poudre par le haut dans une chambre verticale tubulaire d'agglomération dans laquelle on introduit de la vapeur à contre-courant 2.-Procédé-selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de vapeur est réglée en fonction de la quantité de poudre de manière telle que le taux global d'humidité de la poudre durant l'agglomération s'élève pour atteindre de 4,5 à 10%, de préférence de 5,3 à 7,0%. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la poudre est admise sous un débit de 1,0 à 8,0 kg/heure, de préférence de 1,4 à 4,6 kg/heure, par dm2 de section horizontale et en ce que la vitesse de la vapeur montant à travers le tube est de I à 10, de préférence 1 à 4 cm/s. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on utilise de la vapeur aèche et saturée introduite à une température suffisamment basse pour qu'il y ait condensation sur les particules. 5.- Appareil d'agglomération d'un café séché et broyé par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant un tube essentiellement vertical à l'extrémité supérieure ouverte et des moyens d'alimentation en poudre ainsi que des moyens d'alimentation en vapeur, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'alimentation en vapeur à contre-courant. 6.- Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en vapeur consistent en un ou plusieurs ajutages situés à une distance importante de l'extrémité supérieure du tube par rapport au diamètre du tube, et en ce que l'extrémité inférieure du tube est fermée par un sas de sortie du produit aggloméré. 7 treil selon la revendication 5 ou 6, caracté risé en ce que les moyens d'alimentation en vapeur sont constitués par un tuyau d'amenée de vapeur débouchant à la partie inférieure du tube verticalet courbe vers le haut coaxialement au tube. 8.- Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une liaison directe entre le tube d'agglomération et l'appareil de séchage, des moyens sensibles à la pression disposés dans la région où se fait la liaison, et un organe d'étranglement pour commander le passage de I'air sortant de 11 appareil de séchage, lesdits moyens sensibles à la pression étant reliés à l'organe d'étranglement et réglés pour maintenir la pression dans l'appareil de séchage à une valeur un peu inférieure à la pression régnant dans le tube d'agglomération. 9,- Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les moyens dwalimentation en poudre sont constitués par une goulotte vibrante, et en ce que la section du tube à son extrémité supérieure s'élargit avec une légère conicité. 10.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour chauffer le tube.