Brevet FR2026606A1 — publié le 19700918

La présente invention se rapporte à un appareil pour concentrer sous vide des liquides comestibles par évaporation partielle de ceux-ci dans une mesure désirée, ce qui permet de traiter des lus extrêmement sensibles à la chaleur ou des concentrats d'une haute viscosité Dans de nombreuses régions productrices de citrons, des tomates sont également cultivées sur une base égale ou comice culture parallèle.En raison des exigences largement diffE- rentes imposées autraitement de jus de citrons et de purées de tomates, il a t nécessaire jusqu'ici de prévoir des appareils distincts pour ces deux types de fruits, ce qui signifie un investissement et des frais opératoires élevés Lorsque les cultures de citrons et les champs de tomates sont traditionnelloient trbs grands, Ces frais peuvent être supportes Ceci n'est toutefois pas le cas en général dans un grand noMbre de régions Le but de la présente invention est de prXvoir un évaporateur sous vide continu à buts multiples qui peut traiter aisément des produits comestibles d'une faible et haute visco sité et qui est particulièrement économique en ce qui concerne les frais et la nise en oeuvre. Cet évaporateur sous vide à buts stiples consiste en la coabinaison d'un système e à stades multiples pour concentrer un liquide d'alimentation $jusqu'à environ 25: de solides, d'un évaporateur sous vide à serpentin rotatif raccordé à la sortie du système précité, et dans ce raccordement, d'un organe de dérivation actionné sélectivement. De préférence, cette combinaison comprend encore un échangeur thermique a serpentin rotatif raccordé à la sortie de l'évaporateur sous vide à serpentin rotatif. Etant donné que ce nouvel évaporateur sous vide est / destiné à traiter une large gamme de produits, il doit avoir la possibilité de maintenir le même fonctionnement qualitatif et économique lorsqu'il est mis en oeuvre à un régime inférieur à sa capacité entière Un autre but de l'invention est d'obtenir ce résultat par un pontage spécial dans le système à stade multiples mentionné ci-dessus. De préférence, ce système à stades multiples consiste en subst@cé en la combinaison d'un organe fournissant le liquide d'alimentation sons pression à hautz température; d'un éva porateur raccordé activent à l'organe fourmissant le liquide pour recevoir ce dernier à une grande vitesse et pour évaporer partieuet le liquide en un sélang de vapeur et de liquide sous une pression d'aspiration; d'un organe de chauffage à la vapeur relié activement à l'évaporateur pour effectuer l'éva- poration partielle ; d'un séparateur raccordé activent à l'évaporateur pour recevoir le mélange de liquide et de vapeur et séparer celui-ci en vapeur et liquide concentré; d'un préchauffeur relié au séparateur pour recevoir la vapeur pro- venant de celui-ci en vuadeporter le liquide comestible à la haute teipérature précitée, cet évaporateur ciprenant une chambre disposée verticalement, plusieurs tubes d'échange thermique espacés, pontés dans la chambre et s'étendant audelà des ertréiités supérieures et inférieures de la chambre, une admission de détenie montés d'une manière isolée audessus de l'extrémité supérieure de la chambre et communiquent avec l'extrémité supérieure des tubes, une sortie isolée pour le mélange liquide-vapeur prévue au-dessous de la chambre et communiquant avec l'extrémité inférieure des tubes, et um tage raccordé à ladite admission pour débiter le liquide à une vitesse élevée. Dans le butde mieux définir la présente invention, une forte de réalisation préférée de celle-ci est décrite en détail ci-après à titre d'exemple uniquement, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique de l'évaporateur sous vide à buts multiples conforme à l'invention; et la figure 2 est une vue schématique d'un appareil selon la figure 1. En se référant à la figure 1, un évaporateur sous vide à buts multiples, conforie à l'invention, consiste en la combinaision d'un système A & à stades multiples pour concentrer le liquide d'aliientation jusqu'à 25t de solides environ, d'un évaporateur sous vide B à serpentin rotatif pour concentrer davantage le liquide jusqu'à environ 35% de solides, et d'un organe de dérivation C monté entre les évaporateurs A et B, un échangeur thermique D à serpentin rotatif étant prévu en général à la sortie de l'évaporateur B. Ce montage est représenté en détail à la figure 2, où les flèches indiquent l'écoulement du liquide à travers le système. Par conséquent, il est visible qu'une pompe d'alimentation 12, qui reçoit le liquide d'alimentation d'une source d'approvisionnement quelconque par le conduit 10, introduit ce liquide d'alimentation sous pression dans le conduit 14 pour le céder à un préchauffeur initial 16, grâce auquel le liquide d'alimentation parvient au conduit 18 et pst amené par celui-ci à un préchauffeur 20 du stade intermédiaire. Le préchauffeur 20 du stade intermédiaire fournit21e liquide d'alimentation à un conduit 22 raccordé au prechauffeur 24 du stade final, à travers lequel le liquide d'alimentation passe.Par conséquent, le conduit 26 cède le liquide d'alimentation finalement préchauffé au stade d'évaporation initial 28. Le liquide d'alimentation est partiellement évaporé ici, par pression sous vide, en un mélange de liquide et de vapeur cédé par le conduit de sortie 30 à un séparateur 32 du stade initial , auquel le conduit de sortie 30 est raccordé tangentiellement et d'une manière adjacente au fond Un conduit de sortie-de vapeur 34 est relié tangentiellement au séparateur 32 et d'une manière adjacente à son sommet et estXraccordé au préchauffeur 20 du stade intermédiaire pour fournir de la vapeur à celui-ci en vue de préchauffer le liquide d alimenta- tion traversant ce dernier par transfert thermique entre la vapeur et ce liquide.Le séparateur 32 du stade initial cède également le liquide concentré par un conduit de sortie 36 raccordé à une pompe de transfert 36, de façon qu'il soit déchargé sous une pression suffisante pour l'amener au sommet de l'évaporateur du stade suivant. Par conséquent, la pompe de transfert prélève le liquide initialement concentré du séparateur 32 du stade initial et l'amènqpar le conduit 40 à un évaporateur du stade intermédia1:.reY A cet endroit, il doit être noté que la construction de l'évaporateur du stade initial cet du stade intermédiaire 42 est identique. L'évaporateur du stade initial fonctionne toutefois nécessairement à des températures plus élevées. La source de chaleur, au moyen de laquelle le préchauffeur final 24 et l'évaporateur du stade initial sont mis en action pour préchauffer finalement et évaporer respectivement le liquide, dDEère de celle de l'autre préchauffeur et des évaporateurs. Par conséqúe-nt, un conduit d'admission de vapeur 44 est prévu pour fournir la vapeur ou, dans ce but, tout fluide chauffé extérieurement à l'évaporateur 28. De mme,un conduit 46 cède de la vapeur au préchauffeur final 24. Une sortie de condensat 48 est prévue pour le préchauffeur final 24, tandis qu'une sortie d'évacuation de condensat 50 est prévue pour l'évapora- teur du stade 28. L'évaporateur du stade intermédiaire reçoit, d'autre part, sa source de chaleur par la vapeur circulant à travers le préchauffeur 20 du stade intermédiaire et passant par la voie de raccordement 52.La vapeur de chauffage entre dans l'évaporateur du stade intermédiaire d'une manière adjacente au fond de celui-ci et les parties de vapeur non condensables passant par l'évaporateur du stade intermédiaire sont cédées, par la sortie d'évacuation 54, à un appareil quelconque éliminant la vapeur. Le condensat est déchargé par la sortie 126. Par conséquent, l'évaporateur du stade intermédiaire débite, par le conduit de sortie 56, son mélange de liquide et de vapeur résultant de l'évaporation additionnelle du liquide initialement concentré, introduit par le conduit 40.Le mélange vapeur-liquide est donc amené tangentiellement par le conduit 56 à la partie inférieure d'un séparateur 58 du stade intermédiaire Le liquide additionnellement concentré quitte dès lors le séparateur 58 du second stade par un conduit 60, tout en étant prélevé sous la pression d'aspiration de la pompe de transfert 62. Le liquide supplémentairement concentré est ensuite introduit par le conduit 64 dans le stade d'évaporation final 65, d'une conception similaire au stade intermédiaire La vapeur supplémentaire libérée par le séparateur 58 du second stade est dirigée, d'autre part, dans le conduit de sortie de vapeur 68 raccordé tangentiellement, vers le préchauffeur 16 du stade initial, en vue de préchauffer initialement le liquide d'alimentation traversant celui-ci.Par conséquent, la vapeur circulant à travers le préchauffeur initial 16 est cédée à l'évaporateur du stade final par le conduit de liaison, en vue d'une évaporation finale du liquide concentré traversant celui-ci. Dès lors, une sortie d'évacuation est également prévue pour la partie de vapeur de chauffage non condensable passant d'une manière ascendante à travers l'évaporateur du stade final,cette sortie étant similaire à la sortie d'évacuation 54, tandis que le condensat est déchargé par la sortie 126. Le conduit de sortie 74 débite donc simi laidement un mélange vapeur-liquide. 3ui est amené au séparateur 7.6 du stade final. Le liquide finalement concentré est retiré du sépa -rateur 76 du stade final par un conduit 78 et amené dans une chambre de-refroidisserent instantané 80. La chambre dé refroidissement instantané 80 est mise en action dune manière bien. connue aux hommes de métier spécialisés dans cette technique, et ce au moyen de vapeur haute pression et à grande vitesse pénétrant dans le conduit 82 et passant par un dispositif Venturi 84 raccordé à la chambre de refroidissement instantané 80 au moyen d'une liaison 86. Le liquide finalement concentré est refroidi dans la chambre de refroidissement instantané 80 et prélevé de celle-ci par une pompe 88 à une température réduite. La vapeur finale libérée par le séparateur 76 du stade final est-introduitedans un condenseur 94 par le conduit de sortie de vapeur 90 et le conduit de refoulement 9.2. Le condenseur 94 reçoit, par un conduit d'admission 96, un milieu refroidissant circulant dans le condenseur et évacué par le conduit de sortie 98. Le jet de vapeur produit par le disposi- tif 84 peut donc être admis dans le condenseur 94 par un conduit 100, tandis que le conduit d'aspiration 102 est raccordé au so=set du condenseur 94 pour une élimination sous vide, à partir de celui-ci, des non-condensables par la pompe 103. Les évaporateursde chacun des stades 28, 42 et 66 se composent d'un réservoir cylindrique 104 disposé verticalement. La chambre de chauffage 106 est enclose dans les parois du réservoir 104, entre une plaque finale supérieure 108 et une plaque finale inférieure 110 De préférence, une chambre d'admission conique 117, définie par un élément de tette eonioue démontable 118, est prévue au-dessus de l'extrémité supérieure de la chambre 106 et isolée de celle-ci par une chambre d'isolement spatial 112 formée entre les plaques 109 et 108, tandis qu'une chambre 114 isolant le fluide est disposée au-dessous de la chambre 106 et est définie par les plaques 110 et 113. La disposition précédente est suffisante pourgrévoir une barrière de transfert thermique pour la perte de chaleur du fluide qui s'écoule.Plusieurs tubes évaporateurs de transfert thermique 116 sont montés parallèlement et d'une manière espacée l'un de l'autre, leurs extrémités supérieures communiquant avec la chambre d'adaission 117, de façon à diriger vers la chambre de sortie 115, un mélange vapeur-liquide s'écoulant vers le bas. La ch ebrz d'entrée 112 est conçue sous une forme conique pour limiter une pulvristien- de liquide d'entrée introduit dans la chambre d'admission au moyen des ajutages 120. Alternative ment la chambre d'admission conique peut être remplacée par une chambre d'admission munie d'un couvercle démontable. L'extrémité de sortie de l'évaporateur, située dans le bas de celui-ci, comprend un fond démontable 124 communiquant avec la sortie 115 qui est raccordée au conduit de sortie par -lequel le mélange de liquide et de vapeur passe. Par conséquent, l'admission de vapeur de chauffage 52 ou 70 est raccordée à la chambre de chauffage 106 d'une manière adjacente à son fond. De même , la sortie d'évacuation des non-condensables 54 ou 72 est adjacente à l'extrémité, supérieure de la chambre de chauffage 106. Ceci est valable également pour la sortie 126 du condensat qui est adjacente au fond de la chambre de chauffage, D'après la description précédente de la structure de l'évaporateur, il apparaît nettement que le fluide pénètre par l'ajutage 120 à une température plus élevée que celle régnant dans la chambre 117 et est ainsi transformé en un mélange vapeur-liquide entrant à grande vitesse dans les tubes 116, tandis que la concentration et/ou l'évaporation principale s'effectue lorsque le mélange s s'écoule à travers les. tubes.L'isolement de ltextré- laité d'admission prévu par la chambre 112 est donc nécessaire, en liaison avec l'action de nettoyage du mélange de fluides à grande vitesse, pour empêcher un dépôt et/ou une combustion aux extrémités d'admission des tubes 116 L'écoulement-des fluides à travers le système peut autre décrit en se référant aux valeurs de température données à titre d'exemple de jus d'orange en tant que liquide d'alimen -tation. Par conséquent, le jus introduit par la pompe d'ali tentation 12 peut Otre -cédé au conduit 14 à une température de 21,10C et préchauffé par le préchauffeur initial 16, de façon à amener le jus au conduit 18 à une température de 540C. Le jus subséquemment préchauffé par le préchauffeur intermédiaire 20 est cédé au conduit 22 a une température de 710C; le préchauffeur final 24 préchauffe finalement le jus à une température de 9' 30C 'dans le conduit 26. Le préchauffage par le préchauffeur final 24 est réalisé en introduisant dans celui-ci de la vapeur à IOOOC. Le jus préchauffé est ensuite transformé en un mélange vapeur-liquide par dilatation volumétrique, après passage par l'ajutage 120 dans la chambre d'admission 117 sous une pression statique réduite.Le mélange pénètre dans les tubes 116 de l'évaporateur du stade initial, doté de surfaces évaporantes de transfert thermique telles qu'un autre chauffage et évaporation s'effectuent. Le mélange est séparé ensuite par le séparateur 32 en un liquide initialement concentré et en une vapeur réduite à la température de 820C, la pompe 38 prélevant le liquide du séparateur lorsque le fluide évaporé s'écoule vers un endroit de pression inférieur dans stade suivant. La vapeur à 820C se trouvant dans le conduit 34 est fournie par conséquent au préchauffeur 20 du stade intermédiaire pour porter le jus de 54 à 710C, ce jus étant ensuite prélevé sous vide comme indiqué ci-dessus. Le jus initialement concentré d'une température de 820C est encore évaporé davantage par l'évaporateur du stade intermédiaire et après avoir été amené à l'ajutage 120 à une température de 820C, qui est plus élevée que la température correspondant au vide du stade 42, ce jus est transmis au séparateur 58 du stade intermédiaire à la température plus basse de 660C. Par conséquent, la vapeur à 660C quittant le séparateur 58 par le conduit 68 peut préchauffer initialement le jus pour le porter de 21,1 à 540C, comme indiqué ci-avant.Le jus additionnellement concentré d'une température de 660C est ensuite admis dans l'évaporateur du stade final par un conduit 54 et séparé finalement par le séparateur 76 en un jus concentré définitivement d'une température de 350C. En quittant la chambre de refroidissement instantané 80, le jus finalement concentré est débité par la pompe 88 à une température de 4,44OC. En examinant la figure 2, on constate que des regards 128 sont prévus dans les conduits d'admission 36, 60 pour les pompes de transfert 38 et 62 et dans les conduits d'admission aboutissant à la pompe 88, en vue de prévoir des organes visuels pour contrôler la progression du liquide d'alimentation à travers le système. La pompe 88 refoule le produit vers un conduit 130 se prolongeant jusqu'à l'enveloppe d'unévaporateur sous vide 132 équipé d'un serpentin rotatif 134, où la vapeur est introduite par l'arbre creux 136. Les condensats sont évacués à partir du serpentin par l'arbre creux 138. Un vide est appliqué à l'évaporateur par le conduit 140. Le produit condensé est refoulé par un conduit 142 à l'enveloppe de l'évaporateur, au moyen d'une pompe 144, et est amené à un réchauffeur complémentaire 146 équipé d'un serpentin rotatif 148. La vapeur est admise dans celui-ci par l'arbre creux 150 et les condensats sont évacués par l'arbre creux 152. En vue d'une meilleure utilisation économique de la vapeur provenant de l'évaporateur 132, un conduit de liaison 140 peut être dirigé du séparateur 32, en dérivant au besoin l'échangeur thermique 20, directement jusqu'à la chambre 106. Le~produit final est évacué, à la température et densité désirées, par le conduit 104, en vue d'un emballage ou d'un traitement ultérieur. Si un produit final froid est souhaité, un agent de refroidissement peut être admis par le serpentin 148, au lieu de vapeur. Si l'installation décrite ci-dessus doit fonctionner à un régime inférieur à celui de sa capacité maximum, la va peur ne remplit qutune partie du stade d'évaporation initial 28, ce qui résulte en un taux excessif de transfert thermique sur la partie de la surface des tubes de celui-ci et en aucun transfert thermique sur la partie restante. Pour remédier à cet inconvénient, et conformément à une caractéristique de l'invention, on a prévu une conduite 156 qui raccorde le fond de l'évaporateur 28 à un Venturi 158 monté dans un conduit 44. La sortie des condensats 50 est reliée à une évaporation ouverte 160. Grâce à cette disposition, l'air est amené dans la par tie inférieure de l'évaporateur 28 par le conduit 156 et ré introduit dans l'évaporateur 28 à l'aide du Venturi 158, par l'intermédiaire du conduit 44 et du préchauffeur 24. L'air réduit le taux de transfert thermique de la vapeur au faisceau tubulaire de cet évaporateur, en diminuant ainsi la température des parois des tubes et par conséquent le taux de transfert thermiquedh produit.De cette façon, la surface des tubes né cessaire pour condenser la vapeur entrante est augmentée et cette vapeur, diluée avec de l'air, remplit complètement les tubes jusqu'au niveau du conduit 156. Lorsque la vapeur atteint ce conduit, la source d'air disponible est interrompue ou réduite au moins fortement, ce qui règle automatiquement le taux de transfert thermique au niveau nécessité pour répandre la chaleur sur l'ensemble des tubes. Lorsque l'installation fonctionne à pleine capacité, le conduit 156 ne recircule que de la vapeur, en raison du fait que l'air a été expulsé par l'é- vacuation 160. De cette façon, un évaporateur économique et très souple à buts multiples est obtenu. Grâce à celui-ci, il est possible non seulement de passer aisément d'un produit à l'autre, mais le taux de production peut aussi etre largement réglé en fonction des circonstances, sans entraver le rendement de 1' installation. Tel que ceci apparaîtra aisément aux hommes de métier spécialisés dans cette technique, de nombreux changements et modifications peuvent être apportés à l'installation décrite ci-dessus à titre d'exemple uniquement, sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l'invention et des revendications ci-annexées. REVENDICATIONS. 1.- Evaporateur sous vide continu à buts multiples, caractérisé en ce qu'il consiste en la combinaison d'un système à stades multiples pour concentrer le liquide d'alimentation jusqu'à 25% de solides environ, d'un évaporateur sous vide à serpentin rotatif raccordé à la sortie dudit système, et dans ce raccordement, d'un organe de dérivation sélectivement action ne. 2.- Evaporateur sous vide continu à buts multiples suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un échangeur thermique à serpentin rotatif est relié à la sortie du produit dudit évaporateur sous vide à serpentin rotatif. 3.- Evaporateur sous vide continu à buts multiples suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le système à stades multiples consiste en substance en la combinaison d'un organe fournissant le liquide d'alimentation sous pression à haute température; d'un évaporateur raccordé activement à l'organe fournissant le liquide pour recevoir celui-ci à une grande vitesse et l'évaporer partiellement sous une pression d'aspiration en un mélange de liquide et de vapeur; d'un organe chauffant la vapeur raccordé activement audit évaporateur pour effectuer ladite évaporation partielle; d'un séparateur relié activement à l'évaporateur pour recevoir le mélange de liquide et de vapeur et séparer celui-ci en vapeur et liquide concentré; d'un préchauffeur raccordé au séparateur pour recevoir la vapeur et porter ledit liquide d'alimentation à ladite température élevée; ledit évaporateur se composant d'une chambre disposée verticalement, de plusieurs tubes de transfert thermique espacés et montés dans la chambre et s'étendant au-delà des extrémités supérieure et inférieure de la chambre, d'un organe d'admission de détente monté d'une manière isolée audessus de l'extrémité supérieure de la chambre et communiquant avec les extrémités supérieures des tubes, d'un organe de sortie isolé du mélange liquide-vapeur situé au-dessus de la chambre et communiquant avec l'extrémité inférieure des tubes; et d'un ajustage raccordé audit organe d'admission pour amener le liquide à celui-ci à ladite grande vitesse. 4.- Evaporateur sous vide continu à buts multiples Suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la vapeur est introduite dans l'évaporateur initial par l'intermédiaire d'un conduit d'un préchauffeur, la zone de fond dudit évaporateur étant reliée audit conduit et cette zone de fond étant munie-en outre d'une sortie de condensat équipée d'une évacuation ouverte. 5.- Evaporateur sous vide continu àbuts multiples suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la zone de fond dudit évaporateur est reliée à un dispositif Venturi monté dans-ledit conduit. 6.- Evaporateursous vide continu à buts multiples suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le serpentin dudit échangeur thermique est alimenté par de la vapeur. 7.- Evaporateur sous vide continu à buts multiples suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le serpentin dudit échangeur thermique est alimenté par un agent réfrigérant