Brevet FR2442886A1 — publié le 19800627

La présente invention se rapporte à une installation permettant d'effectuer les opérations habituellement désignées par les termes "cuisson du moût" dans l'industrie des fermenta tions, de façon continue et avec une dénense énergétique faible. En brasserie, l'opération de cuisson du moût dure de 1 à 2 h environ et aboutit à la vaporisation d'une fraction du moût pouvant aller de 5 à 15 % du total suivant les -produits et les usages locaux. Cette opération remplit les fonctions suivantes A - Stérilisation du moût B - Inactivation des enzymes et stabilisation des pro fils protéiques et glucidiques C - Extraction et isomérisation des matières amères du houblon D - Précipitation colloïdale d'une partie des matières azotées E - Réactions diverses contribuant à la formation du goût et de la couleur F - Elimination de produits volatils divers dont cer tains sont nuisibles au goût et à l'arôme. La majorité des brasseries fonctionnent en discontinu, c'est-à-dire que les opérations successiveswdont la cuisson du moût, se déroulent dans des récipients que l'on remplit avant l'opéra- tion et que l'on vide ensuite. Toutes les fractions d'un même brassin subissent donc le même traitement pendant la même durée. La cuisson est faite d'ordinaire dans des récipients en cuivre ou en acier inoxydable, de forme quasi sphérique ou cylindrique ou même parallélépipédique. L'apport d'énergie se fait généralement par condensation de vapeur soit dans un chemi sage du récipient, soit dans des tubes immergés, soit encore dans un échangeur immergé (appelé parfois percolateur). L'apport de vapeur requis est comparable, aux pertes près, à la quantité de vapeur de moût produite et évacuée à l'atmosphère. Cette consommation de vapeur est un élément majeur des besoins énergétiques des brasseries et elle présente l'in convénient d'exiger de la chaudière de production de vapeur, des pointes périodiques qui imposent un surdimensionnement (par rapport à la consommation moyenne). I1 a été fréquemment envisagé de récupérer la chaleur latente des vapeurs du moût mais ceci se présente de façon dé favorable dans le cadre d'un fonctionnement discontinu - la chaleur récupérée doit être stockée (sous forme d'eau réchauffée) - l'échangeur-condenseur fonctionne dans des con ditions défavorables qui entraînent un surdi mentionnement opération périodique chaleur latente versus chaleur sensible - ventilateur nécessaire sur le circuit des va peurs de moût. D'une façon générale et par quelque système que ce soit, la récupération de calories à basse température est plus facile et plus complète sur un système fonctionnant en continu que sur un système fonctionnant en discontinu. En raison de l'augmentation des coûts énergétiques, nous avons réuni et adapté aux nécessités de la brasserie des solutions et techniques étudiées et appliquées dans d'autres domaines divers nécessitant le passage du fonctionnement discontinu au fonctionnement continu ou bien la récupération d'énergie à bas niveau. L'installation utilisée permet de réaliser en continu les opérations de A à F précitées et d'obtenir un produit de qualité satisfaisante. il permet en outre, parce que continu, et grâce à sa configuration, de réaliser une récupération énergétique importante sur la vapeur au prix d'une dépense modérée d'énergie électrique. Les opérations de A à F peuvent être sommairement réparties en deux groupes de A à E : ont le caractère de réactions ou de transformation physicochimique F : est une élimination, par volatilisation de produits divers, peu connus et pouvant, pour une part résulter des opérations précédentes, C en particulier. Le passage au fonctionnement continu présentait les problèmes suivants les transformations de A à E, principalement C, D et E demandent un certain temps d'une part, et peuvent interagir d'autre part ; dans un appareil fonctionnant en continu la distribution des temps de séjour (DTS) est étalée autour d'un temps moyen et l'état du moût dans le vaisseau est fixe alors qu'en fonctionnement discontinu la DTS se réduit à une seule valeur (durée de l'opération) et l'état du moût évolue dans le temps. L'opération F est défavorisée en fonctionnement continu : si l'on veut une bonne élimination des volatils nuisibles, l'état du moût dans l'appareil (identique à l'état de sortie) correspond à une teneur faible en volatils. La teneur de la vapeur est alors également faible et il convient d'en produire davantage qu'en discontinu (où elle n'est faible qu'en fin d'opération) pour obtenir un même taux d'élimination. Ces deux types de problèmes sont rencontrés dans diverses industries. Ceux concernant A à F sont généralement résolus par l'emploi de systèmes dits "en piston" (à DTS non étalée) de réalisation difficile ou, plus souvent, par l'emploi de réacteurs en série où les états successifs reproduisent aporoximativement ceux du discontinu et où la- DTS (au prix d'une disparité, il est vrai, des traitements individuels) est plus resserrée qu'avec un seul appareil. Ceux relatifs à F sont résolus de même, les vapeurs issues des récipients successifs (ou des plateaux successifs d'une colonne) étant de teneurs différentes et reproduisant approximativement les états successifs du discontinu. Lorsque les transformations visées sont connues intégralement, quantifiables et mesurables, ce qui n'est pas le cas en brasserie, l'emploi de ces solutions peut être fait sans incertitude et le résultat peut être prédit. En brasserie, vu la complexité des processus biochimiques mis en oeuvre, le produit est essentiellement défini par son procédé d'élaboration et l'emploi d'un système continu à plusieurs étages n'est possible que s'il est vérifié que le produit présente, en fin de fermentation, des qualités organoleptiques satisfaisantes, outre le fait de satisfaire aux critères physicochimiques analytiques qu'il est possible d'appliquer pour contrôler partiellement le résultat des opérations citées. Cette vérification a été réalisée. I1 a été constaté qu'en utilisant trois récipients en série et en pratiquant un taux d'évaporation légèrement supérieur à 10 % on obtient un moût se clarifiant bien, présentant une teneur correcte en matières amères isomérisées, et bien débarassé de ceux des volatils qu'il est possible de suivre par chromatographie, par exemple le diméthysulfure. Ce moût fermente correctement et fournit une bière tout à fait comparable à celle obtenue avec le même moût cuit en discontinu. Le fonctionnement en continu étant acquis, il est possible de mettre en oeuvre la technique dite "de recompres- sion des vapeurs" pour réduire la consommation thermique. Cette technique consiste à - débarasser les vapeurs de moût de tout entrai nement vésiculaire - comprimer ces vapeurs par exemole avec un com presseur centrifuge de façon à élever leur tem pérature - saturer la vapeur obtenue par une faible addi tion de condensats pour améliorer le coeffi citent. & éctahge de l'étape suivante - utiliser cette vapeur de moût oour chauffer le moût en effectuant sa condensation dans un é changeur immergé dans le moût. Dans ces conditions la plus grande partie de la chaleur latente des vapeurs de moût est récupérée et il suffit de l'énergie électrique du compresseur et d'un faible apport de vapeur fraiche pour maintenir la marche du procédé. L'apport de vapeur franche à installer dépend des besoins au démarrage (un récipient, puis deux, puis trois) des pertes thermiques du système, du taux de compression adopté (correspondant à une élévation de temsérature de 10 à 200 C) et de la purge de vapeur de moût non condensé nécessaire du fait de la présence d'air dissous et de volatils. Il a été vérifié que les volatils présents étaient en quantité suffisamment faible pour ne pas entraîner, moyennant une purge minime, de modification du point de rosée des vapeurs (par rapport à l'eau) qui eût pu imposer une recompression plus importante et plus coûteuse. par rapport aux autres dispositifs de cuisson en continu connus tels que le chauffage à haute température suivi d'une détente avec vaporisation, ce nrocédé présente les avantages suivants - la vapeur de moût produite dans ce dernier système est plus pauvre en volatils (si le moût doit en être bien débarassé) que dans l'invention présen tee. Le taux d'évaporation et la consommation thermi que y sont donc supérieurs. Vu la température élevée, ces systèmes ne pourraient utiliser la recompression des vapeurs que moyennant un taux de compression très élevé (pour porter la vapeur de moût à température plus haute encore) et une consommation électrique prohibiti- ve. Par rapport aux dispositifs de cuisson en continu par injection de vapeur dans le moût, le procédé proposé présente l'avantage de permettre la récupération "in situ" de l'énergie alors que si elle est envisagée dans ces procédés, la chaleur doit être utilisée ailleurs puisque on ne peut réintroduire la vapeur dans le moût sous peine d'annuler l'opération de "stripping" des volatils. Le procédé revendiqué consiste à réaliser la cuisson du moût en continu dans trois chaudières montées en série, à récupérer la vapeur de la cuisson au niveau supérieur de chaque chaudière et à la réinjecter après compression et saturation dans les condenseurs chauffant les chaudières en vue de contribuer à la chauffe. Une variante consiste à prévoir un préchauffage du moût dès l'entrée à l'aide de cette même énergie de récupération. L'installation comporte donc trois chaudières en série avec des collecteurs supérieurs alimentant une boucle unique de récupération comprenant un compresseur, un saturateur de vapeur, une injection de vapeur fraîche et les organes nécessaires à la transmission de cette chaleur de récupération du moût pour son chauffage et éventuellement, son préchauffage ainsi au'd l'évacuation des condensats épuisés thermiquement et à celle d'une purge des vapeurs non condensés. Le procédé et l'installation, objets de la présente invention, permettent de ne fournir qu'un apport d'énergie faible comparé à la pratique actuelle. Cet apport peut être minimisé par une régulation. il présente en outre des avantages industriels d'un grand intérêt sans que l'on puisse noter une incidence quelconque sur les qualités organoleptiques de la bière. On peut énoncer ainsi 1) - une économie d'énergie importante nar la réutilisation de la vapeur produite lors de la cuisson comme énergie principale de chauffe du moût lui-même 2) - la diminution de la durée totale de l'opération par l'absence de vidange et de remplissage : temps de séjour réduit à une heure 3) - un prix de revient inférieur à celui d'une chau dière de cuisson classique par des surfaces d'é- change moins grandes 4) - une utilisation d'appoint en continu, de la vapeur produite par la centrale de chauffe, en assurant par conséquent à çelle-ci un fonctionnement meil leur et un dimensionnement moindre 5) - une élimination des volatils comparable à celle des chaudières de cuisson classiques, avec un taux d'évaporation de l'ordre de 10 %. D'autres aspects plus techniques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un exemple de réalisation de l'invention effectuée à l'aide du dessin ci-annexé dans lequel - la figure unique est une vue schématique de l'instal lation selon l'invention. L'installation selon l'invention se compose de trois étages de chauffe sous la forme de trois chaudières distinctes la, lb, lc de conformation générale cylindro-conique montées en série. Ces chaudières, du type à chauffage indirect par la vapeur, présentent, par exemple, un fond bombé 2a, 2b, 2c pourvu en leur centre des raccordements respectifs 3a, 3b, 3c à la conduite d'amenée du moût 4 en provenance de la filtration ou de la chaudière voisine par 5 et 6. La sortie du moût cuit s'effectue en 7. Chaque partie cylindrique possède par exemple en position médiane un échangeur-condenseur tel que 8a, 8b, 8c. il est du type surcuiseur ou "percolateur" ou encore réalisé sous la forme d'un chemisage. L'échangeur-condenseur constitue l'unique organe de chauffe à l'intérieur de la chaudière. I1 diffuse, comme indiqué ci-après la chaleur latente des vapeurs de cuisson comprimées dans un circuit de récupération de la vapeur fraîche d'appoint. Le volume cylindrique de chaque chaudière présente dans sa partie supérieure, au niveau de la limite supérieure du liquide en ébullition, une série de chicanes 9a, 9b, 9c sur toute la section de la chaudière destinées à arrêter les vésicules entraînés. Comme présenté, les chaudières sont raccordées en série par les conduites 5 et 6 correspondant aux alimentations par la base 3b et 3c. La partie supérieure conique de chaque chaudière se prolonge par une conduite telle que 10a, lob, 10c d'entraînement des vapeurs raccordée chacune à travers une vanne d'isolement telle que lia, llb, lic à une conduite principale 12 alimentant via un circuit unique de récupération 13, les échangeurs-condenseurs tels que 8a, 8b et 8c. Le circuit de récupération 13 comporte en série un ensemble de compression 14 suivi en série d'un module 15 d'injection de vapeur fraîche d'appoint et éventuellement drun saturateur 16 pour assurer un meilleur échange thermique. Le circuit de récupération se referme, dans chaque chaudière, par les échangeurs-condenseurs 8a, 8b, 8c avec évacuations basses telles que 17a, 17b, 17c, à travers des vannes de réglage 18a, 18b, 18c pour le rejet des condensats épuisés thermiquement à travers une conduite commune 19. Les échangeurs-condenseurs nécessitent un circuit de purge 20 individualisé par trois branches 21a, 21b, 21c isolées entre elles chacune par une vanne de réglage telle que 22a, 22b, 22c pour l'élimination régulée de la fraction non condensée. La sortie commune s'effectue à travers une vanne d'isolement 23. L'arrivée du moût s'effectue par la conduite 4 à la base de la première chaudière. Cette conduite comporte en série une pompe 24 et une vanne de commande 25. On prévoit sur cette installation différents points de mesure et de contrôle en vue de suivre et de commander automatiquement la marche de l'ensemble. Ces indications permettent aussi d'établir une régulation globale en plaçant le système dans des conditions d'un bilan énergétique optimal, c'est-à-dire d'un apport calorifique extérieur minimal. Ces points sont représentés par une ou plusieurs let tres ou signes encerclés selon les indications suivantes pH = potentiel d'hydrogène op = degré plato : densité p = pression T = température kw = puissance électrique absorbée oar le comores seur. T/min = vitesse de rotation du compresseur D = débit. On distingue par des flèches sur la conduite d'amenée du moût - la correction du pH en 26 - l'injection des matières amères en 27. Dans cette optique, on prévoit une boucle de régulation tenant compte de l'énergie consommée par le compresseur et des différences de densité et de débit existant entre l'entrée et la sortie du mou t. Une variante consiste à prévoir sur le circuit d'arrivée du moût, un échangeur secondaire de préchauffage, en aval de la pompe 24 dont le circuit primaire est alimenté à partir du circuit de récupération. Le calcul laissait prévoir et l'expérience a confirmé que trois chaudières en série suffisent pour obtenir une bonne évacuation des volatils en fonctionnement continu sans recourir à un taux de vaporisation excessif. Ce nombre résulte donc d'un compromis entre la consommation de vapeur, les complications de réalisation et l'exigence d'une évacuation correcte. Bien entendu, la température de condensation sera supérieure à la température du liquide dans la chaudière grâce à la recompression. Le procédé de cuisson du moût en continu associé à cette installation, consiste à effectuer une cuisson du moût dans trois chaudières séparées connectées en série en pratiquant un taux d'évaporation légèrement supérieur à 10 %, à récupérer à la partie supérieure de chaque chaudière les vapeurs de moût, à. les collecter dans une conduite commune, à les recomprimer, à injecter un apport de vapeur fraîche, à procéder à une saturation des vapeurs, à alimenter des échangeurs-condenseurs à l'intérieur de chaque chaudière, à éliminer au niveau de ces échangeurs la fraction incondensable par un circuit de purge, à évacuer les condensats épuisés thermiquement et à mesurer les valeurs des variables caractéristiques telles que la pression, la température, le débit, le taux de D!S (diméthylsulfure) en différents points tels que représentés ainsi que les valeurs du débitrdu potentiel d'hydrogène,de la densité entre l'entrée et la sortie du moût,à mesurer au niveau du compresseur, les températures et pressions en amont et aval, sa puissance absorbée et sa vitesse de rotation en vue de la conduite entièrement automatique du fonctionnement d'ensemble et l'établissement d'une régulation assurant un apport calorifique extérieur minimal. L'invention se rapporte également à l'application, en brasserie, pour la cuisson en continu du moût, d'une installation à trois étages de cuisson en série chauffés chacun par un échangeur immergé dans lesquels se condensent un faible appoint de vapeur fraîche et la majeure partie des vapeurs du moût issues des trois étages, préalablement recomprimées et saturées dans un circuit unique alimentant les trois échangeurs et comportant après la condensation, une purge éliminant la fraction incondensable. I1 est bien entendu que rentrent dans le cadre de l'invention les diverses modifications et substitutions possibles à la portée de l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Installation de cuisson en continu pour moût de brasserie avec récupération de la chaleur des vapeurs du moût en ébullition caractérisée en ce qu'elle comprend trois chaudières cylindro-coniques raccordées en série constituant trois étages chauffés chacun par la vapeur par l'intermédiaire d'un échangeurcondenseur, chaque chaudière étant raccordée dans sa partie supérieure à un circuit unique de récupération comprenant en série un compresseur, une injection de vapeur fraîche et un saturateur pour l'alimentation desdits échangeurs-condenseurs en énergie calorifique en majeure partie de récupération, les échangeurs comprenant vers le haut un circuit de purge pour la fraction incondensable et vers le bas une évacuation des condensats épuisés thermiquement, les chaudières possédant une arrivée du moût par le fond et une sortie latérale supérieure, ainsi qu'en partie supérieure, un dispositif de dévésiculation et de rétention des mousses. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première chaudière possède une conduite d'amenée du moût à sa base, conduite comprenant différentes sondes pour la mesure du potentiel d'hydrogène, de la densité, du débit, de la température tellesque représentées, ainsi qu'une pompe, un premier module d'injection pour la correction du potentiel d'hydrogène et un deuxième module d'injection pour l'introduction des matières amères et finalement au niveau de la base de la chaudière une vanne d'isolement. 3. Installation selon la revendicationl, caractérisée en ce que l'on prévoit un nombre important de points de mesure tels que représentés et notamment une mesure des différences entre l'entrée et la sortie du moût, de sa densité, de son potentiel d'hydrogène, de son débit, ainsi que des températures et pression en amont et aval du compresseur, sa puissance absorbée et sa vitesse de rotation en vue de la conduite entièrement automatique de la cuisson en continu et d'une régulation minimisant, la purge et l'apport de vapeur fraîche. 4. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le circuit unique de récupération comporte en dérivation, en aval du saturateur, une conduite supplémentaire raccordée à un échangeur de préchauffage placé sur la conduite d'ali mentation en moût. 5. procédé de cuisson du moût en brasserie par utilisation de l'installation revendiquée ci-dessus caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer une cuisson du moût dans trois chaudières séparées connectées en série en pratiquant un taux d'éva- poration global de l'ordre de 10 %, à récupérer à la partie supérieure de chaque chaudière les vapeurs de moût, à les collecter dans une conduite commune, à les recomprimer, à injecter un apport de vapeur fraîche, à procéder à une saturation des vapeurs, à alimenter des échangeurs-condenseurs à l'intérieur de chaque chaudière, à éliminer au niveau de ces échangeurs la fraction incondensable par un circuit de purge, à évacuer les condensats épuisés thermiquement et à mesurer aux points tels que représentés les valeurs des variables caractéristiques telles que la pression, la température et le débit en différents points ainsi que les valeurs du potentiel d'hydrogèen, de la densité et du débit entre l'entrée et la sortie du moût, à mesurer, au niveau du compresseur les températures et pressions en amont et aval, sa puissance absorbée et sa vitesse de rotation en vue de la conduite entièrement automatique du fonctionnement d'ensemble et l'établissement d'une régulation assurant un apport calorifique extérieur minimal. 6. Application en brasserie, pour la cuisson du moût de l'installation décrite ci-dessus comprenant trois étages de cuisson en série chauffés chacun par un échangeur immergé dans lesquels se condensent un faible appoint de vapeur fraîche et la majeure partie des vapeurs du moût issues des trois étages, préalablement recomprimées et saturées dans un circuit unique alimentant les trois échangeurs et comportant après la condensation, une purge éliminant la fraction incondensable.