Brevet FR2460696A1 — publié le 19810130

La présente invention concerne une installation de concentration et de séchage par air chaud qui comprend un évaporateur comportant au moins un effet et destiné à concentrer un produit liquide comme un produit alimentaire, notamment un produit laitier, un sécheur dans lequel est traité le concentre issu de l'évaporateur ou tout autre concentre, une source d'air en communication avec le sécheur, des moyens de préchauffage de l'air en provenance de ladite source d'air, ces moyens étant en relation avec l'évaporateur par un conduit de prélèvement d'une partie de la vapeur d'évaporation créée dans ledit évaporateur et un réchauffeur final amenant l'air à la température finale voulue. Dans les installations connues de ce type, les moyens de préchauffage de l'air consistent en un échangeur de chaleur où a lieu l'échange de chaleur entre la vapeur prélevée sur ltévaporateur et l'air. Toutefois, il est à remarquer que dans les installations existantes, cet échangeur de chaleur et le réchauffeur final amenant l'air à la température finale désirée sont situés à une distance relativement importante de l'évaporateur. D'autre part, compte tenu des conditions de fonctionnement de l'éva- porateur, la vapeur prélevée est à pression réduite. Il s'ensuit la nécessité d'utiliser des conduites de très gros diamètre et donc très coûteuses pour le transport de la vapeur de l'évaporateur jusqu'a l'échangeur. Or, il est impossible de pallier cet inconvénient en rapprochant cet échangeur de ltévapora- teur sans apporter de profondes modifications dans la disposition des éléments de l'installation. Le but de la présente invention est précisément de supprimer l'utilisation de ces coûteuses conduites sur de grandes distances sans pour autant altérer l'agencement de l'installation.Pour ce faire, elle met en oeuvre des moyens de chauffage de l'air qui sont constitués par un circuit fermé dans lequel circule un fluide å débit constant et, placés en série sur ce circuit, un premier échangeur de chaleur où a lieu ltéchange de chaleur entre la vapeur prélevée et le fluide en circulation et appelé échangeur vapeur/fluide, un second échangeur de chaleur où a lieu ltéchange de chaleur entre le fluide en circulation et l'air et appelé échangeur fluide/air et des moyens assurant la circulation du fluide dans le circuit fermé. Dans ce cas, ce n'est plus de la vapeur sous pression réduite que l'on transporte jusqu'à la zone où se fait le chauffage de l'air, mais de l'eau chaude qui peut circuler sans aucun problème dans des conduits de faible diamètre. Il est à noter que l'échangeur vapeur/fluide peut erre du type à contact direct ou indirect et que l'echangeur fluide/air est du type à contact indirect. Avantageusement, l'echangeur vapeur/fluide sera du type à contact direct, le circuit fermé comportant alors un dispositif de trop-plein. Ce dernier pourra par exemple être constitue# par une simple cuve qui permet 1' #elimi- nation par débordement d'une quantité du mélange eau-fluide correspondant à la quantité de vapeur prélevée. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de tropplein est constitué par deux bacs en communication et placés respectivement en aval et en amont de l'éehangeur fluide/air. De préférence, ces deux bacs constituent les deux compartiments d'une cuve scindée en deux par une paroi verticale, compartiments communiquant par leur partie basse, par exemple par une ouverture prévue à la base de ladite paroi verticale. Avantageusement, le circuit fermé comporte un moyen de réglage de la température du fluide en circulation. Ce moyen de réglage peut être situé en aval de l'echangeur fluide/air. Il est ainsi possible d'éviter de manière très simple la destruction de l'equilibre de l'évaporateur quand, pour une raison ou une autre, il y a modification du débit du sécheur-atomiseur et donc du débit d'air nécessaire dans ce dernier. En effet, si ce débit d'air baisse, le moyen de réglage empêche, par exemple par apport d'un fluide froid, que la température du fluide en circulation vers l'echangeur vapeur/fluide augmente et inversement, si le débit d'air augmente, ce dispositif empêche, par exemple par apport d'un fluide chaud, l'abaissement de la température dudit fluide. Le moyen de réglage peut également être situé en amont de ltéchangeur fluide/air. Dans ce cas, il est possible d'éviter aisément la perturbation du sécheur-atomiseur quand, pour une raison ou une autre, il y a modification du débit en produit à concentrer dans l'évaporateur et donc du débit de ltévapora- teur. En effet, si la température de la vapeur prélevée baisse, le moyen de réglage empêche, par exemple par apport d'un fluide chaud, que la température du fluide circulant vers l'échangeur fluide/air baisse et inversement, si la température de la vapeur prélevée augmente, ce moyen empêche par exemple par apport d'un fluide froid, l'augmentation de la température dudit fluide. Enfin, le circuit fermé peut comporter simultanément les deux moyens de réglage mentionnés ci-dessus. Dans ces conditions, l'évaporateur est protégé de toute modification de fonctionnement du sécheur-atomiseur et simultanément, le sécheur-atomiseur est protégé de toute modification de fonctionnement de l'évaporateur. Selon une variante de l'invention, on pourra élever le potentiel de la vapeur prélevée sur l'évaporateur en disposant un recompresseur mécanique de vapeur ou un thermocompresseur sur le conduit de prélèvement de la vapeur d'évaporation créée dans l'evaporateur. Deux modes de réalisation de l'installation selon la présente invention sont décrits ci-après, à titre d'exemples, en référence au dessin annexé, et dans lesquels le sécheur est du type secheur-atomiseur. Dans l'installation représentée par la figure 1, du lait écrémé est amené par le conduit 1 en tête du premier effet 2 d'un évaporateur à flot tombant à 4 effets désignés respectivement 2, 3, 4 et 5. Le lait éerété issu de la base de ce premier effet est amené au moyen d'une pompe 6 et d'un conduit 7 en tete A du second effet 3, puis de la base de l'effet 3 en tête B de l'effet 4 et de la base de l'effet 4 en tete C de l'effet 5, respectivement par les pompes 8 et 9 et les conduits 10 et 11.Enfin, le lait écrémé concen tré sortant à la base de l'effet 5 est amené par une pompe 12 et un conduit 13 dans un bac 14 dont la base est pourvue d'un conduit d'évacuation 15 en relation avec une pompe 16 destinée à refouler le concentré du bac 14 dans un conduit 17 aboutissant à la partie supérieure d'un sécheur-atomiseur 18. L'extrémité du conduit 17 est pourvue d'un dispositif convenable de pulvérisation (non représenté). Par ailleurs, un conduit 19 débouche dans le bac 14, ce conduit étant en relation avec une source de concentré apte à être traite dans le sécheur-atomiseur 18, cette source pouvant etre un autre évaporateur. Dans le cas où le débit de l'evaporateur est supérieur à celui du sécheur-atomiseur 18, le bac 14 absorbera le surplus de concentré qui ne peut etre traité dans le secheur-atomiseur.Au contraire, quand le débit de l'évaporateur est inférieur à celui du secheur-atomiseur, ce dernier sera malgré tout suffisamment approvisionné grâce au concentré stocke dans le bac 14, stock réalisé par apport de concentré par le conduit 19 et/ou par rétention du surplus de concentré provenant de l'évaporateur pendant la période où ce dernier fonctionne à un débit inférieur à celui du sécheur-atomiseur. Aux effets de l'évaporateur sont associés respectivement les séparateurs liquide-vapeur 20, 21, 22, 23. Le séparateur 20 est en relation avec le corps de chauffe de l'effet 3 par un conduit 24. De même, les séparateurs 21 et 22 sont en relation avec les corps de chauffe des effets 4 et 5 respectivement par les conduits 25 et 26 et le séparateur 23 est en relation avec un condenseur (non représenté) par le conduit 27. Le conduit 25 porte en dérivation le conduit d'aspiration 28 d'un thermocompresseur 29, le conduit de refoulement 30 de ce dernier étant en communication avec le corps de chauffe du premier effet 2. Par ailleurs, le conduit 28 porte lui aussi en dérivation le conduit 31 aboutissant dans un condenseur par mélange 32. A la partie haute de ce condenseur est introduit par le conduit 33 à débit constant, de l'eau provenant d'un circuit fermé qui sera décrit ci-apres. Cette eau est déversée sur un dispositif de répartition 34 situé au sommet du condenseur 32. L'eau est ainsi en quelque sorte pulvérisée et vient en contact intime avec la vapeur provenant du conduit 31. L'eau ainsi réchauffée est rassemblée vers le centre du condenseur et est alors soutirée à la partie basse de ce conducteur 32, par une pompe 35, pour être amenée par un conduit 36 dans la première section 37 d'un échangeur de chaleur par contact indirect 38 destiné à chauffer tout ou partie de l'air nécessaire dans le sécheur-atomiseur. Le conduit 36 est muni d'un moyen de réglage de la température R1 (non représenté). Comme indiqué précédemment, l'echangeur 38 comporte une première section 37 suivie d'une seconde section 39. De l'air destiné à etre utilisé dans le sécheur-atomiseur 18, arrive par un conduit 40 en tête de la première section 37, et traverse cette première section puis la seconde avant d'être envoyé par un conduit 41 en tête dudit sécheur-atomiseur 18. L'eau refroidie par l'air dans la section 37 sort ensuite de cette dernière par un conduit 42 muni d'un moyen de réglage de la température R2 (non représenté), arrive dans un bac 43 où peut se faire le débordement 44 de l'excès de fluide du circuit, avant d'être ramenée par une pompe 45 à débit constant et le conduit 33 au sommet du condenseur 32.L'eau prélevée à la base de ce condenseur 32 circule donc en circuit fermé 35 --" 36 > 37 - - > 43 > 45 - #k5#33#32. La seconde sec- tion 39 est quant à elle alimentée en vapeur vive par un conduit 46, les condensats issus de cette section 39 étant évacués par un conduit 47. L'air sortant de la section 39 arrive comme il a été indiqué précédemment au sommet du sécheur-atomiseur 18. Le lait écrémé concentré amené par le conduit 17 et pulvérisé dans le sécheur-atomiseur est séché par cet air chaud, ce qui conduit à l'obtention de poudre de lait. Cette dernière et l'air s'échappent à la base du sécheur-atomiseur respectivement par les conduits 48 et 49. Il est à remarquer que l'evaporateur n'est pas nécessairement du type à flot tombant et peut comporter plus ou moins de 4 effets. De même, l'alimentation en vapeur du corps de chauffe du premier effet n'est pas nécessairement réalisée par mise en oeuvre d'un thermocompresseur 29 ; on pourrait y substituer une arrivée directe de vapeur vive. De la meme manière, le condenseur 32 pourrait être du type indirect (condenseur par surface) auquel cas le tropplein 44 n'aurait plus lieu d'être. La seconde section 39 pourrait être constituée par un échangeur indirect sur gaz chauds ou un dispositif de chauffage direct. Les moyens de réglage de la température R1 et R2 peuvent par exemple être conçus de manière à faire appel à un fluide de refroidissement ou à un fluide de réchauffement, et notamment à de l'eau froide, à de la vapeur ou aux condensats de l'evaporateur. Comme cela a été expliqué précédemment, ces moyens de régalge évitent la destruction de l'équilibre de l'installation quand pour une raison ou une autre, il y a une modification de fonctionnement au niveau de l'évaporateur et/ou du sécheur-atomiseur. Il est souhaitable par ailleurs de prévoir une vanne V sur le conduit 31 pour isoler l'evaporateur du condenseur 32 de façon à pouvoir poursuivre le préchauffage de l'air destiné au s6cheur-atomiseur 18, en cas d'arrêt de l'evaporateur. Il est alors nécessaire d'injecter dans le circuit fermé du condenseur 32 les calories nécessaires à ce réchauffage. Le mode de réalisation représenté par la figure 2 ne se distingue de celui de la figure 1 que par une modification au niveau du circuit fermé. Plus précisément, l'eau soutirée à la partie basse du condenseur 32 par la pompe 35 est amenée par un conduit 50 dans le compartiment 51 d'une cuve 52 divisée en deux compartiments 51 et 53 par une paroi verticale 54 s'arrêtant à une certaine distance du fond de la cuve 52 de manière à ce qu'il y ait une communication entre les deux compartiments 51 et 53. L'eau du compartiment 51 est ensuite amenée au moyen d'un conduit 55 et d'une pompe 56 dans la première section 37 de l'échangeur de chaleur 38. L'eau refroidie par l'air dans cette section 37 sort ensuite de cette dernière par un conduit 57, arrive dans le compartiment 53 de la cuve 52 avant d'être ramenée par la pompe 45 et le conduit# 33 au sommet du condenseur 32.L'eau prélevée à la base de ce condenseur 32 circule dans un circuit ferme Comme dans le cas de la figure 1, il est possible de prévoir un moyen de réglage de la température de l'eau en circulation en aval et/ou en amont de la section 37 de l'échangeur de chaleur 38. Comme indiqué précédemment, si l'on arrête ltévaporateur 32, il y a aspiration de calories du condenseur 32 vers l'evaporateur. Pour éviter d'être obligé de compenser cette déperdition de chaleur dans le condenseur 32, il suffira d'arrêter la pompe 35 et le circuit ferme sera ainsi limité à Il est -encore à remarquer qu'en cas d'arrêt du sécheur-atomiseur 18, on pourra avantageusement limiter la circulation de l'eau en arrêtant la pompe 45 et en amenant l'eau issue du compartiment 51 au moyen du conduit 55 et de la pompe 56, non pas dans la section 37, mais en tête du condenseur 32 (voir pointillés). Bien entendu, l'eau arrivant en tête de ce dernier devra être soumise à l'action d'un régulateur de température qui maintiendra la température de cette eau à une valeur adéquate pour éviter toute perturbation de ltévaporateur. REVENDICATIONS 1. Installation de concentration et de séchage par air chaud qui comprend un évaporateur (2,3,4,5) comportant au moins un effet et destine à concentrer un produit liquide tel qu'un produit alimentaire, notamment un produit laitier, un sécheur (18) dans lequel est traité le concentré issu de l'evaporateur ou tout autre concentré, une source d'air (40) en communication avec le sécheur (18), des moyens de préchauffage de l'air en provenance de ladite source d'air, ces moyens étant en relation avec l'evaporateur par un conduit de prélèvement (31) d'une partie de la vapeur d'évaporation créée dans ledit évaporateur et un réchauffeur final (39) amenant l'air à la température finale voulue, caractérisée en ce que les moyens de préchauffage de l'air sont constitués par un circuit fermé dans lequel circule un fluide à débit constant et, placés en série sur ce circuit, un premier échangeur de chaleur (32) où a lieu l'échange de chaleur entre la vapeur prélevée et le fluide en circulation et appelé échangeur vapeur/fluide, un second échangeur de chaleur (37) où a lieu 1' échange de chaleur entre le fluide en circulation et l'air et appelé échangeur fluide/air et des moyens (35/45) assurant la circulation du fluide dans le circuit fermé. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'echangeur vapeur/fluide (32) est du type à contact direct ou indirect, l'e- changeur fluide/air (37) étant du type à contact indirect. 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'échangeur vapeur/fluide (32) est du type à contact direct, le circuit fermé comportant alors un dispositif de trop-plein. 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le dispositif de trop-plein est constitué par deux bacs en communication (53, 51) et placés respectivement en aval et en amont de ltéehangeur fluide/air (37). 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les deux bacs (53, 51) constituent les deux compartiments d'une cuve (52) scindée en deux par une paroi verticale (54), compartiments communiquant par leur partie basse. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'un moyen de réglage (R1) de la température du fluide en circulation est disposé sur le circuit en aval de ltéchangeur fluide/air (37). 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, ca ractérisée en ce qu'un moyen de réglage (R2) de la température du fluide en circulation est disposé sur le circuit en amont de l'echangeur fluide/air (37). 8. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, ca ractérisée en ce qu'un recompresseur mécanique de vapeur ou un thermocompres seur est disposé sur le conduit de prélèvement de la vapeur d'évaporation créée dans l'évaporateur.