Brevet FR2497060A1 — publié le 19820702

e- L'invention concerne un cylindre de traitement pour des machines de barattage fonctionnent en continu, avec des liteaux batteurs rotatifs pour modifier la structure d'émul- sions, notamment de crème. Caractéristiques des solutions techniques connues - Il est déjà connu de traiter mécaniquement de la crème en tant que produit de départ pour la fabrication du beurre, par des éléments, de préférence des arbres avec des liteaux batteurs rapportés sur eux, tournant rapidement dans des cylindres, Les liteaux batteurs sont disposés de façon telle, qu'entre ces liteaux batteurs et la paroi interne du cylindre de barattage, est ménagée une fente. Cette façon de procéder suppose que la crème, accélérée par les liteaux batteurs en un mouvement rotatif, se répartit contre la paroi du cylindre par suite de la force centrifuge et qu'entre la couche superficielle de la crème ac- célérée par les liteaux batteurs et la couche limite de la crème adhérant à la paroi du cylindre, il s'établit une tendance au cisaillement par suite des caractéristiques de frottement de la crème, tendance par l'intermédiaire de laquelle s'effectue l'ap- port d'énergie à la crème. Pour accroître l'efficacité des éléments rota- tifs, divers dispositifs supplémentaires ont été prévus sur ceux-ci. C'est ainsi que par exemple, des liteaux batteurs pa- rallèles supplémentaires ont été disposés. Du c8té de l'entrée pour le produit soumis au traitement, des dispositifs ont été prévus pour l'accélération de ce produit en un mouvement circu- laire, ainsi que pour sa répartition. Les liteaux batteurs doivent prendre une vitesse de rotation très élevée, afin d'éta- blir la tendance au cisaillement exigée pour l'apport d'énergie nécessaire. Mais des vitesses de rotation élevées entra nent, par suite du frottement des paliers, des pertes d'énergie éle- vées. Cela signifie que le rendement des machines reste relati- vement faible. En outre, du fait des valeurs élevées de la vites- se, on introduit dans le produit, une fraction d'air importante, indésirable dans le produit fini, et qui ne peut être éliminée qu'avec une technique complexe. Il s'avère enfin qu'avec cette disposition, les différents volumes élémentaires de la crème soumise au traite- ment, sont traités de façon différente et qu'ainsi un produit intermédiaire non uniforme sort du cylindre batteur. bes expé- riences pratiques, tout comme les recherches orientées, ont montré que les dispositifs supplémentaires apportés ne modi- fient pas l'état de la technique qui a été décrit et n'amélio- rent pas l'efficacité des liteaux batteurs rotatifs. On conna t en outre, des cylindres de traitement dans lesquels la distance entre les liteaux batteurs rotatifs et la paroi du cylindre, augmente lorsqu'on s'éloigne de l'en- trée de la crème. Contrairement aux suppositions qui ont servi de base à cette solution, un accroissement de la distance entre les liteaux batteurs et la paroi du cylindre ' mesure que l'on s'éloigne de l'entrée de la crème, aboutit à une inefficacité croissante des éléments rotatifs. Un autre cylindre de traitement proposé prévoit à l'intérieur de la zone des liteaux batteurs, des saillies en forme de came pour lesquelles des évidements correspondants sont prévus dans les liteaux batteurs. Cette disposition empoche un traitement uniforme des volumes élémentaires de la crème. En arrière des saillies, se constituent des zones d'ombre dans lesquelles le traitement s'opère de façon moins intensive que dans les autres zones. Pour cette raison, la fabrication du beurre n'est possible qu'avec de grandes pertes en corps gras par suite de la teneur élevée en corps gras du bas-beurre. En outre, cette disposition a une influence très négative sur les possibilités de nettoyage. But de l'invention - Le but de l'invention est de créer un dispositif simple évitant les inconvénients de l'état connu de la technique permettant avec une dépenseréduite en matériel un traitement qui ménage le produit et qui soit économique du point de vue énergétique, notamment des dispositifs pour le traitement de la crème en vue de modifier l'émulsion pour produire du beurre. On doit également obtenir un traitement uniforme de tous les volumes élémentaires du produit soumis au traitement. L'incor- poration d'air dans le produit doit 9tre réduite. Exposé de la nature de l'invention - L'invention vise à proposer une solution qui garantisse un traitement uniforme de tous les volumes élémen- taires du produit soumis au traitement, ainsi qu'une pleine 2.utilisation de la différence de vitesse entre le cylindre au repos et les liteaux batteurs rotatifs, par l'intermédiaire de la tendance au cisaillement qui s'instaure dans le produit soumis au traitement. Conformément à l'invention, cela est obtenu en ce que le diamètre de ce cylindre de traitement à l'extrémité de sortie du produit soumis au traitement, est réduit par rap- port au diamètre maximal du batteur en revotant la forme d'une digue d'écoulement, le bord d'écoulement étant déterminé en fonction de la distance entre ce bord d'écoulement et l'extré- mité des liteaux batteurs. Dans un cylindre de barattage, le produit sou- mis au traitement se dépose, par suite de la force centrifuge élevée qui est elle-même une conséquence de la rotation, sous la forme d'une couche mince contre la surface interne du cylin- dre. Le transport du produit selon la direction axiale du cy- lindre s'effectue en fonction de la quantité introduite dans l'unité de temps, de la viscosité du produit, de la longueur du cylindre et de la force centrifuge. En supposant que la vi- tesse de rotation moyenne du produit soumis au traitement, qui résulte du contact entre les liteaux batteurs et la couche su- perficielle du produit, est égale à la moitié de la vitesse de rotation des liteaux batteurs, il s'établit alors une épaisseur de couche du produit soumis au traitement qui se situe bien au-dessous de la distance techniquement réalisable entre la pa- roi du cylindre et les liteaux batteurs rotatifs. Mais cela signifie que le contact entre la couche superficielle et les liteaux rotatifs est momentanément rompu et qu'une accélération du volume élémentaire sur la couche superficielle du produit soumis au traitement, à la vitesse de rotation des liteaux bat- teurs, n'est pas possible. Pour cette raison, le cylindre de traitement est, conformément à l'invention, constitué de façon telle que le diamètre de l'extrémité de sortie du produit soumis au trai- tement, est réduit par rapport au diamètre maximal du batteur en revêtant la forme d'une digue d'écoulement, le bord d'écou- lement étant déterminé en fonction de la distance entre ce bord et l'extrémité des liteaux batteurs. On obtient ainsi un effet de barrage sur le produit soumis au traitement et donc, une épaisseur de couche uniforme correspondant à la totalité de la 3.- 4.- 2497r6 ' distance entre la surface interne du cylindre et le bord des liteaux batteurs, et s'étendant sur la totalité de la surface de traitement du cylindre. Grâce à cette disposition, il existe en permanence un contact entre la couche superficielle du pro- duit soumis au traitement et les liteaux batteurs rotatifs, et une accélération permanente du produit est ainsi assurée. L'épaisseur uniforme de la couche se traduit par une valeur constante de la tendance au cisaillement en tout point à l'in- térieur du produit soumis au traitement et donc, par un traite- ment uniforme de tous les volumes élémentaires. La corrélation aura été établie entre le dimensionnement du bord d'écoulement et la distance de ce bord à l'extrémité des liteaux batteurs, pour une épaisseur de couche prédéterminée à obtenir. Un ac- croissement de la distance entre le bord d'écoulement et l'ex- trémité des liteaux batteurs entraîne une hauteur de digue plus importante, ce qui correspond à une réduction du rayon de la garde d'écoulement dans un système de révolution. La même exi- gence existe dans le cas d'une épaisseur de couche prédéter- minée, plus importante. Le seul point important dans la réalisa- tion de la digue d'écoulement est que la hauteur déterminée pour le bord d'écoulement soit respectée. le reste de la réalisation peut 8tre choisi de façon quelconque. Exemple de réalisation - L'invention va maintenant être expliquée plus en détail en se référant à un exemple de réalisation représenté sur la figure unique ci-jointe qui montre un cylindre de traite- ment2, de rayon interne r, d'une machine de barattage fonction- nant en continu. Dans le cylindre de barattage 2, se trouve un élément rotatif avec des liteaux batteurs 1. Entre la surfade interne du cylindre et les bords externes des liteaux batteurs, subsiste un intervalle de largeur y. La sortie du cylindre de traitement 2 revêt la forme d'une digue d'écoulement 4, dont le bord d'écoulement 3 se trouve à une distance s de l'extrémité des liteaux batteurs 1, et est caractérisé par le rayon rw. Pour une viscosité du Droduit soumis au traitement et pour un débit uniforme Q, le rayon r du bord d'écoulement 3 résulte de la relation suivante: 41r rrs s rw =r-y. e ,- 2497060" ou: rw = rayon du bord d'écoulement, r = rayon interne du cylindre s = distanc'e du bord d'écoulement à l'extrémité des liteaux batteurs y = épaisseur de la couche prédéterminée par la largeur de l'intervalle xf = viscosité du produit soumis au traitement Q = quantité de produit traversant le cylindre dans l'unité de temps. La crème saisie par les liteaux batteurs après son entrée dans le cylindre 2, et accélérée en un mouvement de rotation, est soumise à la force centrifuge et se répartit contre la surface interne du cylindre. Du fait de la digue d'é- coulement 4, s'instaure une accumulation, déterminant l'épais- seur de la couche qui se forme. Les liteaux batteurs rotatifs 1 provoquent seulement une accélération du produit soumis au traitement dans le mouvement de rotation. Le transport du pro- duit à travers le cylindre de barattage 2 dans la direction axia- le, est seulement provoqué par l'arrivée constante du produit et constitue ainsi un processus d'écoulement banal qui se su- perpose au mouvement de rotation. Dans de tels processus de transport, la hauteur du bord d'écoulement 3 de la digue 4, détermine la hauteur du niveau derrière cette digue. Les parti- cules du produit soumis au traitement, qui ne se trouvent plus dans la zone d'action des liteaux batteurs 1, et qui se trouvent donc entre l'extrémité des liteaux batteurs et le bord d'écou- lement 3, sont freinées par suite du frottement et présentent en conséquence une vitesse moyenne de rotation plus faible qu'à l'intérieur de la zone d'action des liteaux batteurs 1. En conséquence, ces particules sont soumises à une accélération centrifuge plus réduite et une pression plus réduite se manifeste en fonction de l'épaisseur y de la couche. La condition de base pour la formation d'une épaisseur de couche y exigée se situe dans l'importance de la distance entre les liteaux batteurs 1 et la paroi interne du cylindre, de façon que la pression sur la paroi interne du cylindre provoquée par le produit soumis au traitement se trouvant sous l'influence de la force centrifuge, ait directement contre le bord d'écoule- ment 3, la même valeur qu'en chacun des autres emplacements du 6.249706'1e cylindre 2, du fait du produit ce trouvant sous l'influence de la force centrifuge avec l'épaisseur de couche prédéterminée y. En conséquence, le bord d'écoulement 3 doit en fonction de son éloignement s de l'extrémité des liteaux batteurs, se trouver sur un rayon plus petit que les bords efficaces externes des liteaux batteurs 1. La conséquence de l'épaisseur de couche y imposée, est un contact permanent des liteaux batteurs 1 avec la surface du produit soumis au traitement. La pleine valeur de la vitesse de rotation se situe entre la couche superficielle, en contact avec les liteaux batteurs 1, du produit soumis au traitement, et la couche limite adhérant à la paroi interne du cylindre. Une tendance constante au cisaillement s'établit en tous les points du produit soumis au traitement, se trouvant dans la zone d'action des liteaux batteurs 1. La tendance au cisaillement s'établissant ainsi est le mécanisme de transmis- sion de l'énergie mécanique au produit soumis au traitement* Ainsi, tous les volumes élémentaires sont traités de façon uni- forme en utilisant pleinement la différence de vitesse entre la paroi interne du cylindre et les liteaux batteurs 1 mobiles par rapport à cette paroi. Le résultat est une meilleure utilisation de l'énergie fournie à la machine pour le processus proprement dit de la formation du beurre ce qui signifie une amélioration du rendement. Le traitement uniforme a pour conséquence qu'un pro- duit homogène du point de vue des dimensions et des caractéris- tiques des grumeaux de beurre sort du cylindre batteur" grâce à quoi d'importantes pertes de corps gras sont évitées. 249706' 7.- R E V E N D I C A T I O N S 1.- Cylindre de traitement pour des machines de barattage fonctionnant en continu, avec des liteaux batteurs rotatifs pour modifier la structure d'émulsions, notamment de crème, cylindre caractérisé en ce que le diamètre de ce cylin- dre de traitement à 1' extrémité de sortie du produit soumis au traitement est réduit par rapport au diamètre maximal du batteur en revêtant la forme d'une digue d'écoulement (4), le bord d'écoulement (3) étant déterminé en fonction de la distance (a) entre ce bord d'écoulement (3) et l'extrémité des liteaux batteurs. 2.- Cylindre de traitement pour machines de barattage fonctionnant en continu, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la digue d'écoulement (4), à condition de maintenir le bord d'écoulement (3) ainsi déterminé, peut être réalisée selon des formes géométriques variées.