Brevet FR2513082A1 — publié le 19830325

Procédé et installation de stérilisation de concentrés bactériens La présente invention a pour objet un procédé et une installation destinés à traiter un courant d'un liquide, par exemple de lait, contenant des gaz comme l'air et le dioxyde de carbone, ainsi que des microbes, dans lesquels on sépare une fraction enrichie en flore microbienne par centrifugation du courant et on soumet la fraction à un premier dégazage de façon à chasser la majeure partie des gaz, avant de stériliser cette fraction par chauffage et de la remélanger au courant. On utilise depuis longtemps de tels procédés et les installations correspondantes, notamment pour stériliser le lait au cours de la fabrication du fromage On centrifuge le lait dans une centrifugeuse à ajutage spéciale et on obtient, à partir de l'écoulement de lait d'entrée, une fraction enri- chie en microbes, et notamment en spores On dégaze ensuite cette fraction dans un dégazeur spécial sous vide de façon à la débarrasser presque complètement de ses gaz, tels que l'air et le dioxyde de carbone Ce dégazage est nécessaire en vue de l'étape ultérieure de stérilisation, qui utilise normale- ment un ajutage d'injection par lequel on amène un jet de vapeur vive pour le faire condenser Il n'est pas possible d'effectuer une condensation stable si le lait contient des gaz comme l'air. Le procédé de stérilisation du lait à l'aide d'une buse d'injection s'est largement développé et il est vrai- semblablement prépondérant dans ce domaine Pourtant les installations pour mettre en oeuvre ce procédé présentent des inconvénients Elles sont sensibles aux perturbations en fonctionnement Un changement de capacité exige un chan- gement d'ajustement de la contre-pression d'écoulement Les installations requièrent un nettoyage soigneux à intervalles de temps courts Par suite de la complexité du nettoyage automatique des buses d'injection, on ne peut pas utiliser des nettoyages en place et il faut avoir recours au nettoyage manuel, qui est long et coûteux Etant donné la nécessité de chasser complètement les gaz pour que la buse d'injection puisse fonctionner, ce dégazage exige un équipement coûteux. 2 - En conséquence, le besoin se fait sentir depuis longtemps d'une méthode simple du genre ci-dessus défini, méthode qui doit permettre une variation de capacité sans réajustage pénible des paramètres du procédé et qui doit permettre un nettoyage automatique de l'appareillage. La présente invention vise notamment à fournir un procédé de ce genre Dans ce but, l'invention propose notam- ment un procédé caractérisé-en ce que ladite fraction est amenée, par l'intermédiaire de moyens de division, dans un conteneur clos de -façon à provoquer sa division fine, de la vapeur étant également introduite dans le conteneur dans un but de chauffage par condensation directe, après quoi on évacue la fraction hors du conteneur à niveau contrôlé par une première sortie tandis que le gaz qui subsiste éventuelle- ment dans ladite fraction à l'entrée des moyens de répartition, lorsque cette fraction est finement divisée, est séparé du liquide par un second dégazage *et est rejeté hors du conteneur par une seconde sortie A l'état finement divisé, le liquide et le gaz résiduel se séparent de sorte que la vapeur amenée peut se condenser sans perturbation dans les particules obte- nues à partir de ladite fraction, qui s'écoule vers le fond du-conteneur, o on maintient un niveau constant de liquide par commande de la surface libre de type courant On rejette le gaz libéré par une sortie située audessus du fond du conteneur. Dans un mode particulier de mise en oeuvre du procédé, on impose un trajet d'écoulement hélicoïdal à ladite fraction dans les moyens de division, de façon à séparer le liquide et le gaz résiduel par effet cyclone. On refroidit avantageusement la surface de la seconde sortie qui est en contact avec le gaz séparé par le second dégazage On améliore ainsi l'évacuation du gaz séparé hors du conteneur. L'invention propose également une installation permet- tant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus défini, ins- tallation comportant un séparateur centrifuge pour séparer un écoulement d'entrée en un écoulement principal et une fraction enrichie en microbes, un séparateur cyclone de 13082 3 - dégazage et unconteneur fermé mis en série avec le sépara- teur cyclone par des conduites prévues pour transporter la- dite fraction Cette installation comporte une entrée de conteneur constituant moyens de division, prévus pour diviser de façon fine une fraction qui pénètre dans le conteneur, une entrée de vapeur, une première sortie ménagée dans le fond du conteneur pour la fraction rejetée, un dispositif pour comman- der le niveau de liquide dans le conteneur, et une seconde sortie ménagée dans le conteneur pour le gaz rejeté. La première sortie est reliée à une conduite pour l'écoulement principal, de sorte que la fraction est combinée à cet écoulement principal et constitue l'écoulement de sor- tie de l'installation. Lorsque la fraction est divisée finement par les moyens de division dans le conteneur, le liquide se sépare des gaz qui y sont mélangés Les particules de liquide constituent desnoyaux de condensation pour la vapeur amenée, vapeur qui porte leur température au point de stérilisation Par com- mande de niveau, on assure le maintien pendant un certain temps dans le conteneur, une certaine quantité de liquide étant toujours présente au fond du conteneur Dans un mode de réalisation particulier, les moyens de division sont réalisés sous forme d'un conteneur ouvert muni d'une paroi cylindrique de mise en rotation et d'un coin ou lame à entrée tangentielle On obtient ainsi une séparation améliorée du liquide et du gaz On entoure avantageusement la seconde sortie, destinée au gaz rejeté, d'une chemise de refroidis- sement car on facilite ainsi l'évacuation du gaz à partir du conteneur La sortie est reliée à un dispositif de rejet à gaz et condensation thermodynamique, de type en lui-même connu Il fonctionne en rejetant seulement du gaz, qui a une température plus faible que la température correspondant à la vapeur saturée dans le conteneur Le fond du conteneur est avantageusement muni d'une chemise externe de refroidisse- ment, de façon à limiter la température de cette partie du conteneur et à diminuer les risques de dépôt. Une installation du genre qui vient d'être décrit est de constitution simple, permet un fonctionnement stable avec 4 - une possibilité simple de modification de la capacité; elle peut facilement être nettoyée automatiquement et ne comporte pas de pièce compliquée L'installation a l'avantage supplé- mentaire de pouvoir être directement accouplée à une étape de pasteurisation supplémentaire qui bénéficie complètement de la chaleur apportée (exception faite d'une faible fraction de chaleur qui est évacuée dans la chemise de refroidissement de la seconde sortie et dans celle placée sous le conteneur). L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'une installation qui en constitue un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif L'invention se réfère à la figure unique qui l'accompagne et montre l'installation Cette installation comprend un séparateur centrifuge l ayant un rotor muni à sa périphérie de tuyères de petite taille, une conduite d'amenée pour un écoulement d'entrée de lait 2, une conduite 3 de sortie pour la fraction de lait enrichie en microbes et une conduite de sortie 4 pour le lait appauvri en microbes La conduite 3 est reliée à un séparateur cyclone 5 comportant une sortie de gaz extrait 6 et une sortie de lait dégazé 7. Cette dernière sortie est reliée à un conteneur clos 13, qui constitue la chambre de stérilisation, par une pompe 8, une conduite 9, une vanne deux voies 10, une conduite 11 et un clapet, 12 Une conduite 14 à partir de la vanne à deux voies 10 permet un écoulement en retour Le conteneur 13 est muni d'un ajutage d'injection 15 qui constitue moyens de division et donne un trajet hélicoïdal à l'écoulement d'entrée. Le conteneur 13 est également muni d'une entrée de vapeur 16 dans laquelle le débit de vapeur est commandé à l'aide d'une vanne 17 Une sortie 18 placée au fond du conteneur 13 com- porte un flotteur (non représenté) de détection de niveau qui agit sur une vanne 19 qui commande à son tour le débit de lait épuisé en microbes par une conduite de dérivation 20, comme on le décrira plus loin Le mélange des écoulements provenant de la conduite 20 et de la sortie 18 est amené par une conduite 21, une pompe 22, une conduite 23, une vanne 24 et une con- duite 25 à un collecteur 26 relié à la conduite de sortie de la fraction du lait débarrassée de microbes 4 Le collecteur -5- 26 est muni d'une vanne 27 placée en aval de la conduite de dérivation Une conduite de sortie 28 munie d'une chemise de refroidissement à eau fait saillie dans le conte- neur 13 au-dessous de l'ajutage d'injection 15 L'eau de refroidissement pénètre par une entrée 29 et sort par une sortie 30 La conduite de sortie de gaz 28 est reliée à un dispositif de rejet de gaz à condensation thermodynamique. Le fond du conteneur 13 est muni d'une chemise externe 32 alimentée par une entrée 33 en eau de refroidissement qui s'échappe par une sortie 34 Une conduite d'amenée 35 munie d'une vanne est introduite dans le conteneur 13 pour per- mettre le nettoyage de l'installation. Le fonctionnement de l'installation est le suivant On amène le lait au séparateur centrifuge l et on en envoie une fraction, enrichie en microbes et représentant environ 2 à 3 % du débit d'entrée, vers le séparateur cyclone 5 Dans ce der- nier, la majeure partie de l'air est extraite et elle est rejetée par la sortie 6 L'écoulement ainsi dégazé est amené par pompage dans le conteneur 13 à travers l'ajutage d'injection 15, de sorte que l'écoulement est finement divisé et rencontre la vapeur, typiquement à une température de 135 à 140 %C et sous une pression -de 2,2 à 2,7 bars Cette vapeur est amenée par l'entrée de vapeur 16 sous une pression commandée par la vanne 17 Le jet descendant provenant de l'ajutage d'in- jection constitue des gouttelettes et sa température s'élève vers celle de la vapeur du fait de la condensation directe. Le flotteur de détection de niveau dans la sortie 18 commande la vanne 19 de façon que l'écoulement chaud provenant du con- teneur 13, après un temps de retenue moyen de 5 à 15 secondes, se mélange à un écoulement de lait appauvri en microbes pro- venant de la sortie 4 par la conduite 20 et la vanne 19 La pompe 22 ramène le mélange au collecteur 26, o coule le reste du débit de lait appauvri en microbes provenant de la sortie Le débit à travers la vanne 19 est pré-réglé à l'aide de la vanne 24, ajustée de façon que la température dans la conduite 21 soit de quelques degrés supérieure à celle de l'écoulement de lait 2 Si par exemple cette dernière température est de 640 C, la température dans la conduite 21 sera de 68 à 70 %C. Si le débit à travers le conteneur 13 varie pour une raison 13082 6 - quelconque, la vanne 19 commande le débit dans la conduite de façon que la relation entre les deux débits reste inchangée Une des fonctions de la vanne 27 est de garantir que la pression dans le collecteur 26 ne soit pas supérieure à la somme de la pression de vapeur dans le conteneur 13 et de la différence de pression apportée par la pompe 22 L'air, et tout autre gaz, arrivant avec la fraction enrichie en microbes au conteneur 13 est rejeté par la conduite de sortie de gaz 28, qui s'ouvre vers le bas La chemise d'eau constitue une paroi froide sur la conduite et facilite la séparation de l'air et de tout autre gaz rejeté par l'intermédiaire du dis- positif de rejet à gaz et à condensation thermodynamique. Le conteneur est refroidi par la chemise basse 32 située sous le fond Le but de cette chemise est d'éviter que le jet dans le conteneur 13 heurte une paroi de fond plus chaude que l'écoulement: on évite ainsi les dépôts. On peut commander la vanne 10 à l'aide d'un détecteur de température placé dans le conteneur 13 de telle façon que si la température est trop basse dans le conteneur, le réglage de la vanne change de façon à ramener de l'écoulement enrichi en microbes par la conduite de retour 14, jusqu'à ce que-la température soit de nouveau suffisante pour qu'il y ait stérilisation. Etant donné que les processus modernes exigent la possibilité d'un nettoyage par circulation sans démontage et sans intervention manuelle, on prévoit le nettoyage par circulation d'eau, de soude, etc dans le trajet normal de traitement Lorsqu'on utilise la conduite d'amenée 35 pour le nettoyage, le flotteur placé dans la sortie 18 diminue l'écoulement par la vanne 19 en proportion de l'écoulement par la conduite d'entrée 35 Le clapet 12 empêche la vapeur d'atteindre la pompe 8 si cette dernière s'arrête. 13082 -7- REVENDICATIONS 1 Procédé de traitement d'un écoulement de liquide, par exemple de lait, contenant des gaz comme l'air et le dioxyde de carbone ainsi que des microbes, suivant lequel on sépare-une fraction enrichie en microbes par centrifuga- tion, on soumet ladite fraction à un premier dégazage pour chasser la majeure partie des gaz et on stérilise ladite fraction par chauffage avant de la remélanger à l'écoulerment, caractérisé en ce qu'on amène ladite fraction à un conteneur clos ( 13) par des moyens de division l'amenant à un état finement divisé, on introduit également de la vapeur dans le conteneur pour chauffer ladite fraction par condensation directe, puis on évacue ladite fraction à partir du conteneur par une première sortie ( 18) en contrôlant le niveau et on sépare le gaz subsistant éventuellement dans ladite fraction à l'entrée des moyens diviseurs, lorsqu'on divise finement ladite fraction, par un second dégazage, et on rejette ce gaz du conteneur par une seconde sortie ( 28). 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on donne un trajet hélicoïdal d'écoulement à ladite fraction dans les moyens de division de façon à séparer le liquide et le gaz résiduel par un effet de cyclone. 3 Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on refroidit la surface de la seconde sortie qui est en contact avec le gaz séparé par le second dégazage. 4 Installation permettant de mettre en oeuvre le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant un séparateur centrifuge ( 1) pour séparer l'écou- lement d'entrée en un écoulement principal et une fraction enrichie en microbes, un séparateur cyclone ( 5) de dégazage, et un conteneur clos ( 13) placé en série avec le séparateur par des conduites,( 7, 9, 11) de transport de ladite fraction, caractérisée en ce que le conteneur ( 13) comporte une entrée constituant moyens de division prévus pour diviser finement la fraction d'entrée, une entrée de vapeur ( 16), une première sortie ( 18) ménagée dans le fond du conteneur ( 13) pour ladite fraction, un dispositif ( 19) pour commander le niveau de liquide dans le conteneur ( 13) et une seconde sortie ( 18) 8 - ménagée dans le conteneur ( 13) pour le gaz rejeté. Installation suivant la revendication 4, caracté- risée en ce que les moyens de division ( 15) constituent un conteneur ouvert muni d'une paroi cylindrique et d'un coin d'entrée tangentielle. 6 Installation suivant la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la seconde sortie ( 28) est entourée par une chemise de circulation d'un fluide de refroidisse- ment. 7 Installation suivant l'une quelconque des revendi- cations 4 à 6, caractérisée en ce que le fond du conteneur ( 13) est muni d'une chemise de refroidissement ( 32) à circulation de fluide de refroidissement.