Brevet FR2513083A1 — publié le 19830325

La présente invention concerne une installation pour le traitement de liquides notamment du lait pour la fabrication de. yaourts,. On connait déjà diverses installations de traitement de liquide pour la fabrication de produits alimentaires à base de lait fermenté tels que des yaourts, notamment une installation de traitement de liquide notamment pour la fabrication de produits alimentaires à base de lait fermenté tels que des yaourts, installation composée d'une cuve cylindrique à fond conique, la cuve étant à double paroi pour la circulation d'un fluide caloporteur de chauffage et de refroidissement. Le principe général de la fabrication des yaourts brassés repose sur la floculation des caséines sous l'action de l'acidité développée par des cultures de ferments lactiques incorporées dans le lait après pasteurisation ; cette opération se fait à la température de 41 à 43 C, dans des cuves de fabrication. Lorsqu'un certain état est atteint, mesurable soit par l'acidité de titration soit par le pH, il faut refroidir assez rapidement la masse jusqu'à une température de 10 à 150C avant de la conditionner en unités de vente après qu'il y ait eu ou non incorporation de fruits, d'aromes, ou de colorants selon le type de fabrication envisagé. Toutefois, la structure du caillé, une fois conditionné, peut être essentiellement différente selon que l'on a transféré le caillé du récipient de production vers la machine à conditionner avant d'avoir atteint ou après avoir dépassé le seuil de 250C environ ; ce phénomène se marque par une meilleure rétention du sérum dans le deuxième cas que dans le premier cas, se traduisant au niveau du consommateur par un produit plus agréable à voir et plus moelleux à déguster. On a déjà proposé de nombreux dispositifs destinés à la fabrication de yaourts : parmi ces dispositifs, le plus simple qui a été pendant longtemps le seul utilise, consiste à placer le lait et les ferments lactiques dans des bidons que l'on chauffe puis que l'on refroidit en chambre froide ou en les plongeant dans l'eau glacée. Or, on a observé qu'en réalisant le caillage du lait en bidons de 20 litres (ce qui correspond à un diamètre de 30 cm environ) et en refroidissant ces bidons en chambre -froide.entre O et 44 0C, on obtient une vitesse de refroi'di'ssent tout à fait convenable. Mais l'utilisation des bidons de 20 litres est malheureusement inconciliable avec une fabrication et une exploitation industrielle telles qu'on les conçoit de nos jours. Pour améliorer ces bidons, on a proposé d'effectuer les réactions de mélange lait-ferments sur des échangeurs à plaques, puis de transférer le liquide obtenu dans des récipients à parois extérieures réfrigérantes ; mais, ces dispositifs ne sont pas non plus sans présenter de nombreux inconvénients, étant donné que la nécessité d'effectuer un brassage du lait au cours des opérations entraîne de nombreuses pertes. De plus, on a également. mis sur le marché, diverses cuves dont les parois constituent des échangeurs de chaleur, mais de telles cuves n'ont jamais permis d'obtenir des températures uniformes dans le récipient, et donc des conditions réactionnelles optimales. On connaît également une installation destinée à la fabrication à l'échelle industrielle d'aliments liquides à base de lait fermenté, tels que des yaourts, présentant tous les avantages que l'on pouvait rencontrer en fabrication artisanale, à l'aide de bidons d'environ 20 litres, sans briser la structure du caillé. Cette installation se compose d'un récipient de forme générale cylindrique recevant le liquide à traiter, dont le fond et les parois latérales sont munis d'échangeurs de chaleur externes et dont l'intérieur comporte des échangeurs de chaleur internes de forme générale cylindrique et de même type que les échangeurs externes. Bien que l'installation de fabrication industrielle décrite ci-dessus donne de bons résultats, elle présente un certain nombre d'inconvénients. En effet, dans l'installation de fabrication industrielle décrite ci-dessus, le nettoyage de la cuve et des échangeurs cylindriques fixes placés à l'intérieur de la cuve ne se fait pas toujours dans des conditions -optimales. En effet, pour assurer un bon nettoyage, il faut projeter une quantité importante de liquide de nettoyage tel que de l'eau chaude. Or, dans la plupart des cas, ces eaux usées ne peuvent être rejetées telles quelles. Il faut donc les traiter. A titre indicatif, une installation telle que celle décrite ci-dessus peut avoir une capacité de 5 à 8 m3, ce qui nécessite des quantités d'eau chaude de nettoyage, très importantes. Dans cette installation, l'agitateur est placé à la base de la cuve, ce qui non seulement complique le nettoyage mais également l'évacuation des produits en fin de traitement puisque ceux-ci ne peuvent sortir par le point bas de la trémie conique à la base de la cuve. L'échange thermique ne se fait pas non plus dans des conditions optimales puisque seules les parois de la cuve sont traversées par un liquide caloporteur. Or, comme il n'est pas possible d'agiter fortement le produit dans la cuve, on ne peut favoriser l'échange thermique entre le produit et les parois, si bien que le temps nécessaire aux échanges de chaleur notamment au refroidissement lorsque le produit est assez consistant, est une opération relativement longue donnant par ailleurs des produits de qualité irrégulière. La présente invention a pour but de créer une installation pour le traitement de liquides notamment la fabrication de produits alimentaires à base de lait fermenté tels que des yaourts, qui soit d'une utilisation très efficace tant pour les phases actives de fabrication, ctest-à-dire la montée en température, puis le refroidissement, qu'à l'évacuation des produits sans détérioration de leur qualité et enfin qui soit efficace et d'un nettoyage coûteux. A cet effet, l'invention concerne une installation caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un serpentin constitué par un tube enroulé en hélice, coaxial à l2axe de la cuve et fixé au fond de la cuve, ainsi qu'un rotor entralné par un moteur et composé de couteaux répartis suivant des cercles coaxiaux à l'axe de la cuve, ces couteaux venant se placer dans l'intervalle entre deux serpentins ou entre un serpentin et la paroi de la cuve, pour tourner dans cet intervalle. Grâce aux serpentins d'axes verticaux entre lesquels circulent des couteaux verticaux, on obtient un contact très efficace de la masse du liquide ou de la pâte et des surfaces d'échange thermique des serpentins et couteaux. Le branchement en parallèle à la fois des serpentins et des couteaux du rotor augmente l'efficacité de cet échange tant dans la phase de chauffage que dans la phase de refroidissement. La forme particulière des couteaux (section en losange) est intéressante pour la pénétration des couteaux dans la masse du produit sans broyer le produit et sans en séparer le sérum tout en permettant d'assurer une bonne circulation du produit sur les surfaces d'échange thermique. L'orientation des couteaux autour de leur axe vertical détermine ledéplacement créé dans la masse du produit suivant le produit à traiter, l'orientation des couteaux peut être différente d'un groupe de couteaux à l'autre. La disposition concentrique et coaxiale des serpentins et des couteaux est très importante pour la mise en place ou le démontage du rotor. En effet, il suffit de soulever verticalement le rotor pour l'extraire. Pour éviter toute déformation des couteaux au contact du produit, il est intéressant de fixer les extrémités inférieures des couteaux à une couronne tubulaire susceptible de former en même temps une couronne de circulation de fluide caloporteur. Les serpentins et couteaux du rotor ne gênent pas l'évacuation du produit par l'orifice d'évacuation. La disposition des serpentins et des couteaux ne gêne pas le nettoyage de la cuve par divers moyens de nettoyage tels que des rampes latérales verticales, des boules de lavage fixes ou rotatives -etc qui disposent de suffisamment de place pour séjourner dans la cuve meme pendant le traitement du produit. De plus comme la présence de ces moyens de nettoyage ne gêne pas les serpentins ou le rotor ; ce dernier peut même tourner pendant le nettoyage, ce qui accélère le nettoyage. Le fait de ne pas avoir à extraire les moyens de nettoyage est important car on évite l'introduction de germes ou souillures de l'extérieur. De façon générale, l'installation selon l'invention permet un échange thermique très efficace entre le produit et l'échangeur (serpentins et rotor) réduisant ainsi de façon importante le cycle de traitement des produits tout en simplifiant et en accélérant les opérations annexes telles que le nettoyage et la stérilisation de la cuve et des accessoires. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en élévation d'une cuve d'une installation selon l'invention. - la figure 2 est une vue en coupe partielle de la cuve. - la figure 3 est une vue en coupe de détail de la partie basse d'une cuve selon ia figure 2. - la figure 4 est une vue en coupe horizontale schématique de la cuve de la figure 2 montrant la disposition des couteaux du rotor ainsi que leur trajectoire et la position des serpentins. - la figure 5 est une coupe d'un couteau de rotor. - la figure 6 montre le circuit de circulation du fluide à travers des couteaux du rotor. Selon la figure 1, l'installation de traitement de liquides notamment du lait pour la fabrication de produits alimentaires à base de lait fermenté tels que des yaourts, se compose d'une cuve cylindrique circulaire 1 d'axe vertical X-X dont la paroi extérieure est double pour former une chemise servant à la circulation d'un fluide caloporteur de chauffage et de refroidissement. Le fond 2 de la cuve est de forme tronconique, à pente relativement grande, se terminant par un orifice 3 pour la sortie des produits. La partie haute de la cuve est fermée par un couvercle 4 portant un moteur 5 qui entraene le rotor.Cette figure montre les ajutages d'alimentation et d'évacuation Al, A'1, A2, A'2, A3, A'3, A4, A'4, A5, A'5, A6, A'6 du fluide caloporteur pour les différents circuits, à savoir le circuit d'alimentation des couteaux du rotor par les ajutages Al, A'l, le circuit d'alimentation de la double paroi du cylindre par les ajutages A2, A'2, le circuit du fond par les ajutages A3, A'3 et trois circuits de serpentins par les ajutages A4, A'4, AS, A'5, A6, A'6. La cuve 1 est portée par des pieds 6 par exemple des vérins mécaniques permettant de régler la verticalité de l'axe X-X. Une telle cuve a en général une capacité de plu- sieurs mètres cubes par exemple 5 m3. La figure 2 montre le détail de la cuve. Selon la figure 2, la cuve comporte des serpentins 10, 11, 12 cylindriques circulaires centrés sur l'axe X-X. Ces trois serpentins 10, 11, 12 occupent la hauteur utile de la partie cylindrique 1 de la cuve ainsi que le fond conique 2, pour que les spires des serpentins soient réparties aussi régulièrement que possible à l'intérieur de la cuve. Les serpentins 10, 11, 12 sont respectivement reliés aux ajutages A4, A'4, A5, A'5, A6, A'6. L'intérieur de la cuve est également occupé par un rotor 13 entraîné par le moteur 5. Le rotor 13 se compose de trois ensembles de couteaux 14, 15, 16 verticaux, portés par des couronnes circulaires 17, 18, 19 dans la partie haute et des couronnes circulaires correspondantes 20, 21, 22 dans la partie basse.-Dans la partie haute, les couronnes 17, 18, 19 sont eîlesmeAmes portées par des bras en forme de conduite 23,23' assurant l'alimentation et l'évacuation du fluide caloporteur. Enfin au niveau de l'axe X-X, les lames sont remplacées par deux tubes aplatis 24, 25 reliés au tube central 26 pour la circulation du fluide caloporteur. La partie supérieure 27 du rotor au niveau des bras en forme de conduites 23, 23' est constituée par un double tube pour le branchement du conduit d'arrivée 23 et du conduit de départ 23' du fluide caloporteur. Ce double tube 27 non représenté en détail est relié à un joint tournant 28-dont la partie fixe est reliée aux ajutages Al, A'1, du fluide caloporteur du rotor. La partie mobile du joint tournant 28 est d'une part reliée à la partie 27 et d'autre part au moteur 5 qui assure l'entraSnement en rotation. La forme des couteaux 14, 15, 16 sera décrite de façon plus détaillée ultérieurement. A l'intérieur de la cuve se trouvent également les dispositifs de nettoyage tels que la rampe verticale 30 disposée le long de la paroi de la partie cylindrique 1, les boules rotatives 31 situées dans la partie haute de la cuve, au niveau du couvercle 4 au-dessus des bras en forme de tubes 23, 23' du rotor 13, et les boules de lavage 32 situées dans le bas au niveau de la partie conique 2. Comme représenté, les boules 32 sont reliées à une boucle 33 de distribution de liquide de nettoyage (eau chaude etc). Enfin, la figure 2 montre la conduite 34 d'introduction de liquide à traiter ainsi que la pompe 35. Les dispositifs de nettoyage tels que la rampe 30 et les boules rotatives 31 traversent le couvercle 4 à travers des orifices appropriés 36 qui permettent le cas échéant l'en lèvement de ces dispositifs. Le couvercle comporte également un trou d'homme 37. La figure 3 montre le détail des ajutages d'alimentation et de sortie A4, A5, A6, A'4, A'5, A'6 des serpentins 10, 11, 12. Comme la sortie du fluide se fait dans la partie basse de la cuve et que les serpentins sont à un seul enroulement, la colonne montante respective 10', 11', 12' peut en même temps servir de support aux spires, celles-ci étant soudées par les points de soudure 38 de façon à maintenir l'écartement. La figure 4 montre la répartition des serpentins 10, 11, 12 et les trajectoires des couteaux 14, 15, 16 du rotor ainsi que la disposition des tubes 24, 25 équivalents de cou- teaux au niveau de l'axe X-X. Cette figure montre également la forme et l'orientation des couteaux, pour créer une légère agitation ou un léger déplacement de la matière à l'intérieur de la cuve suivant le sens de rotation du rotor. La figure 5 est une vue en coupe à échelle agrandie d'un couteau 40. Cette vue en coupe transversale montre qu'un couteau 40 tel que les couteaux 14, 15, 16 se compose de la réunion de deux profilés à section triangulaire 41, 42 par leurs petites bases 43, 44 à l'aide de soudures 45. Cette figure montre également en pointillés les ajutages 46, 47. La figure 6 schématise le branchement des couteaux. Dans chaque ensemble 14, 15, 16, il y a des couteaux 40 et un ou quelques couteaux 40', ces derniers étant reliés directement à la conduite d'alimentation 23 et de retour 2B'. Dans le couteau 40', les deux éléments 41, 42 sont séparés et le fluide caloporteur ne passe pas directement d'un élément à l'autre. Par contre dans le couteau 40, les deux éléments 41 et 42 communiquent dans leur partie supérieure par l'orifice 48. A la base, les couteaux sont reliés par les ajutages 46, 47 à la couronne 49 qui correspond à l'une des couronnes 20, 21, 22. Dans la partie haute, si l'on choisit ce mode de branchement et ce mode de circulation du fluide caloporteur (voir flèches), la couronne circulaire ne sert que d'entretoise et de moyen de support des lames. En effet, il est à remarquer qu'étant donné la nature relativement pâteuse du produit en fin de traitement, on a un échange thermique naturel extrêmement défavorable. Pour améliorer ce résultat, les serpentins et les couteaux du rotor sont non seulement répartis de façon aussi régulièrement que possible à l'intérieur du volume utile de la cuve mais ces éléments (serpentins et couteaux) sont prévus en un nombre suffisant pour que les trajectoires des couteaux soient aussi proches que possible des spires des serpentins et que les spires elles-mêmes soient suffisamment rapprochées, pour qu'en moyenne aucun point du produit ne soit à plus de quelques centimètres (de l'ordre de 5 à 6 cm) d'une paroi d'échange de chaleur (paroi extérieure, serpentins, couteaux). R E V E N D. I C A T I O N S 10) Installation de traitement de liquide notamment pour la fabrication de produits alimentaires à base de lait fermenté tels que des yaourts, installation composée d'une cuve cylindrique à fond conique, la cuve étant à double paroi pour la circulation d'un fluide caloporteur de chauffage et de refroidissement, installation caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un serpentin (10, 11, 12) constitué par un tube enroulé en hélice, coaxial à l'axe (X-X) de la cuve (I) et fixé au fond (2) de la cuve, ainsi qu'un rotor entraîné par un moteur et composé de couteaux (14, 15, 16) répartis suivant des cercles coaxiaux à l'axe (X-X) de la cuve, ces couteaux venant se placer dans l'intervalle entre deux serpentins (10, 11, 12) ou entre un serpentin et la paroi de la cuve (1), pour tourner dans cet intervalle. 20) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte trois serpentins (10, 11, 12) concentriques. 30) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte trois ensembles de couteaux (14, 15, 16) répartis sur trois cercles concentriques entre eux et à l'axe (X-X) de la cuve. 40) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque couteaux a en section un profil en losange obtenu par l'assemblage de deux tubes (41, 42) de section triangulaire, suivant l'une de leurs côtés (43, 44). 50) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les couteaux (24, 25) sont constitués par des tubes aplatis. 60) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rotor comporte des conduites de support et de liaison (17, 18, 19, 20, 21, 22) pour les couteaux (14, 15, 16), ces conduites de forme circulaire étant prévues dans la partie haute et dans la partie basse du rotor. 70) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les branchements d'alimentation (A4, A'4, A5, A'5, A6, A'6) des serpentins (14, 15, 16) se font à la verticale des serpentins respectifs et les conduites d'arrivée (10', ll', 12') remontent verticalement à caté du serpentin (10, 11, 12) respectif pour servir de support aux spires.