Brevet FR2595208A1 — publié le 19870911

La présente invention concerne la conduite du traitement de produits fluides circulant de façon continue, et notamment de produits alimentaires. Elle s'applique plus précisément à la conduite du traitement d'un tel produit lorsque celui-ci circule dans un organe dont la section de passage varie du fait de son encrassement au cours du trai tement. Bien que l'invention s'applique à la conduite de nombreux procédés de traitement de produits fluides, on la décrit plus précisément dans la suite du présent mémoire dans le cadre du chauffage en écoulement continu de produits alimentaires fluides et plus précisément de lait. Le trai tement considéré plus en détail est la stérilisation .du lait. On sait que les produits alimentaires peuvent être altérés par des microorganismes et on les soumet donc habi tuellement à un traitement, 1e plus souvent thermique, dont l'objet est de détruire une proportion convenable de micro organismes. Ces derniers disparaissent suivant une fonction exponentielle du temps de traitement et on utilise souvent, comme paramètre représentatif du résultat du traitement, son "efficacité" qui-est un nombre E sans dimension, égal au logarithme décimal du rapport des concentrations des microorganismes avant et après le traitement. Plus préci sément, l'efficacité E est telle que E = log1o(Co/C) Co et C étant les concentrations avant et après traitement respectivement. Selon la valeur de l'efficacité, on est en présence de traitements de "stérilisation" ou de "pasteur risation". Selon le traitement envisagé, la concentration ini tiale dés microorganismes, le volume V de chaque réçipient dans lequel doit- être conditionné le produit, et la propor tion P de récipients qui peuvent contenir un ou plusieurs microorganismes survivants, cette proportion étant fixée par des impératifs commerciaux et économiques, permettent alors de déterminer l'efficacité E telle que E=log(Co.V/P). Une fois connues l'efficacité et la vitesse de disparition des microorganismes à une température donnée, il est possible de déterminer, avec l'équation précédente, la durée de traitement nécessaire à l'obtention du résultat voulu. Par exemple, la température du traitement peut être choisie dans un appareil dans lequel le temps de séjour du produit est fixe. Dans une variante, le temps de séjour du produit peut être modifié lorsque la température de trai tement est fixée. I1 est donc facile en théorie de déterminer les conditions optimales de traitement thermique des produits alimentaires. Cependant, certains problèmes se posent en pratique. 1. Dans les appareils de chauffage en écoulement continu, le produit traité subit un échauffement puis un refroidissement progressifs. L'efficacité du traitement est donc la somme des efficacités élémentaires tout au long de la zone de traitement. En général, l'efficacité du trai tement à toutes les températures et le profil de tempéra ture subi par le -produit traité ne sont pas suffisamment bien connus. 2. Les produits alimentaires forment en général des dépôts sur les parois des organes dans lesquels ils sont traités. Ces dépôts ont deux conséquences, d'une part une réduction des transferts de chaleur entre les parois , des échangeurs de chaleur et le produit, et d'autre part la réduction du volume interne des appareils de chauffage, donc de la section de passage du produit et du temps de séjour de celui-ci. 3.-Le produit ne circule pas en bloc dans l'organe de traitement mais avec des vitesses différentes dans la section de passage si bien que le temps de séjour du produit varie d'un élément de volume à un autre dans le produit. Cette distribution des temps de séjour n'est en général pas suffisamment connue et elle varie notamment avec l'encrassement des appareils. En conséquence, on utilise habituellement une tempé- rature de traitement suffisamment élevée et un débit (déter minant le temps de séjour) suffisamment faible pour que le traitement ait une efficacité suffisante. Cependant, cette manière de procéder n'est manifestement pas optimale, puis que, par exemple, elle donne une efficacité excessivement élevée lorsque l'appareil n'est pas encrassé. Un autre inconvénient de cette manière de procéder est que l'utilisa tion d'une température trop élevée, au début du traitement, accélère la formation des dépôts, donc l'encrassement et la réduction d'efficacité du traitement. on connaît un procédé permettant la détermination de l'encrassement d'un appareil de traitement du type considéré, et de commande de son nettoyage lorsque l'encras sement a atteint un seuil déterminé. Ce procédé, décrit dans le brevet français n 79.09 969 comprend la mesure du débit du fluide traité, la mesure ou le calcul en continu d'une grandeur caractéristique du courant ou du déroulement du traitement, cette grandeur caractéristique pouvant être une perte de charge dans la totalité ou une partie d'une zone de l'appareil, le coefficient global d'échange de chaleur, etc., puis la comparaison de la valeur mesurée ou calculée à une valeur théorique correspondant au même débit mesuré en l'absence d'encrassement, la comparaison permettant une détermination du degré d'encrassement de l'appareil. Cë document décrit donc un procédé qui détermine le point final d'un traitement et commande alors le nettoyage de l'appareil, mais il ne suggère aucunement la variation des paramètres caractéristiques du traitement en fonction du degré d'encrassement ainsi déterminé. L'invention -concerne un procédé qui optimise les traitements des produits fluides qui circulent de façon continue dans un organe ayant une section de passage qui varie par encrassement au cours du traitement. Plus précisément, selon l'invention, le degré d'encrassement de l'appareil est déterminé et le réglage d'au moins un paramètre du traitement à une valeur telle que, pour le degré d'encrassement déterminé, le traitement a. l'efficacité prédéterminée voulue. Ainsi, le traitement n'est pas, réalisé avec une efficacité' excessive, si bien que l'encrassement de l'appareil est ralenti. Le traitement peut donc être réalisé sur une période plus longue, sans que l'efficacité soit réduite. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de conduite du traitement, avec une efficacité prédéter minée, d'un produit fluide circulant de façon continue dans un organe dont la section de passage varie par encras sement au cours du traitement, le procédé comprenant - la détermination du degré d'encrassement dudit organe, - la détermination de la valeur d'au moins un para mètre du traitement pour laquelle le traitement a l'effica cité prédéterminée pour le degré d'encrassement déterminé et - le réglage du paramètre de traitement à la valeur ainsi déterminée. Le degré d'encrassement est avantageusement mesuré par mise en oeuvre du procédé décrit dans le brevet français précité n 79.09 969. Le plus souvent, le traitement est un chauffage et la détermination d'au moins un paramètre du traitement comprend - la mesure d'au moins une température et d'un dé bit, - le calcul, d'après le degré d'encrassement, du profil de température dans une zone de traitement, - le calcul, d'après le profil de température, le débit et des données propres au produit alimentaire, des temps de séjours du produit dans les diverses parties de la zone de traitement, - le calcul de l'efficacité correspondante, et - la comparaison de l'efficacité calculée à l'effi cacité prédéterminée. I1 est avantageux que cette évaluation soit réalisée après mesure de plusieurs températures en plusieurs points de l'appareil. Lorsque le traitement est un chauffage assuré par circulation d'un fluide autre que le produit à traiter, le paramètre du traitement est avantageusement la' tempéra ture de ce fluide de chauffage. I1 est avantageux que la mise en oeuvre du procédé soit interrompue lorsqu'un second paramètre atteint une limite prédéterminée. Ce second paramètre peut être la température du produit traité à un emplacement de la zone de traitement. I1 peut aussi s'agir de la température du fluide de chauffage. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est un diagramme synoptique illustrant les principales étapes de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; la figure 2 est un schéma d'un appareil de stérili sation dans lequel est mis en oeuvre un exemple de procédé selon l'invention ; et la figure 3 est un graphique représentant les varia tions, en fonction du temps, de la température de traitement et de l'efficacité dans le cas d'un procédé classique (traits interrompus) et d'un procédé selon l'invention (traits continus). On considère d'abord la figure-3 qui permet de com prendre facilement les caractéristiques de l'invention. Dans un traitement classique, la température de traitement est déterminée au préalable afin qu'elle donne l'efficacité voulue. Cette température est maintenue ensuite pendant toute la durée du traitement, comme l'indi que la courbe A. Étant donné que cette température est relativement élevée, l'encrassement de l'appareil est favo risé si bien que le transfert de chaleur vers le fluide à traiter diminue progressivement et la section de passage diminue aussi. Comme le débit est maintenu à une valeur= constante, le temps de séjour diminue aussi. En conséquence, l'efficacité du traitement diminue progressivement, comme l'indique la courbe B. Au point C de la courbe B, cette efficacité est tombée par exemple à une valeur égale à 9 qui est la valeur voulue. Normalement, le traitement devrait être interrompu au point C. Cependant, la plupart du temps, il est poursuivi un certain temps, jusqu'à un point D auquel l'efficacité a été réduite et est par exemple égale à 8 seulement. Dans la zone E comprise entre les points C et D, le risque de fabrication d'un produit non stérile augmente donc. Après le point D, l'ef ficacité diminue trop rapidement pour que le traitement puisse être poursuivi. Selon l'invention, le paramètre fixé. est l'effica cité du traitement, comme l'indique la courbe F. Le paramètre qui est régulé de manière que cette efficacité soit con servée est la température de traitement indiquée par la courbe G. On note que, pendant la plus grande partie du traitement, cette température reste nettement inférieure à la température utilisée dans le traitement classique et représentée par la courbe A. En conséquence, l'encras sement de l'appareil est nettement moins important et est beaucoup plus progressif. Bien entendu, l'efficacité est inférieure à celle qui est obtenue dans le traitement classique, mais elle est suffisante puisqu'elle correspond à la valeur nominale fixée au départ. Lorsque la courbe G atteint le point I, la température du traitement selon l'invention est égale à celle qui est utilisée dans le traitement classique. Cependant, l'encrassement de l'appa reil est beaucoup plus réduit et donne une efficacité encore égale à 9 alors que, dans le procédé classique, cette efficacité est déjà tombée à 8 par exemple. Etant donné le moindre encrassement, le traitement peut être poursuivi par exemple jusqu'au point H. A ce point, l'encrassement de l'appareil est sensiblement équivalent à celui qui cor respond au point D du traitement classique. On note donc que le temps de traitement et en conséquence la quantité de fluide traité, ont été accrus de toute la plage comprise entre les points D et H. En outre, le produit traité a toujours subi un traitement ayant une efficacité au moins égale à 9 et est donc entièrement stérile, alors que le produit traité jusqu'au point D dans le procédé classique n'a subi qu'un traitement d'efficacité réduite vers la fin du processus. On peut aussi comparer les deux procédés aux points C et I qui se correspondent. En effet, à ces deux points, une même température de traitement donne une même efficacité égale à 9, c'est-à-dire que l'encrassement est le même au point C, dans le traitement classique, et au point I, dans le traitement selon l'invention. On note donc que l'invention permet un allongement du temps de traitement correspondant à toute la plage comprise entre les points C et I. Bien que cet exemple se rapporte à un procédé classique dans lequel la température est maintenue cons tante et à un procédé selon l'invention dans lequel le paramètre de contrôle est la température de traitement, des comparaisons analogues peuvent être effectuées dans d'autres modes de réalisation et donnent des résultats tout à fait semblables. La référence 10 désigne de façon schématique l'ap pareil ou installation de traitement du fluide qui circule en formant un courant continu. Des capteurs 12, associés à l'installation, effectuent une mesure 14 de divers para mètres tels que pression, température, débit, etc. Les résultats 16 sont transmis_à un organe 18. Celui-ci, comme décrit plus en détail en référence à la figure 2, détermine d'abord un degré d'encrassement. I1 détermine ensuite le profil de température dans l'appareil, en fonction de la température mesurée en plusieurs points et de l'encras sement. Il calcule- ensuite la distribution des temps de séjour en fonction de données propres au produit traité, par exemple la viscosité de celui-ci, cette distribution des temps de séjour étant une fonction de la température et de l'encrassement. Il détermine enfin l'efficacité du traitement obtenu en fonction des résultats obtenus, compte tenu de l'action de la température sur les micro organismes à détruire. Les différents paramètres obtenus 20 peuvent être transmis à un dispositif 22 d'affichage dont dispose un opérateur. Lorsque l'efficacité déterminée par le circuit 18 s'écarte de la valeur de consigne, le circuit transmet un ordre 24 à un organe 26 de commande qui, par une action 28, modifie un paramètre du traitement dans l'installation 10, afin que l'efficacité revienne vers la valeur de consigne. Bien qu'on ait indiqué, sur la figure 1, une boucle de commande qui se referme par l'intermédiaire d'un organe 26 de commande, il faut noter que, à l'aide de l'efficacité indiquée par l'appareil d'affichage 22 ou même de paramètres permettant le calcul de cette efficacité, l'opérateur com mande directement l'appareil 10, sans organe intermédiaire 26. En effet, les variations des paramètres de traitement sont suffisamment lentes pour qu'un opérateur puisse s'en charger lui-même. La figure 2 représente un exemple d'appareil met tant en oeuvre le procédé selon l'invention. I1 s'agit d'un appareil de stérilisation de lait, portant la référence générale 30. Le fluide à traiter est transis en 32 à une série de capteurs décrits dans la suite, et pénètre dans une zone 34 de récupération de chaleur. Dans cette zone, le lait introduit est échauffé par le lait qui a subi le traitement. Après passage au niveau de capteurs décrits dans la suite, le lait parvient à une zone 36 de chauffage dans laquelle est effectué le traitement, par échange de chaleur avec un circuit de chauffage 38. Le lait quitte ensuite cette zone et pénètre dans une zone 40 de chambrage. Ensuite, il est transmis à la zone 34 de récupé ration de chaleur dans laquelle il restitue de la chaleur au courant introduit de lait. Ensuite, le lait parvient à une zone 42 de refroidissement dans laquelle le lait échange de la chaleur avec un circuit 44 d'un fluide de refroidissement. Le lait transmis par la sortie 46 est stérilisé et peut être placé dans des récipients stériles. L'installation qui, jusqu'à présent, est tout à fait classique, comporte un certain nombre de capteurs permettant sa mise en oeuvre selon l'invention. Plus précisément, l'installation comporte quatre capteurs de température placés à l'entrée du produit 48, entre les zones de récupération de chaleur et de chauffage 50, entre les zones de chauffage et de chambrage 52 et dans le circuit de chauffage 54. Des capteurs de pression sont placés à l'entrée 56, entre les zones de récupération de chaleur et de chauffage 58-, entre les zones de chauffage et de chambrage 60 et à la sortie de la zone de chambrage 62.- Enfin, un capteur de débit 64 est monté à l'entrée de l'installation. Tous les signaux des divers capteurs 48 à 64 sont transmis au circuit 18 décrit en référence à la figure 1, comme l'indique collectivement la référence 12. Dans le mode de réalisation représenté, on note que l'organe de commande 26 agit sur le circuit de chauffage 38, c'est-à- dire sur la température du fluide de chauffage, déterminée par le capteur 54. Selon l'invention, le circuit 18 détermine l'encras sement dans chacune des zones qui y sont les plus sensibles, c'est-à-dire la zone 34 de récupération.de chaleur, la zone 36 de chauffage et la zone 40 de chambrage. Les capteurs 56 et 58, 58 et 60, 60 et 62, pris par paire,_ permettent la détermination de la perte de charge dans chacune des zones de traitement et en conséquence de -la variation du degré d'encrassement de chacune de ces zones. Les- températures mesurées à l'entrée, entre les zones de récupération de chaleur et de chauffage et à- la sortie de la zone de chaüffage permettent la détermination du profil .de température et en conséquence le calcul de l'efficacité, compte tenu du degré d'encrassement et du temps deséjour, déterminés d'après le débit donné par le capteur 64. En conséquence, tous les capteurs, sauf le capteur 54, donnent des informations au circuit 18 si bien que celui-ci peut élaborer le signal de commande de l'or- gane 26 qui fait varier la température du circuit 38 de chauffage. Cette température est donc le paramètre régulé. Cette régulation est vérifiée à l'aide du capteur 54 de température. Le degré d'encrassement des différentes parties de l'appareil est déterminé par comparaison, comme décrit dans le brevet français précité n 79.09 969. Le profil de tempé rature est déterminé simplement à l'aide des mesures des capteurs 48, 50 et 52. Le calcul des temps de séjour est exécuté à l'aide d'informations relatives à l'appareil, préalablement introduites dans, le circuit 18, et d'informa tions relatives au produit traité, le lait dans l'exemple considéré. Une information importante est notamment la vis cosité du lait. Une fois connus les temps de séjour dans les différentes parties de l'appareil et les températures, le circuit 18 calcule l'efficacité du traitement d'après la formule E = Iôdti/DTi dans laquelle dti désigne chaque intervalle de temps élémentaire, Ti la température de l'élément de volume consi déré se trouvant à cette température, et D est le temps de réduction décimale, donné par la formule suivante 2,303/D = A.exp(-Ea/R.T) dans laquelle A est une constante exprimée en s 1, Ea est l'énergie d'Arrhénius exprimée en J.mol 1, caractéristique des microorganismes considérés, R est la constante des gaz parfaits et T est la température absolue. On note ainsi que l'invention présente des avantages importants par rapport à la technique antérieure. D'abord, étant donné que la température de traitement est réduite autant que possible, l'installation permet des économies de chauffage, c'est-à-dire d'énergie. Ensuite, l'encras sement des appareils est ralenti, si bien que les nettoyages qui sont difficiles et coûteux, peuvent être espacés. Enfin, dans le cas des produits alimentaires, l'utilisation d'une plus basse température réduit notablement les modifi cations organoleptiques (odeur, couleur, goût, arôme, texture) et nutritives des produits chauffés. On a décrit l'invention en référence à 1 "'efficacité" du traitement dans le cas de la stérilisation du lait. Cette "efficacité" a été définie par des formules précises: Cependant, dans des traitements différents de la stérilisation du lait, ce critère d'efficacité doit être rapporté au traitement particulier considéré. Par exemple, l'efficacité pourra être un paramètre représentatif de l'avancement d'une réaction mise en oeuvre pendant ce traitement, ou même un paramètre qui n'est pas directement lié au traitement mais qui évolue avec lui. REVENDICATIONS 1. Procédé de conduite du traitement, avec une efficacité prédéterminée, d'un produit fluide circulant de façon continue dans un organe dont la section de passage varie par encrassement au cours du traitement, caractérisé en ce qu'il comprend - la détermination du degré d'encrassement dudit organe, - la détermination de la valeur d'au moins un paramètre du traitement pour laquelle le traitement a -l'ef ficacité prédéterminée pour le degré d'encrassement déter miné, et - le réglage du paramètre de traitement à la valeur ainsi déterminée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination du degré d'encrassement comprend la mesure en continu du débit du produit fluide, la mesure ou le calcul en continu d'une grandeur caractéristique du courant ou du déroulement du traitement, cette grandeur caractéristique étant sensible à l'encrassement, et la comparaison de la grandeur ainsi mesurée ou calculée à une valeur théorique établie en fonction du débit mesuré et correspondant à ce débit en l'absence d'encrassement de l'appareil. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la grandeur caractéristique est la perte de charge dans la totalité ou une partie d'une zone de trai tement. 4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le traitement est réalisé par- un fluide de chauffage, caractérisé en ce que ladite grandeur caractéristique est le coefficient global d'échange de chaleur entre le fluide traité et le fluide de chauffage. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, selon lequel le traitement est réalisé par chauffage, et caractérisé .en ce que la détermination de la valeur d'au moins un paramètre comprend - la mesure d'au moins une température et d'au moins un débit du fluide traité, - le calcul, d'après le degré d'encrassement, du profil de température dans au moins une zone de trai tement, - le calcul, d'après le profil de température, le débit et des données propres au produit fluide, des temps de séjours du produit fluide dans les diverses parties de la zone de traitement, - le calcul de l'efficacité correspondante, et - la comparaison de l'efficacité calculée à l'effi cacité prédéterminée. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend la mesure de plusieurs températures à plusieurs emplacements de la zone de traitement. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, selon lequel le traitement est réalisé par chauffage, caractérisé en ce que le paramètre de traitement dont la valeur est réglée est la température d'un fluide de chauffage. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre l'interruption du traitement lorsqu'un second paramètre atteint une limite prédéterminée. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le second paramètre est la température du produit alimentaire à un emplacement déterminé de la zone de traitement. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le second paramètre est aussi la température du fluide de chauffage--