Brevet FR2587719A1 — publié le 19870327

Comme on le sait bien de façon générale, aussi bien dans le procédé de désodorisation que dans le raffinage physi- que des huiles et les graisses comestibles, on soumet ces produits à un environnement extrêmement raréfié (pression correspondant à 2 à 6 mm de Hg, soit 266 à 800 Pa), pendant une durée età une température déterminées. Au cours de cette période, on injecte de la vapeur d'eau dans le système afin de réduire encore plus la pression partielle des composants volatils de l'huile/graisse dans l'atmosphère interne de l'équipement. Afin que la pression absolue 'extrêmement basse soit maintenue malgré l'injection directe de vapeur, les équipements industriels sont munis d'un système de produc- tion de vide dont la fonction est l'élimination permanente de cette vapeur et d'autres gaz (air et produits volatils) de façon à maintenir l'atmosphère inerte de l'équipement sous la basse pression absolue de service précitée. Pour la finalité décrite ci-dessus, on utilise de façon déjà confirmée dans l'industrie, un ensemble d'éjec- teurs à vapeur avec condensation intermédiaire, accouplés ou non à des pompes à vide à anneau liquide. Dans ces sytè- mes, les gaz essentiellement composés de vapeur d'eau, d'air et de produits volatils, sont dans un premier temps comprimés de la pression de service de l'équipement(correspondant à 2 à 6 mm de Hg, soit 260 à 800 Pa) à une pression plus élevée (correspondant normalement à 30 à 50 mm de Hg, soit 4 à 6,6 kPa) à laquelle l'eau peut être condensée à des températures plus usuelles. L'équipement utilisé pour cette compression est un éjecteur à vapeur,o l'énergie cinétique de la vapeur motrice entraîne la vapeur à comprimer, en se mêlant à cette dernière, et en élève la pression. En fonction du taux de compression nécessaire, on utilise une, deux ou trois étapes. Le refoulement de ce ou de ces premier(s) injecteir(s) est encore un mélange de gaz dont la majorité est de la vapeur d'ea& à une pression absolue un peu plus i.35 élevée (4 à 6,6 kPa). A cette pression, l'eau peut qtre r'nr- densée à des températures normales. Ceci est effercL,é par des condenseurs à contact direct en utilisant de l'eau de refroidissement. Après la condensation de la majorité de la vapeur d'eau, les produits incondensables encore saturés de vapeur d'eau sont à nouveau comprimés jusqu'à la pression atmos- phérique. En fonction des conditions économiques, ceci s'effec- tue en utilisant des ensembles d'éjecteurs avec ou sans condensation intermédiaire, ou des pompes à vide ou en asso- ciant les deux types d'appareils. Pour la première étape de compression (de 0,26-0,8 kPa à 4-6,6 kPa), des compres- seurs mécaniques ne sont pas utilisés, étant donné les très grands débits impliqués. Il est à noter par ailleurs que l'éjecteur qui réa- lise la première compression est un point de grande con- sommation de vapeur dans le procédé de raffinage d'huiles/ graisses comestibles. Sur le plan énergétique, l'équipement s'avère extrêmement inefficace, car il nécessite une quan- tité de vapeur motrice de deux à cinq fois supérieure à la quantité de vapeur entraînée. Cette inefficacité s'aggrave quand la température de l'eau disponible pour la condensation ultérieure est élevée et, par conséquent, aussi la pression. Le tableau ci-dessous, publié par le "Journal of American Oil Chemists Society", n 2, vol. 62, page 314, de février 1985, illustre de façon précise l'influence de la température de l'eau de refroidissement de la vapeur: Charge d'aspiration: vapeur 102 kg/h Vide: 0,33 kPa air 10 kg/h Pression manométrique de la vapeur: 3 bars Temp. eau de refroidissement 26'C 16'C Débit eau de refrodidissement 76 m3/h 47 m3/h Consom. de vapeur 630 kg/h 360 kg/h Consom. d'énergie électrique 17 kW 12 kW Unautre problème important associé à la désodorisa- tion et, en particulier, au système de vide utilisé, est la pollution de l'environnement aussi bien hydrique qu'atmosphérique, problème découlant des débits élevés d'eau de refroidissement impliqués. Cette eau est polluée en permanence par des matières organiques présentes en une concentration assez faible. Le traitement direct de l'affluent liquide aurait un coot pratiquement prohibitif, compte tenu de son volume très élevé. Une solution partielle normalement utilisée par des raffineries est de faire recirculer cette eau dans des tours de refroidissement, ce qui provoque éventuellement une géné- ration d'odeurs indésirables. Bien que le thème ait été traité très largement dans des publications et congrès récents, il n'existe pas encore de solution idéale pour le problème exposé ci-dessus. Les solutions proposées jusqu'à maintenant sont d'une efficacité discutable ou présentent en contrepartie d'es consommations d'énergie encore plus élevées que les consommations actuelles. Un exemple en est l'idée d'utiliser des échangeurs de chaleur indirects pour refroidir l'eau des condenseurs à contact direct, en évitant ainsi d'envoyer,vers la tour de refroidis- sement, de l'eau polluée de matières organiques. Le problème ou l'inconvénient de la génération d'odeurs est alors réglé, parce que l'eau polluée circule à nouveau en circuit fermé, mais sa température est un peu plus élevée et il doit cepen- dant encore exister une différence pour que l'échange de chaleur s'effectue bien dans les échangeurs indirects. Dans un lieu de climat chaud o la température de l'eau entraîne déjà des consommations de vapeur exceptionnellement élevées, la solution ci-dessus n'est pratiquement pas viable ou crée - des frais d'exploitation très élevés. Le procédé d'exploitation proposé ici, opérant dans les conditions d'une condensation directe à basse tempé- rature, consiste essentiellement à condenser la plupart de la vapeur d'eau sous la propre pression de service de l'équi- pement de désodorisation ou de raffinage physique. Ainsi, --35 la quantité de matières aspirées à comprimer jusqu'à la pression atmosphérique représente une charge pratiquement négligeable, car elle ne comporte essentiellement que des produits incondensables et seulement la quantité de vapeur d'eau correspondant à la saturation. Afin que la condensation puisse avoir lieu aux basses pressions absolues en cause, il faut utiliser des tempé- ratures au-dessous du point de congélation de l'eau pure. C'est ce fait qui rend inadéquate l'utilisation de conden- seurs à surface d'échange, car ils ont besoin d'une grande surface d'échange thermique, et, en outre, le dépôt de glace et de matières organiques sur la surface d'échange entraine des arrêts, des démontages pour le nettoyage et d'autres contretemps. Comme on peut l'observer sur la figure unique schéma- tique annexée, le procédé mis au point utilise une solution de chlorure de sodium (1) à 15 - 24 % de concentration comme agent de condensation dans un condenseur (2) à contact direct. La vapeur d'eau condensée s'incorpore ainsi à la solution. La solution de chlorure de sodium est un agent adéquat de condensation, car son point de congélation est assez inférieur aux températures nécessaires pour atteindre des pressions de vapeur équivalentes aux pressions de ser- vice citées ci-dessus. La présence d'un soluté (le chlorure de sodium) favorise le processus, parce qu'il provoque un léger abaissement de la pression de vapeur de la solution par rapport à celui de l'eau pure. Les vapeurs (3) provenant de la désodorisation ou du raffinage physique, essentiellement constituées de vapeur d'eau et de faibles quantités de matières organiques et de produits incondensables, passent au travers du conden- seur barométrique (2) à contact direct, o elles entrent en contact intime avec la solution de chlorure de sodium. La plupart de la vapeur d'eau se condense, en s'in- corporant au courant de la solution et en cédant à cette dernière sa chaleur de condensation. Les produits incon- densables conjointement avec la vapeur de saturation sont alors éliminés et comprimés par des éjecteurs et/ou des pompes à vide (4). La grande différence est que le courant de gaz à comprimer est maintenant de l'ordre de 10 à 20 fois moindre. La solution de chlorure de sodium augmentée de l'eau du condenseur (2), et à une température de 3 à 10 C supé- rieure à celle de l'entrée, rejoint par gravité un décanteur- refroidisseur (5) spécialement conçu pour cette finalité, et o la matière organique (6), qui se condense également à cette température, est séparée par flottaison et ensuite, la solution déjà purifiée, est refroidie par l'évaporation d'un fluide frigorigène à l'intérieur de serpentins (7) immergés dans la solution. La solution revient ainsi à la température d'entrée du condenseur (5 à 15 degrés centi- grades au-dessous de zéro). Une pompe centrifuge (8) fait revenir la solution au condenseur (2) de façon continue. Comme la solution est diluée en permanence par l'addition d'eau lors de la condensation, il faut une addi- tion régulière de chlorure de sodium (9) et un enlèvement de solution pour que le volume total et la concentration soient maintenus. La solution concentrée de chlorure de sodium, qui doit être enlevée en permanence, constitue un écoulement faible (de l'ordre de 200 à 300 kgh pour les désodoriseurs usuels) et ayant une faible charge organique; elle est donc aisément traitée si nécessaire. Dans la plupart des cas, on peut utiliser cette solution dans d'autres procédés} comme par exemple dans la fabrication de savons (10) ou le traitement du dépôt du raffinage lui-même. quand on compare le procédé décrit ci-dessus avec la pratique industrielle consacrée internationalement et utilisant des éjecteurs de vapeur à haute capacité, on cons- tate à l'évidence les avantages suivants d'ordre technique et économique: a) réduction de la consommation totale d'énergie b) élimination complète de la pollution atmosphérique c) une plus grande stabilité de la pression absolue -35 Ces trois aspects sont explicités et justifiés par les raisons suivantes: a) Réduction de la consommation totale d'énergie La valeur précise de la réduction de la consommation totale d'énergie est fonction des conditions spécifiques de chaque conception et de chaque installation, en particu- lier de la pression de service utilisée dans l'équipement de désodorisation/raffinage physique et de la température de l'eau de refroidissement disponible dans les locaux. Sur le plan énergétique, l'invention propose de rem- placer un équipement - l'éjecteur compresseur ("booster") à vapeur - qui pour comprimer un courant de vapeur d'eau consomme une quantité de vapeur motrice 3 à 6 fois supé- rieure à celle qu'on veut comprimer, par un système de refroidissement mécanique qui consomme sous la forme d'éner- (lie êleetrique une fracLionl de l'éierqJi- l ltu i L, iqu-* te,: - portée. L.'au(Imentationr de lu corlsommaLiorn d 'ce rqic é ectri- que représente, en termes d'énergie éqtuivaltnte, de I] %O à 15 %O de la réduction de consomimat ion de vapeur. PCe rap- port rend le procédé perfectionné nettement plus avanLtltjeux en ce qui concerne les frais cl' nlerj ie ee(trLjtilue et thermique. On peut atteindre avec ce système de traitement, des consommations de vapeur de 50 à 55 kg/tonne d'huile désodorisée, pour la désodorisation d'huiles et graisses comestibles, alors que les valeurs normales pour les équipe- ments industriels varient actuellement de 170 à 400 kg/tonne. Il faut noter encore que l'augmentation d'énergie électrique correspondante est de l'ordre de 12 à 20 kWh/tonne (43,2 à 72 mJ/tonne). - b) Elimination complète de la pollution atmosphérique L'appareillage pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention est complètement étanche car la solution de chlorure de sodium qui est recyclée et qui vient en con- tact avec les matières organiques, n'a aucun contact direct avec l'environnement. Les gaz, composés d'air et de produits incondensables qui sont éliminés en permanence de l'installation, sont conduits par une tubulure vers la chaudière de production de fluide thermique annexée à l'installation de désodorisa- tion ou de raffinage physique, et dans laquelle les matières organiques sont éliminées par combustion. Ces gaz sont moins polluants que ceux des installations normales, car ils subis- sent un lavage par la solution aqueuse à une température de -5' à -15'C. La tour de refroidissement, qui utilisait auparavant de l'eau polluée et qui était une source de formation d'odeurs, est remplacée par une autre tour de capacité 5 à 10 fois inférieure en termes de charge thermique et qui utilise de l'eau propre circulant dans les condenseurs du circuit de refroidissement sans avoir aucun contact avec les matières organiques. c) une plus grande stabilité de la pression absolue Dans les procédés de désodorisation et de raffinage des huiles et graisses comestibles, la pression est une variable d'importance critique. Si, lors du traitement, avaient lieu des variations de cette pression atteignant des valeurs élevées, même pendant une durée très courte, la qualité du produit final serait inévitablement endommagée. Sur les appareillages à vide conventionnels à éjec- teurs de vapeur et en raison des caractéristiques dynamiques du système, toute variation soudaine de la pression de vapeur motrice ou de la charge de vapeur à comprimer produit un effet immédiat sur la pression absolue, avec les dommages qui en découlent. Une augmentation soudaine de la charge de vapeur à comprimer a souvent lieu, et elle peut être occa- sionnée, par exemple, par l'admission conjointement avec le produit à désodoriser/raffiner, de faibles quantités d'eau qui s'évaporent immédiatement. Dans le procédé proposé, le volant thermique formé par le volume de l'eau salée ou saumure en circulation, de l'ordre de 15 à 20 tonnes, absorbe une grande partie de ces variations, et il en résulte une pression absolue très stable et qui n'est pas sujette à des oscilla- tions momentanées ou transitoires. REVENDICATIONS 1. Procédé fonctionnant sous vide pour la désodorisa- tion et le raffinage physique des huiles et graisses par la condensation directe des vapeurs, caractérisé en ce qu'il fonctionne dans des conditions de condensation à basse tempé- rature o la condensation de la vapeur d'eau est réalisée sous la propre pression de service de l'équipement (3) de désodorisation et de raffinage physique, en utilisant, pour la condensation des vapeurs dans le condenseur (2) à con- tact direct, une solution refroidie circulant en circuit fermé (1,2,5,7,8). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution circulant en circuit fermé contient du chlorure de sodium pour abaisser la pression de vapeur de la solution par rapport à celle de l'eau pure. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la concentration du chlorure de sodium est de 15 à 24 % dans la solution servant d'agent de condensation. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, à l'entrée du condenseur (2), la solution est à une température de 5 à 15'C au-dessous de zéro.