Brevet FR2722118A1 — publié le 19960112

La présente invention est relative à un procédé de traitement, notamment par la chaleur. Elle vise tout particulièrement les produits à pasteuriser et/ou à stériliser et/ou devant subir un traitement thermique ou physico-chimique, couramment rencontrés dans les industries alimentaires, pharmaceutiques ou chimiques traitant des substances pompables, chargées ou non chargées, en vue de les maintenir à des conditions données (température), pendant un temps de séjour adéquat, assurant ainsi une destruction partielle ou totale de la flore microbienne, et/ou un changement d'état de tout ou partie du produit. Dans le cas de la pasteurisation, les produits sont portés à une température de chauffage inférieure à 100 OC, soumis à cette température pendant un temps variable, puis subissent un refroidissement rapide avant d'être conditionnés ; ce traitement élimine la flore microbienne pathogène et diminue la charge microbienne totale. Néanmoins, cette opération ne rend pas stériles les produits, ils doivent donc être conservés au froid, ou pour une conservation plus longue, être stérilisés dans leur conditionnement individuel. Dans le cas d'une stérilisation continue, les produits sont portés, en fonction de leur pH à une température qui peut aller jusqu'à 150 OC ou plus, et soumis à cette température durant un temps plus ou moins long pour assurer une destruction totale de la flore microbienne, avant d'être refroidis à la température requise pour un conditionnement aseptique. Les procédés de stérilisation et/ou de pasteurisation communément utilisés dans l'industrie sont soit à chauffage indirect (échange de chaleur dans des appareils à plaques ou tubulaires), soit à chauffage direct (mélange en flux continu de la vapeur directement au produit), ce dernier procédé n'ayant généralement pas la faveur des industriels compte tenu de son mauvais rendement thermique et de son exploitation délicate, liée à l'équilibre entre le fluide et le produit. Cet équilibre reste difficile à maîtriser dans la conduite des installations. La réévaporation sous vide de la quantité de vapeur équivalente à la quantité injectée au produit pour son chauffage constituant notamment la principale source de difficultés - caisse sous vide à protéger des recontaminations ; - homogénéisation placée également en phase stérile ; - constance de la composition chacun de ces procédés ayant ses propres avantages et inconvénients. La présente invention vise donc à la fois - à pallier les inconvénients des procédés connus antérieurement; - à en exploiter les points forts - à en retirer par combinaison d'autres avantages. Le procédé objet de l'invention développe particulièrement - l'amélioration de la qualité par un raccourcissement maximum des temps de séjour du produit dans les zones de température critique, le chauffage étant obtenu par mélange intime du fluide sous sa phase vapeur au produit afin de garantir une parfaite instantanéité et une homogénéité de la chaleur dans la masse - la limitation des risques de recontamination en retirant les éléments techniques sensibles (pompes, homogénéisateur, dégazeur....) de la zone stérile - la réduction des coûts d'investissement et d'exploitation, étant donné que ces mêmes éléments techniques placés dans des conditions moins extrêmes deviennent plus simples et moins onéreux - l'augmentation des performances énergétiques et des temps de fonctionnement en exploitant à la fois, dans leurs meilleures caractéristiques les avantages des procédés antérieurs ; - l'amélioration de la qualité en réduisant au maximum les temps de séjour, en limitant les points de surchauffe et de "gratinage". A cet effet, le procédé de traitement thermique se caractérise en ce qu'il comprend tout d'abord - une phase de préparation au sein d'une enceinte dans laquelle on élabore le produit par mélange de ses différents composants, - une phase de récupération et d'échange thermique entre le produit entrant et sortant, principalement composée d'échangeurs tubulaires ou à plaques, - une phase de chauffage par injection directe de vapeur au sein de laquelle le produit subit une élévation instantanée de sa température et un abaissement de sa composition sèche, - au moins une phase de refroidissement au sein d'échangeurs tubulaires ou à plaques - une phase de stockage, généralement réalisée au sein d'un bac tampon, afin d'absorber les écarts de marche pouvant exister entre la phase de traitement thermique et la phase de conditionnement. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence au dessin annexé qui en illustre un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. - la figure unique est un schéma synoptique illustrant un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Selon un exemple préféré de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il comprend tout d'abord une phase de préparation au sein d'une enceinte 1 dans laquelle on élabore le produit par mélange de ses différents composants. La fraction sèche (extrait sec) et/ou aromatique de la solution est surdosée pour compenser une dilution ultérieure qui interviendra dans la phase de chauffage. On accorde la quantité de la surcharge en composants secs en fonction de la quantité de la vapeur devant se condenser apportée lors du chauffage direct. Cette solution enrichie est dirigée vers une section dite de récupération, principalement composée d'échangeurs 4 tubulaires ou à plaques dazis laquelle le produit sortant cède, par échange thermique indirect, une partie de ses calories au produit entrant. Les transferts de chaleur entre les différents éléments 4, 6 d'échange sont assurés par un fluide caloporteur 10 intermédiaire, en circulation forcée. Pour alimenter l'ensemble de l'installation, on utilise préférentiellement des pompes positives, telles que notamment des pompes volurnétriques car elles permettent d'assurer au mieux une maîtrise du débit ; cette caractéristique étant l'un des critères fondamentaux pour la stabilité du procédé et pour la constance de la composition d produit. Ces types de pompes à haute pression permettent également l'adjonction de clapets ou de valves d'homogénéisation 3. Cette opération est rendue nécessaire dans certaines applications particulières du procédé objet de l'invention (stabilisation de la matière grasse, texturation....), mais dans la plupart des cas, on procède à un simple lissage qui demeure un gage de qualité pour une bonne dispersion des constituants avant traitement thermique. Au sein de la phase de préparation, on intercale également, généralement sur l'enceinte de préparation ou à son voisinage proche, un dégazeur 2 sous vide dont l'intérêt principal réside dans le fait d'éliminer les molécules d'oxygène présentes dans la masse du produit et apportées en amont dans les opérations de mélange et de transfert. En effet, la présence d'oxygène reste préjudiciable à la qualité du traitement thermique et à la conservation ultérieure du produit. En sortie de la phase d'échange et de récupération thermique, on procède à la phase de chauffage proprement dite. Cette dernière fait appel à l'injection directe de vapeur 11 et on utilise avantageusement une tête d'injection 5 de type Venturi qui reçoit en son centre le produit à réchauffer, tandis que la vapeur est introduite dans la chambre par l'extérieur de la tuyère concentriquement. La principale originalité de cette étape consiste à laisser se former dans le produit l'eau générée par la condensation de la vapeur. Il s'ensuit une élévation instantanée de la température et un abaissement de la composition sèche du produit. La température de stérilisation est maintenue à sa valeur pendant un temps communément appelé "temps de chambrage". C'est ce couple temps-température qui assure l'effet bactéricide. Il est à déterminer en fonction de la nature ou de la définition de chaque produit. A titre d'exemple, un traitement de stérilisation obtenu à partir du procédé objet de l'invention, est atteint pour une température de l'ordre de 150 OC et un temps de chambrage inférieur à moins de 10 secondes. Dans le cas de la pasteurisation, la température est inférieure à 100 OC. La régulation de température est assurée par une vanne modulante 12 admettant la quantité de vapeur 11 voulue à partir d'informations transmises par une sonde positionnée dans l'enceinte de chambrage. Les écarts de température doivent être amortis au maximum afin de ne pas générer une hétérogénéité dans la composition finale du produit. Pour disposer d'une régularité précise de la quantité de vapeur-eau injectée, une autre solution avantageuse consiste à amener le produit, toujours à la même température, dans la section de chauffage. Ce résultat est obtenu à partir d'un dispositif de double échange eau-eau 13 installé sur le fluide caloporteur 10 circulant dans les échangeurs/récupérateurs situés en amont. Le produit en sortie de cette phase de chauffage est ensuite dirigé vers une première section de refroidissement, composée notamment d'appareils 6 tubulaires ou à plaques, dont le fonctionnement est similaire à celui décrit dans l'étape de récupération située en amont de l'étape de chauffage du produit. Selon un autre mode de mise en oeuvre de cette étape de refroidissement, on procède par un échange produit-produit, toutefois ce type d'échange peut conduire à un "gratinage", qui est néfaste pour le produit. Selon les applications visées, on adjoint à cette étape de refroidissement en fin de circuit une seconde étape, constituée par des échangeurs 7, 8 alimentés en eau glacée ou tout autre fluide frigorigène. Dans la section descendante du produit, on dispose éventuellement une pompe pour compenser les pertes de charge du circuit et pour adapter la pression de vapeur au barème requis de température. La dernière phase du procédé objet de l'invention est constituée par une étape de stockage, généralement réalisée au sein d'un bac tampon 9, afin d'absorber les écarts de marche pouvant exister entre l'installation de traitement thermique et l'installation de conditionnement, étant donné que dans son principe même, le procédé de chauffage par contact direct (vapeur condensée laissée au produit), n'autorise pas de recyclage pour cause de mouillage. Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés cidessus, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Procédé de traitement thermique caractérisé en ce qu'il comprend tout d'abord - une phase de préparation au sein d'une enceinte (1) dans laquelle on élabore le produit par mélange de ses différents composants, - une phase de récupération et d'échange thermique entre le produit entrant et sortant, principalement composée d'échangeurs (4) tubulaires ou à plaques, - une phase de chauffage (5) par injection directe de vapeur (11) au sein de laquelle le produit subit une élévation instantanée de sa température et un abaissement de sa composition sèche, - au moins une phase de refroidissement au sein d'échangeurs (6) tubulaires ou à plaques - une phase de stockage, généralement réalisée au sein d'un bac tampon (9), afin d'absorber les écarts de marche pouvant exister entre la phase de traitement thermique et la phase de conditionnement. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fraction sèche (extrait sec) et/ou aromatique de la solution entrant dans la phase de préparation est surdosée pour compenser une dilution ultérieure qui interviendra dans la phase de chauffage. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les transferts de chaleurs entre les différents éléments d'échange de la phase de récupération sont assurés par un fluide (10) caloporteur intermédiaire, en circulation forcée. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le produit entrant dans la phase de chauffage est amené à température à partir d'un dispositif de double échange eau-eau (13) installé sur le fluide caloporteur (10) circulant dans les échangeurs/récupérateurs. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le contenu de l'enceinte de stockage (1) est soumis à une atmosphère sous vide afin d'éliminer l'oxygène préjudiciable au traitement thermique et à la conservation ultérieure du produit. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments techniques sensibles, tels que notamment pompe, dégazeur, homogénéisateur, sont mis en oeuvre en amont de la zone stérile. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on accorde la quantité de la surcharge en composants secs en fonction de la quantité de la vapeur devant se condenser apportée lors du chauffage direct. 8 - Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte une enceinte (1) permettant le stockage et l'enrichissement de la solution à traiter, qui débouche éventuellement en aval dans un homogénéisateur (3), la solution étant reprise en direction d'une première batterie d'échangeurs (4), reliés entre eux au niveau de leur circuit secondaire par un fluide caloporteur (10) en circulation, leur circuit primaire étant muni d'un dispositif permettant le chauffage direct de ladite solution, puis cette dernière est dirigée vers une seconde batterie d'échangeurs récupérateurs (7, 8) et débouche dans un bac tampon (9), avant conditionnement du produit. 9 - Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte une tête d'injection de type Venturi qui reçoit en son centre le produit à réchauffer directement, -tandis que la vapeur (11) est introduite dans la chambre par l'extérieur de la tuyère concentriquement.