Brevet FR2964884A1 — publié le 20120323

La présente invention concerne le domaine des procédés de désoxygénation en ligne de liquides alimentaires ou pharmaceutiques. Elle se propose plus précisément d'optimiser la désoxygénation de liquides en ligne, les liquides visés étant notamment les boissons, mais également de l'eau entrant dans la composition d'une boisson ou d'une autre préparation (alimentaire, cosmétique, pharmaceutique...) sensible à l'oxydation, ou encore du lait entrant dans la composition de produits laitiers et de façon générale tout liquide sensible à l'oxydation et pour lequel il est nécessaire de réduire l'oxygène dissous à une valeur minimum. Il est alors possible de préserver la qualité sensorielle, nutritionnelle et microbiologique du liquide en question, voire même ses propriétés fonctionnelles ou pharmaceutiques. Pour réduire l'oxygène dissous, il est connu que l'on peut utiliser l'injection d'un gaz ou mélange gazeux neutre, tel que par exemple constitué d'azote. La littérature évoque divers dispositifs pour réaliser cette injection, et notamment un poreux, ou encore l'utilisation d'un injecteur Venturi, ou bien encore l'utilisation d'un mélangeur statique positionné en aval d'une simple injection de gaz. Mais pour que toutes ces méthodes soient efficaces, il faut assurer un temps de contact entre le liquide et la phase gaz, et donc une longueur de ligne après le point d'injection du gaz qui soit suffisante pour que le transfert ait lieu. Cette longueur est fonction de la vitesse du liquide dans l'installation. On sait par exemple que pour une vitesse de 2 à 3 m/s (industriellement classique), la longueur devient considérable. Une telle longueur de ligne fait souvent défaut chez l'industriel fabricant. On a alors proposé dans le passé d'allonger la longueur de ligne après le point d'injection, par exemple à l'aide d'un serpentin en inox de grande longueur que l'on insère dans la tuyauterie, mais un tel système présente les inconvénients suivants : encombrement dans l'usine, pertes de charges accrues dans la ligne, difficulté à intégrer le serpentin dans la ligne existante. Comme on le verra plus en détail dans ce qui suit, la présente invention propose alors un procédé de désoxygénation en plusieurs étapes : - le liquide à traiter est admis (pompé) dans une canalisation équipée d'un système de transfert gaz/liquide dans lequel est injecté et dispersé un gaz neutre (par exemple de l'azote ou encore de l'argon ou des mélanges de tels gaz neutres), cette première étape sera parfois qualifiée dans ce qui suit de « mélangeur »; - selon un des modes de réalisation de l'invention, le liquide circule ensuite dans un équipement de séparation gaz/liquide, équipement préférentiellement inerté avec un gaz neutre, identique ou différent du gaz neutre mis en oeuvre durant la première étape (l'équipement de séparation peut également ne pas être inerté initialement mais s'inerter progressivement au fur et à mesure que le liquide y passe), étape qui va permettre d'évacuer l'oxygène présent à l'origine dans le liquide. Cet équipement de séparation peut être par exemple constitué d'un tank de stockage, mais d'autres moyens peuvent être envisagés tels une colonne de dégazage ou un désoxygénateur sous vide que l'on utilisera ici sans mise en oeuvre de vide mais avec un inertage. Selon d'autres modes de réalisation de l'invention, un équipement de séparation spécifique n'est pas mis en oeuvre, le dégazage pouvant être réalisé dans un conditionnement en aval (conditionnement où est conditionné le liquide traité, par exemple une bouteille de jus de fruit). - entre le système de transfert gaz/liquide et l'équipement de séparation ou l'étape de conditionnement, le liquide circule généralement dans une canalisation où il parcourt une distance D permettant un temps de contact T, favorisant le transfert gaz/liquide (donnant le temps à l'oxygène dissous de passer du liquide à la phase gaz). 3o Selon un des modes de réalisation de l'invention, le système de transfert gaz/liquide (« mélangeur ») est un ensemble composé successivement d'une première partie de type Venturi puis d'une seconde partie de type mélangeur statique (par exemple à hélice ou encore à garnissage/ailettes). Ce mode est préféré pour des questions de facilité de nettoyage de la ligne. Mais selon une variante de l'invention, le mélangeur est un ensemble 5 composé : - d'une première partie qui est une canalisation dans laquelle circule le liquide à traiter, canalisation au sein de laquelle est disposé un poreux, et le gaz est injecté au sein du tube poreux, le gaz s'échappant du poreux dans la canalisation et donc dans le liquide, 10 - d'une seconde partie qui suit cette première partie, seconde partie qui est un mélangeur statique tout comme dans le premier mode ci-dessus. Selon une autre variante de l'invention, le mélangeur est un ensemble composé : 15 - d'une première partie qui est une canalisation en une matière poreuse, le liquide à traiter circulant à l'intérieur de la canalisation, le gaz étant injecté au sein du poreux et diffusant dans le poreux vers l'intérieur de la canalisation et donc dans le liquide qui y circule ; - d'une seconde partie qui suit cette première partie, seconde partie qui 20 est un mélangeur statique tout comme dans le premier mode ci-dessus. Les avantages d'une telle configuration, par rapport aux solutions antérieures, peuvent être résumés ainsi : - elle s'adapte facilement à une ligne existante, sans encombrement 25 additionnel. - elle permet de travailler sur des lignes de production ayant des longueurs de tuyauterie relativement courtes, sans besoin d'ajouter de moyens additionnels tels un serpentin. - elle ne rallonge pas la durée du procédé, et peut même contribuer à 30 la réduire. - elle permet une meilleure désoxygénation que les injecteurs de l'art antérieur pour les faibles vitesses de liquide, et offre donc une plus grande souplesse en termes de plage de débit liquide pouvant passer sur une même ligne. La présente invention concerne alors un procédé de désoxygénation en ligne de liquides alimentaires ou pharmaceutiques, durant lequel le liquide à désoxygéner subit au moins les deux étapes suivantes : - durant une première étape, le liquide à traiter est admis dans une canalisation équipée d'un système de transfert gaz/liquide dans lequel est injecté un gaz neutre, système apte à réaliser la dispersion de ce gaz neutre 1 o dans le liquide qui circule au sein du système ; - postérieurement à cette première étape, le liquide subit une seconde étape qui est une étape de séparation gaz/liquide, le procédé se caractérisant en ce que le système de transfert gaz/liquide comporte successivement au moins les deux éléments suivants : un 15 système d'injection du gaz neutre dans le liquide, suivi d'un mélangeur statique. Comme déjà signalé, selon un des modes de mise en oeuvre de l'invention, la seconde étape dite « de séparation gaz/liquide » est réalisée par 20 l'admission du liquide dans un équipement dédié de séparation gaz/liquide, équipement préférentiellement inerté avec un gaz neutre, identique ou différent du gaz neutre mis en oeuvre durant la première étape (mais l'équipement peut également ne pas être inerté initialement mais s'inerter progressivement au fur et à mesure que le liquide y séjourne). 25 Mais selon un autre mode de réalisation de l'invention, la seconde étape dite « de séparation gaz/liquide » n'est pas réalisée par l'admission du liquide dans un équipement spécifique, dédié, de séparation gaz/liquide par le fait qu'au sortir de la première étape, le liquide est dirigé vers une opération de conditionnement et l'on opère alors le dégazage dans le conditionnement lui- 30 même. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description suivante, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés pour lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle d'une installation de désoxygénation conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue schématique partielle d'un mode de réalisation du mélangeur de l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique partielle d'un autre mode de réalisation du mélangeur de l'invention ; - la figure 4 est une vue schématique partielle d'un autre mode de réalisation du mélangeur de l'invention. On reconnaît sur la figure 1 les éléments suivants : - le liquide à traiter est stocké dans le Tank N°1, il est pompé de ce Tank N°1 pour circuler dans une canalisation équipée d'un système de transfert gaz/liquide (10) conforme à l'invention (dont nous détaillerons des modes de réalisation possibles dans le cadre des figures 2 à 4 ci-dessous) ; - en sortie du système de transfert gaz/liquide (on sein duquel on a injecté un gaz neutre -ici de l'azote- pour réaliser la désoxygénation du liquide), le liquide circule dans une canalisation avant d'atteindre un Tank N°2 de stockage, Tank 2 lui-même inerté à l'aide d'un gaz neutre (le Tank N°2 permet notamment de réaliser la séparation de la phase gazeuse); - le liquide peut alors être extrait du Tank N°2 pour être par exemple conditionné, ou encore pasteurisé avant conditionnement, ou toute autre suite selon le type de liquide traité ; - la figure présente également une variante de l'invention où au lieu d'être dirigé vers le Tank N° 2 le liquide issu du mélangeur 10 est dirigé vers u n conditionnement (variante déjà évoquée plus haut dans la présente description, le conditionnement tient alors ici un rôle de moyen de séparation) ; - comme bien schématisé sur la figure, l'installation comporte un certain nombre de sondes de mesure de l'oxygène dissous à différentes étapes du procédé ; - on note également la présence avantageuse de divers moyens de mesure (et le cas échéant de stockage) de certaines données : de température (T), de pression (P), de niveau (N : mesuré et régulé), de perte de charge (DP, mesure de la perte de charge au travers du système 10 de transfert gaz/liquide). Les figures 2 à 4 présentent des modes de réalisation avantageux du système de transfert gaz/liquide : - on visualise bien sur la figure 2 le fait que le liquide à traiter circule dans une canalisation munie d'un système Venturi, au sein duquel est réalisée l'injection d'un gaz neutre de façon bien connue de l'homme du métier, et de là le liquide (dans lequel a été injecté le gaz neutre) entre dans un mélangeur statique (B) à hélice ou à garnissage/ailettes, - pour le mode de réalisation de la figure 3, le liquide à traiter circule dans une canalisation au sein de laquelle est disposé un poreux, du gaz est injecté au sein du tube poreux, le gaz s'échappant du poreux dans la canalisation et donc dans le liquide, et de là le liquide (dans lequel a été injecté et dispersé le gaz neutre) entre ici aussi dans un mélangeur statique (B) à hélice ou à garnissage/ailettes, - la figure 4 illustre un mode déjà évoqué plus haut (en quelque sorte « inverse » de celui de la figure 3), dans lequel le liquide à traiter circule à l'intérieur d'une canalisation, canalisation qui est élaborée en une matière poreuse, le gaz étant injecté au sein du poreux et diffusant dans le poreux vers l'intérieur de la canalisation et donc dans le liquide qui y circule ; et de là le liquide (dans lequel a été injecté et dispersé le gaz neutre) entre ici aussi dans un mélangeur statique (B) à hélice ou à garnissage/ailettes.30 On illustre ci-dessous l'invention par des exemples pratiques de mise en oeuvre, selon l'invention et comparatifs, obtenus dans les conditions opératoires ci-après détaillées. On a mis en oeuvre une installation du type de celle de la figure 1, comprenant un mélangeur (système de transfert gaz/liquide) conforme à celui de la figure 2 (Venturi), pour désoxygéner des liquides alimentaires. On a procédé tout d'abord à des essais de désoxygénation à l'azote d'une eau entrant dans la constitution d'un jus de fruit : - eau circulant à la vitesse de 2m/s ou 3 m/s, - avec un ratio gaz/liquide de 0,5 (ratio débit de gaz sur débit de liquide circulant dans la canalisation), - deux temps de contact ont été testés : 0,75s et 7s, ceci en effectuant une mesure d'oxygène dissous après 0,75 s et après 7s (une sonde positionnée 0,75 s après le point d'injection, et une autre sonde positionnée 7s après le point d'injection) ; - chaque essai a été répété 3 fois ; - les résultats obtenus à l'aide d'un mélangeur conforme à celui de la figure 2 ont été comparés à ceux obtenus - tout autre paramètre égal - à l'aide d'une simple injection Venturi selon l'art antérieur. Les résultats observés dans de telles conditions, montrent que le système de l'invention améliore significativement la désoxygénation de l'eau par rapport au simple Venturi, ceci pour les deux temps de contact testés ici : - pour un temps de contact de 0,75s et une vitesse de 2 m/s les conditions de l'invention permettent d'atteindre 60 % d'abattement d'oxygène contre à peine 35% dans le cas du simple Venturi ; - pour un temps de contact de 0,75s et une vitesse de 3 m/s les conditions de l'invention permettent ici encore d'atteindre 60 % d'abattement d'oxygène contre à peine 40% dans le cas du simple Venturi ; - pour un temps de contact de 7 s et un débit de 2 m/s les conditions de l'invention permettent d'atteindre plus de 80 % d'abattement d'oxygène contre à peine 60% dans le cas du simple Venturi ; - pour un temps de contact de 7 s et un débit de 3 m/s les conditions de l'invention permettent d'atteindre 85 % d'abattement d'oxygène contre à peine 60% dans le cas du simple Venturi. Il faut noter que pour atteindre 80% d'abattement de l'oxygène avec un simple Venturi il est nécessaire de mettre en place un temps de contact long, puisque d'environ 15s, soit 30 m de canalisation pour une vitesse de 2 m/s. D'autres essais ont été menés dans les conditions opératoires suivantes, permettant de comparer un mélangeur conforme à l'invention avec un mélangeur selon l'art antérieur (cette fois-ci un simple injecteur de type poreux) : - On a mis en oeuvre une installation du type de celle de la figure 1, comprenant un mélangeur conforme à celui de la figure 2 (Venturi), pour désoxygéner à l'azote une eau entrant dans la constitution d'un jus de fruit ; - eau circulant à la vitesse de 0,5 à 3 m/s, avec un ratio gaz/liquide de 0,5 (ratio débit de gaz sur débit de liquide circulant dans la canalisation), - un temps de contact de 7 secondes pour le système conforme à l'invention, et de 15s pour un système comparatif d'injecteur à simple poreux ; - chaque essai a été répété 3 fois. Les résultats observés peuvent être résumés ainsi : - pour des vitesses de 2m/s et 3m/s, les résultats de désoxygénation entre les 2 systèmes (selon l'invention par comparaison avec un simple poreux) sont sensiblement les mêmes, on note cependant que la désoxygénation a été obtenue beaucoup plus rapidement avec le mélangeur selon l'invention (7 secondes au lieu de 15 secondes pour le poreux de l'art antérieur). - pour des vitesses plus faibles telles 0,5 m/s et 1 m/s, les résultats observés avec le mélangeur conforme à l'invention sont significativement 3 o meilleurs que ceux obtenus avec un simple poreux. A l m/s par exemple, on atteint plus de 80% d'abattement d'oxygène grâce à l'invention donc dès 7 secondes, contre à peine 70% pour l'injecteur simple poreux au bout de 15 secondes. De même à 0,5 m/s par exemple, on atteint 65% d'abattement d'oxygène grâce à l'invention donc dès 7 secondes, contre à peine 54% pour l'injecteur simple poreux au bout de 15 secondes. En d'autres termes, les résultats obtenus grâce à l'invention apparaissent nettement meilleurs alors qu'ils sont pourtant obtenus dans des 1 o conditions plus défavorables puisqu'avec un temps de contact plus faible. On peut penser que grâce à l'invention, le procédé permet de lutter contre le phénomène de coalescence et permet ainsi d'augmenter l'abattement en oxygène malgré un temps de contact deux fois plus faible. Les avantages de l'arrangement d'étapes préconisé par l'invention sont 15 donc incontestablement démontrés. REVENDICATIONS1. Procédé de désoxyqénation en ligne de liquides alimentaires ou pharmaceutiques, durant lequel le liquide à désoxygéner subit au moins les deux étapes suivantes : - durant une première étape, le liquide à traiter est admis dans une canalisation équipée d'un système de transfert gaz/liquide dans lequel est injecté un gaz neutre, apte à réaliser la dispersion de ce gaz neutre dans le liquide qui circule au sein du système ; - postérieurement à cette première étape, le liquide subit une seconde étape qui est une étape de séparation gaz/liquide ; se caractérisant en ce que le système de transfert gaz/liquide comporte successivement un système d'injection du gaz neutre dans le liquide suivi d'un mélangeur statique. 2. Procédé de désoxygénation selon la revendication 1, se caractérisant en ce que la seconde étape de séparation gaz/liquide est réalisée par l'admission du liquide dans un équipement de séparation gaz/liquide, équipement préférentiellement inerté avec un gaz neutre, identique ou différent du gaz neutre mis en oeuvre durant la première étape. 3. Procédé de désoxygénation selon la revendication 1, se caractérisant en ce que la seconde étape de séparation gaz/liquide est réalisée de la manière suivante : au sortir de la première étape, le liquide est dirigé vers une opération de conditionnement et l'on opère alors le dégazage dans le conditionnement lui-même. 4. Procédé de désoxygénation selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que entre la première et la seconde étape, le liquide circule dans une portion de canalisation de longueur D, durant un temps de parcours T. 5. Procédé de désoxygénation selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que le système d'injection du gaz neutre, entrant dans la constitution du système de transfert gaz/liquide, est un injecteur de type Venturi. 6. Procédé de désoxygénation selon l'une des revendications 1 à 4, se caractérisant en ce que le système d'injection du gaz neutre, entrant dans la constitution du système de transfert gaz/liquide, comprend un tube poreux, disposé au sein de ladite canalisation, ainsi que des moyens d'injection du gaz, le gaz s'échappant du poreux dans la canalisation et donc dans le liquide qui circule dans la canalisation. 7. Procédé de désoxygénation selon l'une des revendications 1 à 4, se caractérisant en ce que le système de transfert gaz/liquide est un ensemble 15 composé : - d'une première partie qui est une canalisation en une matière poreuse, le liquide à traiter circulant à l'intérieur de la canalisation, le gaz étant injecté au sein du poreux et diffusant dans le poreux vers l'intérieur de la canalisation et donc dans le liquide qui y circule ; 20 - d'une seconde partie qui suit cette première partie, et qui est ledit mélangeur statique. 8. Procédé de désoxygénation selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que le mélangeur statique est de type à 25 hélice ou à garnissage/ailettes. 9. Installation de désoxyqénation en ligne de liquides alimentaires ou pharmaceutiques, comportant au moins les deux moyens suivants : - un système de transfert gaz/liquide, apte à admettre le liquide à 30 traiter, et dans lequel peut être injecté un gaz neutre, système apte à réaliser la dispersion de ce gaz neutre dans le liquide qui circule au sein du système ;- en aval du système de transfert gaz/liquide, un moyen où le liquide peut subir une seconde étape qui est une étape de séparation gaz/liquide ; se caractérisant en ce que le système de transfert gaz/liquide comporte successivement un système d'injection du gaz neutre dans le liquide suivi d'un mélangeur statique. 10. Installation de désoxygénation selon la revendication 9, se caractérisant en ce que le moyen de séparation gaz/liquide est un équipement spécifique de séparation gaz/liquide, tel une colonne de dégazage. 11. Installation de désoxygénation selon la revendication 9, se caractérisant en ce que le moyen de séparation gaz/liquide n'est pas constitué par un équipement spécifique de séparation gaz/liquide, par le fait qu'au sortir du système de transfert gaz/liquide, le liquide est dirigé vers un poste de conditionnement, le dégazage étant effectué dans le conditionnement lui-même. 12. Installation de désoxygénation selon l'une des revendications 9 à 11, se caractérisant en ce que le système d'injection du gaz neutre, entrant dans la constitution du système de transfert gaz/liquide, est un injecteur de type Venturi. 13. Installation de désoxygénation selon l'une des revendications 9 à 11, se caractérisant en ce que le système d'injection du gaz neutre, entrant dans la constitution du système de transfert gaz/liquide, comprend un tube poreux, disposé au sein d'une canalisation, ainsi que des moyens d'injection du gaz dans le poreux, le gaz pouvant s'échapper du poreux dans la canalisation et donc dans le liquide qui circule dans la canalisation. 14. Installation de désoxygénation selon l'une des revendications 9 à 11, se caractérisant en ce que le système de transfert gaz/liquide est un ensemble composé :- d'une première partie qui est une canalisation en une matière poreuse, le liquide à traiter pouvant circuler à l'intérieur de la canalisation, le gaz pouvant être injecté au sein du poreux et diffuser dans le poreux vers l'intérieur de la canalisation et donc dans le liquide qui y circule ; - d'une seconde partie qui suit cette première partie, et qui est ledit mélangeur statique. 15. Installation de désoxygénation selon l'une des revendications 9 à 14 se caractérisant en ce que le mélangeur statique est de type à hélice ou à 1 o garnissage/ailettes.