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Installation de pasteurisation de lait La présente invention concerne une installation de pasteurisation de lait en particulier pour la fabrication de fromages.
Selon l'invention on prévoit une installation de pasteurisation de lait pour une unité de fabrication de fromages dans laquelle du petit-lait chaud est produit sous forme de sous-produit , l'installation comprenant un réchauffeur de pasteurisation constitué d'une admission de lait, d'une sortie de lait et un dispositif de chauffage ou réchauffeur pour chauffer le lait à une température de pasteurisation, et des moyens pour préchauffer le lait en amont du réchauffeur de pasteurisation par transfert de la chaleur perdue à partir du petit-lait chaud.
Selon un autre aspect de l'invention on propose une unité de fabrication de fromages incorporant l'installation de pasteurisation de lait susdite.
Selon encore un autre aspect de l'invention, on prévoit un procédé de pasteurisation pour utilisation avec une unité de fabrication de fromages dans lequel le petit-lait chaud est produit comme sous-produit, le procédé de pasteurisation comprenant les étapes suivantes : préchauffage du lait par transfert au lait de la chaleur perdue du petit-lait chaud, et chauffage ultérieur du lait à une température de pasteurisation.
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L'invention sera plus facilement comprise à partir de la description qui suit de quelques exemples de mode de réalisation en se référant aux dessins en annexe dans lesquels, la fig. 1 est un schéma en ligne d'une installation de pasteurisation de lait selon l'invention, et la fig. 2 est un schéma en ligne d'une autre installation de pasteurisation de lait.
En se référant au dessins, et d'abord à la fig. 1, il est illustré une installation de pasteurisation, désignée de manière générale par la référence numérique 1, pour une unité de fabrication de fromages. L'installation de pasteurisation 1 comprend une conduite de lait 5 pour amener le lait du réservoir de stockage (non indiqué) à travers un dispositif de chauffage de pasteurisation 6 puis à des cuves à fromage (non indiquées) pour la production de fromage. En amont du réchauffeur de pasteurisation 6 se trouve un échangeur de chaleur pour lait 7 et un échangeur de chaleur pour lait pasteurisé 8 pour préchauffer le lait avec la chaleur récupérée respectivement du petit-lait et du lait pasteurisé produits durant le fonctionnement de l'installation.
De l'eau est mis en circulation dans un tuyauterie de circulation d'eau 10 à travers un refroidisseur de petit-lait 11 et l'échangeur de chaleur pour lait 7 pour transférer la chaleur du petit-lait au lait. Un réservoir de stockage 12 communique aussi bien avec l'échangeur de chaleur pour lait 7 qu'avec le refroidisseur de petit-lait 11 et fournit ainsi un puit d'inertie thermique pour stocker l'excès de chaleur récupérée du petit-lait survenant après l'arrêt de la
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production de fromages, cette chaleur étant réutilisée lorsque ultérieurement la production de fromages reprend.
Dans ce cas tous les échangeurs de chaleur sont du type à plaques et contre-courants.
Le refroidisseur de petit-lait 11 présente un compartiment principal 15 avec une admission de petit-lait 16 et une sortie de petit-lait 17. Un compartiment secondaire 19 du refroidisseur de petit-lait 11 est muni d'une admission d'eau 20 et d'une sortie d'eau 21 .
Le réservoir de stockage d'eau 12 est généralement cylindrique et présente une paroi latérale 25, une extrémité supérieure 26 et un fond 27. Une entrée/sortie 28 inférieure est prévue au fond 27 du réservoir 12 et communique avec une sortie d'eau sur l'échangeur de chaleur pour lait 7 et une admission d'eau 20 sur le refroidisseur de petit-lait 11. Une entrée/sortie supérieure 29 est prévue adjacente au sommet 26 du réservoir 12 et communique avec une admission d'eau sur l'échangeur de chaleur pour lait 7 et la sortie d'eau 21 sur le refroidisseur de petit-lait 11. On notera que le réservoir 12 forme un puit thermique de chaleur qui stocke la chaleur de l'eau de manière laminaire avec l'eau chaude au sommet 26 du réservoir 12 et l'eau froide au fond du réservoir 12.
Un certain nombre de sondes classiques de température (non indiquées) sont montées, à intervalles verticaux, sur la paroi latérale 25 du réservoir 12 afin de mesurer la température à différents niveaux dans le réservoir 12. Un certain nombre de pompes sont également prévues pour faire circuler l'eau dans le tuyau 10.
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L'échangeur de chaleur pour lait 7 présente une face principale 35 avec une entrée d'eau 36 et une sortie d'eau 37. En amont de l'échangeur pour lait 7 se trouve une installation de chauffage à vapeur 40 pour l'eau. Un compartiment secondaire 38 de l'échangeur de chaleur pour lait 7 présente une arrivée de lait 41 et une sortie de lait 42. Une pompe à lait 43 est prévue pour amener le lait à travers la tuyauterie à lait 5 du réservoir à lait (non montré) à l'arrivée de lait 41.
L'échangeur de chaleur de lait pasteurisé 8 présente un compartiment principal 45 à travers lequel passe le lait pasteurisé chaud, avec une arrivée de lait pasteurisé 46 et une sortie de lait pasteurisé 47. Un compartiment secondaire 48 de l'échangeur de lait pasteurisé 8 reçoit le lait non pasteurisé et comprend une admission de lait 49 et une sortie de lait 50, l'admission de lait 49 communiquant avec la sortie de lait 42 sur l'échangeur de chaleur 7.
Le réchauffeur de pasteurisation 6 présente également un compartiment principal 52 avec une admission de lait 53 et une sortie de lait 54. Le compartiment principal 52 fait partie d'un circuit fermé qui inclut également un réchauffeur à vapeur 55 et une pompe de circulation 56 pour faire circuler l'eau a travers la tuyauterie d'eau 57 et à travers le réchauffeur d'eau 55 et la partie principale 52 du réchauffeur de pasteurisation 6. En fonctionnement, une partie secondaire 60 du réchauffeur de pasteurisation 6 reçoit le lait et présente une admission de lait 61 communiquant avec une sortie de lait 50 sur l'échangeur de chaleur 8.
Une sortie de lait 62 sur le compartiment secondaire 60 est reliée à un dispositif de retenue de lait 65 présentant un chemin
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tortueux 66 à travers lequel le lait est amené pour maintenir le lait à une température de pasteurisation de 72 deg C durant une période prédéterminée, typiquement 15 secondes, afin de mener à bien le processus de pasteurisation du lait. Une sortie 68 du dispositif de retenue 65 est connecté à l'admission de lait pasteurisé 46 sur l'échangeur de chaleur de lait pasteurisé 8.
Durant le fonctionnement de l'installation, le lait est amené au moyen d'une pompe à lait à travers l'échangeur de chaleur 7 où il est préchauffé à partir d'une température approximative de 4 deg C au niveau de l'admission de lait 41 à une température d'environ 25 deg C. au niveau de la sortie de lait 42. A partir de l'échangeur de chaleur pour lait 7 le lait est amené à travers le compartiment secondaire 48 de l'échangeur de chaleur de lait pasteurisé 8 dans lequel la température du lait et amenée de 25 deg C. au niveau de l'admission de lait 49 à approximativement 67 deg C au niveau de la sortie de lait 50. Le lait passe alors à travers le réchauffeur de pasteurisation 6 pour être pasteurisé et est amené aux cuves à fromage (non montrées) pour coagulation et séparation du lait en caillehotte et petit-lait.
En passant dans le compartiment secondaire 60 du réchauffeur de pasteurisation 6 la température du lait est amenée à 72 deg C à la sortie de lait 62 du réchauffeur de pasteurisation. Cette température est celle requise pour la pasteurisation. Le lait est amené du réchauffeur de pasteurisation 6 à travers le dispositif de retenue 65 dans lequel la température est maintenue à la température de pasteurisation de 72 deg C pour approximativement 15 secondes correspondant au temps de passage dans ledit dispositif 65 en complétant ainsi l'opération de pasteurisation du lait. Le lait
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pasteurisé est délivré par une tuyauterie à lait 5 de la sortie 68 du dispositif de retenue du lait 65 par le compartiment principal 45 de l'échangeur de chaleur de lait pasteurisé 8 avant versage dans les cuves à fromage .
En passant dans le compartiment principal 45 le lait pasteurisé est refroidi d'une température de 72 deg C au niveau de l'entrée 46 à une température d'approximativement 30 deg C au niveau de la sortie 47.
Le petit-lait séparé est acheminé dans le compartiment principal 15 du refroidisseur de petit-lait 11 avec une température d'approximativement 38 deg C à l'entrée de petit-lait 16, température qui chute à environ 12 deg C à la sortie de lait 17.
De l'eau est mis continuellement en circulation au moyen des pompes 32 à travers la partie 35 de l'échangeur de chaleur pour lait 7 et la partie secondaire 19 du refroidisseur de petit-lait 11. Dans le refroidisseur de petit-lait 11 l'eau extrait la chaleur perdue du petit-lait et la température de l'eau est élevée d'environ 8 deg C l'admission d'eau à environ 34 deg C à la sortie d'eau 21. Cette eau à 34 deg C est amenée par la tuyauterie de circulation d'eau 10 à une entrée d'eau 36 de l'échangeur de chaleur pour lait 7 et, en augmentant la température du lait, la température de l'eau chute à environ 8 deg C à la sortie d'eau 37.
Durant le démarrage de l'installation de fabrication de fromages, il n'y a pas production de petit-lait pendant environ quatre heures et dans ce cas l'eau chaude est captée au sommet 26 du réservoir 12 afin de préchauffer le lait, et le réchauffeur à vapeur 40 peut être actionné pour augmenter la température de l'eau à la température
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requise de 34 deg C si nécessaire pour préchauffage du lait dans l'échangeur de chaleur pour lait 7. Durant l'arrêt de l'ensemble de fabrication de fromages, du petit-lait continuera à être produit pour un certain temps, typiquement environ quatre heures après que l'admission de lait a été coupée.
Dans ce cas pour refroidir le petit-lait de l'eau froide est soutirée de la sortie inférieure 28 du réservoir de stockage 12 et est acheminée à travers le compartiment secondaire 19 du refroidisseur de petit-lait 11 et l'eau chaude est retournée via la tuyauterie 10 au sommet 26 du réservoir de stockage 12. L'eau est thermiquement stratifiée dans le réservoir 12 avec une couche de haute température restant au dessus de l'eau du refroidisseur présent au fond 27 du réservoir 12. La frontière entre les couches chaudes et froides se déplace petit petit vers le fond du réservoir 12, cependant le réservoir 12 est de capacité suffisante pour fournir de l'eau froide jusqu'à ce que la production de petit-lait cesse.
Des clapets appropriés sont prévus sur la tuyauterie de circulation d'eau 10 pour diriger le flux d'eau durant le démarrage, le fonctionnement normal et les périodes d'arrêt. Ceux-ci ne sont pas indiqués sur les dessins afin de préserver leurs clartés.
On comprendra que l'installation de pasteurisation utilise avantageusement la chaleur perdue par le petit-lait afin de préchauffer le lait avant la pasteurisation et que ceci permet une économie substantielle au niveau des coûts de fonctionnement. Le réservoir de stockage d'eau 12 est isolé de manière adéquate afin de retenir la chaleur obtenue du petit-lait durant les arrêts provisoires du processus de fabrication
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des fromages, par exemple les arrêts de nuit, et utilise alors cette chaleur stockée pour les opérations de redémarrage de l'installation de production de fromages.
On remarquera aussi que l'installation de pasteurisation utilise avantageusement la chaleur récupérée durant le refroidissement du lait pasteurisé de façon à préchauffer davantage le lait avant la pasteurisation.
En se référant maintenant la figure 2 on illustre une autre installation de pasteurisation 80 qui est très similaire à l'installation de pasteurisation décrite précédemment, les éléments identiques étant indiqués avec les mêmes références numériques. Dans ce cas le lait pasteurisé est pressurisé de façon telle que quand il passe à travers l'échangeur de chaleur de lait pasteurisé 8, et au cas ou un accident tel une fissure se produit au niveau d'une des plaques de l'échangeur de chaleur, le lait pasteurisé s'écoulera dans le lait non pasteurisé et empêchera la contamination du lait pasteurisé. Pour pressuriser le courant de la lait pasteurisé une pompe 81 est prévue dans la tuyauterie pour lait 5 en aval de la sortie de lait 50 de l'échangeur de chaleur pour lait pasteurisé 8.
Cette pompe 81 élève la pression du flux de lait de manière telle que quand il passe dans la partie principale 45 de l'échangeur de chaleur pour lait pasteurisé il a une pression d'environ 3 bar, tandis que la pression du lait non pasteurisé passant travers la partie secondaire 48 de l'échangeur de chaleur pour lait pasteurisé 8 est approximativement 0,8 bar.
L'invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre exposés dans la présente description mais peut varier aussi bien dans son principe que dans ses détails.
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The present invention relates to a milk pasteurization installation, in particular for the production of cheeses.
According to the invention there is provided a milk pasteurization installation for a cheese manufacturing unit in which hot whey is produced in the form of a by-product, the installation comprising a pasteurization heater consisting of a milk inlet , a milk outlet and a heater or heater for heating the milk to a pasteurization temperature, and means for preheating the milk upstream of the pasteurization heater by transferring waste heat from the hot whey .
According to another aspect of the invention, there is provided a cheese manufacturing unit incorporating the aforementioned milk pasteurization installation.
According to yet another aspect of the invention, there is provided a pasteurization process for use with a cheese manufacturing unit in which the hot whey is produced as a by-product, the pasteurization process comprising the following steps: preheating the milk by transferring the waste heat from the hot whey to the milk, and subsequently heating the milk to a pasteurization temperature.
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The invention will be more easily understood from the following description of some exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings in which, FIG. 1 is an online diagram of a milk pasteurization installation according to the invention, and FIG. 2 is an online diagram of another milk pasteurization installation.
Referring to the drawings, and first to FIG. 1, a pasteurization installation, generally designated by the reference numeral 1, is illustrated for a cheese manufacturing unit. The pasteurization installation 1 comprises a milk line 5 for bringing the milk from the storage tank (not indicated) through a pasteurization heating device 6 and then to cheese vats (not indicated) for the production of cheese. Upstream of the pasteurization heater 6 is a heat exchanger for milk 7 and a heat exchanger for pasteurized milk 8 to preheat the milk with the heat recovered respectively from whey and pasteurized milk produced during the operation of the installation. .
Water is circulated in a water circulation pipe 10 through a whey cooler 11 and the milk heat exchanger 7 to transfer the heat from the whey to the milk. A storage tank 12 communicates with the milk heat exchanger 7 as well as with the whey cooler 11 and thus provides a thermal inertia well for storing the excess heat recovered from the whey occurring after stopping the
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cheese production, this heat being reused when later cheese production resumes.
In this case all the heat exchangers are of the plate and counter-current type.
The whey cooler 11 has a main compartment 15 with a whey inlet 16 and a whey outlet 17. A secondary compartment 19 of the whey cooler 11 is provided with a water inlet 20 and a water outlet 21.
The water storage tank 12 is generally cylindrical and has a side wall 25, an upper end 26 and a bottom 27. A lower inlet / outlet 28 is provided at the bottom 27 of the tank 12 and communicates with a water outlet on the milk heat exchanger 7 and a water inlet 20 on the whey cooler 11. An upper inlet / outlet 29 is provided adjacent to the top 26 of the reservoir 12 and communicates with a water inlet on the heat exchanger for milk 7 and the water outlet 21 on the whey cooler 11. It will be noted that the reservoir 12 forms a thermal well of heat which stores the heat of the water in a laminar manner with the hot water at the top 26 of the tank 12 and the cold water at the bottom of the tank 12.
A number of conventional temperature probes (not shown) are mounted, at vertical intervals, on the side wall 25 of the tank 12 in order to measure the temperature at different levels in the tank 12. A number of pumps are also provided for making circulate the water in the pipe 10.
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The milk heat exchanger 7 has a main face 35 with a water inlet 36 and a water outlet 37. Upstream of the milk exchanger 7 is a steam heating installation 40 for water . A secondary compartment 38 of the milk heat exchanger 7 has a milk inlet 41 and a milk outlet 42. A milk pump 43 is provided for bringing the milk through the milk pipe 5 of the milk tank (not shown) when milk arrives 41.
The pasteurized milk heat exchanger 8 has a main compartment 45 through which the hot pasteurized milk passes, with a pasteurized milk inlet 46 and a pasteurized milk outlet 47. A secondary compartment 48 of the pasteurized milk exchanger 8 receives the unpasteurized milk and comprises a milk inlet 49 and a milk outlet 50, the milk inlet 49 communicating with the milk outlet 42 on the heat exchanger 7.
The pasteurization heater 6 also has a main compartment 52 with a milk inlet 53 and a milk outlet 54. The main compartment 52 is part of a closed circuit which also includes a steam heater 55 and a circulation pump 56 for circulate the water through the water pipe 57 and through the water heater 55 and the main part 52 of the pasteurization heater 6. In operation, a secondary part 60 of the pasteurization heater 6 receives the milk and presents a milk inlet 61 communicating with a milk outlet 50 on the heat exchanger 8.
A milk outlet 62 on the secondary compartment 60 is connected to a milk retaining device 65 having a path
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tortuous 66 through which the milk is brought to maintain the milk at a pasteurization temperature of 72 deg C for a predetermined period, typically 15 seconds, in order to carry out the milk pasteurization process. An outlet 68 of the retaining device 65 is connected to the intake of pasteurized milk 46 on the pasteurized milk heat exchanger 8.
During the operation of the installation, the milk is brought by means of a milk pump through the heat exchanger 7 where it is preheated from an approximate temperature of 4 deg C at the intake of milk 41 at a temperature of about 25 deg C. at the milk outlet 42. From the milk heat exchanger 7 the milk is brought through the secondary compartment 48 of the milk heat exchanger pasteurized 8 in which the temperature of the milk is brought from 25 deg C. at the level of the milk inlet 49 to approximately 67 deg C at the level of the milk outlet 50. The milk then passes through the pasteurization heater 6 to be pasteurized and brought to the cheese vats (not shown) for coagulation and separation of milk into curds and whey.
Passing through the secondary compartment 60 of the pasteurization heater 6 the temperature of the milk is brought to 72 deg C at the milk outlet 62 from the pasteurization heater. This temperature is that required for pasteurization. The milk is brought from the pasteurization heater 6 through the retaining device 65 in which the temperature is maintained at the pasteurization temperature of 72 deg C for approximately 15 seconds corresponding to the passage time in said device 65 thereby completing the operation milk pasteurization. Milk
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pasteurized is delivered by a milk piping 5 from the outlet 68 of the milk retaining device 65 by the main compartment 45 of the pasteurized milk heat exchanger 8 before pouring into the cheese vats.
Passing through the main compartment 45, the pasteurized milk is cooled from a temperature of 72 deg C at the inlet 46 to a temperature of approximately 30 deg C at the outlet 47.
The separated whey is fed into the main compartment 15 of the whey cooler 11 with a temperature of approximately 38 deg C at the inlet of whey 16, a temperature which drops to approximately 12 deg C at the outlet of milk 17.
Water is continuously circulated by means of the pumps 32 through the part 35 of the milk heat exchanger 7 and the secondary part 19 of the whey cooler 11. In the whey cooler 11 l water extracts the waste heat from whey and the water temperature is raised from around 8 deg C the water intake to around 34 deg C at the water outlet 21. This water at 34 deg C is brought by the water circulation pipe 10 to a water inlet 36 of the milk heat exchanger 7 and, by increasing the temperature of the milk, the water temperature drops to about 8 deg C at the water outlet 37.
During the start-up of the cheese-making installation, there is no production of whey for approximately four hours and in this case the hot water is collected at the top 26 of the reservoir 12 in order to preheat the milk, and the steam heater 40 can be operated to raise the water temperature to the temperature
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required 34 deg C if necessary for preheating milk in the milk heat exchanger 7. During the shutdown of the cheese making assembly, whey will continue to be produced for a certain time, typically about four hours after the milk intake has been shut off.
In this case to cool the whey cold water is drawn from the lower outlet 28 of the storage tank 12 and is conveyed through the secondary compartment 19 of the whey cooler 11 and the hot water is returned via the piping 10 at the top 26 of the storage tank 12. The water is thermally stratified in the tank 12 with a layer of high temperature remaining above the water of the cooler present at the bottom 27 of the tank 12. The border between the layers hot and cold moves little by little towards the bottom of the tank 12, however the tank 12 is of sufficient capacity to supply cold water until the production of whey stops.
Appropriate valves are provided on the water circulation pipe 10 to direct the flow of water during start-up, normal operation and downtime. These are not indicated on the drawings in order to preserve their clarity.
It will be understood that the pasteurization installation advantageously uses the heat lost by the whey in order to preheat the milk before pasteurization and that this allows a substantial saving in terms of operating costs. The water storage tank 12 is adequately insulated in order to retain the heat obtained from the whey during the temporary stoppages of the manufacturing process
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cheeses, for example overnight stops, and then uses this stored heat for restarting operations of the cheese production installation.
It will also be noted that the pasteurization installation advantageously uses the heat recovered during the cooling of the pasteurized milk so as to preheat the milk more before the pasteurization.
Referring now to FIG. 2, another pasteurization installation 80 is illustrated which is very similar to the pasteurization installation described above, the identical elements being indicated with the same reference numbers. In this case the pasteurized milk is pressurized so that when it passes through the pasteurized milk heat exchanger 8, and in the event that an accident such as a crack occurs at one of the plates of the heat exchanger heat, pasteurized milk will flow into unpasteurized milk and prevent contamination of pasteurized milk. To pressurize the flow of pasteurized milk, a pump 81 is provided in the milk piping 5 downstream of the milk outlet 50 of the heat exchanger for pasteurized milk 8.
This pump 81 raises the pressure of the milk flow in such a way that when it passes through the main part 45 of the heat exchanger for pasteurized milk it has a pressure of approximately 3 bar, while the pressure of unpasteurized milk passing through the secondary part 48 of the heat exchanger for pasteurized milk 8 is approximately 0.8 bar.
The invention is not limited to the modes of implementation exposed in the present description but can vary as well in principle as in its details.