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"Procédé et installation de traitement d'une matière grasse, en particulier alimentaire"
La présente invention concerne un procédé de traitement d'une matière grasse, en particulier une matière grasse alimentaire, tel que cristallisation, hydrogénation et mettant en oeuvre au moins un échangeur thermique.
Dans le cas de la cristallisation afin d'extraire d'une matière grasse, comme d'une huile de palme, des composants, notamment des stéarines qui sont indésirables parce qu'entre autres elles rendent cette huile trouble à la température de stockage déjà dans le pays d'origine (ces stéarines réduisant la valeur marchande de l'huile), il est connu de provoquer par refroidissement contrôlé, au moyen d'un échangeur de chaleur, une cristallisation de ces composants. On filtre ensuite l'huile ainsi traitée pour en extraire les cristaux ainsi formés. Pour obtenir cette cristallisation, on utilise par exemple des cuves dans lesquelles il y a d'une part des surfaces d'échange thermique près des parois de la cuve et d'autre part des agitateurs au centre de la cuve.
Il résulte de cette disposition un déplacement désordonné de la matière grasse dans la cuve, un contact irrégulier de la matière grasse avec les surfaces d'échange de chaleur et donc un refroidissement désordonné et irrégulier de la matière grasse. En raison de ce refroidissement désordonné et irrégulier, la cristallisation n'est pas uniforme dans la masse de matière grasse en raison d'écarts de température importants entre divers endroits dans la cuve. Ces écarts de température ne peuvent être réduits que par un long
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temps d'agitation et de refroidissement de la matière grasse (par exemple 16 heures ou davantage).
Dans ces cuves à agitation désordonnée, l'échange de chaleur est d'autant moins efficace que la matière grasse devient plus visqueuse au fur et à mesure de son refroidissement par les surfaces d'échange de chaleur et se déplace donc moins vite à l'écart des surfaces d'échange. De ce fait, la matière grasse refroidie se réchauffe au moins partiellement ensuite en se mélangeant à la matière grasse non refroidie. Ainsi la cristallisation dans cette matière grasse refroidie peut être arrêtée ou inversée par le réchauffement tandis que la cristallisation dans la matière grasse non refroidie n'a pas encore débuté.
Il apparaît clairement que dans les conditions ci-dessus le procédé de cristallisation dans les cuves connues n'est pas optimalisé, entre autres parce que le refroidissement de la matière grasse n'est pas uniforme dans toute sa masse et parce que les cristaux obtenus sont de dimensions très variées. Ceci réduit le rendement en produit liquide filtré final et de plus la stabilité de ce dernier à basse température.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus et de procurer un procédé de traitement de la matière grasse, qui procure à l'intérieur d'une enceinte dans laquelle la matière grasse a été introduite une circulation organisée de cette matière de façon que son refroidissement au contact de surfaces d'échange de chaleur, et donc la cristallisation, soient quasiment uniformes sur une partie importante de la section occupée par cette matière, au cours du traitement, à tous les niveaux dans l'enceinte.
A cet effet, suivant l'invention, on introduit une quantité déterminée de matière grasse dans une enceinte comportant, sur une partie de sa hauteur, un espace central vertical coaxial et entouré d'un espace
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annulaire coaxial, cette quantité étant choisie afin que ladite matière atteigne un niveau supérieur à celui de l'extrémité supérieure de l'espace central susdit, on agit sur ladite matière grasse pour la mettre en mouvement à partir d'une des extrémités dudit espace central vers l'autre extrémité de l'espace central où l'on répartit la matière grasse dans l'espace annulaire renfermant l'échangeur thermique qui s'étend à travers ledit espace annulaire sur une partie importante de la section transversale de ce dernier,
on agit sur la matière grasse située dans cet espace annulaire pour l'entraîner dans le sens opposé au sens de circulation de la matière grasse dans l'espace central, à au moins deux niveaux différents situés de part et d'autre de l'échangeur thermique, on distribue le fluide caloporteur dans l'échangeur thermique à contre-courant de la matière grasse circulant dans l'espace annulaire et on extrait ensuite la matière grasse de l'enceinte lorsqu'elle est traitée.
Suivant un mode de réalisation de l'invention, on brasse la matière grasse en même temps qu'on l'entraîne, au moins dans l'espace annulaire précité.
Suivant un mode avantageux de l'invention, on agit sur la matière grasse de manière à l'entraîner de l'espace central vers l'espace annulaire et de ce dernier vers l'espace central afin d'assurer au moins deux passages de la matière grasse dans la zone annulaire.
Par la répétition des passages, on obtient une uniformisation du refroidissement et donc de la cristallisation dans toute la quantité de matière grasse introduite dans l'enceinte.
Suivant un mode particulièrement avantageux de l'invention, pour un traitement requérant l'apport de substances d'appoint, on incorpore ces substances à la matière grasse, lorsque cette dernière a été introduite
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dans l'enceinte précitée, au plus tard lorsque la matière grasse est en mouvement.
En conséquence, l'invention peut aussi être appliquée lors de l'hydrogénation par exemple d'huiles ou de graisses en présence de catalyseurs, cette hydrogénation nécessitant d'une part un brassage efficace du gaz dans la matière grasse pour augmenter les surfaces de contact entre hydrogène, matière grasse et catalyseur et d'autre part un bon contrôle de la température par échange thermique durant le processus à réaction exothermique.
L'invention concerne aussi une installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus.
Suivant l'invention, cette installation comprend une enceinte cylindrique d'axe vertical dans laquelle sont délimités l'espace central cylindrique de section constante susdit et l'espace annulaire précité, l'enceinte et ces espaces étant coaxiaux et l'espace central communiquant par ses deux extrémités avec l'espace annulaire, l'enceinte présentant un conduit d'alimentation de matière grasse, débouchant à un niveau supérieur à celui de l'extrémité supérieure de l'espace central, et un conduit d'évacuation de la matière grasse traitée débouchant en dessous du niveau de l'extrémité inférieure de l'espace central, au moins un échangeur thermique étant agencé dans l'espace annulaire précité pour s'étendre à travers ledit espace annulaire sur une partie importante de la section transversale de ce dernier,
des premiers et seconds moyens étant agencés pour entraîner la matière grasse suivant une direction verticale en sens contraires respectivement dans l'espace central et dans l'espace annulaire susdits, ainsi que des moyens d'alimentation de l'échangeur thermique agencés pour que le fluide caloporteur circule dans ce dernier à contre-courant de la matière grasse.
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Suivant une forme de réalisation préférée de l'invention, les seconds moyens précités sont répartis au moins de part et d'autre de l'échangeur thermique et sont agencés pour déplacer la matière grasse sensiblement suivant l'axe de l'espace annulaire.
Suivant une forme de réalisation particulièrement préférée de l'invention, les premiers et seconds moyens sont constitués par des pales montées de préférence sur un arbre coaxial à l'enceinte, la longueur des pales constituant les premiers moyens étant sensiblement égale au rayon de l'espace central cylindrique tandis que la longueur des pales constituant les seconds moyens est sensiblement égale au rayon de l'enceinte diminué du rayon de l'espace central, les pales des premiers et des seconds moyens étant respectivement orientées pour déplacer la matière grasse en sens contraire dans les espaces central et annulaire précités.
Suivant une forme particulièrement avantageuse de l'invention, les pales des premiers moyens et les pales des seconds moyens sont montées sur l'arbre précité afin d'être situées sensiblement dans le prolongement les unes des autres, l'espace central cylindrique précité étant délimité par des portions de tubes, de mêmes sections, disposées chacune entre deux jeux de pales, qui sont situés à des niveaux différents et qui font partie des premiers et des seconds moyens, ces portions de tube étant coaxiales à l'enceinte.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description du dessin annexé au présent mémoire et qui illustre à titre d'exemple non limitatif le procédé et une forme particulière de l'installation suivant l'invention.
La figure unique représente schématiquement une coupe longitudinale partielle suivant l'axe d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé de traitement d'une matière grasse.
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Le procédé suivant l'invention, destiné au traitement de matières grasses, est décrit d'abord, à titre d'exemple, dans un cas de cristallisation de composants, d'une huile de palme, à éliminer ultérieurement par filtration, la cristallisation étant obtenue par refroidissement de l'huile au contact d'un échangeur thermique.
Suivant l'invention, on introduit dans une enceinte 1, généralement en forme de réservoir cylindrique à axe longitudinal 2 vertical, une quantité déterminée d'huile de palme. Cette enceinte 1 comporte un espace central 3 vertical coaxial, de hauteur inférieure à la hauteur de l'enceinte 1 et situé à distance des parois supérieure 4 et inférieure 5 de cette dernière, et un espace annulaire 6 compris entre l'espace central 3 et la paroi périphérique 101 de l'enceinte 1.
L'espace central 3 et l'espace annulaire 6 sont en communication sur toute leur section transversale respective, par l'intermédiaire d'une portion d'espace supérieure 107, entre la paroi supérieure 4 de l'enceinte 1 et l'extrémité supérieure 7 de l'espace central 3, et d'une portion d'espace inférieure 108 entre la paroi inférieure 5 de l'enceinte 1 et l'extrémité inférieure 8 de l'espace central 3.
Un échangeur thermique 9 est agencé dans l'espace annulaire 6 de façon à présenter à l'huile, dans la section transversale de ce dernier, une surface de contact et d'échange thermique importante avantageusement répartie sur toute cette section transversale.
La quantité d'huile de palme introduite est déterminée pour que son niveau 10 dans l'enceinte 1 soit supérieur à celui de l'extrémité supérieure 7.
Suivant l'invention, on agit sur l'huile de palme située dans l'espace central 3 pour la mettre en mouvement par exemple depuis l'extrémité supérieure 7 de cet espace 3 vers l'extrémité inférieure 8 de celui-ci
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où l'huile est répartie dans l'espace annulaire 6 par l'intermédiaire de la portion d'espace inférieure 108.
On agit alors à nouveau sur l'huile ainsi répartie dans l'espace annulaire 6 pour qu'elle traverse l'échangeur thermique 9 et qu'elle soit entraînée dans cet espace annulaire 6 en sens opposé à celui qui lui a été conféré dans l'espace central 3. Pour entraîner l'huile en particulier dans l'espace annulaire 6, on agit avantageusement suivant l'invention à deux niveaux différents, avant et après l'échangeur thermique 9 suivant le sens de circulation, par exemple pour y compenser la perte de charge de l'huile dans cet échangeur 9.
Avantageusement, le fluide caloporteur utilisé dans l'échangeur thermique 9 pour refroidir l'huile y circule à contre-courant de cette dernière pour avoir à tout endroit de contact entre huile et échangeur thermique une différence de température suffisante pour favoriser ce refroidissement de l'huile.
L'huile est extraite de l'enceinte lorsqu'elle a été suffisamment refroidie par cet échange thermique au point que des cristaux s'y soient formés et aient atteint une dimension adéquate pour être retenus lors de la filtration de l'huile.
Pour favoriser une répartition la plus uniforme possible de la température dans l'huile, celleci est brassée pendant son entraînement dans l'espace annulaire 6, par exemple avant et après son passage au travers de l'échangeur thermique 9. Un brassage peut aussi être réalisé dans l'espace central 3.
Pour augmenter l'efficacité du refroidissement de l'huile, il est avantageux de prévoir un contact de celle-ci avec des surfaces d'échange de chaleur réparties dans le plus grand volume possible disponible dans l'espace annulaire 6. A cet effet, l'échangeur thermique 9 pourrait s'étendre sur pratiquement toute la hauteur disponible de cet espace annulaire 6. Cependant
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suivant l'invention, on préfère prévoir par exemple deux échangeurs thermiques 109 supplémentaires situés l'un à la suite de l'autre et à la suite de l'échangeur 9, suivant le sens de déplacement de l'huile dans l'espace annulaire 6, en laissant chaque fois un espace entre deux échangeurs 9,109. Ces échangeurs thermiques 109 sont avantageusement disposés dans l'espace annulaire 6 à la manière de l'échangeur 9.
Suivant l'invention, par exemple pour vaincre les pertes de charge de l'huile dans chaque échangeur 9,109, on agit en outre sur cette dernière chaque fois entre deux échangeurs thermiques 9, 109 et avant l'échangeur 9 ainsi qu'après le deuxième échangeur 109 suivant le sens de déplacement susdit.
Les matières grasses à traiter peuvent avoir une viscosité très élevée à la suite de leur refroidissement (2.000 à 3.000 cps et même plus dans certains cas de cristallisation). Il est avantageux alors que pour sa mise en mouvement, en particulier au travers de l'échangeur thermique 9, on agisse sur la matière grasse à traiter sensiblement sur la section transversale de l'espace annulaire 6 occupée par ledit échangeur 9. Ainsi la matière grasse peut progresser régulièrement au travers de l'échangeur thermique 9 à une vitesse sensiblement constante sur toute cette section transversale.
Dans le cas de l'huile de palme, il est usuel de réaliser un refroidissement progressif depuis une température de 750C jusqu'à une température de 13 à 200C suivant le cas. A cet effet, on agit avantageusement sur la matière grasse pour qu'elle circule plusieurs fois de l'espace central 3 dans l'espace annulaire 6 et de ce dernier vers l'espace central 3, en circuit fermé, de façon à multiplier les contacts avec l'échangeur thermique 9 ou les échangeurs 9,109.
Par le procédé décrit ci-dessus on arrive à réduire le temps de refroidissement-de cristallisation à moins de 8 heures tout en obtenant une cristallisation
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intégrale pour la température finale de traitement, en améliorant en conséquence le rendement en produit liquide filtré et la stabilité de ce dernier à basse température.
Le procédé suivant l'invention peut aussi être appliqué de façon appropriée dans des cas où le traitement nécessite un apport de substances d'appoint.
Ainsi dans le cas de l'hydrogénation d'huiles, de graisses, d'acides gras, le procédé prévoit d'introduire dans l'enceinte 1 de l'hydrogène et un catalyseur à base de nickel et à les incorporer à la matière grasse à traiter, présente dans l'enceinte 1, par exemple lorsque cette matière grasse est déjà mise en mouvement. De cette façon, on favorise une incorporation directe de ces substances à mesure qu'elles sont introduites.
Suivant l'invention, dans la forme de réalisation la plus simple, l'installation pour la mise en oeuvre du procédé susdit comprend une enceinte 1 avantageusement cylindrique et d'axe vertical dans laquelle sont délimités, de préférence coaxialement par une paroi 13, l'espace central 3 en forme de cylindre de section constante et l'espace annulaire 6 précités.
L'espace central 6 communique par ses extrémités supérieure 7 et inférieure 8 avec l'espace annulaire 6 comme cela est expliqué ci-dessus. L'enceinte présente en outre pour l'introduction de la matière grasse un conduit d'alimentation 14 qui débouche à un niveau supérieur à celui de l'extrémité supérieure 7 et pour l'évacuation de la matière grasse traitée un conduit 15 débouchant dans la paroi inférieure 5 de l'enceinte 1.
Dans l'exemple de réalisation de la figure unique, trois échangeurs thermiques 9,109 sont agencés l'un au-dessus de l'autre, à distance l'un de l'autre, chacun s'étendant à travers l'espace annulaire 6, sur une partie importante de la section transversale de ce dernier pour offrir à la matière grasse qui traverse ces échangeurs
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9,109 une surface de contact et d'échange thermique importante afin que partout dans ladite section transversale la matière grasse acquière une température sensiblement égale.
Suivant l'invention, pour entraîner la matière grasse dans l'enceinte, d'une façon ordonnée, on prévoit des premiers moyens 21 pour déplacer sensiblement verticalement la matière grasse dans l'espace central 3, par exemple dans un mouvement descendant depuis le voisinage de l'extrémité supérieure 7 jusqu'au delà de l'extrémité inférieure 8 de cet espace central 3. On prévoit aussi des seconds moyens 22 pour déplacer verticalement en sens inverse dans l'espace annulaire cette même matière grasse depuis l'espace inférieur 108 sous ladite extrémité inférieure 8 jusqu'à l'espace supérieur 107 susdit.
Des moyens d'alimentation connus en soi et non représentés sont en outre prévus pour alimenter les échangeurs thermiques 9,109. Ainsi le fluide caloporteur entre en A dans l'échangeur thermique 109 supérieur pour en sortir en B afin d'être introduit en C dans l'échangeur thermique 109 médian et d'en sortir en D d'où il est introduit en E dans l'échangeur thermique 9 dont il sort en F. Dans le cas d'une cristallisation par refroidissement, ce fluide caloporteur peut être recyclé après avoir lui-même été refroidi à température souhaitée.
Les seconds moyens 22 sont disposés de préférence de part et d'autre de chaque échangeur thermique 9,109, en considérant la direction verticale, pour favoriser l'entraînement de la matière dans chacun de ceux-ci suivant un déplacement général vertical et pour provoquer chaque fois un brassage de la matière grasse avant et/ou après un échangeur 9,109, afin d'uniformiser au mieux la température de celle-ci dans chaque section transversale de l'espace annulaire 6.
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Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'invention, les premiers et seconds moyens 21,22 sont constitués par des pales 23,123 et respectivement 24,124 d'hélices 21 et respectivement 22 montées sur un arbre 25 d'axe vertical confondu avec l'axe 2 de l'enceinte 1. L'arbre 25 est monté de façon connue dans l'enceinte 1 et peut être entraîné en rotation par un motoréducteur 26.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, les hélices 21 sont agencées en 4 niveaux répartis le long de l'axe 2 de façon qu'il y ait de préférence une hélice 21 au-dessus de l'extrémité supérieure 7 de l'espace central 3, une hélice 21 en dessous de l'extrémité inférieure 8 de ce dernier et deux hélices 21 disposées à deux niveaux entre les échangeurs thermiques successifs 9, 109.
Les pales 23,123 de chaque hélice 21 sont fixées par exemple par un moyeu sur l'arbre 25. Il peut y avoir par exemple quatre pales 23,123 par hélice 21, ces pales étant situées à 900 l'une de l'autre autour de l'axe vertical 2 et s'étendant perpendiculairement à cet axe 2. La longueur des pales 23,123 est choisie de préférence pour que leur rayon soit sensiblement égal à celui de l'espace central cylindrique 3, afin qu'une hélice 21 puisse passer au travers de cet espace 3, délimité par la paroi 13 susdite, par exemple lors d'un retrait, suivant la direction de l'axe 2, de l'arbre 25 muni des hélices 21.
Les pales 23 des trois hélices 21 supérieures sont orientées autour de leur axe longitudinal respectif de façon à provoquer le mouvement descendant susdit de la matière grasse dans l'espace central 3 lors d'une rotation de l'arbre 25 dans le sens indiqué par la flèche 27.
Les pales 123 de l'hélice 21 inférieure peuvent être orientées de préférence sensiblement
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verticalement autour de leur axe longitudinal respectif pour déplacer sensiblement radialement la matière grasse dans l'espace inférieur 108, et pour la brasser afin qu'elle se répartisse uniformément à l'entrée inférieure de l'espace annulaire 6.
Avantageusement, les seconds moyens ou hélices 22 sont aussi disposés à quatre niveaux : une hélice 22 en dessous de l'échangeur thermique 9, deux hélices 23 situées chacune entre deux échangeurs 9, 109 et une hélice 22 au-dessus de l'échangeur thermique supérieur 109. La longueur des pales 24,124 est sensiblement égale au rayon interne de l'enceinte 1 diminué du rayon de l'espace central cylindrique 3, ces pales 24,124 s'étendant aussi perpendiculairement à l'axe vertical 2 et étant au nombre de quatre par hélice 22, à 900 l'une de l'autre autour de l'axe 2.
Pour les trois hélices 22 supérieures, l'orientation des pales 24 autour de leur axe longitudinal respectif est choisie pour que, lorsque l'arbre 25 tourne dans le sens de la flèche 27, la matière grasse soit déplacée vers le haut dans l'espace annulaire 6, au travers des échangeurs thermiques 9,109. Comme déjà dit, l'orientation des pales 123 de l'hélice 21 inférieure peut être sensiblement verticale pour coopérer avec les pales 124 de l'hélice inférieure 22 afin de brasser la matière grasse, de la déplacer radialement et de la répartir sur toute la section inférieure d'entrée dans l'espace annulaire 6. Comme le montre la figure unique, les pales 124 sont orientées pour pousser la matière grasse vers le haut, au travers de l'échangeur thermique 9, lors de leur rotation suivant le sens de la flèche 27.
Avantageusement suivant l'invention, les pales 24,124 des hélices 22 sont fixées de façon démontable à l'extrémité et dans le prolongement des pales 23,123 correspondantes des hélices 21. A cet
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effet la paroi 13 susdite est formée de portions de tube 28 superposées verticalement, qui ont des sections transversales identiques et qui sont disposées chaque fois entre deux hélices 21,22.
Les portions de tube 28 peuvent être fixées chacune à l'enceinte 1 par plusieurs consoles 29 perpendiculaires à l'axe 2. Ces consoles 29 peuvent par exemple soutenir aussi l'échangeur respectif 9,109 disposé dans l'espace annulaire 6 entre les hélices 21, 22 correspondantes. Les consoles 29 peuvent aussi servir de déflecteurs pour rendre vertical le mouvement de la matière grasse dans l'espace annulaire 6, lorsque cette dernière a quitté l'hélice 22 située en dessous de la console 29 considérée.
Les hélices 21,22 supérieures, au-dessus de l'extrémité supérieure 7 de l'espace central 3 sont bien entendu en dessous du niveau de la matière grasse en cours de traitement dans l'enceinte 1.
Dans le cas d'un processus de cristallisation, la distance entre l'hélice 22 et les consoles 29 directement en aval suivant le sens de déplacement de la matière grasse est choisi relativement grande pour ne pas nuire à la croissance des cristaux.
L'installation suivant l'invention peut aussi convenir par exemple à l'hydrogénation de matières grasses. A cet effet un conduit 30 d'apport d'hydrogène peut être prévu dans le fond 5 de l'enceinte 1 et être raccordé à une couronne 31 munie de trous de distribution d'hydrogène et disposée horizontalement entre le fond 5 et les hélices 21,22 inférieures. Ces dernières peuvent ainsi provoquer un brassage intensif de la matière grasse et des bulles d'hydrogène sortant desdits trous de distribution, pour favoriser le contact entre matière grasse, hydrogène et catalyseur et pour assurer la dispersion intégrale de l'hydrogène en petites bulles au fur et à mesure de son introduction.
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Une canalisation 32 peut être aussi prévue pour amener un catalyseur dans l'enceinte 1, au-dessus du niveau 10 de la matière grasse en cours de traitement dans cette enceinte. Cette canalisation 32 est avantageusement disposée pour déverser le catalyseur dans l'espace central 6 afin que le catalyseur soit intimement mélangé à la matière grasse au cours du mouvement descendant et du brassage de celle-ci provoqués par les hélices 21.
Dans le cas de l'hydrogénation, le bord inférieur des consoles 29 peut avantageusement être situé à proximité de l'hélice 22 correspondante située en amont de façon à provoquer un cisaillement dans la matière grasse et dans les bulles d'hydrogène pour améliorer leur mélange et celui du catalyseur et favoriser ainsi le processus. Ce même bord inférieur, pour les mêmes raisons peut être muni de dents, etc.
La commande de l'arbre 25 et les échangeurs thermiques 9, 109 sont conformes aux particularités du processus d'hydrogénation.
Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et que bien des modifications peuvent être apportées à ces dernières sans sortir du cadre de la présente invention.
Par exemple, les échangeurs thermiques 9, 109 peuvent, par la disposition de leurs faisceaux, former des chicanes favorisant le contact de leurs surfaces avec la matière grasse et donc l'échange thermique.
La paroi supérieure 4 de l'enceinte 1 peut, pour des raisons de montage, démontage et entretien, être fixée à la partie cylindrique de l'enceinte 1 par des flasques 35. Cependant cette paroi supérieure 4 peut être formée par une partie externe 36 par exemple fixée à demeure à la paroi périphérique 101 et une partie interne 37, ces parties externe 36 et interne 37 étant
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fixées l'une à l'autre par des flasques 38. Le diamètre interne du flasque 38 de la partie externe 36 peut alors être choisi pour permettre le passage des hélices 21 montées sur l'arbre 25, après démontage des pales 24, 124, lors d'un retrait d'un seul bloc du motoréducteur 26, de la partie interne 37, de l'arbre 25 et des hélices 21.
Le démontage des pales 24,124 peut être réalisé au préalable au travers d'orifices obturables prévus dans l'enceinte 1 et non représentés.
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"Method and installation for processing a fatty substance, in particular food"
The present invention relates to a method for treating a fatty material, in particular a food fatty material, such as crystallization, hydrogenation and using at least one heat exchanger.
In the case of crystallization in order to extract from a fatty material, such as from palm oil, components, in particular stearins which are undesirable because among other things they make this oil cloudy at the storage temperature already in the country of origin (these stearins reducing the market value of the oil), it is known to cause by controlled cooling, by means of a heat exchanger, a crystallization of these components. The oil thus treated is then filtered to extract the crystals thus formed. To obtain this crystallization, for example, tanks are used in which there are on the one hand heat exchange surfaces near the walls of the tank and on the other hand stirrers in the center of the tank.
The result of this arrangement is a disordered movement of the fat in the tank, an irregular contact of the fat with the heat exchange surfaces and therefore a disorderly and irregular cooling of the fat. Due to this disordered and irregular cooling, crystallization is not uniform in the fat mass due to large temperature differences between various places in the tank. These temperature differences can only be reduced by a long
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fat shaking and cooling time (eg 16 hours or more).
In these disordered agitation tanks, the heat exchange is all the less effective as the fat becomes more viscous as it cools down by the heat exchange surfaces and therefore moves less quickly when distance from the exchange surfaces. As a result, the cooled fat at least partially heats up by mixing with the uncooled fat. Thus the crystallization in this cooled fat can be stopped or reversed by reheating while the crystallization in the uncooled fat has not yet started.
It is clear that under the above conditions the crystallization process in known tanks is not optimized, inter alia because the cooling of the fat is not uniform throughout its mass and because the crystals obtained are of very varied dimensions. This reduces the yield of final filtered liquid product and moreover the stability of the latter at low temperature.
The object of the present invention is to remedy the above drawbacks and to provide a method for treating fat, which provides an organized circulation of this fat inside an enclosure into which the fat has been introduced. so that its cooling in contact with heat exchange surfaces, and therefore the crystallization, are almost uniform over a large part of the section occupied by this material, during treatment, at all levels in the enclosure.
To this end, according to the invention, a determined quantity of fat is introduced into an enclosure comprising, over part of its height, a vertical coaxial central space and surrounded by a space
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annular coaxial, this quantity being chosen so that said material reaches a level higher than that of the upper end of the aforementioned central space, one acts on said fatty material to set it in motion from one of the ends of said central space towards the other end of the central space where the fat is distributed in the annular space containing the heat exchanger which extends through said annular space over a large part of the cross section of the latter,
we act on the fat located in this annular space to drive it in the opposite direction to the direction of circulation of the fat in the central space, at least two different levels located on either side of the exchanger thermal, the heat transfer fluid is distributed in the heat exchanger against the current of the fat circulating in the annular space and the fat is then extracted from the enclosure when it is treated.
According to one embodiment of the invention, the fat is stirred at the same time as it is entrained, at least in the abovementioned annular space.
According to an advantageous embodiment of the invention, the fat is acted on so as to entrain it from the central space to the annular space and from the latter to the central space in order to ensure at least two passages of the fat in the annular area.
By repeating the passages, uniform cooling is obtained and therefore crystallization throughout the quantity of fat introduced into the enclosure.
According to a particularly advantageous embodiment of the invention, for a treatment requiring the addition of auxiliary substances, these substances are incorporated into the fat, when the latter has been introduced.
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in the aforementioned enclosure, at the latest when the fat is in motion.
Consequently, the invention can also be applied during the hydrogenation, for example of oils or greases in the presence of catalysts, this hydrogenation necessitating on the one hand efficient mixing of the gas in the fatty matter in order to increase the contact surfaces between hydrogen, fat and catalyst and on the other hand good temperature control by heat exchange during the exothermic reaction process.
The invention also relates to an installation for implementing the above method.
According to the invention, this installation comprises a cylindrical enclosure with a vertical axis in which the above-mentioned cylindrical central space of constant section and the abovementioned annular space are delimited, the enclosure and these spaces being coaxial and the central space communicating by its two ends with the annular space, the enclosure having a fat supply duct, opening at a level higher than that of the upper end of the central space, and a fat discharge duct treated opening below the level of the lower end of the central space, at least one heat exchanger being arranged in the aforementioned annular space to extend through said annular space over a large part of the cross section of the latter ,
first and second means being arranged to entrain the fatty matter in a vertical direction in opposite directions respectively in the central space and in the annular space mentioned above, as well as means for supplying the heat exchanger arranged so that the fluid coolant circulates in the latter against the current of fat.
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According to a preferred embodiment of the invention, the aforementioned second means are distributed at least on either side of the heat exchanger and are arranged to move the fatty matter substantially along the axis of the annular space.
According to a particularly preferred embodiment of the invention, the first and second means are constituted by blades preferably mounted on a shaft coaxial with the enclosure, the length of the blades constituting the first means being substantially equal to the radius of the cylindrical central space while the length of the blades constituting the second means is substantially equal to the radius of the enclosure minus the radius of the central space, the blades of the first and second means being respectively oriented to move the fatty matter in opposite directions in the aforementioned central and annular spaces.
According to a particularly advantageous form of the invention, the blades of the first means and the blades of the second means are mounted on the aforementioned shaft so as to be situated substantially in the extension of one another, the aforementioned cylindrical central space being delimited by portions of tubes, of the same sections, each disposed between two sets of blades, which are located at different levels and which are part of the first and second means, these tube portions being coaxial with the enclosure.
Other details and particularities of the invention will emerge from the description of the drawing annexed to this specification and which illustrates by way of nonlimiting example the method and a particular form of the installation according to the invention.
The single FIGURE schematically represents a partial longitudinal section along the axis of an installation for implementing the process for processing a fatty substance.
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The process according to the invention, intended for the treatment of fatty substances, is first described, by way of example, in the case of crystallization of components, of a palm oil, to be removed subsequently by filtration, the crystallization being obtained by cooling the oil in contact with a heat exchanger.
According to the invention, a determined quantity of palm oil is introduced into an enclosure 1, generally in the form of a cylindrical reservoir with a vertical longitudinal axis 2. This enclosure 1 comprises a vertical central space 3 coaxial, of height less than the height of the enclosure 1 and situated at a distance from the upper 4 and lower 5 walls of the latter, and an annular space 6 comprised between the central space 3 and the peripheral wall 101 of the enclosure 1.
The central space 3 and the annular space 6 are in communication over their respective cross-section, via an upper space portion 107, between the upper wall 4 of the enclosure 1 and the upper end 7 of the central space 3, and of a portion of lower space 108 between the lower wall 5 of the enclosure 1 and the lower end 8 of the central space 3.
A heat exchanger 9 is arranged in the annular space 6 so as to present to the oil, in the cross section of the latter, a large contact and heat exchange surface advantageously distributed over this entire cross section.
The quantity of palm oil introduced is determined so that its level 10 in the enclosure 1 is higher than that of the upper end 7.
According to the invention, action is taken on the palm oil located in the central space 3 to set it in motion, for example from the upper end 7 of this space 3 to the lower end 8 thereof.
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where the oil is distributed in the annular space 6 via the lower space portion 108.
We then act again on the oil thus distributed in the annular space 6 so that it passes through the heat exchanger 9 and that it is entrained in this annular space 6 in the opposite direction to that which was given to it in the 'central space 3. To drive the oil in particular in the annular space 6, it is advantageous according to the invention at two different levels, before and after the heat exchanger 9 according to the direction of circulation, for example to compensate the pressure drop of the oil in this exchanger 9.
Advantageously, the heat transfer fluid used in the heat exchanger 9 to cool the oil circulates therein against the current of the latter so as to have at any point of contact between the oil and the heat exchanger a temperature difference sufficient to favor this cooling of the oil.
The oil is extracted from the enclosure when it has been sufficiently cooled by this heat exchange to the point that crystals have formed there and have reached an adequate size to be retained during filtration of the oil.
To promote the most uniform possible distribution of the temperature in the oil, this is stirred during its entrainment in the annular space 6, for example before and after its passage through the heat exchanger 9. A stirring can also be performed in the central space 3.
To increase the cooling efficiency of the oil, it is advantageous to provide for it to come into contact with heat exchange surfaces distributed in the largest possible volume available in the annular space 6. For this purpose, the heat exchanger 9 could extend over practically the entire available height of this annular space 6. However
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according to the invention, it is preferred to provide, for example, two additional heat exchangers 109 located one after the other and following the exchanger 9, according to the direction of movement of the oil in the annular space 6, each time leaving a space between two exchangers 9,109. These heat exchangers 109 are advantageously arranged in the annular space 6 in the manner of the exchanger 9.
According to the invention, for example to overcome the pressure drops of the oil in each exchanger 9,109, action is also taken on the latter each time between two heat exchangers 9, 109 and before the exchanger 9 as well as after the second exchanger 109 according to the above-mentioned direction of movement.
The fats to be treated can have a very high viscosity following their cooling (2,000 to 3,000 cps and even more in certain cases of crystallization). It is advantageous then that for its movement, in particular through the heat exchanger 9, one acts on the fatty material to be treated substantially on the cross section of the annular space 6 occupied by said exchanger 9. Thus the material greasy can progress regularly through the heat exchanger 9 at a substantially constant speed over this entire cross section.
In the case of palm oil, it is usual to carry out a progressive cooling from a temperature of 750C to a temperature of 13 to 200C depending on the case. To this end, it is advantageous to act on the fatty material so that it circulates several times from the central space 3 in the annular space 6 and from the latter to the central space 3, in a closed circuit, so as to multiply the contacts with heat exchanger 9 or exchangers 9,109.
By the process described above we manage to reduce the cooling-crystallization time to less than 8 hours while obtaining crystallization
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integral for the final treatment temperature, consequently improving the yield of filtered liquid product and the stability of the latter at low temperature.
The method according to the invention can also be applied in an appropriate manner in cases where the treatment requires an addition of adjunct substances.
Thus in the case of the hydrogenation of oils, fats, fatty acids, the method provides for introducing into enclosure 1 hydrogen and a nickel-based catalyst and incorporating them into the fatty matter. to be treated, present in the enclosure 1, for example when this fatty material is already set in motion. In this way, a direct incorporation of these substances is favored as they are introduced.
According to the invention, in the simplest embodiment, the installation for implementing the above method comprises an enclosure 1 advantageously cylindrical and of vertical axis in which are delimited, preferably coaxially by a wall 13, l central space 3 in the form of a cylinder of constant section and the annular space 6 above.
The central space 6 communicates by its upper 7 and lower 8 ends with the annular space 6 as explained above. The enclosure further has for the introduction of the fatty material a supply duct 14 which opens at a level higher than that of the upper end 7 and for the discharge of the treated fatty material a duct 15 opening into the lower wall 5 of enclosure 1.
In the embodiment of the single figure, three heat exchangers 9,109 are arranged one above the other, at a distance from each other, each extending through the annular space 6, over a large part of the cross section of the latter to provide the fat which passes through these exchangers
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9,109 a large contact and heat exchange surface so that everywhere in said cross section the fat acquires a substantially equal temperature.
According to the invention, in order to entrain the fatty matter in the enclosure, in an orderly manner, first means 21 are provided for displacing the fatty matter substantially vertically in the central space 3, for example in a downward movement from the vicinity from the upper end 7 to beyond the lower end 8 of this central space 3. There are also provided second means 22 for vertically moving in the opposite direction in the annular space this same fatty matter from the lower space 108 under said lower end 8 to the above-mentioned upper space 107.
Supply means known per se and not shown are further provided for supplying the heat exchangers 9,109. Thus the heat transfer fluid enters at A in the upper heat exchanger 109 to exit therefrom at B in order to be introduced at C into the median heat exchanger 109 and exit therefrom at D from where it is introduced at E into l 'heat exchanger 9 from which it leaves at F. In the case of crystallization by cooling, this heat transfer fluid can be recycled after having itself been cooled to the desired temperature.
The second means 22 are preferably arranged on either side of each heat exchanger 9,109, considering the vertical direction, to promote the entrainment of the material in each of these following a general vertical displacement and to cause each time stirring the fat before and / or after a heat exchanger 9,109, in order to standardize the temperature thereof as much as possible in each cross section of the annular space 6.
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According to an advantageous embodiment of the invention, the first and second means 21, 22 are constituted by blades 23, 123 and respectively 24, 124 of propellers 21 and respectively 22 mounted on a shaft 25 of vertical axis coincident with axis 2 of enclosure 1. The shaft 25 is mounted in a known manner in enclosure 1 and can be driven in rotation by a geared motor 26.
In the embodiment of Figure 1, the propellers 21 are arranged in 4 levels distributed along the axis 2 so that there is preferably a propeller 21 above the upper end 7 of l central space 3, a propeller 21 below the lower end 8 of the latter and two propellers 21 arranged at two levels between the successive heat exchangers 9, 109.
The blades 23,123 of each propeller 21 are fixed for example by a hub on the shaft 25. There may for example be four blades 23,123 per propeller 21, these blades being located 900 from one another around the vertical axis 2 and extending perpendicular to this axis 2. The length of the blades 23,123 is preferably chosen so that their radius is substantially equal to that of the cylindrical central space 3, so that a propeller 21 can pass through this space 3, delimited by the above-mentioned wall 13, for example during a withdrawal, in the direction of the axis 2, of the shaft 25 provided with the propellers 21.
The blades 23 of the three upper propellers 21 are oriented around their respective longitudinal axes so as to cause the above-mentioned downward movement of the fatty substance in the central space 3 during rotation of the shaft 25 in the direction indicated by the arrow 27.
The blades 123 of the lower propeller 21 can preferably be oriented substantially
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vertically around their respective longitudinal axes to move the fatty material substantially radially in the lower space 108, and to mix it so that it is distributed uniformly at the lower entrance to the annular space 6.
Advantageously, the second means or propellers 22 are also arranged at four levels: a propeller 22 below the heat exchanger 9, two propellers 23 each located between two exchangers 9, 109 and a propeller 22 above the heat exchanger upper 109. The length of the blades 24,124 is substantially equal to the internal radius of the enclosure 1 minus the radius of the cylindrical central space 3, these blades 24,124 also extending perpendicular to the vertical axis 2 and being four in number by propeller 22, 900 from each other around axis 2.
For the three upper propellers 22, the orientation of the blades 24 around their respective longitudinal axes is chosen so that, when the shaft 25 rotates in the direction of the arrow 27, the fatty matter is moved upwards in space annular 6, through heat exchangers 9,109. As already said, the orientation of the blades 123 of the lower propeller 21 can be substantially vertical to cooperate with the blades 124 of the lower propeller 22 in order to stir the fat, to move it radially and to distribute it over the entire lower section of entry into the annular space 6. As shown in the single figure, the blades 124 are oriented to push the fat upwards, through the heat exchanger 9, during their rotation in the direction of arrow 27.
Advantageously according to the invention, the blades 24,124 of the propellers 22 are detachably fixed at the end and in the extension of the corresponding blades 23,123 of the propellers 21. To this
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in fact the above-mentioned wall 13 is formed by portions of tube 28 vertically superimposed, which have identical cross sections and which are disposed each time between two helices 21, 22.
The tube portions 28 can each be fixed to the enclosure 1 by several brackets 29 perpendicular to the axis 2. These brackets 29 can for example also support the respective exchanger 9,109 arranged in the annular space 6 between the propellers 21, 22 correspondents. The brackets 29 can also serve as deflectors for making the movement of the fatty material in the annular space 6 vertical, when the latter has left the propeller 22 situated below the console 29 considered.
The upper propellers 21, 22, above the upper end 7 of the central space 3 are of course below the level of the fat being processed in the enclosure 1.
In the case of a crystallization process, the distance between the propeller 22 and the brackets 29 directly downstream in the direction of movement of the fat is chosen to be relatively large so as not to harm the growth of the crystals.
The installation according to the invention may also be suitable, for example, for the hydrogenation of fat. To this end, a hydrogen supply duct 30 can be provided in the bottom 5 of the enclosure 1 and be connected to a ring 31 provided with hydrogen distribution holes and disposed horizontally between the bottom 5 and the propellers 21 , 22 inferior. The latter can thus cause an intensive stirring of the fatty matter and of the hydrogen bubbles leaving said distribution holes, to favor the contact between fatty matter, hydrogen and catalyst and to ensure the complete dispersion of the hydrogen in small bubbles as and as it is introduced.
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A line 32 can also be provided to bring a catalyst into the enclosure 1, above the level 10 of the fatty matter being treated in this enclosure. This pipe 32 is advantageously arranged to pour the catalyst into the central space 6 so that the catalyst is intimately mixed with the fatty matter during the downward movement and stirring thereof caused by the propellers 21.
In the case of hydrogenation, the lower edge of the brackets 29 may advantageously be located near the corresponding propeller 22 located upstream so as to cause shearing in the fatty matter and in the hydrogen bubbles to improve their mixing. and that of the catalyst and thus promote the process. This same lower edge, for the same reasons can be provided with teeth, etc.
The control of the shaft 25 and the heat exchangers 9, 109 conform to the particularities of the hydrogenation process.
It should be understood that the invention is in no way limited to the embodiments described and that many modifications can be made to the latter without departing from the scope of the present invention.
For example, the heat exchangers 9, 109 can, by the arrangement of their bundles, form baffles promoting the contact of their surfaces with the fatty matter and therefore the heat exchange.
The upper wall 4 of the enclosure 1 can, for reasons of assembly, disassembly and maintenance, be fixed to the cylindrical part of the enclosure 1 by flanges 35. However, this upper wall 4 can be formed by an external part 36 for example permanently fixed to the peripheral wall 101 and an internal part 37, these external 36 and internal 37 parts being
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fixed to each other by flanges 38. The internal diameter of the flange 38 of the external part 36 can then be chosen to allow the passage of the propellers 21 mounted on the shaft 25, after dismantling the blades 24, 124, when the gearmotor 26, the internal part 37, the shaft 25 and the propellers 21 are removed in one piece.
The disassembly of the blades 24, 124 can be carried out beforehand through closable orifices provided in the enclosure 1 and not shown.