<Desc/Clms Page number 1>
" Procédé et installation pour le traitement de liquides , de préférence dans l'industrie des boissons, notamment du lait " .
<Desc/Clms Page number 2>
Il est connu de détruire les germes par chauffage de liquides tels que le lait , qui doivent servir de pro- duits alimentaires ou de stimulants .Il en résulte fré- quemment l'inconvénient que l'action de température rela- tivement élevées supprime les propriétés initiales du liquide , ou tout au moins les altères . Pour éviter cet inconvénient on a déjà proposé de chauffer le liquide brusquement en un laps de temps très court , par exemple en partant de 65 C, e de le refroidir ensuite aussi brus- quement jusqu'à la température de départ de 65 C .
De cette manière les germes sont détruits avec certitude et les globules de matières grasses ainsi que les autres consti- tuants de la substance supposée sèche , tels que l'albumi- ne , le sucre , eta .:, ne subissent aucune modification , ce qui conserve eu liquide ses caractéristiques initiales On choisit la température de départ de 65 C, parce que le chauffage prolongé à cette température n'exerce encore aucune action nuisible sur les propriétés du liquide , qui est dans ce cas le lait .
A cet effet , l'objet de la présente invention prévoit une disposition assez rapprochée de l'appareil de chauffage à haute température et de l'appareil de refroidissement, pour supprimer toute durée de séjour nuisible dans l'appa- reil à haute température et assurer un refroidissement des que le liquide atteint cette température .
Jusqu'ici le chauffage de liquides est généralement assuré par la vapeur d'eau ou l'eau chaude , par l'inter- médiaire d'une cloison de chauffage . On n'introduit la vapeur directe que dans certains cas isolés , et il en résulte des avantages et des inconvénients par rapport aux procédés usuels . On peut considérer comme avantage
<Desc/Clms Page number 3>
le fait qu'aucune différence de température n'est nécessai- re entre le fluide chauffant et le liquide chauffé . En suffisant effet , un apport/de chaleur permet au liquide de rece- voir la température de la vapeur . Par contre , lorsqu'on utilise une cloison de chauffage , il est nécessaire de pré- voir une différence de température d'au moins 5 C.
Le chauf- fage direct supprime complètement l'échangeur de chaleur utilisé dans d'autres conditions . L'inconvénient.consiste en ce que , la vapeur ayant codé sa chaleur au liquide , se transforme en condensât dont la présence au sein du liquide est le plus souvent non désirée .
Lorsqu'il s'agit de liqui- des comme le lait , qui ne doivent présenter qu'une propor- tion déterminée d'eau, il est nécessaire d'éliminer le condensat complémentaire , ce qui peut avoir lieu d'une manière simple par évaporation par détente , répondant en même temps à la condition du rapide . Il suffit , cet effet de maintenir dans la chambre de détente un vide correspondant à peu près 1;
la température initiale du liquide entrant dans l'aoparsil :-le chauffage à haute température , afin que soit éliminée une quantité de va- peur égale à celle que contient le liquide avant le chauf- fage . La vapeur dégagée peut être précipitée par de l'eau de refroidissement , directement ou indirectement dans un échangeur de chaleur ( condenseur à surface ), et cet échangeur peut en même temps servir au chauffage préala- ble du lait .
L'utilisation d'une cloison de chauffage , pour le chauffage du lait par exemple , présente encore cet in- convénient que les constituants albuminés ont tendance à adhérer à la cloison aux températures élevées , ce qui a pour effet de réduire progressivement la transmission de la cnaleur , done le rendement de l'échangeur .
<Desc/Clms Page number 4>
Pour que le maximum de température auquel est exposé le lait , par exemple , puisse être porte jusqu'à 160 dans le procédé , on prévoit une forte consommation de vapeur qui constitue un inconvénient ,car la chaleur que contient la vapeur de détente n'est disponible qu'à basse températu- re ( environ 65 C). Cette manière de procéder ne permet donc pas une récupération suffisante de la chaleur . La présente invention propose d'effectuer la détente en plu- sieurs fois , par exemple en deux fois , d'abord jusqu'à une pression un peu supérieure à la pression atmosphéri- que, ensuite directement jusqu'à la température d'environ 65 C qui correspondant à 0,25 kg/cm2.
La vapeur de la deuxième détente sert au chauffage du lait de 10 jus- qu'à environ 45 , clle de la première détente au chauffage du lait jusqu'à 65 C environ .. On peut ainsi réaliser une récupération de chaleur de 50 % dans l'installation , pour laquelle on adopte 120 comme maximum de température, considéré comme suffisant dans la plupart des cas . Au lieu d'utiliser la vapeur à basse pression du deuxième étage de détenté pour le chauffage préalable du lait ,on peut égale- ment effectuer ce chauffage préalable par le lait provenant de cet étage , qui présente également une température de 65 C. Dans ce cas la vapeur à basse pression est précipitée dans un condenseur à injection ou à surface . L'eau de re- froidissement ainsi chauffée peut avantageusement servir au'nettoyage ou à d'autres applications .
Le procédé qui vient d'être décrit est représenté sur la figure 1 du dessin annexé .
La figure 2 montre à plus grande échelle la partie supérieure de la chambre de détente
1 désigne le compartiment inférieur de la chambre de détente, 2 le compartiment supérieur avec la tubulure d'en- trée 3. A cette tubulure est raccordé un injecteur à vapeur
<Desc/Clms Page number 5>
4 d'un agencement approprié , recevant la vapeur en 5, tandis que le liquide ,tel que le lait , entre en 6 pour être porté à la température désirée d'une maniere connue en soi . La vapeur pénètre par exemple au centre de la veine liquide . Elle se condense immédiatement en élevant simulta- nément la température du liquide , et entraîna celui-ci com- plémentairement à son refoulement préalable dans la tubu- lure d'entrée 3.
Dans cette tubulure règne une pression manométrique de 2 kg/cm2 correspondant à la température du lait , qui est dans ce cas de 120 C. Le passage du liquide dans la chambre de détente a lieu d'une manière connue , par exemple à travers un obturateur à siège 7 (figure 2) et clapet 8, sur lequel agit un ressort 9 qui maintient ltéqui- libre à la différence entre la pression au-dessus du clapet 8 et le vide au-dessous de ce clapet 8 ( 65 = 0,25 kg/cm2).
Il en résulte une décompression brusque, donn- nt lieu au dégagement immédiat de l'excès de chaleur que contient le lait entrant , et à l'évaporation d'une partie correspon- dante .On peut choisir cette partie à volonté en réglant la pression régnant dans le compartiment de détente 2, qu'on suppose dans ce cas un peu supérieure à la pression atmos- phérique . La détente est accoapagnée du refroidissement dé- siré du liquide .
Une autre particularité de l'invention consiste en ce qu'un détecteur de température ou de pression 10 agit sur un régulateur de vapeur 11 (figure 1), qui détermine au besoin la température du liquide à chauffer en dosant la quantité de vapeur .
La vapeur résultant de l'évaporation s'échappe en 37 et passe dans un échangeur de chaleur 20 destiné au chauffage préalable du lait . Le lait ruisselle sur la face intérieure de la paroi du compartiment 2 et passe à
<Desc/Clms Page number 6>
travers un dispositif , dans ce cas un obturateur à siège 12 et clapet 13 (figure 2 ) comme précélemment, dans le compartiment inférieur de détente 1 , dans le- quel règne une pression d'environ 0,25 kg/cm2 qui corres- pond à la température de 65 . Le clapet est solidaire d'une tige 14 (figure 2 ) qui peut coulisser verticale- ment dans la tige tubulaire 15 du clapet supérieur 8.
A l'extrémité supérieure de la tige 14 est fixée une rondell'e 16 réglable en hauteur , contre laquelle s'au- puie un ressort 17. Ce ressort reçoit une tension préalable telle qu:- le clapet 13 soit capable de mainte- nir la différence des pressions entre le compartiment supérieur 2 et le compartiment inférieur 1.
L'effet désiré ne résulte pas obligatoirement de l'agencement décrit en regard du dessin , et le passage du liquide d'un compartiment dans l'autre peut avoir lieu d'une autre manière , par exemple à travers un distributeur à tiroir commandant la section de fentes , ou par une tuyère de pulvérisation ( tube) dont les orifices engendrent uns résistance correspondant à la pression différentielle , ou encore par l'intermédiaire d'un flotteur , etc
L'ensemble de l'installation ainsi que le marche du traitement du lait ressortent de la figure 1. L'entrée a lieu en 18, le lait passe successiv ment dans l'échan geur de chaleur 19, l'échangeur de chaleur 23;
et arrive par l'injecteur à vapeur 4 et la tubulure d'entrée 3 dans le compartiment supérieur 2 de l'évaporateur , ensui- te de la même manière au fond du compartiment inférieur 1, où¯il est aspiré par une pompe 21 repasse dans l'échan- geur de chaleur 19 en contrecourant avec le lait arrivant, et s'écoule finalement en 22, à travers un refroidisseur
<Desc/Clms Page number 7>
non représenté , dans les bouteilles ou d'autres réci- pients de transport ou de conservation pn vue de son uti- lisation finale . La récupération partielle de la cha- leur apportée a lieu dans l'échangeur de chaleur 19.
La vapeur de détente degagée dans le prem er compar- timent 2 passe en direction des flèches ù travers l'é- changeur de chaleur 20, cède dans celui-ci sa chaleur d'évaporation au lait préalablement chauffé dans l'é- changeur 19, et le condensat s'écoule à l'extérieur par un conduit 23.
La vapeur de détente de deuxième compartiment de dé- tente 1 passe (figure 1) dans un condenseur à surface 24 pour y être précipitée . Une pompe 25 aspire l'air et le condensat . On peut remplacer le condenseur à sur- face par un condenseur à injection , qui rond alors le même service . Ainsi qu'il a été indiqua précédemment, il est également possible d'utiliser cette vapeur de détente comme fluide de chauffage dans l'échangeur de chaleur 19, celui-ci étant alors un échangeur à sur- face . Dans ce cas il est néc essaire de tenir compte du vide ( 0,25 kg/cm2 , pression manométrique ).
Si le liquide doit être port: à une température plus élevée, par exemple de 155 C, on peut prévoir selon l'invention un étage de détente supplémentaire , de la manière indiquée sur les figures 3 et 4. En principe, l'agencement est le même que pour la détente en deux fois , sauf qu'on prévoit un étage supplémentaire 34.
Le lait ayant été préalablement chauffé à 65 C comme précédemment, il est porté à 100 C par la vapeur provenant du premier étage ,,d'une pression manométrique d'envi- ron 2 kg/cm2 = 120 C, par l'intermédiaire de l'injecteur
<Desc/Clms Page number 8>
à vapeur 32. Il passe dans un deuxième injecteur à vapeur 26, dans lequel il est porté à 155 C par de la vapeur provenant directement de la chaudiè- re . Un détecteur 27 commandant un régulateur de vapeur 28 détermine le débit nécessaire de la va- peur . Le lait détendu dans le compartiment 34 s'é- coule dans le deuxième compartiment 2, dans lequel règne à peu près la pression atmosphériique avec une température de,100 , ensuite dans le troisième compartiment 1 dans lequel règne une pression mano- métrique de 0,25 kg/cm2 avec une température corres- pondante de 65 .
La suite du cycle de circulation du lait et de la vapeur de détente dans les comparti- ments 2 et 1 est celle qui a été décrite en regard de la figure 2.
Lorsque la superposition des trois compartiments de détente ne convient pas, par exemple pour les gran- des capacités , on peut choisir l'agencement que mon- tre la figure 4. Cette installation comprend trois compartiments de détente séparés 29, 30 et 31 , dans lesquels la détente a lieu exactement de la maniè- re décrite en regard de la figure 3. Un inconvénient de cet agencement réside dans les tuyauteries de liai- son entre les compartiments , qui imposent un certain laps de temps pour le passage, ca qui signifie le maintien à la température précédente et doit être évité . Selon l'invention , on remédie cependant à cet inconvénient en utilisant la pression différen- .tielle pour obtenir une grande vitesse de passage dans les tuyauteries de passage 33,35 de faible section .
De cette manière , le maintien de la température entre deux compartiments consécutifs est réduit à une durée
<Desc/Clms Page number 9>
d'une fraction de seconde , et ne produit aucun effet nuisible .
La détente en trois fois n'entraîne pas une consom- mation de vapeur supérieure à celle de la détente en deux fois . Dans le premier de la récupération de la chaleur atteint 62 % .
Le procédé décrit est de préférence destiné aux liquides de l'industrie des boissons. Cependant , rien ne s'oppose à son utilisation dans d'autres cas, par exemple dans l'industrie des produits chimiques lorsque pour d'autres raisons , l@ chauffage brusque suivi d'un refroidissement également brusque peut offrir des avantages .
<Desc / Clms Page number 1>
"Method and installation for the treatment of liquids, preferably in the beverage industry, especially milk".
<Desc / Clms Page number 2>
It is known to destroy germs by heating liquids such as milk, which are to be used as food products or stimulants. This often results in the disadvantage that the action of relatively high temperature suppresses the properties. initials of the liquid, or at least the alterations. To avoid this drawback, it has already been proposed to heat the liquid abruptly in a very short period of time, for example starting from 65 ° C., and then to cool it also abruptly to the starting temperature of 65 C.
In this way the germs are destroyed with certainty and the fat globules as well as the other constituents of the supposedly dry substance, such as albumin, sugar, etc., do not undergo any modification, which keeps its initial characteristics liquid The starting temperature of 65 ° C. is chosen, because prolonged heating at this temperature does not yet exert any detrimental effect on the properties of the liquid, which in this case is milk.
To this end, the object of the present invention provides for a fairly close arrangement of the high-temperature heating apparatus and of the cooling apparatus, to eliminate any detrimental residence time in the high-temperature apparatus and ensure cooling as soon as the liquid reaches this temperature.
Hitherto the heating of liquids has generally been provided by steam or hot water, via a heating partition. Direct steam is introduced only in certain isolated cases, and this results in advantages and disadvantages compared with the usual processes. We can consider as an advantage
<Desc / Clms Page number 3>
the fact that no temperature difference is necessary between the heating medium and the heated liquid. Sufficient heat / heat allows the liquid to receive the temperature of the vapor. On the other hand, when using a heating partition, it is necessary to provide for a temperature difference of at least 5 C.
Direct heating completely eliminates the heat exchanger used under other conditions. The drawback consists in that, the vapor having encoded its heat in the liquid, is transformed into condensate, the presence of which in the liquid is most often unwanted.
In the case of liquids such as milk, which must have only a determined proportion of water, it is necessary to remove the additional condensate, which can be done in a simple manner by evaporation by expansion, responding at the same time to the condition of rapid. This effect suffices to maintain in the expansion chamber a vacuum corresponding to approximately 1;
the initial temperature of the liquid entering the aoparsil: -heating to high temperature, so that a quantity of vapor equal to that contained in the liquid before heating is removed. The steam released can be precipitated by cooling water, directly or indirectly in a heat exchanger (surface condenser), and this exchanger can at the same time be used for the preheating of the milk.
The use of a heating partition, for heating milk for example, still has the disadvantage that the albuminous constituents tend to adhere to the partition at high temperatures, which has the effect of gradually reducing the transmission of blood. the cnaleur, therefore the efficiency of the exchanger.
<Desc / Clms Page number 4>
In order that the maximum temperature to which milk is exposed, for example, can be brought up to 160 in the process, a high consumption of steam is provided, which is a drawback, since the heat contained in the expansion steam is not available only at low temperature (approx. 65 C). This way of proceeding therefore does not allow sufficient heat recovery. The present invention proposes to carry out the expansion in several times, for example in two stages, first to a pressure a little higher than the atmospheric pressure, then directly to the temperature of about 65. C which corresponds to 0.25 kg / cm2.
The steam from the second expansion is used to heat the milk from 10 to about 45 ° C, from the first expansion to heating the milk to about 65 C. Thus, a heat recovery of 50% can be achieved in the installation, for which 120 is adopted as the maximum temperature, considered sufficient in most cases. Instead of using the low pressure steam from the second stage of the holder for the preheating of the milk, this preheating can also be carried out by the milk coming from this stage, which also has a temperature of 65 C. low pressure vapor is precipitated in an injection or surface condenser. The cooling water thus heated can advantageously be used for cleaning or other applications.
The process which has just been described is shown in FIG. 1 of the accompanying drawing.
Figure 2 shows on a larger scale the upper part of the expansion chamber
1 designates the lower compartment of the expansion chamber, 2 the upper compartment with the inlet tubing 3. To this tubing is connected a steam injector
<Desc / Clms Page number 5>
4 of a suitable arrangement, receiving the vapor at 5, while the liquid, such as milk, enters at 6 to be brought to the desired temperature in a manner known per se. The vapor penetrates for example in the center of the liquid vein. It condenses immediately by simultaneously raising the temperature of the liquid, and entrained the latter in addition to its prior discharge into the inlet pipe 3.
In this tubing there is a gauge pressure of 2 kg / cm2 corresponding to the temperature of the milk, which in this case is 120 C. The passage of the liquid into the expansion chamber takes place in a known manner, for example through a shutter with seat 7 (figure 2) and valve 8, on which acts a spring 9 which maintains the equilibrium to the difference between the pressure above the valve 8 and the vacuum below this valve 8 (65 = 0, 25 kg / cm2).
This results in a sudden decompression, giving rise to the immediate release of the excess heat contained in the incoming milk, and to the evaporation of a corresponding part. You can choose this part at will by adjusting the pressure. prevailing in the expansion compartment 2, which in this case is assumed to be a little higher than the atmospheric pressure. The expansion is accompanied by the desired cooling of the liquid.
Another particularity of the invention consists in that a temperature or pressure detector 10 acts on a vapor regulator 11 (FIG. 1), which determines, if necessary, the temperature of the liquid to be heated by metering the quantity of vapor.
The vapor resulting from the evaporation escapes at 37 and passes through a heat exchanger 20 intended for the preliminary heating of the milk. The milk trickles down the inside of the wall of compartment 2 and passes through
<Desc / Clms Page number 6>
through a device, in this case a shutter with seat 12 and valve 13 (figure 2) as previously, in the lower expansion compartment 1, in which there is a pressure of approximately 0.25 kg / cm2 which corresponds at a temperature of 65. The valve is integral with a rod 14 (FIG. 2) which can slide vertically in the tubular rod 15 of the upper valve 8.
At the upper end of the rod 14 is fixed a washer 16 adjustable in height, against which a spring 17 is supported. This spring receives a preliminary tension such that: - the valve 13 is capable of maintaining the pressure difference between the upper compartment 2 and the lower compartment 1.
The desired effect does not necessarily result from the arrangement described with reference to the drawing, and the passage of the liquid from one compartment to the other can take place in another way, for example through a spool valve controlling the section of slots, or by a spray nozzle (tube) whose orifices generate a resistance corresponding to the differential pressure, or by means of a float, etc.
The entire installation as well as the milk processing operation are shown in FIG. 1. The entry takes place at 18, the milk passes successively through the heat exchanger 19, the heat exchanger 23;
and arrives through the steam injector 4 and the inlet pipe 3 in the upper compartment 2 of the evaporator, then in the same way at the bottom of the lower compartment 1, where it is sucked by a pump 21 passes again in the heat exchanger 19 countercurrent with the incoming milk, and finally flows at 22, through a cooler
<Desc / Clms Page number 7>
not shown, in bottles or other transport or storage containers for final use. Partial recovery of the heat supplied takes place in the heat exchanger 19.
The expansion steam released in the first compartment 2 passes in the direction of the arrows through the heat exchanger 20, transfers its heat of evaporation therein to the milk previously heated in the exchanger 19. , and the condensate flows to the outside through a pipe 23.
The expansion vapor from the second expansion compartment 1 passes (FIG. 1) into a surface condenser 24 to be precipitated there. A pump 25 sucks in the air and the condensate. The surface condenser can be replaced by an injection condenser, which then performs the same service. As indicated previously, it is also possible to use this expansion vapor as heating fluid in the heat exchanger 19, the latter then being a surface exchanger. In this case it is necessary to take the vacuum into account (0.25 kg / cm2, gauge pressure).
If the liquid must be brought: to a higher temperature, for example 155 ° C., an additional expansion stage can be provided according to the invention, as shown in FIGS. 3 and 4. In principle, the arrangement is the same as for the relaxation in two stages, except that an additional stage 34 is provided.
The milk having been previously heated to 65 ° C. as previously, it is brought to 100 ° C. by the steam coming from the first stage, with a gauge pressure of about 2 kg / cm2 = 120 ° C., by means of the injector
<Desc / Clms Page number 8>
steam 32. It passes through a second steam injector 26, in which it is brought to 155 ° C. by steam coming directly from the boiler. A detector 27 controlling a steam regulator 28 determines the necessary flow rate of the steam. The expanded milk in compartment 34 flows into the second compartment 2, in which there is approximately atmospheric pressure with a temperature of .100, then into the third compartment 1 in which there is a gauge pressure of 0. , 25 kg / cm2 with a corresponding temperature of 65.
The rest of the circulation cycle of the milk and of the expansion steam in compartments 2 and 1 is that which has been described with regard to FIG. 2.
When the superposition of the three expansion compartments is not suitable, for example for large capacities, the arrangement shown in figure 4 can be chosen. This installation comprises three separate expansion compartments 29, 30 and 31, in in which the expansion takes place exactly as described with reference to figure 3. A drawback of this arrangement lies in the connecting pipes between the compartments, which impose a certain period of time for the passage, which means maintenance at the previous temperature and should be avoided. According to the invention, however, this drawback is overcome by using the differential pressure to obtain a high speed of passage in the passage pipes 33, 35 of small section.
In this way, the maintenance of the temperature between two consecutive compartments is reduced to a time
<Desc / Clms Page number 9>
fraction of a second, and produces no harmful effects.
The three-step expansion does not result in a higher steam consumption than the two-step expansion. In the first of the heat recovery reached 62%.
The method described is preferably intended for liquids in the beverage industry. However, there is nothing to prevent its use in other cases, for example in the chemical industry when for other reasons sudden heating followed by equally sudden cooling may offer advantages.