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Procédé de concentration d'un liquide, notamment de lait, et installation pour sa mise en #uvre La présente invention a pour objets un procédé de concentration d'un liquide, notamment de lait et une installation pour la mise en #uvre de ce procédé.
De nombreux procédés connus ont été utilisés jusqu'ici pour concentrer du lait, des solutions de gélatine, d'autres produits alimentaires liquides ou d'autres solutions de solides dans des liquides, mais tous présentent des inconvénients. Avec les procédés à film ascendant, les extrémités inférieures des tubes d'évaporation de l'évaporateur sont remplies de liquide,
de sorte que le transfert thermique est inefficace et que c'est seulement à la partie supérieure des tubes qu'un film mobile de liquide est produit et que le transfert thermique est satisfaisant. Les tubes sont très coûteux et doivent être plus longs que ce ne serait nécessaire si un transfert de chaleur satisfaisant était obtenu sur toute leur longueur. La hauteur totale des installations à filin ascendant est considérable et il faut construire des bâtiments spéciaux et très importants pour les loger.
Un troisième inconvénient de ces procédés, le plus important, est d'obliger les installations à retenir un volume considérable de liquide par suite de l'irrigation des fonds des tubes. En effet, pour un débit d'écoulement donné à travers l'installation, le liquide reste dans cette dernière pendant un temps plus long que si l'installation en retenait une plus faible quantité. Le lait en particulier se détériore s'il est chauffé pendant de longues périodes et la protéine se dépose sur les tubes et réduit leur efficacité.
Les procédés utilisant des installations dans lesquelles le liquide se déplace vers le bas sous forme d'un film, sur les surfaces d'une série de tubes évitent certains de ces désavantages mais la hauteur totale des installations est même supérieure à celle des installations à films ascendants d'une puissance comparable.
On a trouvé maintenant qu'en utilisant un évaporateur comportant des tubes présentant des proportions déterminées et en contrôlant l'alimentation du liquide à ces tubes il est possible de produire un écoulement turbulent très satisfaisant dans les tubes de l'évaporateur disposés pratiquement horizontalement. Le liquide bout et un film de liquide se déplace le long des parois du tube.
Dans l'espace compris à l'intérieur des tubes, il s'établit une atmosphère de vapeurs et de gouttelettes en suspension et les conditions d'écoulement sont telles que le film est entraîné continuellement vers l'aval et restauré par le liquide provenant des gouttelettes. Ces conditions assurent un transfert de chaleur particulièrement efficace entre le liquide et les tubes chauffés et ceci sur toute la longueur des tubes.
Le procédé objet de l'invention est caractérisé en ce qu'on introduit le liquide dans une extrémité de tubes d'évaporation chauffés et disposée horizontalement, ces tubes présentant chacun un diamètre intérieur compris entre 1,9 cm et 3,5 cm et une longueur comprise entre 2,44 m et 4,88 m, et en ce qu'on fixe le débit d'alimentation de façon que les tubes ne soient pas engorgés et qu'il se forme sur leurs surfaces intérieures un filin liquide que la vapeur dégagée par évaporation fait avancer vers l'autre extrémité des tubes.
L'invention a aussi pour objet une installation pour la mise en #uvre de ce procédé, notamment pour l'évaporation de produits alimentaires liquides tels que le lait. Cette installation est caractérisée en ce qu'elle comprend un évaporateur dans lequel sont disposés des tubes d'évaporation horizontaux présentant chacun un diamètre intérieur compris entre 1,9 et 3,5 cm et une longueur comprise entre 2,44 et 4,88 m et des moyens disposés à l'extrémité d'entrée des tubes pour introduire le liquide dans chacun de ces derniers.
Le dessin annexé illustre à titre d'exemple, une mise en #uvre du procédé objet de l'invention et représente, également à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation pour cette mise en oeuvre
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la fig. 1 est une vue schématique de cette forme d'exécution ; la fig. 2 est une coupe longitudinale, selon II-II de la fig. 3, d'un évaporateur représenté à la fig. 1 ; la fig. 3 est une coupe selon 111-11I de la fig. 2 ; la fig. 4 est une coupe d'un détail représenté à la fig. 2 ;
la fig. 5 est une coupe longitudinale d'un séparateur représenté à la fig. 1, et la fig. 6 est une vue prise dans le sens de la flèche VI de la fig. 5.
L'installation qui va être décrite est à simple effet et est destinée à évaporer du lait. Elle pourrait être à effet multiple et pourrait aussi servir à évaporer d'autres produits alimentaires liquides comme des solutions de gélatine, ou toute autre solution d'un solide dans un liquide.
Le lait est amené depuis une cuve non représentée à travers une vanne d'arrêt 1 (fig. 1) et de là à travers un tuyau 2 et dans un compteur comprenant un plateau à orifice 3 et des .manomètres 4 et 5 qui indiquent la chute de pression à travers l'orifice. A partir du compteur, le lait passe à travers un tuyau 6 dans l'entrée d'une pompe d'alimentation rotative 7 qui l'envoie à travers un tuyau 8 dans un dispositif de préchauffage 9.
A partir du dispositif 9, le lait passe à travers un tuyau 10 équipé d'un manomètre 11 vers une vanne de commande principale 12 qui règle le débit du lait s'écoulant dans l'installation. Depuis la vanne 12, le lait s'écoule à travers un tuyau 13 dans les tubes d'un second dispositif de préchauffage 14. Le lait quitte ce dispositif par un tuyau 15 et s'écoule vers la chambre d'entrée d'un évaporateur 16. Le tuyau 15 est muni d'un nouveau compteur 17' comprenant un plateau à orifice et deux manomètres pour mesurer la chute de pression à travers l'orifice.
Depuis la chambre d'entrée de l'évaporateur 16, le lait est injecté dans les tubes de l'évaporateur, et il est évaporé dans ces tubes. La vapeur et le lait liquide concentré passent depuis ces tubes dans un séparateur 17 qui sera décrit en détail plus loin.
A ce stade, les trajets de la vapeur et du lait liquide concentré divergent. La vapeur passe d'une extrémité du séparateur 17 à travers un tuyau 18 vers l'entrée 19 d'un compresseur 20 constitué par une pompe rotative de Roots entraînée par un moteur électrique 20a. La vapeur comprimée et chauffée par cette compression est lancée dans un tuyau 21 et dans une enveloppe du second dispositif de préchauffage 14 d'où elle passe à travers des tuyaux 22 et 23 dans la chemise de chauffage de l'évaporateur 16.
La vapeur, qui est évidemment à une pression subatmosphérique, est condensée dans l'évaporateur 16 et le liquide condensé quitte l'évaporateur par un tuyau 24 équipé d'un niveau en verre 25 et d'une soupape de retenue 26. A partir du tuyau 24, une partie du liquide condensé passe à travers un tuyau 27 et de là à travers le premier dispositif de préchauffage 9 et à travers un tuyau 28 vers le côté aspiration d'une pompe 29 pour le condensat, tandis que la partie restante du condensat atteint directement l'aspiration de la pompe 29 à travers un tuyau 30.
La proportion du condensat passant à travers le dispositif de préchauffage 9 et du condensai passant à travers le tuyau de dérivation 30 pour produire le préchauffage requis du lait à l'entrée de l'installation est réglée par des vannes de commande 31 et 32 dans les tuyaux 28 et 30 respectivement. La pompe 29 envoie le condensat à travers un tuyau 33 équipé d'un manomètre 34 vers des trompes à vide 35 montées en parallèle. Les trompes 35 envoient le con- densat dans une cuve 36 d'où l'excès d'eau est rejeté par un tuyau de sortie 37 équipé d'une vanne 38.
Les trompes créent un vide dans le séparateur 17 à travers un tuyau 39 et dans trois zones de l'évaporateur 16 à travers des tuyaux 40, 41 et 42 pour éliminer l'air depuis ces zones et maintenir le vide voulu dans les espaces entourant les tubes. Pour maintenir une alimentation d'eau suffisante aux trompes 35, un tuyau 43 de remise en circulation conduit de la cuve 36 dans le tuyau d'entrée 28 de la pompe 29. Le tuyau 43 peut être connecté aussi par des tuyaux 44 et 45 à des cuves de détergents 46 et 47, respectivement. Les tuyaux 44 et 45 sont équipés de vannes et celles-ci ne sont ouvertes que lorsque l'installation est arrêtée en vue du lavage de tous les tuyaux et de toutes les pièces qui la composent pour éliminer le lait concentré adhérant à leurs surfaces.
Un autre tuyau 48 communique avec le tuyau de sortie 33 de la pompe 29 et fournit de l'eau à un gicleur 49 disposé dans l'entrée de vapeur du compresseur 20. Ce gicleur réduit la surchauffe qui se produirait autrement dans la vapeur comprimée par suite du rendement isen- tropique relativement bas du compresseur 20.
Le moteur électrique 20a qui entraîne le compresseur 20 est équipé de dispositifs électriques de sécurité qui comprennent un interrupteur de coupure 50 qui fonctionne si l'alimentation d'eau au gicleur 49 cesse, et des interrupteurs 51 et 52 qui fonctionnent si la pression ou la température dans le tuyau d'entrée 21 devient excessive. Les interrupteurs 50, 51, 52 commandent un interrupteur 53 de coupure du moteur qui est connecté au moteur par un interrupteur de surcharge 54. Le moteur est alimenté à travers un organe de démarrage 55.
Le lait liquide concentré est drainé dans un collecteur, décrit plus loin, du séparateur 17 et passe de là à travers un tuyau 56 équipé d'un voyant en verre 57 et d'une soupape de retenue 58, vers une pompe d'extraction 59 qui envoie le lait à travers une vanne de commande 60 vers un orifice de sortie 61. Cet orifice 61 est équipé d'un compteur 62. La pompe d'extraction 59 comporte un autre tuyau d'entrée 63 au moyen duquel elle est connectée aux cuves de détergent 46 et 47 pour permettre son nettoyage quand l'installation est arrêtée.
Un certain nombre d'autres tuyaux de dérivation et de connexions croisées permettent la circulation du lait et de la vapeur à travers des circuits fermés quand l'installation est mise en marche initialement et avant que des conditions stables soient établies.
Au lieu de conduire la vapeur du séparateur 17 à travers le tuyau 18 au compresseur 20, la vapeur peut passer à travers un tuyau 18' connecté soit directement à un condenseur si l'installation est à simple effet, soit à la chemise de vapeur de l'évaporateur d'un second étage si l'installation est à effet multiple. Dans ce cas, l'évaporateur est chauffé par une source de vapeur vive à travers un tuyau 21' au lieu de recevoir la vapeur du compresseur 20 à travers le tuyau 21. La vapeur vive dans le tuyau 21' peut être mélangée avec un peu de la vapeur d'échappement passant à travers le tuyau 18' et avec de la vapeur provenant du dernier étage d'une installation à effet multiple.
Cette méthode de chauffage de l'installation est bien connue et n'est pas décrite ici.
L'évaporateur 16 (fig. 2 et 3) comprend- un coffret tubulaire 80 formant une chemise de vapeur dans la-
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quelle sont montés cinq tubes 81 à 85. Chacun de ces tubes a une longueur de 3,05 m, un diamètre extérieur de 3,18 cm et une épaisseur No 18, donnant un diamètre intérieur de 2,95 cm. Ces tubes sont supportés à leurs extrémités par des plateaux 86 et 87 et sensiblement au milieu de leur longueur par un troisième plateau 88. Le plateau 88 comporte quatre lobes qui entourent les tuyaux 81 à 84 et les espaces entre ces lobes permettent à la vapeur de s'écouler à travers la chemise tubulaire 80 avec aussi peu d'obstruction que possible. Le plateau 88 est maintenu en place sur la longueur de la chemise 80 par des tiges 89 et 90 qui le relient au plateau 86.
Le plateau 86 est fixé directement à l'extrémité de la chemise 80 qu'il ferme et il constitue une bride au moyen de laquelle l'évaporateur est fixé au séparateur 17.
Le plateau 87 ferme l'autre extrémité de la chemise 80 et il est fixé par des vis 91 et 92 à un plateau gicleur 93 représenté en détail à la fig. 4. Il présente pour chaque tube évaporateur 81 à 85 un trou borgne 94 dans une de ses faces, un trou borgne 95 dans son autre face et un trou incliné 96 s'étendant entre les deux trous borgnes. Le plateau 93 est enfermé dans un capuchon d'extrémité 97 de même diamètre que la chemise 80 et formant une chambre d'entrée pour le lait à traiter. Une bride 98 est soudée au capuchon 97 et fixée au plateau 87 par des pinces 99 dont une est visible à la fig. 2. Le joint entre la bride 98 et le plateau 87 est rendu étanche par un anneau de caoutchouc 100.
Le lait est amené dans l'évaporateur par le tuyau 15 qui est connecté à un raccord d'entrée 101 soudé axiale- ment au capuchon 97. La chambre formée à l'intérieur du capuchon 97 est remplie de lait et ce dernier est alors projeté à travers les trous inclinés 96 ; quand il passe dans les trous borgnes 95, il se produit une projection du lait contre les parois inférieures des tubes 81 à 85.
Les diamètres des trous 96 sont tels que chacun laisse passer approximativement 1,36 kg de lait par minute avec une différence de pression de part et d'autre du plateau d'environ 0,35 kg/cm2. L'inclinaison des trous 96 sur les axes des tubes 81 à 85 et le fait que ces trous débouchent dans des trous plus grands du côté aval du plateau 93 sont la cause de la projection du lait à l'intérieur des tubes 81 à 85 quand le lait bout. Une projection éruptive se produit à l'entrée des tubes 81 à 85.
Le courant de liquide pénétrant dans le tube commence à s'évaporer, cette évaporation ainsi que le giclage produit par l'impact du jet sur la paroi provoquent la formation d'une couche de liquide sur la paroi. Celle-ci se déplace le long du tube sous l'effet de la vapeur passant à travers le tube en raison de la différence de pression existant entre les deux extrémités du tube. La couche se déplaçant le long du tube, elle est étalée sous forme d'un mince film sur la paroi du tube.
La chemise tubulaire 80 présente deux orifices d'entrée 102 et 103 pour la vapeur qui sont connectés respectivement aux tuyaux 23 et 22. Au fond de la chemise 80, près du plateau 87, est monté un tuyau de sortie 104 du condense, ce tuyau étant relié à la partie supérieure du niveau de verre 25. Trois orifices 105, 106 et 107 sont espacés le long de la chemise 80 et sont reliés aux tuyaux d'extraction 40-42. Un quatrième orifice 108 est destiné à recevoir un manomètre.
Les orifices d'entrée de vapeur 102 et 103 sont proches de l'extrémité droite de la chemise 80 (fig. 1) qui est l'extrémité d'entrée du lait dans la chemise de l'évaporateur, et les orifices 105 à 107 de sortie de l'air sont espacés sur toute la longueur de cette chemise. Dans une variante, la connexion pour la vapeur de chauffage pourrait être située près de l'extrémité d'entrée du lait dans la chemise de l'évapo)rateur et les orifices de sortie d'air pourraient être tous situés près de l'autre extrémité de la chemise.
Le séparateur 17 (fig. 5 et 6) comprend une enveloppe cylindrique 109 avec une section tronconique 110 à son extrémité de droite en regardant la fig. 5. Au fond de l'enveloppe 109 est monté un collecteur de liquide 111 d'où part un tuyau 112 comportant une bride pour sa fixation au voyant de verre 57. L'extrémité gauche de l'enveloppe 109 (fig. 5) est fermée par un couvercle 113 monté sur des charnières 114 et 115 (fig. 6) et maintenu fermé quand l'installation fonctionne par une poignée de verrouillage 116. L'enveloppe 109 comporte une bride 117 et le couvercle 113 une bride 118, ces deux bride sétant fixées l'une à l'autre quand le couvercle est fermé, un anneau de caoutchouc 119 assurant l'étanchéité.
Le couvercle 113 présente une fenêtre circulaire 120 qui est maintenue en place par un anneau fileté 121.
Le plateau 86 à l'extrémité gauche de la chemise 80 de l'évaporateur 16 est fixé à une bride 122 d'un tuyau d'entrée conique 123 (fig. 6). Le tuyau 123 s'étend dans l'enveloppe 109 en direction tangentielle.
La sortie de la vapeur hors du séparateur se fait à travers la petite extrémité de la section tronconique 110 et à travers un tuyau 124 dont un prolongement 125 s'étend vers le haut et vers l'intérieur à travers le plan de la fig. 5. Ce prolongement du tuyau 124 forme une développante qui absorbe l'énergie rotationnelle de la vapeur à travers le tuyau 124. La vapeur s'écoule dans le séparateur à travers le tuyau 123 et sa vitesse augmente quand la section droite du tuyau 123 diminue. La vapeur passe ensuite avec un mouvement circulaire autour de la partie extérieure de l'enveloppe 109 et sa vitesse angulaire est augmentée pendant qu'elle se déplace selon une trajectoire hélicoïdale de diamètre décroissant le long de la section tronconique 110.
Ce mouvement rotationnel de la vapeur projette toutes les gouttelettes qu'elle contient vers l'extérieur, ces gouttelettes étant drainées vers l'extérieur dans le collecteur 111 et retirées par le tuyau 112. Une petite quantité de liquide sous forme de gouttelettes peut rester emprisonnée dans la vapeur qui s'écoule à travers 1e tuyau 124, ces gouttelettes étant déposées puisque la vitesse rotationnelle de la vapeur est détruite. La vitesse d'écoulement à travers le tuyau 124 est si élevée que le liquide peut ne pas pouvoir revenir en arrière dans le séparateur contre le courant de vapeur.
Pour permettre ce retour, une gouttière semi-circulaire inversée 126 est disposée sur le fond du tuyau 124 et s'étend sur l'extrémité gauche du tuyau 124 et le long de sa face inférieure (fig. 5). Ce liquide peut s'écouler goutte à goutte sur le fond de la tuyère où aucun écoulement de vapeur ne peut l'en empêcher. La gouttière 126 est maintenue en place grâce à sa forme qui lui permet d'être serrée sur l'extrémité du tuyau 124 tout en pouvant être facilement retirée pour le nettoyage.
Le diamèrre intérieur de l'enveloppe cylindrique 109 est tel que si toute la vapeur passant à travers l'enveloppe se déplaçait dans une direction parallèle à son axe, la vitesse de la vapeur ne serait pas supérieure à 3,66 m/s à une pression absolue de 0,35 kg/cm2 et pas supérieure à 9,15 m/s à une pression absolue de 0,105 kg/cm2 pour de la, vapeur saturée, et au prorata pour d'autres pressions et pour d'autres vapeurs de densités différentes. L'enveloppe 109 doit présenter une
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longueur au moins égale au diamètre de la chemise 80 de l'évaporateur qui se décharge dans cette enveloppe.
Un rapport de 3,5 : 1 entre cette longueur et ce diamètre permet de traiter un liquide tel que le lait qui forme une mousse considérable. L'angle entre les surfaces coniques de la section 110 et l'axe horizontal est de 150, c'est-à-dire que l'angle au sommet de la section conique est de 300. Le diamètre du tuyau 124 est approximativement égal au tiers de celui de l'enveloppe 109 et sa forme de développante diminue la chute de pression à la sortie du séparateur.
La fenôtre 120 dans le couvercle 113 permet le contrôle visuel de l'écoulement à travers le séparateur pendant le fonctionnement de l'évaporateur.
Pendant son passage à travers les tubes 81 à 85 de l'évaporateur 16, le lait produit approximativement de 0,34 à 0,57 kg de vapeur par minute dans chaque tube.
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Method for concentrating a liquid, in particular milk, and installation for its implementation The present invention relates to a method for concentrating a liquid, in particular milk and an installation for implementing this method. .
Many known methods have heretofore been used to concentrate milk, gelatin solutions, other liquid food products or other solutions of solids in liquids, but all of them have drawbacks. With rising film processes, the lower ends of the evaporator tubes of the evaporator are filled with liquid,
so that the heat transfer is inefficient and it is only at the top of the tubes that a moving film of liquid is produced and the heat transfer is satisfactory. The tubes are very expensive and must be longer than would be necessary if satisfactory heat transfer were obtained along their entire length. The total height of the ascending line installations is considerable and special and very important buildings have to be constructed to accommodate them.
A third disadvantage of these methods, the most important, is to force the installations to retain a considerable volume of liquid as a result of the irrigation of the bottoms of the tubes. Indeed, for a given flow rate through the installation, the liquid remains in the latter for a longer time than if the installation retained a smaller quantity. Milk in particular deteriorates if it is heated for long periods of time, and protein settles on the tubes and reduces their effectiveness.
The processes using installations in which the liquid moves downwards in the form of a film, on the surfaces of a series of tubes, avoid some of these disadvantages but the total height of the installations is even greater than that of film installations. ascendants of comparable power.
It has now been found that by using an evaporator comprising tubes having determined proportions and by controlling the supply of liquid to these tubes, it is possible to produce a very satisfactory turbulent flow in the tubes of the evaporator which are arranged practically horizontally. The liquid boils and a film of liquid moves along the walls of the tube.
In the space inside the tubes, an atmosphere of vapors and droplets in suspension is established and the flow conditions are such that the film is continuously drawn downstream and restored by the liquid coming from the tubes. droplets. These conditions ensure a particularly efficient heat transfer between the liquid and the heated tubes and this over the entire length of the tubes.
The method which is the subject of the invention is characterized in that the liquid is introduced into one end of heated evaporation tubes and arranged horizontally, these tubes each having an internal diameter of between 1.9 cm and 3.5 cm and a length between 2.44 m and 4.88 m, and in that the feed rate is fixed so that the tubes are not clogged and that a liquid strand than the vapor forms on their interior surfaces evaporated advances to the other end of the tubes.
The subject of the invention is also an installation for implementing this process, in particular for the evaporation of liquid food products such as milk. This installation is characterized in that it comprises an evaporator in which are arranged horizontal evaporation tubes each having an internal diameter between 1.9 and 3.5 cm and a length between 2.44 and 4.88 m and means arranged at the inlet end of the tubes for introducing the liquid into each of the latter.
The accompanying drawing illustrates by way of example an implementation of the method which is the subject of the invention and represents, also by way of example, an embodiment of the installation for this implementation.
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fig. 1 is a schematic view of this embodiment; fig. 2 is a longitudinal section, along II-II of FIG. 3, of an evaporator shown in FIG. 1; fig. 3 is a section on 111-11I of FIG. 2; fig. 4 is a sectional view of a detail shown in FIG. 2;
fig. 5 is a longitudinal section of a separator shown in FIG. 1, and fig. 6 is a view taken in the direction of arrow VI of FIG. 5.
The installation which will be described is single-acting and is intended to evaporate milk. It could be multiple-effect and could also be used to evaporate other liquid food products such as gelatin solutions, or any other solution of a solid in a liquid.
The milk is supplied from a tank not shown through a shut-off valve 1 (fig. 1) and from there through a pipe 2 and into a meter comprising an orifice plate 3 and manometers 4 and 5 which indicate the pressure. pressure drop across the orifice. From the meter, the milk passes through a pipe 6 into the inlet of a rotary feed pump 7 which sends it through a pipe 8 into a preheater 9.
From the device 9, the milk passes through a pipe 10 equipped with a pressure gauge 11 to a main control valve 12 which regulates the flow rate of the milk flowing in the installation. From the valve 12, the milk flows through a pipe 13 into the tubes of a second preheating device 14. The milk leaves this device through a pipe 15 and flows towards the inlet chamber of an evaporator. 16. The pipe 15 is fitted with a new counter 17 'comprising an orifice plate and two manometers for measuring the pressure drop across the orifice.
From the inlet chamber of the evaporator 16, the milk is injected into the tubes of the evaporator, and it is evaporated in these tubes. The vapor and the condensed liquid milk pass from these tubes into a separator 17 which will be described in detail later.
At this stage, the paths of the vapor and the concentrated liquid milk diverge. The vapor passes from one end of the separator 17 through a pipe 18 to the inlet 19 of a compressor 20 constituted by a rotary Roots pump driven by an electric motor 20a. The vapor compressed and heated by this compression is launched into a pipe 21 and into a casing of the second preheater 14 from where it passes through pipes 22 and 23 into the heating jacket of the evaporator 16.
The vapor, which is obviously at subatmospheric pressure, is condensed in the evaporator 16 and the condensed liquid leaves the evaporator through a pipe 24 fitted with a glass level 25 and a check valve 26. From the pipe 24, part of the condensed liquid passes through a pipe 27 and from there through the first preheater 9 and through a pipe 28 to the suction side of a pump 29 for the condensate, while the remaining part of the condensate directly reaches the suction of the pump 29 through a pipe 30.
The proportion of the condensate passing through the preheating device 9 and of the condensate passing through the bypass pipe 30 to produce the required preheating of the milk at the inlet of the installation is regulated by control valves 31 and 32 in the pipes 28 and 30 respectively. The pump 29 sends the condensate through a pipe 33 equipped with a pressure gauge 34 to vacuum pumps 35 mounted in parallel. The tubes 35 send the condensate into a tank 36 from where the excess water is discharged through an outlet pipe 37 equipped with a valve 38.
The tubes create a vacuum in the separator 17 through a pipe 39 and in three zones of the evaporator 16 through the pipes 40, 41 and 42 to remove air from these zones and maintain the desired vacuum in the spaces surrounding the tubes. tubes. To maintain a sufficient supply of water to the tubes 35, a recirculation pipe 43 leads from the tank 36 into the inlet pipe 28 of the pump 29. The pipe 43 can also be connected by pipes 44 and 45 to the pump. detergent tanks 46 and 47, respectively. The pipes 44 and 45 are equipped with valves and these are only opened when the installation is stopped with a view to washing all the pipes and all the parts that compose it to remove the condensed milk adhering to their surfaces.
Another pipe 48 communicates with the outlet pipe 33 of the pump 29 and supplies water to a nozzle 49 disposed in the steam inlet of the compressor 20. This nozzle reduces the superheating which would otherwise occur in the steam compressed by the nozzle. due to the relatively low isentropic efficiency of compressor 20.
The electric motor 20a which drives the compressor 20 is equipped with electrical safety devices which include a cut-off switch 50 which operates if the water supply to the nozzle 49 ceases, and switches 51 and 52 which operate if the pressure or temperature in the inlet pipe 21 becomes excessive. The switches 50, 51, 52 control a motor cut-off switch 53 which is connected to the motor by an overload switch 54. The motor is supplied through a starter device 55.
The concentrated liquid milk is drained into a manifold, described later, from the separator 17 and passes from there through a pipe 56 equipped with a glass sight glass 57 and a check valve 58, to an extraction pump 59. which sends the milk through a control valve 60 to an outlet port 61. This port 61 is equipped with a counter 62. The extraction pump 59 has another inlet pipe 63 by means of which it is connected to the detergent tanks 46 and 47 to allow cleaning when the installation is stopped.
A number of other branch pipes and cross connections allow the circulation of milk and steam through closed circuits when the plant is initially put into operation and before stable conditions are established.
Instead of conducting the vapor from the separator 17 through the pipe 18 to the compressor 20, the vapor can pass through a pipe 18 'connected either directly to a condenser if the installation is single-acting, or to the vapor jacket. the second-stage evaporator if the installation is multi-effect. In this case, the evaporator is heated by a source of live steam through a pipe 21 'instead of receiving the steam from the compressor 20 through the pipe 21. The live steam in the pipe 21' can be mixed with a little. exhaust vapor passing through pipe 18 'and with vapor coming from the top floor of a multiple effect installation.
This method of heating the installation is well known and is not described here.
The evaporator 16 (fig. 2 and 3) comprises- a tubular box 80 forming a vapor jacket in the-
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which are mounted five tubes 81 to 85. Each of these tubes has a length of 3.05 m, an outer diameter of 3.18 cm and a thickness No. 18, giving an inner diameter of 2.95 cm. These tubes are supported at their ends by plates 86 and 87 and substantially in the middle of their length by a third plate 88. The plate 88 has four lobes which surround the pipes 81 to 84 and the spaces between these lobes allow the steam to flow. flow through tubular liner 80 with as little obstruction as possible. The plate 88 is held in place along the length of the liner 80 by rods 89 and 90 which connect it to the plate 86.
The plate 86 is fixed directly to the end of the jacket 80 which it closes and it constitutes a flange by means of which the evaporator is fixed to the separator 17.
The plate 87 closes the other end of the jacket 80 and is fixed by screws 91 and 92 to a nozzle plate 93 shown in detail in FIG. 4. It has for each evaporator tube 81 to 85 a blind hole 94 in one of its faces, a blind hole 95 in its other face and an inclined hole 96 extending between the two blind holes. The plate 93 is enclosed in an end cap 97 of the same diameter as the jacket 80 and forming an inlet chamber for the milk to be treated. A flange 98 is welded to the cap 97 and fixed to the plate 87 by clamps 99, one of which is visible in FIG. 2. The seal between the flange 98 and the plate 87 is sealed by a rubber ring 100.
The milk is brought into the evaporator through the pipe 15 which is connected to an inlet fitting 101 axially welded to the cap 97. The chamber formed inside the cap 97 is filled with milk and the latter is then sprayed. through the slanted holes 96; when it passes through the blind holes 95, there is a projection of the milk against the lower walls of the tubes 81 to 85.
The diameters of the holes 96 are such that each lets through approximately 1.36 kg of milk per minute with a pressure difference on either side of the plate of about 0.35 kg / cm2. The inclination of the holes 96 on the axes of the tubes 81 to 85 and the fact that these holes open out into larger holes on the downstream side of the plate 93 are the cause of the projection of the milk inside the tubes 81 to 85 when the milk is boiling. An eruptive projection occurs at the entrance of tubes 81 to 85.
The stream of liquid entering the tube begins to evaporate, this evaporation as well as the squirting produced by the impact of the jet on the wall causes the formation of a layer of liquid on the wall. This moves along the tube under the effect of the vapor passing through the tube due to the pressure difference existing between the two ends of the tube. As the layer moves along the tube, it is spread as a thin film on the wall of the tube.
The tubular jacket 80 has two inlet ports 102 and 103 for the steam which are connected respectively to the pipes 23 and 22. At the bottom of the jacket 80, near the plate 87, is mounted an outlet pipe 104 of the condensate, this pipe being connected to the top of the glass level 25. Three ports 105, 106 and 107 are spaced along the liner 80 and are connected to the extraction pipes 40-42. A fourth orifice 108 is intended to receive a pressure gauge.
The steam inlet ports 102 and 103 are close to the right end of the jacket 80 (fig. 1) which is the inlet end of the milk in the evaporator jacket, and the ports 105 to 107 air outlets are spaced the entire length of this shirt. Alternatively, the connection for the heating steam could be located near the inlet end of the milk in the evaporator jacket and the air outlet ports could all be located close to each other. end of the shirt.
The separator 17 (fig. 5 and 6) comprises a cylindrical casing 109 with a frustoconical section 110 at its right end looking at fig. 5. At the bottom of the casing 109 is mounted a liquid collector 111 from which leaves a pipe 112 having a flange for its attachment to the sight glass 57. The left end of the casing 109 (fig. 5) is closed by a cover 113 mounted on hinges 114 and 115 (fig. 6) and held closed when the installation is operating by a locking handle 116. The casing 109 has a flange 117 and the cover 113 has a flange 118, these two flange being fixed to each other when the cover is closed, a rubber ring 119 ensuring the seal.
The cover 113 has a circular window 120 which is held in place by a threaded ring 121.
The plate 86 at the left end of the jacket 80 of the evaporator 16 is attached to a flange 122 of a conical inlet pipe 123 (Fig. 6). The pipe 123 extends into the casing 109 in a tangential direction.
The steam out of the separator is through the small end of the frustoconical section 110 and through a pipe 124, an extension of which 125 extends upwards and inwards through the plane of FIG. 5. This extension of the pipe 124 forms an involute which absorbs the rotational energy of the vapor through the pipe 124. The vapor flows into the separator through the pipe 123 and its speed increases as the cross section of the pipe 123 decreases. . The vapor then passes in a circular motion around the outer portion of the casing 109 and its angular velocity is increased as it moves in a helical path of decreasing diameter along the frustoconical section 110.
This rotational movement of the vapor throws all the droplets it contains outwards, these droplets being drained outwards into the manifold 111 and withdrawn through the pipe 112. A small quantity of liquid in the form of droplets can remain trapped. in the steam flowing through the pipe 124, these droplets being deposited since the rotational speed of the steam is destroyed. The rate of flow through pipe 124 is so high that liquid may not be able to flow back into the separator against the vapor stream.
To allow this return, an inverted semicircular gutter 126 is placed on the bottom of the pipe 124 and extends over the left end of the pipe 124 and along its underside (FIG. 5). This liquid can drip onto the bottom of the nozzle where no vapor flow can prevent it. The gutter 126 is held in place by its shape which allows it to be clamped on the end of the pipe 124 while being easily removable for cleaning.
The internal diameter of the cylindrical shell 109 is such that if all the steam passing through the shell moved in a direction parallel to its axis, the speed of the steam would not be greater than 3.66 m / s at a absolute pressure of 0.35 kg / cm2 and not greater than 9.15 m / s at an absolute pressure of 0.105 kg / cm2 for saturated steam, and pro rata for other pressures and for other vapors of different densities. Envelope 109 must have a
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length at least equal to the diameter of the jacket 80 of the evaporator which discharges into this envelope.
A ratio of 3.5: 1 between this length and this diameter makes it possible to treat a liquid such as milk which forms considerable foam. The angle between the conical surfaces of section 110 and the horizontal axis is 150, that is, the angle at the apex of the conical section is 300. The diameter of the pipe 124 is approximately equal to third of that of the envelope 109 and its involute shape decreases the pressure drop at the outlet of the separator.
Window 120 in cover 113 allows visual control of flow through the separator during operation of the evaporator.
As it passes through tubes 81 to 85 of evaporator 16, the milk produces approximately 0.34 to 0.57 kg of steam per minute in each tube.