FR2473313A1 - Constant pressure bacterial filter partic. to sterilise milk or wine - has ceramic membrane supported by rigid ceramic porous tubular element - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif de stérilisation d'un liquide
La présente invention concerne un dispositif de stérilisation d'un liquide.Liquid sterilization device
The present invention relates to a device for sterilizing a liquid.
On sait qu'il est possible de stériliser un liquide par un traitement thermique à une température de l'ordre de 14O0C, suivi d'un refroidissement rapide. Cette méthode présente l'inconvénient de nécessiter une installation importante et une forte dépense d'énergie. It is known that it is possible to sterilize a liquid by heat treatment at a temperature of the order of 140 ° C., followed by rapid cooling. This method has the disadvantage of requiring a large installation and a high energy expenditure.
De plus, lorsque le liquide est un produit alimentaire tel que le lait ou le vin, ses qualités nutritives et gustatives sont généralement altérées.In addition, when the liquid is a food product such as milk or wine, its nutritional and taste qualities are generally altered.
On connaît aussi un dispositif de stérilisation d'un liquide, comprenant des filtres-écran organiques à travers lesquels on fait passer le liquide afin de retenir les bactéries. L'utilisation d'un dispositif de ce type permet d'une part de réduire l'importance de l'installation et de la dépense d'énergie, et d'autre part de conserver le goût et les qualités nutritives du produit s'il s'agit d'un produit alimentaire. A device for sterilizing a liquid is also known, comprising organic screen filters through which the liquid is passed in order to retain the bacteria. The use of a device of this type makes it possible on the one hand to reduce the importance of the installation and the expenditure of energy, and on the other hand to preserve the taste and the nutritive qualities of the product if it it is a food product.
Cependant, ce dispositif présente aussi des inconvénients. However, this device also has drawbacks.
En effet les filtres organiques sont fragiles, résistent mal à la corrosion et se colmatent rapidement. En pratique, il est nécessaire d'opérer à très basse pression et d'effectuer un filtrage préalable à travers des filtres à pores plus gros ; malgré tout, les filtres doivent être remplacés fréquemment.Indeed, organic filters are fragile, resist corrosion badly and clog up quickly. In practice, it is necessary to operate at very low pressure and to perform a preliminary filtering through larger pore filters; however, the filters should be replaced frequently.
La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et de réaliser un dispositif de stérilisation par filtrage comportant des filtres capables d'opérer à des pressions plus élevées, dans des conditions qui leurs permettent de résister beaucoup plus longtemps au colmatage, ces filtres étant, de plus, faciles à régénérer lorsqu'ils sont obstrués. The aim of the present invention is to overcome these drawbacks and to provide a filter sterilization device comprising filters capable of operating at higher pressures, under conditions which allow them to resist clogging for much longer, these filters being, in addition, easy to regenerate when clogged.
La présente invention a pour objet un dispositif de stérilisation d'un liquide comprenant un filtre capable de retenir les bactéries contenues dans ce liquide, caractérisé en ce que - le filtre est un tube cylindrique poreux, formé d'un support tubulaire en céramique dont les pores ont une dimension comprise entre 1 et 10 microns et d'une membrane en céramique disposée sur la surface cylindrique intérieure du support, les pores de cette membrane ayant une dimension comprise entre 0,1 et 0,22 micron, - et qu'il comporte
un premier circuit de pompage relié au volume cylindrique
intérieur du tube pour faire passer le liquide dans ce volume,
d'une première extrémité à la seconde extrémité du tube,
des moyens pour maintenir la pression du liquide dans
le tube à une première valeur fixe suffisamment élevée pour
qu'une partie du liquide traverse la paroi du tube poreux
et un récipient entourant la surface cylindrique extérieure
du tube pour recueillir ladite partie de liquide ainsi
stérilisée.The present invention relates to a device for sterilizing a liquid comprising a filter capable of retaining the bacteria contained in this liquid, characterized in that - the filter is a porous cylindrical tube, formed of a tubular ceramic support whose pores have a size between 1 and 10 microns and a ceramic membrane disposed on the inner cylindrical surface of the support, the pores of this membrane having a dimension between 0.1 and 0.22 microns, - and that behaves
a first pumping circuit connected to the cylindrical volume
inside the tube to pass the liquid in this volume,
from a first end to the second end of the tube,
means for maintaining the pressure of the liquid in
the tube at a first fixed value high enough to
that part of the liquid passes through the wall of the porous tube
and a container surrounding the outer cylindrical surface
of the tube to collect said part of liquid as well
sterilized.
Une forme d'exécution de l'objet de la présente invention est décrite ci-dessous, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel la figure unique représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. An embodiment of the object of the present invention is described below, by way of example, with reference to the appended drawing in which the single figure schematically represents an embodiment of the device according to the invention.
Sur cette figure, l'extrémité d'une canalisation 1 est disposée au-dessus d'un liquide 2 contenu dans une cuve 3. La canalisation 1 comporte une vanne 4 dont l'ouverture et la fermeture est commandée par un système d'asservissement 5. Le système 5 est relié à un capteur 6 du niveau d'équilibre 7 du liquide 2. In this figure, the end of a pipe 1 is disposed above a liquid 2 contained in a tank 3. The pipe 1 comprises a valve 4 whose opening and closing is controlled by a servo system 5. The system 5 is connected to a sensor 6 of the equilibrium level 7 of the liquid 2.
La cuve 3 comporte une ouverture inférieure 8 reliée par un circuit de pompage à une extrémité 18 du volume intérieur d'un tube 12. The tank 3 has a lower opening 8 connected by a pumping circuit to one end 18 of the interior volume of a tube 12.
Ce circuit comporte en série une canalisation 9, une pompe 10 et une canalisation 11.This circuit comprises in series a pipe 9, a pump 10 and a pipe 11.
Le tube 12 est formé d'un support tubulaire 13 et d'une membrane 14 déposée sur la surface cylindrique intérieure du support 13. Le support 13 est constitué d'une céramique poreUse qui peut être par exemple de l'alumine. Les pores de la céramique constituant le support 13 ont une dimension comprise entre 1 et 10 microns. L'épaisseur de ce support peut être comprise entre 0,5 et 2 mm, et son diamètre est de l'ordre de un cm. La membrane 14 est formée aussi d'une céramique poreuse qui peut comprendre par exemple de l'alumine, de la zircone ou de la silice. Les pores de la membrane 14 ont une dimension comprise entre 0,1 et 0,22 micron et son épaisseur peut être comprise entre 10 et 50 microns. The tube 12 is formed of a tubular support 13 and of a membrane 14 deposited on the inner cylindrical surface of the support 13. The support 13 consists of a poreUse ceramic which can be, for example, alumina. The pores of the ceramic constituting the support 13 have a size of between 1 and 10 microns. The thickness of this support can be between 0.5 and 2 mm, and its diameter is of the order of one cm. The membrane 14 is also formed of a porous ceramic which can comprise, for example, alumina, zirconia or silica. The pores of the membrane 14 have a size between 0.1 and 0.22 microns and its thickness can be between 10 and 50 microns.
La surface cylindrique extérieure du tube 12 est entourée par un récipient cylindrique coaxial 15. Une canalisation 16 munie d'une vanne 17 est reliée à une ouverture inférieure du récipient 15. The outer cylindrical surface of the tube 12 is surrounded by a coaxial cylindrical container 15. A pipe 16 provided with a valve 17 is connected to a lower opening of the container 15.
Un circuit de recyclage est constitué par une canalisation 19 partant de l'autre extrémité 20 du volume intérieur du tube 12 et aboutissant au dessus de la surface d'équilibre 7 du liquide contenu dans la cuve 3. A recycling circuit is constituted by a pipe 19 starting from the other end 20 of the internal volume of the tube 12 and ending above the equilibrium surface 7 of the liquid contained in the tank 3.
Une vanne 21 est disposée sur la canalisation 19 à la sortie du tube 12. Un manomètre 22 est disposé en dérivation sur la canalisation 19 entre l'extrémité 20 et la vanne 21. L'information de la pression lue par le manomètre 22 est transmise par une connexion électrique 23 à un système d'asservissement 24 commandant l'ouverture et la fermeture de la vanne 21. A valve 21 is arranged on the pipe 19 at the outlet of the tube 12. A pressure gauge 22 is arranged in bypass on the pipe 19 between the end 20 and the valve 21. The information of the pressure read by the pressure gauge 22 is transmitted by an electrical connection 23 to a servo system 24 controlling the opening and closing of the valve 21.
Une canalisation 25 est branchée en dérivation sur la canalisation 19 à la sortie de la vanne 21. La canalisation 25 est munie d'une vanne 26 et aboutit au dessus du niveau d'équilibre d'un liquide contenu dans une cuve 28. Un appareil 29 est branché en dérivation sur la canalisation 25 pour effectuer des prélèvements périodiques du liquide en circulation. Un système 31 commande l'ouverture et la fermeture de la vanne 26. A line 25 is connected in bypass to the line 19 at the outlet of the valve 21. The line 25 is provided with a valve 26 and terminates above the equilibrium level of a liquid contained in a tank 28. An apparatus 29 is connected in diversion to the pipe 25 to perform periodic withdrawals of the liquid in circulation. A system 31 controls the opening and closing of the valve 26.
Comme représenté sur la figure, le dispositif de stérilisation peut comporter en outre un autre circuit de pompage relié à une ouverture inférieure 32 de la cuve 28.Ce circuit comporte une canalisation 33 partant de l'ouverture 32 et aboutissant à une pompe 34. A la sortie de la pompe 34 le circuit de pompage se divise en deux branches 35 et 36. La branche 35 aboutit à une chambre 37 dont une partie de la paroi est formée d'une plaque de filtrage 38. As shown in the figure, the sterilization device may also include another pumping circuit connected to a lower opening 32 of the tank 28.This circuit comprises a pipe 33 starting from the opening 32 and ending at a pump 34. A at the outlet of the pump 34 the pumping circuit is divided into two branches 35 and 36. The branch 35 ends in a chamber 37 of which a part of the wall is formed by a filtering plate 38.
La plaque 38 comporte une plaque-support en céramique poreuse qui peut être par exemple de l'alumine. Les pores de la plaque-support ont une dimension comprise entre 1 et 10 microns. L'épaisseur de la plaque support peut être comprise entre 0,5 et 2 mm. La plaque 38 comporte aussi une membrane déposée sur une face de la plaque-support. The plate 38 comprises a porous ceramic support plate which may for example be alumina. The pores of the support plate have a size between 1 and 10 microns. The thickness of the support plate can be between 0.5 and 2 mm. The plate 38 also includes a membrane deposited on one face of the support plate.
Cette membrane est constituée aussi d'une céramique poreuse et peut comprendre par exemple de l'alumine, de la zircone ou de la silice.This membrane also consists of a porous ceramic and can comprise, for example, alumina, zirconia or silica.
L'épaisseur de cette membrane peut être comprise entre 10 et 50 microns et ses pores ont une dimension comprise entre 0,1 et 0,22 micron.The thickness of this membrane can be between 10 and 50 microns and its pores have a dimension between 0.1 and 0.22 microns.
Sur la canalisation 35 est disposé en série une vanne 39 et en dérivation un manomètre 40 dont les mesures sont transmises par une connexion électrique 41 à un système d'asservissement 112 commandant l'ouverture et la fermeture de la vanne 39. On the pipe 35, a valve 39 is arranged in series and, bypass, a pressure gauge 40, the measurements of which are transmitted by an electrical connection 41 to a servo system 112 controlling the opening and closing of the valve 39.
La branche 36 aboutit aussi à une chambre 43 dont une partie de la paroi est formée par une plaque de filtrage 44 identique à la plaque 38. Sur cette branche sont disposés aussi, comme sur la branche 35, un manomètre 45 et une vanne 46 dont l'ouverture et la fermeture est commandée par un système d'asservissement 47 relié électriquement au manomètre 45. The branch 36 also leads to a chamber 43, part of the wall of which is formed by a filtering plate 44 identical to the plate 38. On this branch are also arranged, as on the branch 35, a pressure gauge 45 and a valve 46 whose opening and closing is controlled by a servo system 47 electrically connected to the pressure gauge 45.
Le dispositif de stérilisation décrit ci-dessus et représenté sur la figure fonctionne de la manière suivante. The sterilization device described above and shown in the figure operates as follows.
Le liquide à stériliser qui peut être par exemple du lait arrive par la canalisation 1. Dans ce cas la canalisation 1 peut être branchée directement à un réservoir (non représenté) recevant le lait sortant d'une machine à traire. The liquid to be sterilized, which can for example be milk, arrives via the pipe 1. In this case the pipe 1 can be connected directly to a reservoir (not shown) receiving the milk leaving a milking machine.
Lorsque la vanne 4 est ouverte, le lait sortant de la canalisation 1 s'écoule dans la cuve 3. La pompe 10 fait circuler le lait 2 remplissant la cuve 3 dans le volume intérieur du tube 12, de l'extrémité 18 à l'extrémité 20 de ce tube. La pression du lait circulant dans le tube 12 est lue par le manomètre 22 et le système d'asservissement 24 qui reçoit l'information de la pression mesurée par le manomètre 22 règle l'ouverture de la vanne 21 de façon à maintenir cette pression à une valeur fixe, suffisamment élevée pour qu'une partie du lait traverse radialement la paroi du tube 12 dans la direction indiquée par la flèche 48. Cette valeur fixe de pression est cependant relativement modérée, par exemple de l'ordre de 5 bars, pour éviter un colmatage trop rapide des pores du tube 12. il faut noter que l'anisotropie du tube poreux permet des débits importants sans encrassement sensible de la membrane. When the valve 4 is open, the milk leaving the pipe 1 flows into the tank 3. The pump 10 circulates the milk 2 filling the tank 3 in the interior volume of the tube 12, from the end 18 to the end 20 of this tube. The pressure of the milk circulating in the tube 12 is read by the pressure gauge 22 and the control system 24 which receives the information of the pressure measured by the pressure gauge 22 regulates the opening of the valve 21 so as to maintain this pressure at a fixed value, high enough for part of the milk to radially pass through the wall of the tube 12 in the direction indicated by the arrow 48. This fixed pressure value is however relatively moderate, for example of the order of 5 bars, for avoid too rapid clogging of the pores of the tube 12. it should be noted that the anisotropy of the porous tube allows significant flow rates without appreciable fouling of the membrane.
La membrane 14, dont la dimension des pores a été définie plus haut retient les bactéries mais laisse passer les matières organiques du lait, le support poreux 13 jouant ici un rôle purement mécanique, de façon à permettre au tube 12 de résister à la pression interne du lait. The membrane 14, the pore size of which has been defined above, retains the bacteria but lets the organic matter of the milk pass, the porous support 13 playing here a purely mechanical role, so as to allow the tube 12 to resist the internal pressure. milk.
La partie du lait qui a traversé les pores du tube 12 est ainsi stérilisée. Cette partie est recueillie dans le récipient 15. Le lait stérilisé contenu dans le récipient 15 peut être prélevé par ouverture de la vanne 17 en vue de son conditionnement. The part of the milk which has passed through the pores of the tube 12 is thus sterilized. This part is collected in the container 15. The sterilized milk contained in the container 15 can be withdrawn by opening the valve 17 for packaging.
La majeure partie du lait qui est entrée par l'extrémité 18 sort du tube 12 par l'extrémité 20 sans avoir traversé les pores du tube. Cette partie est renvoyée vers la cuve 3 par la canalisation 19. The major part of the milk which entered by the end 18 leaves the tube 12 by the end 20 without having crossed the pores of the tube. This part is returned to the tank 3 by the pipe 19.
Le système d'asservissement 5 qui reçoit du capteur 6 l'information du niveau 7 du lait dans la cuve 3 règle l'ouverture de la vanne 4 de façon à maintenir ce niveau sensiblement constant.The control system 5 which receives from the sensor 6 the information of the level 7 of the milk in the tank 3 regulates the opening of the valve 4 so as to maintain this level substantially constant.
Le volume de lait contenu dans le circuit fermé constitué par la cuve 3, la canalisation 9, la pompe 10, la canalisation 11, le tube 12 et la canalisation 19 reste donc constant, l'apport de lait par la canalisation 1 compensant la quantité de lait filtrée à travers les pores du tube 12. il en résulte que ce volume s'enrichit progressivement en bactéries. The volume of milk contained in the closed circuit constituted by the tank 3, the pipe 9, the pump 10, the pipe 11, the tube 12 and the pipe 19 therefore remains constant, the supply of milk through the pipe 1 compensating for the quantity milk filtered through the pores of tube 12. As a result, this volume is gradually enriched with bacteria.
L'appareil 29 effectue des prélèvements de lait à intervalles de temps réguliers, le taux des bactéries contenues dans le liquide prélevé étant déterminé par exemple par une méthode optique de comptage en botte de Pétri. Lorsque ce taux atteint un seuil prédéterminé, le système 31 permet de commander l'ouverture de la vanne 26, provoquant ainsi la vidange du circuit fermé dans la cuve 28. On peut aussi commander l'ouverture de la vanne 26 à des intervalles de temps prédéterminés au cours d'essais antérieurs, ces intervalles dépendant du type de lait à stériliser. The apparatus 29 takes milk samples at regular time intervals, the level of bacteria contained in the sampled liquid being determined for example by an optical method of counting in a petri dish. When this rate reaches a predetermined threshold, the system 31 makes it possible to control the opening of the valve 26, thus causing the emptying of the closed circuit in the tank 28. It is also possible to control the opening of the valve 26 at time intervals predetermined during previous tests, these intervals depending on the type of milk to be sterilized.
Le seuil prédéterminé est choisi, de préférence, à un niveau suffisamment bas pour éviter le colmatage des pores du tube 12. The predetermined threshold is preferably chosen at a level low enough to avoid clogging of the pores of the tube 12.
Dans les installations peu importantes, un filtrage supplémentaire du liquide 27 chargé de bactéries n'est pas rentable. L'installation est alors limitée à la partie du schéma située sur la figure au dessus de la cuve 28. In small installations, additional filtering of the liquid 27 charged with bacteria is not profitable. The installation is then limited to the part of the diagram located in the figure above the tank 28.
S'il s'agit d'une installation importante, le dispositif comprend de préférence la totalité du schéma représenté sur la figure. Grâce à la pompe 34, le liquide 27 remplissant la cuve 28 est conduit à travers la branche 35 dans la chambre 37, la vanne 46 étant maintenue fermée. Le liquide 27 qui se trouve ainsi comprimé dans cette chambre passe à travers les pores de la plaque de filtrage 38. La pression de liquide dans la canalisation 35 est mesurée par le manomètre 40, et le système d'asservissement 42 ferme la vanne 39 lorsque cette pression dépasse une valeur prédéterminée. La fermeture de la vanne 39 permet d'éviter la rupture de la plaque poreuse 38 lorsque celleci est totalement colmatée. If it is a large installation, the device preferably comprises the entire diagram shown in the figure. Thanks to the pump 34, the liquid 27 filling the tank 28 is led through the branch 35 into the chamber 37, the valve 46 being kept closed. The liquid 27 which is thus compressed in this chamber passes through the pores of the filter plate 38. The liquid pressure in the line 35 is measured by the pressure gauge 40, and the servo system 42 closes the valve 39 when this pressure exceeds a predetermined value. Closing the valve 39 makes it possible to avoid rupture of the porous plate 38 when it is completely clogged.
Dans ce cas, on maintient alors la vanne 39 fermée et, la vanne 46 étant débloquée, le reste du liquide 27 est envoyé par la pompe 34 dans la chambre 43 à travers la canalisation 36. Ce liquide est comprimé dans la chambre 43 de façon à être filtré par la plaque poreuse 44, et ainsi de suite. In this case, the valve 39 is then kept closed and, the valve 46 being released, the rest of the liquid 27 is sent by the pump 34 to the chamber 43 through the pipe 36. This liquid is compressed in the chamber 43 so to be filtered by the porous plate 44, and so on.
On voit donc qu'à un instant donné le liquide ne circule que dans une des deux branches 35 ou 36. En effet dès qu'une plaque de filtrage par exemple la plaque 38 est colmatée, on la démonte de la chambre 37 pour la régénérer par un traitement de pyrolyse ou par lessivage chimique. Le traitement de pyrolyse consiste à placer la plaque colmatée dans un four à une température comprise entre 600 et 7000C de façon à calciner les bactéries qui en colmatent les pores, le carbone produit brulant ensuite spontanément. La plaque ainsi régénérée est ensuite remontée sur la chambre 37, de façon à pouvoir etre utilisée lorsque la plaque 44 sera à son tour colmatée. It is therefore seen that at a given instant the liquid circulates only in one of the two branches 35 or 36. In fact as soon as a filtering plate for example the plate 38 is clogged, it is dismantled from the chamber 37 to regenerate it by a pyrolysis treatment or by chemical leaching. The pyrolysis treatment consists of placing the clogged plate in an oven at a temperature between 600 and 7000C so as to calcine the bacteria which clog the pores, the carbon produced then burning spontaneously. The plate thus regenerated is then reassembled on the chamber 37, so that it can be used when the plate 44 is in turn clogged.
Le liquide stérilisé ayant traversé les plaques de filtrages 38 et 44 est recueilli dans un récipient non représenté. The sterilized liquid having passed through the filter plates 38 and 44 is collected in a container, not shown.
Le dispositif complet représenté sur la figure permet donc d'obtenir une quantité plus importante de liquide stérilisé pour une même quantité de liquide à traiter. Ce résultat est obtenu grâce à l'adjonction, au dispositif fonctionnant en régime continu par filtrage à travers le tube 12, d'un dispositif auxiliaire fonctionnant par filtrage à travers les plaques 38 et 44 en régime discontinu chaque fois qu'on opère la vidange du circuit fermé par ouverture de la vanne 26. The complete device shown in the figure therefore makes it possible to obtain a larger quantity of sterilized liquid for the same quantity of liquid to be treated. This result is obtained by adding, to the device operating in continuous mode by filtering through the tube 12, an auxiliary device operating by filtering through the plates 38 and 44 in discontinuous mode each time the draining operation is carried out. of the closed circuit by opening the valve 26.
En pratique, la pression de liquide dans le tube 12 et le taux maximum de bactéries toléré dans le liquide circulant dans le circuit fermé peuvent être choisis de manière que le tube 12 ne soit colmaté que très rarement. Bien entendu, ce tube est alors régénéré dans les mêmes conditions que les plaques 38 et 44. In practice, the liquid pressure in the tube 12 and the maximum rate of bacteria tolerated in the liquid circulating in the closed circuit can be chosen so that the tube 12 is only clogged very rarely. Of course, this tube is then regenerated under the same conditions as the plates 38 and 44.
Le support 13 du tube 12 peut être réalisé, par une méthode connue, par filage d'une pâte, le tube ainsi obtenu étant ensuite décrassé et fritté. La membrane 14 est alors déposée sur la surface cylindrique interne du support 13 par enduction d'une barbotine. The support 13 of the tube 12 can be produced, by a known method, by spinning a paste, the tube thus obtained is then scoured and sintered. The membrane 14 is then deposited on the internal cylindrical surface of the support 13 by coating with a slip.
Celle-ci est ensuite frittée pour obtenir des pores dont les dimensions sont situées dans la gamme étroite qui a été précisée plus haut. This is then sintered to obtain pores whose dimensions are located in the narrow range which was specified above.
Le dispositif selon l'invention peut être appliqué notamment à la stérilisation des produits liquides alimentaires tels que le lait, le vin ou les jus de fruits. Dans le cas du lait en particulier, le dispositif selon l'invention permet d'effectuer la stérilisation sur le lieu de production, supprimant ainsi des transports coûteux. The device according to the invention can be applied in particular to the sterilization of liquid food products such as milk, wine or fruit juices. In the case of milk in particular, the device according to the invention allows sterilization to be carried out at the place of production, thus eliminating costly transport.
Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier on peut, sans sortir du cadre de l'invention, replacer certains moyens techniques par des moyens équivalents. Of course the present invention is not limited to the embodiment described and shown which has been given only by way of example. In particular, it is possible, without departing from the scope of the invention, to replace certain technical means by equivalent means.
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