FR2939499A1 - Procede et installation de fabrication de billes surgelees - Google Patents

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Abstract

Une installation de fabrication de particules solides, à partir d'une composition (1) liquide ou semi-liquide, mettant en oeuvre un dispositif de surgélation totale ou partielle d'un produit, du type où l'on met en contact le produit dans un bac (10) de traitement avec une surface réfrigérante qui résulte de l'utilisation d'un support vibrant et d'un film d'un liquide cryogénique disposé sur ledit support, et où le trop plein de liquide cryogénique sort du dispositif avec les produits et est séparé des produits par un système séparateur (7) situé en sortie de dispositif, le liquide cryogénique ainsi récupéré étant collecté puis pompé par une pompe (8) pour être réutilisé dans l'installation, se caractérisant par la mise en oeuvre des mesures suivantes : - l'installation comporte au moins un toboggan (6), comportant sur tout ou partie de sa longueur une structure de canaux ; - l'installation comporte un système (2) de production et de dépose de gouttes de ladite composition dans chacun desdits canaux ; - l'installation comporte un système d'alimentation en liquide cryogénique, de chacun desdits canaux ; - le système de production de gouttes étant positionné dans le voisinage immédiat du système d'alimentation en liquide cryogénique, afin de permettre que chaque goutte produite par le système de production de gouttes rencontre le jet de liquide cryogénique produit par un des orifices dudit système d'alimentation en liquide cryogénique et soit entraînée par ce jet vers le canal lui correspondant et le film cryogénique y circulant.

Description

1 La présente invention concerne le domaine des procédés et installations de traitement cryogénique de produits, notamment alimentaires, pharmaceutiques ou encore cosmétiques, les procédés visés étant en particulier les procédés dits de sphéronisation i.e de fabrication de particules solides (on dit souvent pellets dans cette industrie), à partir d'une composition liquide ou semi-liquide, notamment dans des applications alimentaires (telles les particules de crème glacée) ou de ferments, notamment lactiques, ou encore par exemple de billes entrant dans la fabrication de produits cosmétiques. Les documents suivants illustrent la littérature très abondante et parfois ancienne, qui a été consacrée à cette question : EP-919 279, US-4 655 047, GB-2 092 880, ou encore US-4 982 577.
Les solutions existantes sont pour certaines insuffisantes pour produire des particules bien régulières et dans la gamme de diamètre recherchée (par exemple 3-4 mm), ou au contraire sont très performantes mais bien trop coûteuses voire très complexes, ce qui rebute certains sites producteurs (par exemple 200 à 300000 euros, ce qui est considéré comme exorbitant par certains producteurs).
La présente invention s'attache alors à proposer une nouvelle solution de production de telles particules, qui soit simple, qui permette à la fois de répondre au cahier des charges technique posé tout en étant d'un coût modéré, voire même qui permette de s'adapter de façon simple et peu coûteuse à un matériel existant.
La congélation de tels produits se fait habituellement dans des tunnels de congélation où le froid est obtenu par des moyens mécaniques. Ces produits que l'on cherche à congeler sont souvent collants et adhèrent au tapis du tunnel de congélation sur lequel ils sont convoyés, posant ainsi un problème d'entretien et d'hygiène.
De plus, ces produits peuvent être peu compacts et se disloquent facilement, perdant de ce fait, lors de leur manutention, la forme qu'on veut leur conférer. La Demanderesse avait proposé dans le document EP-A-505 222 un nouveau concept de procédé de congélation de produits alimentaires, selon lequel on met en contact le produit avec une surface réfrigérante, qui résulte de l'utilisation d'un support vibrant et d'un gaz liquéfié, la surface réfrigérante étant constituée d'un film de gaz liquéfié disposé sur le support. Selon ce procédé antérieur, les produits, même très collants, n'adhèrent aucunement au support, ceci malgré une épaisseur du film qui peut être très faible, on estime en fait que selon toute vraisemblance le produit ainsi traité flotte à la surface du film de gaz liquéfié par un phénomène de caléfaction, et se retourne régulièrement dans ce film, obviant ainsi tout risque d'adhésion sur le support.
Typiquement, ce système fonctionne ainsi : on injecte une quantité importante d'azote liquide dans le bac, qui est par exemple en configuration de pente légèrement montante. Le trop plein de liquide sort de l'appareil avec les produits. L'azote est alors séparé des produits par une grille située en sortie de dispositif. L'azote ainsi récupéré est recyclé : il est collecté dans une réserve puis pompé et repart dans le bac de traitement. Le niveau d'azote est traditionnellement maintenu sensiblement constant dans la réserve grâce à une vanne pilotée par une sonde qui en mesure le niveau d'azote liquide. Ainsi l'azote circule en circuit semi fermé, il ne sort du circuit que par évaporation au contact des produits, cette sortie d'azote est compensée en permanence par l'alimentation de la réserve. Les produits ne font qu'un seul passage dans le bac. Il faut souligner que ce système antérieur présente de nombreux avantages parmi lesquels : - Le niveau d'azote liquide est stable ; - Le traitement des produits est régulier ; - L'intensité du traitement peut être ajustée en modifiant la pente du bac ; - La durée du traitement peut être ajustée en modifiant l'amplitude des vibrations ; - Le principe est simple, facile à mettre en oeuvre et facile à régler ; - La forte injection d'azote dans le bac (débit d'injection = débit de la pompe) permet d'obtenir un traitement très efficace des produits. 3 La présente invention concerne une installation de fabrication de particules solides, à partir d'une composition liquide ou semi-liquide, mettant en oeuvre un dispositif de sphéronisation (formation des billes), puis une étape de surgélation totale ou partielle des produits.
La présente invention est basée sur la mise en oeuvre de trois étapes : - le dosage et la formation des gouttes de produit, - la sphéronisation des gouttes de produits pour leur donner une forme de billes sensiblement rigoureuse, - la surgélation totale ou partielle des billes.
Les éléments essentiels constitutifs de la présente invention peuvent être résumés dans ce qui suit. Le dosage ou la formation de gouttes de produit peut être réalisé par un dispositif standard (pompes péristaltiques, injecteurs commandés par automates, ou autres), permettant de générer des gouttes sensiblement identiques, bien calibrées, et doté préférentiellement d'un système de réglage de la temporisation d'injection pour satisfaire le débit de production demandé. Une fois émises et formées, les gouttes tombent sur un toboggan comportant sur tout ou partie de sa longueur plusieurs canaux (le toboggan peut être par exemple formé d'une plaque ondulée en forme de multiples V successifs, comme on le visualisera mieux dans le cadre des figures annexées). L'installation comporte par ailleurs un système (préférentiellement de type percolateur) d'alimentation en liquide cryogénique, par gravité, de chacun des canaux, le système de dosage / production des gouttes de produit étant positionné dans le voisinage immédiat du percolateur afin de permettre que chaque goutte produite rencontre le jet de liquide cryogénique produit par un des orifices du percolateur et soit entraînée par ce jet vers le canal lui correspondant et le film cryogénique y circulant. 3o Le réglage de l'inclinaison du toboggan permet de régler la vitesse d'avance des gouttes (billes) et le temps de séjour ou de sphéronisation en se basant également sur le diamètre des orifices du percolateur (débit de liquide cryogénique).
La hauteur du liquide cryogénique dans les différents canaux est aussi réglable par le diamètre des orifices, le débit de la pompe de liquide cryogénique et l'inclinaison du toboggan. A la sortie du toboggan, les billes tombent dans l'auge d'un bac de traitement, entrant ainsi en contact avec une surface réfrigérante qui résulte de l'utilisation d'un support vibrant et d'un film d'un liquide cryogénique disposé sur ledit support, et où le trop plein de liquide cryogénique sort de l'appareil avec les produits et est séparé des produits par un système séparateur situé en sortie de dispositif, le liquide cryogénique ainsi récupéré étant collecté puis pompé par une 1 o pompe pour aller ré-alimenter le percolateur ou autre système d'alimentation de l'installation en liquide cryogénique.
La présente invention concerne alors une installation de fabrication de particules solides, à partir d'une composition liquide ou semi-liquide, mettant en 15 oeuvre un dispositif de surgélation totale ou partielle d'un produit, du type où l'on met en contact le produit dans un bac de traitement avec une surface réfrigérante qui résulte de l'utilisation d'un support vibrant et d'un film d'un liquide cryogénique disposé sur ledit support, et où le trop plein de liquide cryogénique sort du dispositif avec les produits et est séparé des produits par un système séparateur 20 situé en sortie de dispositif, le liquide cryogénique ainsi récupéré étant collecté puis pompé par une pompe pour être réutilisé dans l'installation, se caractérisant par la mise en oeuvre des mesures suivantes : - l'installation comporte au moins un toboggan, comportant sur tout ou partie de sa longueur une structure de canaux ; 25 - l'installation comporte un système de production et de dépose de gouttes de ladite composition dans chacun desdits canaux ; - l'installation comporte un système d'alimentation en liquide cryogénique de chacun desdits canaux, - le système de production de gouttes étant positionné dans le voisinage 30 immédiat du système d'alimentation en liquide cryogénique, afin de permettre que chaque goutte produite par le système de production de gouttes rencontre le jet de liquide cryogénique produit par un des orifices dudit système d'alimentation en liquide cryogénique et soit entraînée par ce jet vers le canal lui correspondant et le film cryogénique y circulant ; - les particules en sortie de toboggan tombant dans le bac de traitement à support vibrant ; - et ledit liquide cryogénique collecté puis pompé est re-dirigé vers ledit système d'alimentation en liquide cryogénique du toboggan. 5 Selon une des mises en oeuvre de l'invention, on dispose de plusieurs systèmes de toboggan en parallèles et superposés permettant ainsi notamment d'augmenter le débit de production. On conçoit également que les gaz froids du ou des toboggans inférieurs servent avantageusement à refroidir le toboggan du 1 o dessus et ainsi à éviter les problèmes de déformations des plaques.
Les expérimentations réalisées par la Demanderesse avec succès ont en effet permis de démontrer que grâce à la configuration adoptée, on peut atteindre les objectifs visés, par exemple de petites billes de 3-4 mm de diamètre avec une 15 excellente régularité et qui sont surgelées individuellement sans collage, ceci avec un équipement au coût extrêmement avantageux par rapport aux équipements disponibles sur le marché.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description 20 suivante, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une installation de congélation à support vibrant selon l'art antérieur. - la figure 2 est une vue schématique globale d'une installation conforme 25 à l'invention. - la figure 3 est une illustration d'un mode de réalisation de l'invention mettant en oeuvre plusieurs toboggans superposés permettant d'augmenter le débit de production. - la figure 4 est une représentation schématique d'un mode de réalisation 30 du système de production et de dépose des gouttes de la composition de produit dans chaque canal.
Sur la figure 1, on a représenté une vue schématique d'une installation de congélation à support vibrant selon l'art antérieur tel qu'illustré par le document EP-A-505222 évoqué plus haut dans la présente description. On reconnaît sur cette vue schématique le bac 1 (dont les moyens de vibration n'ont pas été représentés ici pour des raisons de clarté), alimenté en produits 2 à congeler, et en azote liquide via les moyens d'arrivée 4. Le bac est pour ce mode de réalisation en situation de pente ascendante. Le trop plein de liquide cryogénique sort de l'appareil avec les produits. L'azote est alors séparé des produits par un système de grille 5. 1 o Comme on peut le visualiser sur la figure, l'azote ainsi récupéré est recyclé (boucle 3) de la manière suivante : l'azote est collecté dans une réserve (60) puis pompé par une pompe à piston et repart ainsi dans le bac de traitement (canalisation de retour 6). Le niveau d'azote est maintenu sensiblement constant dans la réserve 15 grâce à une vanne 7 pilotée par une sonde 8 qui mesure le niveau d'azote liquide. En résumé : - l'azote circule en circuit semi fermé : il ne sort du circuit que par évaporation au contact des produits. Cette perte d'azote est compensée en permanence par l'alimentation de la réserve en liquide cryogénique frais (9). 20 - les produits ne font qu'un seul passage dans le bac.
La figure 2 est une vue schématique globale d'une installation conforme à l'invention : - le toboggan 6 est constitué de canaux s'étendant dans la direction de 25 progression des produits et en sens contraire du sens de progression du liquide cryogénique dans l'auge à support vibrant 10 ; - le percolateur 4 est situé à proximité du toboggan qu'il alimente en liquide cryogénique, par gravité, dans chacun des canaux aux travers d'orifices positionnés préférentiellement au dessus du milieu de chaque canal ; 30 - le système 2 de dosage et de production de gouttes de produit est positionné dans le voisinage immédiat du percolateur, en aval, afin de permettre que chaque goutte produite rencontre le jet de liquide cryogénique produit par un des orifices du percolateur et soit entraînée par ce jet vers le canal lui correspondant et le film cryogénique y circulant. - A la sortie du toboggan 6, les billes tombent dans l'auge d'un bac de traitement 10, entrant ainsi en contact avec une surface réfrigérante qui résulte de l'utilisation d'un support vibrant et d'un film ou bain d'un liquide cryogénique disposé sur ledit support, et où le trop plein de liquide cryogénique sort de l'appareil avec les produits et est séparé des produits par un système séparateur (grille 7) situé en sortie de dispositif, le liquide cryogénique ainsi récupéré étant collecté puis pompé (8) par une pompe pour aller ré-alimenter le percolateur (4).
On note sur la figure que le percolateur 4 est constitué de deux zones : la première zone est conçue pour recevoir l'azote liquide venant de la pompe 8 tandis que la seconde zone est conçue pour éviter les remous et disposer d'un azote liquide calme (franc). Le fond de la seconde zone est percé d'autant d'orifices que de canaux devant être alimentés sur le toboggan.
La figure 3 illustre un mode de réalisation possible et avantageux de l'invention, utilisant une superposition de plusieurs toboggans pour augmenter le débit de production, ce qui permet de disposer d'une machine à débit de production variable et extensible. .20

Claims (3)

  1. REVENDICATIONS1. Une installation de fabrication de particules solides, à partir d'une composition (1) liquide ou semi-liquide, mettant en oeuvre un dispositif de surgélation totale ou partielle d'un produit, du type où l'on met en contact le produit dans un bac (10) de traitement avec une surface réfrigérante qui résulte de l'utilisation d'un support vibrant et d'un film d'un liquide cryogénique disposé sur ledit support, et où le trop plein de liquide cryogénique sort du dispositif avec les produits et est séparé des produits par un système séparateur (7) situé en sortie 1 o de dispositif, le liquide cryogénique ainsi récupéré étant collecté puis pompé par une pompe (8) pour être réutilisé dans l'installation, se caractérisant par la mise en oeuvre des mesures suivantes : - l'installation comporte au moins un toboggan (6), comportant sur tout ou partie de sa longueur une structure de canaux ; 15 - l'installation comporte un système (2) de production et de dépose de gouttes de ladite composition dans chacun desdits canaux ; - l'installation comporte un système d'alimentation en liquide cryogénique, de chacun desdits canaux ; - le système de production de gouttes étant positionné dans le voisinage 20 immédiat du système d'alimentation en liquide cryogénique, afin de permettre que chaque goutte produite par le système de production de gouttes rencontre le jet de liquide cryogénique produit par un des orifices dudit système d'alimentation en liquide cryogénique et soit entraînée par ce jet vers le canal lui correspondant et le film cryogénique y circulant ; 25 - les particules en sortie de toboggan tombant dans le bac de traitement à support vibrant ; - et ledit liquide cryogénique collecté puis pompé est dirigé vers ledit système d'alimentation en liquide cryogénique.
  2. 2. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit 3o système d'alimentation en liquide cryogénique est un percolateur d'alimentation en liquide cryogénique, par gravité, de chacun des canaux aux travers d'orifices positionnés sensiblement au dessus du milieu de chaque canal.
  3. 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs toboggans superposés, chacun de ces toboggans étant muni sur tout ou partie de sa longueur de plusieurs canaux. -------------------------------------
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