FR2973484A1 - Procede et installation de refroidissement de liquides par injection cryogenique directe - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de refroidissement d'une phase liquide, phase liquide utilisée pour refroidir des produits, en particulier alimentaires, les produits à refroidir étant plongés dans la phase liquide au sein d'un bac (4), se caractérisant par la mise en œuvre des mesures suivantes : - on prélève (21) tout ou partie de la phase liquide du bac pour la diriger vers un éjecteur venturi (22) liquide/gaz ; - on injecte un fluide cryogénique dans la phase liquide transitant dans l'éjecteur ; - le mélange phase liquide/gaz obtenu en sortie d'éjecteur est redirigé vers le bac.

Description

La présente invention concerne le domaine des procédés de refroidissement de phases liquides, phases liquides utilisées pour refroidir des produits, notamment alimentaires, les produits à refroidir étant typiquement plongés dans le liquide au sein de bacs.

On s'intéresse ici tout particulièrement au cas des produits alimentaires, les liquides utilisés sont par exemple de la saumure, des sauces alimentaires ou tous autres phases liquides pouvant être pompées (on peut citer le cas des huiles, des matières grasses, des alcools etc...).

1 o On peut citer ici à titre d'illustration le cas des produits de la mer, par exemple des crustacés, qui subissent pour certains fabricants le cycle typique suivant (illustré en figure 1 annexée) : - les produits sont à l'origine congelés, ils subissent donc tout d'abord une décongélation, les amenant de -20°C à une température voisine de 0°C ; 15 - puis une cuisson, les amenant à une température voisine de 75°C (la cuisson a lieu par exemple par injection de vapeur, ou encore par la présence d'une résistance électrique ou encore par des échangeurs d'eau chaude) ; - puis une trempe froide dans de l'eau de ville les amenant à une température voisine de 25 °C. 20 Ceci n'est qu'un exemple bien entendu des nombreux procédés différents pratiqués dans cette industrie alimentaire, dans d'autres cas de produits, par exemple la fabrication des andouillettes, le procédé ne met pas en oeuvre de décongélation. En sortie de trempe les produits sont dirigés vers l'aval de la ligne, par exemple vers un tunnel ou une cellule de refroidissement (par froid mécanique ou cryogénique) suivi d'une étape d'emballage.

30 Les solutions existantes pour refroidir de tels liquides de refroidissement peuvent être résumées ainsi : 25 1. l'utilisation d'échangeurs mettant en oeuvre du froid mécanique : Il existe d'ailleurs sur le marché un nombre important de technologies de refroidissement de liquides utilisant le froid mécanique. Ces technologies reposent toutes sur l'utilisation d'un échangeur, ce qui génère des rendements assez bas et des coûts d'investissements conséquents. 2. l'utilisation d'échangeurs mettant en oeuvre du froid cryogénique : la substitution du froid mécanique par un froid cryogénique permet de baisser les coûts d'investissements, mais génère une problématique de cristallisation sur les parois des échangeurs. Il est alors nécessaire d'utiliser des procédés 1 o complexes tels les échangeurs à surfaces raclées. 3. l'injection directe de liquides cryogéniques dans le liquide à refroidir : cette solution permet d'obtenir des rendements intéressants, mais provoque l'apparition de points de glaces ou de canaux aux points d'injection, qui, dans le temps, nécessite une action mécanique pour maintenir l'échange thermique. 15 L'un des objectifs de la présente invention est alors de proposer une solution améliorée de refroidissement de ces liquides d'immersion, par l'amélioration des techniques d'injection directe de fluides cryogéniques dans le liquide d'immersion à refroidir, afin notamment de résoudre les problèmes de 20 formation de glace. Comme on le verra plus en détail dans ce qui suit, la présente invention propose un système d'injection permettant au liquide cryogénique d'être mélangé à la phase liquide à refroidir (par exemple une saumure, par exemple une sauce) sans générer de phase solide. 25 La présente invention concerne alors un procédé de refroidissement d'une phase liquide, phase liquide utilisée pour refroidir des produits, en particulier alimentaires, les produits à refroidir étant plongés dans la phase liquide au sein d'un bac, se caractérisant par la mise en oeuvre des mesures 30 suivantes : - on prélève tout ou partie de la phase liquide du bac pour la diriger vers un éjecteur venturi liquide/gaz ; - on injecte un fluide cryogénique dans la phase liquide transitant dans l'éjecteur ; - le mélange phase liquide/gaz obtenu en sortie d'éjecteur est redirigé vers le bac.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description suivante, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés pour lesquels: - la figure 1 est une vue schématique partielle d'une installation existante de fabrication de produits alimentaires, par exemple de produits de la mer ; - la figure 2 est une vue schématique partielle d'une installation de fabrication de produits alimentaires, par exemple de produits de la 15 mer, conforme à l'invention.

La figure 1 est une vue schématique partielle d'une installation existante de fabrication de produits de la mer, qui permet de visualiser les principales étapes pratiquées, les produits, par exemple des crustacés, sont situés dans 20 des paniers P, qui les conduisent à chaque étape de l'installation : - les produits sont à l'origine congelés, ils subissent donc tout d'abord une décongélation (1), les amenant de -20°C à une température voisine de 0°C ; - les espèces décongelées subissent alors une cuisson (2), les amenant à une température voisine de 75°C ; 25 - elles subissent ensuite, en sortie de cuisson, une trempe froide dans de l'eau de ville les amenant à une température voisine de 25 °C.

En sortie de trempe elles sont dirigées vers l'aval de la ligne, comprenant une cellule ou un tunnel de refroidissement (froid mécanique ou cryogénique), 30 apte à les porter à une température voisine de 4°C, puis de la vers une étape d'emballage final.

La figure 2 permet quant à elle de mieux visualiser un mode de réalisation d'une installation de fabrication de tels produits de la mer conforme à l'invention, on y reconnait les éléments suivants (ici encore les produits sont situés dans des paniers P, qui les conduisent à chaque étape de l'installation) : - les produits sont à l'origine congelés, ils subissent donc tout d'abord une décongélation (1), les amenant de -20°C à une température voisine de 0°C ; - les espèces décongelées subissent alors une cuisson (2), les amenant à une température voisine de 75°C ; - elles subissent ensuite, en sortie de cuisson, une trempe froide dans de l'eau de ville les amenant à une température voisine de 25 °C ; - la Zone X de la figure présente une mode avantageux de mise en oeuvre de l'invention, où l'on réalise un échange de frigories entre l'eau du bac de décongélation 1 et l'eau du bac de trempe froide 3 : en effet, pour économiser de l'énergie, on dispose dans la zone X d'un échangeur thermique 10 et de deux pompes 11 et 12, permettant d'organiser dans cette zone X une récupération des frigories des espèces à décongeler et des calories des espèces à tremper (provenant de la cuisson). On note que pour des raisons sanitaires bien compréhensibles, l'arrangement représenté ici permet d'éviter les mélanges entre les eaux de décongélation et de trempe. - en sortie du bac 3 de trempe froide, les produits sont dirigés vers une étape 4 de refroidissement cryogénique. Détaillons alors ce qui se déroule dans la zone Y identifiée sur la figure : - la pompe 21 véhicule de l'eau du bac 4 (il s'agit d'une saumure) vers un éjecteur 22 où de l'azote liquide est injecté dans la solution amenée. L'homme du métier est familier de cette notion d' « éjecteur », commercialement disponible auprès de nombreux fournisseurs, souvent appelé aussi « injecteur Venturi » et qui désigne un dispositif permettant d'injecter le cryogène dans l'eau en lui faisant prendre de la vitesse par effet déprimogène.

En effet, l'effet venturi crée une dépression au niveau du port d'aspiration de l'éjecteur (aspiration du cryogène), cet effet apparaît lorsque une différence de pression suffisante existe entre l'entrée et la sortie de l'injecteur. L'eau sous pression qui entre dans l'injecteur s'écoule dans une conduite dont la section diminue, il en résulte une augmentation de la vitesse d'écoulement et donc une diminution de la pression statique. Cette diminution de pression permet d'aspirer un liquide ou un gaz dans l'injecteur (par exemple de l'azote liquide), à travers le port d'aspiration. Au niveau du port d'aspiration, l'écoulement est turbulent, ce qui permet un mélange immédiat des deux fluides. En aval du port d'aspiration, la section augmente, ce qui fait que la vitesse diminue et la pression augmente à nouveau (mais sans jamais atteindre la valeur à l'entrée de l'injecteur). - L'injection du cryogène dans l'injecteur (ou éjecteur) - on a mentionné ci-dessus l'azote liquide mais d'autres cryogènes tels le CO2 liquide ou l'argon liquide peuvent bien entendu être envisagés selon l'invention - se fait préférentiellement à un niveau dans l'installation situé au-dessus du niveau de liquide dans le bac 4 de refroidissement, ce qui permet d'éviter des remontées de phase liquide dans les tuyauteries d'amenée du cryogène et ainsi des bouchages par congélation du liquide. - L'injection du cryogène dans l'éjecteur est par exemple commandée par un régulateur, associé à une sonde de température (sonde de mesure de la température de la phase liquide par exemple) et une vanne de régulation du débit alimentant l'éjecteur. - La vaporisation très rapide du fluide cryogénique dans l'éjecteur permet d'obtenir un mélange eau + gaz à la sortie de l'éjecteur (et plus loin lors de la réinjection de ce fluide global dans le bac). - En fonction de la puissance frigorifique à apporter, on dimensionne le débit d'eau de la pompe, le diamètre des tuyauteries et l'éjecteur, pour avoir une vitesse suffisante pour limiter la couche de liquide congelé autour de l'injection de fluide cryogénique dans l'éjecteur. - Selon un mode avantageux de mise en oeuvre de l'invention, mode illustré sur cette figure 2, on dispose en aval de l'éjecteur d'une colonne 20 en inox, qui accueille l'eau (ou autre phase liquide ou pompable) du bac 4 de refroidissement dans laquelle a été injecté le cryogène.

La hauteur de la colonne permet de bien valoriser l'échange entre la phase liquide extraite du bac et l'azote liquide injecté dans cette phase au niveau de l'éjecteur. La dimension de la colonne 20, par exemple deux fois le volume du bac 4 de refroidissement, permet de bien gérer les éclaboussures dues à l'injection d'azote liquide dans l'eau, et de vider entièrement le bac de refroidissement sans perdre cette eau (un tel dimensionnement de colonne permet de façon très avantageuse de stocker le liquide à refroidir et ainsi nettoyer le bac 4 sans perdre ce liquide qui peut être couteux dans certains cas). Une telle hauteur de cette colonne permet également de s'affranchir d'éventuelles éclaboussures de liquide émanant des remous causés par l'injection du liquide cryogénique qui se transforme en gaz. La solution ainsi « gazéifiée » passe de la colonne au bac 4 par 15 débordement.

Comme bien expliqué ci-dessus la présence de cette colonne de contact 20 est avantageuse mais elle n'est qu'optionnelle, on pourrait parfaitement conformément à la présente invention renvoyer directement, en 20 sortie d'éjecteur, la phase liquide « gazéifiée » dans le bac 4 même si l'on accepte dans ce cas un certain phénomène d'éclaboussures.

- En sortie du bac de refroidissement 4, les produits sont dirigés vers une étape de conditionnement en emballages.

25 Une installation telle que celle de la figure 2 a été utilisée pour le refroidissement d'une saumure de refroidissement de crevettes (et donc pour refroidir ces crevettes avant leur emballage final) : - la production de l'installation en question était de 800Kg/h soit 66kg 30 toutes les 5 minutes, le temps disponible pour effectuer l'étape 4 de refroidissement était donc de 5 minutes, avec 66 kg de crevettes à traiter par lot (on dit souvent « batch ») ; - le volume du bac 4 était de 1100 litres ; - le besoin énergétique pour l'étape 1 de décongélation est de 65 kW/h, le besoin énergétique pour l'étape 3 de trempe froide est de 42 kW/h, l'appoint de puissance nécessaire est donc de 23 kW/h pour la décongélation ; - le besoin énergétique pour le refroidissement 4 est de 14 kW/h (ou 12 800 kcal/h). Or la valorisation de l'azote liquide dans un bac à -2°C est de 75 Kcal, soit 12 800/75 = 170 I/h, soit une consommation de 0,21 litre d'azote liquide/kg. - On veut abattre la température des crevettes (entre l'entrée et la sortie 1 o de l'étape 4) d'environ 20°C, d'où un débit minimum de pompe égal à 12 800/20 = 640 I/h. - Le milieu du bac 4 de refroidissement est une saumure : eau avec 8% de sel, à une température de régulation de -2°C. - Ces conditions opératoires ont permis de refroidir la masse de crevettes 15 requise dans les conditions de timing imposées, et avec de clairs avantages par rapport à une solution antérieure de refroidissement en tunnel cryogénique, et notamment une consommation de fluide cryogénique faible, et un nettoyage facile de l'installation (on sait que le nettoyage des tunnels cryogéniques est particulièrement délicat, du fait de la présence de chaînes, d'un tapis etc....). 20 ---------------------

Claims (7)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de refroidissement d'une phase liquide, phase liquide utilisée pour refroidir des produits, en particulier alimentaires, les produits à refroidir étant plongés dans la phase liquide au sein d'un bac (4), se caractérisant par la mise en oeuvre des mesures suivantes : - on prélève (21) tout ou partie de la phase liquide du bac pour la diriger vers un éjecteur venturi (22) liquide/gaz ; - on injecte un fluide cryogénique dans la phase liquide transitant dans l'éjecteur ; - le mélange phase liquide/gaz, obtenu en sortie d'éjecteur, est redirigé vers le bac.
2. 2. Procédé de refroidissement d'une phase liquide selon la revendication 1, se caractérisant en ce que l'on dispose, entre l'éjecteur et le bac, d'un système de colonne (20) apte à accueillir la phase liquide dans laquelle a été injecté le fluide cryogénique, telle qu'obtenue en sortie d'éjecteur, pour favoriser l'échange entre la phase liquide et le fluide cryogénique, avant que le mélange phase liquide/gaz obtenu ne soit redirigé vers le bac.
3. 3. Procédé de fabrication d'un produit alimentaire, comprenant une étape d'immersion du produit dans une phase liquide contenue dans un bac (4) en vue de son refroidissement, se caractérisant en ce que l'on refroidit la phase liquide du bac par la mise en oeuvre du procédé de refroidissement conforme à la revendication 1 ou 2.
4. 4. Procédé de fabrication d'un produit alimentaire selon la revendication 3, se caractérisant en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - une étape de décongélation (1) par immersion dans un bac de décongélation ; - une étape de cuisson (2) des produits décongelés ;- une étape de trempe froide (3) des produits issus de la cuisson par immersion dans un bac de trempe ; - une étape de refroidissement (4) des produits issus de la trempe froide, par immersion dans la dite phase liquide refroidie.
5. 5. Procédé de fabrication d'un produit alimentaire selon la revendication 4, se caractérisant en ce que l'on met en oeuvre un échange de frigories entre la solution du bac de décongélation (1) et la solution du bac de trempe (3), par l'intervention d'une première pompe (11) et d'une seconde pompe (12), amenant respectivement chacune des deux solutions dans un échangeur thermique (10) où l'échangea lieu.
6. 6. Installation de refroidissement d'une phase liquide, phase liquide utilisée pour refroidir des produits, en particulier alimentaires, les produits à refroidir étant plongés dans la phase liquide au sein d'un bac (4), se caractérisant en ce qu'elle comprend les éléments suivants : - un éjecteur venturi (22) liquide/gaz, apte à recevoir de la phase liquide prélevée du bac; - des moyens d'alimentation de l'éjecteur en un fluide cryogénique ; 20 - des moyens pour rediriger le mélange phase liquide/gaz, obtenu en sortie d'éjecteur, vers ledit bac.
7. 7. Installation de refroidissement d'une phase liquide selon la revendication 6, se caractérisant en ce qu'elle comprend, entre l'éjecteur et le 25 bac, un système de colonne (20) apte à accueillir la phase liquide dans laquelle a été injecté le fluide cryogénique, telle qu'obtenue en sortie d'éjecteur, pour favoriser l'échange entre la phase liquide et le fluide cryogénique, avant que le mélange phase liquide/gaz obtenu ne soit redirigé vers le bac. 30