LU81496A1 - Installation de concentration par evaporation et de sechage par air chaud d'un produit liquide - Google Patents

Description

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La présente invention concerne une installation de concentration et de - séchage par air chaud qui comprend un évaporateur comportant au moins un effet et destiné à concentrer un produit liquide comme un produit alimentaire, notamment un produit laitier, un séeheur dans lequel est traite le concentré issu de l'évapo-5 rateur ou tout autre concentré,une source d'air en communication avec le séeheur, des moyens de préchauffage de l’air en provenance de ladite source d'air, ces moyens étant en relation avec l'êvaporateur par un conduit de prélèvement d'une partie de la vapeur d’évaporation créée dans ledit évaporateur et un réchauffeur final amenant l’air à là température finale voulue.

10 Dans les installation connues de ce type, les moyens de préchauffage * de l’air consistent en un échangeur de chaleur où a lieu l’échange de chaleur entre la vapeur prélevée sur l’êvaporateur et l'air. Toutefois, il est à remarquer que dans les installations existantes, cet échangeur de chaleur et le réchauffeur final amenant l’air à la température finale désirée sont situés à une 15 distance relativement importante de l’êvaporateur.

D’autre part, compte tenu des conditions de fonctionnement de l'évapo-rateur, la vapeur prélevée est à pression réduite. Il s'ensuit la nécessité d’utiliser des conduites de très gros diamètre et donc très coûteuses pour le transport de la vapeur de l’êvaporateur jusqu'à l’échangeur. Or, il est impossi-20 ble de pallier cet inconvénient en rapprochant cet échangeur de l’êvaporateur sans apporter de profondes modifications dans la disposition des éléments de l’installation. Le but de la présente invention est précisément de supprimer l'utilisation de ces coûteuses conduites sur de grandes distances sans pour autant altérer l'agencement de l’installation. Pour ce faire, elle met en oeuvre 25 des moyens de chauffage de l’air qui sont constitués par un circuit fermé dans lequel circule un fluide à débit constant et, placés en série sur ce circuit, un premier échangeur de chaleur où a lieu l'échange de chaleur entre la vapeur prélevée et le fluide en circulation et appelé échangeur vapeur/fluide, un second échangeur de chaleur où a lieu l’échange de chaleur entre le fluide en circula-30 tion et l'air et appelé .échangeur fluide/air et des moyens assurant la circulation du fluide dans le circuit fermé.

Dans ce cas, ce n'est plus de la vapeur sous pression réduite que > l'on transporte jusqu'à la zone où se fait le chauffage de l'air, mais de l'eau chaude qui peut circuler sans aucun problème dans des conduits de faible diamètre.

> 35 II est à noter que l'échangeur vapeur/fluide peut être du type à con tact direct ou indirect et que l'échangeur fluide/air est du type à contact indirect.

' Avantageusement, l'échangeur vapeur/fluide sera du type à contact di rect , le circuit fermé comportant alors un dispositif de trop-plein. Ce dernier HO pourra par exemple être constitué par une simple cuve qui permet l'élimination £ 2 par débordement d'une quantité du mélange eau-fluide correspondant à la quantité de vapeur prélevée.

- Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de trop- plein est constitué par deux bacs en communication et placés respectivement en 5 aval et en amont de l'échangeur fluide/air.

De préférence, ces deux bacs constituent les deux compartiments d'une cuve scindée en deux par une paroi verticale, compartiments communiquant par leur partie basse, psr exemple par une ouverture prévue à la base de ladite paroi verticale.

10 Avantageusement, le circuit fermé comporte un moyen de réglage de » la température du fluide en circulation. Ce moyen de réglage peut être situé en aval de l'échangeur fluide/air. Il est ainsi possible d'éviter de manière très simple la destruction de l'équilibre de l'évaporateur quand, pour une raison ou une autre, il y a modification du débit du sécheur-atomiseur et donc du débit 15 d'air necessaire dans ce dernier. En effet, si ce débit d'air baisse, le moyen de réglage empêche, par exemple par apport d'un fluide froid, que la température du fluide en circulation vers l'échangeur vapeur/fluide augmente et inversement, si le débit d'air augmente, ce dispositif empêche, par exemple par apport d'un fluide chaud, l'abaissement de la température dudit fluide.

20 Le moyen de réglage peut également être situé en amont de l'échangeur fluide/air. Dans ce cas, il est possible d'éviter aisément la perturbation du sécheur-atomiseur quand, pour une raison ou une autre, il y a modification didébit en produit à concentrer dans l'évaporateur et donc du débit de l'évaporateur. En effet, si la température de la vapeur prélevée baisse, le moyen de 25 réglage * empêche, par exemple par apport d'un fluide chaud, que la température du fluide circulant vers l'échangeur fluide/air baisse et inversement, si la température de la vapeur prélevée augmente, ce moyen ' empêche par exemple par apport d'un fluide froid, l'augmentation de la température dudit fluide.

Enfin, le circuit fermé peut comporter simultanément les deux moyens 30 de réglage mentionnés ci-dessus. Dans ces conditions, l'évaporateur est protégé de toute modification de fonctionnement du sécheur-atomiseur et simultanément, k le sécheur-atomiseur est protégé de toute modification de fonctionnement de 1'évaporat eur.

Selon une variante de l'invention, on pourra élever le potentiel de 35 la vapeur preLe.vee sur l'évaporateur en disposant un recompresseur mécanique de vapeur ou un thermocompresseur sur le conduit de prélèvement de la vapeur d'évaporation créée dans l'évaporateur.

Deux modes de réalisation de l'installation selon la présente invention sont décrits ci-après, à titre d'exemples, en référence au dessin annexé, tO et dans lesquels le sécheur est du type sécheur-atomiseur.

Dans l'installation représentée par la figure 1, du lait écrémé est 3 amené par le conduit 1 en tête du premier effet 2 d’un êvaporateur à flot tom- * bant à 4 effets désignés respectivement 2, 3» k et 5· Le lait écrémé issu de la base de ce premier effet est amené au moyen d'une pompe 6 et d'un conduit 7 en tête A du second effet 3» puis de la base de l'effet 3 en tête B de l'effet H 5 et de la base de l'effet U en tête C de l'effet 5, respectivement par les pompes 8 et 9 et les conduits 10 et 11. Enfin, le lait écrémé concentré sortant à la base de l'effet 5 est amené par une pompe 12 et un conduit 13 dans un bac 1^ dont la base est pourvue d'un conduit d'évacuation 15 en relation avec une pompe 16 destinée à refouler le concentré du bac 1^ dans un conduit 17 aboutis-10 sant à la partie supérieure d'un sécheur-atomiseur 18, L'extrémité du conduit h 17 est pourvue d'un dispositif convenable de pulvérisation (non représenté).

Par ailleurs, un conduit 19 débouche dans le bac 1^·, ce conduit étant en relation avec une source de concentré apte à être traité dans le sécheur-atomiseur 18, cette source pouvant être un autre êvaporateur. Dans le cas où le débit de 15 1'êvaporateur est supérieur à celui du sécheur-atomiseur 18, le bac 1^· absorbera le surplus de concentré qui ne peut être traité dans le sécheur-atomiseur. Au contraire, quand le débit de 1'êvaporateur est inférieur à celui du sécheur-atomiseur, ce dernier sera malgré tout suffisamment approvisionné grâce au concentré stocké dans le bac 1^, stock réalisé par apport de concentré par le 20 conduit 19 et/ou par rétention du surplus de concentré provenant de l'évapora-teur pendant la période où ce dernier fonctionne à un débit inférieur à celui du sécheur-atomiseur.

Aux effets de 1'êvaporateur sont associés respectivement les séparateurs liquide-vapeur 20, 21, 22, 23· Le séparateur 20 est en relation avec le 25 corps de chauffe de l'effet 3 par un conduit 2k. De meme, les séparateurs 21 et 22 sont en relation avec les corps de chauffe des effets U et 5 respectivement par les conduits 25 et 26 et le séparateur 23 est en relation avec un condenseur (non représenté) par le conduit 27- Le conduit 25 porte en dérivation le conduit d'aspiration 28 d'un thermocompresseur 29, le conduit de refoulement 30 30 de ce dernier étant en communication avec le corps de chauffe du premier effet 2.

Par ailleurs, le conduit 28 porte lui aussi en dérivation le conduit 31 abou-> tissant dans un condenseur par mélange 32. A la partie haute de ce condenseur est introduit par le conduit 33 à débit constant, de l'eau provenant d'un circuit fermé qui sera décrit ci-après. Cette eau est déversée sur un dispositif 35 de répartition 3^ situé au sommet du condenseur 32. L'eau est ainsi en quelque sorte pulvérisée et vient en contact intime avec la vapeur provenant du conduit 31· L'eau ainsi réchauffée est rassemblée vers le centre du condenseur et est alors soutirée à la partie basse de ce condenseur 32, par une pompe 35, pour être amenée par un conduit 36 dans la première section 37 d'un échangeur de kO chaleur par contact indirect 38 destiné à chauffer tout ou partie de l'air 4 » necessaire dans le sêcheur-atomiseur. Le conduit 36 est muni d'un moyen de réglage de la température (non représenté).

Comme indiqué précédemment, l’échangeur 38 comporte une première section 37 suivie d'une seconde section 39· De l'air destiné à être utilisé • 5 dans le sêcheur-atomiseur 18, arrive par un conduit 40 en tête de la première section 37, et traverse cette première section puis la seconde avant d'être envoyé par un conduit 41 en tête dudit sêcheur-atomiseur 18. L'eau refroidie par l'air dans la section 37» sort ensuite de cette dernière par un conduit 42 muni d'un moyen de réglage de la température Rg (non représenté), 10 arrive dans un hac 43 où peut se faire le débordement 44 de.l'excès de fluide * du circuit, avant d'être ramenée par une pompe 45 à débit constant et le conduit 33 au sommet du condenseur 32. . L'eau prélevée à la base de ce condenseur 32 circule donc en circuit fermé 35—*36—*37—^4-3--^45—^33 —*32.

La seconde section 39 est quant à elle alimentée en vapeur vive par un conduit 15 46, les condensâts issus de cette section 39 étant évacués par un conduit Vf* L'air sortant de la section 39 arrive comme il a été indiqué précédemment au sommet du sêcheur-atomiseur 18. Le lait écrémé concentré amené par le conduit 17 et pulvérisé dans le sêcheur-atomiseur est séché par cet air chaud, ce qui conduit à l'obtention de poudre de lait. Cette dernière et l'air s'échappent • 20 à la base du sêcheur-atomiseur respectivement par les conduits 48 et 49·

Il est à remarquer que l'évaporateur n'est pas nécessairement du type à flot tombant et peut comporter plus ou moins de 4 effets. De même, l'alimentation en vapeur du corps de chauffe du premier effet n'est pas nécessairement réalisée par mise en oeuvre d'un thermocompresseur 29 ; on pourrait 25 y substituer une arrivée directe de vapeur vive. De la même manière, le condenseur 32 pourrait être du type indirect (condenseur par surface) auquel cas le trop-plein 44 n'aurait plus lieu d'être.

La seconde section 39 pourrait être constituée par un échangeur indirect sur gaz chauds ou un dispositif de chauffage direct.

30 Les moyens de réglage de la température R1 et R2 peuvent par exemple être conçus de manière à faire appel· à un fluide de refroidissement ou à un fluide de réchauffement, et notamment I de l'eau froide, à de la vapeur ou aux conden- % sats de l'évaporateur.

Comme cela a été expliqué précédemment, ces moyens- de réglage-- 35 évitent la destruction de l'équilibre de l'installation quand pour une raison ou une autre, il y a une modification de fonctionnement au niveau de l'évaporateur et/ou du sêcheur-atomiseur.

Il est souhaitable par ailleurs de prévoir une vanne V sur le conduit 31 pour isoler l'évaporateur du condenseur 32 de façon à pouvoir poursuivre 4θ le préchauffage de l'air destiné au sêcheur-atomiseur 18, en cas d'arrêt de 5 1'evaporateur. Il est alors necessaire d’injecter dans le circuit ferme du * » condenseur 32 les calories necessaires à ce réchauffage.

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* Le mode de réalisation représenté par la figure 2 ne se distingue de celui de la figure 1 que par une modification au niveau du circuit fermé. Plus 5 précisément l'eau soutirée à la partie basse du condenseur 32 par la pompe 35 est amenée par un conduit 50 dans le compartiment 51 d’une cuve 52 divisée en deux compartiments 51 et 53 par une paroi verticale 5^ s’arrêtant à une certaine distance du fond de la cuve 52 de manière à ce qu’il y ait une communication entre les deux compartiments 51 et 53· L’eau du compartiment 51 est ensuite 10 amenée au moyen d’un conduit 55 et d’une pompe 56 dans la première section 37 de l’échangeur de chaleur 38. L’eau refroidie par l'air dans cette section 37 sort ensuite de cette dernière par un conduit 57, arrive dans le compartiment 53 de la cuve 52 avant d’être ramenée par la pompe b5 et le conduit 33 au sommet du condenseur 32. L'eau prélevée à la base de ce condenseur 32 circule dans un cir-fermé 15 cuitT^~^> 50 » 51 -> 55 > 56 -î> 37 57 -> 53 b5 -> 33 -> 32. Comme dans le cas de la figure 1, il est possible de prévoir un moyen de réglage de la température de l’eau en circulation en aval et/ou en amont de. la section 37 de l’échangeur de chaleur 38. Comme indiqué précédemment, si l’on arrête l’évaporateur 32, il y a aspiration de calories du condenseur 32 vers l’évapora-20 teur. Pour éviter d’être obligé de compenser cette déperdition de chaleur dans le condenseur 32, il suffira d’arrêter la pompe 35 et le circuit fermé sera ainsi limité à 51 55 5.6 > 37 57 > 53 -> 51.

Il est encore à remarquer qu’en cas d’arrêt du sécheur-atomiseur 18, 25 on pourra avantageusement limiter la circulation de l’eau en arrêtant la pompe 1+5 et en amenant l’eau issue du compartiment 51 au moyen du conduit 55 et de la pompe 56, non pas dans la section 37, mais en tête du condenseur 32 (voir pointillés). Bien entendu, l’eau arrivant en tête de ce dernier devra être soumise à l’action d'un régulateur de température qui maintiendra la température de 30 cette eau à une valeur adéquate' pour éviter toute perturbation de l’êvaporateur.

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Claims (6)

1. 6
2. 1. Installation de concentration et de séchage par air chaud qui comprend un évaporateur comportant au moins un effet et destiné à concentrer un produit liquide tel qu'un produit alimentaire, notamment un produit laitier, 5 un sécheur dans lequel est traite le concentré issu de 1'évaporateur ou tout autre concentré, une source d'air en communication avec le sécheur, des moyens de pré-chauffage de l'air en provenance de ladite source d'air, ces moyens étant en relation avec 1'évaporateur par un conduit de prélèvement d'une partie de la vapeur d'évaporation créée dans ledit évaporateur et un réchauffeur final 1q amenant l'air à la température finale voulue, caractérisée en ce que les * moyens de préchauffage de l'air sont constitués par un circuit fermé dans lequel circule un fluide à débit constant et, placés en série sur ce circuit, - un premier échangeur de chaleur où a lieu l'échange de chaleur entre la vapeur prélevée et le fluide en circulation et appelé échangeur vapeur/fluide, un 15 second échangeur de chaleur où a lieu l'échange de chaleur entre le fluide en circulation et l'air et appelé échangeur fluide/air et des moyens assurant la circulation du fluide dans le circuit fermé.
3. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en'-ce que l'échangeur vapeur/fluide est du type à contact direct ou indirect, l'échangeur 20 fluide/air étant du type à contact indirect. 3* Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'échangeur vapeur/fluide est du type à contact direct, le circuit fermé comportant alors un dispositif de trop-plein. U. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le 25 dispositif de trop-plein est constitué par deux bacs en communication et placés, respectivement en aval et en amont de l'échangeur fluide/air.
4. 5. Installation selon la revendication U, caractérisée en ce que les deux bacs constituent les deux compartiments d'une cuve scindée en deux par une • paroi verticale, compartiments communiquant par leur partie basse-.
5. 6. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 5s caractérisée en ce qu'un moyen de réglage de la température du fluide en circulation est disposé sur le circuit en aval de l’échangeur fluide/air. ·*
6. 7· Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'.uh möjnän 'dé' réglage - de la température du fluide en cir-. 35 culation est disposé sur le circuit en amont de l'échangeur fluide/air. 8/ Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'un recompresseur mécanique de vapeur ou un thermocompresseur est disposé sur le conduit de prélèvement de la vapeur d'évaporation créée dans 1'évaporateur. U0