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Procédé et appareil pour la concentration des liquides, particuliè- rement de matières alimentaires.
La présente invention est relative à la concentration des solutions et suspensions par évaporation, et elle concerne particulièrement la concentration de matières telles que les jus, le lait et d'autres produits alinientaires qui ne supportent qu'une élévation de température modérée.
Afin d'abaisser la température d'évaporation il est connu de chauffer les liquides dans un vide plus ou moins poussé. Les appareils qui fonctionnent suivant ce principe, comme les colonnes à plateaux, ont un rendement peu élevé et leur nettoyage présente de grandes difficultés.
Suivant l'invention on écarte ces difficultés en faisant couler le liquide à concentrer en couche mince sur une surface inclinée, en chauffant cette surface et en entraînant une dépres-
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sion au dessus de la surface du liquide. De préférence, tandis que le liquide est ainsi chauffé par contact, sa surface est en outre soumise à un chauffage par rayonnement. D'autre part l'inclinaison de la surface de support du liquide est avantageusement augmentée à mesure qu'augmente la concentration et que diminue la fluidité du liquide, de façon à préserver la continuité de l'écoulement.
Par ces dispositions on remplit les conditions suivantes qui ont été reconnues comme nécessaires à l'obtention de bons ré- sultats : 1) une grande surface d'évaporation; 2) des surfaces de chauffe utiles au moins aussi grandes; 3) un mouvement continu du liquide à évaporer; 4) une faible hauteur de la couche de liquide traitée; 5) une admission de chaleur pendant toute la durée de l'évaporation.
Un appareil convenant à l'exécution du procédé suivant l'invention comporte, dans une colonne reliée à une pompe à vide, une surface d'écoulement en forme de rigole hélicoïdale à fond plat ou sensiblement plat muni d'un moyen de chauffage communi- quant directement la chaleur au liquide s'écoulant sur ce fond.
Le pas de l'hélice est assez serré pour qu'une partie de la cha- leur qui est rayonnée vers le bas, serve à chauffer le liquide porté par la spire sous-jacente. Lorsque la concentration augmen- te au point d'influer sur le degré de viscosité du liquide, par exemple dans la partie inférieure de l'appareil, le pas de l'hé- lice est progressivement augmenté pour accroître la déclivité de la rigole de façon à maintenir autant que possible la constance de la vitesse d'écoulement du liquide.
Le dessin annexé représente à titre d'exemple une forme d'exécution de l'appareil suivant l'invention.
Fig. 1 est une vue d'ensemble de l'appareil en coupe ver- ticale.
Fig. 2 montre un détail à plus grande échelle.
@ L'appareil représenté se compose d'un cylindre porteur 1
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auquel est fixéeune enveloppe extérieure 2 de manière à délimiter entre eux une chambre d'évaporation 3 hermétiquement close. Dans cette chambre se trouve une rigole en hélice 4 qui s'étend du haut en bas de l'appareil autour du cylindre 1 et est portée par lui. Cette rigole est munie d'un double fond et l'espace 5 compris dans ce double fond reçoit par exemple un liquide chauffant amené par la conduite 6 et évacué par la conduite 7.
Avantageusement, Lorsqu'on veut entretenir une température uniforme sur toute la hauteur de l'appareil, l'espace hélicoidal 5 est subdivisé par des cloisons radiales en une série de compartiments comprenant chacun deux ou trois spires par exemple et communiquant chacun avec les conduites 6 et 7 par des tubulures 8 et 9.
A l'extrémité supérieure de la rigole se trouve une tuyè- re de distribution 10 du liquide à concentrer, qui est alimentée par un réservoir 11 et répartit le liquide en une nappe mince 'sur toute la largeur de la rigole 4. Le fond de celle-ci est plat ou légèrement ondulé de façon à présenter une grande surface de contact avec le liquide. Comme indiqué sur le dessin le pas de l'hélice augmente à mesure que le liquide descend, afin de con- server une vitesse constante malgré le léger accroissement de viscosité que subit le liquide par l'effet de la concentration.
La partie inférieure de l'enveloppe forme un réservoir 12 dans lequel débouche la rigole 4, et qui peut d'autre part être raccor- dé à des récipients de soutirage 13.
L'enveloppe 2 est avantageusement formée de plusieurs tronçons et est fermée au-dessus par un couvercle percé de deux tubulures, l'une 14 raccordée à une pompe à vide et l'autre 15 servant au passage du tuyau 16 d'alimentation du liquide à concen- trer.
Le fonctionnement de l'appareil est le suivant:
Un vide approprié étant fait dans l'enveloppe 2, on ou- vre la soupape de réglage 17 et le liquide à concentrer, contenu
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dans le réservoir d'alimentation 11 est aspiré par le tuyau 16, traverse le compteur 18 et est déversé par la tuyère 10 en une mince couche sur toute la largeur de la rigole 4 dont le fond est chauffé par le fluide chauffant amené par la conduite 6. Au cours de sa descente dans la rigole, le liquide est chauffé d'une part par le contact du fond qui le supporte et d'autre part par le rayonnement du double fond de la spire susjacente.
La surface de chauffe utile est ainsi environ le double de la surface d'évapo- ration, et comme la hauteur du liquide dans la rigole est très faible (quelques millimètres) et que toute stratification du li- quide est empêchée par le mouvement continu de celui-ci, l'échauf- fernent se fait rapidement, d'une façon uniforme et complète. La concentration du liquide augmente graduellement à mesure qu'il descend à une vitesse constante comme expliqué ci-dessus, et le chauffage cesse au moment où le liquide parvient dans le réservoir
12. Lorsque celui-ci est rempli, on ouvre la communication avec le récipient 13 préalablement aussi mis sous dépression.
En vue d'un fonctionnement continu plusieurs récipients 13 peuvent être raccordés tour à tour au réservoir 12, pour être successivement remplis, puis déconnectés, aérés, vidés et remis sous dépression.
Grâce à la grande surface de chauffe utile, à la faible hauteur du liquide et à la continuité de son mouvement, on peut obtenir une concentration très efficace à l'aide de températures très basses, de l'ordre de 30 à 45 Cpar exemple, qui dans des appareils connus sont insuffisantes pour réaliser la concentra- tion de liquide sur une échelle industrielle. Le procédé et l'ap- pareil suivant l'invention conviennent donc particulièrement au traitement de liquides facilement altérables tels que les jus de fruits et le lait, en assurant la conservation de toute leur sa- veur, leurs propriétés nutritives et leurs vitamines.
Il est bien entendu que l'invention est également appli- cable à d'autres liquides et qu'elle assure également des avanta- ges, au point de vue de la rapidité et de l'uniformité de la con- centration, lorsqu'on opère à des températures plus élevées. Il @
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est également possible de soumettre le liquide à un chauffage préa- lable avant de l'introduire dans l'appareil concentrateur.
Des modifications de construction peuvent être appor- tées à l'appareil décrit sans sortir du cadre de l'invention.
Ainsi, par exemple, au lieu d'être chauffé par un fluide chauf- fant, le fond de la rigole peut être chauffé par une résistance électrique.
REVENDICATIONS.
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1.- Procédé pour la concentration de liquides, parti- culièrement de matières alimentaires, caractérisé en ce qu'on étale le liquide sur une surface inclinée et qu'on le fait cou- ler en une mince couche le long de cette surface pendant qu'on chauffe celle-ci sur toute son étendue, tandis que la surface du liquide est soumise à une dépression.
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A method and apparatus for the concentration of liquids, particularly food materials.
The present invention relates to the concentration of solutions and suspensions by evaporation, and it relates particularly to the concentration of materials such as juices, milk and other food products which only withstand a moderate rise in temperature.
In order to lower the evaporation temperature, it is known practice to heat liquids in a more or less high vacuum. The devices which operate according to this principle, like the tray columns, have a low efficiency and their cleaning presents great difficulties.
According to the invention, these difficulties are avoided by making the liquid to be concentrated in a thin layer flow over an inclined surface, by heating this surface and by causing depressurization.
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pressure above the surface of the liquid. Preferably, while the liquid is thus heated by contact, its surface is further subjected to radiant heating. On the other hand, the inclination of the liquid support surface is advantageously increased as the concentration increases and the fluidity of the liquid decreases, so as to preserve the continuity of the flow.
By these arrangements, the following conditions are fulfilled, which have been recognized as necessary for obtaining good results: 1) a large evaporation surface; 2) useful heating surfaces at least as large; 3) continuous movement of the liquid to be evaporated; 4) low height of the treated liquid layer; 5) an admission of heat throughout the duration of the evaporation.
An apparatus suitable for carrying out the process according to the invention comprises, in a column connected to a vacuum pump, a flow surface in the form of a helical channel with a flat or substantially flat bottom provided with a common heating means. as the heat directly to the liquid flowing over this bottom.
The pitch of the propeller is tight enough so that part of the heat which is radiated downwards serves to heat the liquid carried by the underlying coil. When the concentration increases to the point of influencing the degree of viscosity of the liquid, for example in the lower part of the apparatus, the pitch of the propeller is progressively increased to increase the slope of the channel in such a way. to maintain as much as possible the constancy of the liquid flow velocity.
The accompanying drawing shows by way of example an embodiment of the apparatus according to the invention.
Fig. 1 is an overall view of the apparatus in vertical section.
Fig. 2 shows a detail on a larger scale.
@ The device shown consists of a carrier cylinder 1
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to which is fixed an outer casing 2 so as to define between them a hermetically sealed evaporation chamber 3. In this chamber is a helical channel 4 which extends from the top to the bottom of the apparatus around the cylinder 1 and is carried by it. This channel is provided with a double bottom and the space 5 included in this double bottom receives, for example, a heating liquid supplied through line 6 and discharged through line 7.
Advantageously, when it is desired to maintain a uniform temperature over the entire height of the device, the helical space 5 is subdivided by radial partitions into a series of compartments each comprising two or three turns for example and each communicating with the pipes 6 and 7 by pipes 8 and 9.
At the upper end of the channel there is a distribution nozzle 10 for the liquid to be concentrated, which is supplied by a reservoir 11 and distributes the liquid in a thin sheet over the entire width of the channel 4. The bottom of the channel. this is flat or slightly wavy so as to have a large contact surface with the liquid. As shown in the drawing the pitch of the propeller increases as the liquid descends, in order to maintain a constant speed despite the slight increase in viscosity which the liquid undergoes by the effect of concentration.
The lower part of the casing forms a reservoir 12 into which the channel 4 emerges, and which can also be connected to tapping receptacles 13.
The casing 2 is advantageously formed of several sections and is closed above by a cover pierced with two pipes, one 14 connected to a vacuum pump and the other 15 serving for the passage of the pipe 16 for supplying the liquid. to concentrate.
The operation of the device is as follows:
An appropriate vacuum being created in the casing 2, the regulating valve 17 is opened and the liquid to be concentrated, contained
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in the supply tank 11 is sucked by the pipe 16, passes through the meter 18 and is discharged by the nozzle 10 in a thin layer over the entire width of the channel 4, the bottom of which is heated by the heating fluid supplied by the pipe 6. During its descent into the channel, the liquid is heated on the one hand by the contact of the bottom which supports it and on the other hand by the radiation from the double bottom of the overlying coil.
The useful heating surface is thus approximately double the evaporation surface, and since the height of the liquid in the channel is very low (a few millimeters) and any stratification of the liquid is prevented by the continuous movement of this, the heating is done quickly, in a uniform and complete manner. The concentration of the liquid gradually increases as it descends at a constant rate as explained above, and the heating ceases as the liquid enters the tank
12. When the latter is filled, the communication is opened with the receptacle 13 which has also previously been placed under vacuum.
With a view to continuous operation, several containers 13 can be connected in turn to the reservoir 12, to be successively filled, then disconnected, ventilated, emptied and put back under vacuum.
Thanks to the large useful heating surface, the low height of the liquid and the continuity of its movement, a very efficient concentration can be obtained using very low temperatures, of the order of 30 to 45 C for example, which in known apparatuses are insufficient to achieve the concentration of liquid on an industrial scale. The method and the apparatus according to the invention are therefore particularly suitable for the treatment of easily spoiled liquids such as fruit juices and milk, while ensuring the preservation of all their flavor, their nutritive properties and their vitamins.
It is understood that the invention is also applicable to other liquids and that it also affords advantages, from the point of view of rapidity and uniformity of concentration, when operates at higher temperatures. He @
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It is also possible to subject the liquid to preliminary heating before introducing it into the concentrator apparatus.
Modifications of construction can be made to the apparatus described without departing from the scope of the invention.
Thus, for example, instead of being heated by a heating fluid, the bottom of the channel can be heated by an electrical resistance.
CLAIMS.
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1.- A method for the concentration of liquids, especially food materials, characterized in that the liquid is spread over an inclined surface and is made to flow in a thin layer along this surface while 'the latter is heated over its entire extent, while the surface of the liquid is subjected to a vacuum.