CH343365A - Procédé et installation pour concentrer un produit formé d'un liquide de dispersion et de substances solides en solution ou suspension dans ce liquide - Google Patents

Description

  Procédé et installation pour concentrer un produit  formé d'un liquide de dispersion et de substances solides  en     solution    ou suspension dans ce liquide    La présente invention a pour objets un procédé  et une installation pour concentrer un produit formé  d'un liquide de dispersion et de substances solides en  solution et/ou en suspension dans ce liquide.  



  Le procédé selon l'invention est caractérisé en  ce qu'on refroidit le produit au-dessous de la tempé  rature de cristallisation du liquide de     dispersion,    on  agite la masse en vue de contrôler la grosseur des  cristaux qui se forment et d'en empêcher l'agglomé  ration, et on sépare au moins les cristaux les plus  gros du liquide de dispersion du mélange de cristaux  et de liquide, concentrant ainsi le produit d'une  quantité correspondante au liquide éliminé sous forme  de cristaux.  



  Le présent procédé peut être utilisé notamment  pour éliminer au moins partiellement par congélation  l'eau dans les liquides contenant des matières sensi  bles à la chaleur, par exemple pour concentrer des  jus de fruits et de végétaux en général, des solutions  de substances chimiques et notamment de résines,  des produits tels que le café ou le lait, etc.  



  L'invention permet, par exemple, de soumettre  un jus de fruits, notamment d'agrumes, à une congé  lation progressive par étages à des températures per  mettant la formation de fins cristaux de glace faciles  à séparer du jus. Le produit concentré résultant d'une  première congélation peut être soumis, libre de glace  ou ne contenant que de minimes quantités de cris  taux de glace fins, à une nouvelle congélation exé  cutée à une température inférieure à la première.  



  La pulpe qui peut se séparer du jus dans les  premières phases de congélation peut être récupérée  et réintroduite dans le produit concentré une fois         terminée    la concentration par congélation. On obtient  ainsi un produit concentré final dont on n'a rien  retiré à l'exception de l'eau et dont l'eau a été  éliminée sans dommage pour les     vitamines,    les  essences volatiles, le goût, l'arôme, ou d'autres qua  lités du produit traité.  



  L'eau glacée qui se forme par la fusion de la  glace séparée, avec de la pulpe, dans la ou les  premières phases de congélation, et dont la pulpe a  été récupérée par     filtration,    peut être utilisée comme  milieu de réfrigération préalable afin de réduire les  frais de     réfrigération.     



  L'installation pour la mise en     oeuvre    de ce pro  cédé est caractérisée en ce qu'elle comprend une  série de récipients de congélation présentant une       surface    d'échange     thermique    entre un agent réfrigé  rant et le produit à concentrer, lesdits récipients étant  munis d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie  du produit, des moyens pour agiter le liquide dans  lesdits récipients, un tamis pour recevoir le mélange  de cristaux et de liquide déchargé desdits récipients,  des moyens pour mettre en vibration ledit mélange  sur le tamis en vue de faciliter la séparation des cris  taux d'avec le liquide,

   des moyens pour recueillir le  liquide qui traverse ledit tamis et des moyens destinés  à envoyer le liquide ayant traversé le     tamis    dans le  récipient suivant de la série.  



  Dans l'application du procédé à la concentration  des jus de fruits, au lieu d'utiliser une température  très basse et de chercher à abaisser la température  du jus aussi rapidement que possible pour obtenir  un     effet    de congélation maximum, on cherche au  contraire à réaliser une différence relativement faible      entre la température du liquide à concentrer et celle  des milieux réfrigérants et une faible différence éga  lement entre les températures des     différentes    phases  de congélation ; la majeure partie des phases de  congélation peut généralement s'accomplir à des  températures supérieures à -180 C.  



  Un avantage du procédé appliqué à la concen  tration des jus d'agrumes réside dans le fait qu'il  n'est pas nécessaire de renforcer le produit final avec  du jus brut comme il est d'usage courant de le faire  avec du jus d'orange concentré par évaporation dans       le        vide        auquel        on        ajoute        jusqu'à        25        %        de        jus        brut.     La concentration par congélation étagée peut être  poussée très loin sans aucun préjudice pour la qua  lité du jus ;

   le jus concentré peut être ramené à la  concentration du jus naturel par le consommateur  même en l'additionnant de la quantité nécessaire  d'eau. Les substances sensibles à la chaleur ne subis  sent aucune influence thermique au cours de la  concentration.  



  Le dessin annexé représente, à titre d'exemple,  une forme d'exécution de l'installation pour l'exécu  tion du procédé selon l'invention, appliqué à la con  centration continue et graduelle de jus bruts.  



  La     fig.    1 en est une vue schématique d'ensemble.  La     fig.    2 représente un dispositif de     conmmande     automatique électrique de l'installation, et  la     fig.    3 est une vue de détail d'une vanne de  décharge des récipients congélateurs.    L'installation représentée permet de régler les  conditions de congélation et d'agitation de façon  qu'il n'y ait qu'une différence relativement minime  entre le point de     formation    de la glace de la solution  et la température du milieu réfrigérant, par exemple  une différence     d'environ    3 degrés.  



  On évite ainsi la formation d'une glace qui  entraîne des substances solides par occlusion, se  congèle en gros conglomérats et empêche une nette  séparation de la glace et du liquide.  



  Lorsqu'il n'y a qu'une différence relativement  faible entre le point initial de formation de la glace  de l'eau de la solution et la température maintenue  dans le récipient par le milieu réfrigérant, la transfor  mation de l'eau en glace s'accomplit dans un espace  de temps pendant lequel le point de formation de la  glace de la solution s'abaisse à peu prés à la tempé  rature imposée à la solution dans le récipient et la  formation de la glace s'arrête, l'espace de temps étant  déterminé par la quantité de chaleur transmise au  milieu réfrigérant.  



  Cette transmission de chaleur peut se produire  même avec de faibles différences de température, à  condition que l'on maintienne un     rapport    entre la  surface réfrigérante et le volume du liquide d'environ  0,0929 m' de surface pour 4,5 à 6,8 litres de liquide.  



  Si l'on maintient ce     rapport    à peu près constant,  l'espace de temps susmentionné, par exemple de 12    à 20 minutes, demeure pratiquement constant quelle  que soit la quantité de liquide que l'on traite.  



  En même temps que se produit une transmission  uniforme de chaleur, on effectue une agitation qui a  pour effet de détacher toute glace tendant à adhérer  aux parois froides des récipients. Cette glace se  détache au fur et à mesure de sa formation. La  glace ainsi détachée sert alors à amorcer la formation  d'autres cristaux dans toute la masse du liquide con  tenu dans le récipient.  



  L'agitation a en outre pour effet d'empêcher la  formation de gros cristaux et de provoquer, au con  traire, la formation de fins cristaux de glace pure.  Elle empêche aussi les cristaux ainsi formés de flotter  à la surface du liquide où ils pourraient s'agglomérer  et se souder ensemble en une masse compacte de  glace dans laquelle du jus serait occlus.  



  En se référant maintenant au dessin, 1 désigne  un réservoir d'alimentation pour le jus brut ; ce  réservoir est maintenu à une température d'environ  1     o    C par une circulation d'eau glacée préalablement  refroidie par de la glace, amenée par une conduite 3  dans une chemise 2 d'où elle ressort par une con  duite 4.  



  Un couvercle 5 ferme le réservoir 1 au-dessus du  jus brut et on peut si on le désire éliminer l'air et  prendre toute autre mesure appropriée pour pré  server le jus de toute contamination et de toute action  bactériologique ou     enzymique.    L'eau glacée est  fournie par la glace fondante 6 recueillie dans un  bac 7.  



  Le réfrigérant passe en 8 dans un serpentin et  un tube 9, une vanne 10, un tube 11, une pompe 12,  une vanne 13 et un tube 14 pour monter par la  conduite 3 dans la chemise 2. 16 désigne un robinet  de purge. L'eau glacée utilisée peut être envoyée à la  machine frigorifique pour servir à la condensation ou  être utilisée autrement comme moyen de refroidis  sement.  



  Le réservoir 1 est muni d'un tuyau de décharge  17     fermé    par une vanne 18 commandée électrique  ment. Chacune des vannes commandées électrique  ment, parmi lesquelles la vanne 18, est reliée à une  minuterie de commande 19 qui est commandée par  un moteur. Le jus est déchargé par le tuyau 19a à  une température d'environ +     P    C dans le réservoir  20 qui est entouré d'une chemise de réfrigération 21  reliée à une source de réfrigérant et isolée en 22.  Les autres réservoirs sont construits de façon iden  tique. Le dispositif de réfrigération n'est pas repré  senté.  



  Dans chacun des réservoirs il y a un agitateur mu  par un moteur et qui comprend une poulie 23, un  arbre vertical 24 et des pales verticales et horizon  tales 25 et 26.  



  Afin de faciliter la décharge de la glace et empê  cher le produit déchargé de se congeler, la trémie de  décharge 27 n'est pas réfrigérée. Elle se trouve par  conséquent à une température plus élevée. De même,  le tuyau de décharge 28 commandé par la vanne 29      n'a pas de réfrigération. La vanne 29 est commandée  par l'entremise d'un dispositif de bielles par un solé  noïde 29a.  



  L'agitateur à hélice 20a a un pas de     18,1.    Il est  commandé par un arbre qui tourne dans l'alésage  de l'arbre creux 20b du     râcleur    destiné à maintenir  libres de glace les parois du réservoir 20. L'agitateur  à hélice 20a tourne     dextrorsum    à une vitesse de 600  à 800 tours par minute, tendant à faire circuler le  liquide de bas en haut et le racleur 20b tourne     senes-          trorsum    à une vitesse d'environ 125 tours par minute.  



  Une trémie collectrice 30 alimente une pompe 37  par une conduite 31 et un réservoir collecteur 31a.  Cette pompe travaille de façon à peu près continue  car il y a toujours l'un des réservoir en décharge.  



  La trémie 30 reçoit une masse de liquide con  tenant de la glace non séparée qui passe à travers  un tamis vibrant 32 et un tuyau 33. La glace séparée  est déchargée du tamis 32 dans un réservoir 34 où  elle fond. Un filtre 35 sépare la pulpe du fruit de  l'eau glacée. La pulpe est dirigée sur la conduite  d'évacuation 60 pour être mélangée au jus déshy  draté. Le jus partiellement déshydraté est pompé  dans la conduite de refoulement 37a, passe par la  vanne 37b dans la conduite 38 pour alimenter en  jus de première concentration le réservoir 39.  



  Le jus fourni au réservoir 39 est mis en contact  intime avec des cristaux de glace et ainsi ensemencé,  ce qui facilite la formation rapide de nouveaux cris  taux de glace. Le jus passe du réservoir 39 par la  vanne 40 au tamis 41. Ce tamis 41 permet d'éliminer  de gros cristaux de glace. Le jus partiellement déshy  draté et les cristaux de glace non séparés sont  ensuite envoyés comme dans l'opération précédente,  par le tuyau 31 et le réservoir collecteur 31a à la  pompe 37 et de là par la conduite 42, et la vanne  43 au troisième réservoir 44 d'où il passe de nouveau  par une vanne 45 au troisième tamis 46.  



  Après avoir été tamisés, le jus et les cristaux non  séparés passent par la conduite 47, la trémie 30, la  conduite 31 et le réservoir collecteur 31a à la pompe  37. Cette dernière pompe le jus et les cristaux par la  vanne 48 et la conduite 49 dans le quatrième réser  voir 50.  



  Le jus concentré passe ensuite par la vanne 51  au tamis 52. Après tamisage, le jus passe par la con  duite 53 de la même façon que précédemment à la  pompe 37 qui le refoule par la vanne 54 et la con  duite 55 dans le réservoir final 56.  



  Le jus concentré et les nouveaux cristaux qui s'y  sont formés passent par la vanne 57 au tamis 58 et  de là par la vanne 59 et la conduite 60 à un mélan  geur 61 où l'on ajoute au jus la pulpe provenant de  la première phase. Le mélange concentré est ensuite  envoyé au point d'emballage final.  



  Les cristaux de glace séparés du jus aux tamis  41, 46, 52 et 58 sont recueillis dans un réservoir 62  et passent par une conduite 63 au réservoir 7.  



  Chaque fois que le jus parvient dans son réservoir  de congélation respectif, on le soumet pendant un cer-    tain temps à une nouvelle congélation afin de produire  une nouvelle récolte de cristaux de glace pure ; la  durée de chaque phase de congélation est juste suf  fisante pour abaisser le point de congélation de la  solution à peu près à la température qui règne dans  le réservoir en question. A chaque étape les gros  cristaux sont séparés par le tamis.  



  Le produit final peut être expédié sous forme  congelée, auquel cas il est réfrigéré ; il peut être  aussi emballé et conservé sans réfrigération si la con  centration dépasse 60 pour cent.  



  Le sucre permet de conserver le jus à la tempé  rature ambiante pendant une période de temps très  étendue. Il est clair que l'on prend les précautions  sanitaires nécessaires pour empêcher l'action des  enzymes ou celle des bactéries et toute autre action  qui puisse détériorer le produit.  



  Le procédé, exécuté à l'aide de l'installation  décrite, est continu et fournit de manière très rapide  un jus déshydraté. La formation de glace est extrê  mement rapide, les cristaux sont relativement uni  formes et fins ; ils entraînent très peu de jus avec  eux, en pratique moins d'un demi pour cent.  



       Etant    donné que le jus brut peut être amené de  façon continue au réservoir d'alimentation, ou par  intervalles, il est possible de maintenir une alimen  tation continue du premier réservoir, à volonté, de  sorte que tous les     réservoirs    de l'installation sont  toujours en travail ; quant à la pompe qui est com  mune à tous les réservoirs, elle travaille toujours de  façon qu'il n'y ait aucune     perte    de glace ou d'eau  glacée mais que la totalité de l'une et de l'autre soit  utilisée pour la réfrigération du jus.    <I>Conditions de congélation.</I>  



  Le réservoir 20 est réfrigéré de façon que le jus  qu'il reçoit à     -I-    1     ()    C du     réservoir    1 soit refroidi  d'environ     3(l    C au-dessous de la température critique  de congélation ou du point de formation de la glace.  



  Chaque étape     succesive    de congélation est ensuite  exécutée à     30C    au-dessous de l'étape précédente. Le  milieu réfrigérant est maintenu pour chaque réservoir  à une température de 30 C inférieure à -celle du jus  contenu dans ledit réservoir.

   Deux exemples typiques  de la façon de procéder sont donnés ci-après  
EMI0003.0015     
  
    <I>Exemple <SEP> I <SEP> - <SEP> Jus <SEP> d'orange</I> <SEP> à <SEP> 12 <SEP> % <SEP> <I>de <SEP> solides.</I>
<tb>  Point <SEP> initial <SEP> de <SEP> formation <SEP> de <SEP> la <SEP> glace<B>:

  </B> <SEP> - <SEP> 7, <SEP> C.
<tb>  réfrigérant <SEP> à
<tb>  1<B>-</B> <SEP> réservoir <SEP> - <SEP> jus <SEP> à <SEP> - <SEP> 5,, <SEP> C <SEP> - <SEP> <B>80C</B>
<tb>  réfrigérant <SEP> à
<tb>  2t@ <SEP>   <SEP> - <SEP>   <SEP> à <SEP> - <SEP> 8,,C <SEP> -11 C
<tb>  réfrigérant <SEP> à
<tb>  3" <SEP>   <SEP> - <SEP>   <SEP> à <SEP> -11#C <SEP> -14,,C
<tb>  réfrigérant <SEP> à
<tb>  41- <SEP>   <SEP> - <SEP>   <SEP> à <SEP> - <SEP> 14,, <SEP> C <SEP> -17, <SEP> C
<tb>  réfrigérant <SEP> à
<tb>  5@' <SEP>   <SEP> - <SEP>   <SEP> à <SEP> -17 C <SEP> -19 C       
EMI0004.0001     
  
    <I>Exemple <SEP> II <SEP> - <SEP> Vinaigre <SEP> de <SEP> cidre <SEP> à <SEP> 10</I> <SEP> % <SEP> <I>de <SEP> solides.</I>
<tb>  Point <SEP> initial <SEP> de <SEP> formation <SEP> de <SEP> la <SEP> glace<B>:

  </B> <SEP> 0  <SEP> C.
<tb>  réfrigérant <SEP> à
<tb>  1 <SEP> - <SEP> réservoir <SEP> - <SEP> jus <SEP> à <SEP> - <SEP> 3  <SEP> C <SEP> - <SEP> <B>6n <SEP> C</B>
<tb>  réfrigérant <SEP> à
<tb>  21 <SEP>   <SEP> - <SEP>   <SEP> à <SEP> - <SEP> 6"C <SEP> - <SEP> 9oC
<tb>  réfrigérant <SEP> à
<tb>  3,  <SEP>   <SEP> - <SEP>   <SEP> à <SEP> - <SEP> 9  <SEP> C <SEP> - <SEP> 11o <SEP> C
<tb>  réfrigérant <SEP> à
<tb>  4" <SEP>   <SEP> - <SEP>    <SEP> à <SEP> -11C <SEP> -14oC
<tb>  réfrigérant <SEP> à
<tb>  51 <SEP>   <SEP> - <SEP>   <SEP> à <SEP> - <SEP> 14" <SEP> C <SEP> - <SEP> 17,, <SEP> C       Les liquides     différents    ont des points initiaux de  congélation     différents    de sorte qu'on doit établir un  tableau des températures pour chaque produit à trai  ter.

   Diverses températures auxquelles les cristaux de  glace peuvent se former peuvent être utilisées dans  chacun des réservoirs ou dans tous.  



  Une agitation typique est produite en faisant  tourner les pales du racleur à<B>125</B> tours par minute  et les pales de l'hélice à une vitesse de 600 à 800  tours par minute. Ces vitesses peuvent varier selon  les dimensions du réservoir et la nature du produit  à traiter.  



  Pour transporter la glace d'un réservoir à un  autre, on peut utiliser un dispositif approprié qui  n'est toutefois pas représenté. On a trouvé qu'il était  souhaitable de choisir le réservoir spécial qui doit  alimenter tous les autres     réservoirs    suivant les con  ditions d'amorçage et le type du liquide à traiter.  Il peut être avantageux sous certaines conditions  d'avoir un     contrecourant    de glace. Mais l'un des  avantages particuliers du procédé décrit réside dans  la très rapide congélation par l'agitation.

Claims (1)

1. REVENDICATION 1 Procédé pour concentrer un produit formé d'un liquide de dispersion et de substances solides en solution et/ou en suspension dans ce liquide, carac térisé en ce qu'on refroidit le produit au-dessous de la température de cristallisation du liquide de dis persion, on agite la masse, en vue de contrôler la grosseur des cristaux et d'en empêcher l'agglomé ration, et on sépare au moins les cristaux les plus gros du liquide de dispersion du mélange de cristaux et de liquide, concentrant ainsi le produit d'une quan tité correspondant au liquide éliminé sous forme de cristaux. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Procédé suivant la revendication I, pour con- contrer un produit aqueux, caractérisé en ce qu'on refroidit le produit jusqu'à ce que l'eau éliminée sous forme de glace concentre le liquide dans une mesure telle que sa température de congélation soit approximativement égale à celle de l'agent réfri gérant, on agite la masse, on élimine les cristaux les plus gros, on soumet ainsi le produit concentré con tenant les cristaux non éliminés à une nouvelle con- gélation à une température plus basse, on agite encore,

   on sépare de nouveau les cristaux et on répète l'opération en appliquant pour chaque congélation une température plus basse que pour la précédente jusqu'à l'obtention de la concentration voulue. 2. Procédé suivant la revendication I et la sous- revendication 1, caractérisé en ce qu'on soumet le produit à des congélations successives à des tem pératures abaissées chaque fois d'un nombre de degrés sensiblement égal, en mettant le produit en contact avec une surface réfrigérante d'au moins 0,093 m# pour 4,5 litres de produit à traiter et en maintenant une faible différence approximativement constante entre la température de congélation du produit et celle du milieu réfrigérant dans les diffé rentes phases,

   on agite le produit à chaque phase et on élimine les cristaux de glace à chaque phase avant de faire passer le produit partiellement déshydraté à la phase suivante. 3. Procédé suivant la revendication I et la sous- revendication 2, caractérisé en ce que pour chaque phase de congélation on maintient entre l'agent ré frigérant et le produit traité une différence de tem pérature d'environ 3 C, la température du produit dans chaque phase suivant la première étant appro ximativement égale à la température de l'agent ré frigérant dans la phase précédente. 4.

   Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soumet le produit pendant chaque phase de congélation simultanément à une agitation à faible vitesse dans un sens et à une agitation à grande vitesse dans le sens opposé. 5. Procédé suivant la revendication 1, pour con centrer des produits, notamment des jus de végétaux, contenant des substances solides dissoutes et non dis soutes, caractérisé en ce qu'on sépare, en même temps que les cristaux du liquide de dispersion, les substances solides non dissoutes, on soumet succes sivement la solution restante à une série de congé lations à des températures chaque fois plus basses avec séparation subséquente de cristaux du milieu de dispersion jusqu'à l'obtention d'une concentration prédéterminée du liquide,

   et finalement on ajoute et mélange à la solution ainsi concentrée les substances non dissoutes séparées auparavant. 6. Procédé suivant la revendication I, pour con centrer des jus d'agrumes, caractérisé en ce qu'on refroidit le jus contenant la pulpe et des substances solides dissoutes au-dessous de la température de con gélation dudit jus par échange de chaleur avec un agent réfrigérant dont la température est d'environ 3o C inférieure à la température initiale de formation de la glace dans ledit jus, on agite le jus jusqu'à ce que la température de formation de la glace dans ledit jus ait été abaissée à peu près à la température de l'agent réfrigérant, on sépare par tamisage les cristaux de glace les plus gros et la pulpe,

   on re- cueille lesdits cristaux et la pulpe dans un récipient où on fait fondre la glace, on filtre la pulpe de l'eau glacée, on soumet le jus partiellement déshydraté avec les fins cristaux de glace qu'il contient encore après tamisage à une nouvelle congélation à une tempé rature plus basse d'environ 31, C par échange ther mique avec un agent réfrigérant dont la température est d'environ 31, C inférieure à la température initiale de formation de la glace du jus partiellement déshy draté, on sépare des cristaux de glace, on répète ces opérations de congélation et de séparation de cris taux de glace en soumettant le jus, dont la concen tration augmente, à des températures chaque fois plus basses d'environ 30 C,

   et finalement on mélange au jus concentré la pulpe retirée lors de la première phase de congélation. 7. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'on soumet après chaque congélation la masse de liquide et de cristaux à une action vibratoire sur un tamis pour faciliter la séparation des cristaux.

   REVENDICATION II Installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication I, caractérisée en ce qu'elle comprend une série de récipients de congélation pré sentant une surface d'échange thermique entre un agent réfrigérant et le produit à concentrer, lesdits récipients étant munis d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie du produit, des moyens pour agiter le liquide dans lesdits récipients, un tamis pour re cevoir le mélange de cristaux et de liquide déchargé desdits récipients, des moyens pour mettre en vibra tion ledit mélange sur le tamis en vue de faciliter la séparation des cristaux d'avec le liquide,

   des moyens pour recueillir le liquide qui traverse ledit tamis et des moyens pour envoyer le liquide ayant traversé le tamis dans le récipient suivant de la série. SOUS-REVENDICATIONS 8. Installation suivant la revendication II, carac térisée en ce qu'elle comprend une série de récipients de congélation du type susdit agencés de façon à pouvoir appliquer au liquide passant successivement de l'un à l'autre des températures chaque fois plus basses, des moyens, disposés en regard du premier récipient de la série, pour recueillir séparément le mélange de cristaux de liquide de dispersion et de matières solides non dissoutes restant sur le tamis et provenant du produit traité dans ce premier récipient, et des moyens, disposés en regard des autres réci pients,

   pour recueillir les cristaux de liquide de dis persion restant sur le tamis et en provenance desdits autres récipients. 9. Installation suivant la revendication II, carac térisée en ce que les moyens d'agitation du liquide dans les récipients de congélation comprennent un agitateur à hélice tournant à grande vitesse dans un sens et un agitateur à pales tournant à faible vitesse dans l'autre sens, coaxialement au premier.