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RÉSUMÉ
En industrie alimentaire, une étape intermédiaire de concentration par évaporation est souvent nécessaire pour transformer les produits. Il existe plusieurs types d'évaporateurs qui permettent de réaliser une telle opération. Pour une utilisation optimale de ces outils, il est indispensable d'avoir, outre la connaissance des principes physiques de l'évaporation, une bonne maitrise des caractéristiques et du fonctionnement de telles machines. Cet article présente les deux principaux types d'évaporateurs en détaillant leurs caractéristiques et leur principe de fonctionnement. Les principaux modes d'agencement des évaporateurs sont également abordés, ainsi que les économies d'énergie réalisées. Enfin, des cas pratiques dans l'industrie agroalimentaire (lait, jus de fruit, alcool, etc.) sont expliqués afin d'avoir des exemples de choix effectués en fonction des produits utilisés et des contraintes.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Martine DECLOUX : Professeur de génie des procédés à AgroParisTech
-
Bernard RÉMOND : Responsable R&D Évaporation - GEA Process Engineering France
INTRODUCTION
La première partie de cet exposé sur l'évaporation [F 3 003] a repris les principes généraux, en particulier la détermination des données utiles à l'écriture des bilans. Cette seconde partie [F 3 004] décrit l'agencement des évaporateurs afin d'économiser l'énergie, la nécessité de prendre en compte le fonctionnement séquentiel des évaporateurs, quelques exemples d'application et, pour conclure, les questions à se poser lorsque l'implantation d'un nouvel évaporateur est envisagée.
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3. Prise en compte du fonctionnement séquentiel d'un évaporateur
3.1 Nécessité de considérer le cycle de production dans la conception de l'évaporateur
La capacité nominale d'une installation doit être déterminée en tenant compte des temps de marche effectifs et des temps morts de production (démarrages, lavage, maintenance). En particulier, il ne faut pas négliger les temps de démarrage et de mise en régime. On notera au passage que certaines installations sont directement démarrées sur le produit alors que certains procédés demandent une stabilisation sur l'eau, voire un lavage et une décontamination bactérienne, avant de passer au produit. Ce sont les contraintes propres à chaque produit et à chaque procédé qui déterminent le mode de démarrage. Il n'est pas rare que la durée de la procédure de démarrage (mise sous vide, chauffage, lavage, stabilisation des débits et températures) dépasse 3 h.
Enfin, il ne faut pas oublier la réduction de débit évaporatoire éventuellement subie, en cours de production, du fait de l'encrassement.
On aura compris tout l'intérêt de prolonger le cycle de production afin de réduire la taille et donc l'investissement en matériel (évaporateur lui-même, mais aussi l'ensemble des utilités). Cette quête de l'encrassement minimal est en droite ligne avec la nécessité de réduire les effluents à la source (pertes de produits, produits de nettoyage).
HAUT DE PAGE3.2 Conséquence de l'encrassement
Lors du chauffage et de la montée en concentration, des réactions complexes ont lieu au sein du produit mais aussi sur la surface d'échange. Cela peut conduire à la formation d'une couche d'encrassement qui, comme nous l'avons vu en [F 3 003] § 2.3, entraîne une baisse du coefficient d'échange global. En fonction du mode de régulation, cette dégradation du transfert thermique, qui est synonyme de baisse du rendement énergétique, se traduit par :
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une augmentation de l'écart...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DECLOUX (M.), RÉMOND (B.) - Évaporation. Agencement des évaporateurs et applications. - [F 3 004] Base documentaire «Agroalimentaire» (2009).
-
(2) - VASSEUR (J.) - Séchage : principe de calcul d'appareil. Séchage convectif par air chaud. - [J 2 451], [J 2 452] Base documentaire « Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique » (2009).
-
(3) - ARLABOSSE (P.) - Séchage : aspects pratiques. - [J 2 455] Base documentaire « Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique » (2008).
-
(4) - Diagrammes de l'air humide. - [Ann. J 2 451], [Ann. J 2 452], [Ann. J 2 453] (2009).
ANNEXES
ALI ADIB (T.), VASSEUR (J.) - Bibliographic analysis of predicting heat transfer coefficients in boiling for applications in designing liquid food evaporators. - Journal of Food Engineering, p. 149-161 (2008).
AUZENET (E.), CLERC-RENAUD (M.) - Pompes à chaleur. Systèmes à compression de vapeur. - [BE 9 620] Éditions TI, Techniques de l'Ingénieur, base documentaire « Génie énergétique » (2005).
AUZENET (E.), CLERC-RENAUD (M.) - Pompes à chaleur. Application et systèmes particuliers. - [BE 9 621] Éditions TI, Techniques de l'Ingénieur, base documentaire « Génie énergétique » (2006).
BENAICHE (J.) - Jus d'orange concentré : extraction et conservation. - [F 6 280] Éditions TI, Techniques de l'Ingénieur, base documentaire « Agroalimentaire » (2001).
BERTIN - * - Thermocompresseurs multituyères. Documentation interne.
BIMBENET (J.-J.), DUQUENOY...
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