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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)
-
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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Prise en compte du fonctionnement séquentiel d'un évaporateurArticle inclus dans l'offre
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2. Agencement des évaporateurs et économie d'énergie
Afin d'économiser l'énergie consommée pour assurer la concentration des solutions, les évaporateurs sont généralement agencés en multiple effet avec, éventuellement, thermocompression, compression mécanique de vapeur et prélèvement de vapeur pour assurer d'autres besoins dans l'usine.
2.1 Évaporateurs multiple effet
Dans un évaporateur multiple effet, plusieurs corps d'évaporation sont placés en série et la vapeur émise d'un effet devient la vapeur de chauffage de l'effet qui suit. Selon le sens de circulation du liquide et de la vapeur, on parle d'évaporateur à cocourant, si la vapeur et le liquide suivent la même direction, d'évaporateur à contre-courant, si le liquide circule dans le sens contraire de la vapeur ou encore d'évaporateur combiné. Enfin, à ces évaporateurs peuvent être associés des éléments complémentaires comme le prélèvement de vapeur entre les effets et l'ajout d'une thermocompression. Chaque configuration est décrite dans les paragraphes suivants.
HAUT DE PAGE2.1.1 Évaporateurs multiple effet à cocourant
La figure 9 présente le principe d'un évaporateur à cocourant à 3 effets. Par convention, les produits (vapeur ou liquide) entrant dans l'effet i portent l'indice (i – 1) et les produits qui en sortent l'indice i. Soit, par exemple, V0 et L0 pour la vapeur et le liquide entrant dans l'effet 1, et VE1, L1 et C1, pour la vapeur émise, le liquide et le condensat en sortant.
Dans un tel système, il faut noter que la température d'ébullition du liquide est toujours inférieure à celle de la condensation de la vapeur de chauffage de l'autre côté de la paroi. Un profil de pression s'établit donc comme illustré sur la figure 10. Ce profil de pression engendre un profil de température qui est légèrement différent selon que les évaporateurs sont avec ébullition dans la zone de transfert de chaleur (cf. § 1.1...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(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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