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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
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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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Agencement des évaporateurs et économie d'énergieArticle inclus dans l'offre
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1. Classification des évaporateurs
On peut distinguer 2 catégories d'évaporateurs :
-
avec ébullition du liquide dans la zone de transfert de chaleur ;
-
avec transfert de chaleur dans l'échangeur sans ébullition du liquide, puis séparation de la vapeur émise dans une zone de moindre pression.
1.1 Évaporateurs avec ébullition du liquide dans la zone d'échange
La plupart des évaporateurs de cette catégorie sont des évaporateurs tubulaires, mais on trouve également des évaporateurs à plaques et à surface raclée . On distingue les évaporateurs « à grimpage » dans lesquels le liquide monte naturellement dans les tubes sous l'effet de l'émission de vapeur, et les évaporateurs « à descendage » où le liquide est alimenté à la partie supérieure de l'évaporateur.
HAUT DE PAGE1.1.1 Évaporateurs tubulaires à grimpage
Ce fut longtemps le type le plus classique d'évaporateurs dans l'industrie alimentaire. Il est également connu sous le nom d'évaporateur « Robert » (figure 1).
Le liquide, sous l'effet de l'échange de chaleur, bout dans les tubes avec ébullition nucléée (cf. [F 3 003] § 2.3.4) et la formation des bulles de vapeur crée un entraînement du liquide vers le haut et donc une circulation naturelle de celui-ci.
La vapeur formée étant la seule force motrice pour l'ascension du film liquide, il convient de signaler que :
-
il est important qu'une ébullition du liquide avec nucléation soit générée dès l'entrée, en bas du tube. Pour cette raison, il faut maintenir un écart de température moyen
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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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