Génie des procédés appliqués à l'industrie laitière

Sommaire et contenu du livre "Génie des procédés appliqués à l'industrie laitière"

Table des matières

Avant-propos VII
Symboles..................................................................................................... IX
Abréviations XII
Chapitre 1
Quelques notions importantes concernant les transferts,
bilans et équilibres
1. Transferts par conduction................................................. 5
1.1. Transferts de chaleur: loi de Fourier 5
1.1.1. Établissement du régime stationnaire dans une plaque
infinie................................................................................... 6
1.1.2. Transfert de chaleur dans une plaque infinie en régime
stationnaire........................................................................... 8
1.1.3. Transfert de chaleur dans une plaque composite
en régime stationnaire.......................................................... 8
1.1.4. Transfert de chaleur dans un tube en régime stationnaire... 9
1.1.5. Transfert de chaleur en régime non stationnaire Il
1.2. Transferts de matière: loi de Fick 12
1.2.1. Établissement du régime stationnaire: transfert de matière
dans une plaque infinie en régime transitoire...................... 16
1.2.2. Transfert de matière dans une plaque infinie
en régime stationnaire.......................................................... 17
1.3. Transferts de quantité de mouvement............................................. 18
1.3.1. Loi de Newton 18
1.3.2. Application au calcul des écoulements dans les conduites
en régime lan1inaire 20
1.3.2.1. Écoulement dans un canal plein à section
rectangulaire........................................................... 21
1.3.2.2. Écoulement dans une conduite cylindrique:
loi de Poiseuille 23
2. Transferts en mode convectif........ 25
2.1. Introduction à la similitude géométrique et physique:
l'expérience de Reynolds.......... 25
2.2. Intérêt de la sin1ilitude 26

2.3.
Similitude totale ....
2.4.
Similitude partielle.......................................................................... 30

2.4.1.
Invariants de similitude dans le domaine de la dynamique. 30

2.4.2.
Invariants de similitude et transferts de chaleur 32

2.4.3.
Invariants de similitude et transferts de matière.................. 34

2.5.
Analyse dimensionnelle 34

2.5.1.
Théorème 1t.......................................................................... 34

2.5.2.
Déplacement d'une sphère dans un fluide sous l'action
d'une force.............................................................. 35

2.5.3.
Perte de charge dans une conduite cylindrique ou
rectangulaire 36

2.5.4.
Détermination des coefficients de transfert de chaleur 39

3.
Exercices 40

3.1.
Parois d'échange de chaleur 40

3.2.
Viscosimétrie ­................................... 40

3.3.
Chauffage de lait par tube à passage de courant (TPC) 41

3.4.
Congélation de produits laitiers 45

Chapitre 2

Traitements thermiques

1.
Cinétiques de destruction microbienne et d'inactivation enzymatique.. 49

.1.1.
Cinétique de destruction microbienne à température constante......... 49

1.2.
Influence de la température sur la cinétique de destruction
microbienne..................................................................................... 51

1.3.
Cinétique d'altération des constituants à température constante.... 54

1.4.
Traitements thermiques à température variable... 57

2.
Mise en œuvre des traitements thermiques 59

2.1.
Objectifs..................................... 59

2.1.1.
Pasteurisation 59

2.1.2.
Stérilisation 61

2.2.
Traitement en vrac............................... 62

2.2.1.
Système discontinu 63

2.2.2.
Système continu................................................................... 63

2.2.2.1.
Dimensionnement d'un échangeur de chaleur
à contre-courant................... 64

2.2.2.2.
Nombre d'unités de transfert.................................. 65

2.2.2.3.
Cas particulier des zones de récupération 66

2.2.2.4.
Dimensionnement d'un échangeur de chaleur
à co-courant 67

2.2.3.
Matériel.............................................................. 68

2.2.3.1.
Pasteurisation 68

2.2.3.2.
Stérilisation 70

2.3.
Traitement après conditionnement.................................................. 72

3.
Exercices 74

3.1.
Pasteurisation de lait écrémé........................................................... 74

3.2.
Stérilisation de lait de consommation............................................. 77

Chapitre 3

Décantation et filtration

1.
Décantation 81

1.1.
Loi de Stokes 81

1.2.
Décantation sous l'action de la pesanteur....................................... 83

1.2.1.
Séparation de particules en milieu liquide en décanteur
horizontal............................................................................. 83

1.2.2.
Cas du décanteur oblique 84

1.2.3.
Séparation de liquides non miscibles 85

1.3.
Décantation centrifuge 86

1.3.1.
Écrémage du lait 86

1.3.2.
Cyclones 90

2.
Filtration tangentielle.............................................................................. 92

2.1.
Lois de transfert de solvant............................................................. 93

2.1.1.
Loi de Darcy 93

2.1.2.
Modèle du film 95

2.2.
Lois de transfert de solutés -Sélectivité......................................... 96

2.2.1.
Exclusion stérique -Loi de Ferry....................................... 96

2.2.2.
Exclusion ionique 99

2.3.
Influence des paramètres de filtration............................................. 101

2.4.
Dimensionnement des installations 104

2.4.1.
Calcul des surfaces de filtration 104

2.4.2.
Puissance installée 107

2.4.2.1
Module tubulaire (rayon R, longueur L) 107

2.4.2.2
Module à plaques ou spirales (distance entre
plaques 2e, longueur L, largeur 1) 107

2.5.
Diafiltration 108

2.6.
Composition des fractions obtenues 110

3.
Exercices 110

3.1.
Clarification de lactosérum doux en décanteur horizontal............. 110

3.2.
Clarification de lactosérum doux en décanteur centrifuge 111

3.3.
Ultrafiltration de lait écrémé........................................................... 112

3.4.
Obtention de fraction protéique purifiée par diafiltration 114

Chapitre 4

Concentration par évaporation

1.
Évaporation simple effet.......................................... 118

1.1.
Principe... 118

1.2.
Production de vide 120

1.2.1.
Condensation par mélange eau-vapeur................................ 120

1.2.2.
Condensation par échangeur................................................ 122

2.
Réduction de la consommation d'énergie 123

2.1.
Évaporation multiple effet 123

2.2.
Thermocompression.................................................. 124

2.3.
Recompression mécanique des vapeurs.......................................... 128

3.
Éléments de dimensionnement des évaporateurs 130

3.1.
Surfaces d'évaporation.................................................................... 130

3.2.
Pertes de charge 131

3.3.
Temps de séjour 132

4.
Exercices 135

4.1.
Concentration par évaporation de lactosérum doux 135

4.2.
Refroidissement d'un concentré par détente 136

Chapitre 5

Séchage

1.
Psychrométrie 138

2.
Construction du diagramme enthalpique de l'air humide 140

3.
Propriétés du diagramme enthalpique 143

3.1.
Séchage par entraînement 143

3.2.
Mélange d'airs 144

4.
Cinétiques de séchage............................................................................. 146

5.
Exercices 147

5.1.
Isolation d'une tour de séchage 147

5.2.
Séchage de lactosérum doux de pâte pressée cuite 150

Chapitre 6

Agitation et mélange

1.
Choix technologique d'un système d'agitation mélange 158

1.1.
Classification usuelle des mobiles d'agitation......................... 158

1.2.
Paramètres opératoires à prendre en compte
pour définir le système d'agitation 160

1.2.1.
Vitesse d'agitation et chicanage de la cuve 160

1.2.2.
Position et nombre d'étages d'agitation......................... 161

1.2.3.
Incorporation de gaz....................................................... 162

1.2.4.
Transfert de chaleur........................................................ 163

1.2.5.
Cavitation 165

1.2.6.
Géométrie des fonds de cuve 165

2.
Modélisation d'un procédé de mélange par essais sur maquette
et analyse dimensionnelle........................ 165

2.1.
Intérêt et terminologie................ 165

2.2.
Étude de deux cas résolus 167

2.2.1.
Temps de mélange de deux fluides miscibles
aux propriétés physiques identiques............................... 167

2.2.2.
Temps de réhydratation d'une poudre laitière 174

3.
Exercice: dimensionnement du système d'agitation d'une cuve
mécaniquement agitée...................................... 177

3.1.
Analyse dimensionnelle de la puissance consommée 177

3.2.
Établissement d'une relation de procédé 178

Bibliographie.............................................................................................. 183

Annexes.. 185

Index ....if...................................................................................................... 193