L’équipement de stérilisation UHT à ultra-haute température est largement utilisé. Ces dernières années, certains défauts de conception dans ces équipements ont entraîné une instabilité des performances de production ou des problèmes de qualité des produits. Ces défauts concernent principalement une capacité de traitement insuffisante, une température de stérilisation instable et une vitesse accrue d’entartrage et de cokéfaction. Cet article les analyse en détail.

1 Problèmes de procédé

Le procédé des machines de stérilisation est déterminé en fonction des paramètres du processus de production, et les exigences de procédé comme les étapes de production ne peuvent pas être complètement identiques. Le bon procédé détermine les performances de l’équipement de stérilisation ; par conséquent, la détermination de la meilleure route de procédé de l’équipement est la première étape de la conception des éléments clés du mécanisme de stérilisation. Une fois le flux de procédé déterminé, il faut concevoir et calculer selon ce flux. Certains procédés trop simples ou trop encombrants peuvent poser de nombreux problèmes à la production, par exemple le problème de l’utilisation multiple d’une même machine, qui nécessite de prendre en compte la taille et les court-circuits, ce qui peut facilement provoquer une instabilité du contrôle ou accélérer l’entartrage et la cokéfaction ; un bon flux de procédé doit non seulement avoir le bon sens d’écoulement, mais aussi indiquer le diamètre nominal (ou le diamètre) de tous les vannes, pompes, instruments et conduites du procédé. Le plus important est que les paramètres de température à l’entrée et à la sortie du matériau traversant l’échangeur thermique doivent être indiqués avec précision. La base de ces calculs peut être utilisée pour réduire les erreurs lors des calculs de procédé.

2 Problèmes de matière

Il existe une grande variété de matières et de nombreux matériaux similaires. Le choix de l’équipement de stérilisation approprié en fonction de la matière est un point clé. La teneur en matière sèche et la viscosité du matériau, l’existence ou non de changements chimiques pendant le processus de stérilisation, ainsi que le degré d’entartrage et de cokéfaction durant la stérilisation sont autant d’éléments à prendre en compte lors du choix du type de machine de stérilisation. Par ailleurs, il convient de noter que si la stérilisation UHT à plaques permet d’obtenir la stérilisation recherchée, l’équipement de stérilisation UHT tubulaire peut également être utilisé.

Capacité de traitement insuffisante

Le manque de capacité de production est principalement dû au calcul d’une surface d’échange thermique trop faible du stérilisateur, et cette surface trop faible provient le plus souvent d’une valeur excessivement élevée du coefficient de transfert thermique, ce qui constitue la raison la plus courante de la réduction de la surface d’échange thermique. Le fluide de chauffage de l’équipement de stérilisation UHT à ultra-haute température est de l’eau surchauffée. Il existe une différence entre l’eau surchauffée et la vapeur. En tant que fluide de chauffage, le coefficient de transfert thermique de l’eau surchauffée se situe généralement entre 1200 et 1400 kcal/m²·h·°C, il ne doit donc pas être trop élevé. Les propriétés de la matière ont un impact significatif sur l’efficacité du transfert de chaleur ; si le matériau est idéalisé lors de la conception, il en résultera une surface trop faible. L’effet bactéricide ne doit pas être évalué uniquement à partir de la surface de stérilisation, mais doit être confirmé par des essais de production afin de répondre aux besoins de production et d’être convaincant.

4. Prévenir les fluctuations de température
Pendant le processus de stérilisation, la température de stérilisation et la concentration d’alimentation doivent rester stables. Premièrement, la température d’alimentation doit être stable ; deuxièmement, le liquide d’alimentation doit être homogène avant et après, ce qui constitue une condition de stabilité de la température de stérilisation. Lorsque la température de stérilisation est insuffisante, cette partie du liquide doit retourner au cylindre d’alimentation, et la température de ce liquide doit être proche de celle du liquide brut afin de maintenir la stabilité de la température de stérilisation. Pour stabiliser cette température, une vanne à siège incliné peut être installée derrière la vanne de régulation d’entrée de vapeur, comme indiqué à la figure 1.
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Figure 1 Contrôle de la température de chauffage à l’aide d’une vanne angulaire

Fig. 1 Utilisation d’une vanne à siège incliné pour contrôler la température de chauffage

5 Problèmes de nettoyage

La machine de stérilisation doit être nettoyée pendant le processus de production, et l’intervalle de nettoyage peut varier selon la matière. Le meilleur procédé de nettoyage et la durée de l’intervalle doivent être déterminés en fonction de la matière spécifique. Dans le même temps, le nettoyage doit être complet, ou bien la machine de stérilisation doit être démontée régulièrement pour inspection par échantillonnage. Si le nettoyage n’est pas complet, cela affecte non seulement la stabilité de la température de stérilisation, mais entraîne aussi des produits non conformes et nuit à la qualité des produits. Par le passé, les problèmes de qualité causés par un nettoyage incomplet étaient assez fréquents. Certaines machines de stérilisation avaient déjà carbonisé et noirci les matières dans les tubes d’échange thermique dès l’ouverture, ce qui montre la gravité du problème.

6 Problèmes de pompe

Il existe deux types de pompes : l’une pour le transport des matières et l’autre pour le nettoyage. Les pompes utilisées pour l’acheminement de la matière sur le stérilisateur sont principalement des pompes centrifuges refroidies par double eau d’étanchéité. Pour les matières visqueuses telles que le ketchup, une pompe à vis (ou pompe à déplacement positif) et une pompe haute pression peuvent être utilisées conjointement pour le transport. Ces dernières années, des rapports ont également fait état d’une usure sévère des garnitures mécaniques lors de l’utilisation de pompes à double étanchéité, ce qui peut facilement entraîner la pénétration d’eau de refroidissement dans la matière. Bien sûr, il ne s’agit que d’un exemple et cela ne peut pas être rejeté pour cette seule raison. Tous les équipements de stérilisation sont équipés de pompes de nettoyage, réparties en deux types : pompes multicellulaires segmentées et pompes centrifuges. Il convient de noter que le débit de la pompe de nettoyage doit être supérieur à celui de la matière. L’objectif d’un débit élevé est de garantir que la solution de nettoyage ait une vitesse relativement importante dans le stérilisateur, ce qui exercera un effet de rinçage sur les matières entartrées et carbonisées. Par conséquent, le débit de la pompe utilisée pour le nettoyage est généralement 2 à 3 fois supérieur à celui de la matière, et la hauteur manométrique est équivalente à celle de la matière.

7 Conclusion
Même un petit défaut de conception peut provoquer des problèmes de fonctionnement ou de performance de l’équipement. Pour concevoir un bon équipement de stérilisation, il faut partir des petits détails et comprendre, puis maîtriser, les caractéristiques de la matière. Pour les nouveaux matériaux, des études expérimentales doivent être menées afin de concevoir un équipement répondant aux besoins du processus de production.