Traitement thermique des fluides alimentaires encrassants par la technologie du chauffage ohmique en géométrie rectangulaire

• Auteur / Autrice : Mohamed Ali Ayadi
• Direction : Michel Lebouché, Jean-Claude Leuliet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chauffage ohmique

Stérilisation (microbiologie)

Produits laitiers

Encrassement

Résumé

Une étude expérimentale sur le traitement thermique des fluides alimentaires fortement encrassants par des cellules ohmiques de géométrie rectangulaire a été réalisée. Cette étude a mis en évidence tout d'abord le lien étroit qui peut exister entre la structure de l'écoulement dans la cellule et la répartition du dépôt sur la surface des électrodes. Les mesures des profils de vitesse et de température dans une cellule non-encrassée ont montré que selon le comportement hydrodynamique (profil de vitesse et comportement rhéologique du fluide) le gradient de température entre la paroi et le cœur du fluide peut être plus ou moins important. Ensuite, des essais de chauffage de fluides modèles encrassants dans une cellule ohmique ont été réalisés. Ces essais ont montré l'existence de trois phases distinctes : (i) une première phase au cours de laquelle l'encrassement généré n'est pas décelable au travers les paramètres physiques mesurés (pression différentielle, température et puissance électrique consommée), (ii) une phase linéaire pendant laquelle les couches de dépôt s'échauffent continuellement par effet Joule jusqu'à atteindre la température d'ébullition à la pression de travail et (iii) une troisième phase qui correspond à une dégradation thermique du dépôt et potentiellement l'arrachement de ce dernier. Enfin, en se basant sur les résultats obtenus, un modèle mathématique a été développé afin de prédire l'épaisseur du dépôt à partir de l'évolution des paramètres électriques du système en fonction du temps de fonctionnement. La comparaison entre un Echangeur de Chaleur à Plaques et les cellules ohmiques a montré que lors du chauffage ohmique les cinétiques d'encrassement sont plus lentes que celles obtenues par les technologies classiques.

An experimental study on the heat treatment of fouling food fluid by flat ohmic cells was carried out. This study highlighted first of all the close link existing between the flow structure and the deposit distribution on to electrode surfaces. Measurements of velocity and temperature profiles in a non-fouled ohmic cell showed that according to the hydrodynamic behavior (velocity profile and rheologic behavior of the fluid) the variation in the temperature gradient between the wall and the bulk could be more or less significant. Then, a specific study of the heat treatment of a fouling model fluid in an ohmic cell was carried out. This study showed the existence of three distinct phases: (i) a first phase in which no evolution of the process parameters could be observed, (ii) a linear phase, where the deposit layers build up on the electrode surfaces was heated continuously by the Joule effect until reaching the boiling point and (iii) a third phase which corresponded to an overheating of the deposit layers with potential removal phenomenon. Lastly, based on the results obtained, a mathematical model was developed in order to predict the thickness of the deposit from the evolution of the electric parameters versus the operating time. The comparison between a Plate Heat Exchanger and the ohmic apparatus in terms of deposit thickness clearly showed different kineticks evolutions, apparently in favour of the ohmic technology.