Dans cet exemple pratique, le développement d'une technologie de nettoyage efficace pour un silo à farine consistait à mettre en application les différents nettoyeurs et méthodes de nettoyage disponibles afin de garantir une hygiène optimisée.

Environ 7 milliards de personnes vivent actuellement sur la planète, et on estime que ce nombre atteindra 9 milliards en 2050. Environ 50% des gens qui vivront sur la Terre en 2050 vivent déjà aujourd'hui. Ceci est devenu possible grâce aux technologies de production modernes, qui permettent à tous les gens de vivre une vie meilleure et plus saine. En particulier, les progrès de la technologie de fabrication des produits alimentaires ont fortement contribué à l'amélioration de la qualité, de la fonctionnalité et de la sécurité des aliments. 

Les progrès technologiques spectaculaires offrent de vastes possibilités, mais ils présentent également d'énormes défis. La production efficace et rentable de produits alimentaires de haute qualité, que les nouvelles technologies de transformation favorisent, est nécessaire pour répondre aux besoins d'une population mondiale en plein essor. Cependant, le rendement et la rentabilité de la production ne peuvent s'obtenir au détriment du respect des exigences les plus strictes en matière de propreté et de sécurité pour la fabrication et la manipulation des aliments. Veiller à ce que l'ensemble de ces besoins soient satisfaits implique un savoir-faire à la fois vaste et très précis. L'expertise complète des ingénieurs d'aujourd'hui en matière de procédés doit donc être en phase avec les besoins de l'industrie agroalimentaire afin de s'assurer que la fabrication des produits se fait au meilleur niveau de rendement, d'hygiène et de sécurité. 

L'optimisation des processus de nettoyage dans une usine de transformation représente un important moyen pour atteindre ces objectifs. À titre d'exemple, les ingénieurs de GEA ont travaillé en étroite collaboration avec un fabricant bien connu de produits de boulangerie afin de trouver des solutions efficaces aux défis que présente le nettoyage des silos à farine de l'exploitation.

Silos de farine : un défi en matière de nettoyage

Silo à farine
Composant à nettoyer : un silo de farine en aluminium de 3,5 m de diamètre et 33 m de hauteur

Les produits de boulangerie du fabricant sont faits selon les normes de qualité les plus rigoureuses et sont conformes à de nombreuses exigences écologiques et économiques. Les exigences d'hygiène imposées à l'usine de transformation impliquent que le nettoyage de l'ensemble des systèmes et pièces de machine utilisés pour ce type de production doit se faire à un niveau qui ne laisse aucun résidu. Pour ces processus de production répétés de façon cyclique, le personnel de l'assurance qualité du client recherchait un système de nettoyage de pointe pour assurer le nettoyage parfait de l'intérieur de leurs silos de stockage de farine. 

Les silos à farine cylindriques, d'environ 3,5 m de diamètre et 33 m de hauteur, qui ont été présentés aux ingénieurs pour examen et conseils de nettoyage ne possèdent aucune structure interne. Les parois des silos sont en aluminium non isolé et chacun est muni d'une sortie conique et d'un toit plat avec un trou d'homme excentrique. Situées à l'extérieur, à proximité du bâtiment de production, les tours de stockage sont disposées sous forme de parc à silos.

La farine est déchargée du silo par gravité sur une vis sans fin, et de l'air comprimé est employé pour la transférer plus loin en aval. La production tourne 24 heures sur 24 toute l'année, et en tant que telle, chaque silo est entièrement rempli de farine de façon périodique avant d'être vidé de façon continue ou intermittente, en fonction des exigences du processus. En conséquence, l'intérieur de la cuve est sujet à une contamination irrégulière par des dépôts de résidus de produit.

Ces contaminants s'accumulent en divers points et à différents niveaux ; en particulier, des agrégats de farine se forment à toutes les hauteurs de la paroi du silo qui, à partir du moment où un certain niveau est atteint, ont tendance à tomber de façon incontrôlable et à provoquer des blocages récurrents qui conduisent à l'arrêt du dispositif de transport de la farine et des installations de production en aval. Ceci se traduit par des arrêts de production coûteux pour réparer les dommages. Le type et l'épaisseur ainsi que le comportement d'adhérence de la contamination sont largement déterminés par la qualité de la farine, par les propriétés d'écoulement et de vidange de la farine, en fonction du débit de déchargement, par l'humidité de l'air dans les silos de transport des fournisseurs et dans le silo de stockage lui-même, et par les fluctuations saisonnières de la température et d'autres paramètres.

Le processus de nettoyage antérieur était tel que des professionnels du nettoyage/techniciens cordistes - équipés d'engins de levage manuel et supervisés par un responsable de la sécurité - entraient dans les silos afin de les nettoyer. Les résidus de farine, qui peuvent aller d'une poussière légère à des résidus solidement incrustés ou collants, étaient ensuite éliminés à l'aide de brosses ou de balais pour la contamination légère ou à l'aide de spatules et de grattoirs, à la façon des mineurs, pour les résidus tenaces. Le principal inconvénient de cette solution était non seulement que l'effort mental et physique pour les travailleurs, qui devaient être approvisionnés en air respirable, était extrêmement intense, mais également que le nettoyage prenait plusieurs heures, voire une journée entière.

En outre, l'efficacité et le résultat du nettoyage variaient d'un nettoyeur à un autre, et le résultat n'était pas reproductible. En raison du trou d'homme excentrique, le positionnement du matériel de sécurité personnelle et des engins de levage pour les nettoyeurs était compliqué et chronophage. Afin de minimiser autant que possible le temps et les efforts décrits ci-dessus, et pour remédier aux problèmes existants, l'entreprise a cherché un processus de nettoyage amélioré à base d'eau et dont les résultats étaient reproductibles de façon fiable. Une condition préalable essentielle était le respect absolu de toutes les exigences des clients concernant les règles d'hygiène alimentaire.

Le rapport coût-efficacité, la minimisation des temps de nettoyage, les produits de nettoyage, les utilités et le matériel auxiliaire, ainsi que la durabilité du système étaient également d'une importance capitale pour le fabricant de produits de boulangerie. Un inventaire des besoins, les détails techniques et les conditions sur place ont été enregistrés au cours d'une visite personnelle sur le site. Ces considérations techniques initiales ont ensuite été converties en un concept de nettoyage, qui a lui-même fait l'objet d'essais pratiques (c.-à-d. ingénierie de base).

Une première étape clé des considérations préparatoires consistait à clarifier l'approche de base, à savoir s'il fallait utiliser une méthode de nettoyage à basse, moyenne ou haute pression. 

Les méthodes suivantes ont été évaluées :

  • Le nettoyage à basse pression s'appuie sur l'effet de la composition chimique de l'agent de nettoyage, la température et le débit volumique de la solution de nettoyage, et la vitesse de nettoyage qui en résulte. Ceci est une application idéale pour les boules de lavage et les nettoyeurs à jet rotatif.
  • Le nettoyage à moyenne pression s'appuie sur l'effet de la composition chimique de l'agent de nettoyage, la température et le débit volumique réduit de la solution de nettoyage à une pression de nettoyage plus élevée, et la vitesse de nettoyage qui en résulte. Ceci est une application idéale pour les buses rotatives et les nettoyeurs à jet rotatif.
  • Le nettoyage à haute pression s'appuie sur un effet de nettoyage mécanique qui est assuré par un jet de nettoyage intense et direct. Ceci est le domaine d'application typique des nettoyeurs orbitaux.

L'étape suivante consistait à choisir, pour la méthode de nettoyage sous pression sélectionnée, une buse et un modèle de nettoyage adaptés parmi les systèmes de pulvérisation suivants, en fonction du type de contamination :

Les nettoyeurs statiques pour le nettoyage des cuves, réservoirs et conteneurs, tels que le réservoir de stockage et les réservoirs NEP (nettoyage en place), sont conçus pour fonctionner à basse pression. Une tête de pulvérisation fixe pulvérise le produit de nettoyage sur la surface à nettoyer. Le nettoyage est réalisé par rinçage ou impact sur les parois du réservoir. En ajoutant les agents de nettoyage appropriés, l'effet du nettoyage peut être amélioré tandis que les temps de nettoyage sont réduits. Le débit varie entre 2,4 et 42 m3/h, avec une différence de pression de 1 bar. Le diamètre de nettoyage va de 0,8 à 8,0 m.

Les nettoyeurs rotatifs sont utilisés pour le nettoyage des réservoirs, cuves et conteneurs qui présentent de fortes incrustations de produit (par ex. grands réservoirs de stockage, cuves de fermentation et réservoirs avec agitateurs internes). Ces nettoyeurs sont conçus pour fonctionner à basse pression ; un réducteur de débit produit un jet en éventail qui pivote lentement dans un même plan, mouillant ainsi toute la surface. Le débit varie entre 7,1 et 28 m3/h, avec une pression d'alimentation comprise entre 2,3 et 4,3 bar. Le diamètre de nettoyage va de 2 à 10 m. En fonction du matériau, des températures de fonctionnement comprises entre 80°C et 100°C sont possibles.

Les nettoyeurs orbitaux pour le nettoyage des réservoirs, cuves et conteneurs dont les surfaces intérieures nécessitent un traitement mécanique spécial par jet concentré (par ex. camions-citernes, réservoirs de produit et fûts) sont conçus pour fonctionner à basse , moyenne ou haute pression. Un réducteur de débit produit un jet de nettoyage hautement concentré qui pivote dans deux plans. La géométrie idéale du jet est obtenue grâce à la forme spéciale des buses à jet sphérique et des pignons coniques qui produisent un modèle de nettoyage orbital dense qui couvre toute la surface à nettoyer. Le débit varie entre 1,8 et 27 m3/h, avec une pression d'alimentation comprise entre 4,5 et 80 bar. Le diamètre de nettoyage va de 2 à 14 m.

Nettoyeur de cuve orbital Tempest
Nettoyeur de cuve orbital Tempest

À partir du moment où les considérations techniques pour la méthode à sélectionner étaient enfin conformes aux exigences du client, les boules de lavage relativement peu coûteuses ont dès lors été exclues en raison du degré de contamination, qui est parfois très élevé. Le nettoyeur à jet rotatif aurait fonctionné dans la section supérieure du silo, mais il n'aurait pas été possible de mettre en œuvre la ligne de nettoyage optimale près du fond d'un silo de 33 m de hauteur. Afin d'éviter un investissement supplémentaire au client pour les pompes nécessaires, les considérations relatives au nettoyage à moyenne et haute pression n'ont pas été retenues.

Au vu des conditions sur site, du type de contamination et de la géométrie des silos, une méthode à basse pression a été sélectionnée pour un nettoyage à base d'eau optimisé, qui fonctionne généralement avec une pompe d'eau froide d'une capacité de 8-9 bar. Aucune utilité extérieure n'étant disponible sur le dôme des silos, un nettoyeur à turbine a été sélectionné pour les essais. Pour des raisons de coûts, aucun produit chimique de nettoyage ou appoint thermique ne devait être utilisé pour le processus de nettoyage.

Étant donnée la hauteur de plus de 33 m de l'installation, un nettoyeur orbital muni de quatre buses de 7 mm chacune a été sélectionné, qui projette environ 12 m3/h d'eau de nettoyage pour une pression de service du nettoyeur d'environ 5 bar. Les ingénieurs ayant anticipé des temps de cycle courts pour le nettoyage après l'analyse initiale des résultats du nettoyage, il a été décidé de déverser l'eau de nettoyage dans le circuit d'évacuation des eaux usées du site.

Pour tester le nettoyeur orbital sélectionné dans les conditions données, le nettoyeur a été relié par un flexible sous pression à une pompe centrifuge placée au fond du silo, puis introduit de manière excentrique dans le silo et positionné à une profondeur d'immersion de 2500 mm, à une distance latérale de la paroi de 500 mm.

Une fois le nettoyeur en position, le processus de nettoyage a été activé et surveillé. Lorsque le processus a été arrêté après trois minutes, une grande partie de la contamination accrochée, voire même critique, avait déjà été éliminée des surfaces du silo qui avaient été ciblées par les puissants jets de nettoyage. Ce résultat de nettoyage, obtenu après tout juste quelques minutes, a confirmé que la méthode choisie était la bonne. Après un nettoyage intégral de seulement 15 minutes, toute la contamination, y compris les incrustations de farine particulièrement tenaces, avait été éliminée. Malgré sa position excentrique, le nettoyeur a fonctionné sans mouvement d'oscillation à l'intérieur du silo, tout en produisant une forme de jet qui a couvert toute la surface du silo, même aux endroits les plus profonds.

Une fois le nettoyage à base d'eau du silo terminé, un autre facteur à prendre en compte était le séchage, qui constitue une étape indispensable du point de vue de l'ingénierie du procédé.

En raison des conditions saisonnières idéales pour le processus de nettoyage décrit et étant donné que les silos sont installés à l'extérieur, il a été décidé d'éliminer l'humidité résiduelle par convection. La lumière directe du soleil sur la surface du silo a assuré un séchage suffisant d'un point de vue à la fois technique et économique. Afin que l'eau résiduelle puisse s'évaporer facilement, le trou d'homme supérieur et le raccord au niveau de la partie inférieure du cône de sortie du silo ont été ouverts pour permettre une mise à l'air libre et une évacuation optimales de l'humidité.

Dans des applications similaires où il est impossible d'effectuer le séchage des silos par le rayonnement solaire, l'utilisation d'eau chaude pour le nettoyage représente une solution complémentaire. L'eau chaude chauffe les parois du silo pendant le nettoyage et permet ensuite le séchage de la surface intérieure du silo par convection.

S'il n'a pas d'eau chaude disponible pour le nettoyage, une autre solution possible pour un séchage fiable des surfaces de contact du silo consiste à souffler de l'air chaud filtré dans le réservoir par les ouvertures supérieures et inférieures. Dans ce cas, des débits d'air suffisants doivent être sélectionnés.

Environ 3000 litres d'eau froide ont été consommés pour atteindre le résultat escompté pour le nettoyage, qui ont ensuite été déversés dans le circuit d'évacuation des eaux usées de l'usine, en même temps que la farine enlevée.

Retour