Refroidisseurs de moût pour la production de whisky
Contexte du projet de refroidisseur de moût de whisky
Une société écossaise, leader mondial dans la production de whisky, a contacté SACOME pour concevoir et fabriquer un refroidisseur de moût de 250 m³/h (whisky wort coolers).
Le refroidissement du moût après le brassage et avant le processus de fermentation dans la production de spiritueux ou de boissons fortement alcoolisées est une partie essentielle du processus, car des températures élevées diminuent la capacité de fermentation, produisent des pertes d’alcool évaporé et réduisent l’arôme.
C’est pourquoi notre équipe technique a été pleinement impliquée dans la conception des refroidisseurs de moût de whisky, en accordant une attention particulière aux conditions spéciales de conception, à la teneur élevée en solides en suspension (grains, pierres, paille…), à la nécessité d’une température précise du moût à la sortie du refroidisseur ou aux conditions strictes de nettoyage de l’échangeur de chaleur après les cycles de production. Ces aspects font de la solution tubulaire la plus appropriée.
Dans les sections suivantes, nous entrerons dans les détails de notre conception d’échangeur de chaleur tubulaire pour le processus de refroidissement du moût, qui est utilisé par les principales distilleries d’Écosse.
La solution : les échangeurs de chaleur à tubes corrugués
SACOME a conçu et fabriqué un grand nombre d’échangeurs de chaleur à tubes corrugués pour les principales distilleries d’Écosse et, dans tous les cas, ces unités fonctionnent actuellement à pleine capacité.
Dans ce projet particulier, le refroidissement du moût de 63°C à 20°C était nécessaire comme étape de pré-fermentation dans différentes conditions de fonctionnement et le processus était divisé en 4 sections en fonction du fluide de service utilisé pour refroidir le produit (dans ce cas, l’eau de la tour, l’eau douce et l’eau réfrigérée).
Le système fonctionne essentiellement avec le moût circulant dans les tubes intérieurs corrugués à travers les 4 sections, tandis que le fluide de service circule dans l’enveloppe des échangeurs de chaleur tubulaires. Il est important de souligner que la conception permet de connecter le côté enveloppe des sections 1, 3 et 4 dans le but d’utiliser uniquement de l’eau froide comme service dans les stations où la température ambiante le permet, ce qui permet d’obtenir une importante économie.
En outre, il faut souligner les avantages de l’utilisation d’échangeurs de chaleur multitubulaires à tubes corrugués pour ce type de produit, car l’augmentation de la turbulence permet de réduire l’encrassement, d’augmenter la vitesse de transfert et d’obtenir une plus grande homogénéité du produit à la sortie du refroidisseur.
Calculs thermiques pour les refroidisseurs de moût de whisky
D’autre part, nos techniciens ont tenu compte de la restriction existante concernant la température de sortie de l’eau douce, car celle-ci est utilisée dans différents processus et le non-respect de cette exigence entraînerait des pertes d’énergie. De même, il est nécessaire de prendre en compte dans la conception que l’équipement de traitement doit fonctionner en cycles de production de 30 à 45 minutes. Tous les 2 à 3 cycles, les tubes intérieurs doivent être nettoyés avec de l’eau à 85˚C et, en outre, 2 à 3 fois par semaine, le processus doit être répété avec une solution de nettoyage chaude.
Ce refroidisseur de moût a été conçu pour traiter des débits compris entre 150 m³/h et 250 m³/h, atteignant des températures de sortie comprises entre 20˚C et 22˚C. Les débits et les températures des fluides de service varient également (par exemple, pour l’eau douce, le débit peut varier entre 120 m³/h et 150 m³/h avec des températures comprises entre 5˚C et 19˚C).
Il faut noter que ces variations impliquent une plus grande difficulté dans les calculs thermiques (plus de 20 conditions de fonctionnement différentes ont été testées). Enfin, l’échangeur de chaleur était constitué de 16 modules multitubulaires montés sur un cadre de manière à ce qu’ils soient facilement vidangeables (un système de vanne de vidange était également inclus). La conception des soufflets de dilatation inclus dans la calandre de chaque module a constitué un aspect essentiel, car des analyses de fatigue ont été réalisées pour une durée de vie de 20 ans.
Pour les calculs thermiques de l’échangeur de chaleur, nous utilisons la dernière version de HTRI, dont nous sommes membres depuis 1998. La conception mécanique de l’équipement est conforme à la BRITISH STANDARD 5500 Category 2 pour une pression de calcul de 16 bar.
Processus : étapes de base de la production de whisky
Préparation
Pour la production de whisky, les grandes distilleries préfèrent les nouvelles espèces d’orge cultivées en Écosse, car elles sont riches en amidon et pauvres en protéines. Une fois le grain sec, il est récolté et stocké pour sécher le produit avant le maltage.
Macération
Le malt moulu est placé dans une cuve de brassage circulaire, appelée cuve de brassage ou macération, et mélangé à de l’eau chaude pour que les enzymes du malt transforment l’amidon en un liquide sucré, le moût, qui est retiré de la cuve pour la fermentation. Les déchets sont appelés houblon.
Fermentation
Le moût est pompé dans de grands tonneaux (fermenteurs) où la levure est ajoutée. Une forte fermentation transforme le sucre en alcool, et le liquide qui en résulte est appelé moût fermenté ou « wash ».
Distillation
Le moût est distillé deux fois dans de grands alambics en cuivre pour produire des « high wines » ou « new whisky ». La première distillation dans les alambics entraîne l’évaporation de l’alcool et sa séparation de l’eau, formant un liquide appelé « low wines ». Ce distillat est ensuite transféré dans les alambics à bas vins pour produire de l’eau-de-vie.
Vieillissement
Après la distillation, de l’eau est ajoutée à la liqueur produite ou « high wine » et elle est vieillie dans des cuves en chêne blanc. La durée du vieillissement peut varier, mais elle est généralement comprise entre 2 et 5 ans, et peut aller jusqu’à 10 et 15 ans.
Mise en bouteille
Après la phase de vieillissement, le whisky est ramené à la teneur en alcool souhaitée par l’ajout d’eau douce. Le whisky est ensuite soigneusement filtré et embouteillé par des machines automatiques dans des bouteilles où le bouchon est placé et étiquetées. Enfin, les bouteilles sont emballées pour être expédiées.
Le refroidisseur tubulaire est nécessaire entre les étapes d’empâtage et de fermentation.
Spécifications du moût pour la production de whisky
L’un des aspects clés dans la conception de ce type d’équipement pour la production de whisky est la connaissance des propriétés du produit. Dans ce sens, grâce à notre grande expérience dans de nombreux projets pour les principales distilleries du monde, chez SACOME nous connaissons parfaitement le comportement du moût et, de fait, nous disposons d’essais rhéologiques réalisés dans des projets similaires. En outre, nous disposons également de références et de propriétés d’autres produits dérivés de l’élaboration du whisky, comme, par exemple, le moût fermenté (« wash »).
À cet égard, il est important de noter la nature et le comportement de ce produit, dont la complexité lui confère des aspects de calcul particuliers. Par conséquent, seule une entreprise spécialisée dans ce type d’application sera en mesure de trouver une solution optimale.
D’autre part, la teneur en matières solides en suspension rend impératif l’application d’un certain nombre de considérations dans la conception des refroidisseurs de moût afin d’éviter les problèmes, par exemple, d’obstruction des tubes intérieurs.
Conception d’un échangeur de chaleur tubulaire pour le refroidissement du moût
Pour ce projet, nous avons fourni notre échangeur de chaleur tubulaire S-TFM-I, dont les principales caractéristiques sont détaillées ci-dessous :
Géométrie multitubulaire
La géométrie multitubulaire consiste en un faisceau de tubes : le moût est traité dans les tubes intérieurs et le fluide de service (eau) dans le côté enveloppe. Les tubes intérieurs sont d’un diamètre approprié pour éviter les blocages.

Ondulation des tubes d'échangeurs de chaleur
Dans nos échangeurs de chaleur à tubes corrugués, les tubes intérieurs de l’échangeur de chaleur sont ondulés afin d’augmenter la turbulence du produit, ce qui réduit le risque d’encrassement et augmente l’efficacité thermique.

Plaque tubulaire à bride
La plaque tubulaire à bride permet de retirer facilement les réductions pour l’inspection et le nettoyage des tubes intérieurs.

Articulations
Contrairement à d’autres géométries (comme les échangeurs de chaleur à plaques), les coûts de maintenance de nos échangeurs de chaleur à calandre sont minimes, les joints étant le seul matériau de remplacement.
Autodrainage du côté du tuyau
La drainabilité du produit est une exigence importante. À cet égard, un plan de tuyauterie approprié a été conçu et des réductions excentriques ont été envisagées. En outre, un système de vanne de drainage a été inclus.

Épaisseur de tube adaptée
L’eau circulant à l’extérieur des tubes intérieurs avait une certaine teneur en chlorure. Par conséquent, afin d’éviter les problèmes de corrosion, il était nécessaire d’envisager une plus grande épaisseur des tubes intérieurs.
À cet égard, il est très important de vider les boyaux lors du nettoyage à haute température.
Faisceau de tubes non détachable
Comme le fluide de service dans ce cas est de l’eau et que le client n’a pas exigé d’inspection spéciale du côté de l’enveloppe, nous avons envisagé des échangeurs de chaleur tubulaires à faisceau de tubes non amovibles.
Cadre
En raison du grand nombre d’unités de série requises et de la présence de différentes sections, une conception sur mesure du cadre requis a été réalisée.

Le projet en chiffres
Déroulement du processus
Température de conception
Pression nominale
Température d’entrée du moût
Température de sortie du moût
Dimensions approximatives du cadre
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