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RAPPORT D'APPLICATION
Agroalimentaire
Équipement d'une fromagerie en systèmes d'analyse spectroscopique
en ligne
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Automatisation d'un site de production de mozzarella et de sous-produits
Exploitation des informations process, de la réception du lait cru à la production
de fromage, de crème et de petit-lait
Mesure en continu sans contact des matières grasses et protéines dans les
produits laitiers ainsi que des charges DCO des eaux usées
1. Contexte
La fromagerie belge Fabrelac est spécialisée dans la production de mozzarella, de crème et de dérivés de petitlait (aussi appelé lactosérum). Ces produits sont ensuite vendus à des clients de divers secteurs de l'industrie
agroalimentaire. Fabrelac est aujourd'hui, avec un traitement de quelques 120 à 140 millions de litres de lait par an,
l'un des principaux fournisseurs européens de mozzarella.
2. Besoins de mesure
Le lait est, de par sa composition organique fluctuante, un produit difficile à traiter. De la réception du lait cru jusqu'à
la production, la teneur en matières grasses et en protéines peut fluctuer énormément. L'évolution constante des
paramètres a également un impact sur les différentes étapes de process caractérisant la fabrication de la mozzarella.
Par le passé, Fabrelac procédait à une analyse en laboratoire des teneurs en protéines et en matières grasses du lait.
Cela prenait beaucoup de temps et il fallait attendre un certain temps avant de disposer des valeurs de mesure. De ce
fait, il n'y a jamais eu de transparence au niveau de la qualité réelle du lait. Un réglage en continu et une optimisation
des paramètres de fonctionnement étaient tout simplement impossibles. Afin d'améliorer les process de production à
long terme, Fabrelac décida d'automatiser la laiterie par petites étapes métrologiques. Les objectifs visés étaient les
suivants:
a) Augmentation du rendement fromager
b) Garantie d'une qualité de fromage élevée constante
c) Recyclage de tous les sous-produits (excédents en petit-lait et crème) pour leur vente
d) Réduction des coûts par la diminution des prises d'échantillons, complexes et longues, et du nombre d'analyses en
laboratoire coûteuses
RAPPORT D'APPLICATION
Raw milk reception
OQ1
Raw milk separation and standardization
A1
OQ4
T
P
OQ3
T
H
P
C
OQ5
MP
V
= Milk/Cheese Milk
= Skim milk
OQ2
A2
= Whey cream
S
= Non-fat whey
= Whey
= Cream
OQ9
= Cheese
Le degré d'automatisation souhaité requérait une nouvelle approche pour surveiller le flux de lait tout au long
des différentes phases de production. Le client se mit donc en quête d'une solution capable de fournir en continu
des informations sur la qualité du lait.
Étant déjà client de KROHNE, Fabrelac, décida de tester, sur
une période de 6 mois, le système d'analyse spectroscopique
OPTIQUAD-M 4050 W.
À l'issue satisfaisante de la phase de test, la fromagerie détermina, en
concertation avec KROHNE, un total de 11 points de mesure, devant
être équipés d'appareils OPTIQUAD.
3.1 Réception du lait cru
Comme les matières grasses ont tendance à flotter à la surface, il est
très difficile de déterminer la teneur en matières grasses moyenne
d'un flux de lait cru. Pour surveiller les teneurs en graisse et en
protéines de chaque chargement de camion-citerne, on monta deux
OPTIQUAD-M (N° 1 et 2) sur les 2 conduites de lait cru reliant les
stations de réception et les deux cuves tampons de la laiterie. Comme,
à chaque fois la valeur de mesure d'un OPTIQUAD-M est mise en
correspondance avec la valeur mesurée par le débitmètre monté en
aval, Fabrelac est maintenant en mesure de calculer les teneurs en
matières grasses et en protéines moyennes du flux de lait cru.
Préparation du lait de fromagerie
C Casomatic
D Dairy
DC Cream
3. La solution KROHNE
On monta un autre OPTIQUAD-M (N° 3) sur la conduite en aval du
réservoir tampon. À cet endroit la teneur en matières grasses et en
protéines est à nouveau déterminée avant que le lait ne soit chauffé
et transformé en lait de fromagerie. Cet équipement a subi une test
comparatif avec un spectromètre NIR d'un concurrent, qui avait échoué
auparavant en raison de la température toujours faible du lait cru.
Les valeurs mesurées par l'OPTIQUAD sont ensuite utilisées pour la
standardisation de la teneur en matières grasses du lait pour fromage.
A Flowmeter
En haut : OPTIQUAD-M dans la réception du
lait cru
En bas : OPTIQUAD-M dans le transfert de
crème
En fonction de sa teneur en matières grasses, le lait chauffé est
transformé en lait de fromagerie, c’est à dire qu'il est normalisé par addition de crème ou de lait écrémé
pour avoir la teneur en matières grasses souhaitée. Un système de commande ouvre ou ferme les vannes
des conduites concernées en fonction de la valeur en matières grasses actuelle. Un autre OPTIQUAD-M (N° 4)
mesure la teneur en matières grasses du lactosérum rajouté. Il est possible de cette façon, de réguler le process
à la valeur de consigne souhaitée.
RAPPORT D'APPLICATION
rdization
Production and delivery
C
C
OQ5
F
MP
OQ6
S
T
DW
OQ7
DM
T
RO
P
T
OQ8
D
DC
OQ9
P
T
OQ10
OQ11
A Flowmeter
DM Mozzarella
MP Production units
T Tank
C Casomatic
DW Non-fat whey concentrate
P Pasteurisation
V Valve
D Dairy
F Filter
RO Reverse osmosis
W Waste water treatment plant
DC Cream
H Heating
S Separator
W
3.3 Production de fromage
Avant la production de mozzarella, à partir du lait de fromagerie standardisé
stocké dans 7 cuves, un autre OPTIQUAD-M (N° 5) mesure les teneurs
en matières grasses et en protéines du produit, de façon à garantir la
production d'un fromage de qualité élevée et constante. Bien que cela n'ait
pas été implémenté actuellement, Fabrelac aurait également pu réaliser un
circuit de régulation complexe pour la production de lait de fromagerie, sur
la base des valeurs mesurées par les OPTIQUAD-M N° 3 et N° 5. Avant la
mise en place du système, le pilotage du process reposait uniquement sur
les échantillons pris dans les citernes de lait cru.
Détermination des teneurs en matières
grasses et en protéines du lait de
fromagerie
3.4. Traitement du petit-lait
L'un des sous-produits de la fabrication de la mozzarella est le petit-lait, obtenu lors
de la compression en bloc du fromage par les presses à fromage Casomatic. L'excès
de petit-lait est filtré et séparé en lactosérum et en petit-lait à 0% de matières grasses.
Alors que le lactosérum est réinjecté dans le process de production, le petit-lait à 0%
est transformé en concentré de petit-lait à 0%. Un OPTIQUAD-M (N° 6) est monté en
aval de la filtration dans laquelle se fait l'extraction de petit-lait de la matière sèche.
Cet appareil détermine le rapport des matières grasses sur les matières sèches, avant
séparation du petit lait. L'appareil N°6 mesure aussi la teneur en protéines en débit
du petit-lait. Un excédent de protéines dans le petit-lait (par rapport à la moyenne des
lots précédents) indique une quantité de mozzarella trop faible ce qui impliquerait que
le process de maturation préalable s'est, dans certaines conditions, mal effectué ;
l'ensemble du lot doit donc être éliminé. Fabrelac utilise aussi ce point de mesure pour
pouvoir évaluer différents process de maturation ou l'utilisation d'additifs pour lait de
fromagerie.
OPTIQUAD-M dans le flux
de petit-lait
3.5. Traitement de la crème / du lait écrémé
Par le biais de l'OPTIQUAD-M (N° 9), Fabrelac surveille le taux de matières grasses de la crème, qui est elle
vendue en tant que sous-produit du lait cru. Un autre OPTIQUAD (N° 10) est utilisé pour facturation lors du
chargement de la crème.
RAPPORT D'APPLICATION
3.6. Mesure en ligne de la valeur de DCO
Les charges d'eaux usées organiques dues à la production de fromage sont ensuite envoyées à une usine
municipale de traitement des eaux usées. Pour que le déversement se fasse le plus respectueusement possible
de l'environnement, la laiterie doit vérifier en continu la concentration des substances oxydables dans les eaux
usées. Pour éviter un échantillonnage manuel et des analyses de laboratoire, Fabrelac a monté un OPTIQUAD-WW 4050 W (N° 11), qui détermine la demande chimique en oxygène (DCO) des eaux usées en
continu.
4. Avantages pour le client
Les systèmes d'analyse spectroscopiques apportent une contribution significative à l'automatisation complète de
la production. L'utilisation de l'OPTIQUAD permet à Fabrelac de réaliser aujourd'hui des boucles de régulation
individuelles pour chaque étape de la production voire un système de commande intégré pour plusieurs processus
individuels. L'OPTIQUAD-M permet à Fabrelac de déterminer la qualité du lait cru et du lait de fromagerie mais
également celle du petit-lait ou de la crème et d'ajuster dynamiquement les paramètres de fonctionnement pour
chaque phase de production, pour, par ex., la standardisation du lait cru. Le client peut en permanence réguler la
valeur en matières grasses ou en protéines pour atteindre la valeur de consigne souhaitée. Cela garantit une qualité
de produit uniforme et l'utilisation optimale des ressources. Il devient également possible maintenant de d'obtenir des
sous-produits tels que le concentré de lactosérum et la crème pour une vente en quantités importantes.L'avantage
majeur tient au fait que Fabrelac est désormais en mesure de réduire les résidus de manière significative. L'utilisation
de l'OPTIQUAD-M a pour corollaire une prise d'échantillons moins fréquente, source additionnelle pour Fabrelac
de réduction considérable des coûts. Le paiement du lait cru, par exemple, reposait par le passé sur des valeurs de
matières grasses et de protéines que Fabrelac recevait de ses fournisseurs. Les 2 OPTIQUAD-M utilisés aujourd'hui
au niveau de la réception de lait cru ont déjà permis à Fabrelac de réduire les montants des factures à payer en
utilisant comme base de calcul les valeurs réelles mesurées. De plus, la charge de travail des employés diminue, car
la mesure en continu des valeurs évite aujourd'hui d'avoir à rédiger un rapport de process. Par la mesure en ligne des
charges d'eaux usées résultant de la fabrication, Fabrelac peut également vérifier la valeur DCO bien plus rapidement
et simplement. Les résultats de mesure de l'OPTIQUAD-WW sont au moins aussi précis que des analyses similaires
en laboratoire. La laiterie tire profit d'un appareil qui mesure aussi précisément que les tests de laboratoire. Avec
un nombre si important de points de mesure, Fabrelac est capable de détecter rapidement les perturbations dans
le process : un joint qui ne fuyait que dans certaines circonstances a pu être localisé, d'une part, en comparant et en
interprétant les lectures des OPTIQUAD au long du process, et de l'autre, grâce aux connaissances techniques des
opérateurs.
5. Produits utilisés
© KROHNE 06/2015 -421- Sous réserve de modifications sans préavis.
OPTIQUAD-M 4050 W
• Système d'analyse spectroscopique sans contact pour mesures en ligne en continu
• Mesure de protéines, de matières grasses, de lactose et des matières sèches dans les
produits laitiers
• Utilisation dans des boucles de régulation rapides
• Réduction significative de l'échantillonnage complexe
• Pas de frais de produits chimiques, réactifs et produits de nettoyage
• Grande précision et stabilité dans le temps
OPTIQUAD-WW 4050 W
Contact
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Système d'analyse spectroscopique pour mesures en ligne en continu
de charges d'eaux usées biologiques
Mesure de charges DCO extrêmes
Réduction des coûts pour la détermination en laboratoire de la DCO
KROHNE S.A.S.
KROHNE S.A.S.
2, Allée des Ors
Les
Ors – BP 98
BP 98
26103
Cedex
26103Romans
ROMANS
SUR ISERE CEDEX
France
France
Tél. :
Tél. : +33
+33475
475056
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