Principe

Un torréfacteur industriel est une machine de traitement thermique conçue pour traiter thermiquement les céréales, les noix, les graines, les grains de café, le cacao, les épices ou autres matières premières afin de développer la saveur, l’arôme, la couleur et la texture souhaités, tout en réduisant leur teneur en humidité. Son principe de fonctionnement repose sur le transfert de chaleur par conduction, convection ou rayonnement. Le chauffage contrôlé du produit induit des transformations chimiques et physiques telles que la caramélisation, les réactions de Maillard et l’évaporation de l’humidité. Ces réactions améliorent les qualités organoleptiques et nutritionnelles du produit, tout en garantissant une torréfaction uniforme et en évitant le brûlage ou la carbonisation.

Le principe de base de la torréfaction consiste à porter la température du produit de manière uniforme à un niveau spécifié pendant une durée définie, tout en le mélangeant ou en l’agitant continuellement pour assurer une répartition homogène de la chaleur. Selon le modèle, la chaleur peut être fournie par de l’air chaud (torréfaction par convection), des surfaces chauffées (torréfaction par conduction) ou des éléments infrarouges/électriques (torréfaction par rayonnement). La plage de température varie généralement entre 100 °C et 300 °C, et la durée de torréfaction dépend du type, de la taille et de l’humidité du produit.

Les torréfacteurs industriels sont largement utilisés dans l’industrie de transformation alimentaire pour torréfier les arachides, les noix de cajou, les amandes, les pois chiches, le café, le cacao, les épices et les céréales ; et dans les industries chimiques et pharmaceutiques pour le traitement thermique, le séchage ou la stabilisation des matériaux.

Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement d’un torréfacteur industriel est d’appliquer une chaleur contrôlée à un flux continu ou par lots de produit afin de provoquer à la fois une réduction de l’humidité et un développement de la saveur par transformation chimique.

• Dans les torréfacteurs à convection, l’air chaud généré par un brûleur à gaz, un chauffage électrique ou un échangeur de chaleur à vapeur passe à travers ou autour du produit, transférant la chaleur par convection forcée.
• Dans les torréfacteurs à conduction, le produit entre en contact avec un tambour ou une plaque rotative chauffée, et la chaleur est transférée directement à travers la surface métallique.
• Dans les systèmes à rayonnement, les éléments chauffants infrarouges ou électriques émettent une énergie rayonnante qui pénètre la surface du produit pour obtenir un chauffage rapide et uniforme.

Tout au long du processus, une agitation ou une rotation mécanique assure une exposition uniforme de toutes les particules à la chaleur, évitant ainsi toute surchauffe ou combustion localisée. Simultanément, l’air ou les vapeurs chargés d’humidité sont évacués en continu par un système d’extraction afin de maintenir des conditions stables de température et d’humidité à l’intérieur de la chambre.

Construction

La construction d’un torréfacteur industriel varie selon qu’il s’agisse d’un torréfacteur à tambour par lots, d’un torréfacteur à bande continue ou d’un torréfacteur à lit fluidisé, mais tous partagent plusieurs composants essentiels :

• Chambre de torréfaction ou tambour :
  La partie principale du torréfacteur est la chambre de chauffe, généralement fabriquée en acier doux ou en acier inoxydable (SS304/SS316) pour les applications de qualité alimentaire.
  • Dans les torréfacteurs à tambour, il s’agit d’une enveloppe cylindrique rotative montée horizontalement sur des roulements. L’enveloppe extérieure du tambour est chauffée de l’extérieur (par une flamme de gaz, des éléments électriques ou de l’air chaud) et tourne à une vitesse contrôlée (5 à 30 tr/min) pour assurer une torréfaction et un mélange uniformes du produit.
  • Dans les torréfacteurs à bande ou à plateau, la chambre est rectangulaire et abrite une ou plusieurs bandes ou plateaux en maille mobile qui transportent le produit à travers des zones de chauffage.
• Système de chauffage :
  La source de chaleur peut être du GPL, du gaz naturel, du diesel, de l’électricité, de la vapeur ou de l’air chaud selon les exigences du processus.
  • Les rôtissoires à gaz sont équipées de brûleurs avec vannes de contrôle de flamme et de chambres de combustion.
  • Les torréfacteurs électriques utilisent des éléments chauffants tubulaires ou des radiateurs infrarouges montés à l’intérieur des parois de la chambre ou sous les bandes transporteuses.
  • Dans certains systèmes, la chaleur est transférée par recirculation d’air chaud, où l’air chauffé par un brûleur à gaz traverse le lit de produit et est partiellement réutilisé pour l’efficacité énergétique.

La température est contrôlée avec précision à l’aide de thermocouples et de régulateurs PID, maintenant une distribution uniforme de la chaleur dans toute la chambre.

• Système d’agitation ou de déplacement du produit :
  Pour assurer une torréfaction uniforme, le produit est maintenu en mouvement continu :
  • Dans les torréfacteurs à tambour, des ailettes internes ou des aubes de levage brassent et mélangent continuellement le matériau pendant la rotation du tambour.
  • Dans les torréfacteurs à bande, un convoyeur en treillis d’acier inoxydable perforé transporte le produit à travers plusieurs zones de chauffage.
  • Dans les torréfacteurs à lit fluidisé, l’air chaud à grande vitesse suspend et fluidifie les particules pour une exposition uniforme à la chaleur.
• Système de circulation d’air et d’évacuation :
  Un ventilateur ou une soufflerie insuffle de l’air chaud dans la chambre, assurant ainsi une répartition uniforme de la chaleur et l’élimination de l’humidité évaporée et des composés volatils. Le système d’évacuation, composé de conduits et de registres, évacue l’air chargé d’humidité et maintient l’équilibre de pression à l’intérieur du torréfacteur. De nombreux torréfacteurs industriels sont équipés de séparateurs cycloniques ou de filtres pour récupérer les poussières et les huiles volatiles présentes dans les gaz d’échappement.
• Section de refroidissement:
  La plupart des torréfacteurs continus sont équipés d’une zone de refroidissement intégrée immédiatement après la torréfaction afin de faire baisser rapidement la température du produit et d’éviter une sur-torréfaction. Le refroidissement est assuré par la circulation d’air ambiant ou réfrigéré à travers un lit ou une bande perforée.
• Mécanisme d’alimentation et d’évacuation :
  Le torréfacteur est équipé de trémies d’alimentation et d’alimentateurs vibrants ou à vis pour une alimentation uniforme en matière. La section d’évacuation comprend une vanne rotative, un convoyeur à vis ou une goulotte pour un débit de produit contrôlé et un suivi de la température.
• Panneau d’instrumentation et de contrôle :
  L’unité est équipée de commandes de température, de débit d’air et de vitesse du tambour. Dans les systèmes avancés, un panneau de commande PLC-IHM automatise le zonage de température, le temps de séjour du produit et la circulation de l’air. Les systèmes de sécurité comprennent des pare-flammes, des dispositifs de coupure en cas de surchauffe et des arrêts d’urgence.
• Cadre de support et isolation :
  Le torréfacteur et les composants de chauffage sont montés sur un châssis en acier avec des isolateurs de vibrations. L’ensemble de la chambre est recouvert d’une isolation haute température (laine céramique ou fibre minérale) afin de minimiser les pertes de chaleur et d’assurer l’efficacité énergétique.