Brevet FR2025099A1 — publié le 19700904

Les processus de cuisson de premier jet et du deuxième jet du sucre réagissent relativement vite aux variations de condition régnant dans les appareils cuiseurs par suite de la pureté élevée des jus traités et de la très grande vitesse de cristallisacion qui s'y trouve liée. Ces processus doivent être conduits lors d'une comnande autoTatique, d'une manière très précise, dans une zone de sursaturation métastable étroite, faute de quoi il se produit très rapidement une dissolution des grains ou une formation de grains fins ou de conglomérats. a condition d'une cristallisation recherchée du jus sucré dans l'appareil cuiseur est un ensemencement défini c'est-à-dire que le nombre de particules de la bouillie finement moulue et mise en suspension dans l'alcool isopropylique doit être exactement déterminé. ltIeme lorsque la sursaturation est fllesurée en un point de mesure approprié qui fournit une bonne valeur moyenne pour l'ensemble du sirop, on ne peut pas éviter en différents points du contenu de l'appareil des écarts par rapport à cette valeur. Au fur et à mesure que le processus progresse et qu'il en résulte obligatoirement une plus mauvaise circulation, ces écarts deviendraient d'une importance inadmissible. L'invention a pour objet un procédé de régulation de l'introduction de l'eau et/ou du jus dans les appareils de cuisson pour la cristallisation de premier et de deuxième jets dans lequel on utilise dans une phase initiale la sursaturation comme grandeur de réglage obtenue par la mesure des valeurs de la température de la masse de remplissage et de la dépression dans l'appareil cuiseur, pour modifier seulement une variable qui est l'introduction de l'eau, ce procédé étant caractérisé par le fait que lorsqu'on atteint une teneur déterminée en cristaux de la masse de remplissage, cette grandeur de réglage c'est-à-dire la teneur en cristaux qui est obtenue par des mesures, agit seulement sur une deuxième variable qui est l'in- troduction du jus. Le procédé suivant l'invention permet donc de donner une solution au problème énoncé ci-dessus à l'aide d'un dispositif supplémentaire pour la mise en oeuvre de ce procédé en provoquant rapidement dans la phase dite de grains, ou pied de cuite, une faible épaisseur de couche du sirop, les cristaux se trouvant si rapprochés l'un de l'autre quton peut s'en remettre à eux pour la stabilisation de la sursaturation de la liqueur-mère qui les entoure. Pour une épaisseur de couche faible et déterminée du sirop, cette propriété d'autorégulation s'étend à l'ensemble de la liqueur-mère dans l'appareil et cette autorégulation est meilleure et plus efficace,surtout dans des conditions de circulation défavorables,que toute régulation de la sursaturation agissant de l'extérieur. Il est donc avantageux pour une régulation du proces sus de cristallisaton, de conduire la cristallisation jusqu'à ce que l'on atteigne une épaisseur de couche favorable de sirop avec une régulation de la sursaturation agissant-de l'extérieur, après quoi on peut s'en remettre aux cristaux euxmêmes pour maintenir la sursaturation lorsque l'épaisseur decouche du sirop qui a été atteinte est maintenue constante ou tout au moins comprise entre des limites appropriées. De même que la sursaturation, l'épaisseur de ouche du sirop est également une grandeur calculée qui n' est pas directement mesurable. L'épaisseur de couche du sirop est en rapport étroit avec la teneur en cristaux qui peut être constamnent perçue et qui représente le pourcentage en poids des cristaux formés dans la masse de remplissage de sorte que l'on dispose d'une bonne grandeur de réglage également pour la phase d'ébullition. La phase de grains peut être parcourue d'une façon très rapide et très store lorsqu'on introduit uniquement de l'eau pour atteindre une teneur favorable en cristaux. Ensuite on commute l'installation sur une introduction de jus pur et on remplace comme grandeur de réglage la sur saturation par la teneur en cristaux. La phase dite d'ébullition commence alors au cours de laquelle la teneur en cristaux dans la masse est portée jusqu qu'à environ 5G% en connectant au régulateur d'introduction du jus le résultat de la mesure continue de la hauteur de niveau de la masse remplissant l'appareil. A ce moment on atteint également le volume maximal de la masse et le processus de décoction se trouve amorcé. Ce processus est très bref en raison de la teneur en cristaux élevée qui a été atteinte pendant l'ébullition. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé une forme de réalisation de l'appareillage pour la mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 représente schématiquement 1 t ensemble de l'installation. La figure 2 est un diagramme illustrant le déroulement du processus suivant l'invention. Dans la figure 1 on a représenté un appareil cuiseur K qui est constitué essentiellement par un récipient fermé BH servant à recevoir la masse de remplissage FM. Dans sa partie inférieure se trouve un élément de chauffage HE qui est alimenté en vapeur saturée SD par la conduite d'amenée ZI. Au dessous de l'élément chauffant HE une conduite d'amenée de jus SA et une conduite d'amenée d'eau W débouchent dans l'appareil cuiseur K. Les conduites Z2 et Z3 servent à aspirer les vapeurs de cuisson KB. Ces conduites sont généralement raccordées à un poste de vide central en même temps que des conduites provenant d'autres appareils cuiseurs. La masse de remplissage FM, lorsqu'elle a été complètement traitée est évacuée par la conduite Z4. La conduite Z5 sert à llaération de l'appareil cuiseur K. Le pot de semence SAT sert à recevoir la poudre d'ensemencement en suspension dans l'alcool isopropylique. Une canalisation Z6 alimentée en vapeur sert pour le nettoyage à la vapeur de l'appareil cuiseur K. La température de la masse de remplissage est mesurée au moyen d'un thermomètre à résistance WT et la dépression dans l'appareil cuiseur est mesurée avec un convertisseur de mesure de la pression absolue U. Les valeurs de ces deux mesures, ainsi que la valeur de la pureté du sirop qui est fixée par le régulateur du coefficient de pureté QS (potentiomètre;, sont appliquées au calculateur de sursaturation R dont la sortie fournit un signal A qui peut ete étalonné en élévation du point d'êbulli- tion entre 0 et 15 OC, ou directement en sursaturation. Le signal de sortie A fournit la valeur actuelle de la sursaturation et il est comparé dans l'appareil de mesure MEl avec une valeur de consigne SW1. Cette valeur de consigne Sf1 est réglée sur une valeur de sursaturation se situant dans la zone métastable et sur laquelle le sirop doit être réglé au début du processus. Cette valeur peut être maintenue constante mais elle peut également être augmentée automatiquement par un programmeur PS doit par échelon soit d'une façon continue pour tenir compte de la lEÖère diminution de la pureté de la liqueur-mère pendant le déroulement de la phase de grains (voir également figure 2). Dans la phase de grains la dérivation de régulation B qui est formée pour la sursaturation dans l'appareil de mesure tE1 est connectée au régulateur électropneumatique d'introduction PI. Celui-ci agit à ce moment par son signal pneumatique de sortie sur la soupape de réglage R1 de l'introduction d'eau par la conduite W. Un convertisseur de mesure H qui est fixé sur le cOté de l'appareil cuiseur K sert à la mesure de la hauteur du niveau de la masse de remplissage. La teneur en cristaux est mesurée par un instrument de mesure KH qui utilise par exemple la différence de conductibilité entre la liqueur-mère et la masse de remplissage. Dans un deuxième appareil de mesure tE2 on forme une dérivation de régulation D à partir du signal de sortie C de l'instrument de mesure de la teneur en cristaux KH et à partir des valeurs fixées sur les dispositifs réglant les valeurs de consigne "point zéro N" et "gradient G". A l'aide du dispositif de réglage "point zéro N" on fixe la valeur de consigne de la teneur en cristaux qui est recherchée au début de la phase d'ébullition.Sur le dispositif de réglage "gradient G" on fixe la valeur de la variation proportionnelle à l'élévation du niveau dans l'appareil cuiseur K, variation que doit subir la teneur en cristaux pendant la phase d'ébuliition. Les valeurs mesurées de la teneur en cristaux, du niveau et de l'élévation du point d'ébullition (ou de la sur satùration3 sont enregistrées sur des enregistreurs à stylets S1....S3. Ces enregistreurs S1....S3 comportent chacun, pour chaque valeur mesurée, un contact limite réglable à minima et à maxima 1....6. Tous lescontacts limites 1....6 sont reliés avec un dispositif de signalisation et de contrôle ST. En association avec le commutateur "manuel/automatique" HA et avec la touche 't démarrage du processus" T ces contacts créent dans cette combinaison de relais les conditions nécessaires pour la commande automatique des différents dispositifs.C'est ainsi que le programmeur PS est démarré, les dérivations de régulation B ou D des deux appareils de mesure ME1 et ME2 sont connectés par le relais L1, et les quatre vannes magnétiques à trois voies Mol,.. M4 qui sont montées dans les circuits de commande des soupapes de réglage R1 et R2 des conduites d'introduction de jus SA et d'eau W sont actionnées. Lorsqu'on atteint une teneur en cristaux d'environ 25% la cuisson de la phase de grains se trouve terminée et l'évaporation commence. Le contact limite à minima 4 de l'enregistreur de la teneur en cristaux enclenche la dérivation de régulation D teneur en cristaux au lieu de la dérivation de régulation B (sursaturation, par l'intermédiaire du relais L1 en la connectant au régulateur d'introduction PI qui agit alors sur la soupape de réglage R2 dE la conduite d'introduction de. jus SA. Le calculateur de sursaturation R est corrigé dans une zone comprise entre 150 et 250 Torr, c'est-à-dire que les variations de la pression absolue comprisses dans cette zone ne faussent pas le résultat des mesures. D'après les expériences pratiques les perturbations provoquées dans la phase de grains par de légères flutucations de la dépression peuvent être régularisées par la seule régulation de l'introduction du jus. S'il y a lieu de tenir compte de perturbations plus importantes provoquées par les conditions de fonctionnement du poste de vide, il est nécessaire d'assurer une régulation supplémentaire de la dépression. I1 est avantageux à cet effet d'utiliser un appareil de réglage PI1 dont la dérivation de régulation E alimentée par la valeur actuelle I de la dépression dans l'appareil cuiseur K et par une valeur de consigne S2, agit par l'intermédiaire d'un mécanisme de réglage Sl; sur la commande pneumatique R3 d'un clapet de réglage RK monté dans la conduite KB dlévacu- ation de vapeurs de cuisson. La coopération du dispositif de contrôle ST avec la régulation de l'introduction du jus donne lieu pendant le fonctionnement à une succession temporelle des opérations qui est illustrée dans la figure 2. Dans ce diagramme les valeurs mesurées du niveau, de la teneur en cristaux et de la sursaturation ont été représentées en fonction du temps, l'axe des temps portant différents intervalles de temps lez Au temps 1 on appuie sur la touche de démarrage P du dispositif de contrle et le processus commence. Le jus est introduit dans l'appareil cuiseur L à l'aide de la conduite de jus SA par l'intermédiaire de la vanne magnétique 144 et de la vanne de réglage R2 jusqu'à ce que ltélément chauffant HE soit recouvert. La pression commandant la vanne de réglage R2 du jus est empruntée au détendeur DR. Une fois que l'élément chauffant HE est recouvert par le jus, on atteint le niveau minimum dans l'appareil cuiseur K et le contact à minima 1 de l'enregis- treur S2 fonctionne (temps 2;. La vanne de jus R2 se trouve fermée par la vanne magnétique M4 et la conduite ZI de sortie des vapeurs de cuisson est ouverte par la soupape V1. Pendant l'éva- poration ultérieure de l'eau à partir de la masse de remplissage FXl, le niveau diminue à nouveau.Le contact à minima 1 ouvre de nouveau par l'intermédiaire du dispositif de contrôle ST et de la vanne magnétique 144, la vanne de jus R2 pendant une durée suffisante jusqu'à ce que la remontée du niveau et le dépassement de la valeur minimale interrompe à nouveau l'introduction du jus. Le contact 1 fonctionne ainsi comme régulateur à deux limites en effectuant des commutations répétées décrites cidessus. Si la sursaturation a atteint une valeur minimale (temps 3; le contact 2 de l'enregistreur S3 se ferme et envoie le signal point d'ensemencement" au dispositif de contrble SI. La vanne V2 est ouverte et la suspension de poudre de semence est aspirée à partir du pot de semence SAT. En outre la ferme zabre du contact 2 provoque l'arrêt définitif de l'introduction du jus par la régulation à deux limites assurée par le contact 1. La sursaturation de la masse de remplissage FM augmente jusqu'à la valeur de consigne SW1 qui correspond à une valeur maximale. En outre le contact 3 de l'enregistreur S3 se ferme (temps . Le programmeur PS est démarré et élève la valeur de consigne SWl de la sursaturation jusqu'a une valeur constante (courbe en trait plein: ou en échelons,par petites quantités (courbe en trait interrompu . En même temps, comme le relais L1 a connecté la dérivation de régulation B au régulateur d'introduction PI, le régulateur d'introduction PI n'agit que sur la vanne d'eau R1 et maintient ainsi la sursaturation à sa valeur de consigne SW1. A partir du temps s la teneur en cristaux augmente et atteint au temps 5 une valeur minimale. Le contact q de l'enregistreur S1 envoie au dispositif de contrôle ST un signal qui commute le régulateur d'introduction PI, par l'intermédiaire du relais L1, de l'appareil de mesure MEl (sursaturation) sur l'appareil de mesure tE2 (teneur en cristaux). La sortie du régulateur d'introduction est commutée de la vanne d'eau R1 sur la vanne de jus R2. La phase d'ébullition commence de sorte que la teneur en cristaux augmente ainsi que le niveau. Lorsque le niveau a atteint une valeur maximale, le contact 3 de l'enregistreur S2 se ferme (temps 6:. La régulation de la teneur en cristaux et l'introduction du jus par la vanne de jus R2 sont terminées et la phase de décoction commence. La teneur en cristaux augmente pendant ce temps tandis que le niveau diminue. Lorsque la teneur en cristaux atteint une valeur maximale, le contact 6 de l'enregistreur S1 se ferme (temps 7;. et envoie le signal "traitement terminé". La masse de remplissage FMI est évacuée de sorte que le niveau dans l'appareil cuiseur s'abaisse évidemment, tandis que la teneur en cristaux de la masse de remplissage PEl restant dans l'appareil cuiseur K reste constante. Si l'appareil cuiseur est vidangé, le temps 8 commence par le nettoyage à la vapeur. A la fin du nettoyage à la vapeur le signal de fin d'opération est donné (temps 9;. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation de l'introduction de l'eau et'ou du jus pour les processus de cristallisation dans les appareils cuiseurs de premier et de deuIème jets dans lequel on utilise Gans une phase initiale comme grandeur de réglage la sursatura-Lion oue l'on peut par exemple obtenir à partir des valeurs mestres de la température de la masse de remplissage et de la dépression dans l'appareil cuiseur, pour modifier une prelau-re variable qui est l'introduction de l'eau, caractérisé par le fait que lorsque la masse de remplissage atteint une teneur déterminée en cristaux, on utilise comme grandeur de réglage cette teneur en cristaux obtenue par des mesures pour agir sur une deuxième variable qui est l'introduction du jus. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la teneur en cristaux de la masse de remplissage est déterminée par un appareil de mesure utilisant la différence de conductimilité entre la liqueur-mère et la masse de remplissage. J, Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le signal de sortie de l'appareil de mesure de la teneur en cristaux est associé avec des valeurs réglables au moyen de dispositifs fixant les valeurs de consigne, du poin zéro et du gradient de la teneur en cristaux, de façon à former une dérivation de régulation qui agit sur le régulateur dt inLroduction actionnant la vanne de réglage dans la conduite d'introduction du jus. Dispositif suivant la revendication 2, caractérise par le fait qu'un dispositif de contrBle commute le régulateur d'introduction, par l'intermédiaire d'un relais, de la Qrivation de régulation de l'eau sur la dérivation de régula- tiun du jus. j. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications i, 2, 3 et --, caractérisé par le fait que les valeurs mesures de la Leneur en cristaux, du niveau et de la sursatura- ton de la masse de remplissage sont enregistrées à l'aide d'enregistreurs à stylets. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendi- cations 1, 2, @, @ et @, caractérisé par le fait que les enre- SisEreurs qui enregistrent les valeurs mesurées de la teneur en cristaux, du niveau et de la sursaturation sont munis de contacts limites à minima et à maxima qui sont connectés au dispositif de contrôle actionnant les circuits automatiques. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 et 6, caractérisé par le fait que le dispositif de contrôle fait démarrer le programmeur, enclenche les dérivations de régulation du circuit de sursaturation et de la teneur en cristaux et actionne quatre vannes à trois voies montées sur les conduites de commande des vannes de réglage de l'eau et du jus.