Brevet FR2024559A1 — publié le 19700828

La présente invention concerne un procédé pour évaporer des solutions pour obtenir sous forme cristallisée la substance dissoute, en particulier le sucre, et dans lequel des germes de cristaux sont introduits dans la solution après obtention de la sursaturation, après quoi la concentration est réglée dans une phase initiale dénommée pied de cuite ou phase de grains, sur des valeurs que l'on veut se situant à l'intérieur de la zone des états métastables, ou sur des valeurs situées également à l'intérieur de la zone des états métastables mais cependant au voisinage de la limite de la zone des états intermédiaires. On connait des procédés dans lesquels on introduit dans la solution des germes de cristallisation après avoir atteint la sursaturation, après quoi on règle la concentration, de préférence à l'aide d'une commande à programme, sur des valeurs que l'on veut se situant à l'intérieur de la zone des états métastables ou sur des valeurs situées dans cette zone mais voisins de la limite de la zone des états intermédiaires, tandis que, après avoir atteint la phase d'ébullition, la valeur instantanée de la concentration est ajoutée, comme grandeur variable à la puissance de l'agitateur servant de grandeur de réglage. Conformément à l'invention, il est prévu par contre qu'au passage de la phase de grains à la phase d'ébullition, après avoir atteint une puissance déterminée de l'agitateur qui caractérise la teneur en cristaux de la solution,l'introduction du jus dans l'appareil cuiseur est réglée par l'intermédiaire d'un programme défini avec précision pour la puissance de l'agitateur qui assure pendant la phase d'ébullition, l'accroissement recherché de la teneur en cristaux. L'enclenchement du régulateur d'introduction du jus a lieu une fois qu'on a atteint un premier pourcentage déterminé de la puissance nominale de l'agitateur, et la valeur de consigne du régulateur d'introduction du jus est augmentée avec l'accroissement du niveau de la masse remplissant l'appareil cuiseur.Le gradient de l'augmentation de la puissance de l'agitateur peut être réglé de telle façon que, pour un état de remplissage maximal de l'appareil cuiseur, l'agitateur atteint à nouveau ledit premier pourcentage de la puissance nominale. L'augmentation de la valeur de consigne de la puissance s'effectue linéairement en fonction de l'augmentation du niveau de remplissage. Lorsqu'on atteint l'état de remplissage maximal, lutin troduction du jus se trouve interrompu. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré au dessin annexé un mode d'exécution du procédé suivant 1 'inven- tion. Le procédé suivant l'invention qui concerne l'automation de la préparation du produit A et du sucre raffiné dans l'appareil cuiseur est semblable au procédé connu dont il diffère par une modification apportée à la phase de cuisson. Jusqu'à la fin de la phase de grains, le brassin est traité de la même manière, c'est-à-dire que le jus est introduit jusqu'au niveau de la chambre de chauffe et ensuite épaissi jusqu'à la concentration voulue. La mesure de la concentration s'effectue par l'intermédiaire de la mesure de l'élévation du point d'ébullition à l'aide d'un circuit de calcul. Aussitôt que la sursaturation désirée est obtenue dans le sirop, des germes sont introduits dans ce dernier. Lors de la croissance des cristaux et d'une diminution correspondante du coefficient de pureté du sirop, on applique un programme de sursaturation à la phase de grains. Lorsque les germes de cristaux ont atteint une dimension de 0,25 mm pour une grosseur de grains finale de 0,6 mm, la distance moyenne entre les cristaux est inférieure à A = 0,1 mm. Le brassin présente alors une teneur en cristaux de 27 .%. Aussitôt qu'on a atteint une distance entre cristaux inférieure à 0,1 mm, la puissance absorbée par l'agitateur augmente. D'après le procédé connu, le circuit de réglage de l'alimentation en jus est commandé de façon à maintenir constante cette puissance de l'agitateur ou à corriger la valeur de consigne de la puissance de l'agitateur, à partir de la sursaturation prise comme valeur de réglage supplémentaire. Cette méthode est justifiée dans le cas d'une cuisson donnant lieu à des cristaux grossiers, car à la fin de la phase de grains, par suite d'une plus petite quantité de germes de cristallisation, il apparaît entre cristaux une distance faible x = 0,1 mm et l'agitateur réagit en absorbant une puissance plus élevée, mais la somme de la surface des cristaux ne suffit pas encore pour assurer une stabilisation automatique de la sursaturation. Pendant le processus de cuisson on évapore par unité de temps une quantité de vapeur parfaitement déterminée par les données constructives de l'appareil cuiseur, c'est-à-dire en premier lieu par l'importance du corps de chauffe, le dimension- nement de l'installation de-vide et la pression de vapeur disponible. Plus la pression de vapeur est grande,et plus la surface de la chambre de chauffe est grande, et plus l'installation de vide est bonne, plus la quantité de vapeur évaporée par unité de temps du sirop peut être élevée. Cette évaporation conduit à une augmentation plus ou moins rapide de la sursaturation du sirop. Dans la phase d'épaississement dans laquelle le sirop est encore sous-saturé il est souhaitable d'évaporer l'eau aussi rapidement que possible.Aussitôt que le sirop est saturé et que les germes de cristallisation ont été introduits, la sursaturation doit être maintenue dans la zone métastable. Aussi longtemps que les germes sont encore très petits et que la somme des surfaces des cristaux est également très petite, la quantité totale d'eau qui doit être évaporée du sirop par unité de temps à l'aide du corps de chauffe doit être pratiquement compensée par l'addition d'eau fraîche si l'on ne désire pas que la sursaturation augmente.Comme la sursaturation n' est pas autre chose que le rapport sucre/eau dans le sirop, l'eau doit être ajoutée au sirop de l'extérieur ou la puissance de chauffage doit être réduite car au début de la phase de formation des grains il ne se dépose par unité de temps aucune quantité notable de sucre sur la surface des germes (cette quantité est pratiquement nulle), mais sous 17faction du corps de chauffe une quantité fixe d'eau se trouve évaporée du sirop. La réduction de la puissance de chauffage provoque cependant une diminution de la circulation thermique de sorte que l'on procède par addition d'autant d'eau qu'il s'en évapore. Pour mieux expliquer le procédé proposé, on a représenté dans le diagramme annexé, pour un cycle de fonctionnement, la variation en fonction du temps du niveau (trait interrompu), de l'élévation du point d'ébullition (trait plein), de la puissance absorbée par l'agitateur (pointillé ) et de la pression de vapeur (trait mixte). Les limites entre les états sous-saturé et sursaturé, entre les états sursaturé et intermédiaire, sont représentés par des traits épais. Au-dessous du trait épais horizontal se trouve la zone sous-saturée. Entre cette ligne horizontale et le trait épais ascendant se trouve la zone métastable. Au-dessus du trait épais ascendant se trouve la zone intermédiaire. A l'instant zéro (point A) l'ordre de démarrage est donné au dispositif automatique, ce qui fait apparaître le signal "démarrage" et le signal "introduction du jus". Le régulateur de niveau libère l'introduction du jus et en même temps le circuit de réglage du vide et l'agitateur se trouvent enclenchés. Le jus introduit remplit lentement le cuiseur. Si le corps de chauffe est recouvert, l'émetteur de la valeur limite du niveau (contact minimal) émet l'ordre"épaississement" (point B). De ce fait le circuit de réglage de la pression de vapeur se trouve couplé et la pression de vapeur augmente. En même temps, l'élé- vation du point d'ébullition commence à augmenter (phase d'épaississement). Si la masse de remplissage a atteint au point C la sursaturation nécessaire pour l'introduction de germes, le dispositif automatique donne le signal "introduire les germes". Les germes sont introduits dans le jus que l'on doit épaissir. A partir du point C commence la phase de grains. La pression de vapeur n'est pas régulée et la sursaturation (élévation du point d'ébullition) est commandée d'après un programme. Si la sursaturation augmente au delà d'une valeur déterminée, on ajoute de l'eau. De ce fait, la sursaturation diminue et elle est maintenue de cette façon constante à l'aide d'un régulateur. Après un temps réglable, lorsque les grains se sont déjà engraissés, la sursaturation a augmenté conformément à la diminution correspondante de la pureté de la masse de remplissage. On peut augmenter la sursaturation d'après un programme car la pureté de la partie liquide de la masse de remplissage a diminué. L'augmentation peut être effectuée d'une façon continue à l'aide d'un programmateur ou par échelons correspondant aux points D, E et F au moyen de relais temporisés. Les grains croissent constamment dans cette phase de grains conformément aux conditions de croissance qui leur sont offertes sans formation intermédiaire de grains. I1 arrive un moment od-les grains s'attachent solidement les uns aux autres. Si cela est le cas, l'aptitude de la masse de remplissage à etre brassée ou agitée s'abaisse brusquement. La puissance absorbée par l'agitateur commence à augmenter. Si la puissance de l'agitateur atteint le point G, le contact limite commandé par la puissance de l'agitateur donne l'ordre d'enclencher l'appareillage automatique sur la phase d'ébullition. La pression vapeur reste constante et la régulation de l'introduction du jus est libérée. L'introduction du jus s'effectue sous le contrôle de la puissance de l'agitateur servant de grandeur de commande. A la fin de la phase de grains (point G) il reste dans le brassin une teneur d'environ 27 à 30 % de cristaux avec une surface de cristaux d'une importance correspondante. Dans le cas de brassins à cristaux fins, la somme des surfaces des cristaux est assez grande pour qu'il. se dépose sur les cristaux plus de sucre par unité de temps qu'il ne peut s'évaporer d'eau sous l'action du corps de chauffe. I1 s'établit donc automatiquement dans le sirop un état saturé. Dans le cas de gros cristaux, la surface-des cristaux à la fin de la phase de grains n'est pas suffisamment grande pour qu'un état saturé s'établisse de luimême dans le sirop. Dans le cas des brassins à cristaux fins, étant donné qu'à la fin de la phase de grains il s'établit dans le sirop une limitation automatique de la sursaturation et qu'il ne peut plus y avoir de danger d'une sursaturation excessive à puissance de chauffage constante, le brassin peut être alors simplement conduit à l'aide de la puissance absorbée par l'agitateur jusqu'à l'état de remplissage maximal de l'appareil cuiseur (cela correspond à la partie de la courbe représentant la puis-sance absorbée par l'agitateur qui commence au point G et se- termine en EB); à ce-moment, le niveau dans l'appareil cuiseur a atteint le point H. Si l'on n'avait pas recours à la puissance de l'agitateur comme grandeur de commande, il subsisterait le danger d'une introduction excessive-de jus par unité de temps de sorte que la sursaturation du sirop s'abaisserait jusqu'à un état sous-saturé, ce qui aurait pour résultat une dissolution de grains déjà formés. Les mesures effectuées dans un appareil cuiseur muni d'un agitateur ont montré qu'aucune augmentation de puissance notable n'intervient avant que l'écartement entre cristaux n'atteigne 0,15 mm. Jusque là, l'agitateur absorbe sa puissance à vide qui est d'environ 25 % de sa puissance. nominale. Si l'écartement x entre cristaux diminue de 0,15 mm à 0,08 mm, la puissance absorbée par l'agitateur augmente d'environ 10 à 12 t de la puissance nominale. L'agitateur absorbe une puissance égale à 37 t de la puissance nominale dans le cas de brassins à cristaux fins avec une teneur en cristaux de 27 % pour un remplissage de l'appareil cuiseur égal à 1/3 de l'état de remplissage final. L'écartement moyen entre cristaux est alors tombé à environ 0,08 mm. La même puissance (37* de la puissance nominale) est absorbée par l'agitateur pour un état de remplissage maximal de l'appareil cuiseur et une teneur en cristaux de 50 % dans le brassin. Cela peut s'expliquer par le fait, qu'en supposant qu'à la fin de la phase de grains il existe le même nombre de germes de cristaux qu a la fin du brassin, il existe par unité de volume à la fin de la phase de grains (33 % du volume final) exactement trois fois plus de germes de cristallisation qu'à la fin du brassin. En conséquence, le nombre des points de contact entre cristaux est trois fois plus grand pour un remplissage égal à 1/3 du remplissage final s'.il existe trois fois plus de germes de cristaux par unité de volume.Du point de vue de l'agitateur cela signifie qu'en supposant encore que le nombre de germes est le même à la fin de la phase de grains et pour l'état de remplissage maximal de l'appareil cuiseur, l'agitateur éprouve la même résistance pour un état de remplissage égal à 1/3 du remplissage final dans lequel il existe trois fois plus de germes par unité de volume lorsque la teneur en cristaux est de 27 % et que l'écartement A entre cristaux est de 0,08 mm, que pour un appareil cuiseur entièrement rempli avec une teneur en cristaux de 50 % et un écartement À de 0,07 mm. Les considérations précédentes et les résultats de mesures obtenus sur l'appareil cuiseur permettent d'btablir un programme défini avec précision pour la puissance de l'agitateur pour la conduite du processus dans la phase de cuisson. On peut en conséquence, établir le programme d'abord à l'aide de la puissance absorbée par l'agitateur pour obtenir l'augmentation recherchée de la teneur en cristaux pendant la phase de cuisson. Le programme en fonction de la puissance prévoit ce qui suit en ce qui concerne le régulateur d'introduction du jus L'enclenchement du régulateur d'introduction du jus se produit lorsqu'on atteint pour la première fois une puissance absorbée par l'agitateur qui est égale à 27 % de la puissance nominale. La valeur de consigne pour le régulateur d'introduction du jus est fixée à 25 % de la puissance de l'agitateur et augmentée avec la croissance du niveau. Le gradient de l'augmentation de la puissance de l'agitateur doit être réglé de telle sorte que, pour un état de remplissage maximal (point H) de l'appareil cuiseur, l'agitateur atteint une puissance égale à 37 t de sa puissance nominale. L'augmentation de la valeur de consigne de la puissance de l'agitateur est linéaire en fonction de l'augmentation du niveau. Une fois que l'état de remplissage maximal est atteint l'introduction du jus est interrompue. Du fait de l'épaississe- ment par ébullition, la masse de remplissage atteint pour le niveau de remplissage maximal H, une consistance qui permet d'évacuer le brassin environ 5 minutes après qu'on a atteint l'état de remplissage maximal H, et cela avec une teneur en cristaux comprise entre 54 et 55 %. Les principaux avantages du procédé conforme à l'invention sont les suivants I1 se produit une teneur plus faible en conglomérat, en moyenne 20 à 27 % par rapport à 30 à 40 % dans le cas d'une commande manuelle du brassage. I1 en résulte un temps de centrifugation plus court et un travail de centrifugation plus uniforme. De plus, on obtient une économie de 10 à 15 % sur le temps de cuisson. Le contrôle de la phase de formation de grains a pour effet une plus faible quantité de poussière de sorte qu'il s'accumule moins de poussière dans le silo et que le rendement pour chaque opération de cuisson est augmenté. L'augmentation du rendement apparaît d'autant plus importante que, dans le cas de la commande manuelle, la poussière passe à travers les mailles pendant la centrifugation et doit être recirculée dans l'appareillage de production du sucre. La régulation de l'introduction du jus est largement indépendante des variations de la pression de vapeur et du vide ainsi que de la constitution du jus introduit. REVEND I CAT IONS 1.- Procédé pour évaporer des solutions pour obtenir sous forme cristallisée la substance dissoute, en particulier le sucre,dans lequel des germes de cristallisation sont introduits après que la sursaturation a été atteinte, puis la concentration est réglée dans une phase initiale ou phase de grains sur des valeurs que l'on veut se situant à l'intérieur de la zone des états-métastable-s, ou sur des valeurs se situant également à l'intérieur de cette zone mais au voisinage de la limite de la zone des états intermédiaires, caractérisé par le faitqu'au passage de la phase de grains à la phase d'ébullition, après avoir atteint une puissance déterminée de l'agitateur qui caractérise la teneur en cristaux de la solution, l'introduction du jus dans l'appareil cuiseur est réglé par l'intermédiaire d'un programme défini avec précision pour la puissance absorbée par l'agitateur qui assure pendant la phase d'ebullition l'accroissement recherché de la teneur en cristaux. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enclenchement du régulateur d'introduction du jus se produit une fois qu'on a atteint un premier pourcentage déterminé de la puissance nominale de l'agitateur, et la valeur de consigne du régulateur d'introduction du jus est augmentée avec l'accroissement du niveau de la masse de remplissage dans l'appareil cuiseur. 3.- Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le gradient de l'augmentation de la puissance ce absorbée par l'agitateur peut être réglé de telle sorte que l'agitateur atteint ledit premier pourcentage de sa puissance nominale pour un état de remplissage maximal de l'appareil cui- seur. 4.- Procédé suivant l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait que l'augmentation de la puissance nominale de l'agitateur est linéaire en fonction de l'augmentation du niveau de la masse de remplissage dans l'appareil cuiseur. 5.- Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'introduction du jus est interrompu lorsqu'on atteint l'état de remplissage maximal de l'appareil.