Brevet FR2246294A1 — publié le 19750502

'11 invention, due 8 Herbert HELLMUTH et Reinhold BRAND, concerne un procédé de régulation pour une installation de concentration par évaporation, en particulier une installation de concentration de lait dans laquelle le produit à concentrer passe successivement par un réchauffeur et par un évaporateur, la quantité de chaleur fournie dans l'unité de temps à l'évapo- rateur pour concentrer le produit chauffé dans le réchauffeur étant réglée de telle sorte que la concentration du produit sortant de l'installation demeure constante. Si -la puissance d'une installation de concentration par évaporation reste constante, la concentration du produit qui en sort varie parce que la concentration à l'entrée varie, par exemple lors d'un changement de réservoir. En conséquence, pour maintenir constante la concentration a' la sortie, on fait varier continuellement la puissance dtévaporation de l'installation au moyen d'une régulation. Avec les régulations utilisées jusqu'ici dans des installations de concentration par évaporation, il s'agit exclusivement de régulations sur une valeur fixe ou de régulations en cascade prenant pour référence la concentration du produit à la sortie. Dans le cas de la régulation sur une valeur fixe, on mesure continuellement la concentration à la sortie et la quantité de chaleur fournie à ltinstallation dans l'unité de temps est modifiée continuellement par l'intermédiaire d'un régulateur à valeur fixe. Dans le cas de la régulation en cascade, la concentration à la sortie est également mesurée en permanence et le résultat de la mesure est envoyé comme signal d'entrée à un régulateur à valeur fixe qui fonctionne comme régulateur pilote et dont le signal de sortie modifie continuellement la valeur de consigne dtun circuit de régulation auxiliaire. Le circuit de régulation auxiliaire règle la quantité de chaleur à fournir à l'installation dans l'unité de temps. Cette régulation de concentration a l'inconvénient que les variations de la concentration à l'entrée ne sont pas détectées en temps utile du fait que ces variations ne se font sentir sur la concentration à la sortie qu'au bout du temps mis par le produit pour traverser l'installation et que c'est seulement alors que peut intervenir une correction. L'intervalle de temps qui s'écoule entre une modification de la concentration à l'arrivée et une modification, provoquée par la régulation, de la quantité de chaleur fournie à l'installation dans l'unité de temps peut être tellement long qu'il se produit une oscillation de la concentration -à la sortie autour d'une valeur désirée et que, de ce fait, la régulation ne remplit plus son office. Le problème à la base de l'invention est de mettre au point un système de régulation destiné aux installations de concentration par évaporation qui maintienne constants la concentration et le débit du produit à la sortie et qui puisse également tenir compte des variations de la concentration à l'en- trée. Ce problème est résolu suivant l'invention par le fait qu'en cas de diminution ou d'augmentation de la concentration du produit arrivant à l'installation (concentration à l'entrée), la quantité de produit envoyée dans l'unité de temps au réchauffeur (débit à l'entrée), la quantité de chaleur fournie dans l'unité de temps# au réchauffeur pour chauffer le produit et la quantité de chaleur fournie dans l'unité de temps à l'évaporateur pour# concentrer par évaporation le produit réchauffé sont adaptées les unes aux autres, augmentées ou diminuées de telle sorte que la concentration du produit et la quantité de produit sortant de l'installation dans l'unité de temps (concentration à la sortie et débit de sortie) demeurent constantes. Pour cela, le système de régulation peut être constitué par trois circuits de régulation dont un premier règle le débit à l'entrée, un second la quantité de chaleur fournie dans l'unité de temps au réchauffeur et un troisième règle, au moins sur un des étages de l'évaporateur, la quantité de chaleur fournie à cet étage dans l'unité de temps. Le premier circuit de régulation peut alors être conçu de telle sorte qu'un signal de mesure correspondant à la concentration à l'arrivée se trouve amplifié dans un amplificateur suivant une première fonction donnée. Le signal de sortie de cet amplificateur peut être donné par l'intermédiaire d'un élément calculateur comme valeur théorique au circuit de régulation du débit à entrée, le second signal d'entrée destiné à l'élément calculateur étant encore utilisé à l'intérieur des limites de puissance pour le réglage individuel de la valeur de consigne afin d'influencer le débit àla sortie. La quantité de chaleur fournie dans l'unité de temps au réchauffeur peut #tre réglée par le fait que, dans le second circuit de régulation, le signal de mesure qui correspond à la concentration à l'entrée est amplifié dans un amplificateur suivant une seconde fonction donnée. Le signal de sortie de cet amplificateur peut être le signal d'entrée destiné à un second élément calculateur qui est intercalé entre la sortie du régulateur de température et l'entrée de la vanne régulatrice du circuit de chauffage du réchauffeur pour donner ainsi à cette vanne régulatrice du réchauffeur un ordre anticipé en fonction du débit d'entrée. Le troisième circuit de régulation peut aussi être construit de telle sorte que tout d'abord le signal de mesure qui correspond à la concentration à l'entrée se trouve amplifié dans un amplificateur suivant une troisième fonction donnée. Le signal de sortie de cet amplificateur peut agir comme signal d'entrée sur un troisième élément calculateur dont le signal de sortie influence la valeur de consigne du régulateur réglant le rapport de concentration. La seconde entrée decet élément calculateur peut à son tour être utilisée pour le réglage individuel de la concentration à la sortie. Avec ce circuit de régulation, il s'agit de préférence d'un régulateur de rapport qui forme un rapport au moyen des débits à l'entrée et à la sortie: le signal de sortie de ce régulateur peut agir sur le circuit de vapeur chauffant l'installation de concentration par évaporation. Gracie à cette régulation, il est également possible de compenser des modifications de la puissance d'évaporation consécutives à un entartrage des surfaces de chauffe qui équivaut à une augmentation de la résistance thermique. On comprendra mieux l'invention à partir de la descrip tion détaillée d'un de ses modes de réalisation, donné ici uniquement à titre illustratif et sans aucun caractère limitatif, qui en sera faite ci-après à l'aide du dessin annexé représentant: un schéma de principe simplifié de l'installation de concentration par vaporisation entre le trajet suivi par le produit et le système de régulation. Les deux sortes de flèches, en trait double ou simple, représentent respectivement les sens de circulation du produit et des informations ou signaux. Le produit passe dans son trajet à travers l'installation de traitement par les postes suivants: de l'arrivée 10, il passe dans un réservoir d'alimentation 12 où le niveau de liquide est maintenu constant par un régulateur à flotteur. De là, il est repris par une pompe P, désignée par la référence 14, qui l'envoie dans un réchauffeur 16 où il est porté à la température désirée pour le traitement. La quantité de chaleur dont a besoin, dans l'unité de temps,le réchauffeur, lui est fournie par une circulation de vapeur-de chauffage. Après cela, le produit passe par des étages d'évaporation 18, 20 et 22 dans lesquels il est traité, c'est-à-dire concentré par évaporation, et d'où il s'écoule à l'état de produit concentré à la sortie 24 de l'installation.Les étages d'évaporation 18, 20 et 22 sont constitués par des évaporateurs à courants parallèles ou par des évaporateurs partiellement à contre-courant dont, sur l'exemple représenté, seul le premier étage d'évaporateur 18 est muni d'une régulation. Le chauffage des étages de l'évaporateur est également un chauffage à vapeur. Le système de régulation se compose de trois circuits de régulation qui ont en commun un appareil de mesure 26 pour mesurer la concentration à l'entrée dont les valeurs mesurées sont transformées par un convertisseur 28 en un signal ko envoyé à un amplificateur 30. L'amplificateur 30 amplifie le signal ko suivant trois fonctions, données à l'avance différentes, et forme des signaux de sortie kl, k2 et k3 destinés aux trois circuits de régulation. Dans un premier# circuit de régulation, un élément calculateur R1 forme à partir du signal k1 et d'un signal b1 qui correspond à une valeur de consigne du débit d'arrivée une valeur variable x1. Un régulateur E1 modifie la valeur variable x1 en fonction d'un signal Z qui correspond à la valeur réelle du débit d'arrivée, déterminée par un débitmètre 32 et transformée par un convertisseur 34. Une fonction y1 résultant de cette comparaison sert de paramètre de réglage pour un organe de réglage S1 qui règle la quantité de produit arrivant dans l'unité de temps au réchauffeur 16. Dans un second circuit de régulation, un élément calculs teur R2 forme à partir du signal k2 et d'un signal d'écart de température x2 une fonction y2 qui agit comme paramètre de réglage sur un organe de réglage S2 pour régler la quantité de vapeur envoyée dans l'unité de temps au réchauffeur 16. Le signal d'écart de température x2 est formé par un régulateur E2 à partir d'un signal b2 qui correspond à une valeur de consigne pour la température du produit à la sortie du réchauffeur 16 et d'un signal t qui correspond à la valeur réelle de la température à la sortie du réchauffeur 16. La valeur réelle de la température est déterminée par un capteur de température 36 et transformée en signal t par un convertisseur 38. Dans un troisième circuit de régulation, un élément calculateur R3 forme à partir du signal k3 et d'un signal b3 qui correspond à une valeur de consigne du rapport des concentrations du produit à ltentrée et à la sortie, ou taux d'évaporation, une valeur de consigne X3. A partir de celle-ci, du signal Z et d'un signal a qui correspond à la valeur du débit réel déterminée à la sortie par un débitmètre 40 et transformée par un convertisseur 42, un régulateur E3 forme une fonction y3. Cette dernière agit comme paramètre de réglage sur un organe de réglage S3 qui règle le débit ou la pression, ou encore à la fois le débit et la pression de la vapeur envoyée à l'étage 18 de l'évaporateur. Dans leur ensemble, les trois circuits de régulation coopèrent de manière à maintenir constants le débit et la concentration à la sortie. Si par exemple, la concentration à l'entrée s'abaisse, il faut, pour compenser cette diminution de concentra tion, augmenter le débit à l'entrée. Ceci s'effectue dans le premier circuit de régulation. Mais alors, à l'augmentation du débit à l'entrée, il faut faire correspondre une augmentation de la quantité de chaleur fournie par unité de temps au réchauffeur 16, c'est-à-dire ici augmenter le débit de vapeur de chauffage. Cette adaptation est assurée par le second circuit de régulation. Il faut que la concentration plus faible à l'entrée soit compensée par un taux d'évaporation plus élevé. Pour cette raison, et également à cause de l'augmentation de la quantité de produit qui y arrive dans l'unité de temps, il faut aussi faire arriver à l'étage réglable 18 de l'évaporateur une plus grande quantité de chaleur dans l'unité de temps. Cette adaptation est réalisée par le troisième circuit de régulation. Un exemple numérique peut aider à comprendre ceci plus clairement. Supposons que la concentration à l'entrée soit de 8 pour cent et que le débit à l'entrée soit de 15 000 litres à l'heure; si le rapport des concentrations ou taux d'évaporation est de 1 : 5, le débit à la sortie sera de 3 000 litres à l'heure et la concentration à la sortie de 40 pour cent qui représentent les valeurs désirées à la sortie. Si la concentration à l'entrée tombe à 6 pour 100, il faut, pour maintenir les valeurs désirées à la sortie, augmenter le débit à l'entrée pour le porter à 19 800 litres à l'heure environ et-accroître le taux de concentration par évaporation pour qu'il atteigne 1 : 6,6. Pour réchauffer et concentrer par évaporation les 4 800 litres de liquidedont a augmenté le débit horaire à l'entrée, il faut augmenter en conséquence les quantités de chaleur fournies dans l'unité de temps au réchauffeur et à l'évaporateur. -REVENDICATIONS 1.- Système de régulation pour une installation de concentration par évaporation, en particulier une installation de concentration de lait dans laquelle le produit à concentrer passe successivement par un réchauffeur et par un évaporateur, la quantité de chaleur fournie dans l'unité de temps à l'évaporateur pour concentrer le produit chauffé dans le réchauffeur étant réglée de telle sorte que la concentration du produit sortant de l'installation demeure constante, lequel système est caractérisé par le fait qu'en cas de diminution ou d'augmentation de la concentration du produit arrivant à l'installation (concentration à l'entrée), la quantité de produit envoyée dans l'uniteds temps au réchauffeur (16) (débit à l'entrée), la quantité de chaleur fournie dans l'unité de temps au réchauffeur (16) pour chauffer -le produit et la quantité de chaleur fournie dans l'unité de temps å l'évaporateur (18 - 22) pour concentrer par évaporation le produit réchauffé sont adaptées les unes aux autres, augmentées ou diminuées de telle sorte Wque la concentration du produit et la quantité de produit sortant de l'installation dans l'unité de temps(concentration à la sortie et débit de sortie)demeurent constantes. 2.- Système de régulation suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans un premier circuit de régulation, un signal de mesure (ko) correspondant à la concentration à 1'arrivée) se trouve amplifié dans un amplificateur (30) suivant une première fonction donnée; que le signal de sortie correspondant (k1) de cet amplificateur (30),est traité dans un premier élément calculateur (R1) à l'aide d'un signal (b1) qui correspond à la valeur de consigne du débit à l'entrée; que le signal de sortie (x1) de cet élément calculateur (R1) est modifié à l'aide d'un signal (Z) qui correspond à la valeur réelle du débit à l'entrée; et qu'une fonction (yi) résultant de cette modification agit comme paramètre de réglage sur un organe de réglage (51) pour régler la quantité de produit amenée à l'entrée dans l'unité de temps. 3.- Système de régulation suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que, dans un second circuit de régulation, le signal de mesure (ko) qui correspond à la concentration à l'entrée est amplifié dans un amplificateur (30) suivant une seconde fonction donnée; que le signal de sortie correspondant (k2) de cet amplificateur (30) est traité dans un second élément calculateur (R2) à l'aide d'un signal de température (x2) formé comme signal d'écart entre une valeur de consigne (b2) et une valeur réelle (t) de la température à la sortie du réchauffeur (16); et que le signal de sortie (Y2) de cet élément calculateur agit comme paramètre de réglage sur un organe de réglage (S2) pour régler la quantité de chaleur fournie dans l'unité de temps au réchauffeur (16). 4.- Système de régulation suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que la quantité de chaleur fournie dans l'unité de temps au réchauffeur (16) est déterminée par la quantité de vapeur qui lui est envoyée dans l'unité de temps. 5.- Système de régulation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que, dans un troisième circuit de régulation, le signal de mesure (ko) qui correspond à la concentration à l'entrée se trouve amplifié dans un amplificateur (30) suivant une troisième fonction donnée, que le signal de sortie correspondant (k3) de cet amplificateur (30) est traité dans un troisième élément calculateur (R3) à l'aide d'un signal (b3) qui correspond au taux d'évaporation ou rapport des concentrations du produit à la sortie et à l'entrée; que le signal de sortie (X3) de cet élément calculateur (R3) est modifié à l'aide d'un signal (Z) qui correspond à la valeur réelle du débit à l'entrée et d'un signal (a)qui correspond à la valeur réelle du débit à la sortie ; et qu'un signal de sortie (y3) résultant de cette modification agit comme paramètre de réglage sur un organe de réglage (S3) pour régler la quantité de chaleur fournie dans l'unité de temps à au moins l'un(18) des étages de l'évapo- rateur. 6.- Système de régulation suivant la revendication 5, caractérisé par le fait qu'une variation de la quantité de chaleur fournie dans l'unité de temps à au moins l'un (18) des étages de l'évaporateur correspond à une variation de la quantité de vapeur qui lui est envoyée dans l'unité de temps, ou de la pression de cette vapeur de chauffage, ou de ces deux grandeurs à la fois.