Brevet FR2471812A1 — publié le 19810626

-1- La présernte invention est relative à un appareil permettant la séparation, dans une masse traitée dans l'ap- pareil, des matières solides et du liquide, notamment, dans une masse de jus sucré de très forte viscosité, des cristaux de sucre et de la mélasse, et comportant une cen- trifugeuse, un dispositif de dosage pour l'adduction de la masse traitée et un dispositif de réchauffagge de la masse traitée, immédiatement avant sa centrifugation. On conna t beaucoup d'appareils de ce genre. Ils sont utilisés dans l'industrie sucrière pour la centrifu- gation continue des jus sucrés, notamment des jus de deuxiè me et de troisième jet. Le jus est un mélange de cristaux de sucre et de mélasseo Ce mélange doit être refroidi le plus possible avant son traitement en centrifugeuse pour que l'on obtienne le plus possible de sucre cristallisé Cependant, plus la température du mélange s'abaisse, plus sa viscosité augmente. Or, plus la viscosité augmente, plaus il est difficile d'obtenir la séparation, dans le mélange, des matières solides et du liquideo Il y a donc une limite inférieure que la température ne doit pas dépassero Pour obtenir un bon rendement en sucre, il faut donc commencer par refroidir la masse, à une température assez basse, d'ailleurs, mais la réchauffer ensuite le plus vite possi ble, et seulement juste avant sa centrifugation0 Dans un appareil connu, l'élévation de température de la masse traitée s'obtient au moyen de vapeur d'eau, généralement de vapeur saturée, mais aussi de vapeur sure chauffée, qui est envoyée directement sur la masse traitée tandis que celle-ci pénètre dans la centrifugeuse. L'expé- rience a cependant montré que, même lorsque la vapeur est projetée, sous la forme de jets s'échappant de buses et frappant la surface du boudin que constitue la masse trai- tée, la pénétration de la chaleur à l'intérieur de la masse est insignifiante. Ce n'est que lorsque le boudin formé par la masse traitée est dissocié et déplacé rapidement que la vapeur résiduelle et l'eau de condensation chaude peuvent réchauffer dans sa totalité la masse traitée. Dans ce cas, cependant, une surchauffé locale intervient dans la zone voisine de la surface du boudin de sorte que le choc thermique provoque la rupture des cristaux de sucre et que le sucre repasse en solution. Le but de l'invention est de réaliser un appareil du type initialement décrit permettant d'obtenir un réchauf- fage uniforme de la masse traitée sur toute sa section immédiatement avant sa centrifugation. Il faut en plus que la masse traitée arrive sans incident et sans interruption à la centrifugeuse. Ce but est atteint, suivant l'invention, du fait que, dans un appareil du type initialement défini, le dispositif assurant le réchauffage de la masse traitée est une instal- lation de chauffage à haute fréquence. Les installations de chauffage à haute fréquence sont souvent appelés ins- tallations de chauffage par micro-ondes. Sous l'action des micro-ondes, qui s'exerce dans la zone oh la masse traitée arrive à la centrifugeuse, le boudin de matière traitée provenant du dispositif de dosage est uniformément réchauffé sur toute sa section. Dans le champ électrique de micro-ondes la masse traitée, étant un diélectrique, absorbe alors de l'énergie et, de ce fait, se réchauffe très rapidement. L'élévation à l'intérieur est même un peu plus forte que sur le bord. De plus, on a observé une autre circonstance avantageuse, qui est que d'abord c'est le liquide seul qui est rechauffé et que les matières solides ne le sont pas. Il en résulte que, malgré le ré- chauffage, une faible quantité de sucre seulement passe en solution. Pour la formation du champ de micro-ondes, il est avantageux que l'installation de chauffage à haute fré- quence comporte, comme dispositif de guidage des ondes, un élément tubulaire essentiellement rectiligne et de sec- tion ronde dans lequel débouche, suivant le même axe que lui, une tubulure d'adduction amenant la masse traitée. -3- Il est particulièrement facile de réchauffer sans difficulté et en continu la masse traitée lorsque l'élé- ment tubulaire est coudé à son extrémité supérieure et qu'au niveau du prolongement coudé de cet élément tubu- laire il y a un dispositif de couplage des micro-ondes. L'élément tubulaire est réglé ou réglable suivant la fré- quence des micro-ondes. De plus, pour que des micro-ondes vagabondes ne puis- sent pas sortir de l'appareil au niveau du dispositif de dosage, la tubulure d'adduction de la masse traitée relie en ligne droite et sans interruption, au niveau de son coude, l'élément tubulaire au dispositif de dosage. La - tubulure d'adduction et l'élément tubulaire sont en métal et reliés hermétiquement l'un à l'autre de tous cotés. L'adduction de la masse traitée dans l'élément tubu- laire s'effectue d'une manière simple lorsque la tubulure d'adduction comporte une tuyère en forme d'entonnoir mon- tée de manière à avoir le mime axe qu'elle et ne pénétrant que très peu dans l'élément tubulaire. Un bord de sorties orienté perpendiculairement à l'axe de la tuyère, empêche toute déviation de la masse traitée lors de son arrivée dans l'élément tubulaire. A sa sortie de la tuyère, la masse traitée tombe en chute libre suivant l'axe central dans le dispositif d'accélération. Pour assurer un guidage sûr de la masse traitée à l'intérieur de l'élément tubulaire, on suspend dans la tubulure d'adduction un tube de guidage de la masse trai- tée ayant le même axe et aboutissant à l'extrémité infé- rieure de l'élément tubulaire o il est maintenu de maniè- re à pouvoir se déplacer longitudinalement dans une douil- le, cette douille de guidage étant hermétiquement reliée par une plaque annulaire à l'élément tubulaire. Dans ce dispositif, il faut veiller à ce qu'une pression suffi- sante s'exerce sur la masse traitée pour que celle-ci s'écoule suivant le débit voulu dans le tube de guidage suspendu. 2471812; -4- Pour empêcher d'une manière particulièrement sure que des micro-ondes vagabondes pénètrent dans le panier de la centrifugeuse, on dispose l'élément tubulaire de manière qu'il s'enfonce dans un dispositif de dispersion et d'accé- lération de la masse traitée situé au niveau de la base d'un panier de projection de la centrifugeuse, ce dispositif de dispersion et d'accélération comportant des anneaux d'accé- lérateur supérieurs et inférieurs-montés comme une sorte de joint à labyrinthe et se recouvrant l'un l'autre. L'appareil est particulièrment sûr et efficace lors- qu'il est caractérisé,suivant l'invention par le fait que l'élément tubulaire, la tubulure d'adduction, la plaque annulaire et/ou le dispositif de dispersion et de centri- fugation sont constitués par un matériau réfléchissant les micro-ondes, par exemple par de l'acier, de l'acier allié ou de l'acier fortement allié, et que la tuyère et la tubulu- re d'adduction de la masse traitée sont constitués par du verre résistant à la chaleur-évitant les pertes de micro- ondes, c'est-à-dire n'amortissant que faiblement les micro- ondes. les exemples de réalisation schématiquement décrits au moyen du dessin permettent de décrire l'invention d'une manière plus détaillée. La figure 1 est une coupe d'un appareil suivant l'in- vention. La figure 2 est une coupe d'un autre appareil suivant 1' invention. La figure 1 représente, en coupe, un appareil suivant l'invention comprenant une centrifugeuse 1 fonctionnant en continu, un dispositif de dosage 2 et un dispositif de réchauffage 3 à micro-ondes. La centrifugeuse comporte un panier de centrifugeuse à axe vertical, en forme de c8ne, qui s'élargit vers l'extrémité de sortie. Au niveau du plus petit diamètre du panier de la centrifugeuse l'appa- reil comprend un pot d'accélération 5 non perforé. le panier de centrifugeuse 4 est pratiquement entouré de tous -5- c8tés par une enveloppe de centrifugeuse 6. Toutes les ouvertures de cette enveloppe peuvent être hermétiquement fermées de manière à empêcher tout passage des micro-ondes. Lorsque les ouvertures pour l'entretien, l'observation et/ou les prélèvements d'éprouvettes se ferment par des couvercles mobiles 7e il est avantageux d'aceoupler ceux- ci directement au dispositif de réehauffage par micro- ondes. Cette disposition permet alors d'assurer l'arrêt automatique dua réchauffage par micro-ondes en cas d'ouver- ture d'un couvercle 7. Au-dessus de la centrifugeuse 1, on trouve le dispositif de dosage 2. Cs dispositif de dosage@ constitué généralement par un registre de dosage de la masze traitée, peut se situer dans l'alignement de l'sxe de la ce trifugeuse n O peut cependant le monter égale- ment dans une position zexcentrée. C'est essentiellement entre le dispositif de dosage 2 et le fond du pot d'accée lération 5 que se placent le dispositif de réchauffage par microsondes 3, et ses anneoesG Ce dispositif de rêchauf= fage par micro-ondes comporte un élément tubulaire 8 coudé à son estrémité supérieure suivant un angle de 450 envi- rono Leélément tubulaire 8 sert de dispositif de guidage des iicroondes On peut le régler et on le règle suivant la fréquence des micro-ondeso Au niveau du prolongement coudé 9 de l'élémlent tubulaire 83 un dispositif O0 assure le couplage des miero-ondeso Ce dispositif 10 comporte un magnétron (tube à champ magnétique), de préférence un ma- gnêtron à contact continu fonctionnant comme générateur et comme source d'énergie des micro-ondes. Le rendement d'un magnétron à contact continu peut, pour un rendement allant jusqu'à 50%, atteindre plusieurs kilowatts (EM). A l'intérieur du magnétron, les électrons cèdent une partie de leur énergie. Cette énergie sert à produire des circuits oseillants. L'élément tubulaire 8, fonctionnant comme ca- nalisation de couplage, permet à l'énergie des micro-ondes d'tarriver jusqu'à la masse traitée. L'accouplement de l'élément tubulaire au générateur peut s'effeetuer par -6- l'intermédiaire d'un câble de même axe, soit par induc- tion, au moyen d'un balai d'accouplement, soit par capa- cité, au moyen d'une tige d'accouplement placée à l'en- droit o l'intensité du champ est maximale. Une tubulure d'adduction 1i conduit en droite ligne et sans interruption de la zone coudéede l'élément au dis- positif de dosage 2. Dans cette tubulure d'adduction Il un tube de guidage de la masse traitée, 12, est suspendu de manière à avoir le même axe que l'élément tubulaire 8. Il pénètre jusqu'à l'extrémité inférieure de l'élément tubulaire 8 et y est maintenu de manière à pouvoir se dé- placer dans le sens longitudinal à l'intérieur d'une douille de guidage 13. Une plaque annulaire 14 assure une liaison hermétique entre la douille de guidage et l'élé- ment tabulaire. Pour que le champ de micro-ondes produit à l'intérieur du tube de guidage 12 de la masse traitée puisse agir sur celle-ci avec le minimum de pertes et un bon rendement, le tube de guidage d-e la masse est consti- tué par du verre résistant à la chaleur et ayant un faible coefficient d'amortissement des micro-ondes. Les parties de l'appareil suivant l'invention qui entourent le tube de guidage de la masse, notamment l'élément tubulaire 8, la tubulure d'adduction de la masse traitée, 11, la douil- le de guidage 13 et la plaque annulaire 14, sont égale- ment constituées, comme le panier de la centrifugeuse, le pot d'accélération et l'enveloppe de la centrifugeuse, par exemple par un matériau approprié comme l'acier, l'acier allié ou l'acier fortement allié. Des interrupteurs élec- triques de sécurité garantissent la mise hors circuit du générateur produisant des micro-ondes en cas d'ouverture des couvercles. la massede viscosité particulièrement élevée, cons- tituée par des cristaux de sucre et de la mélasse, pénè- tre, en passant par le dispositif de dosage 2, dans la zone d'arrivée o se trouvent le dispositif de chauffage par micro-ondes, 3, et ses annexes. Dans cette zone, la 2471812 i -7- masse traitée est guidée par le tube de guidage 12. Le dispositif 10 assure le couplage des micro-ondes dans l'élément tubulaire 8 qui constitue le dispositif de gui- dage des micro-ondes et l'envoi de l'énergie des micro- ondes dans la masse traitéeo Pendant son passage dans le tube de guidage, la masse traitée est soumise à l'action des micro-ondes. L'expérience montre que seuls les cons- tituants liquides de la masse traitée, c'est-à-dire, avant tout, la mélasse, absorbent les micro-ondes et, par conséquent, sont réchauffés, tandis que les constituants solides, c'est-à-dire les cristaux de sucre, n'absorbent pas ou presque pas de micro-ondes et ne sont pas réchauf- fés, directement au moinso Les cristaux de sucre ne peu- vent donc 4tre réchauffés qu'ensuite par la mélasse qui les entoure. Ce réchauffement est cependant d'une telle brièveté qui seule une spetite quantité de sucre repasse en solution. L'intensité de l'énergie des microondes et le taux de réchauffage qu'elle détermine sont faciles à régler. L'uttilisation d'appareils convenables permet de régler cet apport d'énergie de manière qu'il soit propor- tionnel au débit de la masse traitée arrivant dans l'ap- pareil. On peut d'ailleurs utiliser un dispositif de ré- glage assurant le déclenchement immédiat du générateur de micro-ondes en cas d'interruption de l'arrivée de la masse traitée. C'est très important à-cause de la forte concentration d'énergie obtenue dans le champ des micro- ondes. Pes micro-ondes produites par le générateur se situent de préférence dans une gamme de fréquences com- prise entre 2.200 et 2o600 NHz, notamment entre 2o400 et 2.500 MHz. A sa sortie du tube de guidage, le boudin de matière à traiter réchauffé pénètre dans le pot d'accé- lération 5 et y est soumis normalement à une aocéléra- tion, puis dispersé uniformément au niveau du bord infé- rieur du panier de la centrifugeuse. Lorsqu'elle est dans le panier de la centrifugeuse et/ou dans le pot d'accélé- ration,la masse traitée peut être soumise,-en plus, à l'action de l'eau et/ou de la vapeur. C'est pendant le trajet entre le bord inférieur du panier de la centrifu- geuse et l'extrémité de sortie que s'effectue ensuite la séparation des cristaux de sucre et:de la mélasse. La figure 2 représente un autre appareil suivant l'invention comprenant une centrifugeuse 1 fonctionnant en continu, un dispositif de dosage 2 et une installation de chauffage par micro-ondes, représentés en coupe. la centrifugeuse comprend également un panier de centrifu- geuse 4 ayant un axe de rotation vertical et s'évasant en forme de c8ne vers son extrémité de sortie. Au niveau du plus petit diamètre du panier de la centrifugeuse, l'appareil comprend un pot d'accélération 5 sans perfo- rations. Du fond 15 de ce pot d'accélération un anneau d'accélérateurinférieur 16, de même axe que-le panier, remonte vers le haut en formant une saillie circulaire. Le fond 15 est recouvert, à une certaine distance, par une plaque annulaire 17 d'o partent, vers le bas, deux anneaux d'accélérateur supérieurs en forme de saillies circulaires de même axe que l'anneau inférieur. Les an- neaux 16, 18 sont disposés de manière à former un joint à labyrinthe. Dans cette disposition, l'arête angulaire libre de l'anneau inférieur 16 est située plus haut que celles des anneaux supérieurs correspondants 18. Pour le reste, la centrifugeuse 2 est identique à celle de la fi- gure 1. Il en est de même pour le dispositif de dosage 2. C'est essentiellement entre le dispositif de dosage 2 et le fond 15 du pot d'accélération 5 que se placent l'ins- tallation de chauffage par micro-ondes 3 et ses annexes. L'installation de chauffage par micro-ondes 3 com- prend également un élément tubulaire 8 coudé de 450 en- viron à son extrémité supérieure. L'élément tubulaire 8, qui sert de dispositif de guidage des micro-ondes, est réglable ou réglé suivant la fréquence des micro-ondes. Le prolongement coudé 9 de l'élément tubulaire 8 comprend -9- le même dispositif de couplage 10 des micro-ondes que dans l'exemple précédent. Une tubulure d'adduction 19 en forme de tronc de c8ne se rétrécissant vers le bas va en ligne droite et sans interruption de la zone coudée de 'élément tubulaire 8 au dispositif de dosage. La tubu- lure d'adduction 19 comporte une tuyère 20 en forme d'en- tonnoir de mOme axe qu'elle. Sa fixation peut s'effectuer au moyen d'un évidement qui est ménagé au niveau de la bride supérieure de la tubulure d'adduction et dans le- quel s'engagent un bourrelet ou des saillies de la tuyèreo la bord inférieur de la tuyère, lisse et perpendiculaire à l'axe longitudinale pénètre peu, mais compl&tement dans l'élément tubulaire 8o La tuyère peut 9tre constituée par du verre résistant à la chaleur atténuant les perteso l' élément tubulaire 8 plonge, par son extrémité inférieur dans le pot d'accélération 5o La masse traitée, de viscosité particulièrement forte, pénètre ici encore par le dispositif de dosage 2 dans la zone d'arrivée o se trouvent le dispositif de réchaiffage par micro-ondes2 3, et ses annexes 0 sa sor- tie de la Guyère 20, le boudin de masse traitée 21 s'6- coule Gans contact suivant l'aze de l'élément tubulaire 8, o la mélasse est réchauffée, après quoi le mélange arrive dans le pot d'accélération. Dans cet exemple de réalisation, les micro-ondes ne peuvent parvenir qu'en partie dans la zone de centrifugation, à cause de la dis- position et de la forme des anneaux d'accélérateur du pot d'accélération. Cette zone est entourée de toutes parts de métal, de sorte qu'aucun rayonnement de micro- ondes vagabondes ne peut atteindre la zone extérieure autour de la centrifugeuse. 2471812. -10- REVENDICATIONS 1. Appareil permettant la séparation dans une masse traitée dans l'appareil, des matières solides et du li- quide, notamment, dans un jus sucré de très forte vis- cosité, des cristaux de sucre et de la mélasse, et com- portant une centrifugeuse, un dispositif de dosage pour l'adduction de la masse traitée et un dispositif de ré- chauffage de la tasse traitée,immédiatement avant sa centrifugation, caractérisé en ce que le dispositif de réchauffage de la masse traitée est une installation de chauffage à haute fréquence, 3. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ee que l'installation de chauffage à haute fréquence 3 comporte, comme dispositif de guidage des ondes, un élé- ment tubulaire essentiellement rectiligne, 8, dans le- quel débouche, suivant le même axe que lui, une tubulu- re d'adduction 11, l? de la masse traitée. l'une 3. Appareil selon quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément tubulaire 8 est coudé à son extrémité supérieure et qu'au niveau du pro- longement coudé 9 de cet élément tubulaire 8 l'appareil comporte un dispositif 10 de couplage des micro-ondes. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 2 ou 3, caractérisé en ce que la tubulure d'ad- duction 11, 19 relie en ligne droite et sans disconti- nuité, au niveau de son coude, l'élément tubulaire 8 au dispositif de dosage 2. * 5. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 4, caractérisé en ce que la tubulure d'adduc- tion 19 contient une tuyère 20 en forme d'entonnoir montée de manière à avoir le même axe et ne pénétrant que peu dans l'élément tubulaire 8. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 4, caractérisé en ce que la tubulure d'adduc- tion 11 contient un tube de guidage 12 de la masse qui s'y trouve suspendu de manière à avoir le même axe et 2471812 ' -11- se prolonge jusqu'à l'extrémité inférieure de l'élément tubulaire 8 o il est guidé dans une douille 13 de ma- nière à pouvoir se déplacer dans le sens longitudinal, la douille de guidage 13 étant reliée hermétiquement par une plaque annulaire 14 à l'élément tubulaire 80 7o Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ee que l'élément tubulaire 8 pénè- tre dans un dispositif de dispersion et d'accélération de la masse traitée situé à la base d'un panier de cen- trifugation 4 de la centrifugeuse 1, le dispositif de dispersion et d'accélération comportant des anneaux d'ac- célérateur supérieurs et inférieurs 16, 18, superposés et montés à la manière d'un joint d'étanchéité en laby- rinthe. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'élément tubulaire 8, la tubulure d'adduction 11, 19, la plaque annulaire 14 et/ou le dispositif de dispersion et d'accélération sont cons- titués par un matériau réfléchissant les micro-ondes 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications ou 6, caractérisé en ce que la tuyère 20 et le tube de guidage 12 de la masse traitée sont constitués par du verre résistant à la chaleur et diminuant les pertes en micro-ondes0