Brevet FR2508672A1 — publié le 19821231

La présente invention concerne la régulation des appareils de cristallisation par évaporation à marche continue du type comportant plusieurs compartiments munis d'éléments chauffants, qui sont traversés successivement par le produit en cours de cristallisation et dans lesquels on introduit une solution sous-saturée du produit à cristalliser. Ces installations sont utilisées en particulier pour la production de cristaux de sucre à partir de jus sucrés. On connaît un procédé de régulation suivant lequel l'alimentation en solution sous-saturée de chaque compartiment ou groupe de compartiments est réglée de façon à maintenir constante la sursaturation de la solution dans le compartiment considéré ou dans un compartiment du groupe considéré. Etant donné que la concentration n'est pas directement mesurable, on utilise pour cette régulation une mesure d'une grandeur : conductivité, température, densité, indice de réfraction, etc... qui est fonction de la concentration de la solution. Mais, lorsqu'il s'agit de solutions impures, comme c'est notamment le cas en sucrerie, les mesures de ces grandeurs ne donnent qu'une représentation imparfaite de la concentration de la solution et il n'est pas possible de réaliser à partir de ces mesures une régulation fiable. Le but de la présente invention est de mieux contrôler la sursaturation de la solution dans les différents compartiments et obtenir ainsi un produit de qualité plus uniforme. Le procédé de régulation objet de la présente invention est caractérisé en ce qu'une grandeur représentative de la concentration de la solution dans au moins un compartiment est maintenue égale à une valeur de consigne et en ce que cette valeur de consigne est modifiée en fonction de la teneur en cristaux du produit dans ce compartiment ou dans un compartiment situé en aval. La teneur en cristaux du produit peut etre déterminée à partir d'une mesure de sa viscosité ou de sa densité. On peut en particulier modifier toutes les valeurs de consigne de la grandeur mesurée en fonction des variations de la viscosité du produit dans le dernier compartiment ou à la sortie de celui-ci. Suivant un autre mode de réalisation, la valeur de consigne de la grandeur mesurée dans le dernier ou l'avant dernier compartiment est modifiée en fonction des variations de la viscosité dans le dernier compartiment ou à la sortie de celui-ci et les autres valeurs de consigne de la grandeur mesurée sont modifiées en fonction des variations de la grandeur mesurée dans le dernier ou l'avantdernier compartiment. Un système de régulation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention comporte un organe de mesure de la viscosité du produit sortant du dernier compartiment, un organe de mesure de la conductivité du produit dans un compartiment et un régulateur relié aux dits organes de mesure et commandant une vanne placée sur la tuyauterie d'alimentation en solution sous-saturée du dit compartiment et éventuellement du ou des compartiments précédents. Le système peut comporter plusieurs régulateurs, chacun d'eux étant relié à l'organe de mesure de la viscosité et à un organe de mesure de la conductivité du produit dans l'un des compartiments et commandant une vanne placée sur la tuyauterie d'alimentation en solution sous-saturée du dit compartiment et éventuellement du ou des compartiments précédents. En variante le système peut comporter un premier régulateur relié à l'organe de mesure de la viscosité et à un organe de mesure de la conductivité du produit dans le dernier ou l'avant-dernier compartiment et commandant une vanne placée sur la tuyauterie d'alimentation en solution sous-saturée du dernier ou de l'avant-dernier compartiment, et au moins un autre régulateur relié à ce premier organe de mesure de la conductivité et à un second organe de mesure de la conductivité dans un autre compartiment et commandant une vanne placée sur la tuyauterie d'alimentation en solution sous-saturée de cet autre compartiment et éventuellement du ou des compartiments précédents. Suivant un mode de réalisation particulier, l'alimentation du dernier compartiment n'est pas contrôlée par un régulateur mais par une minuterie qui commande l'ouverture et la fermeture périodiques d'une vanne placée sur la tuyauterie d'alimentation du dernier compartiment. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit et se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'exemples non-limitatifs, deux modes de réalisation de l'invention. Les figures 1 et 2 de ces dessins sont les schémas de deux systèmes de régulation d'un appareil de cristallisation à marche continue conformes à l'invention. L'appareil de cristallisation représenté schématiquement sur la figure i est constitué par une cuve cylindrique fermée, disposée horizontalement et divisée par des cloisons transversales 12 en plusieurs compartiments ; dans l'exemple représenté l'appareil comprend six compartiments 1 à 6, mais ce nombre n'est pas limitatif. Les cloisons 12 sont moins hautes que la cuve de sorte que les différents compartiments communiquent entre eux à leur partie supérieure. Des ouvertures sont percées dans les cloisons 12 pour permettre le passage du produit traité d'un compartiment à l'autre. Des éléments de chauffage 14, tels que des tubes horizontaux ou des plaques creuses, sont placés dans la partie inférieure de la cuve de façon à etre toujours noyés dans le produit traité ; ils sont alimentés en vapeur et assurent le chauffage du produit dans les différents compartiments. Des tubulures d'admission 16 sont disposées dans la partie supérieure de la cuve pour alimenter les différents compartiments en solution sous-saturée ; elles sont conçues pour assurer simultanément le lavage des parois de la cuve et des cloisons. Chaque tubulure est raccordée à une tuyauterie d'alimentation 18 aboutissant à une conduite d'alimentation principale 20. Les tuyauteries d'alimentation des compartiments 1 et 2 comportent un tronçon commun sur lequel est placée une vanne 30 commandée par un régulateur à action proportionnelle, intégrale et dérivée (PID) 32. De même, une vanne 34 commandée par un régulateur 36 du même type que le régulateur 32 est placée sur le tronçon commun des tuyauteries d'alimentation des compartiments 3 et 4. Une vanne 38 commandée par un régulateur PID 40 est placée sur la tuyauterie d'alimentation du compartiment 5 et une vanne 26 commandée par une minuterie 28 est placée sur la tuyauterie d'alimentation du compartiment 6. Des sondes de mesure de conductivité 42, 44 et 46 placées dans les compartiments 2, 4 et 5 fournissent des informations sur la concentration en matières sèches de la solution dans ces compartiments aux régulateurs 32, 36 et 40, respectivement. Les consignes des régulateurs 32, 36 et 40 sont fixées au moyen des dispositifs 50, 52 et 54 respectivement. Un viscosimètre 56 placé sur une tuyauterie 58 reliant la sortie du dernier compartiment à l'aspiration d'une pompe 60 fournit une information sur la viscosité ou compacité du produit sortant de ce compartiment à des dispositifs 62, 64 et 66 qui corrigent les valeurs de consigne des régulateurs 32, 36 et 40 respectivement, en fonction de la valeur de cette viscosité. Les dispositifs correcteurs peuvent être constitués par des régulateurs à centrage de bande ou des calculateurs analogiques ou numériques. Le produit à traiter, qu'on supposera être du jus sucré, est introduit en continu dans les compartiments i à 5 par les tuyauteries 18 et les tubulures 16. Le compartiment 6 est alimenté périodiquement avec un débit juste suffisant pour assurer le lavage des parois du compartiment, l'ouverture et la fermeture périodiques de la vanne 26 étant commandées par la minuterie 28. Un magma formé de petits cristaux en suspension dans un sirop est également introduit en continu dans le premier compartiment. Sous l'action de la chaleur fournie par la vapeur admise dans les éléments de chauffage 14, une partie de l'eau de la solution sucrée contenue dans chaque compartiment s'évapore et est compensée par un apport de jus soussaturé de façon à maintenir la solution à l'état sursaturé et assurer un grossissement régulier des cristaux introduits dans le premier compartiment, pendant tout leur séjour dans l'appareil. Le débit d'alimentation en jus sous-saturé des compartiments 1 et 2 est réglé au moyen de la vanne 30, par le régulateur 32, pour maintenir constante la teneur en matières sèches (brix) de la solution. Pour cela, on utilise les informations fournies par la sonde 42 sur la conductivité du produit dans le compartiment 2, qui est fonction du brix de la solution dans ce compartiment, ces informations étant comparées à une valeur de consigne fournie par le dispositif 50 et éventuellement corrigée par le dispositif 62 ; lorsque la conductivité diminue, on augmente le débit du jus pour la ramener à sa valeur de consigne et inversement. La répartition de ce débit entre les compartiments I et 2 est réglée au moyen des vannes 22 placées sur les tuyauteries 18 correspondantes.Ce réglage est effectué manuellement, à partir d'essais ou de calculs, et peut être ajusté en marche. Le débit d'alimentation des compartiments 3, 4 et 5 est réglé, de la même façon par les régulateurs 34 et 38 pour maintenir la conductivité du produit dans les compartiments 4 et 5 égale à des valeurs de consignes fournies par les dispositifs 52 et 54 et éventuellement corrigées par les dispositifs 64 et 56. Les valeurs de consigne des régulateurs 32, 36 et 40 sont corrigées, suivant des lois prédéterminées, en fonction de la valeur de la viscosité de la masse cuite sortant du dernier compartiment mesurée par le viscosimètre 56. Ces corrections améliorent la régulation et permettent de produire une masse cuite de qualité plus uniforme et dont la viscosité et la teneur en cristaux sont maintenus à des valeurs optimales et compatibles avec le bon fonctionnement des malaxeurs et des essoreuses. On a en effet constaté que pour une concentration donnée de la solution mère la conductivité du produit constitué par les cristaux en suspension dans la solution mère diminuait quand la teneur en cristaux augmentait. Comme la viscosité du produit est fonction de sa teneur en cristaux, il est possible de tenir compte de cette variation, pour améliorer la régulation, en corrigeant la valeur de consigne de la conductivité en fonction de la viscosité du produit. La viscosité pourrait être mesurée dans les compartiments 2, 4 et 5, au voisinage des sondes 42, 44 et 46, la valeur de consigne de la conductivité dans chacun de ces compartiments étant corrigée en fonction de la valeur de la viscosité mesurée dans le compartiment respectif.Pour simplifier le système ,de régulation, on n'a utilisé dans l'installation décrite ci-dessus qu'une seule mesure de la viscosité, mais cet exemple n'est évidemment pas limitatif. Les lois de variation des consignes de conductivité en fonction de la viscosité de la masse-cuite sont linéaires et représentées par des droites à pente négative ; lorsque la viscosité augmente, les valeurs de consigne de la conductivité diminuent et inversément. Les caractéristiques quantitatives de ces droites sont déterminées expérimentalement en sucrerie elles dépendent en particulier, du jet considéré, de la pureté de la ma#se-cuite, du compartiment où la mesure est effectuée, des caractéristiques des non-sucres, etc... L'alimentation du compartiment 6 est contrôlée par la minuterie 28 qui ouvre et ferme périodiquement la vanne 26 pour produire un débit pu#lsé. On peut ainsi assurer un lavage efficace des parois de ce compartiment sans être obligé d'utiliser un débit de jus continu important qui perturberait la régulation. Pour certaines applications, où il n'y a pas de risque d'encrassement des parois, le débit d'alimentation du compartiment 6 pourrait être réglé, comme celui du compartiment 5 ou à la place de celui-ci, en fonction de la conductivité du produit dans le compartiment 5 ou 6. L'appareil représenté schématiquement sur la figure 2 est conçu comme celui de la figure i et les débits d'alimentation des différents compartiments sont aussi contrôles par des vannes 30, 34 et 38 commandées par des régulateurs 32, 36 et 40, reliés à des sondes de mesure de la conductivité 42, 44 et 46. Comme dans l'appareil de la figure i, la valeur de consigne du régulateur 40 est corri gée par le dispositif 66 en fonction de la viscosité du produit sortant du dernier compartiment, mesurée par le viscosimètre 56, et l'alimentation du dernier compartiment -est contrôlée par une vanne 26 commandée par une minuterie 28. Par contre, les valeurs de consigne de conductivi té des régulateurs 32 et 36 sont corrigées par des disposi tifs 62' et 64' en fonction de la conductivité du produit dans le compartiment 5 mesurée au moyen de la sonde 46. Etant donné que la conductivité du produit dans le compar timent 5 varie avec sa teneur en cristaux, on peut utiliser la mesure de cette grandeur, au lieu d'une mesure de visco sité, pour corriger la valeur de consigne des régulateurs 32 et 36. Au lieu d'utiliser une mesure de conductivité pour régler les débits de solution, on pourrait aussi utiliser dans certains cas, notamment pour les 3ème jets de sucrerie, une mesure de la température du produit. Dans tous les cas on choisira la grandeur dont les variations représentent le mieux celles de la concentration de la solution. Il est bien évident que l'invention peut aussi s'appliquer aux appareils ne comportant pas de cloisons les divisant en compartiments mais où le produit se déplace d'une extrémité à l'autre de l'appareil à la manière d'un piston, sans mélange du produit entrant à une extrémité avec le produit se trouvant à une distance notable de l'ex- trémité d'entrée. Il est bien entendu que l'invention n'est pas -limitée aux exemples écrits et que toutes les modifications qui peuvent y être apportées par la substitution de moyens techniques équivalents entrent dans son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation d'un appareil de cristallisation à marche continue comportant plusieurs compartiments munis d'éléments chauffants, qui sont traversés successivement par le produit en cours de cristallisation et dans les quels on introduit une solution sous-saturée du produit à cristalliser, procédé suivant lequel l'alimentation en solution de chaque compartiment ou groupe de comparti ments est réglée pour maintenir constante la concentra tion de la solution dans le compartiment considéré ou dans un compartiment du groupe considéré en maintenant égale à une valeur de consigne une grandeur représenta tive de la concentration de la solution dans chacun de ces compartiments, caractérisé en ce que la valeur de consigne de ladite grandeur dans au moins un comparti ment est corrigée en fonction des variations de la te neur en cristaux du produit dans ce compartiment ou dans un compartiment situé en aval. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que toutes les valeurs de consigne de ladite grandeur sont corrigées en fonction des variations de la teneur en cristaux du produit dans le dernier compartiment ou à la sortie de celui-ci. 3. Procédé selon la revendication i, caractérisé en ce que la valeur de consigne de la dite grandeur dans le dernier ou l'avant-dernier compartiment est corrigée en fonction des variations de la teneur en cristaux du produit dans le dernier compartiment ou à la sortie de celui-ci, et les autres valeurs de consigne de ladite grandeur sont modifiées en fonction des variations de ladite grandeur dans le dernier ou l'avant-dernier compartiment. 4. Système de régulation d'un appareil de cristallisation par évaporation à marche continue comportant plusieurs compartiments munis d'éléments de chauffage, qui sont traversés successivement par le produit en cours de cristallisation et dans lesquels on introduit une solu tion sous-saturée du produit à cristalliser, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de mesure (42, 44 ou 46) d'une grandeur représentative de la concentration de la solution dans un compartiment, un organe de mesure (56) de la viscosité du produit dans ce compartiment ou dans un compartiment situé en aval, et un régulateur (32, 36 ou 40) relié aux dits organes de mesure et commandant une vanne (30, 34 ou 38) placée sur la tuyauterie d'ali mentation en solution sous-saturée du dit compartiment et éventuellement du ou des compartiments précédents. 5. Système de régulation selon la revendication 4, caractén risé en ce qu'il comporte plusieurs régulateurs (32, 36, 40) et chacun d'eux est relié à un organe de mesure (56) de la viscosité du produit sortant du dernier comparti ment et à un organe de mesure (42, 44 ou 46) d'une gran deur représentative de la concentration de la solution dans l'un des compartiments et commande une vanne (30, 34 ou 38) placée sur la tuyauterie d'alimentation en solution sous-saturée du dit compartiment et éventuelle ment du ou des compartiments précédents. 6. Système de régulation selon la revendication 4, caracté risé en ce qu'il comporte un premier régulateur (40) relié à un organe de mesure (56) de la viscosité du pro duit sortant du dernier compartiment et à un organe de mesure (46) d'une grandeur représentative de la concen tration de la solution dans le dernier ou l'avant-dernier compartiment et commandant une vanne (38) placée sur la tuyauterie d'alimentation en solution sous-saturée du dernier ou de l'avant-dernier compartiment et au moins un autre régulateur (32 ou 36) relié au dit organe de mesure (46) de la grandeur représentative de la concen tration de la solution dans le dernier ou compartiment et à un organe de mesure (42 ou 44) d'une grandeur représentative de la concentration de la solu tion dans un autre compartiment et commandant une vanne placée sur la tuyauterie d'alimentation en solution sous-saturée de cet autre compartiment et éventuellement du ou des compartiments précédents. 7. Système de régulation selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que le ou chaque régulateur (32, 36,il est relié audit organe de mesure de la viscosité (56) à travers un dispositif (62, 64, 66) qui corrige la valeur de consigne dudit régulateur en fonction de la valeur mesurée de la viscosité. 8. Système de régulation selon la revendication 6, caracté risé en ce que le ou chaque autre régulateur (32, 36) est relié audit organe de mesure (46) de la grandeur représentative de la concentration de la solution dans le dernier ou l'avant-dernier compartiment à travers un dispositif (62', 64') qui corrige la valeur de consigne dudit régulateur en fonction de la valeur mesurée de la dite grandeur. 9. Système de régulation selon l'une quelconque des reven dications 4 à 8, caractérisé par une minuterie (28) qui commande l'ouverture et le fermeture périodiques d'une vanne (26) placée sur la tuyauterie d'alimentation du dernier compartiment.