Brevet FR2546529A1 — publié le 19841130

La présente invention a trait à la production en continu de cristaux de sucre à partir de jus sucrés par évaporation sous vide suivant un procédé consistant à in- troduire du sirop concentré et des cristaux de petites dimensions dans la première d'une série de cellules com- muniquant entre elles et à faire passer ce mélange suc- cessivement dans toutes les cellules o il reçoit un ap- point de jus sucré et o il est chauffé pour provoquer l'évaporation d'une partie du jus, les débits d'alimenta- tion en jus des cellules étant réglés automatiquement pour maintenir le sirop en état de sursaturation stable de fa- çon que la cristallisation du sucre provoque le grossisse- ment des cristaux introduits dans la première cellule, sans formation de nouveaux cristaux. La granulométrie des cristaux produits selon ce pro- cédé dépend essentiellement du nombre et des dimensions des germes cristallins introduits dans la première cellule et il faut donc pouvoir maîtriser ces paramètres pour pro- duire du sucre de bonne qualité. On a essayé de produire ces germes par broyage et classification granulométrique mais on s'est aperçu qu'il était pratiquement impossible d'obtenir par ce moyen les résultats cherchés lorsque la 'granulométrie des germes produits était très fine Pour maîtriser industriellement les paramètres définis ci-dessus, il est nécessaire d'u- tiliser des germes dont les dimensions sont au moins égale à 100 microns, ce qui conduit à traiter de grosses quantités de sucre et nécessite des matériels de broyage, tamisage, etc de capacité relativement importante et, par consé- quant, coûteux. C'est pourquoi, le mélange de sirop et de cristaux introduit dans la première cellule est généralement cons titué par un magma produit, à partir d'une fraction du jus à traiter, dans un appareil de cristallisation à marche discontinue de la même manière que le pied de cuite dans une chaudière à cuire classique Mais le maintien de cette opération discontinue dans un procédé de production en continu oblige à prévoir des cuves de stockage en amont 2 2546529 et en aval et ne permet pas de bénéficier entièrement des avantages liés à l'utilisation d'un appareil de cristal- lisation à marche continue: plis grande souplesse d'uti- lisation, optimisation de la consommation énergétique, op- timisation des matériels. La présente invention permet de produire en continu un magma d'ensemencement pour l'alimentation de la première cellule d'une installation de cristallisation en continu de même qualité que celui produit classiquement dans un appareil de cristallisation à marche discontinue. Le procédé objet de la présente invention est carac- térisé en ce qu'on concentre une fraction dujus à traiter pour l'amener en état de sursaturation, on injecte en con- tinu des cristaux constituant des germes de cristallisation dans cette fraction concentrée du jus, on fait circuler le mélange de jus concentré et de cristaux dans une capa- cité dont les dimensions sont choisies pour que le temps de séjour du mélange soit compris entre 3 et 15 minutes, et on introduit le magma ainsi formé dans la première cellule de l'installation o la concentration du jus est maintenue en état de sursaturation stable par addition de jus sous- saturé. Les cristaux constituant les germes cristallins ont des dimensions très petites, de l'ordre de 10 microns, et la quantité de sucre nécessaire pour leur production rapportée à la tonne de masse-cuite produite est beaucoup plus faible que dans le procédé connu décrit ci- dessus Au cours de leur séjour dans ladite capacité, ces cristaux grossissent et leurs dimensions s'uniformisent. Pour réduire encore la quantité de sucre utilisée pour la production des germes cristallins, le jus pourra être amené en état de sursaturation de germination induite avant l'injection des germes On sait que l'état de sur- saturation de germination induite est caractérisé par le fait qu'un cristal introduit dans le jus sursaturé pro- voque sur son passage la formation de microcristaux dont le nombre dépend de la valeur de la sursaturation, de la taille du cristal introduit et de l'importance de l'agita- tion du jus Le nombre de cristaux contenus dans le magma sera donc un multiple élevé du nombre de cristaux intro- duits dans le jus-concentré et, par conséquent, le volume de cristaux servant de germes, rapporté à la tonne de mas- se-cuite produite, sera beaucoup plus faible que dans le procédé connu décrit ci-dessss. Avantageusement on utilisera une capacité tubulaire c'est-à-dire une capacité dont les dimensions longitudi- nales sont nettement supérieures aux dimensions transver- sales On pourra, par exemple, utiliser un tube de petit diamètre et de grande longueur o le magma se déplacera à la manière d'un piston, avec la même vitesse sur toute la section du tube Cette solution risque cependant de con- duire à des pertes de charges inacceptables et c'est pour- -15 quoi on préférera utiliser une capacité tubulaire de section droite relativement importante divisée en un grand nombre de compartiments par des cloisons transversales percées d'orifices faisant communiquer les compartiments succes- sifs entre eux, chaque compartiment étant muni d'un dis- positif d'agitation constitué, par exemple,par des bras ou des pales fixés sur un arbre longitudinal dispos 6 dans l'axe de la capacité et entraîné en rotation. De préférence, on utilisera de 15 % à 20 % du débit total du jus à traiter pour produire le magma d'ensemen- cement. La concentration du jus jusqu'à l'état de sursatu- ration de germination induite sera effectuée de préférence en deux étapes: une première étape au cours de laquelle une première évaporation est réalisée par apport de cha, leur sans atteindre la saturation et une seconde étape au cours de laquelle une évaporation par détente permet d'obtenir la concentration voulue La première étape de c Qn- centration, sera avantageusement effectuée sous une pression supérieure à la pression dans les cellules de l'installa- tion de cristallisation; cette disposition permet d'uti- liser la vapeur produite pour agiter-la masse-cuite dans les cellules ou pour toute autre application. L'installation pour la mise en oeuvre de l'invention 4 2546529 comporte, outre l'appareil de cristallisation à marche continue constitué par une cuve fermée,disposée horizon- talement et divisée par des cloisons transversales en une série de compartiments constituant lesdites cellules, une unité d'évaporation chauffée à la vapeur, un ballon d'é- vaporation par détente, un dispositif de dosage des ger- mes cristallins et une capacité dont l'entrée est reliée à la sortie dudit ballon et dont la sortie est reliée à 1 'entrée du premier compartinent de l'appareil de cristal- lisation, et est équipée d'un système de régulation qui contrôle le débit de vapeur de chauffage de l'unité d'é- vaporation pour-maintenir à une valeur de consigne la con- centration du jus sortant de ladite unité. L'unité d'évaporation peut être constituée par un échangeur chauffé à la vapeur et par un évaporateur L'ap- pareil de cristallisation peut être muni de tuyauteries d'injection de vapeur qui seront avantageusement reliées audit évaporateur. Ladite capacité peut être formée de plusieurs tubes reliés en série et disposés horizontalement. D'autres caractéristiques de l'invention apparai- tront à la lecture de la description qui suit se référant au dessin l'accompagnant qui montre, à titre d'exemple non-limitatif, un mode de-réalisation de l'invention. L'unique figure de ce dessin est le schéma d'une installa- tion de production de cristaux de sucre à partir de jus sucrés conforme à l'invention. Cette installation est constituée essentiellement par un appareil de cristallisation à marche continue 10, un échangeur 12, un évaporateur concentrateur 14, un ballon d'évaporation par détente 16 et une capacité tubulaire -18. L'appareil 10 est constitué par une cuve cylindrique, fermée et disposée horizontalement Dans la partie infé- rieure de la cuve sont placés des éléments chauffants, tels que plaques creuses ou tubes, alimentés en vapeur par une tuyauterie 20 Cette partie de la cuve est divisée par des cloisons transversales en plusieurs compartiments communi- quant entre eux par des ouvertures prévues dans les cloisons. -5- Des tuyauteries d'alimentation en jus 22 et d'injection de vapeur 24 sont prévues dans -chaque compartiment Le premier compartiment est également muni d'une entrée 26 pour un magma d'ensemencement Une sortie de masse-cuite 27 est prévue dans le dernier compartiment. L'échangeur 12 est du type à plaques ou à tubes dans lequel le jus est chauffé par échange indirect avec de la vapeur La sortie de cet échangeur est reliée à l'entrée de l'évaporateur 14 par une tuyauterie 28 Celui-ci est constitué par un tube vertical surmonté d'une calandre dans laquelle la vapeur qui se dégage du jus chaud est col- lectée Une sortie de jus est prévue à l'extrémité infé- rieure de l'évaporateur; elle est reliée à l'aspiration d'une pompe 30 qui refoule le jus dans le ballon 16 à tra- vers une tuyauterie 32 e Une tuyauterie 34 branchée sur la tuyauterie 32 permet de renvoyer à l'entrée de l'échangeur 12 une fraction du jus sortant de l'évaporateur et, par conséquent, d'augmenter le débit de jus circulant dans l'échangeur et l'évaporateur pour intensifier les échanges thermiques et le dégagement de vapeur; une vanne 36 permet de régler le débit de jus recyclés La sortie de vapeur de l'évaporateur 14 est reliée aux tuyauteries d'injection de vapeur 24 de l'appareil 10 une vanne 37 placée sur cette sortie permet de régler la pression dans la calandre de l'évaporateur. Le ballon 16 est un simple récipient fermé muni d'une entrée et d'une sortie de jus et d'une sortie de vapeur. Une vanne 38 placée sur la sortie de vapeur permet de ré- gler la pression dans le ballon 16. La sortie du jus du ballon 16 est reliée à l'aspiration d'une pompe 40 par une tuyauterie 42 Sur celle-ci est branché la sortie d'un dispositif de dosage de semence constitué par un bac 44 muni d'un agitateur et une pompe doseuse 46 Les pétits cristaux de sucre constituant la semence sont en suspension dans un liquide, tel que l'alcool, dans lequel le sucre n'est pas soluble. Le mélange du jus concentré et de semence Constituant le magma d'ensemencement est refoulé par la pompe 40 dans 6 2546529 -6- la capacité tubulaire 18 Celle-ci est formée par un ou deux tubes, ou plus, disposés à peu près horizontalement et le cas échéant reliés entre eux en série Le nombre de tubes et leurs dimensions sont choisis en fonction du débit du mélange pour que celui-ci y séjourne le temps voulu Cha- que tube est divisé par des cloisons transversales en plu- sieurs compartiments communiquant entre eux par des ori- fices prévus dans les cloisons Un arbre disposé dans l'axe de chaque tube et portant des bras ou des pales pla- cés dans les différents compartiments peut être entraîné en rotation par un moteur 48 La sortie de la capacité 18 est reliée à l'entrée 26 du premier compartiment de l'ap- pareil 10. Des chaînes de régulation, non représentées, sont prévues pour maintenir les pressions de vapeur dans l'ap- pareil 10, dans l'évaporateur 14 et dans le ballon 16 et les niveaux de jus dans l'évaporateur et dans le ballon égaux à des valeurs de consigne Par ailleurs, un régula- teur 50 maintient la température ou la conductivité du jus dans l'évaporateur 14 égale à une valeur de consigne en contrôlant, au moyen de la vanne 52, le débit de vapeur de chauffage de l'échangeur 12 Un système de régulation est également prévu pour maintenir le débit de magma d'en- semencement proportionnel au débit de jus à traiter dans l'appareil 10. En'fonctionnement, le jus à traiter est divisé en deux fractions; environ 15 à 20 % du débit total est dirigé vers l'échangeur 12 et le reste est envoyé à l'appareil 10 o il est distribué aux différents compartiments par les tuyauteries 22. Dans l'ensemble constitué par l'échangeur 12 et l'é- vaporateur 14, le jus est chauffé et concentré par évapo- ration Le débit de vapeur de chauffage de l'échangeur 12 et la pression dans la calandre de l'évaporateur 14 sont réglées de telle sorte que le jus sortant de l'évaporateur ait une concentration voisine de la saturation et ne soit pas sursaturé La pression dans l'évaporateur 14 est supé- rieure à la pression dans le ballon 16, qui est sensiblement égale à la pression dans l'appareil 10, de telle sorte qu'une partie du jus est évaporée par détente en entrant dans le ballon La différence des pressions est réglée pour que le jus soit amené à l'état de sursaturation de germination induite dans le ballon 16. Au moyen de la pompe doseuse 46, on injecte dans le jus sursaturé un volume de semence proportionnel au débit de jus Ce mélange est refoulé dans la capacité 18 o il séjourne de 3 à 15 minutes, de préférence environ 10 minutes. Pendant ce séjour il se forme des micro-cristaux dont le nombre dépend du degré de sursaturation et du débit de semence. Le magma obtenu, contenant une quantité de cristaux qui représente de 1 à 10 % de la quantité de sucre commer- cial à produire, alimente le premier compartiment de l'ap- pareil 10 o le jus concentré est ramené à l'état de sur- saturation stable par addition de jus sous-saturé dont le débit est réglé automatiquement, pour atteindre ce résul- tat, au moyen d'une vanne placée sur la tuyauterie 22 et commandée par un système de régulation non-représentée. On maintient de la même façon la sursaturation dans la zone stable dans tous les autres compartiments de façon à provoquer le grossissement'des cristaux introduits dans le premier compartiment, sans formation de nouveaux cris- taux La masse cuite obtenue est extraite en continu du dernier compartiment. L'ensemble échangeur 12 évaporateur 14 pourrait être remplacé par un appareil unique, par exemple un éva- porateur à descendage chauffé à la vapeur La capacité tubulaire 18 pourrait avoir une structure différente de celle décrite Il est bien entendu que ces modifications et toutes celles faisant appel à des moyens techniques équivalents entrent dans le cadre de l'invention. -8 _ R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé pour la production en continu de cristaux de sucre à partir de jus sucrés par évaporation sous vide consistant à introduire un magma d'ensemencement dans la première d'une série de cellules communiquant entre elles et à faire passer ce magma successivement dans toutes les cellules o il reçoit un appoint de jus sucré et o il est chauffé pour provoquer l'évapora- tion d'une partie du jus, caractérisé en ce qu'on con- centre une fraction du jus à traiter pour l'amener en état de sursaturation, on injecte des cristaux de peti- tes dimensions dans le jus sursaturé, on fait circuler ce mélange de jus concentré et de cristaux dans une capacité fermée dont les dimensions sont choisies pour que le temps de séjour du mélange dans ladite capacité soit compris entre 3 et 15 minutes, on introduit ce mélange comme magma d'ensemencement dans la première cellule et on maintient la concentration du jus en état de sursaturation stable par addition de jus sous-saturé dans la première cellule. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite fraction du jus à traiter est amenée en état de sursaturation de germination induite avant l'injection des cristaux. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise de 15 % à 20 % du jus à traiter pour constituer le magma d'ensemencement. 4 Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la concentration du jus jusqu'à l'état de sursa- turation est effectuée par évaporation en deux étapes: une première étape au cours de laquelle le jus est con- centré pratiquement jusqu'à saturation par apport de chaleur extérieure et une seconde étape au cours de laquelle l'évaporation est produite par détente. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que 9 2546529 la vapeur produite au cours de la première étape de concentration du jus est injectée dans les cellules pour provoquer l'agitation du produit en cours de cris- tallisation. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que le temps de séjour du dit mé- lange dans ladite capacité est d'environ 10 minutes. 7 Installation pour la production en continu de cristaux de sucre à partir de jus sucrés comportant un appareil de cristallisation ( 10) constitué par une cuve fermée, disposée horizontalement et divisée par des cloisons transversales en plusieurs cellules ou compartiments, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une unité d'évaporation ( 12, 14) chauffée à la vapeur, un ballon d'évaporation par détente ( 16), un dispositif de dosage des cristaux d'ensemencement ( 44, 46) et une capacité ( 18) dont l'entrée est reliée à la sortie dudit ballon et dont la sortie est reliée à l'entrée du premier com- partiment de l'appareil de cristallisation et en ce qu'elle est équipée d'un système de régulation ( 50) qui contrôle le débit de vapeur de chauffage de l'unité d'évaporation pour maintenir à une valeur de consigne la concentration du jus sortant de cette unité. 8 Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'unité d'évaporation est constituée d'un échan- geur chauffé à la vapeur ( 12) et d'un évaporateur ( 14) muni d'une chambre de vapeur. 9 Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que les compartiments de l'appareil de cristallisa- tion ( 10) sont munis de tuyauteries d'injection de va- peur ( 24) et en ce que ces tuyauteries sont reliées à la chambre de vapeur de l'évaporateur ( 14). Installation selon la revendication 7, 8 ou 9, caractérisée - en ce que ladite capacité ( 18) est formée d'un ou plu- sieurs tubes reliés en série et disposés sensiblement horizontalement, l'intérieur de ces tubes étant divisé par des cloisons transversales en plusieurs comparti- ments communiquant entre eux par des orifices percés dans ces cloisons. 11 Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que chaque tube comporte un arbre disposé dans l'axe du tube et muni de bras ou de pales placées dans les différents compartiments et des moyens sont prévus pour entraîner lesdits arbres en rotation.