Brevet FR2603204A1 — publié le 19880304

La présente invention concerne les appareils de cristallisation å marche continue constitues par une cuve fermée, divisée par des cloisons en plusieurs compartiments munis d'éléments, tels que des tubes ou des plaques creuses, chauffés par de la vapeur et qui sont traverses Successivement par la masse en cours de cristallisation. Ces appareils sont utilises, en particulier, pour la production de sucre à partir d'une solution sucrée sous-saturée qui est introduite dans chaque compartiment, un magma d'ensemencement etant introduit dans le premier compartiment et la massecuite produite etant extraite du dernier compartiment. Il est nécessaire d'arreter périodiquement ces appareils pour les nettoyer. Le démarrage des appareils, après nettoyage, est actuellement effectué sous le contrflle d'un opérateur qui commande les vannes reglant les débits de solution sous-saturee introduits dans les compartiments et éventuellement celle réglant la pression de la vapeur de chauffage en fonction de l'état de la masse en cours de cristallisation qu'il observe a travers des hublots de la cuve. Cette opération dure plusieurs heures et pendant tout ce temps la masse-cuite produite présente des caractéristiques (brix et teneur en cristaux) inférieures a celles imposées en régime de marche normal. Le but de la présente invention est de réduire la durée de cette opération en l'automatisant. Le procédé objet de la présente invention consiste a - établir avant le démarrage, au moyen d'un modèle mathématique, les courbes des variations en fonction du temps, pendant toute la période de démarrage, des débits d'alimentation en solution sous-saturée des différents compartiments, du débit total d'eau condensée dans les éléments de chauffage et de la pression de la vapeur de chauffage, - maintenir en permanence, au moyen de régulateurs, les débits d'alimentation des différents compartiments égaux aux valeurs données par les courbes correspondantes, - mesurer le débit total d'eau condensée dans les éléments de chauffage, et - régler la pression de vapeur de chauffage en fonction de 1 'écart entre les valeurs mesurée et donnée par la courbe du débit d'eau condensée. Pour régler la pression de la vapeur de chauffage, on pourra corriger la valeur donnée par la courbe correspondante en fonction de l'écart entre les valeurs mesurée et prédéterminée du débit d'eau condensée et maintenir, au moyen d'un régulateur, la pression de la vapeur de chauffage égale a la valeur corrigée. Pour effectuer cette correction, on pourra utiliser, par exemple, le signal de sortie d'un régulateur PID dont les signaux d'entrée seront proportionnels aux valeurs mesuree et donnée par la courbe du débit d'eau condensée. En variante, on pourra régler la pression de la vapeur de chauffage, au moyen d'un régulateur commandant une vanne placée sur l'alimentation en vapeur, de façon a maintenir le débit d'eau condensée égal a la valeur donnée par la courbe. Àu lieu d'établir les courbes des variations en fonction du temps des débits d'alimentation en solution soussaturée des différents compartiments, on pourra établir une courbe des variations du débit total de solution soussaturée consommée par l'appareil de cristallisation et des courbes des variations de la répartition du débit total entre les différents compartiments. Si on ne connait pas, avant le démarrage, la teneur en matières sèches (brix) de la solution alimentant l'appareil de cristallisation, on utilisera, pour établir les courbes des variations du débit d'eau condensée et de la pression de vapeur de chauffage, une valeur estimée de cette grandeur, par exemple la valeur au moment de 1 'arrêt, et après le demarrage on corrigera ces courbes, si nécessaire, en utilisant une valeur moyenne de cette grandeur calculée a partir des valeurs mesurées depuis le début de 1 'opération. On pourra utiliser le débit total d'eau évaporée dans l'appareil de cristallisation en lieu et place du débit total d'eau condensée dans les éléments chauffants. Les courbes des variations des débits d'alimentation des compartiments, du débit d'eau condensée et de la pression de vapeur de chauffage sont établies en imposant des variations monotones et aussi rapides que possible des grandeurs caractéristiques (teneur en matières sèches, pourcentage de cristaux) de la masse-cuite produite. La description qui suit d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné a titre d'exemple non-limitatif, se réfère aux dessins qui l'accompagnent et sur lesquels : La figure 1 est le schéma d'un système de conduite automatique d'un appareil de cristallisation a marche continue permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention, La figure 2 est une courbe donnant les variations en fonction du temps du débit total QLS de solution sous-saturée alimentant l'appareil de cristallisation ; La figure 3 est une courbe des variations en fonction du temps du débit total Q d'eau condensée dans le faisceau d'éléments de chauffage ; La figure 4 est une courbe des variations en fonction du temps de la pression de vapeur de chauffage PV4P ;; La figure 5 est une courbe des variations en fonction du temps du débit Cj de solution sous-saturee alimentant les j premiers compartiments de l'appareil de cristallisation rapporté au débit total consommé par l'appareisl ; et La figure 6 est une courbe des variations du brix BMC de la masse-cuite pendant le démarrage. Sur la figure i, le numéro de référence 10 désigne un appareil de cristallisation par évaporation a marche continue constitué par une cuve fermée disposée horizontalement et divisée par des cloisons verticales en plusieurs compartiments 1, 2, 3, 4, ..., n-2, n-1, n. Ces cloisons n'atteignent pas le sommet de la cuve de sorte que tous les compartiments communiquent entre eux a la partie supérieure de la cuve. Des ouvertures sont également prévues dans les cloisons pour permettre le passage de la masse cuite d'un compartiment à l'autre. Dans la partie inférieure de la cuve est place un faisceau de chauffage 12 commun a tous les compartiments et formé de tubes ou de plaques dans lesquels on fait circuler de la vapeur amenée par une conduite 14. Une solution sucrée, qui sera appelée sirop dans ce qui suit, est distribuée dans les différents compartiments par des tuyauteries 16 ; ce sirop provient d'un bac 18 auquel les tuyauteries 16 sont reliées par une conduite 20. On peut prévoir une tuyauterie commune a un groupe de compartiments S dans ce cas, la répartition de débit entre les compartiments du groupe pourra etre faite par exemple au moyen d'un dispositif 52 du type faisant l'objet du brevet 84.00101. Un magma constitué par un melange de petits cristaux constituant des germes de cristallisation et de liqueur-mere est introduit dans le premier compartiment au moyen d'une pompe a débit variable 22 prélevant le magma sur une capacité 24. La masse-cuite produite est extraite du dernier compartiment au moyen d'une pompe a débit variable 26. De la vapeur est injectée a la partie inférieure de chaque compartiment, pour agiter la masse-cuite et favoriser les échanges thermiques ; cette vapeur amenée par une conduite 26 est distribuée à des injecteurs 30 placés dans le bas des compartiments. Le numéro de référence 32 désigne un système de conduite automatisée comprenant un ordinateur associé a un régulateur de la pression de la vapeur de chauffage 40, un régulateur 42 de la pression de vapeur dans la calandre de l'appareil, des régulateurs de débit partiel de sirop 44, un régulateur de débit de vapeur d'agitation 46, un régulateur de débit de magma 48 commandant la pompe 22 et un régulateur de niveau de masse-cuite 50 commandant la pompe 26 s un ensemble clavier et écran 39 permet a l'opérateur de dialoguer avec le système de conduite automatisée 32. En régime permanent, l'ordinateur détermine a intervalles de temps réguliers, au moyen d'un modèle eathématique, les valeurs optimales des débits d'alimentation en sirop de chaque compartiment ou groupe de compartiments, du débit de magma admis dans le premier compartiment, de la pression de la vapeur de chauffage et du débit de vapeur d'agitation injecté dans les compartiments et on les utilise comme valeurs de consigne dans les régulateurs correspondants, conformément au procédé du brevet 84.05743. Le démarrage de l'appareil 10, par exemple après un arrêt pour nettoyage, s'effectue sous le contr8le du système 32 qui impose au débit total de sirop au débit d'eau condensée, a la pression de vapeur de chauffage et a la répartition du sirop entre les compartiments, les valeurs données oar les courbes 2, 3, 4 et 5, respectivement. Ces courbes sont établies par l'ordinateur, avant le démarrage, en utilisant le modèle mathématique servant a la conduite automatisée de l'appareil en régime permanent. Pour établir ces courbes on s'impose des variations monotones et aussi rapides que possible du brix (teneur en matières seches) et de la teneur en cristaux de la masse-cuite. La courbe de la figure 6 montre l'allure de ces variations. Sur toute les courbes représentées sur les dessins, on a porté en abscisse le temps t en minutes. Sur la figure 2, QLSN est le débit total, nominal, de sirop imposé pour la période suivant le démarrage, et a, b, c, d sont des constantes qui dépendent des caractéristiques de l'appareil et des conditions de son exploitation. Le débit de sirop décroit de b.QLSN a a.QLSN pendant les 20 premières minutes, puis croit rapidement de a.QLSN a c.QLSN pendant les 20 minutes suivantes ; il croit ensuite moins rapidement de c.QLSN a d.QLSN pendant les 20 minutes qui suivent et décroît lentement de d.QLSN å QLSN pendant les 60 dernières minutes du démarrage. Sur la figure 3, OCN est le débit total, nominal, d'eau condensée correspondant au débit QLSN d'égout, CCD est calculé à partir du débit QLSN et du brix BLS de l'égout et du débit QG et du brix BMAG du magma ct e, f sont des constantes qui dépendent des caractéristiques de l'appareil et des conditions de son exploitation. Le débit d'eau condensée reste constant et égal a CCD pendant les 20 premières minutes du démarrage, puis croit rapidement pendant les 20 minutes suivantes, moins rapidement pendant les 20 minutes qui suivent et lentement pendant les 60 dernieres minutes. Sur la figure 4, PVAPN est la pression de vapeur de chauffage nominale correspondant au débit d'égout QLSN. PVAPD est fonction de la pression dans la partie superieure de l'appareil 10 et de DCD ; sa valeur est donnée par un fichier. Les coefficients g, h et i sont des constantes qui dependent des caracteristiques de l'appareil et des conditios de son exploitation. La pression de la vapeur de chauffage croit relativement lentement pendant les 20 premières minutes, puis plus rapidement pendant les 20 minutes suivantes ; elle croit ensuite moins rapidement pendant les 20 minutes qui suivent, puis lentement pendant les 20 dernières minutes. Sur la figure 5, Cj représente, en Z. du débit total consommé par l'appareil 10, le débit de sirop alimentant les compartiments 1 2, ... et j. CNj est la valeur nominale, imposée pour la période suivant le démarrage, de Cj. CDj est la valeur imposée å Ci au début du démarrage ; cette valeur est donnee par la formule k CDj = 100 - C 1 - (1 - CNj) 3 100 k étant fonction des caractéristiques de l'appareil 10 et des conditions de son exploitation. Le nombre de courbes Cj est inférieur d'une unité au nombre de régulateurs 44. L'équation de ces courbes est : Cj(t) = CDj + (CNj - CDj > . (2 - t > . ~t 120 120 Au début du démarrage le dernier compartiment reçoit la majeure partie du sirop ; le débit d'alimentation des autres compartiments croit régulièrement du début a la fin du démarrage. Pour démarrer l'appareil 10, on commence par remplir la partie inférieure de la cuve de magma, jusqu'a ce que celuici recouvre entièrement le faisceau de chauffage 12. Sur un ordre de 1 'opérateur, le système 32 envoie alors ses consignes aux régulateurs de débit de sirop 44 et au régulateur de pression 40 qui ouvrent les vannes qu'ils commandent pour que le débit total de sirop, la pression de vapeur de chauffage et les débits partiels de sirop prennent les valeurs initiales données par les courbes des figures 2, 4 et 5. Le système 32 va contr8ler ces grandeurs jusqu'a la fin du démarrage pour les maintenir égales aux valeurs de consigne données par ces courbes. Au bout d'un certain temps, par exemple 2 minutes, le système 32 compare le débit d'eau condensée mesuré par le débitmètre 56 au débit donné par la courbe de la figure 3 et s'il existe un écart entre ces deux débits, la valeur de la pression de vapeur de chauffage donnée par la courbe de la figure 4 est corrigée dans un sens tel que cette correction tende à annuler cet écart. Le système pourra pour cela utiliser un coefficient correcteur dont la valeur est celle du signal de sortie d'un régulateur PID dont les entrées reçoivent des signaux proportionnels aux valeurs mesurée et donnée par la courbe du débit d'eau condensée. Le débit de magma introduit dans le premier compartiment de l'appareil est donné par la formule : QAG = R . QLSN . BLS 100 RDTHAG dans laquelle R est une valeur fixée par l'exploitant et RDTMAG est la teneur en cristaux du magma. Pour l'établissement des courbes des figures 3 et 4 et le calcul du débit de magma, on utilise avant le démarrage une valeur estimée du brix du sirop BLS, qui pourra etre la valeur qu'avait cette grandeur avant l'arret de l'appareil. Au bout d'un certain temps, par exemple 5 minutes, le système 32 calcule une valeur moyenne du brix du sirop a partir des valeurs mesurées pendant cette période et si elle diffère de la valeur estimée il établit des nouvelles courbes de débit d'eau condensée et de pression de vapeur et calcule une nouvelle valeur du débit de magma å partir de cette valeur moyenne du brix du sirop. Le calcul de la valeur moyenne du brix du sirop est ensuite effectué en permanence et si une variation est constatée, les courbes et le débit de magma sont corrigés. Lorsque le brîx de la asse-cuite BC devient égal a la valeur nominale impose pour la periode suivant le démarrage BMCN, avec l'approximation souhaitée, l'alimentation du dernier compartiment de l'appareil 10 cesse d'être contralée par l'ordinateur et passe sous le contrôle d'une chaine de régulation de brix classique. On considère que la phase de démarrage est terminée lorsque la différence entre la valeur mesurée et la valeur donnée par la courbe et éventuellement corrigée de la pression de vapeur de chauffage reste inférieure, en moyenne, å une valeur prédéterminée, par exemple 0,05 bar, pendant une periode de temps assez longue, par exemple 10 minutes, et que la différence entre les valeurs correspondantes du débit d'eau condensée reste inférieure, en moyenne et pendant la même période, a une valeur prédéterminée , par exemple 3 3 0,50 m /h pour un débit nominal de 14 m Sh. REVENDICATIONS 1. Procédé de démarrage d'un appareil de cristallisation a marche continue constitué par une cuve fermee divisée par des cloisons en plusieurs compartiments munis d'éléments chauffes par de la vapeur et qui sont traversés successivement par la masse en cours de cristallisation consistant å :: - établir avant le démarrage les courbes des variations en fonction du temps, pendant toute la période de démarrage, des débits d'alimentation en solution sous-saturée des différents compartiments, du débit total d'eau condensée dans les éléments de chauffage et de la pression de la vapeur de chauffage - maintenir en permanence les débits d'alimentation des differents compartiments égaux aux valeurs données par les courbes correspondantes, - mesurer le débit total d'eau condensée dans les éléments de chauffage, et - régler la pression de la vapeur de chauffage en fonction de 1 'écart entre les valeurs mesurée et donnée par la courbe du débit d'eau condensée. 2. procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on corrige la valeur de la pression de la vapeur de chauffage donnée par la courbe correspondante en fonction de l'écart entre les valeurs mesurée et donnée par la courbe du débit d'eau codensée, et on maintient la pression de la vapeur de chauffage égale a la valeur corrigée. 3. Procedé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise, pour corriger la courbe de pression de vapeur, le signal de sortie d'un régulateur PID dont les signaux d'entrée sont proportionnels aux valeurs mesurée et donnée par la courbe du débit d'eau condensée. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on règle la pression de la vapeur de chauffage, au moyen d'un régulateur commandant une vanne placée sur l'alimentation en vapeur de chauffage, de façon à maintenir le débit d'eau condensée égal à la valeur donnée par la courbe. 5. Procédé selon 1 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les débits d'alimentation en solution sous-saturée des compartiments sont déterminés au moyen d'une courbe préétablie des variations du débit total de solution sous-saturée consommée par l'appareil de cristallisation et de courbes préétablies des variations de la répartition du débit total entre les differents compartiments. 6. Procédé selon 1 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les courbes des variations du débit d'eau condensée et de la pression de vapeur de chauffage sont corrigées en fonction de 1 'écart entre la valeur moyenne de la teneur en matières seches de la solution sous-saturée depuis le début du démarrage et la valeur de cette grandeur ayant servi a établir ces courbes avant le demarrage. 7. Procédé selon 1 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise le débit total d'eau évaporée dans l'appareil de cristallisation en lieu et place du débit total d'eau condensée dans les éléments chauffants.