Brevet FR2695837A1 — publié le 19940325

L'invention a pour objet un appareil de cristallisation à marche continue formé d'au moins une cellule à paroi cylindrique et à axe vertical, divisée en plusieurs compartiments par des cloisons radiales, chaque compartiment étant lui-même divisé en un volume extérieur contenant des éléments chauffants et o le produit en cours de cristallisation circule de bas en haut, et un volume intérieur o le produit circule de haut en bas pour retourner dans la partie inférieure du volume extérieur. Dans ces appareils, la solution du produit à cristalliser est introduite dans le premier compartiment, généralement avec des germes de cristallisation, et le mélange de solution et de cristaux passe d'un compartiment au suivant à travers des ouvertures prévues dans les cloisons de séparation, ou par débordement au-dessus de ces cloisons, et traverse tous les compartiments pour être finalement extrait du dernier compartiment, qui est attenant au premier mais complètement isolé de celui-ci A ce mouvement circulaire du produit en cours de cristallisation se superposent les mouvements ascendants et descendants auxquels il est soumis dans les compartiments. Dans certaines applications, notamment la cristallisation du sucre, la circulation du produit en cours de cristallisation entre les éléments chauffants est freinée par la forte viscosité de la phase liquide et, par conséquent, les échanges thermiques sont peu intenses. Cela oblige à augmenter l'écart thermique entre le produit en cours de cristallisation et la vapeur de chauffage, ce qui est une solution coûteuse. Dans certains appareils de cristallisation, notamment ceux à marche discontinue, on remédie à cet inconvénient en installant dans un puits ménagé au centre du faisceau d'éléments chauffants un agitateur rotatif qui intensifie la circulation du produit en cours de cristallisation Dans les appareils de cristallisation à marche continue du type concerné par l'invention, l'installation d'un agitateur rotatif dans le volume intérieur des compartiments, dont la section est triangulaire ou trapézoïdale, apporterait peu d'amélioration et pourrait même entramer la formation de zones mortes nuisibles. Le but de la présente invention est d'améliorer le rendement thermique des appareils concernés par une conception permettant l'implantation et l'utilisation efficace d'un agitateur rotatif dans chaque compartiment ou au moins certains d'entre eux, sans création de zones mortes dans le volume intérieur des compartiments, et une circulation rationnelle du produit en cours de cristallisation entre les éléments chauffants. L'appareil de cristallisation à marche continue objet de l'invention est caractérisé en ce que le volume intérieur des compartiments forme un passage vertical à section approximativement circulaire, et en ce que, dans chaque compartiment, les éléments chauffants sont, au moins pour la plus grande partie, disposés suivant des arcs de cercle concentriques dont le centre est situé sur l'axe dudit passage Dans certains compartiments au moins, en particulier ceux o la viscosité du produit est élevée, des agitateurs mécaniques rotatifs sont installés dans l'axe du passage vertical. Suivant une forme de réalisation préférée, les éléments chauffants sont constitués par des tubes disposés en rangées verticales ou par des plaques creuses verticales et ont un profil en arc de cercle centré sur l'axe du passage intérieur du compartiment respectif et éventuellement prolongé à ses deux extrémités par des segments de droite Par rapport aux faisceaux classiques formés de tubes verticaux, les faisceaux ainsi constitués créent des pertes de charge plus faibles pour un diamètre hydraulique équivalent. Les extrémités des éléments chauffants, tubes ou plaques, sont raccordées à des boîtes à vapeur à section rectangulaire ou à section triangulaire ou trapézoïdale et dont la largeur décroît de l'extérieur vers l'intérieur de la cellule, et qui constituent, au moins en partie, les cloisons de séparation des compartiments L'intérieur des boîtes à vapeur peut être divisé par des cloisons verticales en plusieurs chambres qui établissent des communications entre les éléments chauffants d'un même compartiment ou de deux compartiments voisins, de façon à réaliser une circulation méthodique de la vapeur. La paroi de la cellule sera avantageusement formée de sections cintrées et concentriques aux passages verticaux des différents compartiments et éventuellement de sections planes alternant avec les premières sur la périphérie de la cellule et sur lesquelles sont fixées les boîtes à vapeur. Plusieurs cellules peuvent être groupées en série pour constituer un appareil comportant un plus grand nombre de compartiments, ce qui permet d'améliorer la granulométrie des cristaux produits En particulier, les cellules peuvent être superposées, ce qui permet de réduire l'encombrement au sol et le coût de la charpente supportant l'appareil. Les caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit et se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, plusieurs formes de réalisation de l'invention et sur lesquels: La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un appareil à deux cellules superposées réalisé conformément à l'invention; La figure 2 est une vue en coupe horizontale de l'une des cellules de l'appareil de la figure 1; et Les figures 3, 4 et 5 sont des vues en coupe horizontale montrant d'autres formes de réalisation des cellules. L'appareil représenté sur les figures 1 et 2 est formé de deux cellules identiques, superposées A et B Chaque cellule est formée d'une paroi cylindrique 10, d'un fond 12 et d'un couvercle 14 Le fond 12 est formé d'un cône central et d'un tronc de cône inversé. En coupe horizontale, la cellule a la forme d'un triangle à angles arrondis Elle est divisée en trois compartiments identiques I, Il et Im I par des cloisons creuses 16, à section trapézoïdale, dont la petite base est tournée vers l'axe de la cellule, et par des tôles 18 reliant les cloisons entre elles Les cloisons 16 sont fixées sur des parties planes de la paroi de la cellule et leur plan médian vertical contient l'axe de la cellule. Chaque compartiment est divisé en un volume extérieur, qui contient des éléments chauffants 20, et un passage intérieur 22 par une tôle 24 dont les bords verticaux sont fixés sur les cloisons 16 adjacentes Les parties médianes des tôles 18 et 24 sont cintrées suivant des arcs de cercle de même centre et de même rayon, de sorte que le passage 22 qu'elles délimitent a une section approximativement circulaire; les parties terminales de ces tôles sont planes. Les cloisons 16 constituent des boîtes à vapeur sur lesquelles sont branchés les éléments chauffants 20 Ceux-ci peuvent être constitués par des plaques creuses placées verticalement, ou par des rangées verticales de tubes disposées de façon à ménager entre elles des passages verticaux pour le produit en cours de cristallisation Les éléments chauffants ont, vus en plan, la forme d'un arc de cercle, centré sur l'axe du passage 22; pour les éléments chauffants les plus près de l'axe du passage, l'arc de cercle est prolongé à ses extrémités par deux segments de droite La forme triangulaire ou trapézoïdale donnée aux cloisons 16 permet de réduire la différence des longueurs, comptée dans un plan horizontal, de l'élément le plus intérieur et le plus extérieur de chaque cellule et, par conséquent, d'améliorer la répartition de la vapeur dans le faisceau. Tous les compartiments comportent une entrée pour la solution du produit à cristalliser Le compartiment I de la cellule supérieure est en outre muni d'une entrée permettant l'introduction de germes de cristallisation. Des ouvertures 26 sont découpées dans la partie inférieure des tôles 18 séparant les compartiments I et II, et Il et III de la cellule supérieure pour permettre le passage de la masse en cours de cristallisation du compartiment I au compartiment Il et de celui-ci au compartiment III; les compartiments I et HI ne communiquent pas entre eux. Une vanne 28 placée sur un orifice de vidange prévu au fond du compartiment III permet de régler le débit du mélange de cristaux et de solution qui est extrait de la cellule supérieure et alimente le compartiment de la cellule inférieure située juste au-dessous De ce compartiment, le produit en cours de cristallisation passe dans le deuxième puis le troisième compartiment de la cellule inférieure, à travers les ouvertures percées dans les tôles 18, et le produit final est extrait du troisième compartiment à un débit réglé au moyen de la vanne 28 qui l'équipe. Des agitateurs rotatifs 30 à axe vertical sont placés dans les passages 22 de chaque compartiment, l'axe de l'agitateur coïncidant avec l'axe du passage Sur la figure 1, les agitateurs ont été représentés dans un seul compartiment de chaque cellule Ces agitateurs sont entraînés par des groupes moto-réducteurs ou des moteurs hydrauliques 32 montés sur le couvercle des cellules En variante, les agitateurs de deux compartiments superposés pourraient être entraînés par un seul moteur placé au-dessus de la cellule supérieure ou dans l'espace ménagé entre le fond de la cellule supérieure et le couvercle de la cellule inférieure Des plats verticaux disposés dans des plans radiaux et fixés sur les tôles 18 et 24, au-dessus de l'hélice des agitateurs, pourraient être utilisés pour éviter la mise en rotation du produit en cours de cristallisation par les agitateurs dans les passages 22. La figure 3 montre, en coupe horizontale, une cellule à quatre compartiments La conception de cette cellule est la même que celle de la cellule à trois compartiments des figures 1 et 2 Les seules différences résident dans la forme de la cellule et des éléments chauffants; ceux-ci ont cependant le même profil en arc de cercle prolongé, pour les éléments de plus petit rayon, par deux segments de droite. Les figures 4 et 5 montrent comment peut être réalisée l'alimentation en vapeur de chauffage d'une cellule à trois et quatre compartiments, respectivement Dans la cellule de la figure 4, l'une des boîtes à vapeur 16 est divisée en trois chambres par deux cloisons verticales 34 et les deux autres boîtes à vapeur sont divisées chacune en deux chambres par une cloison verticale 36 et 38, respectivement Ces cloisons sont disposées de telle sorte que la vapeur de chauffage admise dans la chambre extérieure 40 de la première boîte à vapeur en 41 circule d'abord dans les éléments chauffants extérieurs de chaque compartiment, les éléments correspondants des compartiments voisins étant mis en communication par les chambres extérieures 42 et 44 des deux autres boîtes à vapeur, puis dans les éléments chauffants intérieurs de chaque compartiment grâce à la chambre intermédiaire 46 de la première boîte à vapeur et aux chambres intérieures 48 et 50 des deux autres boîtes à vapeur; les eaux condensées et les gaz incondensables sont collectés dans la chambre intérieure 52 de la première boîte à vapeur et évacués Le nombre d'éléments chauffants parcourus en premier par la vapeur est supérieur à celui des éléments parcourus en dernier pour tenir compte de la diminution du débit de vapeur due à la condensation. Dans la cellule de la figure 5, la boîte à vapeur raccordée à l'alimentation en vapeur et les deux boîtes à vapeur disposées à 900 par rapport à celle-ci sont chacune divisées en deux chambres par une cloison verticale 62 perpendiculaire au plan médian vertical, contenant l'axe de la cellule, de la boîte à vapeur La quatrième boîte à vapeur est divisée en deux chambres par une cloison verticale 64 dont le plan contient l'axe de la cellule La vapeur est admise dans la chambre extérieure 66 de la première boîte à vapeur se divise en deux courants qui suivent des trajets symétriques par rapport au plan de symétrie de la cellule contenant le plan médian vertical de cette boîte à vapeur: chaque courant circule d'abord dans les éléments chauffants extérieurs des deux compartiments situés d'un même côté de ce plan de symétrie, les éléments correspondants des deux compartiments étant mis en communication par les chambres extérieures 68 et 70 des boîtes à vapeur séparant ces compartiments, puis, en sens inverse, dans les éléments chauffants intérieurs des deux compartiments en traversant les chambres 72 et 74 de la boîte à vapeur diamétralement opposée à la première et les chambres intérieures 76 et 78 des deux autres boîtes à vapeur; les eaux condensées et les gaz incondensables sont collectés dans la chambre intérieure 80 de la première boîte à vapeur et évacués. Le nombre de compartiments par cellule peut être différent de trois ou quatre et le nombre de cellules associées en série peut être différent de deux On pourra, par exemple, prévoir des cellules à deux, à cinq ou à six compartiments, et superposer trois ou quatre cellules Dans le cas o plusieurs cellules sont associées en série, les cellules peuvent comporter ou non le même nombre de compartiments. Le nombre de compartiments pourra, par exemple, diminuer de la première à la dernière cellule, de façon à réaliser un appareil dont le volume des compartiments croît de l'entrée à la sortie. Des compartiments de plus petit volume en tête peuvent aussi être réalisés à partir d'une cellule de plus petit diamètre, en conservant les mêmes dimensions pour les passages intérieurs o sont placés les agitateurs. Un appareil conçu selon l'invention peut être chauffé avec de la vapeur à très basse pression tout en maintenant une qualité de production serrage, épuisement et surtout qualité granulométrique de niveau élevé En particulier, en sucrerie, elle permet de reculer le point de prélèvement de la vapeur à l'atelier d'évaporation ce qui permet de réaliser de substantielles économies. Les éléments chauffants, plaques ou tubes, pourraient avoir des formes différentes de celles représentées On pourrait, en particulier, utiliser des tubes ou des plaques cintrées en arc de cercle sur toute leur longueur; on pourrait aussi utiliser des tubes verticaux Les cloisons formant boîtes à vapeur pourraient aussi avoir des formes différentes, en particulier triangulaire ou rectangulaire Il est bien entendu que toutes ces modifications entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Appareil de cristallisation par évaporation à marche continue constitué par au moins une cellule à paroi cylindrique et à axe vertical, divisée par des cloisons radiales en plusieurs compartiments qui sont traversés en série par la masse des produits participant à la cristallisation, chaque compartiment étant lui-même divisé en un volume extérieur contenant des éléments chauffants et o le produit en cours de cristallisation circule de bas en haut, et un volume intérieur o le produit circule de haut en bas pour retourner dans la partie inférieure du volume extérieur, caractérisé en ce que ledit volume intérieur des compartiments forme un passage vertical ( 22) à section approximativement circulaire, et en ce que, dans chaque compartiment, les éléments chauffants ( 20) sont au moins dans leur partie médiane disposés suivant un arc de cercle dont le centre est situé sur l'axe dudit passage. 2 Appareil de cristallisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque compartiment, ou au moins certains d'entre eux, sont équipés d'un agitateur mécanique rotatif ( 30) disposé dans l'axe du passage vertical ( 22) du compartiment. 3 Appareil de cristallisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque compartiment est équipé d'un faisceau individuel d'éléments chauffants ( 20) dont les extrémités sont raccordées à des boîtes à vapeur ( 16) constituant les cloisons de séparation des compartiments. 4 Appareil de cristallisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites boîtes à vapeur ( 16) ont une section triangulaire ou trapézoïdale et leur largeur décroît de l'extérieur vers l'intérieur des cellules. Appareil de cristallisation selon la revendication 1, 2, 3 ou 4 caractérisé en ce que les éléments chauffants ( 20) ont un profil en arc de cercle centré sur l'axe du passage vertical ( 22) du compartiment respectif et éventuellement prolongé à ses deux extrémités par deux segments de droite. 6 Appareil de cristallisation selon la revendication 3, 4 ou 5 caractérisé en ce que les boîtes à vapeur ( 16) sont divisées par des cloisons verticales ( 34, 36, 38 62, 64) en plusieurs chambres qui établissent des communications entre les éléments chauffants d'un même compartiment et/ou de deux compartiments voisins, de façon à réaliser une circulation méthodique de la vapeur. 7 Appareil de cristallisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi de la cellule est formée de sections cintrées, concentriques aux passages verticaux des compartiments et éventuellement de sections planes alternant avec les premières sur la périphérie de la cellule et sur lesquelles sont fixées les boîtes à vapeur. 8 Appareil de cristallisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est formé de plusieurs cellules superposées ou disposées côte-à- côte.