INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
L’invention porte par ailleurs sur une installation de production de sucre à partir de betteraves comprenant : - une presse configurée pour presser au moins un lot betteraves de manière à extraire un jus sucré ; - au moins une membrane filtrante configurée pour filtrer le jus sucré ; - une unité d’évaporation configurée pour concentrer le jus sucré filtré par évaporation, de manière à obtenir un jus filtré concentré ayant une concentration en matière sèche supérieure à un seuil de concentration prédéterminé; - une unité de cristallisation comprenant une enceinte configurée pour recevoir le jus filtré concentré, une pompe à vide configurée pour faire le vide au sein de l’enceinte et un module de chauffage configuré pour chauffer le jus filtré concentré placé sous vide afin d’évaporer le liquide résiduel contenu dans le jus filtré concentré, jusqu’à obtenir un sucre cristallisé intégral ayant un taux d’humidité compris entre 0% et 10%.
De préférence, la presse est une presse à piston, encore de préférence une presse pneumatique. Elle peut être horizontale ou verticale. La presse comprend avantageusement un organe de filtration intégré.
L’unité d’évaporation est de préférence une unité d’évaporation à flots tombants. Un intérêt est de permet une évaporation d’autant plus rapide. L’unité d’évaporation est de préférence configurée pour concentrer le jus sucré filtré sous vide.
De préférence, la membrane filtrante est une membrane d’ultrafiltration présentant un seuil de coupure compris entre 300 daltons et 15 kilodaltons. Un intérêt est de filtrer d’autant plus efficacement les molécules, et donc les rétentats, de très petite taille. Ceci permet d’obtenir un jus filtré plus clair et moins trouble, conduisant à la production d’un sucre dont la couleur est plus proche du blanc. En ajustant le seuil de coupure, on peut agir sur la coloration du sucre cristallisé intégral finalement obtenu.
De préférence, le seuil de coupure est compris entre 0.1 µm et 0.01 µm.
Préférentiellement, l’unité d’évaporation comprend un évaporateur à flots tombants.
De préférence, l’unité de cristallisation comprend un agitateur configuré pour agiter le jus filtré concentré pendant que ce dernier est chauffé.
la illustre un mode de mise en œuvre du procédé de production de sucre selon l’invention ; et
la est un graphique montrant l’évolution de la pression et de la température du jus filtré concentré au cours de l’étape de cristallisation.
L’invention porte sur un procédé de production de sucre à partir de betteraves sucrières ainsi que sur une installation de production de sucre pour la mise en œuvre de ce procédé.
La montre un mode de mise en œuvre, donné à titre d’exemple non limitatif, d’un procédé de production de sucre selon l’invention, au moyen d’une installation de production de sucre 10 également selon l’invention.
Tel qu’illustré en , l’installation 10 comprend un broyeur 12 configuré pour broyer des betteraves. L’installation 10 comprend également une presse 14 , qui est dans cet exemple non limitatif une presse pneumatique à piston. La presse 14 est configurée pour presser des betteraves afin d’en extraire un jus sucré.
L’installation 10 comprend une unité de filtration 16 comprenant au moins une membrane filtrante 18 . La membrane filtrante 18 est une membrane tangentielle. C’est une membrane d’ultra-filtration. Elle présente un seuil de coupure compris entre 300 daltons et 15 kilodaltons. La membrane filtrante 18 peut être organique ou minérale. De manière non limitative, l’unité de filtration 16 peut comprendre plusieurs étages de filtration successifs comprenant chacun une membrane filtrante.
L’installation 10 comprend par ailleurs une unité d’évaporation 20 configurée pour concentrer un jus sucré par évaporation, en chauffant ce dernier. Dans cet exemple non limitatif, l’unité d’évaporation 20 est une unité d’évaporation à flots tombants fonctionnant sous vide et mettant en œuvre une technique de compression de vapeur. De manière non limitative, l’unité d’évaporation 20 peut être à multiple effets, de sorte qu’elle comprend une pluralité d’évaporateurs disposés en cascade. La vapeur produite par un évaporateur est alors utilisée pour le chauffage de l’évaporateur suivant.
L’installation comprend de plus une unité de cristallisation 22 permettant de réaliser la cristallisation d’un sucre à partir d’un jus concentré en sucre, de manière à obtenir un sucre cristallisé intégral conformément à l’invention. Dans cet exemple non limitatif, l’unité de cristallisation 22 est un sécheur sous vide. Elle comprend une enceinte 24 destinée à recevoir le jus concentré en sucre. L’unité de cristallisation 22 comprend en outre une pompe à vide 26 configurée pour faire le vide au sein de l’enceinte 24 . L’unité de cristallisation 22 comprend par ailleurs un module de chauffage 28 configuré pour chauffer l’intérieur de l’enceinte 24 .
De manière non limitative, l’unité de cristallisation 22 comprend par ailleurs un agitateur 30 .
Dans cet exemple non limitatif, l’installation comprend également un extracteur 32 permettant de réaliser une étape de diffusion, notamment des pulpes p de betteraves issues du pressage.
L’installation est dépourvue de dispositif de centrifugation.
En référence à la , nous allons maintenant décrire les étapes du procédé de production de sucre selon l’invention mis en œuvre à l’aide de l’installation 10 .
Selon une première étape S1 , on fournit un lot de betteraves sucrières B , et plus précisément des racines de betteraves sucrières dont les feuilles ont été retirées. Ces betteraves B ont de préférence été au préalable triées, lavées et pesées. Dans une deuxième étape S2 non limitative, ces betteraves B sont broyées au moyen du broyeur 12 . Cette étape de broyage permettra ensuite de faciliter l’extraction du jus sucré lors du pressage.
Selon une troisième étape S3 , on réalise le pressage des betteraves B broyées, au moyen de la presse 14 , de manière à extraire un jus sucré Js 1 . Ce jus sucré Js 1 se compose essentiellement d’eau et de saccharose. Un premier pressage permet d’extraire sensiblement 70% du jus sucré naturellement présent dans la betterave sucrière B . De manière non limitative, un même lot de betteraves peut être pressé à plusieurs reprises afin d’extraire d’autant plus de jus sucré.
Cette étape S3 de pressage permet de s’affranchir d’une étape de diffusion pour extraire l’essentiel du jus sucré, et donc de l’utilisation d’un diffuseur de grande taille particulièrement coûteux. La consommation en eau et en énergie pour chauffer cette eau est particulièrement réduite. La production de dioxyde de carbone est également réduite.
L’étape de pressage produit des pulpes p de betteraves contenant encore une petite quantité de sucre. Dans cet exemple non limitatif, on réalise une étape de diffusion à partir des pulpes p de betteraves issues du pressage, afin de collecter une partie du sucre résiduel. Ces pulpes sont placées dans l’extracteur 32 où l’on fait circuler à contre-courant un liquide de diffusion L chauffé, ici de l’eau. Ce liquide de diffusion peut être issu de l’évaporation du liquide lors de l’étape de concentration selon le procédé, appliquée à un lot de betteraves précédent. Ce liquide de diffusion L se charge alors en sucre par diffusion de sorte qu’on obtient un jus de diffusion sucré Js 2 en sortie de l’extracteur 32 . Ce jus de diffusion sucré Js 2 peut être ajouté au jus sucré Js 1 obtenu après pressage. Un intérêt est d’augmenter le rendement du procédé en extrayant davantage de sucre des betteraves.
Les pulpes appauvries résultant de cette étape de diffusion peuvent être utilisée en biscuiterie, en panification ou en tant que complément alimentaire.
Le jus sucré Js 1 extrait par pressage, auquel on a ici ajouté, de manière non limitative, le jus de diffusion Js 2 , est acheminé vers l’unité de filtration 16 .
On réalise alors une étape de filtration S4 au moyen de la ou des membrane(s) filtrante(s) 18 de l’unité de filtration 16 , de manière à obtenir un jus sucré filtré Jsf . Le jus sucré est ici chauffé à environ 75°C avant d’être filtré. La filtration réalisée est une ultra-filtration tangentielle, permettant de clarifier et purifier le jus sucré en retenant les molécules dont la dimension est supérieure au seuil de coupure de ladite membrane filtrante 18 . De manière non limitative, l’étape de filtration S4 peut être répétée à plusieurs reprises afin de purifier encore davantage le jus sucré filtré Jsf .
Le jus sucré filtré Jsf obtenu suite à l’étape de filtration S 4 présente une concentration en matière sèche avantageusement supérieure à 60 % et sa pureté, considérée comme étant le rapport entre sa concentration en sucre sur sa concentration en matière sèche, est avantageusement supérieure à 80%. L’étape de filtration S4 constitue une étape de purification du jus sucré. Grâce à l’invention, il n’est pas nécessaire de purifier le jus sucré au moyen de chaux. Le procédé selon l’invention ne met pas en œuvre de produits chimique et permet également de réduire la production de dioxyde de carbone. La pureté du jus sucré filtré est suffisante pour permettre sa concentration par évaporation.
Le jus sucré filtré Jsf est ensuite acheminé vers l’unité d’évaporation 20 et on réalise une cinquième étape S5 de concentration du jus sucré filtré Jsf , par évaporation, à l’aide de ladite unité d’évaporation 20 . Au sein de l’unité d’évaporation, le jus sucré filtré Jsf est chauffé, de préférence sous vide, de manière à évaporer une partie du liquide qu’il contient. Le jus sucré filtré Jsf est maintenu en circulation à l’intérieur de l’unité d’évaporation tout au long de l’étape de concentration. Une partie du liquide, notamment de l’eau, contenu initialement dans le jus sucré filtré s’évapore jusqu’à obtenir un jus filtré concentré Jsfc ayant une concentration en matière sèche supérieure à un seuil de concentration prédéterminé. Dans cet exemple non limitatif, le seuil de concentration prédéterminé est environ égal à 80%, soit une concentration en matière sèche supérieure à 80%. Le jus filtré concentré Jsfc forme un sirop.
Le jus filtré concentré Jsfc est alors amené dans l’enceinte 24 de l’unité de cristallisation. L’enceinte 24 est placée sous vide à l’aide de la pompe à vide 26 , à une pression inférieure à la pression atmosphérique. On réalise alors une sixième étape S6 de cristallisation dans laquelle on chauffe, au moyen du module de chauffage 28 , le jus filtré concentré Jsfc sous vide afin d’évaporer le liquide résiduel contenu dans le jus filtré concentré et réaliser la cristallisation du sucre, jusqu’à obtention d’un sucre cristallisé intégral C . Le liquide évaporé est essentiellement de l’eau. De manière non limitative, la chauffe est réalisée par l’intermédiaire d’un fluide chauffé à une température de consigne, par exemple de l’eau ou de la vapeur d’eau.
De préférence, le jus filtré concentré Jsfc est agité à l’aide de l’agitateur 30 pendant qu’il est chauffé, de préférence de manière continue et tout au long de la cristallisation.
Un exemple d’étape S6 de cristallisation selon l’invention va être décrit en référence à la . Cette est un graphique illustrant, en points blancs, l’évolution de la température T du jus filtré concentré Jsfc et, en points noirs, l’évolution de la pression P au sein de l’enceinte 24 en fonction du temps t , au cours de l’étape de cristallisation.
Tel qu’on le constate sur ce graphique, on réalise d’abord une chauffe préliminaire du jus filtré concentré Jsfc pendant une période t1 d’une durée d’environ 35 minutes. Le jus filtré concentré est chauffé par l’intermédiaire d’une eau chauffée maintenue à une température de consigne d’environ 100°C. Pendant cette chauffe préliminaire, l’enceinte est placée sous vide à une pression préliminaire P d’environ 300 millibars de sorte que le jus filtré concentré Jsfc est amené à une température d’évaporation préliminaire d’environ 76°C. En se plaçant sous vide, la température d’ébullition du liquide et notamment de l’eau contenue dans le jus filtré concentré Jsfc est abaissée. La consommation d’énergie nécessaire à l’évaporation de l’eau résiduelle est donc réduite. Cette étape de chauffe préliminaire permet de concentrer davantage le jus filtré concentré Jsfc jusqu’à déclenchement de la cristallisation. Le couple de pression P et température T appliqué lors de cette étape de chauffe préliminaire permet en outre de réduire la coloration du sucre cristallisé intégral C finalement obtenu.
Durant une deuxième période t2 illustrée en , allant des minutes 35 à 45, le jus filtré concentré Jsfc est amené à sursaturation et la cristallisation débute de manière spontanée, sans qu’il ne soit nécessaire de l’ensemencer.
Dans une troisième période t3 de la cristallisation, allant dans cet exemple non limitatif des minutes 45 à 55, on baisse la pression P , de sorte que la température T du jus filtré concentré Jsfc est abaissée également. Durant cette troisième étape t3 , on réalise une chauffe principale du jus filtré concentré à une pression principale d’environ 150 millibars, le jus filtré concentré étant à une température d’évaporation principale d’environ 70°C.
Durant cette étape de chauffe principale, la cristallisation se poursuit et se complète. Selon l’invention, la chauffe, et donc ici l’étape de chauffe principale, est poursuivie jusqu’à obtenir un sucre cristallisé intégral C ayant un taux d’humidité compris entre 0% à 10%, de préférence inférieur à 7%, encore de préférence inférieur à 5%. Autrement dit, la chauffe est poursuivie jusqu’à cristalliser complètement, ou sensiblement complètement, le sucre. Le liquide initialement contenu dans le jus filtré concentré Jsfc est donc en grande partie évaporé au cours de l’étape de cristallisation. Le procédé selon l’invention, et notamment l’étape de cristallisation, conduit directement à la formation d’un sucre cristallisé intégral C et ne s’accompagne pas d’une séparation d’une mélasse par rapport aux cristaux de sucre. Il n’y a donc pas lieu de réaliser une étape finale de centrifugation. Les minéraux, nutriments, oligo-éléments et vitamines initialement contenus dans le jus filtré concentré sont fixés sur les cristaux de sucre par adsorption. Aussi, le sucre cristallisé intégral obtenu grâce au procédé selon l’invention conserve de grandes qualités nutritives.
Au cours de l’étape de cristallisation, la formation de cristaux de sucre est sensiblement linéaire au cours du temps.
Suite à cette troisième période t3 et donc lorsque la cristallisation est terminée, on place instantanément ledit sucre cristallisé intégral C obtenu à la pression atmosphérique, afin d’éviter que son taux d’humidité n’augmente. Un air sec peut être soufflé sur le sucre cristallisé intégral. Le sucre cristallisé intégral C peut alors être conditionné et consommé.
PROCÉDÉ DE DEPÔT D’UN REVÊTEMENT MÉTALLIQUE PAR PROJECTION THERMIQUE, ENSEMBLE ET MÉLANGE POUR METTRE EN OEUVRE UN TEL PROCÉDÉ Domaine technique de l’invention L’invention a trait au domaine technique des procédés de dépôt d’un revêtement métallique par projection thermique. Le procédé de projection métallique peut notamment être un procédé de Cold Spray.
Arrière-plan technique La projection thermique est très utilisée dans le domaine aéronautique pour la réparation de composants ayant subi de l’usure en fonctionnement. Le procédé est mis en œuvre au moyen d’un dispositif de projection équipé d’un élément chauffant et d’une buse de projection permettant, respectivement, de chauffer et projeter des particules métalliques sous forme de poudre à vitesse élevée sur la surface à revêtir. Parmi les différentes technologies de projection thermique, le procédé Cold Spray (« pulvérisation à froid » en français) se distingue des autres procédés de projection thermique par la possibilité de réaliser un revêtement à basse pression et à basse température. À cet égard, l’aluminium est particulièrement adapté à ce procédé du fait son bas point de fusion et sa grande ductilité.
Dans les procédés Cold Spray de l’art antérieur, certaines particules métalliques à projeter restent bloquées au niveau d’un alésage de la buse de projection au moment de leur pulvérisation, ce qui est à l’origine d’un encrassement puis finalement d’un bouchage de la buse de projection (« Barrel loading and finally barrel clogging » en anglais). Ce phénomène est d’autant plus prononcé lorsque le métal utilisé est à bas point de fusion. Il est donc très récurrent dans les procédés de projection thermique utilisant des mélanges à base d’aluminium, matériau particulièrement utilisé dans le domaine aéronautique pour la réparation de pièces ayant subi de l’usure. Ce phénomène nuit à l’efficacité du procédé puisque la quantité de poudre à projeter est d’autant plus réduite que le dépôt formé dans l’alésage de la buse de projection est important jusqu’à l’arrêt complet du système. Dans ces conditions, il est également très difficile de contrôler l’épaisseur du revêtement déposé sur la surface de projection au cours du dépôt de revêtement.
Afin de remédier à ce problème, il a été proposé d’ajouter à la poudre métallique une charge minérale anguleuse, également sous forme de poudre, afin de nettoyer l’alésage de la buse par frottement/érosion en même temps que la matière est projetée sur la surface de projection. Classiquement, cette charge minérale est à base de carbure de silicium (SiC) ou à base d’alumine (Al 2 O 3 ). Toutefois, ces charges minérales génèrent de très nombreux défauts dans le revêtement obtenu à cause de leur(e)s angles aigus/arêtes saillantes. De manière particulière, on a constaté qu’elles favorisent la rupture sous charge par leur taille et leur géométrie, qu’elles génèrent une érosion inhabituelle des organes du dispositif de projection métallique, des particules métalliques elles-mêmes et de la surface située en face du revêtement déposé par frottement entre ledit revêtement et ladite surface. En outre, il a également été constaté une proportion élevée de charge minérale dans le revêtement obtenu, proportion variant de 40% à 50% massique pour un mélange de particules comprenant entre 40% et 60% de charge minérale. La présence de la charge minérale dans de telles proportions nuit grandement à la qualité du revêtement obtenu puisqu’on obtient un revêtement correspondant davantage à un composite céramique-métallique qu’à un métal.
Ainsi, bien que cette solution permette de résoudre le problème de bouchage de l’alésage de la buse de projection, il soulève de nombreuses autres problématiques auxquelles les inventeurs de la présente invention ont répondu par l’invention en objet.
L’invention propose à cet effet un procédé de dépôt d’un revêtement métallique par projection thermique, le procédé comprenant les étapes suivantes, dans cet ordre : fournir une surface à revêtir, un réservoir pour un mélange et un dispositif de projection métallique relié au réservoir, le dispositif de projection comprenant un élément chauffant et une buse de projection, le mélange comportant des particules métalliques, des particules minérales de forme sensiblement ellipsoïdale, et un gaz neutre, les particules minérales ayant un indice de dureté supérieur à un indice de dureté de la surface à revêtir, et un point de fusion strictement supérieur au point de fusion des particules métalliques, chauffer le mélange à une température inférieure au point de fusion des particules métalliques, par l’intermédiaire du gaz neutre, de sorte à obtenir des particules métalliques partiellement ramollies et ductiles, projeter le mélange chauffé à travers la buse de sorte à former un jet de matière en direction d’une surface à revêtir et à former le revêtement métallique sur cette surface.
Le procédé selon l’invention permet de résoudre la problématique du bouchage de l’alésage de la buse de projection tout en conservant des propriétés mécaniques proches de celle du métal seul, l’érosion prématurée des organes du dispositif de projection, des particules métalliques utiles au dépôt, et l’érosion de la surface antagoniste au revêtement déposé. En effet, l’utilisation de particules minérales de forme sensiblement ellipsoïdale permet de favoriser le rebond des particules minérales sur les surfaces en contact avec lesdites particules. Les phénomènes d’érosion précédemment décrits sont donc significativement réduits. Les organes du dispositif de projection amenés à être en contact avec le mélange ont donc une durée de vie plus longue, de même que les surfaces antagonistes en contact avec le revêtement obtenu. L’intégrité des particules métalliques à projeter s’en trouve également mieux préservée.
En outre, le procédé selon l’invention permet d’améliorer substantiellement la qualité du revêtement obtenu. En effet, lorsque les particules minérales entrent en collision avec la surface à revêtir, elles ont davantage tendance à rebondir sur celle-ci à cause de leur forme sensiblement ellipsoïdale qui favorise un contact ponctuel et de leur indice de dureté, supérieur à l’indice de dureté de la surface à revêtir. Cela leur permet de ne pas systématiquement se briser au contact de la surface ou de s’insérer dans le revêtement réalisé mais de rebondir au contact de cette surface. La proportion de particules minérales dans le revêtement métallique obtenu est donc significativement réduite.
De plus, comme le point de fusion des particules minérales est supérieur au point de fusion des particules métalliques, lorsque le mélange est chauffé à une température inférieure au point de fusion des particules métalliques, on obtient un mélange dans lequel les particules métalliques sont ramollies et très ductiles et, concomitamment, dans lequel les particules minérales sont conservées sous leur forme d’origine.
Selon différentes caractéristiques de l’invention qui pourront être prises ensemble ou séparément : les particules minérales sont pleines ; le mélange comprend entre 5% et 30% de particules minérales, le mélange comprend entre 10% et 15% de particules minérales, un diamètre moyen des particules minérales ne diffère pas de plus de 60% d’un diamètre moyen des particules métalliques ; un diamètre moyen des particules minérales ne diffère pas de plus de 40% d’un diamètre moyen des particules métalliques ; les particules minérales ont un indice de dureté supérieur à l’indice de dureté des particules métalliques ; les particules minérales sont faites en verre ; les particules métalliques sont faites en aluminium ; les particules métalliques sont faites d’un alliage à base d’aluminium ; le procédé comprend une étape préalable consistant à dégraisser la surface de projection ; lors de l’étape de projection, le mélange chauffé est projeté sur la surface de projection à une vitesse comprise entre 200 m/s et 1200 m/s ; on réitère plusieurs fois les étapes du procédé en fonction de l’épaisseur de revêtement désirée.
L’invention concerne en outre un ensemble pour le dépôt d’un revêtement métallique par projection thermique selon le procédé tel que précédemment décrit, ledit ensemble comprenant un réservoir pour un mélange et un dispositif de projection métallique relié au réservoir, le dispositif de projection comprenant un élément chauffant et une buse de projection.
L’invention concerne en outre un mélange destiné à la fabrication ou à la réparation d’une pièce fonctionnelle pour un aéronef par le procédé tel que précédemment décrit, le mélange comportant des particules métalliques, des particules minérales de forme ellipsoïdale, et un gaz neutre, les particules minérales ayant un indice de dureté supérieur à un indice de dureté de la surface à revêtir, et un point de fusion supérieur au point de fusion des particules métalliques.
La zone de chargement 3 peut comprendre un coffre 55 destiné au rangement de l’ouvrant 53. Le coffre 55 relie les parois latérales 54 entre elles. De part sa conception, le coffre 55 assure la tenue à la déformation de l’anneau arrière formé par les parois latérales, le plancher 5 et le toit de la zone de chargement 3. Le coffre 55 peut être une poutre de section creuse œuvrant en tant qu’élément structurant de la zone de chargement 3. Le coffre 55 présente une section de type polygonale rectangle dont une face extérieure est rendue visible depuis l’extérieur.