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(11) | EP 0 488 839 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Procédé discontinu de cristallisation d'un sirop et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé |
| (57) L'invention a pour objet un procédé de production de cristaux de sucre à partir d'un
sirop dans un appareil à marche discontinue comportant un faisceau de chauffage (112)
alimenté en vapeur, consistant à former un pied de cuite par addition de germes cristallins
à un sirop concentré, provoquer le grossissement des cristaux en maintenant la sursaturation
de la liqueur-mère à la valeur voulue par évaporation et ajout de sirop, puis augmenter
le brix de la masse-cuite jusqu'à la valeur voulue et un appareil pour la mise en
oeuvre de ce procédé. Pour améliorer la granulométrie des cristaux et réduire la durée des cycles, le débit de vapeur de chauffage et le débit de sirop frais sont réglés, au moins pendant la phase de grossissement des cristaux, pour maintenir la liqueur-mère en état de sursaturation et le niveau de la masse-cuite pratiquement constant. |
[0001] La présente invention concerne la production de cristaux de sucre à partir d'un sirop dans un appareil à marche discontinue constitué par une cuve fermée, mise en dépression, et munie dans sa partie inférieure d'un faisceau de chauffage alimenté en vapeur et éventuellement d'un agitateur destiné à accélérer la circulation du sirop et des cristaux. Ce procédé comporte, à chaque cycle, les étapes suivantes : remplissage de l'appareil avec un volume de sirop suffisant pour recouvrir le faisceau, concentration de ce volume de sirop pour l'amener à l'état de sursaturation et grainage par introduction d'une quantité dosée de germes cristallins, pour constituer un pied de cuite, puis grossissement des cristaux avec ajout de sirop frais pour compenser la cristallisation du sucre et l'évaporation de l'eau et maintenir la liqueur-mère en état de sursaturation, jusqu'à ce que la masse cuite atteigne un niveau prédéterminé dans la chaudière et, enfin, serrage de la masse-cuite pour augmenter son brix (teneur en matières sèches) jusqu'à la valeur voulue.
[0002] On utilise généralement, pour la mise en oeuvre de ce procédé, des appareils verticaux cylindriques équipés d'un faisceau de chauffage de faible hauteur (inférieur à 1,5m) de façon à réduire le volume du pied de cuite. Pendant la phase de grossissement des cristaux le niveau de masse-cuite s'élève progressivement et, en fin de cuite, la hauteur de masse-cuite au-dessus du faisceau est comprise, dans les appareils couramment utilisés, entre 1,5 m et 2 m, suivant qu'ils sont à circulation naturelle ou équipés d'un agitateur mécanique. Dans ces appareils, le volume du pied de cuite représente entre 25% et 35% du volume utile.
[0003] A cause de la hauteur importante de masse-cuite au-dessus du faisceau, la pression statique dans la partie inférieure de l'appareil à cuire est élevée et la température d'ébullition de la liqueur-mère y est nettement supérieure à la température moyenne de la masse-cuite, ce qui présente deux inconvénients : d'une part, il est nécessaire d'utiliser de la vapeur à pression et température élevées pour le chauffage de l'appareil, et, d'autre part, il y a risque de redissolution partielle des cristaux lorsqu'ils passent dans le fond de l'appareil.
[0004] Par ailleurs, l'agitation dans le volume de masse-cuite au-dessus du faisceau est faible, même dans les appareils à agitateur mécanique car ceux-ci sont toujours situés dans le fond de l'appareil, et il en résulte un manque d'homogénéité de la masse-cuite, notamment en ce qui concerne la granulométrie des cristaux.
[0005] Le but de la présente invention est d'augmenter les échanges thermiques et la circulation de la masse-cuite pour réduire la durée de la cuite et améliorer la granulométrie des cristaux de sucre, permettre l'utilisation de vapeur à plus bas niveau thermique et régulariser la durée des cycles.
[0006] Le procédé de production de cristaux objet de l'invention est caractérisé en ce que le volume du pied de cuite est pratiquement égal au volume final de masse-cuite produite, et en ce que le débit de vapeur de chauffage et le débit de sirop frais sont réglés, pendant la phase de grossissement des cristaux, pour maintenir la liqueur-mère en état de sursaturation et le niveau de la masse-cuite pratiquement constant. Pour maintenir la sursaturation à la valeur voulue, variable, tout le long du cycle, on mesure unegrandeur représentative de l'état de la masse-cuite, on la compare à une valeur de référence qui est fonction du temps écoulé depuis le début du cycle ou de la phase de grossissement des cristaux et on règle les débits de jus et/ou de vapeur pour annuler l'écart éventuel entre les valeurs mesurées et de référence. Cette solution permet d'avoir des cycles de durée constante ce qui facilite la gestion de l'atelier de cristallisation.
[0007] L'invention a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé caractérisé en ce que la hauteur du faisceau de chauffage est supérieure à 2 m, et en ce qu'il est équipé d'un agitateur mécanique capable d'assurer la circulation de la masse-cuite dans le faisceau. On pourra utiliser un faisceau à tubes verticaux ou formé de plaques creuses annulaires disposées concentriquement. Dans le premier cas, le diamètre des tubes du faisceau sera de préférence égal ou supérieur à 150 mm; les faisceaux à plaques annulaires auront des diamètres hydrauliques équivalents. L'appareil sera équipé d'un système de régulation apte à maintenir le niveau de la masse-cuite au-dessous d'un niveau maximal au-dessus du plan supérieur du faisceau et à règler l'état de la masse-cuite en fonction du temps.
[0008] La description qui suit se référé aux dessins l'accompagnant sur lequel :
La figure 1 est une vue en coupe, par un plan diamétral, d'un appareil à cuire classique;
La figure 2 est une vue en coupe, par un plan diamétral, d'un appareil à cuire conforme à l'invention; et
La figure 3 donne les courbe de variation en fonction du temps du brix de la masse-cuite (courbe en trait plein) et de la sursaturation (courbe en tirets), le temps étant expié en minutes.
[0009] L'appareil représenté sur la figure 1 est constitué par une cuve fermée cylindrique et à axe vertical 10 équipée d'un faisceau de chauffage 12 placé dans le fond de la cuve. Ce faisceau est formé d'une série de tubes verticaux (un seul de ces tubes 14 a été représenté sur le dessin) dont les extrémité sont emmanchées dans les trous de deux plaques horizontales qui délimitent, avec la virole de la cuve et une virole intérieure concentrique 16, une chambre où la vapeur de chauffage est admise par une entrée 18. En se condensant sur la surface extérieure des tubes 14, la vapeur libère de la chaleur qui est transmise, à travers la paroi des tubes, à la masse-cuite circulant de bas en haut à l'intérieur des tubes. La circulation de la masse-cuite, dans ce type d'appareil, est provoquée par les bulles de vapeur dues au chauffage qui engendrent un mouvement ascendant de la masse-cuite dans les tubes et par un agitateur mécanique 24. Le retour de la masse-cuite sous le faisceau s'effectue par le puits central délimité par la virole 16. La vapeur produite est évacuée par une sortie 20 reliée à un condenseur permettant de créer un vide partiel à l'intérieur de la cuve. Le sirop frais est admis par une entrée 22.
[0010] Dans les appareils de ce type, la hauteur h des tubes du faisceau varie de 0,8 m à 1, 2 m et la hauteur h' de masse-cuite au-dessus du faisceau est de l'ordre de 1,5 m en fin de cuite. Le diamètre des tubes du faisceau est de l'ordre de 100 mm.
[0011] Dans l'appareil de l'invention représenté sur la figure 2, la hauteur H du faisceau 112 est beaucoup plus grande, par rapport à la hauteur à la cuve 110, que dans un appareil classique et supérieure à 2 m. Par contre, la hauteur H′ de masse-cuite au-dessus du faisceau en fin de cuite est beaucoup plus faible et au plus égal à 0,5 m. Le diamètre des tubes 114 du faisceau est égal ou supérieur à 150 mm. A la place d'un faisceau à tubes, on pourrait utiliser un faisceau formé de plaques creuses annulaires disposées concentriquement et ayant un diamètre hydraulique équivalent.
[0013] Un système de régulation 128 contrôle le débit de vapeur alimentant le faisceau de chauffage et le débit de sirop frais de façon à maintenir la sursaturation de la liqueur-mère et le niveau de masse-cuite à des valeurs de consigne. Le niveau de la masse-cuite est maintenu pratiquement constant pendant toute la cuite. Pour maintenir la sursaturation à la valeur voulue, variable, pendant le cycle, on impose à une grandeur représentative de l'état de la masse-cuite (conductivité, viscosité, compacité, etc...) de rester égale à une valeur de référence qui est fonction du temps écoulé depuis le début du cycle. On pourra, par exemple, mesurer le brix de la masse-cuite, au moyen d'un gammadensimètre, et lui imposer des variations en fonction du temps conformes à la courbe en trait plein de la figure 3; la sursaturation variera alors suivant la courbe en tirets. Sur la figure 3, l'origine des temps est le début de la phase de grossissement des cristaux.
[0014] En augmentant la hauteur du faisceau et en maintenant une hauteur de masse-cuite relativement faible au-dessus du faisceau, on augmente la surface d'échange thermique et on diminue la température maximale d'ébullition de la liqueur-mère, ce qui permet d'utiliser de la vapeur à plus bas niveau thermique. Par ailleurs, l'agitation de la masse-cuite est plus intense ce qui permet d'améliorer la granulométrie des cristaux et de réduire la durée de la cuite. Enfin, en liant l'état de la masse-cuite au temps écoulé depuis le début du cycle, et non plus au niveau de la masse-cuite comme dans les appareils classiques, on peut maintenir constante la durée des cycles ce qui facilite la gestion de l'atelier de cristallisation.
1. Procédé de production de cristaux de sucre à partie d'un sirop dans un appareil à
marche discontinue comportant un faisceau de chauffage alimenté en vapeur, consistant
à former un pied de cuite par addition de germes cristallins à un sirop concentré,
provoquer le grossissement des cristaux en maintenant la sursaturation de la liqueur-mère
à la valeur voulue par évaporation et ajout de sirop, puis augmenter le brix de la
masse-cuite jusqu'à la valeur voulue, caractérisé en ce que le débit de vapeur de
chauffage et le débit de sirop frais sont réglés, au moins pendant la phase de grossissement
des cristaux, pour maintenir la liqueur-mère en état de sursaturation et le niveau
de la masse-cuite pratiquement constant.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on règle l'état de la masse-cuite
en fonction du temps, de façon à ce que la durée du cycle soit égale à une valeur
prédéterminée.
3. Appareil à cuire à marche discontinue pour la production de cristaux de sucre à partir
d'un sirop constitué par unecuve fermée (110) munie d'un faisceau de chauffage (112)
et d'un agitateur mécanique (124) caractérisé en ce que la hauteur de faisceau de
chauffage (112) est supérieure à 2 mètres, et en ce qu'il est équipé d'un système
de régulation (128) apte à maintenir le niveau de la masse-cuite au-dessous d'un niveau
maximal au-dessus du plan supérieur du faisceau.
4. Appareil à cuire selon la revendication 3, caractérisé en ce que le faisceau de chauffage
est un faisceau formé de tubes dont le diamète est supérieur à 150 mm ou de plaques
annulaires creuses ayant un diamètre hydraulique équivalent à celui desdits tubes.