CA1205803A - Procede et dispositif de cristallisation en continu d'une masse cuite - Google Patents
Procede et dispositif de cristallisation en continu d'une masse cuiteInfo
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- CA1205803A CA1205803A CA000438516A CA438516A CA1205803A CA 1205803 A CA1205803 A CA 1205803A CA 000438516 A CA000438516 A CA 000438516A CA 438516 A CA438516 A CA 438516A CA 1205803 A CA1205803 A CA 1205803A
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- C13—SUGAR INDUSTRY
- C13B—PRODUCTION OF SUCROSE; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- C13B30/00—Crystallisation; Crystallising apparatus; Separating crystals from mother liquors ; Evaporating or boiling sugar juice
- C13B30/02—Crystallisation; Crystallising apparatus
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Abstract
L'invention concerne un procédé de cristallisation d'un sirop de sucre consistant à faire subir au sirop une cuite continue ou discontinue de façon à obtenir une masse cuite, à soumettre la masse cuite, à une ou plusieurs étapes de malaxage continu sous vide, et à séparer ensuite les cristaux de l'eau mère du jet de cristallisation considéré. Selon l'invention, une partie au moins de l'eau mère est recyclée au niveau de la ou des étapes de malaxage sous vide. L'invention vise également un dispositif de malaxage d'une masse cuite, constitué d'un ou de plusieurs malaxeurs cylindriques comportant des moyens d'entrée et de sortie de la masse cuite, au moins une prise de vide et un moyen d'entrée d'eau mère relié à une sortie de l'égout d'essorage d'un dispositif d'essorage. Le dispositif de malaxage selon l'invention est caractérisé en ce que la sortie de la masse cuite et le moyen d'entrée d'eau mère sont reliés respectivement à l'entrée de la masse cuite et une sortie d'eau mère du même dispositif d'essorage.
Description
~ S~3 Pi~OCEDE ET DISPOSITIF DE CRISTALLISATION EN CONTINU
D'UNE MASSE CUITE
. _ La présente invention concerne un procédé et un dispositif de malaxage en continu d'une masse cuite obtenue notamment lors de la fabrication du sucre, étant entendu que par "sucre" on entend "saccharose" .
Les procédés d'extraction du sucre font, en général, appel à deux types d'usines: des usines de fabrication proprement dites (sucre-ries) et des usines de post-traitement ( raffineries) dans lesquelles ies sucres sont affinés, filtrés, cristallisés et façonnés.
Les sucreries ont des équipements adaptés à la matière première utilisée qui est la betterave ou la canne. Ainsi, les sucreries ont un équipement spécifique alors que les raffineries traitent des sucres bruts qu'ils soient de canne ou de betterave.
Lorsque la matière première est la betterave on utilise un procédé de diffusion pour obtenir un jus qui aura recueilli le sucre contenu dans les betteraves préalablement découpées en fines lanières ou cossettes .
De manière schématique, les diffuseurs sont des appareils dans les-quels on fait circuler de l'eau à contre-courant. Les jus obtenus 25 contiennent environ 11 à 12 % d'impuretés rapportés aux matières sèches .
Un traitement à la chaux suivi d'une carbonatation et d!une sépara-tion par filtration ou par décantation permet une épuration satisfai-sante des non-sucres organiques.
Lorsque la matière première est la canne, on opère par broyage et pression dans des "moulins" pour extraire le jus, rarement par diffusion. Ne contenant pas les mêmes impuretés que le jus de bet-terave, le jus de canne subit une épuration différente et l'étape de carbonatation est supprimée.
Z~S803 Par contre, pour ce qui concerne les étapes de concentration et de cristal!isation, les opérations nécessaires sont comparables dans les deux types de sucrerie.
La présente invention concerne plus particulièrement les étapes per-mettant de cristalliser le sucre et s applique à tous les jus sucrés quelle que soit la matière première utilisée.
La cristallisation en sucrerie (de canne ou de betterave~ et en raffi-nerie (de canne ou de betterave) a pour but d extraire sous forme cristallisée, avec un rendement aussi élevé que possible, le sucre dissous dans le sirop et de le séparer ainsi des impuretés solubles qui l accompagnent.
La vitesse de cristallisation dépend principalement des paramètres liés suivants : sursaturation, viscosité, température, agitation in-terne, pureté et pH.
Le brevet fransais n 1528738 décrit un procédé de cristallisation de sirop de sucrerie selon lequel on introduit dans une chaudière à
cuire des jus sucrés concentrés où une fraction du sucre est cristal-lisée. La masse cuite obtenue est malaxée pendant un certain temps à
une température élevée puis tamisée dans une essoreuse centrifuge où les cristaux sont séparés de l égout. L égout mère est ensuite mélangé à des cristaux puis subit un second malaxage afin de pro-voquer la cristallisation du sucre contenu dans ledit égout.
Dans ce procédé, le fait d opérer à température élevée, ce qui est nécessaire compte-tenu de ses caractéristiques, ne permet pas d at-teindre un degré de cristaliisation suffisamment élevé. Par ailleurs, 30 la consommation d énergie est importante.
Le brevet français n 2064277 décrit un procédé d obtention decristaux en continu selon lequel un sirop de sucre, en présence de germes cristallins, prealablement ajoutés, est concentré sous vide 35 dans un cristalliseur présentant plusieurs compartiments successifs.
S~)3 Ce procédé nécessite une température relativement élevée, ce qui d'une part, accroit la dépense énergétique, et d'autre part, diminue le rendement de cristallisation.
Le procédé de cristallisation selon l'invention permet d'obtenir dès la fin du malaxage de la masse cuite une quantité de sucre cristallisé beaucoup plus importante que lors de la mise en oeuvre des procédés connus à ce jour.
En effet, le procédé vise à abaisser au maximum la tem-pérature de la masse cuite pour augmenter la cristalli-sation.
Il consiste à faire subir à un sirop de sucre une cuite continue ou discontinue de façon à obtenir une masse cuite, à soumettre la masse cuite à une ou plusieurs étapes de malaxage continu sous vide, à séparer ensui-te les cristaux de l'eau mère du jet de cristallisa-tion considéré, notamment par turbinage, et est carac-térisé en ce qu'une partie au moins de l'eau mère est recyclée au niveau de la ou des étapes du malaxage sous vide.
L'invention a également pour objet un dispositif de malaxage d'une masse cuite, constitué d'un ou plusieurs malaxeurs comportant des moyens d'entrée et de sortie de la masse cuite, au moins une prise de vide, et un moyen d'entrée de l~eau mère relié à une sortie de l'égout d'essorage d'un dispositif d'essorage~ Le dis-positif de malaxage selon l'invention est caractérisé
en ce que la sortie de la masse cuite et le moyen d'entrée d'eau mère sont reliés respectivement à l'en-trée de la masse cuite et une sortie d'eau mère du meme dispositif d'essorage.
De préférence, seule la partie dite "égout pauvre" est recyclée lors des étapes de malaxage sous vide. La partie dite "égout riche" est reinjectée par exemple au niveau de la cuite.
Les termes "égouts pauvre et riche" sont définis selon ~.2~ 3 J. DUBOURG Sucreries de betteraves 1952.
De préférence encore, la partie recyclée de l'eau mère est réchauffée et désémulsionnée avant ledit recyclage.
sien que la viscosité de la masse cuite augmente, l'a-baissement de température est rendu possible par llauto-évaporation sous vide, en régime continu, de l'eau con-tenue dans la masse cuite et par le recyclage de tout ou partie de l'eau mère, ce qui provoque ainsi une agitation violente et permanente.
Cette agitation est d'autant plus efficace qu'elle s~effectue d'une manière régulière sur une épaisseur faible et uniforme de la-masse cuite.
I~ est avantageux que le malaxage continu sous vide comporte plusieurs étapes successives. Dans le cas de deux étapes, la première est conduite sous un vide compris entre 82,6 kPa et 88,0 kPa, la seconde sous un vide compris entre 88,0 kPa et 96,0 kPa~
La masse cuite doit présenter une température initiale d'environ 80C et voir, à l'issue du malaxage continu sous vide, sa température abaissée à une valeur com-prise entre 40C et 50C.
La masse cuite cristallisée est ensuite essorée (turbi-nage) : les cristaux sont séparés de l'eau mère et l'égout pauvre du jet de cristallisation consideré est recyclé, en grande partie, au niveau du ou des mala-xeurs continus sous vide. Les égouts pauvres recyclés maintiennent une fluidité suffisante pour que la masse cuite ne se fige pas et que la mobilité des cristaux permette leur mouvement.
De préférence, les moyens d'entrée de l'égout pauvre sont constitués d'une ou plusieurs tubulures situées dans la partie inférieure du cylindre. De préférence, ces tubulures arrivent tangentiellement au cylindre.
De préférence, leur nombre est compris entre deux et dix.
Le procédé et le dispositif selon l'invention seront 8~)3 4a mieux compris grace à la description des figures 1, 2, 3, 4, 5, 6, et grace à un exemple de réalisation.
La Figure 1 présente un flow-sheet d'une variante du procédé selon laquelle, après une cuite continue, le malaxage continu sous vide est conduit dans un appa-reillage constitué d'un seul malaxeur.
La Figure 2 présente un flow-sheet d'une variante pré-férée du procédé selon laquelle, après une cuite con-tinue, le malaxage continu sous vide est conduit dans un appareillage constitué de deux malaxeurs distincts.
La Figure 3 présente le dispositif pour mettre en oeu-vre le procédé illustré à la figure 1.
58~3 La Figure 4 présente le dispositif pour mettre en oeuvre le procédé
illustré à la figure 2.
La Figure 5 est une vue transversale en coupe brisée à plan paral-lèle d'un malaxeur sous vide illustré à la figure 4.
La Figure 6 est une vue de profil selon A.A du même malaxeur.
Selon les figures 1, 2, 3, 4, une fraction la, 21a du sirop de sucre 1, 21 est dirigée vers un appareil vertical 2, 22 pour réaliser le pied de cuite. I l présente un volume de 300 h. I. et comporte un faisceau, aux tubes supportés par deux plaques de forme tronco-nique, en pente vers le puits central équipé d'une hélice d'agitation.
Les pieds cie cuite 3, 23 de l'appareil vertical 2, 22 alimentent le malaxeur à magma 4, 24.
Le malaxeur à magma est une capacité horizontale cylindrique entièrement fermée, munie d'un agitateur constitué d'une hélice supportée par un arbre longitudinal tournant à 1 tour/mn et équipée d'une double enveloppe à circulation d'eau chaude à 301~ permettant de thermostater l'ensemble: ce malaxeur à magma a seulement un rôle de stockage-tampon.
Le magma 5, 25 venant du malaxeur 4, 24 et la fraction 1 b, 21 b du sirop de sucre alimentent i'appareil à cuite continue 6, 26.
L'appareii à cuite continue 6, 26 est composé d'une cuve horizontale cylindrique, en acier, à l'intérieur de laquelle le chauffage est assuré par un faisceau de tubes longitudinaux en acier inoxydable, 3~ disposés en nappes. La partie inférieure de la cuve est pourvue d'une double enveloppe dans laquelle circulent les buées qui ne sont pas condensées dans le faisceau.
Un certain d~bit de vapeur est injecté à la partie in~érieure de l'ap-pareil à cuire pour assurer l'agitation de la masse cuite.
L'appareil est divisé en compartiments par des cloisons transversales et une cloison longitudinale a la base desquelles un orifice permet la progression de la masse cuite. Le premier compartiment est alimenté
~2~5~303 par le magma, les suivants par la masse cuite provenant du compar-timent précédent.
Chaque compartiment est également pourvu d'une alimentation en sirop 1 b, 21 b qui arrose par tubes tournants les parois émergeant de la masse cuite.
La masse cuite parvenant au dernier compartiment est extraite à sa base par une pompe à vitesse variable.
La circulation et le débit des fluides dans l'appareil sont contrôlés par des chalnes de régulation de vide, des pressions de vapeur, 10 d'agitation, de densité et de niveau de masse cuite.
A titre d'indication, ies caractéristiques principales d'un appareil à
cuite continue (construction Fives-Cail-Babcock) sont les suivantes:
Longueur hors tout :9, m i ongueur intérieure :7,1i m Lar~3eur hors tout :3,5 m Hauteur hors tout :4,1 m Diamètre intérieur de la virole : 3,1 m Volume occupé par la masse cuite : 32 m3 Surface de chauffe totale : 324 m2 Tubes inox, iongueur : 7, S m Nombre total de tubes : 464 Timbre du faisceau : 2 bars Poids à vide : 32 Tonnes Poids en marche : 77 Tonnes Nombre de compartiments : 10 Les conditions de fonctionnement de l'appareil décrit ci-dessus sont les suivantes:
Magma du pied de cuite 3, 23:
Brix : 86 - 88 Pureté : 99, 0 - 99, S
Débit : 6 à 7 tonnes/heure Teneur en cristaux : 30 à 40 %
Ouverture Moyenne des cristaux : 0, 20 à 0, 25 mm Liqueur d'alimentation 1b, 21b:
Brix : 68 - 70 Pureté : 99,0 - 99,5 Débit : 26 à 30 tonnes/heure ~P5~3 Masse cuite 7, 27 :
Brix :90 ~ 91 Pureté :99,0 ~ 99,5 Débit :26 à 30 tonnes/heure Teneur en cristaux :50 à 55 %
Ouverture Moyenne des cristaux:0,5 à 0,6 mm (Le Brix étant défini comme la valeur du rapport poids de matières sèches/poids total du sirop).
La masse cuite 7, 27 est dirigée vers un dispositif de malaxage continu sous vide 8, 28.
Selon une variante de l'invention - Figures 1 et 3 -, ce dispositif est constitué d'un malaxeur 8 comprenant une enveloppe horizontale 9 hermétique, calorifugée, munie d'un arbre longitudinal 10 supportant une hélice 11 et séparée en deux compartiments 12, 13, par une paroi étanche 14, laquelle est équipée dans la partie basse d'un orifice 15 permettant le transfert de la masse cuite d'un compartiment d'entrée au compartiment de sortie, chaque compartiment étant pourvu d'une tubu-lure 35 permettant une liaison avec un source de vide.
Le compartiment d'entrée et le compartiment de sortie sont respectivement pourvus de tubulures d'entrée 16a et de sortie 16b de la masse cuite, ces tubulures étant de aible section et situées dans la partie basse de chaque compartiment.
A titre d'exemple le premier compartiment est soumis à un vide de 82,2 kPa, le second à un vide de 89,4 kPa~
L'arrivée et le départ de la masse cuite se font par la partie basse du malaxeur à l~aide, respectivement, d'une pompe volumétrique à vitesse variable - qui peut être la pompe d'extraction de la cuite continue 6 - et d'une pompe volumétrique à vitesse variable d'extraction.
Au fur et à musure du grossissement des cristaux, la EluidiEication de la masse cuite est réalisée avec l'égout pauvre 18 obtenu lors de l~essorage de la masse cuite cristallisée (étape de centrifugation 40 permet-tant d'isoler le sucre cristallisé 41).
-`` ~L2~ 03 Cet égout pauvre arrive dans le bas de chacun des compartiments 12, 13 par trois tubulures tangentielles 19 dont les débits sont régulés .
Selon une variante préférée de l'invention - Figures 2, 4, 5, 6 - les deux étapes successives de malaxage sont conduites dans deux malaxeurs continus 28, 29 sous vide, à un seul compartiment, et montés en série.
10 La masse cuite cristallisée 27 sortant du premier malaxeur continu sous vide 28 est dirigée sur le second malaxeur 29.
Chaque malaxeur 28, 29 est constitué d'un cylindre hori70ntal 30 muni d'un mouvement intérieur de faible puissance, raclant les parois 15 et empêchant ainsi les concrétions de sucre. I l comporte également des tubulures d'entrée 31a et de sortie 31b de la masse cuite, de faible section et situées dans sa partie inférieure. Le niveau de masse cuite est maintenu sensiblement dans le plan diamétral, de facon à présenter le maximum de surface à l'évaporation.
20 La partie dite "égouts pauvres" 39, issue de la masse cuite après essorage 40, préalablement réchauffée 112 et désémulsionnée ~3, est injectée 211a, 211b, dans les malaxeurs 28, 29 en quatre points par des arrivées horizontales 32 réparties selon la génératrice inférieure 33. La partie dite "égout riche" 44 est recyclée avec la fraction 21 b.
Chaque malaxeur 28, 29, constitue un étage mis sous un vide déter-miné, lequel correspond à la température de masse cuite recherchée.
La progression du vide par étage permet d'abaisser la limite infé-rieure de tempéra-ture tout en évitant la formation spontanée de "faux-grains" .
30 L'ensemble est alimenté en continu par une pompe volumétrique 34 à
vitesse variable à partir de la sortie d'une cuite continue ou d'un malaxeur de coulée d'une cuite discontinue.
Chaque étage est raccordé 35 à une centrale de vide profond 37, le vide étant réglé au moyen d'une vanne automatique 36.
~S803 Après un temps de séjour de 90 minutes, la masse cuite refroidie est extraite en continu par une p~mpe volu-métrique 38 à vitesse variable.
Les vitesses des pompes à masse cuite sont ~ilotées par des régulateurs de niveau.
Les vides sont régulés par des vannes automatiques sur consignes affichées.
Le débit d'introduction d'égout sur chaque étage est réglé proportionnellement au débit de masse cuite et corrigé sur le dernier étage en fonction du Brix de sortie.
Exemple 1 :
Les caractéristiques d'un dispositif de malaxage con-tinu sous vide formé de deux malaxeurs continus sous vide distincts sont les suivantes :
Dimensionnement des malaxeurs Premier Second 20 Longueur hors tout 7,25 m 8,04 m Longueur intérieure 5,95 m 6,15 m Hauteur hors tout 3,0 m 4,65 m Diamètre intérieur de la virole 2,4 m 2,90 m Volume total 250 hl 373 hl Volume utile 160 hl 200 hl Poids à vide ~,3 t 12,9 t Puissance du moteur du mouvement 2,2 kW 4 kW
Station de vide : 3 Pompe à vide de 1000 m /h sous 96,0 kPa, avec une puissance installée de 40 kW.
Conditions de fonctionnement sur un premier jet de raffiné :
Vide :
.
Premier étage : 85,3 kpa Deuxième étage : 95,3 l~a Températures de la masse cuite :
entrée premier étage : 82DC
sortie premier étage : 60C
sortie deuxième étage : 40C
,~
Caractéristiques de la masse cui te entrante:
Brix : 90,72 Debit : 16,23 Tonnes/heure Cristaux : 48,68 %/masse cuite 53,66 ~/matières sèches Caractéristiques de la masse cuite sortante:
Brix : 86,76 Débit : 26,24 Tonnes/heure Cristaux : 49,60 %/masse cuite 57,17 %/matières sèches Débits d'égouts recyclés : 11,0~ Tonnes/heure Dimensions des cristaux:
Entrée ouverturè moyenne : 0,50 mm coefficient de variation : 30 Sortie ouverture moyenne : 0,60 mm coefficient de variation : 27 Poids de cristaux:
Entrée : 7,90 Tonnes/heure Sortie : 13,01 Tonnes/ heure Grossissement : 1,65 Par rapport à un procédé classique comportant des cuites chauffées à
la vapeur, le procédé selon l'invention permet d'économiser environ 60 % de la consommation de vapeur.
Dans l'exemple décrit, on observe un grossissement important des 25 cristaux, dépassant 60 % pour un premier jet de raffiné.
La différence essentielle entre le malaxeur sous vide continu et 30 les autres types de cristalliseur est que le refroidissement ne se fait pas par échange avec un fluide mais par auto-évaporation. La conti-nuit~ de l'opération favorise 1a régularité du produit fini obtenue par le maintien de la valeur de tous les paramètres des cha~nes de régulation .
Le "flash" qui se produit aux arrivées de masse cuite et de l'égout prealablement réchauffé et désémulsionné crée un régime turbulent qui facilite les transferts de matière du fluide vers le cristal. l e fait de réchauffer l'égout - ce qui apporte des calories au système -entratne une cristallisation supplémentaire par auto-évaporati~n de cet égout.
Selon les conditions de fonctionnement de l'installation de malaxage continu sous vide, le coefficient de grossissement des cristaux est compris entre 1,30 et 1,80. Le procédé de cristallisation selon l'in-vention peut être qualifié de "procédé de cristallisation à froid":
il supprime tout phénomène de recoloration de la masse cuite, ré-duisant de ce fait la quantité d'eau nécessaire lors de l'étape de clairsage, opération qui s'accompagne toujours d'une redissolution des cristaux de sucre.
15 Ainsi, le procéde et le dispositif de cristallisation d'un sirop de sucre selon l'inventson permettent de pousser l'extraction à un niveau jamais atteint, quelle que soit la technique utilisée. En outre, ils ajoutent au malaxage tous les avantages d'un travail en continu, à
savoir: régularité de marche - donc meilleure qualité du produit obtenu -, réduction des dimensions du matériel, simplification des chaînes de contrôle et d'automatisation, amélioration très sensible du compte d'exploitation de l'atelier.
D'UNE MASSE CUITE
. _ La présente invention concerne un procédé et un dispositif de malaxage en continu d'une masse cuite obtenue notamment lors de la fabrication du sucre, étant entendu que par "sucre" on entend "saccharose" .
Les procédés d'extraction du sucre font, en général, appel à deux types d'usines: des usines de fabrication proprement dites (sucre-ries) et des usines de post-traitement ( raffineries) dans lesquelles ies sucres sont affinés, filtrés, cristallisés et façonnés.
Les sucreries ont des équipements adaptés à la matière première utilisée qui est la betterave ou la canne. Ainsi, les sucreries ont un équipement spécifique alors que les raffineries traitent des sucres bruts qu'ils soient de canne ou de betterave.
Lorsque la matière première est la betterave on utilise un procédé de diffusion pour obtenir un jus qui aura recueilli le sucre contenu dans les betteraves préalablement découpées en fines lanières ou cossettes .
De manière schématique, les diffuseurs sont des appareils dans les-quels on fait circuler de l'eau à contre-courant. Les jus obtenus 25 contiennent environ 11 à 12 % d'impuretés rapportés aux matières sèches .
Un traitement à la chaux suivi d'une carbonatation et d!une sépara-tion par filtration ou par décantation permet une épuration satisfai-sante des non-sucres organiques.
Lorsque la matière première est la canne, on opère par broyage et pression dans des "moulins" pour extraire le jus, rarement par diffusion. Ne contenant pas les mêmes impuretés que le jus de bet-terave, le jus de canne subit une épuration différente et l'étape de carbonatation est supprimée.
Z~S803 Par contre, pour ce qui concerne les étapes de concentration et de cristal!isation, les opérations nécessaires sont comparables dans les deux types de sucrerie.
La présente invention concerne plus particulièrement les étapes per-mettant de cristalliser le sucre et s applique à tous les jus sucrés quelle que soit la matière première utilisée.
La cristallisation en sucrerie (de canne ou de betterave~ et en raffi-nerie (de canne ou de betterave) a pour but d extraire sous forme cristallisée, avec un rendement aussi élevé que possible, le sucre dissous dans le sirop et de le séparer ainsi des impuretés solubles qui l accompagnent.
La vitesse de cristallisation dépend principalement des paramètres liés suivants : sursaturation, viscosité, température, agitation in-terne, pureté et pH.
Le brevet fransais n 1528738 décrit un procédé de cristallisation de sirop de sucrerie selon lequel on introduit dans une chaudière à
cuire des jus sucrés concentrés où une fraction du sucre est cristal-lisée. La masse cuite obtenue est malaxée pendant un certain temps à
une température élevée puis tamisée dans une essoreuse centrifuge où les cristaux sont séparés de l égout. L égout mère est ensuite mélangé à des cristaux puis subit un second malaxage afin de pro-voquer la cristallisation du sucre contenu dans ledit égout.
Dans ce procédé, le fait d opérer à température élevée, ce qui est nécessaire compte-tenu de ses caractéristiques, ne permet pas d at-teindre un degré de cristaliisation suffisamment élevé. Par ailleurs, 30 la consommation d énergie est importante.
Le brevet français n 2064277 décrit un procédé d obtention decristaux en continu selon lequel un sirop de sucre, en présence de germes cristallins, prealablement ajoutés, est concentré sous vide 35 dans un cristalliseur présentant plusieurs compartiments successifs.
S~)3 Ce procédé nécessite une température relativement élevée, ce qui d'une part, accroit la dépense énergétique, et d'autre part, diminue le rendement de cristallisation.
Le procédé de cristallisation selon l'invention permet d'obtenir dès la fin du malaxage de la masse cuite une quantité de sucre cristallisé beaucoup plus importante que lors de la mise en oeuvre des procédés connus à ce jour.
En effet, le procédé vise à abaisser au maximum la tem-pérature de la masse cuite pour augmenter la cristalli-sation.
Il consiste à faire subir à un sirop de sucre une cuite continue ou discontinue de façon à obtenir une masse cuite, à soumettre la masse cuite à une ou plusieurs étapes de malaxage continu sous vide, à séparer ensui-te les cristaux de l'eau mère du jet de cristallisa-tion considéré, notamment par turbinage, et est carac-térisé en ce qu'une partie au moins de l'eau mère est recyclée au niveau de la ou des étapes du malaxage sous vide.
L'invention a également pour objet un dispositif de malaxage d'une masse cuite, constitué d'un ou plusieurs malaxeurs comportant des moyens d'entrée et de sortie de la masse cuite, au moins une prise de vide, et un moyen d'entrée de l~eau mère relié à une sortie de l'égout d'essorage d'un dispositif d'essorage~ Le dis-positif de malaxage selon l'invention est caractérisé
en ce que la sortie de la masse cuite et le moyen d'entrée d'eau mère sont reliés respectivement à l'en-trée de la masse cuite et une sortie d'eau mère du meme dispositif d'essorage.
De préférence, seule la partie dite "égout pauvre" est recyclée lors des étapes de malaxage sous vide. La partie dite "égout riche" est reinjectée par exemple au niveau de la cuite.
Les termes "égouts pauvre et riche" sont définis selon ~.2~ 3 J. DUBOURG Sucreries de betteraves 1952.
De préférence encore, la partie recyclée de l'eau mère est réchauffée et désémulsionnée avant ledit recyclage.
sien que la viscosité de la masse cuite augmente, l'a-baissement de température est rendu possible par llauto-évaporation sous vide, en régime continu, de l'eau con-tenue dans la masse cuite et par le recyclage de tout ou partie de l'eau mère, ce qui provoque ainsi une agitation violente et permanente.
Cette agitation est d'autant plus efficace qu'elle s~effectue d'une manière régulière sur une épaisseur faible et uniforme de la-masse cuite.
I~ est avantageux que le malaxage continu sous vide comporte plusieurs étapes successives. Dans le cas de deux étapes, la première est conduite sous un vide compris entre 82,6 kPa et 88,0 kPa, la seconde sous un vide compris entre 88,0 kPa et 96,0 kPa~
La masse cuite doit présenter une température initiale d'environ 80C et voir, à l'issue du malaxage continu sous vide, sa température abaissée à une valeur com-prise entre 40C et 50C.
La masse cuite cristallisée est ensuite essorée (turbi-nage) : les cristaux sont séparés de l'eau mère et l'égout pauvre du jet de cristallisation consideré est recyclé, en grande partie, au niveau du ou des mala-xeurs continus sous vide. Les égouts pauvres recyclés maintiennent une fluidité suffisante pour que la masse cuite ne se fige pas et que la mobilité des cristaux permette leur mouvement.
De préférence, les moyens d'entrée de l'égout pauvre sont constitués d'une ou plusieurs tubulures situées dans la partie inférieure du cylindre. De préférence, ces tubulures arrivent tangentiellement au cylindre.
De préférence, leur nombre est compris entre deux et dix.
Le procédé et le dispositif selon l'invention seront 8~)3 4a mieux compris grace à la description des figures 1, 2, 3, 4, 5, 6, et grace à un exemple de réalisation.
La Figure 1 présente un flow-sheet d'une variante du procédé selon laquelle, après une cuite continue, le malaxage continu sous vide est conduit dans un appa-reillage constitué d'un seul malaxeur.
La Figure 2 présente un flow-sheet d'une variante pré-férée du procédé selon laquelle, après une cuite con-tinue, le malaxage continu sous vide est conduit dans un appareillage constitué de deux malaxeurs distincts.
La Figure 3 présente le dispositif pour mettre en oeu-vre le procédé illustré à la figure 1.
58~3 La Figure 4 présente le dispositif pour mettre en oeuvre le procédé
illustré à la figure 2.
La Figure 5 est une vue transversale en coupe brisée à plan paral-lèle d'un malaxeur sous vide illustré à la figure 4.
La Figure 6 est une vue de profil selon A.A du même malaxeur.
Selon les figures 1, 2, 3, 4, une fraction la, 21a du sirop de sucre 1, 21 est dirigée vers un appareil vertical 2, 22 pour réaliser le pied de cuite. I l présente un volume de 300 h. I. et comporte un faisceau, aux tubes supportés par deux plaques de forme tronco-nique, en pente vers le puits central équipé d'une hélice d'agitation.
Les pieds cie cuite 3, 23 de l'appareil vertical 2, 22 alimentent le malaxeur à magma 4, 24.
Le malaxeur à magma est une capacité horizontale cylindrique entièrement fermée, munie d'un agitateur constitué d'une hélice supportée par un arbre longitudinal tournant à 1 tour/mn et équipée d'une double enveloppe à circulation d'eau chaude à 301~ permettant de thermostater l'ensemble: ce malaxeur à magma a seulement un rôle de stockage-tampon.
Le magma 5, 25 venant du malaxeur 4, 24 et la fraction 1 b, 21 b du sirop de sucre alimentent i'appareil à cuite continue 6, 26.
L'appareii à cuite continue 6, 26 est composé d'une cuve horizontale cylindrique, en acier, à l'intérieur de laquelle le chauffage est assuré par un faisceau de tubes longitudinaux en acier inoxydable, 3~ disposés en nappes. La partie inférieure de la cuve est pourvue d'une double enveloppe dans laquelle circulent les buées qui ne sont pas condensées dans le faisceau.
Un certain d~bit de vapeur est injecté à la partie in~érieure de l'ap-pareil à cuire pour assurer l'agitation de la masse cuite.
L'appareil est divisé en compartiments par des cloisons transversales et une cloison longitudinale a la base desquelles un orifice permet la progression de la masse cuite. Le premier compartiment est alimenté
~2~5~303 par le magma, les suivants par la masse cuite provenant du compar-timent précédent.
Chaque compartiment est également pourvu d'une alimentation en sirop 1 b, 21 b qui arrose par tubes tournants les parois émergeant de la masse cuite.
La masse cuite parvenant au dernier compartiment est extraite à sa base par une pompe à vitesse variable.
La circulation et le débit des fluides dans l'appareil sont contrôlés par des chalnes de régulation de vide, des pressions de vapeur, 10 d'agitation, de densité et de niveau de masse cuite.
A titre d'indication, ies caractéristiques principales d'un appareil à
cuite continue (construction Fives-Cail-Babcock) sont les suivantes:
Longueur hors tout :9, m i ongueur intérieure :7,1i m Lar~3eur hors tout :3,5 m Hauteur hors tout :4,1 m Diamètre intérieur de la virole : 3,1 m Volume occupé par la masse cuite : 32 m3 Surface de chauffe totale : 324 m2 Tubes inox, iongueur : 7, S m Nombre total de tubes : 464 Timbre du faisceau : 2 bars Poids à vide : 32 Tonnes Poids en marche : 77 Tonnes Nombre de compartiments : 10 Les conditions de fonctionnement de l'appareil décrit ci-dessus sont les suivantes:
Magma du pied de cuite 3, 23:
Brix : 86 - 88 Pureté : 99, 0 - 99, S
Débit : 6 à 7 tonnes/heure Teneur en cristaux : 30 à 40 %
Ouverture Moyenne des cristaux : 0, 20 à 0, 25 mm Liqueur d'alimentation 1b, 21b:
Brix : 68 - 70 Pureté : 99,0 - 99,5 Débit : 26 à 30 tonnes/heure ~P5~3 Masse cuite 7, 27 :
Brix :90 ~ 91 Pureté :99,0 ~ 99,5 Débit :26 à 30 tonnes/heure Teneur en cristaux :50 à 55 %
Ouverture Moyenne des cristaux:0,5 à 0,6 mm (Le Brix étant défini comme la valeur du rapport poids de matières sèches/poids total du sirop).
La masse cuite 7, 27 est dirigée vers un dispositif de malaxage continu sous vide 8, 28.
Selon une variante de l'invention - Figures 1 et 3 -, ce dispositif est constitué d'un malaxeur 8 comprenant une enveloppe horizontale 9 hermétique, calorifugée, munie d'un arbre longitudinal 10 supportant une hélice 11 et séparée en deux compartiments 12, 13, par une paroi étanche 14, laquelle est équipée dans la partie basse d'un orifice 15 permettant le transfert de la masse cuite d'un compartiment d'entrée au compartiment de sortie, chaque compartiment étant pourvu d'une tubu-lure 35 permettant une liaison avec un source de vide.
Le compartiment d'entrée et le compartiment de sortie sont respectivement pourvus de tubulures d'entrée 16a et de sortie 16b de la masse cuite, ces tubulures étant de aible section et situées dans la partie basse de chaque compartiment.
A titre d'exemple le premier compartiment est soumis à un vide de 82,2 kPa, le second à un vide de 89,4 kPa~
L'arrivée et le départ de la masse cuite se font par la partie basse du malaxeur à l~aide, respectivement, d'une pompe volumétrique à vitesse variable - qui peut être la pompe d'extraction de la cuite continue 6 - et d'une pompe volumétrique à vitesse variable d'extraction.
Au fur et à musure du grossissement des cristaux, la EluidiEication de la masse cuite est réalisée avec l'égout pauvre 18 obtenu lors de l~essorage de la masse cuite cristallisée (étape de centrifugation 40 permet-tant d'isoler le sucre cristallisé 41).
-`` ~L2~ 03 Cet égout pauvre arrive dans le bas de chacun des compartiments 12, 13 par trois tubulures tangentielles 19 dont les débits sont régulés .
Selon une variante préférée de l'invention - Figures 2, 4, 5, 6 - les deux étapes successives de malaxage sont conduites dans deux malaxeurs continus 28, 29 sous vide, à un seul compartiment, et montés en série.
10 La masse cuite cristallisée 27 sortant du premier malaxeur continu sous vide 28 est dirigée sur le second malaxeur 29.
Chaque malaxeur 28, 29 est constitué d'un cylindre hori70ntal 30 muni d'un mouvement intérieur de faible puissance, raclant les parois 15 et empêchant ainsi les concrétions de sucre. I l comporte également des tubulures d'entrée 31a et de sortie 31b de la masse cuite, de faible section et situées dans sa partie inférieure. Le niveau de masse cuite est maintenu sensiblement dans le plan diamétral, de facon à présenter le maximum de surface à l'évaporation.
20 La partie dite "égouts pauvres" 39, issue de la masse cuite après essorage 40, préalablement réchauffée 112 et désémulsionnée ~3, est injectée 211a, 211b, dans les malaxeurs 28, 29 en quatre points par des arrivées horizontales 32 réparties selon la génératrice inférieure 33. La partie dite "égout riche" 44 est recyclée avec la fraction 21 b.
Chaque malaxeur 28, 29, constitue un étage mis sous un vide déter-miné, lequel correspond à la température de masse cuite recherchée.
La progression du vide par étage permet d'abaisser la limite infé-rieure de tempéra-ture tout en évitant la formation spontanée de "faux-grains" .
30 L'ensemble est alimenté en continu par une pompe volumétrique 34 à
vitesse variable à partir de la sortie d'une cuite continue ou d'un malaxeur de coulée d'une cuite discontinue.
Chaque étage est raccordé 35 à une centrale de vide profond 37, le vide étant réglé au moyen d'une vanne automatique 36.
~S803 Après un temps de séjour de 90 minutes, la masse cuite refroidie est extraite en continu par une p~mpe volu-métrique 38 à vitesse variable.
Les vitesses des pompes à masse cuite sont ~ilotées par des régulateurs de niveau.
Les vides sont régulés par des vannes automatiques sur consignes affichées.
Le débit d'introduction d'égout sur chaque étage est réglé proportionnellement au débit de masse cuite et corrigé sur le dernier étage en fonction du Brix de sortie.
Exemple 1 :
Les caractéristiques d'un dispositif de malaxage con-tinu sous vide formé de deux malaxeurs continus sous vide distincts sont les suivantes :
Dimensionnement des malaxeurs Premier Second 20 Longueur hors tout 7,25 m 8,04 m Longueur intérieure 5,95 m 6,15 m Hauteur hors tout 3,0 m 4,65 m Diamètre intérieur de la virole 2,4 m 2,90 m Volume total 250 hl 373 hl Volume utile 160 hl 200 hl Poids à vide ~,3 t 12,9 t Puissance du moteur du mouvement 2,2 kW 4 kW
Station de vide : 3 Pompe à vide de 1000 m /h sous 96,0 kPa, avec une puissance installée de 40 kW.
Conditions de fonctionnement sur un premier jet de raffiné :
Vide :
.
Premier étage : 85,3 kpa Deuxième étage : 95,3 l~a Températures de la masse cuite :
entrée premier étage : 82DC
sortie premier étage : 60C
sortie deuxième étage : 40C
,~
Caractéristiques de la masse cui te entrante:
Brix : 90,72 Debit : 16,23 Tonnes/heure Cristaux : 48,68 %/masse cuite 53,66 ~/matières sèches Caractéristiques de la masse cuite sortante:
Brix : 86,76 Débit : 26,24 Tonnes/heure Cristaux : 49,60 %/masse cuite 57,17 %/matières sèches Débits d'égouts recyclés : 11,0~ Tonnes/heure Dimensions des cristaux:
Entrée ouverturè moyenne : 0,50 mm coefficient de variation : 30 Sortie ouverture moyenne : 0,60 mm coefficient de variation : 27 Poids de cristaux:
Entrée : 7,90 Tonnes/heure Sortie : 13,01 Tonnes/ heure Grossissement : 1,65 Par rapport à un procédé classique comportant des cuites chauffées à
la vapeur, le procédé selon l'invention permet d'économiser environ 60 % de la consommation de vapeur.
Dans l'exemple décrit, on observe un grossissement important des 25 cristaux, dépassant 60 % pour un premier jet de raffiné.
La différence essentielle entre le malaxeur sous vide continu et 30 les autres types de cristalliseur est que le refroidissement ne se fait pas par échange avec un fluide mais par auto-évaporation. La conti-nuit~ de l'opération favorise 1a régularité du produit fini obtenue par le maintien de la valeur de tous les paramètres des cha~nes de régulation .
Le "flash" qui se produit aux arrivées de masse cuite et de l'égout prealablement réchauffé et désémulsionné crée un régime turbulent qui facilite les transferts de matière du fluide vers le cristal. l e fait de réchauffer l'égout - ce qui apporte des calories au système -entratne une cristallisation supplémentaire par auto-évaporati~n de cet égout.
Selon les conditions de fonctionnement de l'installation de malaxage continu sous vide, le coefficient de grossissement des cristaux est compris entre 1,30 et 1,80. Le procédé de cristallisation selon l'in-vention peut être qualifié de "procédé de cristallisation à froid":
il supprime tout phénomène de recoloration de la masse cuite, ré-duisant de ce fait la quantité d'eau nécessaire lors de l'étape de clairsage, opération qui s'accompagne toujours d'une redissolution des cristaux de sucre.
15 Ainsi, le procéde et le dispositif de cristallisation d'un sirop de sucre selon l'inventson permettent de pousser l'extraction à un niveau jamais atteint, quelle que soit la technique utilisée. En outre, ils ajoutent au malaxage tous les avantages d'un travail en continu, à
savoir: régularité de marche - donc meilleure qualité du produit obtenu -, réduction des dimensions du matériel, simplification des chaînes de contrôle et d'automatisation, amélioration très sensible du compte d'exploitation de l'atelier.
Claims (22)
1. Procédé de cristallisation d'un sirop de sucre con-sistant à faire subir au sirop une cuite continue ou discontinue de façon à obtenir une masse cuite, à soumettre la masse cuite à une ou plusieurs étapes de malaxage continu sous vide, à séparer ensuite les cristaux de l'eau mère du jet de cristallisation considéré, caractérisé en ce qu'une partie au moins de l'eau mère est recyclée au niveau de la ou des étapes de malaxage sous vide.
2. Procédé de cristallisation d'un sirop de sucre selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'eau mère est recyclée dans la partie inférieure du ou des malaxeurs constituant la ou lesdites étapes de malaxage sous-vide.
3. Procédé de cristallisation d'un sirop de sucre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de l'eau mère recyclée est la partie dite "égout pauvre".
4. Procédé de cristallisation d'un sirop de sucre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie recyclée de l'eau mère est réchauffée et désémulsionnée avant ledit recyclage.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le malaxage continu sous vide de la masse cuite comporte plusieurs étapes successives.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le malaxage continu sous vide de la masse cuite comporte deux étapes successives.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première étape de malaxage est conduite sous un vide compris entre 82,6 et 88,0 KPa.
8. Procédé selon les revendications 6 ou 7, caractérisé
en ce que la seconde étape de malaxage est conduite sous un vide compris entre 88,0 et 96,0 KPa.
en ce que la seconde étape de malaxage est conduite sous un vide compris entre 88,0 et 96,0 KPa.
9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de la masse cuite est voisine de 80°C.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la température du sirop cristallisé est comprise entre 40°C et 50°C à l'issue de la dernière étape de malaxage sous vide.
11.Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'entre la fin de l'étape de cuisson continue ou discontinue et la fin du malaxage continu sous vide le rapport poids de cristaux sortis/poids de cris-taux entrés est compris entre 1,30 et 1,80.
12.Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux étapes successives de malaxage continu sous vide sont conduites dans un malaxeur unique.
13.Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque étape de malaxage continu sous vide est conduite dans un malaxeur distinct.
14.Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le niveau de masse cuite est maintenu sensi-blement dans le plan diamétral de chaque malaxeur continu sous vide.
15. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la séparation des cristaux de l'eau mère du jet de cristallisation est réalisée par turbi-nage.
16. Dispositif de malaxage d'une masse cuite, constitué
d'un ou de plusieurs malaxeurs cylindriques com-portant des moyens d'entrée et de sortie de la masse cuite, au moins une prise de vide, un moyen d'entrée d'eau mère relié à une sortie de l'égout d'essorage d'un dispositif d'essorage, caractérisé
en ce que la sortie de la masse cuite et le moyen d'entrée d'eau mère sont reliés respectivement à
l'entrée de la masse cuite et une sortie d'eau mère du même dispositif d'essorage.
d'un ou de plusieurs malaxeurs cylindriques com-portant des moyens d'entrée et de sortie de la masse cuite, au moins une prise de vide, un moyen d'entrée d'eau mère relié à une sortie de l'égout d'essorage d'un dispositif d'essorage, caractérisé
en ce que la sortie de la masse cuite et le moyen d'entrée d'eau mère sont reliés respectivement à
l'entrée de la masse cuite et une sortie d'eau mère du même dispositif d'essorage.
17. Dispositif de malaxage slon la revendication 16, caractérisé en ce que le moyen d'entrée est cons-titué d'une ou plusieurs tubulures situées dans la partie inférieure du cylindre.
18. Dispositif de malaxage selon la revendication 17, caractérisé en ce que les tubulures arrivent tan-gentiellement au cylindre.
19. Dispositif de malaxage selon la revendication 16, constitué d'un malaxeur cylindrique horizontal comprenant une enveloppe hermétique calorifugée, muni d'un arbre longitudinal supportant une hélice et séparé en deux compartiments et par une paroi étanche laquelle est équipée dans sa partie basse d'un orifice permettant le transfert de la masse cuite d'un compartiment de départ au compartiment d'arrivée, chaque compartiment étant pourvu d'une tubulure permettant une liaison avec une source de vide, caractérisé en ce que chaque compartiment est muni d'une ou plusieurs tubulures constituant ledit moyen d'entrée d'eau mère.
20. Dispositif de malaxage selon la revendication 19, caractérisé en ce que chaque compartiment est muni de trois tubulures tangentielles.
21. Dispositif de malaxage selon les revendications 16, 17 ou 18, constitué de deux malaxeurs cylin-driques horizontaux disposés en série muni d'un mouvement intérieur de faible puissance, de tubulu-res d'entrée et de sortie de masse cuite et d'au moins une prise de vide, caractérisé en ce que chaque malaxeur est muni d'une ou plusieurs tubu-lures constituant ledit moyen d'entrée d'eau mère.
22. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé
en ce que les compartiments d'arrivée et de départ de la masse cuite sont pourvus de tubulures d'en-trée et de sortie de masse cuite, de faible sec-tion et situées dans leur partie basse.
en ce que les compartiments d'arrivée et de départ de la masse cuite sont pourvus de tubulures d'en-trée et de sortie de masse cuite, de faible sec-tion et situées dans leur partie basse.
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