EP0488839B1 - Procédé discontinu de cristallisation d'un sirop et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé - Google Patents

Procédé discontinu de cristallisation d'un sirop et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé Download PDF

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EP0488839B1
EP0488839B1 EP91403000A EP91403000A EP0488839B1 EP 0488839 B1 EP0488839 B1 EP 0488839B1 EP 91403000 A EP91403000 A EP 91403000A EP 91403000 A EP91403000 A EP 91403000A EP 0488839 B1 EP0488839 B1 EP 0488839B1
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C13B30/026—Discontinuous processes or apparatus therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C13B30/026—Discontinuous processes or apparatus therefor
    • C13B30/027—Discontinuous processes or apparatus therefor combined with measuring instruments for effecting control of the process

Definitions

  • the present invention relates to the production of sugar crystals from a syrup in a device with discontinuous operation consisting of a closed tank, placed under vacuum, and provided in its lower part with a heating bundle supplied with steam and optionally d '' an agitator intended to accelerate the circulation of syrup and crystals.
  • This process comprises, at each cycle, the following stages: filling of the apparatus with a volume of syrup sufficient to cover the bundle, concentration of this volume of syrup to bring it to the state of supersaturation and graining by introduction of a quantity dosed of crystalline germs, to constitute a cooked foot, then magnification of the crystals with addition of fresh syrup to compensate for the crystallization of the sugar and the evaporation of water and to maintain the mother liquor in a state of supersaturation, until that the cooked mass reaches a predetermined level in the boiler and, finally, tightening the mass cooked to increase its brix (dry matter content) to the desired value.
  • cylindrical vertical devices equipped with a heating beam of low height (less than 1.5 m) so as to reduce the volume of the foot of baked.
  • the level of mass-cooked increases progressively and, at the end of cooked, the height of mass-cooked above the beam is included, in the commonly used apparatuses, between 1,5 m and 2 m, depending on whether they are in natural circulation or fitted with a mechanical stirrer.
  • the volume of the cooked foot represents between 25% and 35% of the useful volume.
  • the static pressure in the lower part of the cooking appliance is high and the boiling temperature of the mother liquor is much higher than the average temperature of the terracotta, which has two drawbacks: on the one hand, it is necessary to use steam at high pressure and temperature for heating the appliance, and, on the other hand, there is a risk partial redissolution of the crystals when they pass through the bottom of the device.
  • the agitation in the mass-baked volume above the beam is low, even in devices with mechanical agitator because these are always located at the bottom of the device, and this results in a lack of homogeneity of the mass-cooked, in particular as regards the particle size of the crystals.
  • the object of the present invention is to increase the heat exchanges and the circulation of the mass-baked to reduce the duration of the baking and improve the particle size of the sugar crystals, allow the use of steam at a lower thermal level and regularize the duration of the cycles.
  • the process for the production of crystals which is the subject of the invention is characterized in that the volume of the boiling stock is practically equal to the final volume of mass-cooked produced, and in that the flow of heating steam and the flow of fresh syrup are adjusted, during the phase of growth of the crystals, to keep the mother liquor in a state of supersaturation and the level of the mass-cooked practically constant.
  • a quantity representative of the state of the mass-cooked is measured, it is compared to a reference value which is a function of the time elapsed since the start of the cycle or of the phase of growth of the crystals and the flow rates of juice and / or vapor are adjusted to cancel the possible deviation between the measured and reference values.
  • the invention also relates to an apparatus for implementing this method, characterized in that the height of the heating beam is greater than 2 m, and in that it is equipped with a mechanical stirrer capable of ensuring the circulation of the mass-cooked in the beam.
  • the diameter of the bundle tubes will preferably be equal to or greater than 150 mm; the annular plate beams will have equivalent hydraulic diameters.
  • the apparatus will be equipped with a regulation system able to maintain the level of the mass-cooked below a maximum level above the higher plane of the beam and to regulate the state of the mass-cooked according to time.
  • the expression “practically constant”, respectively “practically equal”, means that the variations of the level of cooked mass, respectively of the volume, are small compared to the variations of these quantities in the conventional processes and apparatuses. .
  • the apparatus shown in FIG. 1 consists of a closed cylindrical tank with a vertical axis 10 equipped with a heating bundle 12 placed in the bottom of the tank.
  • This bundle is formed by a series of vertical tubes (only one of these tubes 14 has been shown in the drawing), the ends of which are fitted into the holes of two horizontal plates which delimit, with the shell of the tank and an interior ferrule concentric 16, a chamber where the heating steam is admitted by an inlet 18.
  • the steam releases heat which is transmitted, through the wall of the tubes, to the mass-cooked flowing from bottom to top inside the tubes.
  • the circulation of the mass-cooked, in this type of device, is caused by the bubbles of vapor due to the heating which generate an upward movement of the mass-cooked in the tubes and by a mechanical stirrer 24.
  • the return of the mass -cooked under the bundle is carried out by the central well delimited by the ferrule 16.
  • the steam produced is evacuated by an outlet 20 connected to a condenser making it possible to create a partial vacuum inside the tank. Fresh syrup is allowed through an entrance 22.
  • the height h of the tubes of the bundle varies from 0.8 m to 1.2 m and the height h 'of mass-baked above the bundle is of the order of 1.5 m at the end. of cooked.
  • the diameter of the bundle tubes is of the order of 100 mm.
  • the height H of the beam 112 is much greater, relative to the height of the tank 110, than in a conventional apparatus and greater than 2 m.
  • the height H ′ of mass-baked above the beam at the end of baking is much lower and at most equal to 0.5 m.
  • the diameter of the tubes 114 of the bundle is equal to or greater than 150 mm.
  • a bundle formed of annular hollow plates arranged concentrically and having an equivalent hydraulic diameter instead of a tube bundle, one could use a bundle formed of annular hollow plates arranged concentrically and having an equivalent hydraulic diameter.
  • the apparatus is also equipped with a mechanical agitator 124 driven by a motor 126.
  • a regulation system 128 controls the steam flow supplying the heating bundle and the flow of fresh syrup so as to keep the supersaturation of the mother liquor and the level of mass-cooked at set values.
  • the level of the mass-cooked is kept practically constant during all the cooked.
  • a quantity representative of the state of the mass-cooked (conductivity, viscosity and compactness) to remain equal to a reference value which is a function of the time elapsed since the start of the cycle.
  • a reference value which is a function of the time elapsed since the start of the cycle.
  • the origin of time is the start of the crystal magnification phase.
  • the heat exchange surface is increased and the maximum boiling temperature of the mother liquor is reduced, which allows d '' use steam at a lower thermal level.
  • the agitation of the mass-baked is more intense which makes it possible to improve the particle size of the crystals and to reduce the duration of the baking.

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Description

  • 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.
  • 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.
  • Ce procédé et ces appareils sont décrits, en particulier, dans l'ouvrage "La sucrerie de cannes" de E. HUGOT, au chapitre "cuite".
  • 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.
  • 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'homogéneité de la masse-cuite, notamment en ce qui concerne la granulométrie des cristaux.
  • 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.
  • 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 une grandeur 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.
  • 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.
  • Dans la description et les revendications, l'expression "pratiquement constant", respectivement "pratiquement égal", signifie que les variations du niveau de masse cuite, respectivement du volume, sont faibles en comparaison des variations de ces grandeurs dans les procédés et appareils classiques.
  • La description qui suit se réfère 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 courbes 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 exprimé en minutes.
  • 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.
  • Dans les appareils de ce type, la hauteur h des tubes du faisceau varie de 0,8 m à1, 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.
  • 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 de 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.
  • L'appareil est aussi équipé d'un agitateur mécanique 124 entraîné par un moteur 126.
  • 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 et compacité) 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.
  • 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.

Claims (4)

  1. Procédé de production de cristaux de sucre à partir 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 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, 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, selon le procédé de la revendication 1, de cristaux de sucre à partir d'un sirop constitué par une cuve 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 diamètre est supérieur à 150 mm ou de plaques annulaires creuses ayant un diamètre hydraulique équivalent à celui desdits tubes.
EP91403000A 1990-11-22 1991-11-07 Procédé discontinu de cristallisation d'un sirop et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé Expired - Lifetime EP0488839B1 (fr)

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