FR2546529A1 - PROCESS AND INSTALLATION FOR THE CONTINUOUS PRODUCTION OF SUGAR CRYSTALS FROM SUGAR JUICES - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention a trait à la production en continu de cristaux de sucre à partir de jus sucrés par The present invention relates to the continuous production of sugar crystals from sweetened juices by
évaporation sous vide suivant un procédé consistant à in- vacuum evaporation according to a method of
troduire du sirop concentré et des cristaux de petites dimensions dans la première d'une série de cellules com- to produce concentrated syrup and small crystals in the first of a series of
muniquant entre elles et à faire passer ce mélange suc- communicating with each other and passing this suc-
cessivement dans toutes les cellules o il reçoit un ap- in all the cells where it receives an ap-
point de jus sucré et o il est chauffé pour provoquer point of sweet juice and where it is heated to provoke
l'évaporation d'une partie du jus, les débits d'alimenta- the evaporation of a part of the juice, the feed rates
tion en jus des cellules étant réglés automatiquement pour in juice cells being automatically adjusted for
maintenir le sirop en état de sursaturation stable de fa- keep the syrup in a state of stable supersaturation
çon que la cristallisation du sucre provoque le grossisse- that the crystallisation of sugar causes
ment des cristaux introduits dans la première cellule, crystals introduced into the first cell,
sans formation de nouveaux cristaux. without formation of new crystals.
La granulométrie des cristaux produits selon ce pro- The particle size of the crystals produced according to this
cédé dépend essentiellement du nombre et des dimensions des germes cristallins introduits dans la première cellule yield depends essentially on the number and size of the seed crystals introduced into the first cell
et il faut donc pouvoir maîtriser ces paramètres pour pro- and you have to be able to control these parameters for
duire du sucre de bonne qualité.produce good quality sugar.
On a essayé de produire ces germes par broyage et classification granulométrique mais on s'est aperçu qu'il était pratiquement impossible d'obtenir par ce moyen les résultats cherchés lorsque la 'granulométrie des germes produits était très fine Pour maîtriser industriellement It has been tried to produce these seeds by grinding and particle size classification but it has been found that it is practically impossible to obtain by this means the results sought when the particle size of the seeds produced was very fine. To control industrially
les paramètres définis ci-dessus, il est nécessaire d'u- the parameters defined above, it is necessary to
tiliser des germes dont les dimensions sont au moins égale à 100 microns, ce qui conduit à traiter de grosses quantités de sucre et nécessite des matériels de broyage, tamisage, to use germs with dimensions of at least 100 microns, which leads to the treatment of large quantities of sugar and requires grinding, sieving,
etc de capacité relativement importante et, par consé- etc. of relatively large capacity and, consequently,
quant, coûteux.as, expensive.
C'est pourquoi, le mélange de sirop et de cristaux introduit dans la première cellule est généralement cons titué par un magma produit, à partir d'une fraction du jus à traiter, dans un appareil de cristallisation à marche discontinue de la même manière que le pied de cuite dans une chaudière à cuire classique Mais le maintien de cette opération discontinue dans un procédé de production en continu oblige à prévoir des cuves de stockage en amont For this reason, the mixture of syrup and crystals introduced into the first cell is generally constituted by a magma produced, from a fraction of the juice to be treated, in a batchwise crystallization apparatus in the same manner as The maintenance of this discontinuous operation in a continuous production process requires the provision of storage tanks upstream.
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et en aval et ne permet pas de bénéficier entièrement des and downstream and does not allow to benefit fully from
avantages liés à l'utilisation d'un appareil de cristal- advantages of using a crystal apparatus
lisation à marche continue: plis grande souplesse d'uti- Continuous operation: folds great flexibility of use
lisation, optimisation de la consommation énergétique, op- optimization, optimization of energy consumption, op-
timisation des matériels. La présente invention permet de produire en continu un magma d'ensemencement pour l'alimentation de la première cellule d'une installation de cristallisation en continu de même qualité que celui produit classiquement dans un timisation of materials. The present invention makes it possible to continuously produce a seed magma for feeding the first cell of a continuous crystallization plant of the same quality as that conventionally produced in a plant.
appareil de cristallisation à marche discontinue. discontinuous crystallization apparatus.
Le procédé objet de la présente invention est carac- The method which is the subject of the present invention is
térisé en ce qu'on concentre une fraction dujus à traiter controlled by concentrating a fraction of the juice to be treated
pour l'amener en état de sursaturation, on injecte en con- to bring it into a state of supersaturation, one injects
tinu des cristaux constituant des germes de cristallisation dans cette fraction concentrée du jus, on fait circuler the crystals constituting seed crystals in this concentrated fraction of the juice are circulated
le mélange de jus concentré et de cristaux dans une capa- the mixture of concentrated juice and crystals in a
cité dont les dimensions sont choisies pour que le temps de séjour du mélange soit compris entre 3 et 15 minutes, et on introduit le magma ainsi formé dans la première cellule de l'installation o la concentration du jus est maintenue city whose dimensions are chosen so that the residence time of the mixture is between 3 and 15 minutes, and the magma thus formed is introduced into the first cell of the facility where the concentration of the juice is maintained
en état de sursaturation stable par addition de jus sous- in a state of stable supersaturation by the addition of
saturé. Les cristaux constituant les germes cristallins ont des dimensions très petites, de l'ordre de 10 microns, et la quantité de sucre nécessaire pour leur production rapportée à la tonne de masse-cuite produite est beaucoup plus faible que dans le procédé connu décrit ci- dessus Au cours de leur séjour dans ladite capacité, ces cristaux grossissent saturated. The crystals constituting the crystalline seeds have very small dimensions, of the order of 10 microns, and the amount of sugar necessary for their production relative to the ton of mass produced is much lower than in the known process described above. above During their stay in said capacity, these crystals grow
et leurs dimensions s'uniformisent.and their dimensions become uniform.
Pour réduire encore la quantité de sucre utilisée pour la production des germes cristallins, le jus pourra être amené en état de sursaturation de germination induite To further reduce the amount of sugar used for the production of seed crystals, the juice can be brought into state of supersaturation induced germination
avant l'injection des germes On sait que l'état de sur- before the injection of the germs It is known that the state of
saturation de germination induite est caractérisé par le induced germination saturation is characterized by the
fait qu'un cristal introduit dans le jus sursaturé pro- a crystal introduced into the supersaturated juice
voque sur son passage la formation de microcristaux dont le nombre dépend de la valeur de la sursaturation, de la in its path the formation of microcrystals whose number depends on the value of the supersaturation, the
taille du cristal introduit et de l'importance de l'agita- size of the introduced crystal and the importance of
tion du jus Le nombre de cristaux contenus dans le magma juice content The number of crystals in the magma
sera donc un multiple élevé du nombre de cristaux intro- will be a high multiple of the number of crystals introduced
duits dans le jus-concentré et, par conséquent, le volume in the juice-concentrate and, consequently, the volume
de cristaux servant de germes, rapporté à la tonne de mas- of crystals serving as seeds, relative to the ton of mas-
se-cuite produite, sera beaucoup plus faible que dans le produced, will be much lower than in the
procédé connu décrit ci-dessss.known method described above.
Avantageusement on utilisera une capacité tubulaire Advantageously, a tubular capacity will be used
c'est-à-dire une capacité dont les dimensions longitudi- that is to say a capacity whose longitudinal dimensions
nales sont nettement supérieures aux dimensions transver- are significantly higher than the trans-
sales On pourra, par exemple, utiliser un tube de petit diamètre et de grande longueur o le magma se déplacera à la manière d'un piston, avec la même vitesse sur toute la For example, we can use a small diameter tube of great length where the magma will move in the manner of a piston, with the same speed over the entire
section du tube Cette solution risque cependant de con- However, this solution is likely to result in
duire à des pertes de charges inacceptables et c'est pour- to unacceptable losses of loads and that is why
-15 quoi on préférera utiliser une capacité tubulaire de section droite relativement importante divisée en un grand nombre de compartiments par des cloisons transversales percées Which one will prefer to use a tubular capacity of relatively large cross-section divided into a large number of compartments by transverse partitions pierced
d'orifices faisant communiquer les compartiments succes- ports communicating the successive compartments
sifs entre eux, chaque compartiment étant muni d'un dis- between each other, each compartment being equipped with a
positif d'agitation constitué, par exemple,par des bras ou des pales fixés sur un arbre longitudinal dispos 6 dans positive agitation consisting for example of arms or blades fixed on a longitudinal shaft disposed 6 in
l'axe de la capacité et entraîné en rotation. the axis of the capacity and rotated.
De préférence, on utilisera de 15 % à 20 % du débit Preferably, 15% to 20% of the flow will be used
total du jus à traiter pour produire le magma d'ensemen- total juice to be processed to produce the seed magma
cement.cement.
La concentration du jus jusqu'à l'état de sursatu- The concentration of the juice until it is supersaturated
ration de germination induite sera effectuée de préférence en deux étapes: une première étape au cours de laquelle une première évaporation est réalisée par apport de cha, leur sans atteindre la saturation et une seconde étape au cours de laquelle une évaporation par détente permet Induced germination ration will preferably be carried out in two stages: a first step during which a first evaporation is carried out by adding heat without reaching saturation and a second step during which a relaxation evaporation allows
d'obtenir la concentration voulue La première étape de c Qn- to obtain the desired concentration The first step of
centration, sera avantageusement effectuée sous une pression centration, will be advantageously carried out under pressure
supérieure à la pression dans les cellules de l'installa- greater than the pressure in the cells of the
tion de cristallisation; cette disposition permet d'uti- crystallization; this provision makes it
liser la vapeur produite pour agiter-la masse-cuite dans the steam produced to agitate-the mass-cooked in
les cellules ou pour toute autre application. cells or for any other application.
L'installation pour la mise en oeuvre de l'invention The installation for implementing the invention
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comporte, outre l'appareil de cristallisation à marche comprises, in addition to the crystallization apparatus
continue constitué par une cuve fermée,disposée horizon- continuous process consisting of a closed vessel, arranged horizontally
talement et divisée par des cloisons transversales en une série de compartiments constituant lesdites cellules, une unité d'évaporation chauffée à la vapeur, un ballon d'é- and divided by transverse partitions into a series of compartments constituting said cells, a vapor-heated evaporation unit, a balloon of
vaporation par détente, un dispositif de dosage des ger- by expansion, a device for dosing germs
mes cristallins et une capacité dont l'entrée est reliée à la sortie dudit ballon et dont la sortie est reliée à my crystals and a capacitance whose input is connected to the output of said balloon and whose output is connected to
1 'entrée du premier compartinent de l'appareil de cristal- The entrance to the first compartment of the crystal apparatus
lisation, et est équipée d'un système de régulation qui and is equipped with a regulation system which
contrôle le débit de vapeur de chauffage de l'unité d'é- controls the heating steam flow of the unit of
vaporation pour-maintenir à une valeur de consigne la con- vaporization to maintain at a set value the con-
centration du jus sortant de ladite unité. centering the juice exiting said unit.
L'unité d'évaporation peut être constituée par un The evaporation unit may be constituted by a
échangeur chauffé à la vapeur et par un évaporateur L'ap- exchanger heated by steam and by an evaporator
pareil de cristallisation peut être muni de tuyauteries d'injection de vapeur qui seront avantageusement reliées the same crystallization can be provided with steam injection pipes which will be advantageously connected
audit évaporateur.evaporator audit.
Ladite capacité peut être formée de plusieurs tubes Said capacity may be formed of several tubes
reliés en série et disposés horizontalement. connected in series and arranged horizontally.
D'autres caractéristiques de l'invention apparai- Other features of the invention appear
tront à la lecture de la description qui suit se référant read the following description referring to
au dessin l'accompagnant qui montre, à titre d'exemple to the accompanying drawing which shows, as an example
non-limitatif, un mode de-réalisation de l'invention. non-limiting, an embodiment of the invention.
L'unique figure de ce dessin est le schéma d'une installa- The only figure in this drawing is the diagram of an installation
tion de production de cristaux de sucre à partir de jus production of sugar crystals from juice
sucrés conforme à l'invention.sweetened according to the invention.
Cette installation est constituée essentiellement par un appareil de cristallisation à marche continue 10, un échangeur 12, un évaporateur concentrateur 14, un ballon This installation consists essentially of a continuous-cycle crystallization apparatus 10, an exchanger 12, a concentrator evaporator 14, a balloon
d'évaporation par détente 16 et une capacité tubulaire -18. of evaporation by expansion 16 and a tubular capacity -18.
L'appareil 10 est constitué par une cuve cylindrique, The apparatus 10 is constituted by a cylindrical tank,
fermée et disposée horizontalement Dans la partie infé- closed and arranged horizontally In the lower part
rieure de la cuve sont placés des éléments chauffants, tels que plaques creuses ou tubes, alimentés en vapeur par une tuyauterie 20 Cette partie de la cuve est divisée par des The upper part of the tank is placed with heating elements, such as hollow plates or tubes, supplied with steam by a pipe. This part of the tank is divided by
cloisons transversales en plusieurs compartiments communi- transversal partitions in several compartments
quant entre eux par des ouvertures prévues dans les cloisons. as between them by openings provided in the partitions.
-5- Des tuyauteries d'alimentation en jus 22 et d'injection de vapeur 24 sont prévues dans -chaque compartiment Le premier compartiment est également muni d'une entrée 26 pour un magma d'ensemencement Une sortie de masse-cuite 27 est prévue dans le dernier compartiment. L'échangeur 12 est du type à plaques ou à tubes dans lequel le jus est chauffé par échange indirect avec de la vapeur La sortie de cet échangeur est reliée à l'entrée de l'évaporateur 14 par une tuyauterie 28 Celui-ci est constitué par un tube vertical surmonté d'une calandre -5- Juice supply pipes 22 and steam injection 24 are provided in each compartment The first compartment is also provided with an inlet 26 for a seeding magma A mass-cooked outlet 27 is provided in the last compartment. The exchanger 12 is of the plate or tube type in which the juice is heated by indirect exchange with steam. The outlet of this exchanger is connected to the inlet of the evaporator 14 via a pipe 28 which consists of by a vertical tube surmounted by a grille
dans laquelle la vapeur qui se dégage du jus chaud est col- in which the steam that emerges from the hot juice is col-
lectée Une sortie de jus est prévue à l'extrémité infé- A juice outlet is provided at the lower end.
rieure de l'évaporateur; elle est reliée à l'aspiration the evaporator; it is connected to the aspiration
d'une pompe 30 qui refoule le jus dans le ballon 16 à tra- pump 30 which delivers the juice into the balloon 16 through
vers une tuyauterie 32 e Une tuyauterie 34 branchée sur la tuyauterie 32 permet de renvoyer à l'entrée de l'échangeur 12 une fraction du jus sortant de l'évaporateur et, par conséquent, d'augmenter le débit de jus circulant dans l'échangeur et l'évaporateur pour intensifier les échanges thermiques et le dégagement de vapeur; une vanne 36 permet de régler le débit de jus recyclés La sortie de vapeur de l'évaporateur 14 est reliée aux tuyauteries d'injection de vapeur 24 de l'appareil 10 une vanne 37 placée sur cette sortie permet de régler la to a pipe 32 e A pipe 34 connected to the pipe 32 allows to return to the inlet of the exchanger 12 a fraction of the juice leaving the evaporator and, therefore, to increase the flow of juice flowing in the exchanger and evaporator to intensify the heat exchange and the release of steam; a valve 36 makes it possible to regulate the flow rate of recycled juice. The vapor outlet of the evaporator 14 is connected to the steam injection pipes 24 of the apparatus 10, a valve 37 placed on this outlet makes it possible to regulate the
pression dans la calandre de l'évaporateur. pressure in the shell of the evaporator.
Le ballon 16 est un simple récipient fermé muni d'une The balloon 16 is a simple closed container provided with a
entrée et d'une sortie de jus et d'une sortie de vapeur. entry and exit of juice and a steam outlet.
Une vanne 38 placée sur la sortie de vapeur permet de ré- A valve 38 placed on the steam outlet makes it possible to
gler la pression dans le ballon 16.put the pressure in the balloon 16.
La sortie du jus du ballon 16 est reliée à l'aspiration d'une pompe 40 par une tuyauterie 42 Sur celle-ci est branché la sortie d'un dispositif de dosage de semence constitué par un bac 44 muni d'un agitateur et une pompe doseuse 46 Les pétits cristaux de sucre constituant la semence sont en suspension dans un liquide, tel que l'alcool, The outlet of the juice of the flask 16 is connected to the suction of a pump 40 by a pipe 42 On which is connected the output of a seed metering device constituted by a tank 44 equipped with a stirrer and a dosing pump 46 The small grains of sugar constituting the seed are suspended in a liquid, such as alcohol,
dans lequel le sucre n'est pas soluble. in which the sugar is not soluble.
Le mélange du jus concentré et de semence Constituant le magma d'ensemencement est refoulé par la pompe 40 dans The mixture of concentrated juice and seed constituting the seeding magma is pumped by pump 40 in
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-6- la capacité tubulaire 18 Celle-ci est formée par un ou deux tubes, ou plus, disposés à peu près horizontalement et le cas échéant reliés entre eux en série Le nombre de tubes et leurs dimensions sont choisis en fonction du débit du mélange pour que celui-ci y séjourne le temps voulu Cha- The tubular capacity 18 This is formed by one or two or more tubes arranged approximately horizontally and, where appropriate, connected together in series. The number of tubes and their dimensions are chosen as a function of the flow rate of the mixture. to stay there for the desired time.
que tube est divisé par des cloisons transversales en plu- tube is divided by transverse bulkheads in
sieurs compartiments communiquant entre eux par des ori- several compartments communicating with each other
fices prévus dans les cloisons Un arbre disposé dans fices provided in the partitions A tree arranged in
l'axe de chaque tube et portant des bras ou des pales pla- the axis of each tube and carrying flat arms or blades
cés dans les différents compartiments peut être entraîné en rotation par un moteur 48 La sortie de la capacité 18 in the different compartments can be rotated by a motor 48 The output of the capacity 18
est reliée à l'entrée 26 du premier compartiment de l'ap- is connected to entrance 26 of the first compartment of the app-
pareil 10.the same 10.
Des chaînes de régulation, non représentées, sont Regulatory chains, not shown, are
prévues pour maintenir les pressions de vapeur dans l'ap- intended to maintain the vapor pressures in the
pareil 10, dans l'évaporateur 14 et dans le ballon 16 et les niveaux de jus dans l'évaporateur et dans le ballon same 10, in the evaporator 14 and in the flask 16 and the juice levels in the evaporator and in the flask
égaux à des valeurs de consigne Par ailleurs, un régula- equal to set point values.
teur 50 maintient la température ou la conductivité du jus dans l'évaporateur 14 égale à une valeur de consigne en contrôlant, au moyen de la vanne 52, le débit de vapeur de chauffage de l'échangeur 12 Un système de régulation The converter 50 maintains the temperature or the conductivity of the juice in the evaporator 14 equal to a set value by controlling, by means of the valve 52, the flow rate of the heating vapor of the exchanger 12.
est également prévu pour maintenir le débit de magma d'en- is also planned to maintain the flow of magma from
semencement proportionnel au débit de jus à traiter dans seed proportional to the flow of juice to be treated in
l'appareil 10.the device 10.
En'fonctionnement, le jus à traiter est divisé en deux fractions; environ 15 à 20 % du débit total est dirigé vers l'échangeur 12 et le reste est envoyé à l'appareil 10 o il est distribué aux différents compartiments par les In operation, the juice to be treated is divided into two fractions; about 15 to 20% of the total flow is directed to the exchanger 12 and the remainder is sent to the apparatus 10 where it is distributed to the different compartments by the
tuyauteries 22.pipes 22.
Dans l'ensemble constitué par l'échangeur 12 et l'é- In the whole constituted by the exchanger 12 and the
vaporateur 14, le jus est chauffé et concentré par évapo- evaporator 14, the juice is heated and concentrated by evapo-
ration Le débit de vapeur de chauffage de l'échangeur 12 et la pression dans la calandre de l'évaporateur 14 sont réglées de telle sorte que le jus sortant de l'évaporateur ait une concentration voisine de la saturation et ne soit The heating vapor flow rate of the exchanger 12 and the pressure in the shell of the evaporator 14 are adjusted so that the juice leaving the evaporator has a concentration close to saturation and is not
pas sursaturé La pression dans l'évaporateur 14 est supé- not supersaturated The pressure in the evaporator 14 is greater than
rieure à la pression dans le ballon 16, qui est sensiblement égale à la pression dans l'appareil 10, de telle sorte qu'une partie du jus est évaporée par détente en entrant dans le ballon La différence des pressions est réglée pour que le jus soit amené à l'état de sursaturation de germination induite dans le ballon 16. Au moyen de la pompe doseuse 46, on injecte dans le jus sursaturé un volume de semence proportionnel au débit de jus Ce mélange est refoulé dans la capacité 18 o il greater than the pressure in the flask 16, which is substantially equal to the pressure in the apparatus 10, so that a portion of the juice is evaporated by expansion as it enters the flask. The pressure difference is adjusted so that the juice is brought to the state of germination supersaturation induced in the balloon 16. By means of the metering pump 46, is injected into the supersaturated juice a seed volume proportional to the flow of juice This mixture is returned to the capacity 18 o it
séjourne de 3 à 15 minutes, de préférence environ 10 minutes. stay from 3 to 15 minutes, preferably about 10 minutes.
Pendant ce séjour il se forme des micro-cristaux dont le nombre dépend du degré de sursaturation et du débit de semence. Le magma obtenu, contenant une quantité de cristaux During this stay, micro-crystals are formed, the number of which depends on the degree of supersaturation and the seed rate. The magma obtained, containing a quantity of crystals
qui représente de 1 à 10 % de la quantité de sucre commer- which represents from 1 to 10% of the quantity of commercial sugar
cial à produire, alimente le premier compartiment de l'ap- to produce, feeds the first compartment of the app-
pareil 10 o le jus concentré est ramené à l'état de sur- 10 o the concentrated juice is brought back to the state of over-
saturation stable par addition de jus sous-saturé dont le stable saturation by the addition of under-saturated juice whose
débit est réglé automatiquement, pour atteindre ce résul- flow rate is set automatically, to achieve this result.
tat, au moyen d'une vanne placée sur la tuyauterie 22 tat, by means of a valve placed on the pipe 22
et commandée par un système de régulation non-représentée. and controlled by an unrepresented control system.
On maintient de la même façon la sursaturation dans la zone stable dans tous les autres compartiments de façon à provoquer le grossissement'des cristaux introduits dans In the same way, the supersaturation in the stable zone is maintained in all the other compartments so as to cause the magnification of the crystals introduced into the other compartments.
le premier compartiment, sans formation de nouveaux cris- the first compartment, without the formation of new
taux La masse cuite obtenue est extraite en continu du The cooked mass obtained is extracted continuously from
dernier compartiment.last compartment.
L'ensemble échangeur 12 évaporateur 14 pourrait The exchanger unit 12 evaporator 14 could
être remplacé par un appareil unique, par exemple un éva- be replaced by a single device, for example an evaluation of
porateur à descendage chauffé à la vapeur La capacité tubulaire 18 pourrait avoir une structure différente de celle décrite Il est bien entendu que ces modifications et toutes celles faisant appel à des moyens techniques The tubular capacity 18 could have a structure different from that described It is understood that these modifications and all those using technical means
équivalents entrent dans le cadre de l'invention. equivalents are within the scope of the invention.
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