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II. L’evapo-concentreur à flot tombant 1. Principe de fonctionnement Le pilote

II. L’evapo-concentreur à flot tombant 1. Principe de fonctionnement Le pilote d’évapo-concentration possède 2 modules de concentration : - un système à flot tombant (technique la plus couramment utilisée industriellement) - un système centrifuge prototype, permettant de découpler transfert thermique et matière afin d’améliorer le facteur de concentration. C’est le système à flot tombant qui sera utilisé lors de ce TP. Le schéma de principe du pilote complet est fourni sur la figure 4. Le principe consiste à introduire, sous pression réduite, un produit à faible concentration en matière sèche dans l’évaporateur, afin d’éliminer une partie de l’eau. Le fluide de chauffage sera de l’eau chaude circulant à contre courant, d’abord dans le module d’évaporation, puis dans un préchauffeur qui permet d’amener le fluide à concentrer à sa température d’ébullition. Ce type de module est appelé « flot tombant à surface essuyée » plutôt que raclée, car le mobile en rotation est constitué de 2 rouleaux de Téflon® qui s’appliquent sur la paroi sous l’effet de la rotation. Ce mobile permet de répartir le produit de façon homogène sur toute la surface d’échange thermique, sachant que plus la vitesse de rotation est élevée, plus l’épaisseur du film de produit sera faible. Par contre, il n’est pas efficace contre les risques de croutage en paroi, ce qui limite la gamme de viscosité dans laquelle il peut être utilisé. Un groupe froid lui est également rattaché de façon à condenser les vapeurs et refroidir les liquides sortants (condensât et concentré) 2. Paramètres de réglage de l’appareil Le système est asservi par un automate et un logiciel de supervision : toute commande lui étant destinée sera effectuée par l’intermédiaire du logiciel de supervision sur le micro-ordinateur qui lui est attaché (choix des paramètres, ouverture des vannes...). Les paramètres de la concentration sont : - la pression de travail (en dessous de la pression atmosphérique) - le débit de produit entrant - la température de l’eau de chauffage (qui donne indirectement le T entre fluide chauffant et fluide à concentrer) - la vitesse de rotation du mobile d’« essuyage » C’est la pression de travail qui fixe la température d’ébullition du produit. Le paramètre variable pour ce TP sera la puissance de chauffe, par l'intermédiaire de la température du fluide caloporteur. 3. Protocole d’utilisation 3.1 Préparation de la solution à concentrer Afin de se placer dans des conditions proches de celles de la concentration de jus de fruit, on préparera 10 L de solution de sucre à 10°Brix (g sucre / 100g solution totale). Préparer le mélange avec de l’eau tiède afin d’améliorer la dissolution du sucre, et vérifier qu’il soit homogène. Mesurer la concentration réelle en sucre par l’intermédiaire du réfractomètre. Figure 4 : Schéma de principe de l'unité d'évapoconcentration 3.2 Mise en route du pilote (voir figure 4) Groupe froid : Brancher l’eau du réseau sur le système de refroidissement du groupe froid et ouvrir la vanne d’eau froide à fond. Mettre en route le groupe (moteur et pompe de circulation) : (2 boutons oranges) Mettre en route la pompe de circulation vers le pilote (sur le coté) Branchement du pilote : Tuyau de tirage au vide sur la pompe à vide (vérifier que la purge est fermée) Tuyau d’air comprimé pour l’asservissement des vannes Alimentation électrique : par l’intermédiaire du boîtier du wattmètre, lui-même branché et allumé (le boîtier doit se trouver en position 1). Mise en route : Allumer l’armoire électrique du pilote ainsi que le micro-ordinateur, mettre en route l’imprimante. Fonctionnement du wattmètre : Il permet de mesurer la consommation électrique correspondant au chauffage du fluide caloporteur. La mesure se fait en kW.h, c’est une mesure d’énergie. La puissance électrique consommée est calculée par la formule : P Q t  avec : P = puissance consommée (kWatt) Q = énergie électrique relevée par le wattmètre (kWatt.heure) t = temps de la manipulation, et de l’enregistrement (heure) Afin de se positionner sur le compteur d’énergie en triphasé, à l’aide des flèches, se déplacer jusqu’à la page 10. L’écran donne, à un instant t donné, la consommation électrique pour chacune des 3 phases, ainsi que la somme des 3. C’est cette somme qui représente la consommation électrique totale. Pendant la manipulation, afin de connaître la consommation relative à un essai donné, noter la valeur affichée à l’écran du wattmètre en début d’essai (en déclenchant le chronomètre) ainsi qu’en fin d’essai. La différence donne la consommation relative à l’essai effectué. Fonctionnement du logiciel de supervision : Lorsque le logiciel de supervision est lancé, le nom d’utilisateur demandé est « TP », le mot de passe est « IT ». Il suffit ensuite de suivre les instructions du logiciel pour configurer le module de concentration choisi. Le module choisi est l’évaporateur à flot tombant, les commandes utilisables sont les suivantes : F1 : aide ; donne accès à une aide sur les commandes que vous pouvez utiliser (on se déplace dans l’aide avec les touche pageup et pagedown ; esc permet de sortir de l’aide) F2 : tirage au vide ; lorsque les consignes de pression, température et rotation sont choisies, elle permet de mettre en route la pompe à vide ainsi que le chauffage. F4 : admission produit ; une fois que les valeurs de consigne sont atteintes, elle permet d’alimenter le système en produit à concentrer, au débit choisi. F6 : arrêt admission ; arrête l’alimentation en produit, mais ne stoppe pas le tirage au vide ni le chauffage du fluide caloporteur. F8 : impression des paramètres de fonctionnement instantanés F10 : fin ; TERMINE DEFINITIVEMENT la manipulation et dirige vers la procédure de nettoyage Shift : permet d’accéder aux commandes de vidange des recettes de condensât et de concentré. Détermination des consignes : Les flèches sur le clavier permettent de déplacer un curseur sur l’ensemble de l’écran. Pour modifier une consigne (pression, température du fluide chauffant au niveau de l’évaporateur, vitesse de rotation des rouleaux, débit), placer le curseur sur les flèches d’augmentation ou de diminution du paramètre requis. Une fois la position acquise, taper sur entrée jusqu’à obtenir la valeur recherchée pour la consigne. A noter : La consigne prédominante est la pression de travail, c’est elle qui conditionne la température d’évaporation du produit. Une fois cette consigne choisie, il est donc nécessaire de se référer à la table d’équilibre liquide-vapeur de l’eau qui donnera la valeur de la température d’ébullition Teb correspondante. Pour obtenir la température de consigne du fluide chauffant, on ajoute à Teb la valeur de T recherchée. 4. Manipulation 1°) Vérifier la fermeture de la vanne de vidange manuelle de la recette d’alimentation et introduire les 10 L de solution à concentrer. Les consignes choisies sont les suivantes : - pression : P = 100 mbar - débit : F = 5 L/h - rotation :  = 100% de la vitesse maximale de rotation du système (la vitesse réelle correspondante apparaîtra sur l’impression des paramètres instantanés). - écart de température produit - fluide caloporteur : T = 10, 15 puis 20°C 2°) Déterminer à l’aide de la table d’équilibre (tableau 2 à la fin), la valeur de la température d’ébullition de l’eau à la pression requise. On supposera qu’il n’y a pas d’élévation ébulliométrique. Cette hypothèse sera à vérifier en fonction des paramètres expérimentaux relevés. 3°) Calculer la valeur de la température de consigne correspondant à un T de 10°C, entrer cette valeur. 4°) Lorsque tous les paramètres de consigne sont entrés, mettre en route le tirage au vide et attendre la stabilisation à ces valeurs. 5°) Admettre le produit, attendre à nouveau la stabilisation. 6°) Lorsque le régime permanent est atteint, enclencher la première manipulation de 20 minutes en faisant SIMULTANEMENT: - vidanger les 2 recettes concentré et condensât, - noter les données du wattmètre - déclencher le chronomètre. 7°) En milieu de manipulation (AU BOUT DE 10 MINUTES !) faire une impression des paramètres instantanés du pilote d'évapo-concentration. Vérifier que ces paramètres ne varient pas au cours du temps, et que la valeur de consigne de température de chauffe correspond bien au T prévu. 8°) Au bout de 20 minutes, arrêter la manipulation de la façon suivante : - vidanger les recettes de concentré et de condensât, qui seront conservées pour pesée et mesure du degré Brix - noter simultanément les données du wattmètre. 9°) Arrêter l’admission de produit, changer la consigne de température afin d’obtenir la valeur de T suivante, attendre la stabilisation, et recommencer la manipulation en 5°) A noter : les manipulations doivent être effectuées dans l’ordre des températures croissantes. 10°) Lorsque les 3 manipulations sont effectuées, mettre en route la procédure de nettoyage. Le nettoyage choisi est un rinçage à l’eau. Vidanger la recette d’alimentation s’il reste du produit, et rincer cette recette avec de l’eau chaude. Remplir la recette d’eau chaude et démarrer le 1er rinçage à l’eau; lorsque celui est terminé, effectuer un deuxième rinçage. Quitter le logiciel de supervision, et éteindre tous les appareils. 11°) Fermer et débrancher l’air comprimé; vidanger la pompe à uploads/Industriel/ polytp-evapo.pdf