Généralité sur le sucre et procédé de raffinage

Généralité sur le sucre et procédé de raffinage

La canne à sucre

C’est une plante vivace dont la production est assurée par bouture. Ses différentes parties sont : les racines, les feuilles et la tige qui forme un tube d’écorce dur remplie de fibres plus tendres, où se trouve le sucre. Cette tige peut atteindre 4 à 5 m de hauteur pour 3 à 6 cm de diamètre avec une richesse en sucre entre 13 et 18 %. Son aire de culture se trouve dans les régions tropicales apportant une chaleur et forte humidité pour la croissance. La récolte est généralement annuelle.

L’une des principales sources du saccharose, elle apparaît à la famille des chénopodiacées c’est une plante bisannuelle, Elle se présente sous la forme d’un bambou pouvant atteindre une hauteur de 1,50 à 3m et un diamètre de 12 à 15cm. Il s’agit d’une plante cultivée dans les zones tempérées et ses principaux producteurs sont l’Inde, l’Indonésie et l’Amérique centrale.

Composition du sucre

Le sucre brut provient de la cristallisation du saccharose dans une eau mère impure : sirop de canne ou de betterave. Les cristaux de saccharose de haute pureté sont entourés de film d’eau mère, de basse pureté, adhérant à ces cristaux et contenant la plupart des impuretés, cependant, certaines impuretés se trouvent incluses dans le cristal lui-même

Le dextrose existe dans un grand nombre de fruits et dans le raisin en particulier, ce qui lui a donné le nom de sucre de raisin. Les efflorescences, ou la poudre blanche, qui se forment sur certains fruits secs ne sont pas autre chose que du glucose. Il est rarement pur, il se présente le plus souvent associé au lévulose et au saccharose, ce qui justifie leur présence dans les sucres bruts. Le glucose est soluble dans l’eau bouillante en toutes proportions et se dissout assez bien dans l’alcool. En principe, deux parties et demie de glucose produisent presque la même saveur sucrée qu’une partie de saccharose. La fonction aldéhydique qu’il renferme, c’est-à-dire la faculté de retirer l’hydrogène à un alcool et de le rendre volatil, lui donne des propriétés réductrices. Par hydrolyse du saccharose, c’est-à-dire par inversion ou mieux par décomposition des molécules du saccharose, les sucres réducteurs constituent alors le sucre inverti qui se trouve dans les fruits et le miel, il se détruit partiellement et brunit très facilement. L’eau : tout corps, qui n’est pas déshydraté renferme de l’eau. La détection de ces éléments chimiques demande un travail très précis par le laboratoire industriel. En effet, ces éléments peuvent être considérés comme paramètres de qualité, qui détermine la valeur commerciale du sucre.

Les propriétés physiques du sucre La molécule de saccharose a huit groupes hydroxyles qui peuvent tous être impliqués dans la formation de liaisons hydrogène. En solution aqueuse suffisamment diluée, tous les groupes hydroxyles forment des liaisons hydrogène avec les molécules d’eau. Lorsque la concentration de la solution augmente, la grande flexibilité de la liaison entre les molécules de glucose et fructose favorise l’apparition d’une structure présentant des liaisons intramoléculaires; c’est le phénomène d’agrégat. C’est la quantité de sucre en gramme contenue dans 100g de matière sèche. Elle s’élève généralement à plus de 99,9%, ce qui fait du sucre l’ingrédient de base le plus pur qui soit. • La solubilité C’est le rapport représentant la quantité de sucre dissous dans l’unité de poids d’eau. La structure spécifique de la molécule du saccharose (8 groupements hydroxyles, 3 atomes d’oxygène hydrophiles et 14 atomes d’hydrogène) favorise la formation de liaison hydrogène avec les molécules d’eau et l’hydratation des molécules de saccharose, ce qui est à l’origine de la dissolution aisée du saccharose dans l’eau. Cette solubilité est fonction de la température, de la quantité et de la nature des autres molécules présentes en solution (impuretés et non sucres).

Affinage du sucre brut

L’affinage est une opération qui a pour but de débarrasser les cristaux de sucre brut d’impuretés qui les entourent (impuretés externes). Le sucre brut issu du silo de stockage passe par un aimant et un tamis vibreur dans le but d’extraire respectivement les débris métalliques et les grosses particules. Deux étapes sont nécessaires pour la réalisation de cette opération : l’empattage et la fonte. L’empattage : Cette première étape vise à éliminer, par frottement les impuretés externes qui entourent la surface des cristaux. Après le tamisage, le sucre brut est déversé dans une vise reliée à un empâteur d’une capacité de 270 hl, muni d’un système d’agitation. L’empâteur est muni d’une double enveloppe permettant la circulation de la vapeur pour maintenir la température du mélange entre 50 et 55°C. Le sucre brut est donc mélangé avec un sirop (égout riche) d’un brix de 72 et d’une température de 70°C, et ce pour obtenir une pâte dite masse cuite d’empattage. Ce mélange est réglé de façon à obtenir un brix de 90 – 92 dans des conditions de température de 50°C et un pH de 8,2 La fonte : Cette étape est réalisé dans trois fondoirs, Le premier fondoir contient une quantité de commune non carbonatée avec l’eau sucrée passant par le premier échangeur pour atteindre une température de 60°C et un Brix de 65% et revient au même fondoir. Ensuite, cette commune passe vers le deuxième fondoir à une température de 70°C puis elle est dirigée vers le troisième fondoir pour faciliter l’extraction des impuretés internes durant l’étape qui va suivre qui est l’épuration

Conclusion générale et perspectives

L’optimisation de la carbonatation à la COSUMAR demeure un travail qui doit être quotidien pour les opérateurs de la station d’épuration, puisqu’il permet d’avoir une bonne filtration et par conséquent une bonne qualité et rentabilité des étapes ultérieures. Le but de ce stage était le traitement statistique des données récoltées durant cette étape de procédé en utilisant l’analyse en composante principale comme outil d’analyse et en choisissant avec l’équipe de la COSUMAR un certain nombre de paramètres susceptibles d’être pertinents dans le développement de l’opération en question. L’application de l’ACP n’a pas donné les résultats souhaités et c’est suite à plusieurs raisons qui ont été décrites au préalable tel que le problème de temps de séjour et d’action qui différent d’un paramètre à l’autre et qui est difficile à prévoir ainsi que des paramètres qui n’ont pas été suivi par manque de moyens et matériels d’analyses. Nous nous sommes opté pour une régression linéaire multiple. A ce sujet, un modèle a été établi et validé statistiquement. L’équipe de la COSUMAR peut utiliser ce modèle pour prédire des réglages de procédé. Pour une étude ultérieure, il serait souhaitable :

• D’ajouter d’autres variables afin de définir les paramètres pertinents capables de maitriser le procédé de la carbonatation.

• Faire des analyses rigoureuses et bien spécifiques de la matière première en utilisant l’approche infra rouge par exemple.

• Faire une évaluation à la sortie de la carbonatation par mesure de la granulométrie de précipité CaCO3 Pour pouvoir agir rapidement dans le cas d’un précipité mal formé.

• Faire un traitement statistique en utilisant les plans d’expérience à l’échelle laboratoire en réalisant un montage carbo-filtration et par la suite avoir la main sur le contrôle de plusieurs paramètres qui agissent sur le procédé.

Table des matières

Dédicace
Remerciement
Liste des abréviations
Liste des tableaux et figures
Introduction
CHAPITRE I : Présentation générale de la société
Présentation de la compagnie sucrière marocaine de Raffinage (COSUMAR)
Carte d’identité
Situation géographique
Historique
Fiche technique
Organigramme
Données générales
Chapitre 2 : Généralité sur le sucre et procédé de raffinage
Généralités sur le sucre
Les plantes Saccharifères
Composition du sucre
Les propriétés physiques du sucre
Raffinage du sucre
Réception et stockage du sucre brut
Affinage du sucre brut
L’épuration
L’évaporation
La cristallisation
Chapitre 3: moyens et méthodes
Chimie de l’épuration
Le cycle de la chaux
Mécanismes physico chimiques mis en jeu lors de la réaction de la carbonatation
L’analyse en composantes principales (ACP)
Description de la station
Epuration
Chapitre 4 : présentation du sujet
Problématique
Chapitre 5 : Résultats et Discussions
Diagramme cause effet
Analyse des résultats
Les paramètres influençant la carbo-filtration
Analyses et prélèvements effectuées
Analyse de données
Traitement des données par ACP
Etude de la corrélation
Réalisation de l’ACP
Conclusion de l’étude
Conclusion générale et perspectives
Références
Annexes

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