Généralités et processus de raffinage du sucre

Généralités et processus de raffinage du sucre

Description du procédé 

La COSUMAR dispose de deux stations de décoloration sur résines échangeuses d’ions, l’une à une capacité de 110 m3/h et l’autre de 35 m3/h. Chaque station contient trois colonnes et comporte deux compartiment contenant deux types de résines : une anionique forte et une autre inerte qu’on appelle copolymère, qui sert à éviter le blocage des crépines par la résine anionique. L’alimentation des colonnes en sirop se fait par la méthode UP FLOW (du bas vers le haut). Avec le même principe de fonctionnement, la première station contient 13,75 m3 de résines dans chaque compartiment, tandis que la deuxième contient 4,5 m3. La refonte arrive de l’atelier de filtration, où la majorité des non sucres minéraux ont été éliminés. Elle est amenée à la première colonne, dite primaire, rejoint la base de la deuxième colonne dite finisseuse, et sort finalement à la partie supérieure de cette dernière pour être dirigé vers la cuve de sirop décoloré non filtré. Après une filtration de sécurité, le sirop est pompé vers l’atelier d’évaporation. Le taux de décoloration moyen par cycle varie de 80 à 85 %, soit 150 à 200 ICUMSA pour le sirop décoloré. Les eaux sucrées sont recyclées vers les refontes diverses.

Ces effluents peuvent être traités dans une installation de recyclage de saumure, ce qui réduit nettement la pollution engendrée par le procédé. Pendant la phase de décoloration, la résine se charge en matières colorantes et en anions, elle se sature au cours du temps, donc il est nécessaire d’extraire les impuretés retenues sur les résines en faisant à la fin de chaque cycle une régénération, c’est pendant cette phase qu’on extrait les impuretés retenues telles que les matières colorantes par une solution saturée de chlorure de sodium à 6 à 30%, et celui en milieu basique avec utilisation de la soude à 1%. Deux rinçages de la colonne sont effectués : un rinçage long nécessite 30 m3 d’eau et un deuxième rapide 25 m3 d’eau. Après chaque cycle de 240 m3, on fait une régénération basique avec une saumure contenant 10% de NaCl et 1% de NaOH, et après une dizaine de régénérations basiques, on effectue une régénération acide avec une saumure contenant 10% de NaCl et 1% de HCl. La résine régénérée est prête de nouveau à décolorer un sirop prédécoloré de production.

Evaporation 

L’évaporation est une concentration par voie thermique. Cette étape a pour but de concentrer et augmenter le brix du sirop venant de la décoloration en le réchauffant et l’évaporant pour le préparer à l’étape suivante qui est la cristallisation. A la sortie des colonnes, la raffinade (sirop décoloré) se trouve avec une pureté de l’ordre 99.5% et un brix de 63, à ce niveau, elle est prête à être cristallisée, mais il est intéressant dans un souci d’économie d’énergie d’évaporer une quantité d’eau afin d’augmenter son brix de 63 à 74 avant de commencer la cristallisation. Pour réaliser cette opération, COSUMAR dispose de deux corps évaporateur à flot tombant CEFT 2400 m² et 1600 m², munis de faisceaux tubulaires chargés en sirop et à travers lesquels circule la vapeur, qui libère sa chaleur latente par conduction à la raffinade. Cette dernière entre en série dans les deux CEFT, quant à la vapeur, elle est produite dans les chaudières de la centrale thermique en utilisant l’eau déminéralisée, pour éviter la corrosion des tuyaux du corps évaporateur. Cette vapeur subit une détente et prend le nom de vapeur d’échappement (VE), elle se dirige vers le CEFT 2400 pour concentrer le sirop.

Le modèle linéaire gaussien 

On reprend la définition précédente du modèle linéaire en ajoutant une hypothèse de normalitédes résidus. L’idée sous-jacente réside dans le fait qu’il existe une vraie valeur inconnue θ. Quandon réalise une série d’expériences, on obtient, comme pour les moyennes, les proportions ou lesrépartitions, une estimation Ӫ, c’est-à-dire une valeur approchée de la vraie valeur θ. Cette estimation de θ est différente selon les échantillons obtenus. D’après le Théorème Centrale Limite,cette estimation tend en moyenne vers la vraie valeur de θ. Ӫ est donc une variable aléatoire donton va chercher la distribution. Une fois posée la distribution de Ӫ, la question est de savoir sil’approximation obtenue est bonne ? Peutondéterminer un intervallequi contienne très probablement (avec un risque d’erreur petit) la vraie valeur de θj.

L’hypothèse de normalité des résidus peut se justifier :

a) par un argument théorique : les résidus sont caractérisables comme des erreurs de mesure. Ceux sont une accumulation de petits aléas non-maîtrisables et indépendants. D’après le Théorème Central Limite, si tous ceseffets sont indépendants avec une moyenne nulle et une “petite” variance, leur somme tend vers une variable Normale. La distribution gaussienne modélise assez bien toutes les situations où le hasard est la résultante de plusieurs causes indépendantes les unes des autres ; les erreurs de mesure suivent généralement assez bien la loi gaussienne.

b) par un argument pratique : il est facile de contrôler si une variable aléatoire suit une loiNormale. En étudiant a posteriori la distribution des résidus calculés et en la comparant àla distribution théorique (Normale), on constate souvent qu’elle peut être considérée commes’approchant de la loi gaussienne.

Filtration : Cette étape permet l’élimination des impuretés internes qui sont précipitées lors de la carbonatation par séparation liquide solide à l’aide de filtres, afin de séparer le sirop, que l’on cherchera à l’avoir le moins chargée possible en matière solide (matière en suspension : MES) et le précipité de la carbonatation. La commune carbonatée est envoyée vers un bac munit d’un agitateur, qui empêche la précipitation de boue, puis pompée vers un échangeur de chaleur qui augmente sa température à 85°C, afin de diminuer sa viscosité et de faciliter sa filtration. A sa sortie de l’échangeur elle rejoint l’un des 8 FTD (Filtre à toile drainée : DIASTARD GAUDFRIN) : 6 de surface de 318 m2 chacun et contiennent 80 poches, d’une porosité de 56 μm, et 2 autres de surface de 445m2 contenant 138 poches d’une porosité de 52 μm. Ces derniers sont enveloppées d’une toile filtrante textile, les carbonates de calcium CaCO3 s’accumule autour de la toile formant ainsi un gâteau qui sert comme adjuvant de filtration permettant ainsi d’arrêter toutes les particules en suspension, grâce à la différence de pression au sein des filtres ( ΔP = 4 bar). A la sortie des poches de filtration, le sirop filtré est acheminé vers le collecteur extérieur, et déversé dans un bac de stockage, puis envoyé vers l’installation de résines échangeuses d’ions pour la décoloration. La commune filtrée de pureté d’environ 99% est limpide d’un brix de 63% et une température de 85 à 90 °C. Au bout d’un certain temps les toiles sont colmatées, le filtre est donc arrêté pour être nettoyé par soufflage de vapeur, et par la même occasion changer les éventuelles toiles déchirées (durée de vie moyenne d’une toile 6 mois).

Conclusion d’étude:

Finalement on devrait se servir des résultats d’ANOVA obtenu précédemment pour optimiser, c’est-à-dire faire trouver les valeurs adéquats des facteurs influents pour avoir des réponses satisfaisantes (taux de décoloration et filtrabilité appréciable). Suivant les résultats on ne pourra se servir du deuxième modèle non validé. Pour ce qui est du premier modèle, on pourra bel et bien l’utiliser pour optimiser un facteur par calcul de sa valeur optimum à partir du premier modèle, les autres facteurs seront fixés de manière qu’ils aient des valeurs souhaitables dans les conditions de production industrielles (Ceci prendra en considération le compromis cout/énergie). En définitif sur l’ensemble des facteurs que nous avions au départ seuls 6 d’entre eux avaient effet sur le phénomène mauvaise épuration que rencontre l’usine quotidiennement. Il s’agit de la Coloration deuxième jet, la Température Chaudière 1, la Coloration Sucre Brute, le Brix Commune filtrée, la Coloration sirop et la Coloration Commune filtrée. Du coup ces paramètres devraient faire le sujet d’un suivi continu est quotidien afin d’avoir non seulement une idée sur leur fluctuation mais aussi de pouvoir les contrôler et de faire en sorte de les garder dans les normes. Il faut signaler que nos résultats obtenus en fin de compte sur l’ensemble de l’étude ne reflètent pas entièrement le nom du projet à cause non seulement du non validation du second modèle, mais aussi du fait que les paramètres les plus influençant de notre procédé soient incontrôlables voirdifficiles à fixer. De plus la chaine de production est continue ce qui rend,les valeurs des mesures prises lors des suivis des variables, très aléatoires.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Présentation générale de la société COSUMAR
I.Identification de l’entreprise
II.Historique de l’entreprise
III. Fiche technique
Organigramme
Le Groupe COSUMAR
Gamme de produits
Chapitre II : Généralités et processus de raffinage du sucre
I.Généralités sur le sucre
I.1-Introduction
I.2-Les plantes saccharifères
I.2-1- La canne à sucre : (sacchareuse officinarum)
I.2-2-La betterave
I.3-Composition du sucre
I.3-1 –Le sucre ou saccharose
I.3-2- Les cendres
I.3-3- Les sucres réducteurs
I.3-4- Les non-sucres
I.3-5- L’eau
I .4- Les différents aspects du sucre
I.4-1-Caramel
I.4-2-Sirop de raffinerie
I.4-3- Sucre brun
I.4-4- Mélasse
II .Raffinage du sucre
II.1-Réception et stockage du sucre brut
II.2- Affinage du sucre brut
II.2-1- But
II.2-2- Principe
II.2-2- a)-L’empattage
II.2-2- b)- La fo
II.3- Epuration
II.3-1- Carbonatation
II.3-2- Filtration
II.4- Décoloration
II.4-1- Généralités
II.4-1-a)- Les colorants de la matière première
II.4-1-b)- Les mélanines
II.4-1-c)- Complexes fer-polyphénols
II.4-1-d)- Produits de dégradation alcaline des hexoses
II.4-1-e)- Caramels
II.4-1-f)- Produits de la réaction de Maillard
II.4-2- Principe
II.4-3- Types de résines
II.4-4- Description du procédé
II.5- Evaporation
II.6- Cristallisation
II.6-1- Les cuites de cristallisation
II.6-2- Les malaxeurs
II.6-3- Les turbines
II.7- Séchage et refroidissem
II.8- Stockage dans les silos
Chapitre III : Revue bibliographique
I.Définitions des paramètres utilisés en raffinerie
I.1- Brix
I.2- Polarisation (teneur en saccharose)
I.3- Pureté
I.4- Non-sucres
I.5- Alcalinité
II.Filtration
III. Modélisation statistique
III.1- Le modèle linéaire
III.2- Le modèle linéaire gaussien
III.3- La régression linéaire
III.3-1- Le modèle de régression linéaire simple
III.3-2- Le modèle de régression linéaire multiple
III.4- Analyse en composantes principales
Chapitre IV : Matériels et Méthodes
I.Cadre et objectifs
II.Matière à épurer
III. Epuration
II.1- Carbonatation
II.2- Filtration
II.3- Cycle des filtres DIASTAR
Chapitre V : Résultats et Discussions
I.Analyse de variation
I.1- Taux de décoloration
I.2- Filtrabilité
I.3- Paramètres intervenants dans le procédé carbonatation-Filtration
I.3-1- Le brix
I.3-2- pH du sirop
I.3-3- Chaulage
I.3-4- Richesse du CO2
I.3-5- Teneur en amidon
I.4- Sélection des facteurs à suivre et leur fréquence
II.Modélisation
II.1- Analyse des données (Réalisation d’une ACP
II.2- Réalisation d’une régression linéaire multiple (RLM
II.2-1- Taux de décoloration
II.2-2- Différence de pression des filtres ( Δp )
II.3- Conclusion d’étude
Conclusion générale

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