LE RAFFINAGE DE SUCRE BRUT

LE RAFFINAGE DE SUCRE BRUT

LES ETAPES DE RAFFINAGE DU SUCRE BRUT

LE SUCRE BRUT

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 ontenantc la plupart des impuretés, cependant, certaines impuretés se trouvent inclusedans le cristal lui-même.

Le saccharose

Sa formule chimique est C12H22O11, sa densité est de 1.6, et sa masse moléculaire 342, sa solubilité est grande dans l’éther, il est formé dela liaison glucose-fructose [3]. Le saccharose n’est pas fermentescible, sauf s’il est transformé en glucose, cette opération peut se faire lentement en présence de certains microorganismes ou très rapidement à chaud dans un milieu acide.

Les cendres

Les cendres sont les matières minérales incluses dans les cristaux de sucre, elles se composent principalement de :

 Les sucres réducteurs

Connu sous le nom « glucose », il désigne l’ensemble des sucres réducteurs ou encore les sucres non cristallisables. En effet le glucose ne peut pas se cristalliser comme le saccharose, de formule générale C H O et poids moléculaire 180 [2].

-Le non sucre

C’est un élément que l’on peut mesurer dans l’ensemble, mais on peut le décomposer par diverses opérations chimiques.
Le non sucre organique comprend:
• Des acides organiques libres.
• Des produits de décomposition du saccharose provenant de la fabrication du sucre brut.
• Des gommes, des résines et de la cellulose.
• Des bactéries (moisissures, gazogènes…) et des matières colorantes [2].

L’eau

Tout corps, qui n’est pas déshydraté renferme de eaul’.
La détection de ces éléments chimiques demande unravailt très précis par le laboratoire industriel. En effet, ces éléments peuvent être considérés comme paramètres de qualité, qui détermine la valeur commerciale du sucre.

LE RAFFINAGE DU SUCRE BRUT

Le raffinage est le procédé qui permet d’obtenir à partir d’un sucre brut (mélange de saccharose et de non sucre) un sucre raffiné de haute pureté.
Dans le procédé de raffinage, il existe un certainnombre d’opérations qui permettent:
• De retirer les impuretés extérieures au cristal, c’est l’affinage.
• De retirer les impuretés organiques de sucre brut après fonte des cristaux affinés, c’est la carbonatation.
• De retirer les colorants de la fonte par un adsorbant, c’est la décoloration.
•De recristalliser le saccharose pour obtenir un cristal pur, c’est la cristallisation.

Réception et stockage du sucre brut

L’approvisionnement est assuré par un seul fournisseur étranger le BRESIL. Le sucre brut une fois à l’usine COSUMAR, il est tr ansporté vers des grands hangars appelés « Silos de stockage », ce sont trois silos dont deux de capacité de 30 000 tonnes et un de 12 000 tonnes où il est pesé à l’entrée par pont bascule pour les camions et passe par deux servo-balances de 200 T/h.

Affinage

On procède à l’affinage du sucre brut pour réduire le recyclage des non sucres dans les jets des hauts produits. Le sucre de haute polarisation est directement refondu sans affinage. L’affinage permet d’enlever un maximum de colorati on, au moins 50 %, contenue dans le film d’égout entourant le cristal et ce en refondant une quantité de cristal de sucre aussi faible que possible, inférieure à 15 % c’est la freinte. L’affinage comprend deux opérations :

Empattage

L’empattage permet de ramollir la gangue (les impuretés extérieures) de sirop entourant le sucre, à l’aide d’une solution des eaux sucrées récupérées d’autres étapes du raffinage dans un mélangeur équipé, et dans un mélangeur équipé delespahorizontale.

La refonte du sucre affiné

C’est la dissolution du sucre affiné afin de fondrele système cristallin pour attaquer les impuretés internes du cristal. Cette opération s’effectue dans des bacs munis d’agitateurs pour mélanger le sucre et les eaux sucrées, le sirop ainsi obtenu à un Brix de 64%.

Epuration

Carbonatation

À la sortie du bac de stockage, la fonte est mélang ée avec le lait de chaux à raison de 5g/l [4], on barbote à travers le liquide chaulé du gaz carbonique provenant de la combustion du fuel. C’est le procédé de précipitation des carbonates decalcium dans la fonte, ce précipité doué de propriétés d’absorption entraînera la plupart des matières organiques et certaines impuretés, il est obtenu par réaction entre l’acide carbonique « H2CO3 » et le lait de chaux « Ca(OH)2» selon les réactions :
La carbonatation se fait dans une série de 3 chaudières d’une capacité totale de 1047 hl, le sirop entre du bas de la chaudière à une T=70° et u n débit de 150 m3/h et sort du haut de la 3éme chaudières à une température de 90°c et un PH de 8,5 à 8,7. Les 3 chaudières sont alimentées en continu par un gaz qui doit contenir au moins 13% de C02 (avec des proportions différentes) il est maximum dans la première chaudière car c’est là où s’effectue 75% de la carbonatation.
Le taux de décoloration est de l’ordre de 55 à 60%, et la coloration de la commune carbonatée est de 600 à 650 ICUMSA.

Filtration

Après la carbonatation vient l’étape de séparationdu sirop du précipité. 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 quiaugmente 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 huit filtres DIASTARD GAUDFRIN [4].
A l’intérieur de chacun de ces filtres il y a 80 plateaux habillés d’une toile filtrante synthétique. Le sirop filtré est acheminé vers leollecteur extérieur, et versé dans un bac de stockage. Ce sirop est appelé commune filtrée,

Décoloration

Le sirop issu de la filtration mécanique peut contenir des matières colloïdales, des matières colorantes, des cendres et des sels dissous. Pour éliminer ces impuretés, le sirop passe à la décoloration dans des colonnes à résines
A la sortie des colonnes, la raffinade (sirop décoloré) a une coloration de 120 à 150 ICUMSA, une pureté de l’ordre 99,5% et un Brix de 64%.
Figure 1: Schéma de la station de décoloration.

Evaporation

A ce niveau, la raffinade est prête à être cristallisée, mais puisque la cristallisation consomme beaucoup d’énergie une Évaporation précède dans le but d’augmenter le brix à 75, cette évaporation s’effectue dans des corps d’évaporationà flot tombant (CEFT) à température de 120.

Cristallisation

La cristallisation, désignée par « cuisson » en sucrerie, permet d »extraire une partie de sucre dissous dans le sirop sous forme cristallisée, avecune pureté supérieure.
Le type de cristallisation rencontré en sucrerie est une cristallisation en solution. Elle doit aboutir à une séparation et une purification de la solution de dépare. Dans ce cas, elle est réalisée sur des solutions pures ou plus ou moins mpures,i généralement dans l’eau. Par évaporation, la solution est amenée à l’état de sursaturation, afin de faciliter l’opération de cristallisation. Le résultat est un produit solide cristallisé dont la pureté est très voisine de 100%.
Le but en sucrerie est de créer de gros cristaux detailles variant de 500 µm et 800 µm. Or, pour contrôler la taille, il faut maîtriser le nomb re de cristaux formés. Ainsi la formation des cristaux en sucrerie, est toujours réalisée par ensemencement par des cristaux fins dans le sirop sursaturé jusqu’à l’état métastable ou intermédiaire.
La cristallisation est effectuée en plusieurs jets . Généralement, ils sont au nombre de 3.le premier jet vise à extraire le maximum de cristaux et le dernier donne la dernière partie de sucre consommable.
Dans chaque jet, on retrouve les mêmes étapes :
• la cuisson ;
• le malaxage :
• le turbinage.
A la fin de chaque jet, on obtient :
• du sucre cristallisé ;
• un égout riche est recyclé au niveau de la même cuite ;
• un égout pauvre qui est recyclé au niveau de la cuite suivante.

Cuisson

La cuisson est une concentration poussée permettantd’éliminer une grande partie de l’eau et d’extraire le sucre par cristallisation. Elle comporte les étapes suivantes :
a- Formation de pied de cuite
La première étape au démarrage d’une cristallisation est la mise sous vide (0,19 – 0,21 bar) de l’appareil. Une fois le vide établi, le « pied de cuite » ou « volume de grainage » est préparé en recouvrant suffisamment l’échangeur de chaleur par la liqueur standard ce qui correspond à 26 % du volume de l’appareil.
b- Concentration
La liqueur est concentrée jusqu’à ce qu’elle atteigne la zone métastable, parfois intermédiaire, ce qui correspond à une sursaturation variable selo n le jet considéré.
c- Grainage
Une semence, d’une taille de 5 à 10 µm, est introdu ite dans le cristallisoir quand la liqueur mère sursaturée attient une sursaturation de 1,25 à 1,3 selon le jet considéré, ce qui correspond à un brix de 78 à 80.
d- Démarrage du grossissement
L’ensemencement doit être suivi d’une période de stabilisation, qui dure de 5 à 15 minutes selon les jets. C’est une phase de maintien de la sursaturation autour de la valeur du point d’ensemencement.
e- Montée
Lors de la montée, la cuite est toujours alimentéeavec la liqueur standard jusqu’à un niveau de 60% du niveau du cristallisoir tout en évaporant l’eau contenue dans la solution. Ceci à pour but de maintenir la sursaturation pour faire grossir les cristaux jusqu’à taille voulue. La montée dure environ 30 à 40 minutes.
f- Serrage
Quand le niveau maximum est atteint, l’alimentation du sirop est arrêtée, et l’évaporation de la masse cuite est poursuivie pour maintenir la consistance de celle-ci. L’indicateur de serrage maximum est en général la puissance consommée parl’agitateur.
g- Coulée
La cuisson se termine par la coulée et le lavage del’appareil. Une fois l’appareil remis à la pression atmosphérique par un casse-vide et l’agitateur arrêté, la vanne de vidange est ouverte et la masse cuite s’écoule dans un malaxeur. De l’eau chaude ou de la vapeur est ensuite pulvérisée pour nettoyer et éviter que descristaux demeurent et ne grossissent ultérieurement en donnant des cristaux en dehors dela plage admissible [5].
h- Appareillage
Deux types d’appareil à cuire existent en industrie : les appareils continus et les appareils discontinus.
Appareil à cuire discontinu
Plusieurs types d’appareils existent :
• les appareils à serpentin, qui ne sont plus utilisés ;
• les appareils à faisceau, d’où :
• les appareils à faisceau fixe plat : c’est l’appare il classique ;
• les appareils à plaques inclinées ;
• les appareils horizontaux à plaques [6].
De nos jours, l’industrie sucrière passe en plus en plus à la cristallisation continue. Les cristallisoirs discontinus verront donc leur utilité dans la formation de pied de cuite.
Appareil à cuire continu
Le rôle de l’appareil à cuire continu consiste à re mplir dans l’espace ce que les appareils discontinus accomplissent dans le temps [6]. Toutes celles qui sont exploitées aujourd’hui sont alimentées par un magma provenant soit d’une cuite de pied (l’appareil discontinu), soit d’un empâtage de sucre et non d’un grainage direct.

Malaxage

Le malaxage est une opération qui consiste à agiter pendant un certain temps la masse cuite sortie des appareils à cuire, avant de la passer au x turbines, et a pour but de compléter la formation des cristaux et de pousser l’épuisement de la liqueur mère.
La masse cuite d’un appareil à cuire se trouve à un e très forte sursaturation. Si on la laisse reposer, le sucre, encore contenu dans la liqueur mère, continuera à se déposer sur les cristaux.
Toutefois, cette masse cuite est très serrée et laliqueur mère est très visqueuse. Au bout de très peu de temps, la cristallisation s’arrêteraitsi on laissait la masse cuite au repos, parce que la couche de la liqueur mère entourant les cristaux serait vite épuisée et que la viscosité de la masse cuite empêcherait les molécules de sucre pluséloignées de circuler et de passer à proximité des cristaux [6]. Si l’on veut profiter des possibilités de cristallisation importantes que possède la masse cuite après la cuite, il faut donc agiter cette masse, afin de modifier constamment les positions relatives de toutes les particules de liqueur mère et des cristaux.
Appareillage
On distingue :
• des malaxeurs sans refroidisseur tels que : malaxeur ordinaire, malaxeur à double hélice ;
• des malaxeurs avec refroidisseur tels que : malaxeur ragot, malaxeur WERKSPOOR, malaxeur refroidisseur vertical [6].

Essorage

Une fois la liqueur mère pratiquement épuisée, il en reste plus qu’à la séparer des cristaux pour obtenir le sucre sous forme commerciale. Appelée également le turbinage, cette étape se réalise dans des turbines-centrifugeuses-essoreuses, appelées indifféremment turbines, centrifugeuses, ou essoreuses.
Appareillage
Deux types d’essoreuses existent en industrie : continues et discontinues. L’utilisation d’essoreuses discontinues en premières jets permet de préserver la granulométrie du sucre et éviter la formation de poussières. Les essoreuses ontinues,c quant à elles, sont privilégiées en derniers jets car elles sont nettement plus économiques (énergétiquement) en fonctionnement.

Séchage et refroidissement

Le sucre que déchargent les centrifugeuses contient entre 0,1 et 1 % d’eau et est à une température de 60 °C.
Cette eau se trouve essentiellement à la surface du cristal sous forme de solution de saccharose saturé de pureté élevée. Au-delà d’une ertainec limite, elle présente de gros inconvénients pour la conservation du sucre tel que le durcissement durant le stockage et l’expédition.
Le sucre est donc envoyé vers le sécheur pour réduire son humidité à 0,05% et sa température à 35 °C. Généralement, le séchage et le refroidissement se font dans un même appareil, sauf, pour les sécheurs tambours rotatifs.
Cependant, après séchage, le sucre n’atteint pas son état d’équilibre, il passe par une période de maturation durant laquelle il perd d’avantage de son humidité et de sa température (transport et conditionnement).

Table des matières

INTRODUCTION
CONTEXTE DU PROJET
PREMIER PARTIE : BIBLIOGRAPHIE
CHAPITRE I : PRESENTATION DE LA COSUMAR
I- Historique
II- Fiche technique
III- Organigramme de la COSUMAR
IV- Données générales
CHAPITRE II : LES ETAPES DE RAFFINAGE DU SUCRE BRUT
I- LE SUCRE BRUT
I.1-Le saccharose
I.2- Les cendres
I.3- Les sucres réducteurs
I.4- Le non sucre
I.5- L’eau
II- LE RAFFINAGE DE SUCRE BRUT
II.1- Réception et stockage du sucre brut
II.2- Affinage
II.3- Epuration
II.4- Décoloration
II.5- Evaporation
II.6- Cristallisation
II.6.1-Cuisson
II.6.2- Malaxage
II.6.3- Essorage
II.7- Séchage et refroidissement
II.8- Stockage dans les silos
II.9-Bas produits
CHPITRE III : LA CRISTALLISATION
I- INTRODUCTION
II- GENERALITES
II.1-Solubilité du saccharose
II.2- Saturation et sursaturation
III- MECANISME DE LA CRISTALLISATION
VI- FACTEURS INFLUENTS SUR LA CRISTALLISATION
CHAPITRE IV : LA FILTRATION CENTRIFUGEUSE
I- INTRODUCTION
II- FORCE CENTRIFUGE
III- PRESSION CENTRIFUGE DE FILTRATION
VI- LES ETAPES D’UN CYCLE D’ESSORAGE CENTRIFUGE
V- DIFFICULTES DE SEPARATION LIEES AUX PRODUIT A TRAITER
CHAPITRE V : LES PLANS D’EXPERIENCES
I- LES ORIGINES
II- BUT DES PLANS D’EXPERIENCES
III- NOTION D’ESPACE EXPERIMENTAL
IV- LE MODELE DE L’EXPERIMENTATEUR
V- DEMARCHE METHODOLOGIQUE
DEUXIEME PARTIE : MATERIELS ET METHODES
I- ANALYSE DE SUCRE BLANC
I.1- Détermination de la coloration de sucre blanc
I.2- Détermination de l’humidité
II- ANALYSE DES EGOUTS
II.1- DETERMINATION DE LA MATIERE SECHE OU BRIX
II.2- DETERMINATION DE TAUX DE CENDRES
II.3- DTERMINATION DES SUCRES REDUCTEURS
III- PLANS UTILISE POUR L’EXPERIMENTATION
TROISIEME PARTIE : RESULTATS ET DISCUSSION
CHAPITRE I : DESCRIPTION DE L’ATELIER DE CRISTALLISATION
I- APPARIELLAGE
II- FONCTIONNEMENT DES TURBINES DISCONTINUES
III- FACTEURS INFLUANҪANT LE FONCTIONNEMENT DES TURBINES
CHAPITRE II : ETUDES DES TURBINES DISCONTINUES
I- CRIBLAGE DES FACTEURS
I.1- Caractéristiques du plan de criblage
I.2- Résultats du plan de criblage et discussion
CONCLUSION
II- MODELISATION DU FONCTIONNEMENT DES TURBINES
II.1- Caractéristiques du plan de modélisation
II.2- Résultats du plan de modélisation
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES &WEBOGRAPHIQUES
ANNEXES

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