Séminaire animé à la Raffinerie.pdf

1INITIATION LA TECHNOLOGIEDE RAFFINAGE DU SUCRE

Sminaire anim la Raffinerie les 22 et 23 Fvrier 2010

2Desucreur

Vide

3PLANI. HISTOIRE DU SUCREII. PLANTES SUCRIERESIII. RAPPELS DES NOTIONS THEORIQUESIV. PRESENTATION SUCCINCTE DE PROCESS DE

1. a. Sucreries de canne1. b. Sucreries de betterave2. Mode dpuration du jus, sirop et de la refonte3. Cristallisation

V. PROCESS RAFFINERIE1. Schmas de fabrication2. Rception & stockage du sucre roux3. Affinage4. Refonte5. vaporation6. Ateliers des hauts produits et des bas produits7. Schage & stockage du sucre8. Bilan succinct Rendement & pertes

4I. HISTOIRE DU SUCRE

5I. Histoire du sucre

Le sucre a une tymologie indienne : SARKARA donnant naissance toutesles versions dans les langues indo-europennes ;

* en arabe : SUKKAR* en latin : SACCHARUM* en italien : ZUCCHERO* en turc : SEKER* en allemand : ZUCKER* en anglais : SUGAR

6I. Histoire du sucre

La canne sucre tait connue et utilise ds la plus haute antiquit par les habitants du golf deBengale.

Les peuples doccident apprirent lexistence de la canne sucre 325 ans avant Jsus Christ.

Lorient tait le plus grand fournisseur de sucre du monde occidental.

Lindustrie europenne du raffinage a commenc partir du milieu du XVe sicle (pain).

Lindustrie sucrire au Maroc a dmarr au Xe sicle. Elle a connu son apoge en XVIe sicle et taitluvre des Saadiens. Extinction de cette industrie suite la raret de la main duvre et laconcurrence suite la dcouverte de lAmrique.

La culture de la betterave sucrire a commenc ds 1745 lpoque de la France Napolonienne .

Actuellement la canne reprsente plus de 75% de la production mondiale de sucre.

Pendant le protectorat, les besoins en sucre du Maroc taient couverts 100 % par 3 raffineries:COSUMA, OIM (1939-1982, CAAMSA 1950-1997).

Anne 1963 dmarrage de la premire sucrerie de betterave Sidi Slimane.

De 1963 1984 construction de 10 sucreries de betterave et 3 sucreries de canne sucre.

8I. Histoire du sucreRaffinerie de COSUMAR

Fonde en 1929 par la socit Saint-Louisde Marseille sous le sigle COSUMA.

En 1967, lEtat marocain devientactionnaire 50% du capital de COSUMAdo le nom COSUMAR.

En 1985, prise de contrle du capitalCOSUMAR par le Groupe ONA etintroduction en Bourse.

En 1993, fusion de la raffinerie avec lessucreries de Doukkala (Sidi Bennour &Zemamra).

2005, acquisition des 4 socits sucriresex publiques SUTA, SUNABEL, SURAC etSUCRAFOR. Extension de sidi bennour 15000tb/j.

9GROUPE COSUMAR

COSUMAR, Filiales

Lgende :Sucreries de COSUMAR SARaffinerie de COSUMAR SA

SUTA

SURACSUNABEL

SUCRAFOR

COSUMAR

Lgende :Sucreries de COSUMAR SARaffinerie de COSUMAR SASUTASURACSUNABELSUCRAFOR

Agences commerciales

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I. Histoire du sucre

Raffinerie de COSUMAR

Production en 1931 :100 T/jour

Production actuelle 2009-2010 :2400 2500 T/jour

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I. Histoire du sucreRaffinerie de COSUMAR

12

I. Histoire du sucreRaffinerie de COSUMAR

13

Sucre de betterave :

tats unis 4332 MTFrance 4313 MTAllemagne 4120 MTPologne 2117 MTRussie 2063 MTTurquie 1989 MT

Sucre de canne :

Brsil 26 359 MTInde 15 000 MTChine 10 250 MTThalande 7281 MTMexique 5343 MTAustralie 5315 MT

I. Histoire du sucrePrincipaux pays producteurs (2006 - 2007)

volution de la production mondiale en MT sucre brut : partir de la canne partir de la betterave

1960 31176 242662004-2005 108177 35454

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Swaziland : 91 Kg/ha/an

Union europenne : 37,2 Kg/ha/an

France : 36,8 Kg/ha/an

Maroc : 32,3 Kg/ha/an

tats unis : 27,9 Kg/ha/an

Chine : 7,8 Kg/ha/an

Consommation mondiale de sucre (kg/ha/an : 1900 : 5.1 et en 2008 : 21

I. Histoire du sucreConsommations spcifiques en sucre

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II. PLANTES SUCRIRESII. 1. NOTIONS EN BOTANIQUE

Une plante comprend une partie souterraine et une partie arienne.

Partie souterraine : racine principale do partent des racines secondaires terminespar des coiffes.

Partie arienne : tige ou plusieurs qui portent des feuilles attaches par des ptaleslimits par des nuds. La coloration verte est due la prsence de la chlorophyllebrute.

Chlorophylle A (vert-bleu )Chlorophylle B (vert)Xanthophylle (jaune)Carotne (provitamine A) (orange)

Chlorophylle brute

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Dans les plantes, les glucides tels que les sucres, lamidon ou la cellulose sont forms parphotosynthse.

Lnergie solaire est capte par lintermdiaire de la chlorophylle et assimile par la planteafin de couvertir lnergie lumineuse en nergie chimique conformment aux quations :

6nCO2 + 5nH2O + hn (C6H10O5)n + 6O2

Gaz carbonique + eau + lumire amidon + oxygnesels minraux

6 CO2 + 6H2O + Energie C6H12 O6 + 6O2

C6 H12 O6 + C6 H12O6 + Lumire C12H12 O11 + H2O

II. Plantes sucrires

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Conclusion :

Une plante verte puise du sol, laide de ses racines leau et les substancesdissoutes pour former la sve brute. Celle-ci se mlange au sucre pour donner lasve labore ou nourricire qui permet la plante de grandir et de sedvelopper.


En gnral :

Dioxyde de carbone + eau composs organiques + oxygne

CO2 + H2O Ex : saccharose + O2C12 H22 O11

nergielumineuse

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Cycle de production des plantes fleurs

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Betterave sucrire

Canne sucre

20


Betterave sucrireFonction Chlorophyllienne

21

II. 2. BETTRAVE SUCRERIELa betterave est une plante bisannuelle. La phase vgtative dure toute la premire anne.La racine senfonce dans le sol, le bouquet foliaire se dveloppe, le sucre form saccumule dans

la racine.

La phase reproductrice saccomplit normalement la deuxime anne.Pour extraire le sucre quelle contient, on la rcolte la premire anne (220 240 jours aprs la

leve).

II. 3. CANNE A SUCRELa canne sucre est une plante vivace qui vit plusieurs annes. Le cycle complet de la canne, de

plantation plantation, dure 3 6 ans en moyenne.

La premire rcolte de cannes (canne vierge), consistant couper les tiges aussi prs quepossible du sol, a lieu selon les cas : 12, 15 ou 18 mois aprs la plantation. La rcolte aprs lesrepousses se fait nouveau 12 mois aprs.

Le sucre form saccumule dans la tige.


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III. 1. COMPOSITION DES JUS SUCRS (S, NS, Bx, )

III. 2. CHIMIE GENERALITS -III. 2. 1. Structure de la matireIII. 2. 2. AlcalinitIII. 2. 3. Notion de pHIII. 2. 4. Chimie organiqueIII. 2. 5. Saccharose

III. 3. CHALEUR ET TEMPRATURE

III. RAPPELS DES NOTIONS THORIQUES

23

III. Rappels des notions thoriques

III. 1. COMPOSITION DES JUS SUCRS

A Tout produit sucr (jus) est la somme de :SUCRE + NON SUCRE + EAU

Ou

S + N S + E

S + NS = MS (Matire Sche) = Bx (Brix)

Bx = X 100MSMS + E

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Produits purs et produits impursnotion de Puret

Un produit pur est un produit qui ne contient que dusucre.

Un produit impur est un produit qui contient du sucre etdes non sucres.

Il est donc important, tout au long de la fabrication, depouvoir exprimer par un nombre, la puret des diffrentsproduits.

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Puret : c'est le poids du sucre en grammes contenu dans 100 grammesde matires sches du produit.

Puret =

P = x 100

X 100 X 100

Sucre X 100Brix

P = Polarisation X 100Bx

SS + NS

P = Pol X 100MS

P = S100 - Eau P =S

100 - E

S = P100 - PX NS NS = 100 - PP

X S

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Le sucre est dtermin par polarimtrie, appele galement saccharimtrie(carbone asymtrique).

Le pouvoir rotatoire du sucre = a = 66,59D : longueur donde de la raie D de sodium (589,4 nm 20C).

Le Brix est dtermin par rfractomtrie (par mesure de lindice de rfraction) :Sin i = n . Sin r

i : angle de rayon incidentr : angle de rayon sortantn : indice de rfraction, dpend de la longueur donde et de la temprature.

La dtermination par dessiccation tant trs lente. Le Brix dtermin pardensimtrie ou degr baum est bas sur le principe dArchimde (287-212 av JC).

20

D

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Brix = (Baum 2,3) X 2 15C ( T > 15C, ajouter 0,05 B/C)

Densit (15C/4C) =

Les non sucres totaux sont calculs par diffrence (NS = Bx S) Les non sucres minraux sont dtermins par la mesure de la

conductivit :

K = = X

La dtermination des cendres par incinration tant trs lente.

143,5143,5 - Baum

1r

1R S

L

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Exemple de calcul de puretDonnes :Sirop (jus pur concentr)

Sucre S : 65 grammes % grammes de sirop

Brix Bx : 70 grammes % grammes de siropNon Sucre NS : 5 grammes % grammes de sirop

Eau E : 30 grammes % grammes de sirop

Puret P = 92,86 %

A Dans 100 grammes de matire sche en solution, il y'a 92,86g desucre, le reste soit 7,14 g reprsente les non sucres % matire sche.

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Considrons 5 produits diffrents contenant tous la mme quantit d'eau, soit50 grammes d'eau pour 100 grammes de chaque produit et des quantitsdiffrentes de sucre et de non sucre :

Calcul0100908050PuretAnalyse5050505050BrixCalcul50051025Non SucreAnalyse050454025SucreCalcul5050505050Eau

EDCBA DterminationProduits

Calcul0100908050PuretAnalyse5050505050BrixCalcul50051025Non SucreAnalyse050454025SucreCalcul5050505050Eau

EDCBA DterminationProduits

Influence de l'eau sur la puret

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A On observe que ces 5 produits ont tous le mme Brix (% MS), mais leurspurets varient de 0 100% suivant la proportion entre sucre et matiresche.

On peut donc noter une chose trs importante :

LA QUANTIT D'EAU N'INTERVIENT PAS DANS LE CALCUL DE LAPURET

Donc la puret d'un produit ne change pas quand on le dilue, ni quand on leconcentre.

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III. 2. CHIMIE - GNRALITS

III. 2. 1. Structure de la matire

32


33


III. 2. 2. Alcalinit

Lpuration du jus sucr (refonte cas raffinerie) est dite Calcocarbonique. Utilisation dela chaux pour liminer les impurets (non-sucre) et neutralisation de lexcdent dechaux par le gaz carbonique, en formant des boues qui compltent lpuration parladsorption des non sucres et colorants facilitant ainsi la filtration.

La quantit de chaux continue dans le sirop sappelle LALCALINIT.

Cette alcalinit sexprime en : g de chaux/l de sirop

Raction de neutralisation utilise pour le dosage de lalcalinit :ACIDE + BASE SEL + EAU + CHALEURH2SO4 + Ca0 CaSO4 + H2O

Raction de neutralisation en carbonatation :

H2CO3 + Ca(0H)2 CaCO3 + 2H2O

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III. 2. 2. Alcalinit

Lait de chaux :CaO + H20 Ca(OH)2Chaux vive Eau Chaux teinte

La chaux est dtermine par titrage acidimtrique. On peut galement connatrela quantit de chaux du lait de chaux par la mesure de sa densit ou de sondegr Baum.

Chaux totale (g CaO/l) = densit X (1000 X densit 973)

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H20 H+ + 0H-

2H20 H30+ + 0H-

Loi daction de masse : [OH-] . [H+]K = = 1,8 10-16

[H2O]

[0H-] . [H+] : produit ionique de leau

III. 2. 3. Notion de pH


[OH-] . [H+] = 1,8 10-16 * 1000 = 10-1418

-log [H+] = -log 10-7

-log [H+] = pH = 7

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Le pH est mesur de deux faons :

1) Mthode lectrochimique (pH-mtre) :Le pH dune solution aqueuse est mesur avec un pH-mtre utilisant la relationentre f.e.m. dune pile hydro-lectrique et le pH de la solution qui constituellectrolyte de cette pile. Lappareil est gradu directement en pH et en mV .

2) Mthode colorimtrique (indicateurs colors) :Un indicateur color est un corps organique ayant gnralement les propritsdun acide faible ou dune base faible et dont la molcule et lion spcifique ontdes couleurs diffrentes.Les mesures du pH sont effectues 20C.

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III. Rappels des notions thoriquesIII. 3. CHALEUR ET TEMPERATURE

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TempratureLa notion de temprature son origine dans la sensation de chaud ou

froid.Lobservateur donne simplement lide que le corps est un certain

niveau thermique.Pour attacher ce niveau thermique un nombre, on utilise les phnomnes

de dilatation, de rsistance lectrique, de production de courantlectrique dans une soudure.

Les deux rfrences le plus gnralement utilises comme repres sont, la pression atmosphrique :

0Celsius ou centigrade: temprature de la glace fondante (mlange eau glace)

100C : temprature dbullition de leauLe degr centigrade est la centime partie de lintervalle 0 100.Les pays Anglo-Saxons utilisent le systme Fahrenheit, glace fondante +

32 F, vapeur deau bouillante + 212 F. Le zro absolu :Cest la temprature la plus basse laquelle on peut descendre quivaut

moins 273.14C.

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Temprature absolue : Cest la temprature compte partir du zro absolue. Elle est

exprime en degrs Kelvin (K) et elle est gale la tempraturecentsimale laquelle on ajoute 273.14 C.

TK = tC + 273.14 Relation entre tC, tF et TK :[(K 273.14) / 100] = [C / 100] = [(F 32) / 180]Ces tempratures sont valables aux conditions normales ; c'est--dire la

pression atmosphrique de 760 mm Hg. La temprature dbullition augmente quand la pression augmente. PressionLa pression est le rapport dune force et de lunit de surface sur laquelle

elle sexerce. P = F / S avec F force en Newton = M x et S surface en m2 1 N/ m2 = 1 Pascal

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Pression atmosphrique : Cest la pression exerce par la couche gazeuse que constitue

latmosphre sur lunit de surface. Cette pression au niveau de la mer est gale celle dune colonne

de mercure de 76 cm de hauteur : on lappelle pression normale,elle est quivalente la pression de 10.33 m de colonne deau etvaut 1.033 kgf/cm2 = 13.6 densit de mercure x 76 cm.

1 atmosphre = 1.033 kgf/cm2. Pression effective pression relative pression absolue

Quand la pression est exprime par rapport au vide absolu, on parle depression absolue

Quand la pression est exprime par rapport la pression atmosphrique,on parle de pression relative ou effective

On passe de l'une l'autre en retranchant ou ajoutant la valeur de lapression atmosphrique, exemple : 3 bars eff. 4 bars abs.

Pression relative ou manomtrique = pression absolue 1.033 Le vide est souvent exprim en pression relative,

exemple : vide de 650 mm Hg = 0.147 bar abs

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Relation entre temprature et pression de vapeur sature sche : Formule empirique : Elle exprime la pression dbullition de leau en fonction de la

temprature dbullition: (pression absolue et tc) Courbe de saturation de la vapeur deau Formule de Duprray pour vapeur sature pour des tempratures

comprises entre 100 et 250 C.P (bar abs) = 0.981 x (tc / 100)4 Lapproximation est denviron 0.03 bar.

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Formulation mathmatique (par J. Genotelle) Vapeur sature sche, pression absolue en bars.

11.727 x (tc 99,63) LN p = ----------------------------------

228.42 + tcEt

1168.4 + 228.42 LN p tc = ----------------------------------

11.727 - LN p Elle donne une prcision trs suffisante pour les calculs techniques

(carts avec la table de 0 0.2 c pour la plage de 0 65 bars. Au-del0.37 c pour 80 bars et 0.8 c pour 100 bars.

Donner la temprature en c dune vapeur deau sature 2.5 bars : Par la formule empirique p = 0.981[t/100]4 4 log 0.981t = log pt = 125.7/0.981 = 128 c Par la formule mathmatique : t = 127.4 = temprature donne par la

table de la vapeur deau sature. (tables ci-joint).

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Quantit de chaleur Nous relions la notion de temprature la sensation de chaud ou de

froid, c'est--dire la notion de chaleur. Lchange de chaleur (perte ou consommation) est directement li la

variation de temprature. Cet change se mesure en calories. Donc la chaleur est lnergie capable de produire des variations de

temprature, de changement dtat physique et la transformation duncorps.

Elle se mesure par une unit appele la calorie.La calorie est la quantit de chaleur quil faut fournir 1 gramme deau

pour lever sa temprature de 1c (entre 14.5 et 15.5c). 1 gr deau tc + 1 calorie = 1 gr deau ( t + 1)c Chaleur massique ou chaleur spcifique :(Csp) La chaleur massique dun corps est la quantit de chaleur ncessaire

pour lever de 1C ou 1K la temprature de lunit de masse 1 Kg dece corps (fluide). Cette quantit de chaleur est diffrente suivantchaque corps et son tat physique.

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Dans les conditions normales : Csp de leau = 1 en cal/g.C, de la glace = 0.5, la vapeur deau = 0.46 Csp du sirop 72 brix = 0.57, la masse cuite 93 brix = 0.35 Elle est exprime galement en Kcal / Kg. C, en thermie / tonne. C

ou en kJ/kg. C. Donc la quantit de chaleur reue ou cde par un corps quelconque :Q (cal) = m (gr) x Csp (cal/gr.c) x t (c) Chaleur sensible = chaleur provoquant une variation de temprature. Chaleur latente = chaleur provoquant le changement dtat physique

dun corps pour une pression et une temprature donne. Enthalpie en kcal/kg de leau et de la vapeur deau = chaleur totale

contenue dans un kg deau ou de vapeur, compte partir du 0C etsous la pression P.

Entropie en kca/kg.C= grandeur qui permet dvaluer la dgradationde lnergie dun systme.

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- Transmission de Chaleur : La chaleur peut se transmettre de trois faons :

Par conduction (propagation lintrieur du corps): il y a transfertpar conduction lorsque la chaleur se propage lintrieur de lamatire sans quil y ait dplacement de particules de matire lesunes par rapport aux autres.

Loi de Fourier: flux de chaleur traversant un matriaux : = K.(S/e).Tm : Kcal/h ; K: coefficient conductibilit thermique; S: section du

matriau en m2 ; e: paisseur en m; T m : diffrence moyenne deTC Par rayonnement (propagation dans lespace)

Loi de rayonnement : la quantit de chaleur mise par une surfacequelconque pendant lunit de temps est : = . . S. T4

: constante de Stphane; : pouvoir messif entre 0 et 1;S: surface de lmetteur. T: temprature de lmetteur en K.

Par convection (propagation travers une paroi de la chaleur unfluide circulant contre cette paroi).

Implique le mouvement des particules les uns par rapport aux autres. Ondistingue la convection libre et la convection force.

Loi de Newton: = h S (T1 T2); h : coefficient dchange parconvection.

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III. 2. 4. Chimie organique


C Constituant universelH Presque toujours prsent

O Trs frquentN Frquent

Cl, S, P, lments raresMtaux lments exceptionnels

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Formule brute du SACCHAROSE : C12H22011Formule dveloppe du SACCHAROSE :

III. 2. 5. Le saccharose

OO O

CH2OH

H

H

H

H

HH

H

CH2OHCH2OH

H

OHOH

OHOH

OH

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2-5-1- Proprits physico-chimiques du saccharose

Aspect: Corps solide blanc et brillant. Il cristallise ltat pur enprismes rhombodaux (base en forme de losange).

Solubilit dans leau: la solubilit est exprime par le rapport S/E. Lasolubilit est caractrise par un coefficient de sursaturation K. Cestune valeur qui mesure le sucre soit en excdent ou en manque parrapport la saturation. En milieu pur et pour une temprature donneK= S/E solution / S/E de la solution sature pure. Pour K 1 = solutionsursature. La solubilit dpend de la temprature et de la puret de lasolution.(voir chapitre cristallisation). Pour les solutions impures onintroduit un coefficient de saturation not C, cest un correcteur de lasolubilit du saccharose suivant la qualit des non sucres (leur pouvoirmlassigne). C= S/E sol sature impure/S/E solution sature pure.

52

Exemple : Dire que la solubilit du sucre 20 C est de 2.0, signifie quune partie

deau dissous deux fois son poids de sucre. Autrement dit : 100 gr deau, dans un rcipient, maintenue 20 C ne peuvent

dissoudre au maximum que 200 gr de sucre. La solubilit varie avec latemprature et croit rapidement avec elle. A 40 C, par exemple, 1 Kgdeau est susceptible de dissoudre 2.345 Kg de sucre pur ; 80 C :3.69 Kg.

Cas dune solution pure : (ci-joint les tables de solubilit en solutionpure et impure)

La solubilit donne par le laboratoire est de S / E = 2.885 Brix de la solution pure = sucre [S / (100 S)] = 2.885 do brix = 74.26 80 c le S / E saturation est de 3.69 (table de vavrineck) Etat de la solution : K = [2.885 / 3.69] = 0.78 donc la solution est sous

sature. 40 c le S / E saturation est de 2.345 Etat de la solution : K = [2.885 / 2.345] = 1.23 donc le K de la solution

est > 1 la solution est sur sature.

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On arrive la sur saturation soit par vaporation de leau : cas descuites, ou par refroidissement de la solution : cas de malaxeurs et desemplis, ou par vaporation et refroidissement : cas de malaxeurs sousvide.

Quantit deau vaporer pour arriver un K de 1.1 pour pouvoircristalliser le sucre :

[(S/E) / (S/E) 0]= 1.1 S/E = 3.69 x 1.1 = 4.06 = 80.23 de brix Eau vapore = 100[(80.23 74.26) / 80.23)] = 7.74 %. Parmi les auteurs qui ont tabli des formules ou des tables de solubilit

nous citerons : VAVRINECK (1962) : a recalcul la table de KAGANOV suivant la

formule : (Formule utilise par GTS). S = 64.447+ 0.0822 x t+ 0.16169 x 10-2 x t2 0.1558 x 10-5 x t3

0.463 x 10-7 t4 S = sucre en brix poids t = en degrs centigrades

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Classification des non sucres : Les non sucres qui ne se lient ni leau ni au saccharose Les non sucres qui se lient leau Les non sucres qui se lient au saccharose Les non sucres qui se lient leau et au saccharose Les NS indiffrents : pas dinfluence sur la solubilit, ex : Fructose Les NS mlassignes ngatifs : diminuent la solubilt, ex : sels de

magnsium, calcium, glucose. Les NS mlassignes positifs : augmentent la solubilit, ex : les sels de

soude et de potassium. Relation de Wagnerowski : (test dpuisement de la mlasse = test

Polonais) Ksat = a x (NS/E) + b Pour des NS/E compris entre 1.6 et 5. Les coefficients a et b sont lis la nature des NS.

55

A.N Prenons un sirop de composition suivante : Brix = 70 - Polarisation = 65 - Puret = (65/70) x 100 = 92.85 Eau = 100 70 = 30 - S/E = 65 / 30 = 2.17 Et supposons le 80 C (les cuites sont sous vide), quel est ltat de

saturation de ce sirop ? Consultons la table de Grut donnant la solubilit des solutions sucres

impures Pour la puret de 92.85 et 80C la solubilit est gale 3.73 kg de

sucre pour un kg deau. On a 2.17. On est sous-sature : 2.17/ 3.73 =0.58

Il faut amener ce sirop pour cristalliser une saturation de : Comment ? combien ? Evaporer de leau pour, par exemple, arriver une saturation de 1.1. Pour la saturation = 1 il faut S/E = 3.73 Pour la sursaturation = 1.1 il faut 1.1 x 3.73 = 4.103 Il faut donc que le nouveau S/E devienne 4.103

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Est-ce que la puret change quant on vapore de leau ? NON Donc P = (S/Bx) x 100 = 92.85 - S= (P x Bx) / 100 - S = (92.85 x Bx)

/ 100 S = 0.9285 Bx - Et S/E = 4,103 donc S / (100-Bx) = 4.103 Donc : 0.9285 x Bx /(100-Bx) = 4.103 - 0.9285 Bx = 410.3 4.103 Bx Bx = 410.3 /(0.9285+4.103) = 81.54 - S = 92.85 x 81.54 / 100 = 75.71 E = 100 81.54 = 18.46 - S/E = 75.71/ 18.46 = 4.103. Maintenant le sirop est sursatur et on peut cristalliser du sucre. Combien deau a-t-on enlev pour 100 kg de sirop ? 100 kg de sirop 70 Bx il y a 30 kg deau. Pour obtenir 81.54 Bx il y a 18.46 eau pour 100 kg du sirop concentr

et pour 81.54 kg de matires sches (MS). Il ny en a que 70 kg de MS, donc pour 70 kg de MS : 70x18.46/81.54

= 15.85 deau. Il faut vaporer : 30 15.85 = 14.15. (Voir paragraphes vaporation et

cristallisation pour leau vapore et pour la cuisson).

57

Suite proprits physico-chimiques du saccharose

Cristallisation: On peut concentrer une solution sucre et lamener ltat de sursaturation sans quelle cristallise. Si lon introduit alorsdans la solution un cristal de sucre, celui-ci dclenche la cristallisationde lensemble de la solution (procd employ au cours de lafabrication du sucre, voir paragraphe cristallisation).

Fusion: Chauff lentement sec, le saccharose commence fondrevers 160 C. Par refroidissement brusque, on obtient le sucre dorge. Silon continue lexprience, il devient du caramel (ramollissement etcoloration brune). Vers 190 C, il brle en se dcomposant en acidecarbonique, en acides organiques.

Finalement il reste un carbone amorphe noir et brillant : le charbon desucre .

Ds le stade de caramlisation, le sucre perd son tat cristallode pouracqurir des proprits collodales la transformation nest plusrversible. La chaleur libre lors de la combustion dune mole desaccharose est de 5647 kJ, soit 16.49 kJ par gramme de saccharose.

58

Chaleur spcifique La chaleur spcifique Cp est calcule pour les cristaux de saccharose

en fonction de la temprature partir de lquation dAnderson (1950). Cp = 1.1269 + 4.524 x 10-3 x t + 6.24 x 10-6 x t2

Activit de leau et humidit relative dquilibre .On dfinit sous le terme Activit de leau (Aw), le rapport de la

pression de vapeur de leau dans une substance donne la pression devapeur de leau pure la mme temprature. Par convention, lactivitde leau pure est gale 1.0. Lactivit de leau correspond un tatdquilibre entre le produit et lair qui lentour. Dans ce cas, lhumiditrelative dquilibre (HRE) est relie lAw par la relation : HRE = Awx 100.

Si du sucre est mis dans une atmosphre ayant une humidit relativeplus faible que son humidit relative dquilibre (HRE), il va avoirtendance se desscher. Sil est mis dans une atmosphre humiditrelative plus grande, il va shumidifier. La teneur en eau du sucre blanccristallis est fonction de son HRE, cest lisotherme de sorption devapeur deau du saccharose. Ainsi pour un sucre blanc granul 0.02% dhumidit, lair ambiant doit avoir une hygromtrie de 60% et 20C..

59

Qualits organoleptiques La saveur sucre prend comme rfrence le sucre saccharose,

qui on donne la note 100 units sucrantes. Pouvoir rotatoire

Le saccharose a la proprit de dvier le plan de la lumirepolarise vers la droite, cest une substance dextrogyre. Lepouvoir rotatoire dextrogyre du saccharose est :

20 / D = + 664 Par hydrolyse le saccharose donne un mlange quimolculaire

de fructose ( D = - 92) et de glucose ( D = + 52). Lasolution de saccharose qui tait dextrogyre devient lvogyre D= - 21. On a eu une inversion du pouvoir rotatoire.

60

Granulomtrie (mesure de la rgularit du grain). Le sucre se prsente sous diffrentes formes granulomtriques,

chacune adapte aux multiples besoins des industriesutilisatrices.

La granulomtrie est exprime au moyen de deux chiffres : Louverture moyenne qui caractrise la dimension moyenne des

cristaux en mm (OM) et le coefficient de variation (CV) quicaractrise la dispersion des cristaux autour de cette valeurmoyenne.

Un bon grain a un CV -avant tout tamisage- compris entre 25 et30, au-del la granulomtrie est trs mauvaise, et si le CV arrive 40 il est impratif dagir sur les paramtres de cristallisation.

Les cristaux fins et les agglomrats de cristaux fabriqus aucours de la cuisson et en malaxage entranent une faible qualitdu sucre (CV, coloration, aspect et les cendres, en plus desproblmes au niveau essorage et schage).

61

Elvation bullioscopique abaissement cryoscopique La temprature dbullition des solutions sucres augmente avec le brix. Elvation du point dbullition de leau : Leau pure bout 100 C la pression atmosphrique.A haute altitude, la pression atmosphrique est rduite et la temprature dbullition baisse.Ex : 4810 m daltitude leau bouillie 82 C. La temprature dbullition augmente avec laugmentation de pression. Elvation du point dbullition dune solution sucre :En cristallisation ce nest pas leau qui bout mais du sirop. Ainsi une solution sucre pure

70 brix bout 105 C la pression atmosphrique, et 94 brix elle devrait bouillir 127C, mais cest par le vide quon ramne cette temprature 75 - 90 C selon le jet decristallisation et selon leffet de lvaporation pour ne pas dgrader le sucre.

Elvation bullioscopique en fonction du brix et de la temprature (T): Pour de purets > 92. Formule de GTS (groupement technique sucrier France).

(t + 273) 2.404 x Bx TC = --------------------------- x 10-6

92.7 1.06 Bx On peut calculer de mme labaissement cryoscopique (point de conglation), les

solutions sucres abaissent le point de conglation suivant leur brix. Ex brix de 40,TC = 4.6.

62

Masse volumique La masse volumique du cristal de sucre est denviron 1.6. Elle varie

avec la temprature raison de 0.00017 kg/dm3. C. La densit apparente du sucre granul est assez variable suivant la

forme et la rgularit des cristaux. Elle varie gnralement de 800 900 e g/dm3. Par vibration pendant le remplissage, on peut obtenir untassement de 10 20 % qui modifi alors les valeurs ci-dessus dansune proportion correspondante.

En tas conique ou prismatique, on peut grossirement compter 1 % depoids en plus, par rapport au sucre sans pression, par 10 m de hauteurtotale du tas. En moyenne on compte 0.7 1.8 % pour 10m, 1.3 3.2% pour 20 m.Contraction

Quant on dissout du sucre dans de leau, ou quon dilue une solutionsucre, le volume de la solution rsultante est toujours infrieur lasomme des volumes des composants.

Dans le cas des solutions de sucre pur, cette contraction seraitmaximale pour une concentration de 57.3 % et atteint alors 10.3 cm3par litre (soit environ 1 %).

63

- Proprits chimiques du saccharose

Inversion du sucre La molcule de saccharose se compose de deux parties runies par un

pont doxygne. Cest le point faible de la molcule. Ce pont peut se rompre par action

de : Ferment : invertase (au stockage) Acidit : en fabrication, en cas de baisse de pH. (hydrolyse acide,

sous laction combine de la temprature). La destruction du sucre est irrversible, elle se nomme inversion .

Les produits obtenus se nomment sucre inverti . SACCHAROSE + EAU GLUCOSE + FRUCTOSE C12 H22 O11 + H2O C6 H12 O6 + C6 H12 O6 Les composs dinversion du sucre (glucose et fructose) peuvent se

dgrader en donnant des colorants appels : produits de dgradationalcaline des hexoses. (PDAH)

La raction dinversion est fonction de : Temprature - pH - temps desjour.

64

Fermentation Le saccharose est fermentescible par des levures, en absence

doxygne et aprs hydrolyse (en prsence dion H + catalyseurou invertase).

C12 H22 O11 + H2O 2 C6 H12 O6 C6 H12 O6 2 CO2 + 2 (C2 H5 OH) Glucose ou fructose gaz carbonique alcool thylique Au cours du process le sucre est susceptible de subir sous

laction de micro-organismes, un certain nombre defermentations, alcoolique, lactique, butyrique, actique, etc.Signalons ce niveau le danger du leuco nostoc mesenterodequi produit du dextrane qui pose des problmes de filtration etde viscosit.

65

Caramlisation Un chauffage non contrl du sucre mne au dveloppement dune

coloration jaune bruntre dont lintensit va en croissant avec latemprature de chauffage.Les produits de dcomposition sont desCaramels.

Les carmels sont nuisibles par leur coloration en plus du sucre perdu.Raction de Maillard

Les ractions de Maillard doivent leur nom au mdecin et chimisteLouis Camille Maillard. La raction de Maillard est la raction dunsucre rducteur avec un groupement - amin. Ses tapes sontcomplexes et aboutissent la formation de composs carbonyls trsractifs (furfurals, rductones ), ainsi que des mlanodines (despigments polymres bruns ou noirs insolubles, de poids molculairelev (jusqu 5000). Cette raction recherche par certaines industriesalimentaire (la crote du pain, larme des cafs torrfis, du malt)entrane des dgradations importantes du sucre, des dbordements aveclvation de temprature et le risque dincendie. La cintique de laraction de Maillard dpend de plusieurs facteurs : la nature des sucresrducteurs, des acides amins, le pH, la temprature et la teneur en eau.

66

Infection microbienne : L'infection microbienne peut tre l'origine de pertes relativement

importantes souvent mises sur le compte des pertes indtermines.Les micro-organismes susceptibles de se dvelopper sont selon lesmilieux (stockage betteraves, diffusion, eaux sucres, produitsconcentrs .) des micro-organismes msophiles ou thermophiles.

Les msophilesLes micro-organismes msophiles se dveloppent une temprature

optimum situe entre 25 et 40 C avec un maximum situ entre 50 et55 C.

Ce type d'infection est d des levures, des moisissures et des bactries.Ils se dveloppent rapidement en consommant du sucre quand lesconditions leur sont favorables,

Rappel : La microbiologie est la science qui tudie lesmicroorganismes.

Les microorganismes existent ltat de cellule isole ou en groupe.Les dimensions des micro-organismes varient pour les levures de 2 8 microns, pour les bactries de 0.1 8 microns et pour les virus de0.01 0.2 microns.

67

Les virus ne sont pas des microorganismes car ils ne sont pasautonomes. Ils ne peuvent pas se reproduire sans dtourner lamachinerie cellulaire dun autre individu.

Le temps de gnration pour la bactrie Echirichia coli est de 20 mn,soit un taux de croissance de 3 bactrie / heure. Pour la levure letemps de gnration est de 40 60mn soit un taux de croissanceenviron de 1.

Comment distinguer les cellules microbiennes des plantes ou desanimaux ?

Les cellules animales et vgtales sont incapables de vivre ltat isoldans la nature : elles sont toujours l'tat multicellulaire.

On isole des eaux sucres des levures genre saccharomyces, desbactries genre leuco nostoc msentrodes, la temprature optimale dedveloppement de cette bactrie se situe entre 21 et 25 C, certainesespces peuvent se dvelopper une temprature plus leve. Cettebactrie est l'origine de la formation du dextrane polysaccharide trsvisqueux pouvant obstruer les conduites en cas d'infection svre.

68

Le genre lacto bacillus a galement t isol, il comprend un grandnombre d'espces pouvant se dvelopper entre 28 et 62 C. Il produitpar dgradation du saccharose, du CO2, de l'alcool et des acides. Lesacides forms essentiellement sont :

l'acide lactique, l'acide actiqueCes acides donnent avec les ions Na et K des sels trs mlassignes (voir

paragraphe cristallisation). Les thermophilesLes micro-organismes thermophiles peuvent se dvelopper dans tout le

process, car ils rsistent des tempratures relativement leves. Les genres suivants ont t isols:bacillus stearothermophilus: se dveloppe entre 37 et 70 C, produit des

acides et des nitritesclostrodium thermosaccharolytium: se dveloppe entre 56 et 62 C,

produit des acides et des gazclostrodium thermohydrosulfiricum: se dveloppe entre 68 et 70 C,

produit des acides et de gaz.

69

Le dveloppement des bactries est plus important dans les zones faibleconcentration en sucre, avec production de gaz, H2, H2S et d'autresproduits inflammables.L'anarobiose favorise la transformation du SO2 en H2S et le NO3- enNO2-. Les nitrites forms ragissent avec le SO2 pour donner uninidodisulfanate.Ce produit donne avec le potassium un sel insoluble qui co-cristallise avecle sucre, surtout dans les arrires produits o la concentration en potassiumest leve, cette co-cristallisation diminue la qualit du sucre en augmentantsa coloration et sa teneur en cendres.

71

IV. PRSENTATION SUCCINCTE DES PROCESSCANNE - BETERAVE

72

IV. Prsentation succincte des process

Prparation laitchaux

centralechaufferie

Bagasse

Cour canne

Prparation& broyage puration vaporation Cristallisation

purationraffinerie

Canne

Eau

x

Pulp

es

Chaux vive

Lait

CaO

Bagasse

Eaux condenses

Vape

ur

Electricit

Ecu

mes

Con

dens

ats

Sucr

e

Mlasse

IV. 1. a. Schma simplifi du process sucrier de canne

Cristallisationraffinerie

SchageConditionnement

Sucre

CO2Laitchaux

Boue

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Four chauxChaulerie

centralechaufferie

Pressageet

schage

Courlavage

DcoupageDiffusion

EpurationDcalcification

Evaporation Cristallisation

SchageConditionnement

Betterave

Eau propre

Bou

e

Eau

x

Pulp

es

Pierre

Coke

Lait

CaO

CO

2

Fuel

Eaux condenses

Vape

ur

Electricit

Ecu

mes

Con

dens

ats

Sucr

e

Mlasse

IV. 1. b. Schma simplifi du process sucrier de betterave

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IV. 2. Mode dpuration du jus, sirop et de la refonte

Ractions de prcipitation : Acides (carbonique, oxalique, lactique,tartrique, etc.), Cations 2+ et 3+ , Anions (sulfates, phosphates)

Ractions de coagulation : Protines, Saponines, Colorantspolyphnoliques, etc.,

Ractions de dgradation : Amides, Amines, Glucose, etc.

Ractions dadsorption : Colorants, Acides organiques, Produits decondensation.

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Principales ractions chimiques lors de lpuration raffinerie :

SUCRE SACCHARATE CaCO3 + SUCRE

Mat. minrales Sulfates + Phosphates + Alcalins (NaOH, KOH)

Mat. Organiques Acide + ColorantNon azotes dissoutes(rducteurs)

Mat. Organiques Ammoniaque + Sels de chaux solublesazotes dissoutes

Mat. organiques Floculatazotes collodales

CaO

CaO

CaO

CaO

CaO

Adsorb par CaCO3CO2

CO2Adsorb par CaCO3

CO2

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IV. 3. Cristallisation

Dernire tape de purification du sucre. Elle permet de sparer les impuretscontenues dans le sirop.Cette opration est ralise linverse de lpuration calco-carbonique,puisquon limine le saccharose sous forme de cristaux alors que les impuretsrestent concentres dans le liquide pour donner en final une solution rsiduellepuise : la mlasse.La cristallisation est prcde dune vaporation qui permet de concentrer le juspur cas de sucrerie ou la raffinade cas de la raffinerie, jusqu lobtention dunsirop proche de la saturation.Lvaporation a lieu dans des caisses dvaporation multiple effet, souspressions dcroissantes pour viter la dgradation du sucre.

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Donc lvaporation est une concentration de matires sches parlimination deau.

Cette opration se passe dans un appareil o le jus concentrer et lavapeur de chauffage se trouvent de part et dautre dune paroimtallique qui constitue la surface dchange thermique. La vapeur aucontact de cette paroi (faisceau) cde des calories (chaleur latente) et secondense. Le jus la temprature dbullition absorbe ces caloriespour vaporer une partie de leau qui le compose (calandre).

Le calcul dchange de calories montre quen premireapproximation :

1 Kg de vapeur en se condensant vapore 1 Kg deau du jus. Donc vapeur condense = vapeur vapore La conservation de lnergie est assure dans un systme thermique. Production dnergie: la raffinerie a besoin des nergies qui sont la

vapeur et llectricit.La vapeur est produite dans les chaudires vapeur et llectricit estproduite par la dtente de cette vapeur travers les turboalternateurs.

78

Les conditions de temprature, de pression et de qualit deau alimentaireet la vapeur produite sont suivies de trs prs.

79

Schma de principe dune chaudire vapeur.

80


Suite cristallisation: Rappels thoriques

SOLUBILIT : est la quantit de saccharose qui peut tre dissoute pour uneunit de volume deau . La solubilit dpend de la temprature et de la puret dela solution.

Solubilit =

Ksat =

m saccharosem Eaum saccharosem Eau

impure

pureT

ES

Coefficient de saturation :

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SATURATION - SURSATURATION : Une solution de sucre est dite sature une temprature donne lorsque, mise en prsence de cristaux, ces derniers nese dissolvent pas ni grossissent. En dessous de cette concentration en sucre, lasolution est dite sous-sature, les cristaux peuvent se dissoudre.La limite de solubilit peut tre dpasse par refroidissement ou par liminationdeau par vaporation. Le sirop dense peut tre amen ltat de sursaturationselon 3 voies diffrentes. Le sucre est dans ce cas potentiellement cristallisable.

Rappels thoriques

st =m saccharosem Eaum saccharosem Eau

sursature

satureT, P

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La zone de sursaturation se compose de 3 domaines:

Une zone mtastable : la cristallisation a lieu uniquement en prsence decristaux de semence.

Une zone intermdiaire (nuclation htrogne et croissance).Une zone labile : la nuclation a lieu spontanment (nuclation primaire).

ZONELABILE

ZONESOUS SATURATION

zonemtastable

s = 1

s = 1,35Zoneintermdiaire

1

2

3

Courbe de solubilit du saccharose.Sursaturation atteinte parvaporation isotherme (1) ; parrefroidissement (2) ou parvaporation adiabatique (3).

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A La cristallisation en usine est gnralement ralise en trois tapes appeles jets. Si onprocdait en une seule tape, cela donnerait des produits quasi- solides et impossibles vhiculer et sparer. En gnral on se limite un rendement en cristaux de 55 % (% massecuite) en 1er jet et on ralise une cristallisation fractionne en 3 jets.

A Chaque jet se constitue dune phase de cristallisation, de malaxage et de centrifugation.

A On procde laffinage du sucre 3 (lavage lgout) pour rduire le recyclage de NS. en1er jet.

A Le sirop dalimentation du 1er jet est appel liqueur standard ou (LS), il est le rsultat dumlange de diffrents produits.

A Le sirop et les cristaux forms au cours de la cristallisation forment la masse-cuite. Lesirop entourant les cristaux prend le nom deau mre puisquil nourrit les cristaux.

A Lors de lessorage, l eau mre entourant les cristaux devient gout pauvre ou (EP) etleau utilise pour le clairage (lavage) du sucre en centrifugeuse constitue lgout richeou (ER)

84


La cuisson

Phase de concentration : Le sirop est concentr et agit dans de grandeschaudires dites CUITES fonctionnant sous vide partiel.La concentration de la liqueur standard (pied de cuite) est ralise parvaporation jusqu atteindre la zone mtastable. Cette zone est variable selon lejet considr.Pour le 1er jet, la sursaturation est comprise entre 1,0 et 1,1 et entre 1,0 et 1,25 en2me et 3me jet.

85


La cuisson

Grainage : Si lon souhaite la taille des cristaux obtenus, il est ncessaire decontrler le nombre de cristaux forms. Ceci est ralis par un ensemencementde fins cristaux dans le sirop sursatur en zone mtastable, il sagit dugrainage.

En thorie, le nombre de cristaux de semence est le mme que celui la fin de lacristallisation. Les cristaux nont fait que grossir.

Lorsque la sursaturation atteint 1.15, on provoque le grainage par introductiondune quantit de sucre broy bien calibr disperss dans de lalcoolisopropylique. Ce grainage est suivi dune priode dite de maturation (maintiendes conditions de sursaturation) qui dure 2 3 mn afin de permettre larorganisation de la masse cuite.

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La cuissonMonte de la cuite : A mesure que les cristaux grossissent dans la masse cuite,la sursaturation de leau mre diminue. Pour maintenir une sursaturationconstante, on alimente en sirop tout en vaporant vide.

Le serrage : Lorsque la vitesse de cristallisation chute et que la chaudire estpleine on procde la phase de serrage de la cuite. Lalimentation en sirop eststoppe et lvaporation deau est poursuivie.Cette phase de cuisson permet dvaporer leau excdentaire et amliore lerendement en cristaux car il puise leau mre.

Coulage et lavage de la cuite : Lorsque la cuite est vidange, de leau chaudeou de la vapeur est pulvrise sur les faisceaux de lchangeur de chaleur afin denettoyer lappareil.Lensemble du cycle de la cristallisation dure entre 2h00 et 5h selon la taille descristaux forms et la puret de la masse cuite.

87


La masse cuite dont la temprature avoisine 75 85 C la sortie de la cuite estdverse dans un bac de malaxage qui permet une agitation rgulire.

Durant cette priode (30 min 1h), la masse cuite refroidit et les cristauxachvent leur grossissement.

Une addition deau ou dgout est effectue pour dissoudre les fines quunrefroidissement rapide risque de former.

Le malaxage dans les Bas produits, dernier jet, dure environ 45h pour permettreun refroidissement lent raison de 0,8 1C par heure, pour viter la formationde faux grains qui partiront dans la mlasse lors de lessorage.

Le malaxage

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LessorageLa masse cuite est enfin alimente dans des centrifugeuses ou turbines ayantdiffrentes phases de fonctionnement :

Remplissage de la turbine faible vitesse de rotation (200 tr/min) afindobtenir une rpartition homogne sur le tamis. Un palpeur dterminelpaisseur maximale, soit 14 18 cm.

Le turbinage sacclre 1500 tr/min afin dvacuer leau mre entourant lescristaux (gout pauvre).

Le clairage par ajout deau chaude puis de vapeur permet de laver et enfinde scher les cristaux, le sirop recueilli tant de grande puret constitue lgoutriche. La vapeur permet galement de diminuer la viscosit do facilit desparation.

Lessoreuse termine son cycle par un freinage lectrique puis mcanique 200 t/min et le sucre tombe sur un tapis vibrant grce un racleur, sa teneur eneau est infrieure 1 %.

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V. PROCESS RAFFINERIE

V. 1. SCHMAS DE FABRICATION :

a. Sirops

b. Pains turbins

c. Pains couls

d. Sucre Tamis Granul (STG 1 avant lextension: STG2)

e. Pains mcaniss (mouls)

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V. Process raffinerieSchma de fabricationa. SIROPS

SILOSUCRE BRUT

Egout riche 1

Sirop 3 Egout riche 2 Sirop 3

Masse cuite 3 jetEMPATAGE

CUITE2 JET

TURBINAGE Sucre

EMPATAGE MALAXEURS ETEaux sucres Sucre affin 2 JET WERKSPOOR

FONTECOMMUNE

2e TURBINAGE 1er TURBINAGE2 JET 2 JET

Egout BCARBONATATION Sucre affin bas produits

CUITES3 JET

FILTRATIONDIASTAR

MALAXAGE

DECOLORATION DECOLORATIONSUR RESINES (35m3) SUR RESINES (110m3)

TURBINAGE3 JET

Raffinade concentre EVAPORATION Egout riche Sucre 3 jet

Raffinade P. turbins Raffinade P. coulsEMPATAGE

SUCRE 3 JET

USINE PAINS USINE PAINSTURBINES COULES

MELASSESirop 1 PT Sirop 1 PC

LINGOTSMORCEAUXGRANULES

T 50CBx = 91

T 75CBx = 64Alc = 5

T 90C, Alc = 0,06

91

V. Process raffinerieSchma de fabricationb. PAINS TURBINS

BACS DE EMPATAGERAFFINADE M.C.A

VERS LINGOTSMORCEAUX

CUITESPAINS

MIXERVERS SIROPS

REMPLISSAGEFORMES

Refonte propre EMPLIS

Sirop 1 TURBINAGE

SCIAGE Dchets lochage & sciage

ETUVAGE

Bande B Bande A

HABILLAGE HABILLAGEPAINS PAINS

Pains tachs Dchets emballages Pains propres

ENCARTONNAGE ENCARTONNAGE

CAISSES CAISSESCARTON CARTON

Pains sous plastique PAINS 24 KG24 kg

92

V. Process raffinerieSchma de fabricationc. PAINS COULS

BACS DERAFFINADE

EMPATAGEVERS LINGOTS M.C.A

MORCEAUXCUITESPAINS

MIXER VERS SIROPS

REMPLISSAGERefonte propre FORMES

EMPLI CHAUD

Refonte sale

GRENIERS

Sirop 1 EGOUTTAGE

Sirop 1 SUCAGE

LOCHAGE Dchets lochage

SCIAGEDchets sciage

ETUVAGE

Bande A Bande B

HABILLAGE HABILLAGEPAINS PAINS

Refonte proprePains tachs Dchets emballages Pains propres

ENCARTONNAGE ENCARTONNAGE

CAISSES CARTON CAISSES CARTON24 KG 24 KG

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V. Process raffinerieSchma de fabricationd. SUCRE TAMIS GRANUL

Bacs de stockage

Echangeur

FiltrationPUTCH

Bacs avantcuites

Cuite 710Hl

Malaxeur800Hl

Raffinadeconcentr painsturbins

Turbinage

Secheur

Refroidisseur

Tamiseurs

Bacs avantcuites

Cuite 550 HL

Malaxeur

Turbinage

Egoutriche 2

Sirop 3

Vers les bas produits

ConditionnementLingots

ConditionnementMorceaux

EnsachageGranuls 50Kg

EnsachageGranuls 30Kg

Sirop 2

Egoutriche 1

Sirop 1 Pains coulsSirop 1 Pains turbins

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Pains mouls

Dveloppement & Ingnierie 2

Process

Sucre granul

Eau

Sucre granul

Sirop

PrparationMlange

(Humidit 2%)

moulage

Schage(90 C)Refroidissement

Habillage Groupage

Sucregranul

Palettes versmaturati on

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V. Process raffinerie

V. 2. RCEPTION ET STOCKAGE DU SUCRE ROUX

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Le sucre roux est gnralement livr en vrac et par bateaux.

Gnralement, un sucre de granulomtrie uniforme de 0,8mm, dune humiditde 0,4% et ne contenant pas plus de 10% de fines se manutentionne sansproblmes.

Lhumidit excessive peut provoquer une prise en masse et une lvation detemprature (raction de Maillard).

Lhumidit relative dans le magasin de stockage ne doit pas dpasser 65%.

Capacit de stockage du sucre roux la raffinerie 75 000T.

V. 2. RCEPTION ET STOCKAGE DU SUCRE ROUX

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CARACTRISTIQUES DU SUCRE ROUX

Polarisation = 96 99,4%

Humidit = 0,25 0,50%

Sucres invertis = 0,02 0,45%

Cendres = 0,3 0,5%

Non sucres organiques = 0,45 2%

Dautres caractristiques peuvent tre contractuelles, telles que : amidons,coloration, pH, test daffinage, filtrabilit, microbiologie et granulomtrie.

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PARAMTRES DVALUATION DU SUCRE ROUX

Facteurs de scurit de stockage (SF) :

SF = Humidit100 - Pol

SF < 0,25 pour un stockage sous de bonnes conditions.

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ALTRATION DES SUCRES ENMAGASINS

Par absorption deau : par condensation quand la temprature de lair sabaisse en dessous dupoint de rose. par hygroscopicit dpendant de la composition de la couche suprieureenveloppant le cristal.

Par formation dinverti due : une raction chimique (hydrolyse en cas de sucre non alcalin), une raction microbiologique, une dcomposition sous linfluence demicro-organismes tels que ferments, baciles, bactries thermophiles maissurtout les moisissures.

Labsorption dhumidit favorise le dveloppement des microorganismes, surtout la temprature biologique optimale.

100


CARACTRISTIQUES DU SUCRE ROUX INFLUENANTLE PROCD DE RAFFINAGE

Granulomtrie :La prsence de petits cristaux, offrant une grande surface, ncessite un clairagesupplmentaire laffinage.La prsence des fines risque de refonte dans la centrifugeuse ce qui augment levolume et la puret de lgout daffinage ainsi que lnergie pour vaporer leau duclairage supplmentaire.

Agglomrats et mottes :Les agglomrats sont de petits cristaux colls les uns aux autres par une pelliculedgout. Il est difficile dliminer cette pellicule sans refondre les agglomrats. Lacoloration de la refonte augmente et sa puret diminue.

101



Bagacillo :Le bagacillo est inclus dans les cristaux de sucre roux et ne peut tre facilementlimin laffinage.Les cendres du bagacillo augmentent la teneur en cendres du sucre roux et parconsquent la mlasse.

Inclusion deau de mre dans les cristaux :Leau mre incluse apporte coloration et non sucres. Il sen suit une baisse depuret de la refonte qui va engendrer des recyclages de produits donc unecapacit rduite, une consommation dnergie et de cot dagents de dcolorationsupplmentaires.

102



Non sucres :Les cendres ont une influence nfaste sur lextraction, augmentation de lamlasse et la coloration.Lamidon et les cires diminuent la filtrabilit des sirops.Linverti joue un rle sur la cristallisation et donc sur lpuisement.

Corps trangers :Ils doivent tre limins le plus tt possible en amont du process.Ils peuvent tre la source de nombreux ennuis mcaniques, des arrts et de cotde pices de rechange.

103


V. 3. AFFINAGE

On procde laffinage du sucre roux pour rduire le recyclage des non sucresdans les jets des hauts produits.Il permet denlever un maximum de coloration, au moins 50%, contenue dans lefilm dgout entourant le sucre roux et ce en refondant une quantit de cristal desucre aussi faible que possible, infrieure 15% cest la freinte.

Laffinage comprend deux oprations :

1) Formation dun magma un brix de 91-92 avec du sirop 3 et de lgout richedaffinage rchauff 80C. La temprature dans lempateur est de lordre de 50 60C.

2) Essorage de ce magma pour sparer le cristal pur (sucre affin) de leaumre avec le minimum de freinte < 15%. Le sucre affin est mlang avec le sucreaffin des bas produits.

104


V. 4. REFONTE

La refonte des sucres affins (fonte commune) est ralise avec des eaux sucres brix 15-16 ou les condensats.Leau ne doit pas tre contamine par des bactries susceptibles dinfecter toutela chane de fabrication.

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Traitement de la fonte : a pour objet de dtruire les sucres rducteurs, de dcolorer larefonte au maximum avant cristallisation par llimination dune grande partie des nonsucres.Lpuration de la refonte est une puration calcocarbonique, comprenant chaulagecarbonatation et filtration. Ensuite, une dcoloration de la refonte pure par desrsines.Le chaulage se fait une temprature de 70 75C et une alcalinit de 4 6 gde CaO/lavec une maturation de 4 5 mn.La refonte chaule est ensuite rchauffe 80-85C avant carbonatation.Le gaz provenant des chaudires vapeur contient 13 14% de CO2 (en volume) estutilis pour la carbonatation dont lobjectif est de :-Neutraliser la chaux excdentaire afin dabaisser le pH de la refonte aux environs de8,5 8,7 et Alc = 0,05 0,06 (exprime en CaO, mais reprsente lalcalinit naturelle).-Absorber les colorants sur le CaCO3 naissants.-Produire des cristaux de CaCO3 qui serviront de supports de filtration ltapesuivante.

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La carbonatation est pratique en deux tapes pour optimiser la consommationdu gaz, donc la dimension du circuit de gaz et la consommation de puissance descompresseurs. Le temps global de sjour est denviron 1h.

La fonte carbonate est filtre sur des filtres DIASTAR dont la marche estentirement automatique.

La fonte filtre, appele commune filtre, est envoye vers latelier dedcoloration. Les boues sont pompes pour dsucrage sur des filtres SWITLAND.

La commune filtre est dcolore par le passage travers des rsines anioniquesfortement basiques : 80% dabsorption et 20% dchange ionique.

La rgnration des rsines est ralise par une saumure basique (10% de NaCl et1% de NaOH).

Le taux de dcoloration moyen par cycle varie de 70 85%, soit 150 200 ICUMSApour la raffinade avant vaporation. La coloration lentre des rsines est de 600 1000 ICUMSA.

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Mesure de la coloration :La lumire visible comprend des longueurs donde comprises entre 400 et 750 nm(du violet au rouge) (1 nm = 10-9 m).

ICUMSA (International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis)

La mthode utilise labsorption de la lumire 420 nm dans les conditions de pHet de filtration.

Les mesures colorimtriques sont rgies par la loi de Lambert-Beer.

Soit I0 = lintensit lumineuse lentre de la cuve,

I = lintensit la sortie de la cuve,

b = la longueur en cm du trajet de la lumire dans la cuve,

et c = la concentration en matire colorante.

La loi scrit : log = ai . b . C = densit optique ( DO )

ai = coefficient dabsorbance . 1 unit ICUMSA = DO % Bx

I0I

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Alcalinit chaulage = 4 6 g CaO/lAlcalinit carbonatation (exprime en CaO) = 0,06 g CaO/lpH carbonatation = 8,5 8,7

En cas de taux damidon et de dextrane suprieur 100ppm, il ya ajout deractifs enzymatiques pour la dgradation de lamidon et de dextrane en produitsde faible poids molculaire.Lajout se fait avant le chaulage raison de ; amidon : 10ppm de termamyl etdextrane : 15 ppm de dextranase.

Conduite dpuration COSUMAR

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La raffinade de Brix 63-65 est concentre dans lvaporation pour arriver en cuitesHaut produits aux environs de 74 Bx.

Les caisses dvaporation sont des caisses descendage pour viter larecoloration de la raffinade. Latelier de lvaporation est en 3 effets vapeur : lebouilleur, le 2me et 3me effet.

V. 5. VAPORATION

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V. 6. ATELIERS HAUTS PRODUITS ET BAS PRODUITS

Deux cristallisation sont distinguer en raffinerie : Les cristallisations produisant des sucres de consommation, appeles lescristallisations haut produits ou chantier HP (pains, granuls, morceaux etlingots). Les cuites pains sont coules 96-98C. Les cristallisations des jets dpuisement sont celles des bas produits ouchantier BP.

Laffinage fait la liaison entre le chantier BP et le chantier HP.Le chantier BP ralise lpuisement pour obtenir une mlasse dont la puret est laplus faible possible.A la coule, MC est une temprature de 75-80C, leau mre est sursature. Parrefroidissement progressif, le sucre en solution dans leau mre va dposer surles cristaux existant qui vont grossir.

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MC la coule : Cristaux + eau mre (gout) puret P.

Par refroidissement, il ya dpt de sucre venant de lgout vers les cristauxprsents, on aura : Cristaux + S + gout s.

Les non sucres de lgout tant constant, la puret de lgout devient P

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V. 7. SCHAGE & STOCKAGE DU SUCRE

Le sucre cristallis blanc est vacu du fond de la turbine sur un transporteurvibrant (STG).

Encore chaud (45-60C) et humide (1%), le sucre est sch par de lair chaud dansdes cylindres-schoirs rotatifs ou en lits fluidiss, puis refroidi afin datteindreune teneur en eau comprise entre 0,03 et 0,06%.

Le sucre est ensuite tamis, class et pes, puis dirig soit vers les chanes mouler et le conditionnement granul : 2Kg, 50Kg et le vrac.

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V. Process raffinerieQualit du sucre blanc produitPuret par calcul = 99,94 99,96 :

P = 100 SR C H2O

SR (Sucres Rducteurs) = 0,006 0,012C (Cendres Conductimtriques) = 0,007 0,015Coloration ICUMSA = 25 60Aspect < 3Turbidit < 60H20 = 0,02 0,06Sdiments < 10 ppmTest de propret < 15 points noirs pour 100gMicrobiologie unit formant une colonie pour 10g de produit (UFC) :Msophiles totaux = 20 100 (norme < 200)Levures totales = 0 5 (norme < 10)Moisissures totales = 0 (norme < 5)Bactries formant le limon = 0 (norme = 0)Thermophiles sporuls = 5 30 (norme < 75)

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V. Process raffinerieQualit du sucre blanc produitLa mthode dite des points europens a t adopte afin dvaluer la qualit des sucres etde les classifier : limites suprieures des divers critres pour les catgories CEE dessucres.

Critres points CEE :Catgories Aspect Coloration en solution Teneur en cendres Total

1 4 3 6 82 9 6 15 223 12 > 22

Critres complmentaires :Catgories Polarisation % Rducteurs % Humidit %

1 99,7 0,04 0,062 99,7 0,04 0,06

Autres critres :Propret, trouble en solution neutre, floc, tat bactriologique, granulomtrie, etc.

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V. 8. BILAN SUCCINCT-RENDEMENT & PERTES

Sucre Roux

MlassePertesSucre blanc

inconnuesconnues


ENTRES = SORTIES + PERTES

(Sucre mlasse)

100

97,5 0,81,7

0,5 0,3

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Les bilans sont indispensables la conduite de la raffinerie. Ils permettent parcalcul de confirmer ou dinfirmer les effets et les causes des faits constats enfabrication.

A partir du bilan matire (Sucre, Non Sucre), on tablit le bilan thermique et lebilan des eaux.

Ils existent deux types de bilans :

Bilan dit relev ; tabli partir des donnes recueillies dans lusine telles queles diffrentes purets, Brix voire dbits des divers produits. Il permet le calculdes en-cours et des coefficients dextraction. Le bilan thermique et celui deseaux associes donnent une image du fonctionnement de lusine un instantdonn.

Bilan prvisionnel ; permet de simuler le fonctionnement de lusine en faisantvarier des paramtres choisis. Il sert de base aux projets damlioration duprocd.

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La consommation deau dune raffinerie est un paramtre cl imageant laqualit de son fonctionnement.

Les dilutions et refontes inutiles, les clairages surabondants et autres mises leau des cuites sont synonymes deau vaporer donc de consommation devapeur sans compter les pertes par dtrioration et dgradation.

Les pertes en nergie sont accompagnes de recoloration car il fautconcentrer nouveau les liqueurs dilues.

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LES PERTES

Les pertes sont de deux types :

Destruction du sucre par production dinverti ou de non sucre.

Disparition du sucre pouvant provenir des rejets de lusine.

Les pertes peuvent tre connues ou inconnues.

Les pertes totales sont dtermines par la diffrence entre le saccharose livr etle saccharose produit.

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LES PERTES CONNUES

Pertes dans les gteaux de filtration.

Eau de lavage des rsines.

Eau de condenseur.

Eaux des lavages divers.

Poussires de sucre vacues.

Excdent de poids dans les livraisons.

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LES PERTES INCONNUES

Destruction bactriologique : ces pertes proviennent souvent dune propretinsuffisante des chantiers de fabrication. Des fermentations se dveloppent avecformation dacide lactique, dacide actique et mme dalcool.

Les pertes par manque dentretien correct du matriel : fuites des garnitures depompes, vannes non tanches, dbordements divers, presse-toupes desmalaxeurs, etc.

Pertes par dtournement du sucre.

Pertes dues des erreurs danalyse.

Pertes dues des erreurs de peses lentre et la sortie.

Pertes par destruction dans les appareils cuire.

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