Brevet FR2497827A1 — publié le 19820716

I La présente invention se rapporte à un procédé de purification de jus de sucre préparé par extraction d'un matériau de betterave à sucre, ce procédé comprenant les étapes de séparer mécaniquement les composants non dissous du jus de sucre et de séparer subséquemment les composants de poids moléculaire élevé du jus ainsi obtenu. Dans la production de sucre à partir de bettera- ves à sucre, les betteraves sont coupées en tranches et les tranches ainsi obtenues sont extraites avec de l'eau chaude, par exemple à une température de 700C afin de former un jus de sucre et des tranches épuisées (pulpe). Le jus de sucre qui est alors séparé de la pulpe contient en plus du saccharose, divers non sucres comme des sels inorganiques et organiques, des aminoacides, des colorants et des substances de fort poids moléculaire, comme la protéine et la pectine. Le jus de sucre ainsi obtenu est alors purifié pour retirer les non sucres. Dans un procédé traditionnel de purification de jus, on ajoute de la chaux (CaO) et du gaz carbonique (C02). ce gaz carbonique étant préparé en chauffant du calcaire dans un four à chaux en se basant sur l'utilisa- tion d'un combustible solide comme des scories. L'addition de chaux et de gaz carbonique a pour résultat la formation d'un précipité (boue) consistant en carbonate de calcium et une partie des non sucres ci- dessus mentionnés. La boue est retirée par filtration, par exemple sur un filtre à vide en rotation. La boue déshydratée ainsi obtenue est éventuellement utilisée comme matériau d'enrichissement du sol. Le filtrat obtenu en retirant la boue par filtration contient toujours de la chaux (CaO) et, par conséquent, des quantités supplémentaires de gaz carbonique et éventuellement de soude peuvent être ajoutées et le pH peut également être ajusté à une valeur comprise entre 9,0 et 9,2 pour former de la boue supplémentaire qui est subséquemment retirée par filtration. Le filtrat ainsi obtenu peut être traité avec du bioxyde de soufre (S02) avant d'être travaillé d'une façon habituelle, par exemple pour former du sucre cristallin. La description du brevet britannique NI 1 361 674 révèle un procédé o le procédé conventionnel de purifica- tion du jus a été remplacé par un processus de purification o l'enlèvement mécanique initial des matériaux non dissous, par exemple par filtration normale, est suivi d'une étape o le jus est soumis à une ultrafiltration. L'ultra- filtration est effectuée avec une membrane du type permet- tant le passage des molécules d'eau et de saccharose mais rejetant les composés de poids moléculaire supérieur. Après une ultrafiltration initiale, de l'eau peut être ajoutée au concentré qui est alors soumis à une autre ultrafiltration. Ce processus peut éventuellement être répété. Enfin, les permeats ainsi obtenus sont soumis à un ou plusieurs post-traitements souis forme d'un traitement chimique, d'une filtration conventionnelle, d'un traitement d'échange d'ions ou d'une hyperfiltration. En connexion avec ces traitements, le pH du jus de sucre peut être ajusté à 6-11,5, par exemple par addition de chaux (CaO). Le procédé selon l'art antérieur ci-dessus mentionné ne constitue pas un mode économiquement satisfai- sant pour obtenir un jus de sucre suffisamment incolore pour permettre d'en préparer du sucre de haute qualité, c'est-à-dire du sucre blanc. On suppose que cela est dû à certains colorants de faible poids moléculaire qui, avec les molécules de saccharose, traversent la membrane pour venir dans le perméat pendant l'étape d'ultrafiltration. La présente invention a pour objet un procédé pour la purification de jus de sucre, ne présent2xI* pas l'inconvénient ci-dessus mentionné et qui soit plus simple et moins coûteux que le procédé conventionnel de purif ica- tion à la chaux. Cet objet et d'autres encore qui deviendront plus clairs à la lecture de la description qui suit sont atteints par le procédé de l'invention o la séparation mécanique des composants non dissous et du jus est suivie d'un traitement chimique pour convertir les non sucres de faible poids moléculaire en composés de poids moléculaire supérieur et o le jus ainsi obtenu est ultrafiltré et éventuellement soumis à un traitement à la chaux pour précipiter les résidus acides. Le traitement chimique pour convertir les non sucres de faible poids moléculaire en composés de poids moléculaire supérieur, a entre autres pour effet que les colorants sont convertis en composés qui peuvent être retirés pendant l'ultrafiltration subséquente. Les composés de faible poids moléculaire sont principalement des composés phénoliques, comme la 3,4-dihydroxy-phénylalanine. L'addi- tion d'un agent oxydant, tel que du peroxyde d'hydrogène, l'aération du jus ou l'addition d'un agent complexant, comme un ferrichlorure et un sulfate d'aluminium, dont le ferrichlorure est également capable d'agir comme agent oxydant, a pour effet d'augmenter le poids moléculaire des composés, par suite par exemple d'une polymérisation. Le traitement chimique est de préférence effectué à une température de 60701C. Il peut être souhaitable d'ajuster le pH du jus à 6,8-7,2 au moyen d'une base telle que de la soude ou de l'hydroxyde de sodium, parce qu'un tel ajustement de la valeur du pH active la polymérisation. En convertissant les composés de fort poids moléculaire, comme la pectine et les protéines, en une forme soluble, la capacité de filtration de l'appareil d'ultrafiltration utilisé à l'étape subséquente d'ultre- filtration est également accrue. L'effet du traitement chimique, en ce qui concerne la couleur du jus de sucre, apparaîtra au tableau I qui suit, qui indique des données de couleur que l'on obtient avec et sans traitement chimique. Tableau I Essai N Traitement chimique Couleur ICUMSA 1 Aucun 2000 - 2700 2 0,02% H202, 80 C nl. 1300 3 Aération 1450 4 Aération + 0,007% H202 1300 100 ppm FeCl3, 60 C mn. 1160 6 100 ppm FeCl3 + aération, 60 C mn. 1050 *) déterminée par le procédé décrit par F. Schneider: Sugar Analysis, ICUMSA Methods, Peterborough, England 2O C 1979. Comme cela apparatt sur le tableau I, le traitement chimique améliore de façon importante la couleur du jus de sucre. Le tableau II qui suit donne les propriétés du jus de sucre à la suite de divers traitements chimiques et d'une ultrafiltration. Tableau II Traitement chimique Flux moyen * ** 1/m2/h à 80C Q Couleur ICUMSA Sucre CaO, % I/m /h à 800C inverti 0,2% H202, 800C tv45 91,9 1544 0,5-1 0,025 Aération v 47 92,2 3100 0,5-1 0,025 ppm FeCl, 200C 47 91,7 2726 0,5-1 0, 025 ppm FeCl + 0,024 H202, pH = 6,5-6,7, 20 C 51,9 90,7 1989 0,5-1 0,025 ppm FeCl3 + 0,024% H202, pH= 7,0, 20 C 67,9 92,7 2567 0,5-1 0,025 * Q = pureté, c'est-à-dire le rapport, exprimé en pourcentage, de la quantité de sucre aux produits solides secs en déterminant sur la base de l'indice de réfraction ** déterminée par le procédé décrit par F. Schneider: Sugar Analysis, ICUMSA Methods, Peterborough, England 1979 l *** la concentration du sucre inverti en pourcentage, en se basant sur la teneur en solides secs déterminée sur la base de l'indice de réfraction. oe Comme cela apparatt au tableau II, le flux est considérablement accru quand la valeur du pH du jus est accrue de 6, %6,7 à 7,0. L'ultrafiltration est de préférence effectuée à une température de 80900C et à une pression de 1-10 bars. Les membranes utilisées dans mun tel procédé, c'est-à-dire les membranes faites de polymères, ont des propriétés telles qu'elles permettent le passage des composés de faible poids moléculaire, comme le saccharose, le glucose, le fructose, les acides inorganiques et organiques et les aminoacides, tandis que les substances de fort poids moléculaire comme la pectine, les protéines, les dextranes et les colorants de fort poids moléculaire sont rejetées. Dans une ultrafiltration typique d'un jus traité chimiquement, on enlève 90-95% en poids du Jus de sucre comme perméat. L'eau de lavage est de préférence ajoutée en une quantité telle que la quantité totale du perm4at soit égale à la quantité du jus de sucre qui est traité. Ainsi, il est préférable d'ajouter l'eau soit continuelle- ment ou de façon discontinue, dans le concentre, quand la proportion majeure du jus, comm.e 90% en volume, a été retirée pendant l'ultrafiltration en tant que perméat, et de concentrer encore le concentré dilué par ultra- filtration. Le concentré qui, comme on l'a mentionné ci- dessus, constitue environ 5% de la quantité totale du jus de sucre qui est traité, contient typiquement de l'ordre de 3,5 à environ 4,0% de la quantité totale du sucre du matériau de betterave, et la teneur en sucre dans le concentré est de l'ordre de 50-60% en se basant sur la quantité totale des solides secs (ainsi, le concentré a une pureté de 50-60). Comme cela est apparent sur le tableau II ci- dessus, le jus de sucre (perméat) formé pendant l'ltra- filtration a essentiellement les mêmes propriétés, en ce qui concerne la couleur et la pureté, que du jus de sucre obtenu par une purification conventionnelle. Le jus purifié contient des acides organiques et inorganiques qui, selon un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, sont précipités par l'addition de chaux en faible quanti- té, par exemple correspond à une quantité de CaCO3 qui est égale à 0,03-0,06% du poids de matériau de betterave. quand on ajoute de la chaux, il se forme un précipité consistant, entre autres, en sels d'acide phosphorique, d'acide lactique et d'acide citrique. Quand le jus est chauffé à une température de l'ordre de 1000C, les sels précipités sont convertis en un sédiment et la valeur du pH du jus se stabilise parce que les aminoacides, comme la glutamine et l'asparagine, se saponifient. Les sels déposés sont retirés, de préfé- rence par décantation, dans un épaississeur ou par filtration. Le jus de sucre ainsi obtenu peut alors être traité avec S02 avant d'être soumis à d'autres traitements conventionnels. Le tableau III qui suit contient des données typiques obtenues par la purification de jus de sucre dans le procédé selon l'invention et dans un procédé conventionnel de purification à la chaux. Tableau III Procédé Procédé selon convention- l'invention nel de puri- fication à la chaux Jus fluide, quantité par rapport au poids du matériau de betterave n.i 120%/6 qj 120% Donnée du jus fluide Teneur en solides secs (valeur Bx) déterminée sur la base de l'indice de réfraction 13 -13 - 15 Teneur en sucre 12 - 14% 12 - 14% Q) 92 - 93 92 - 93 Couleur ICU MSA ' 2000-3000 1300-2500 Sucre inverti par rapport à la teneur en solides secs 0,5- 1% 0,01-0,05% Tableau III (suite) Procédé selon Procédé conven- l'invention tionnel de purification à la chaux CaO, % V 0,017 0,004 pH environ 9 environ 9 Autres données: Consommation de CaO par rapport au poids du matériau de betterave 0,05 2 - 3% Consommation de FeC13 100 ppm - Consommation de S02 150 g S/t 150 g S/t de de betteraves betteraves Consommation de Na2CO3 500 g/t de betteraves *) Q = pureté,c'est-à-dire le rapport exprimé en pour- centage, de la quantité du sucre aux solides secs en déterminant sur la base de l'indice de réfraction. **) déterminée par le procédé décrit par F. Schneider: Sugar Analysis, ICUMSA Methods, Peterborough, England 1979. Comme cela est apparent sur le tableau III c-- dessus, la consommation de CaO et en conséquence la consommation de chaux et de scories est considérablement plus faible dans le procédé selon l'invention que dans le procédé conventionnel de purification. Ainsi, les dépenses se rapportant au four à chaux, à l'équipement d'extinction, aux réservoirs de chaulage et au filtre peuvent être considérablement réduites. La réduction ci-dessus mentionnée des coûts d'utilisation correspond aux coûts des produits chimiques à utiliser dans le traitement chimique, c'est-à-diro H202 et/ou FeC13 et à l'énergie nécessaire pour le fonctionnement de l'appareil d'ultrafiltration qui est mis en cause dans le procédé selon l'invention. Cependant, la réduction des coûts de construction est considérablement supérieure aux dépenses supplémentaires pour l'appareil d'ultrafiltration, le réservoir de précipitation et le filtre ou épaississeur que l'on utilise dans le procédé selon l'invention parce que les coûts de construction d'un système de purification de jus selon l'invention n'attei- gnent qu'environ 50-60% des coûts de construction d'un appareil conventionnel de purification de jus. Par ailleurs, le procédé selon l'invention présente l'avantage, en comparaison au procédé convention- nel de purification, que le concentré obtenu par l'ultra- filtration peut être utilisé d'une façon bien plus économique, c'est-àdire comme un matériau ressemblant à de la mélasse, pour une utilisation dans une alimentation animale, que la boue obtenue par le procédé conventionnel de purification, laquelle boue n'est adaptée que comme produit d'enrichissement du sol. L'invention sera maintenant décrite en plus de détail en se référant aux exemples qui suivent Exemple 1 Ona filtré 213 litres d'un jus de diffusion sur un filtre ayant des ouvertures de maille de l'ordre de p. De cette façon, on a retiré les résidus de pulpe, le sable et autres. On a ajouté, au jus, 100 ppm de FeCl3 et 0,024% de H202 à une température de 200C. Le jus de diffusion ainsi traité a alors été chauffé à 801C et a été ultrafiltré dans un appareil d'ultrafiltration DDS. L'ultrafiltration a été effectuée à une pression moyenne de 4,4 bars et à une température de 800C avec des membranes DDS GR61P. La valeur du pH du jus de diffusion a été ajustée à environ 7 au moyen de NaOH et cette valeur du pH a été maintenue pendant l'ultrafiltration. Après enlèvement de 170 litres de perméat, le concentré a été diafiltré avec litres d'eau et subséquemment une autre quantité de perméat a été retirée afin que la quantité totale du perméat constitue 230 litres. Le concentré atteignait 13 litres. La capacité moyenne pendant l'ultrafiltration était de 69,9 i/m 2.h. Les analyses du perméat et du concentré ont donné les résultats qui suivent: Q Cou- leur ICUMI- SA % CaO Sucre In- verti pH Quan- titéP kg Perméat 12,6 11,68 92,7 2567 0,024 u1% 7,1 Concen- tré 11,2 ,72 51,1 7,2 13 Subséquemment, on a ajouté, au perméat, environ 0,05% de CaO pour ajuster la valeur du pH à 8,8. Le jus de sucre a alors été chauffé à 1OPC. La température a été maintenue à 100 C pendant 15 minutes, ensuite le précipité formé a été retiré par filtration. L'analyse de la boue formée a montré que divers sels de phosphate de Ca et de Mg ainsi que des acides organiques comme l'acide citrique, l'acide lactique et l'acide acétique, avaient précipité pendant le chaulage. Après avoir accompli le chaulage, on a ajouté 600 mg de Na2SO3 par kilogramme de jus, pour former un jus fluide ayant les données qui suivent: Q Cou- leur ICUM- SA % CaO Sucre inverti Jus fluiRe 13,6 12,40 91,2 2795 0,017 V1% Après évaporation dans un évaporateur de laboratoire, on a obtenu uLn jus épais ayant les données qui suivent: Valeur de Bx Teneur en sucre,% Q Couleur ICUbI- SA % CaO Sucre pH inverti ,45 92,96 3338 0,071 1,479% 8,7 Valeur de Bx % Teneur en sucre,% Valeur de Bx, %6 Teneur en sucre %6 pH 9, 00 Jus épais 70,4 Exemple 2 On a filtré 250 litres de jus de diffusion sur un filtre ayant des ouvertures de maille de l'ordre de P. On a ajouté, au jus filtré, 100 ppm de FeCl3 et 0,024% de H202 à 20 C. Le jus ainsi traité a alors été chauffé à 80 C et ultrafiltré dans un appareil d'ultra- filtration DDS avec des membranes DDS GR61P, à une pression moyenne de 4, 4 bars et à une température de 80 C. La valeur du pH du jus de diffusion a été ajustée à 6,5-6,7 avec NaOH et cette valeur du pH a été maintenue pendant l'ultra- filtration. Après enlèvement de 210 litres du perméat, le concentré a été diafiltré avec 40 litres d'eau et subséquemment une autre quantité de perméat a été retirée afin d'obtenir une quantité totale du perméat de 270 litres. La quantité du concentré était de 20 litres. La capacité moyenne pendant l'ultrafiltration était de 51,9 1/m.h. Les analyses du perméat et du concentré ont permis d'obtenir les données qui suivent: Valeur Teneur Q Cou- % CaO Sucre pH Quan- de Bx en leur inver tité$ % sucre,% ICUM- ti kg SA Perméat 14,5 13,15 90, 7 1989 0,029 U1% 6,6 270 Concentré, 12,0 6,95 57,9 6,7 20 Subséquemment, on a ajouté 0,05% de CaO au perméat, pour obtenir une valeur de pH de 8,8, et le jus a alors été chauffé à 100 C. La température a été maintenue à 100 C pendant 15 minutes, ensuite le précipité formé a été retiré par filtration. On a ajouté, au filtrat, 600 mg de Na2S03 par kilogramme de jus, pour former un jus fluide présentant les données qui suivent: Z497827 Valeur Teneur Q Cou- % CaO Sucre pH de Bx en leur in- % sucre,% iCUM- verti SA Jus fluide 14,8 13,55 91,6 2500 0,020 mj1% 8,6 Après évaporation dans un évaporateur de laboratoire, on a obtenu un jus épais présentant les données qui suivent: Valeur Teneur Q Cou- % CaO Sucre pH de Bx en leur in- % sucre,% ICUM- verti SA Jus épais 70,3 64,62 91,9 3336 0,078 1,6% 8,9 Exemple 3 On a traité, comme décrit à l'exemple 1, 220 kg de jus de diffusion ayant une valeur de Bx de 15,4%, correspondant à 33,8 kg de solides secs, une concentration en sucre de 13,65% correspondant à une quantité de sucre de 30,0 kg et une pureté (Q) de 88,64 correspondant à une teneuren mn.oucrer de 3,8 kg. Pendant l'ultrafiltration, on a ajouté 11 kg d'eau. L'ultrafiltration a donné 220 kg d'un jus ultrafiltré de diffusion ayant une valeur de Bw de 14,4% correspondant à 31,7 kg de solides secs, une concentration en sucre de 13,21% correspondant à 29,0 kg de sucre et une pureté (Q) de 91,50 correspondant à 2,7 kg de non sucres, et 11,0 kg d'un concentré lavé ayant une valeur de Bx de 19,1% correspondant à 2,10 kg de solides secs, une concentration en sucre de 9,05% correspondant à 1,00 kg de sucre et une pureté (Q) de 47,4 correspondant à 1,10 kg de non sucres. R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Procédé de purification de jus de sucre préparé par extraction d'un matériau de betterave à sucre, ledit procédé comprenant les étapes de séparer mécanique- ment les composants non dissous du jus de sucre et de séparer subséquemment les composants de fort poids moléculaire du jus ainsi obtenu, caractérisé en ce que la séparation mécanique des composants non dissous et du jus est suivie d'un traitement chimique pour convertir les non sucres de faible poids moléculaire en composés de plus fort poids moléculaire, et en ce que le jus ainsi obtenu est ultrafiltré et éventuellement soumis à un traitement à la chaux pour précipiter les résidus acides. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le prétraitement chimique précité comprend une oxydation. 3.- Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que le prétraitement chimique précité comprend l'addition d'un agent complexant. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le prétraitement chimique précité est effectué à une température de 60-70WC. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur du pH du jus est ajustée à 6,8-7,2 avant ou pendant le traitement chimique. 6.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ultrafiltration est effectuée à une température de 80-90C. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que de l'eau est ajoutée continuellement ou par portionsdans le concentré, quand la proportion majeure du jusa étéretirée en tant que perméat, pendant l'ultra- filtration et en ce que le concentré dilué ainsi obtenu est encore concentré par ultrafiltration. 8.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute de la chaux au jus ultrafiltré pour précipiter les acides inorganiques et/ou organiques, et en ce que le précipité ainsi formé est séparé. 9.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le mélange du jus ultrafiltré et de la chaux est chauffé à environ 100 C. 10.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le jus ultrafiltré est traité avec SO2 après séparation du précipité.