Brevet FR2503185A1 — publié le 19821008

L'invention a trait à un procédé de traitement de produits de sucrerie, notamment d'égout pauvre de deuxième jet, destiné à diminuer les fractions de sucre non cristallisables entraînées dans les mélasses, où l'on substitue des ions magnésium à des ions potassium avant de procéder à la cristallisation. La séparation du sucre par cristallisation fractionnée de jus ou eaux mères, dans le processus de fabrication en sucrerie, s'effectue en général en trois étapes dites "jets", chaque jet donnant du sucre cristallisé et une eau mère, cette dernière constituant la matière première pour le jet suivant. L'eau mère issue du deuxième jet est dite couramment égout pauvre de deuxième jet. En sortie de troisième jet l'eau mère, dite généralement mélasse, comporte, sans précaution particulière, la composition suivante en matières sèches : sucre 60 % impuretés "non sucre" 40 DO dont 10 Ó sont du potassium. Il est connu que, par substitution d'ions magnésium à 40Só des ions potassium présents dans les produits de sucrerie, par exemple l'égout pauvre de deuxième jet, on obtient des mélasses dont les matières sèches comportent 50 OO de sucre et 50 : de non sucre. La substitution évoquée ci-dessus est comptée charge pour charge (soit 12 g de magnésium pour 39 g de potassium). Par kilogramme de non sucre dans les mélasses, la quantité de sucre non cristallisable est passée de 1,5 kg à 1 kg. Le procédé sera décrit dans le cas oU la substitution a lieu dans l'égout pauvre de deuxième jet. La substitution d'ions magnésium à des ions potassium est effectuée industriellement, par le procédé dit "QUENTIN", en faisant passer l'égout pauvre de deuxième jet, qui sera dit ci-après de façon abrégée EP2, porté à la concentration en matière sèche de 70 nÓ et à la température de 800C dans des colonnes échangeuses contenant des résines cationiques fortes chargées en ions magnésium par régénération au chlorure de magnésium, régénération et substitution s'effectuant alternativement. Les opérations liées à la régénération des résines entraînent la formation d'effluents minéralisés, par les sels de potassium déplacés et les sels de magnésium en excès nécessaires pour le déplacement, au cours du détassage, de la régénération et du rinçage, la formation des effluents entraînant une consommation correspondante d'eau. D'autre part le chauffage de 1'ex2, nécessaire pour que la percolation sur les résines soit efficace, consomme de l'énergie. Enfin de petites quantités de sucre sont perdues, retenues par les résines lors de la percolation pour être entraînées lors ds opérations liées à la régénération. L'invention a pour objectif de pallier ces imperfections et propose à cet effet un procédé de traitement de produits de sucrerie, notamment d'égout pauvre de deuxième jet de sucrerie, destiné à diminuer les fractions de sucre non cristallisables en troisième jet et entraînées dans les mélasses, où l'on substitue des ions magnésium à des ions potassium dans l'égout pauvre avant de procéder au troisième jet, caractérisé en ce que l'on ajoute au produit les ions magnésium de substitution sous forme de chlorure, et on électrodialyse le produit chargé en chlorure de magnésium avec pour éluat une mélasse jusqu'à extraction d'ions potassium au moins en équivalence aux ions magnésium ajoutés. Comme le feront apparaître les commentaires présentés plus loin, pour un taux de substitution ionique de magnésium au potassium de 40 %, l'électrodialyse ne provoque pratiquement pas de passage d'ions magnésium à travers les membranes de l'électrodialyseur, de sorte que tout le magnésium ajouté à l'égout pauvre est utilisé pour la substitution. Par ailleurs le potassium éliminé de l'égout pauvre se retrouve dans la mélasse d'éluat, en ayant en quelque sorte sauté l'opération de troisième jet.En d'autres termes les "non sucre" de la mélasse ont une composition très proche de celle que l'on obtenait avant la mise en oeuvre du procédé "Quentin", tandis que la teneur en sucre de cette mélasse correspond à celle que l'on obtient par la mise en oeuvre du procédé "Quentin". Aussi n'ya-t-il pas formation d'effluents minéralisés. Pour obtenir les meilleures conditions d'électrodialyse, l'ajout de chlorure de magnésium apportera en ions magnésium l'équivalent d'environ 30 à 50 Ó des ions potassium. Par ailleurs on utilisera de préférence un égout pauvre de deuxième jet dilué à 40-50 eÓ de matière sèche. La mélasse d'éluat sera de préférence à 45-55 Ó de matière sèche. La Demanderesse a déposé le 9 Février 1978, sous le numéro 78 03624, une demande de brevet pour un procédé d'épuration de sirop de sucre par électrodialyse à laquelle la présente invention se réfère pour ce qui concerne la mise en oeuvre de l'électrodialyse et notamment l'utilisation de mélasse comme éluat à viscosité et résistivité résultante relativement élevée, pour opérer avec des flux d'éluat raisonnables, l'utilisation de mélasse comme éluat présentant en outre l'avantage de réduire les pertes en sucre par osmose à travers les membranes. Cependant il est à noter que le procédé suivant la présente invention ne vise pas à épurer un sirop de sucre, mais à éliminer sélectivement une impureté ionisable en lui en substituant une autre, charge pour charge sensiblement. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressorti- ront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemples, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente l'évolution de courant délectrodia- lyse, avec et sans ajout d'ions magnésium ; la figure 2 représente le pourcentage de potassium enlevé par électrodialyse, avec et sans ajout d'ions magnésium la figure 3 représente la teneur en magnésium d'un EP2 en électrodialyse. Les courbes énumérées ci-dessus ont été établies, au cours de la mise au point du procédé suivant l'invention, avec un électrodialyseur à 30 cellules, avec des surfaces utiles de membranes de 230 cm2, alimenté sous 30 volts. Les cellules de travail contenaient 10 litres d'égout pauvre de deuxième jet à 45 D' de matière sèche. L'expression "brix" utilisée dans le métier pour la teneur en matière sèche est en pourcentage pondéral. Ainsi 1'EP2 est à 45 brix. Les cellules d'éluat contenaient 10 litres de mélasse à 50 brix. Au départ l'EP2 contenait 25 g/l de potassium (comptés en métal). Sur les figures 1 et 2, les courbes en tiretés correspondent à un EP2 auquel on a ajouté 2,3 g/l de magnésium sous forme de chlorure de magnésium. On rappelle que 25 g/l de potassium correspondent à 0,64 ion gramme par litre et 2,3 g/l de magnésium à 0,19 ion gramme soit sensiblement 30 DD en équi valence ionique. La figure 2 montre que le temps nécessaire pour éliminer 40 Ó des ions potassium est divisé par 2 par ajout de chlorure de magnésium (50 minutes au lieu de 100). Comme on le voit sur la figure 1, bien que le courant d'électrodialyse soit plus élevé lorsque l'on a ajouté du chlorure de magnésium à 1'EP2, l'énergie nécessaire pour éliminer 40 Ó des ions potassium est très sensiblement diminuée par ajout de chlorure de magnésium. En se référant à la figure 3, qui montre l'évolution de la concentration en magnésium dans 1'EP2 auquel on a ajouté du chlorure de magnésium, on voit que cette concentration ne commence à décroître qu'à partir de la centième minute et alors que (figure 2) 60 n du potassium a déjà été éliminé. Des essais complémentaires ont montré que, avec 3 g/l de magnésium, soit 40 Ó d'équivalent ionique du potassium on améliorait encore le rendement énergétique de l'élimination du potassium (à concurrence de 40 S). En outre on se retrouve, pour l'exécution du troisième jet, très sensiblement dans les conditions résultant de la mise en oeuvre du procédé Ouentin, où le magnésium remplace le potassium charge pour charge. Pour permettre la comparaison du procédé suivant l-'inven- tion avec le procédé Quentin, on étudiera le cas d'une sucrerie fonctionnant au rythme de 5 000 tonnes de betteraves par jour, et traitant la totalité de ses EP2, égouts pauvres de deuxième jet. Le débit d'EP2, à 80 brix et 75 de pureté (75 des matières sèches sont du sucre), est d'environ 16 700 kg/ heure. Avec 11,8 Ó de potassium dans les "non sucre" (25 Ó des matières sèches, soit 20 Ó du tonnage d'EP2), le débit horaire en potassium est d'environ 390 kg, soit environ 160 kg à l'heure (40 Ó) à remplacer par du magnésium. Les essais en laboratoire ont montré (voir figure 2) que l'on peut enlever 40 Ó du potassium contenu dans les 10 litres des cellules de travail de l'électrodialyseur d'essai, soit 100 g en 50 minutes, la surface utile des membranes cationi 2 que ou anionique étant de 0,69 m2 (30 x 0,023).En tenant compte d'un rapport surface utile/surface totale des membranes de 2 0,80 m (tant pour l'électrodialyseur d'essai que pour l'ins- tallation industrielle) et d'un coefficient d'utilisation jour nalier de 91,7 3J (2 heures d'arrêt pour entretien), les sur 2 faces de membrane nécessaires s'élèvent à 1 000 m pour chacun des types. Ceci conduit -à prévoir des investissements du même ordre de grandeur pour les deux procédés. Consommation en chlorure de magnésium Les 160 kg de potassium à enlever à l'heure correspondent en équivalent ionique à 50 kg heure de magnésium. Comptée en chlorure de magnésium à 32 ,la consommation journalière s'élève donc à sensiblement 14,6 tonnes dans le procédé suivant l'invention. Suivant le procédé Quentin, où un excès de 40 à 50 Ó est nécessaire, la consommation s'élève à 22 tonnes, dont 7,4 tonnes sont perdues, soit 2,37 tonnes de chlorure de magnésium sec rejetées dans les effluents par jour. Consommation d'énergie électrique Les essais de laboratoire font apparaître une consommation d'énergie, absorbée par l'électrodialyse et par les pompes en circulation, s'élevant à 1,3 kWh par tonne de betterave et par jour, soit, pour 5 000 tonnes/jour, 6 500 kWh. Cette dépense énergétique vient atténuer l'économie faite sur la consommation de chlorure de magnésium. En outre le procédé par échange sur résine entraîne une consommation d'eau de l'ordre de 30 m3/h. Cette eau est chauffée avant utilisation. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits mais en embrasse toutes les variantes de mise en oeuvre. On peut, par exemple, faire subir l'électrodialyse à de la mélasse issue d'un traitement classique dont la composition comptée sur matière sèche est de 60 0 en sucre et de 40 en matière sèche. Cette mélasse diluée préalablement à l'électrodialyse est, après traitement, reconcentrée et malaxée en présence de cristaux de sucre. L'expérience montre qu'après cette opération la nouvelle mélasse contient 50 Ó de sucre et 50 Ó d'impuretés comptées sur matière sèche. Cette variante a pour avantage de ne pas modifier les schémas de fabrication existants. On peut aussi retirer plus de potassium qu'on n'a ajouté de magnésium compté en charges électriques (ou en équivalents ions): cette variante plus coûteuse en énergie électrique et en investissement permet d'éconorniser du chlorure de magnésium et donne un sous-produit moins riche en chlorure de magnésium, ce qui le rend préférable pour certaines applications. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de produits de sucrerie, notamment d'égout pauvre de deuxième jet, destiné à diminuer les fractions de sucre non cristallisables entraînées dans les mélasses, où l'on substitue des ions magnésium à des ions potassium avant de procéder à la cristallisation finale, caractérisé en ce que l'on ajoute au produit traité les ions magnésium de substitution sous forme de chlorure, et on électrodialyse le produit ainsi chargé en chlorure de magnésium avec pour éluat une mélasse jusqu'à extraction d'ions potassium au moins en équivalence aux ions magnésium ajoutés. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'ajout de chlorure de magnésium apporte en ions magnésium l'équivalent de 30 à 50 oé des ions potassium dans l'égout pauvre. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le produit traité est dilué à 40-50 ç de matières sèches. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la mélasse d'éluat est à 45-55 e de matières sèches.