Brevet FR2571280A1 — publié le 19860411

La présente invention s'applique aux sous-produits des sucreries de betterave et de canne à sucre et notamment aux vinasses de distillerie de jus ou de mélasse, aux vinasses de levurerie ou autres sous-produits de la fermentation des mélasse-s, aux éluats de déminéralisation par échange d'ions en sucrerie ou dans d'autres industries traitant des sous-produits comme la mélasse. La dépotassification a pour but de permettre une valorisation poussée de ces sous-produits sous forme de sels de potassium ou de sels binaires (sulfates de potassium et d'ammonium, par exemple) commercialisables comme engrais et d'un concentré protéique liquide utilisable pour l'alimentation du bétail. Suivant la nature des sous-produits et le taux de dépotassification recherché, on utilise généralement l'un des trois procédés suivants - S'il s'agit des sous-produits de procédés de fermenta tion où l'acidification du milieu a été faite à l'acide sulfurique, telles que les vinasses de distillerie et levurerie, on se contente de les concentrer par évapo ration jusqu'à formation d'un précipité de sulfate de potassium. Les installations industrielles pour la mise en oeuvre de ce procédé comprennent une station d'éva poration, éventuellement une cuve de stockage où les cristaux de sulfate de potassium peuvent décanter et une machine d'essorage centrifuge où l'on traite la totalité des sous-produits ou seulement la partie concentrée en cristaux par décantation. - Pour les éluats de déminéralisation qui contiennent les anions et les cations des produits chimiques uti lisés pour la régéneration des résines, on provoque la cristallisation du sulfate de potassium, de la même manière que l'on produit des cristaux de sucre à partir des jus sucrés, en faisant passer les éléments dans une station d'évaporation puis dans un appareil de cristal lisation et en soumettant le produit obtenu à un esso rage centrifuge pour séparer les cristaux des eaux-mères. - Lorsqu'on cherche à obtenir un taux de dépotassification élevé ou dans le cas de vinasses provenant d'usines oû l'acidification du milieu de fermentation a e été faite à l'acide chlorhydrique, on ajoute de l'acide sulfurique et de l'ammoniaque ou de la soude aux sous-produits concentrés et on provoque la cristallisation du sul fate de potassium par évaporation et/ou refroidissement. L'un des facteurs essentiels dont dépend la rentabilité de ces procédés est la granulométrie des cristaux obtenus : si ces cristaux sont trop petits, il est difficile de les séparer et pour obtenir des taux de dépotassification acceptables il est nécessaire d'utiliser des moyens coûteux difficilement amortissables. Le but de la présente invention est d'améliorer la granulométrie des cristaux de sulfate de potassium produits et, par conséquent, de faciliter leur séparation. Conformément à la présente invention, les cristaux de sulfate de potassium étant séparés par décantation et centrifugation, on mélange aux sous-produits à traiter, préalablement concentrés, les eaux-mères séparées des cristaux par centrifugation et on refroidit ce mélange pendant la décantation. Les eaux-mères peuvent être refroidies avant d'être mélangées aux sous-produits à traiter. Le mélange peut être effectué dans le dernier étage de concentration des sous-produits, en particulier lorsque celui-ci est constitué par un ballon d'évaporation par détente. Une partie des produits lourds séparés par décantation peut être recyclée et mélangée aux sous-produits à traiter. Le mélange de sous-produits à traiter et d'eaux-mères peut subir un refroidissement en deux étapes effectué d'abord dans un cristalliseur - refroidisseur où il est soumis à une agitation importante pour éviter la décantation des cristaux, puis dans un décanteur-refroidisseur où les cristaux sont séparés par gravité. Dans le cas où des réactifs chimiques1 tels que l'acide sulfurique et une base ou un sulfate, sont ajoutés aux sous-produits à traiter, ils sont mélangés à ces derniers dans un mélangeur placé en amont du cristalli seur-refroidisseur ; une fraction des produits sortant du cristalliseur-refroidisseur pourra être recyclée dans le mélangeur ainsi que les eaux-mères de centrifugation. Pour la mise en oeuvre de l'invention on utilisera de préférence un décanteur-refroidisseur constitué par une cuve fermée, à section circulaire et à axe vertical, comprenant une partie supérieure cylindrique et une partie inférieure conique, une jupe cylindrique fixée sur le couvercle de la cuve, dans sa partie centrale, et se prolongeant vers le bas environ jusqu'à mi-hauteur de la cuve, une entrée pour les sous-produits à traiter débouchant dans l'espace central délimité par la jupe sous le couvercle, une sortie pour les produits lourds à la pointe de la partie inférieure de la cuve, un trop-plein pour l'évacuation des produits dépotassifiés situé dans la partie supérieure de la cuve, entre la jupe et la paroi de la cuve, et un circuit de refroidissement agencé sur la paroi de la cuve.Le cristalliseur-refroidisseur sera équipé de pales de brassage et d'éléments d'échange thermique et/ou d'un circuit de refroidissement de la paroi parcourus par un fluide réfrigérant. Il pourra comporter plusieurs compartiments maintenus à des pressions éventuellement différentes et inférieures à la pression atmosphérique. La description qui suit se réfère aux dessins l'accompagnant qui illustrent à titre d'exemple non limitatif deux modes de réalisation de l'invention et sur lesquels La figure 1 est le schéma d'une installation pour la dépotassification des vinasses de distillerie suivant linvention; et La figure 2 est le schéma d'une autre installation permettant d'atteindre des taux de dépotassîfication plus élevés. L'installation représentée sur la figure 1 comprend essentiellement un décanteur-refroidisseur 10, une essoreuse centrifuge à marche continue 12 et un échangeur de chaleur à plaques 13. Le décanteur-refroidisseur 10 est constitué par une cuve à axe vertical dont la partie supérieure 14 est cylindrique et dont la partie inférieure 16 est formée d'un cône inversé dont l'angle au sommet est voisin de 450. La cuve est fermée par un couvercle 18 et une jupe cylindrique 20 fixée sous le couvercle délimite dans le haut de la cuve une zone centrale 22 et une zone annulaire 24. Les produits à traiter sont introduits dans la zone centrale 22 par un tuyau 26 et un trop-plein 28 placé dans la zone 24 permet ltévacuation de la fraction 1é- gère des produits séparée par décantation. Les produits lourds qui décantent sur le fond de la cuve sont évacués par un orifice de sortie 30 prévu à la pointe du cône. Des pales de raclage 32 fixées à I'extrémité inférieure d'un arbre vertical 34 entrainé en rotation par un moteur 36 monté sur le couvercle 18 facilitent cette évacuation. Un système de refroidissement 38 est prévu sur la partie cylindrique de la cuve ; il est constitué par un conduit à section rectangulaire soudé en hélice sur la paroi de la cuve, à ltextérieure de celle-ci, et parcouru par un fluide réfrigérant tel que de l'eau froide. Ce système pourrait être réalisé différemment et comporter des éléments d'rechange thermique placés à l'intérieur de la cuve. L'essoreuse centrifuge à marche continue 12 est du type décrit dans le brevet français 79.06829. Elle comprend un panier tronconique, évasé vers le haut et monté à l'intérieur d'une cuve fermée. Le panier est monté sur un pivot vertical et est entrainé en rotation. autour de son axe. Le panier porte sur sa surface intérieure un tamis et la phase liquide du produit a essorer ainsi que les particules solides dont les dimensions sont inférieures à celles des ouvertures du tamis sont recueillies dans une chambre entourant le panier et évacuées par un conduit 42.Les particules solides dont les dimensions sont supérieures à celles des ouvertures du tamis sont déplacées vers le haut sur le tamis par la force centrifuge, éjectées dans la cuve, à ltextrémité supérieure du panier, et évacuées en 44 à travers une ouverture ménagée dans le fond de la cuve. Dans cette installation l'alimentation des vinasses et l'extraction des produits obtenus se font en continu. Les vinasses concentrées sont introduites par le tuyau 26 dans la zone centrale 22 de la cuve du décanteur-refroidisseur. La circulation d'eau froide dans le circuit 38 provoque le refroidissement des vinasses qui favorise la formation des cristaux de sulfate de potassium et le grossissement des cristaux formés. Ces cristaux décantent et sont évacués avec une patie de la phase liquide des vinasses constituant les eaux-mères par l'orifice de sortie 30 et transportées, au moyen d'une pompe 46, jusqu'à l'essoreuse 12. Dans celle-ci, les cristaux dont les dimensions sont superieures à celles des ouvertures du tamis sont séparés et évacués en 44.Les eaux-mères sont recueillies dans un bac 48 et renvoyées dans le décanteur-refroidisseur, au moyen d'une pompe 48, après avoir été refroidies dans l'échangeur 13 ; l'eau de refroidissement de cet échangeur est ensuite envoyée dans le circuit de refroidissement 38 du décanteur-refroidisseur. Les vinasses dépotassifiées sont soutirées au moyen du trop-plein 28. Une partie du mélange de cristaux et d'eaux-mères soutiré dans le bas du décanteur-refroidisseur 10 peut être recyclée dans la zone 22, au moyen d'une tuyauterie 50 munie d'une vanne 52, pour abaisser la sursaturation des vinasses et limiter la formation spontanée de fins cristaux. Au lieu d'être recyclées dans le décanteur-refroidisseur, les eaux-mères séparées dans l'essoreuse 12 pour raient être renvoyées dans le dernier étage du groupe d'évaporation où les vinasses sont concentrées, ce dernier étage étant généralement constitué par un ballon d'évaporation par détente. A titre d'exemple, on a traité dans cette installation des vinasses de distillerie concentrées à 65 de matières sèches et dont la teneur en potassium, comptée en Il20, était de 7,6% en poids. Dans le décanteur-refroidisseur 10 es vinasses ont e été refroidies de 650C environ à 40-450C. Environ 78% des cristaux de sulfate de potassium ont été séparés dans l'essoreuse centrifuge 12. Pour 100 Kg de vinasses on a obtenu 93 Kg de vinasses dépotassifiée et 7,23 Kg de cristaux de sulfate de potassium (en tenant compte de l'addition d'environ 0,80 Kg d'eau de clairçage dans l'essoreuse centrifuge) ; 61,8 -Kg de produits ont été soutirés à la base du décanteur-refroidisseur et, après essorage, on a obtenu 54,7 Kg d'eaux-mères qui étaient recyclées. Le taux de dépotassification était de 51,4%. L'installation de la figure 2 diffère essentiellement de celle de la figure 1 par l'adjonction d'un cristalliseur-refroidisseur vertical 54 et d'un mélangeur 56. Elle sera utilisée pour obtenir des taux de dépotassification plus élevés par addition de réactifs (S04H2 et NH40H ou NaOH) aux produits à traiter. Le cristalliseur-refroidisseur est un appareil du type utilisé en sucrerie. Il est constitué par une cuve verticale fermée et est équipée d'éléments d'échange thermique, tels que tubes ou plaques, placés à l'inté- rieur de la cuve et éventuellement d'une double enveloppe ou d'un circuit de refroidissement analogue à celui du décanteur-refroidisseur 10 qui assurent le refroidissement du produit contenu dans la cuve par circulation d'eau froide ou d'un autre fluide réfrigérant. Des pales 58 fixées sur un arbre vertical 60 entrain en rotation par un moteur 62 permettent de brasser le produit contenu dans la cuve.On pourrait aussi utiliser un appareil horizontal divisé en plusieurs compartiments qui pourraient etre mis sous vide, à des pressions différentes, pour réaliser un refroidissement progressif et une légère concentration du produit. Dans le mélangeur 56, les produits à traiter sont mélangés à des quantités dosées d'acide sulfurique et d'ammoniaque ou de soude, à une partie des produits soutirés à la base du cristalliseur-refroidisseur qui sont recyclés par la conduite 64 et aux eaux-mères séparées des cristaux de -sulfate de potassium dans l'essoreuse 12 et refroidies dans ltéchangeur 13. Ce mélange est introduit à la partie supérieure du cristalliseur 54. Le recyclage des produits sortant du cristalliseur et des eauxmères permet de réduire la formation des fins cristaux, qui sont difficiles à séparer, et la circulation méthodique des produits dans le cristalliseur assure le grossissement régulier des cristaux. La fraction des produits soutirés à la base du cristalliseur qui n'est pas recyclée alimente le décan- teur-refroidisseur 10 où s'effectue, comme dans l'instal- lation de la figure 1, la séparation par décantation des vinasses dépotassifiees et du mélange de cristaux et d'eaux-mères qui est extrait à la pointe du décanteur et envoyé dans ltessoreuse centrifuge 12. Comme la précédente, cette installation et plus generalement toutes celles utilisées pour la mise en oeuvre de l'invention sont à marche continue. A titre d'exemple, on a traité dans cette installation des vinasses de distillerie concentrées à 65% de matières sèches et dont la teneur en potassium, comptée en K20 était de 7,6% en poids. Les vinasses ont été refroidies de 650C environ à 40-480C dans le mélangeur 56 et le cristalliseur 54 et jusqu'à 350C environ dans le décan- teur 10. Environ 78% des cristaux ont e été récupérés dans ltessoreuse centrifuge 12. Pour 100 Kg de vinasses auxquels ont été ajoutés 2,97 Kg de NH40H et 1,89 Kg de S04H2, on a obtenu 94,22 Kg de vinasses dépotassifiées et 10,04 Kg de fins cristaux de sulfate de potassium. 380 Kg de produits ont été soutirés du cristalliseur 54 et 200 Kg ont été recyclés, tandis que 85,8 Kg des produits ont été soutirés-à la pointe du décanteur 10 et, après essorage, on a obtenu 75,2 Kg d'eaux-mères qui étaient recyclées. Le taux de dépotassification était de 71,4%. Dans le procédé qui vient d'être décrit et où on utilise des additifs chimiques pour atteindre un taux de dépotassification plus élevé, le coût des produits ch i- miques réduit les gains d'exploitation. Il est intéressant d'utiliser comme additifs des sous-produits qui seraient autrement perdus. En particulier, on peut utiliser comme neutralisant des solutions de nettoyage usées contenant de la soude ce qui a pour autre avantage de réduire la pollution. Comme source d'ions S04 on peut utiliser des fumées contenant du S02 et provenant d'une chaudière ou d'un sécheur. Pour mettre en contact les vinasses concentrées et les fumées on pourra utiliser un laveur de gaz du type à cascades ou à venturi équipé d'un dispositif d'oxydation par insufflation d'air, pour la transformation des sulfites en sulfates, et d'un circuit de recyclage des vinasses. Une partie de l'eau des vinasses étant évaporée dans ce laveur, celui-ci constituera un dernier étage de concentration. Revendications 1. Procédé de dépotassification des sous-produits des industries agro-alimentaires, consistant à éliminer le. potassium sous forme de cristaux de sulfate de potassium que l'on sépare par decantation et centrifugation, caractérisé en ce qu'on mélange aux sous-produits à traiter, préalablement concentrés, les eaux-mères séparées des cristaux par centrifugation et on refroidit ce mélange pendant la décantation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les eaux-mères sont refroidies avant d'être mélangées aux sous-produits à traiter. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une partie de la fraction lourde séparée par décantation est recyclée pour être mélangée aux sous-produits à traiter. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou.3, suivant lequel la concentration finale des sous-produits est effectuée par évaporation par détente dans un ballon, caractérisé en ce que les eaux-mères sont mélangées aux sousproduits à traiter dans ledit ballon. 5. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le mélange de sous-produits et d'eaux-mères est soumis à un refroidissement en deux étapes, d'abord dans un cristalliseur-refroidisseur (54) où il est soumis à une agitation importante pour éviter la décantation des cristaux puis dans un décanteur-refroidisseur (10) où les cristaux sont séparés par gravité. 6. Procédé selon la revendication 5 suivant lequel des réactifs tels que l'acide sulfurique ou un sulfate et une base sont ajoutés aux sous-produits, caractérisé en ce que lesdits réactifs sont mélangés aux sous-produits à traiter dans un mélangeur (56) placé en amont du cristalliseur (54) et dans lequel on envoie également une fraction des produits sortant du cristalliseur et fvetuel- lement les eaux-mères de centrifugation. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les produits sortant du cristalliseur (54) sont soumis à un essorage centrifuge, pour séparer une fraction des cristaux, avant d'être traités dans le décanteur (10). 8. Procédé selon la revendication 5, 6 ou 7, caractérisé en ce qu'on utilise comme agent de neutralisation des solutions de nettoyage usées à base de soude. 9. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les sous-produits concentrés sont mis en contact avec des gaz chauds contenant du SO2, notamment des fumées de chaudières ou de sécheurs, avant d'être refroidis. 10. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant un décanteur et une essoreuse centrifuge à marche continue, caractérisée en ce que le décanteur (10) est constitué par une cuve fermée, à section circulaire et à axe vertical comprenant une partie supérieure cylindrique (14) et une partie inférieure conique (16), une jupe cylindrique (20) fixée sur le couvercle (18) de la cuve dans sa partie centrale et se prolongeant vers le bas environ jusqu'à mi-hauteur de la cuve, une entrée pour les sous-produits à traiter débouchant dans l'espace délimité par la jupe sous le couvercle, une sortie (30) pour la fraction lourde à la pointe de la partie inférieure de la cuve, un tropplein (28) pour l'évacuation de la fraction légère situé dans la partie supérieure de la cuve, entre la jupe et la paroi de la cuve, et un circuit de refroidissement (38) disposé sur la paroi de la cuve. 11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un échangeur de chaleur (13) pour refroidir les eaux-mères séparées des cristaux dans l'essoreuse centrifuge (12) avant de les recycler dans ledecanteur (10). 12. Installation selon la revendication 10 ou 11, carac te'risée en ce qu'elle comprend un cristalliseur-refroidisseur (54) placé en amont du décanteur (10) et muni d'éléments d'échange thermique et d'un dispositif d'agitation (58). 13. Installation selon la revendication 12, caractérisee en ce que ledit cristalliseur-refroidisseur est disposé horizontalement et divisé en plusieurs compartiments où règnent des pressions différentes, inférieures à la pression atmosphérique. 14. Installation selon la revendication 12 ou 13, caractérisée en ce qu'elle comprend un mélangeur (56) placé en amont du cristalliseur-refroidisseur (54) et où les sous-produits à traiter sont mélangés à des réactifs et à des produits recyclés provenant dudit cristalliseur et/ou de ltessoreuse centrifuge (12).