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Procédé de traitement des jus sucrés.
La présente invention a pour objet des perfection- nements aux procédés pour l'épuration de solutions contenant des colloides capables d'être coagulés par la chaleur et des colloïdes précipités par des variations de la concentration en ions d'hydrogène, par exemple de jus sucrés et plus particu- lièrement de jus dérivés de la canne à sucre et de la bettera- ve.
Cette invention ressortira clairement de la description qui suit et du dessin annexé qui montre schématiquement un appareil permettant de réaliser le procédé suivant l'invention
Dans l'épuration des jus dérivés de la canne à sucre, il avait été usuel, jusqu'à ce jour, d'ajouter au jus de la
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chaux ou un composé de chaux alcalin en quantité suffisante pour rendre le jus approximativement neutre ou, dans le cas du jus de betterave, d'ajouter une quantité de chaux* etc*, pour lui donner un degré d'alcalinité déterminé, et de chauf- fer le jus traité. Le but de cette opération, appelée carbonata- tion ou défécation, résidait dans l'élimination de corps ni- trogènes et en particulier de ceux d'une nature albuminoïde, d'autres colloïdes organiques et de matières analogues.
Dans les procédés réalisés jusqu'à ce jour il se forme un précipité ou coagulum qui est excessivement difficile à traiter par filtration ou par d'autres procédés, et il se produit une dé- coloration marquée du jus, laquelle résulte probablement de l'action localisée de la chaux sur la glucose et sur des su- cres plus simples similaires existant dans le jus. Le procédé suivant l'invention obvie à ces inconvénients en ce sens qu' il effectue l'épuration du jus avec formation d'un précipité ou coagulum qui se'dépose rapidement, ce qui amène le jus à un état dans lequel il peut facil-ement et rapidement être filtré et n'occasionne en substance aucune décoloration du jus.
Le procédé est aimilairement applicable au trai- tement du jus de betterave, de liqueurs à base de glucose dé- rivées de la conversion de l'amidon, de solutions contenant de la lévulose, d'eaux résiduelles et d'autres matières similai- res, le réglage de la température et de la concentration en ions d'hydrogène étant effectué dans chaque cas selon les principes exposés ci-,après.
Dans la mise en pratique du procédé suivant l'inven- tion, on communique à une masse de jus de canne à sucre, par exemple ayant été de préférence préalablement portée à une tem- pérature suffisante pour déterminer au moins un commencement de coagulation de la matière albuminoïde, un mouvement rapide déterminant le mélange continu des éléments de la masse de li-
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quide entre eux, de préférence suivant un chemin circulaire, et, pendant que le liquide est en mouvement, on ajoute à ce liquide un réactif approprié à l'état finement dispersé et à une vitesse sensiblement constante.
La circulation rapide du liquide sur lui-même, conjointement avec l'addition graduelle du réactif à l'état finement dispersé, détermine une réac- tion sensiblement uniforme et progressive du réactif sur la masse entière de jus sans occasionner un défaut d'homogénéité d'action en des points localisés de cette masse. La variation qui se produit dans la concentration en ions d'hydrogène con- tribue à agglomérer les colloïdes coagulés et à les amener'à un état propre à assurer un dépôt rapide et occasionne aussi une nouvelle précipitation de colloïdes-.
L'action du réactif, dans la mise en pratique de l'invention, est préférablement réglée visuellement par l'ob- servation de la couleur du jus et de la rapidité de dépôt du précipité ou coagulum. Pour observer ainsi le liquide pendant le traitement, des moyens sont prévus pour séparer à volonté une faible fraction du liquide de la masse en circulation ra- pide avec laquelle on mélange le réactif. Cette partie sépa- rée du liquide est immobilisée momentanément pour l'inspection, on détermine son état et, si cet état est jugé satisfaisant, on cesse d'ajouter du réactif et l'on évacue le liquide. On peut alors filtrer le jus ou laisser ses éléments solides se déposer puis enlever la fraction liquide par décantation.
Le précipité se dépose rapidement, se filtre rapidement sans obs- truer les surfaces filtrantes et le jus est sensiblement exempt d'une coloration sombre.
Sur le dessin sont représentés des moyens permettant de réaliser l'invention. 5 désigne un réchauffeur qui peut convenablement être du type tubulaire. Le jus à traiter en- tre par un tuyau .2.. et s'échappe par un tuyau 7 après avoir traversé les tubes 8 du réchauffeur. De la vapeur sous pression
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est délivrée, si on le désire, par un tuyau 9 à l'espace en- tourant les tubes 8. Dans le réchauffeur 5 le jus est rapi- dement porté à une température suffisante pour déterminer au moins un commencement de coagulation des albuminoïdes ou de toute autre substance susceptible d'être coagulée par la cha- leur, la température étant supérieure à 71,1 C. et de préfé- rence à 87,7 C., cette température pouvant atteindre, par ex- /pour obte-emple, 1150 C.
Une pression peut être appliquée/la températunir re requise, si on le désire* Ordinairement, Le jusrpeuT, etre porté à une température de 93,3 C. à 100 C. Ilse produit une coagulation au moins partielle de la matière albuminoide comme résultat de ce chauffage, les particules coagulées for- mant un noyau sur lequel il peut se produire une nouvelle pré- cipitation ou agglomération dans le traitement subséquent du jus.
Au lieu de chauffer le liquide qui arrive, il peut, dans certains cas, être désirable de le refroidir. En pareil cas, on peut prévoir des moyens de refroidissement et l'on peut ensuite élever, abaisser, maintenir constante ou autre- ment régler la température selon le traitement particulier ré- alisé et la matière traitéeo
En quittant le réchauffeur 5, le jus se rend par un tuyau 7 muni d'un robinet 10 dans une chambre 11 à la par- tie inférieure de laquelle un dispositif de chauffage conve- nable tel qu'un serpentin à vapeur 12 peut être prévu. A un endroit central convenable de la chambre -11 est prévu un tube central 13 qui est ouvert à son extrémité supérieure et à son extrémité inférieure et dont la forme correspond de pré- férence sensiblement à la section transversale de la chambre.
Une hélice ou organe, propulseur rotatif 14 est disposé dans le tube 13,de préférence près de son extrémité inférieure ou- verte, cette hélice étant montée sur un arbre 15 qui est conve-
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nablement supporté par une crapaudine 16 à la partie infé- rieure de la chambre 11 et qui fait saillie à son extré- mité supérieure à travers le couvercle 17 de la chambre. L'ar- bre 15 est muni d'une poulie convenable 18 ou d'un autre dis- positif permettant de communiquer à cet arbre et à l'hélice
14 un mouvement de rotation rapide.Le tube 13 se termine à son extrémité inférieure un peu au-dessus de la paroi infé- rieure de la chambre 11 et, à son extrémité supérieure, un peu au-dessous du niveau normal du liquide dans la chambre.
L'ar- bre 15 et l'hélice 14 reçoivent un mouvement de rotation rapi- de, l'hélice produisant un mouvement extrêmement rapide et u- niforme du liquide, lequel mouvement l'oblige à descendre dans le tube 13, à sortir de ce tube et à remonter à l'extérieur du tube, de sorte qu'il circule rapidement et d'une façon continue sur lui-même. En fonctionnement normal, le liquide est ainsi mis en circulation très rapidement, de sorte que ses éléments se mélangent entre eux intimement, la dit mélange étant considérablement favorisé par des ailettes disposées en chicane 20.
Pendant cette opération, le liquide est préféra- blement maintenu au voisinage ou seulement un peu au-dessous de la température à laquelle il pénètre dans la chambre à l' aide de l'agent de chauffage circulant dans le serpentin 12, par exemple à 1 - 3 au-dessous de la dite température. Dans certains cas, il peut être désirable de chauffer le liquide sdus pression dans le réchauffeur et de le délivrera: l'inté- rieur de la chambre à la pression atmosphérique, auquel cas une réduction considérable de la température peut avoir lieu en ce point.
La circulation rapide et continue du liquide sur lui- même, conjointement avec la chaleur, produit une nouvelle coa- gulation des particules en suspension dans ce liquide, cette coagulation et cette agglomération étant notablement secon- dées par la circulation rapide du liquide.
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Il se présente continuellement de nouvelles sur- faces du liquide au réactif finement divisé, ces surfaces é- tant immédiatement mises en circulation et étant mélangées ra- pidement et avec une grande fréquence avec le reste du li- quide.
On constate ordinairement que la proportion de ré- actif alcalin requise pour la clarification complète du jus dans la mise en pratique du présent procédé est moindre* Ainsi, la quantité d'alcali requise dans un cas où l'on traitait un jus acide, quantité calculée sur la base de l'oxyde de calcium, fut approximativement 0,025 %. Ce réactif peut être ajouté au jus sous forme de chaux caustique finement broyée, de chaux éteinte, de lait de chaux dilué ou de sucrate de calcium. Si l'on ajoute le réactif sous forme de chaux, vive ou calcinée, on le pulvérise pour en former une farine fine qu'on projette graduellement et à tout débit convenable dans la masse de li- quide circulant constamment.
Si le réactif est employé sous forme d'un lait de chaux ou de sucrate de calcium, on emploie une suspension ou solution diluée, par exemple à 2 % environ, dont on asperge le liquide d'une façon graduelle et à tout dé- bit convenable pendant la circulation du dit liquide. La ré- action a lieu rapidement et l'opération peut être réglée, de préférence par une inspection effectuée comme expliqué plus loin, en vue de l'obtention de la production et de la vitesse de traitement désirées. Le réactif, convenablement fourni par un récipient 24, est délivré par un tuyau 25 à des tuyaux à ro- binet 26 qui traversent le couvercle 17 de la chambre 11 et se terminent par des têtes d'arrosage convenables 27 situées au-dessus du niveau de liquide normal de la chambre.
Pour observer l'état du liquide, un conduit 19 est disposé verticalement à l'extérieur de la chambre 11 et commu- nique par ses deux extrémités avec cette chambre au-dessous
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du niveau du liquide que renferme cette chambre. Une partie de ce tuyau, désignée par 28. est convenablement faite de matière transparente telle que le verre, et des robinets 21 sont prévus au-dessus et au-dessous. A tout instant du trai- tement on peut, en ouvrant les deux robinets 21, remplir le conduit 19 et la partie transparente 28 du dit conduit d'un liquide dont l'état est le même que celui que renferme la cham- bre. En fermant alors le robinet inférieur 21 ou les deux ro- binets, on peut séparer cette partie du liquide et noter son état.
L'état auquel il convient que soit le liquide pour l'a- chèvement de l'addition du réactif peut être déterminé presque instantanément par la rapidité de dépôt des flocons ou par- ticules dans la partie de liquide emprisonnée dans le conduit
19 et par sa couleur. Lorsqu'on constate que le dépôt s'effec- tue presque instantanément et possède la couleur convenable, on cesse d'ajouter du réactif et l'on évacue le liquide de la chambre 11 par un; tuyau 22 muni d'un robinet 23. On constate presque toujours que ce point est approximativement PH7, ou compris entre PH6,5 et PH8.
On constate alors que le jus se dépose rapidement, se filtre rapidement, n'est pas sujet à obstruer le filtre et ne présente en substance pas de traces de décoloration* Il semble qu'il existe dans l'état décrit une absorption marquée de matière colorante et d'autres matières colloïdales par la matière agglomérante.
Si on le désire, par une manoeuvre convenable des robinets d'entrée 10 et de sortie 23, on peut rendre le pro- cédé continu, le réactif étant fourni d'une façon continue dans la mesure requise.
On a décrit la réalisation du procédé dans le cas du traitement des jus sucrés dérivés de la canne à sucre et de la betterave, mais il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à cette application particulière et peut aussi ê-
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tre appliquée à d'autres matières contenant des matières col- loïdales susceptibles de se coaguler ou de se précipiter sous l'action de la chaleur, d'un changement dans la concentra- tion en ions d'hydrogène ou par ces deux actions à la fois.
Dans certains cas, il est en outre avantageux d'ajouter au liquide une matière inerte telle que la poudre de brique ou une matière analogue.L'avantage de cette addition est que la matière inerte s'incorpore au coagulum.et en augmente la den- sité, ce qui accélère notablement le dépôt. Le procédé est extrêmement souple, et permet l'emploi réglé de l'un ou plu- sieurs des agents tels que la chaleur, l'agitation ou un ré- actif neutralisant. Il permet en outre la.détermination et le réglage de la condition de traitement la plus favorable par des moyens visuels immédiatement utilisables.
Résumé.
Des procédés pour traiter des jus sucrés tels que ceux dérivés de la canne à sucre et de la betterave, ces pro- cédés pouvant être caractérisés par les points suivants, appli- cables séparément ou en combinaison :
1 On fait circuler rapidement une masse du, jus sur lui-même et on y ajoute d'une façon continue et à un débit sensiblement uniforme un réactif alcalin à l'état finement dispersé, ce qui effectue une variation graduelle et progres- sive dans la concentration en ions d'hydrogène de cette masse, la température des jus étant préférablement réglée pendant ces opérations.
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Process for processing sweet juices.
The present invention relates to improvements to processes for the purification of solutions containing colloids capable of being coagulated by heat and colloids precipitated by variations in the concentration of hydrogen ions, for example from sweet juices. and more particularly of juices derived from sugar cane and beet.
This invention will emerge clearly from the following description and from the accompanying drawing which schematically shows an apparatus for carrying out the process according to the invention.
In the purification of juices derived from sugar cane, it had been customary, until now, to add to the juice of
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lime or an alkaline lime compound in sufficient quantity to render the juice approximately neutral or, in the case of beet juice, to add a quantity of lime * etc *, to give it a determined degree of alkalinity, and of lime - iron the processed juice. The object of this operation, called carbonation or defecation, resided in the elimination of nitrogens and in particular those of an albuminoid nature, other organic colloids and the like.
In the processes carried out to date a precipitate or coagulum forms which is exceedingly difficult to treat by filtration or other processes, and marked discoloration of the juice occurs, which probably results from the action. localized lime on glucose and similar simpler sugars found in juice. The process according to the invention obviates these drawbacks in that it effects the purification of the juice with the formation of a precipitate or coagulum which settles rapidly, which brings the juice to a state in which it can easily be deposited. It can be filtered quickly and easily and does not substantially discolour the juice.
The process is likewise applicable to the treatment of beet juice, glucose-based liquors derived from the conversion of starch, solutions containing levulose, waste water and other similar materials. , the temperature and the concentration of hydrogen ions being adjusted in each case according to the principles set out below.
In the practice of the method according to the invention, a mass of sugarcane juice, for example which has been preferably previously brought to a temperature sufficient to determine at least one onset of coagulation of the sugarcane, is imparted. albuminoid matter, a rapid movement determining the continuous mixing of the elements of the mass of li-
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quide between them, preferably following a circular path, and, while the liquid is in motion, a suitable reagent is added to this liquid in the finely dispersed state and at a substantially constant rate.
The rapid circulation of the liquid over itself, together with the gradual addition of the finely dispersed reagent, determines a substantially uniform and gradual reaction of the reagent over the entire mass of juice without causing a lack of homogeneity in the juice. 'action at localized points of this mass. The variation which takes place in the concentration of hydrogen ions contributes to agglomeration of the coagulated colloids and to bring them to a state such as to ensure rapid deposition and also causes further precipitation of colloids.
The action of the reagent, in the practice of the invention, is preferably controlled visually by observing the color of the juice and the rate of deposition of the precipitate or coagulum. To thus observe the liquid during the treatment, means are provided for separating at will a small fraction of the liquid from the rapidly circulating mass with which the reagent is mixed. This part separated from the liquid is temporarily immobilized for inspection, its condition is determined and, if this condition is found satisfactory, the addition of reagent is ceased and the liquid is discharged. The juice can then be filtered or its solid elements can be allowed to settle and then remove the liquid fraction by decantation.
The precipitate settles quickly, filters quickly without clogging the filter surfaces and the juice is substantially free of dark coloring.
The drawing shows means for carrying out the invention. 5 denotes a heater which may suitably be of the tubular type. The juice to be treated enters through a pipe .2 .. and escapes through a pipe 7 after passing through the tubes 8 of the heater. Steam under pressure
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is delivered, if desired, through a pipe 9 to the space surrounding the tubes 8. In the heater 5 the juice is rapidly brought to a temperature sufficient to determine at least a beginning of coagulation of the albuminoids or of any other substance capable of being coagulated by heat, the temperature being higher than 71.1 C. and preferably above 87.7 C., this temperature being able to reach, for ex- / for example, 1150 C.
Pressure may be applied / temperature required, if desired * Usually, just little, this can be brought to a temperature of 93.3 ° C to 100 ° C. At least partial coagulation of the albuminoid material occurs as a result of this heating, the coagulated particles forming a core on which further precipitation or agglomeration can occur in the subsequent processing of the juice.
Instead of heating the incoming liquid, it may in some cases be desirable to cool it. In such a case, cooling means can be provided and the temperature can then be raised, lowered, kept constant or otherwise regulated according to the particular treatment carried out and the material treated.
On leaving the heater 5, the juice passes through a pipe 7 provided with a tap 10 into a chamber 11 at the lower part of which a suitable heating device such as a steam coil 12 can be provided. . At a suitable central location of the chamber 11 is provided a central tube 13 which is open at its upper end and at its lower end and the shape of which preferably corresponds substantially to the cross section of the chamber.
A propeller or rotary propeller 14 is disposed in the tube 13, preferably near its open lower end, this propeller being mounted on a shaft 15 which is suitable.
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nably supported by a crapaudine 16 at the lower part of the chamber 11 and which projects at its upper end through the cover 17 of the chamber. The shaft 15 is provided with a suitable pulley 18 or other device allowing communication to this shaft and to the propeller.
14 a rapid rotational movement. The tube 13 terminates at its lower end a little above the lower wall of the chamber 11 and, at its upper end, a little below the normal level of the liquid in the chamber. bedroom.
The shaft 15 and the propeller 14 receive a rapid rotational movement, the propeller producing an extremely rapid and uniform movement of the liquid, which movement forces it to descend into the tube 13, out of the liquid. this tube and to go up outside the tube, so that it circulates rapidly and in a continuous manner on itself. In normal operation, the liquid is thus circulated very quickly, so that its elements mix together intimately, said mixing being considerably favored by fins arranged in a baffle 20.
During this operation, the liquid is preferably kept near or only a little below the temperature at which it enters the chamber by means of the heating medium circulating in the coil 12, for example at 1. - 3 below said temperature. In some cases it may be desirable to heat the liquid under pressure in the heater and deliver it to the interior of the chamber at atmospheric pressure, in which case a considerable reduction in temperature may take place at this point.
The rapid and continuous circulation of the liquid on itself, together with the heat, produces a further coagulation of the particles suspended in this liquid, this coagulation and this agglomeration being notably aided by the rapid circulation of the liquid.
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New surfaces of the liquid to the finely divided reagent continually appear, these surfaces being immediately put into circulation and being mixed rapidly and with great frequency with the remainder of the liquid.
It is ordinarily found that the proportion of alkaline reagent required for the complete clarification of the juice in the practice of the present process is less. Thus, the amount of alkali required in a case of treating an acidic juice. calculated on the basis of calcium oxide, was approximately 0.025%. This reagent can be added to the juice as finely ground caustic lime, slaked lime, diluted milk of lime or calcium sucrate. If the reagent is added in the form of lime, quick or calcined, it is pulverized to form a fine flour which is projected gradually and at any suitable rate into the mass of liquid circulating constantly.
If the reagent is used in the form of milk of lime or calcium sucrate, a suspension or dilute solution, for example at about 2%, is used, with which the liquid is sprinkled gradually and at any rate. suitable during the circulation of said liquid. The reaction takes place rapidly and the operation can be adjusted, preferably by inspection carried out as explained later, to obtain the desired production and processing speed. The reagent, suitably supplied from a container 24, is delivered through a pipe 25 to valve pipes 26 which pass through the cover 17 of the chamber 11 and terminate at suitable sprinkler heads 27 situated above the level. normal fluid from the chamber.
To observe the state of the liquid, a duct 19 is arranged vertically outside the chamber 11 and communicates via its two ends with this chamber below.
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the level of the liquid contained in this chamber. A portion of this pipe, designated 28, is suitably made of transparent material such as glass, and taps 21 are provided above and below. At any time during the treatment, it is possible, by opening the two taps 21, to fill the pipe 19 and the transparent part 28 of said pipe with a liquid whose state is the same as that contained in the chamber. By then closing the lower valve 21 or both valves, this part of the liquid can be separated and its state noted.
The state in which the liquid should be for the completion of the reagent addition can be determined almost instantaneously by the rate of deposition of the flakes or particles in the portion of liquid trapped in the conduit.
19 and by its color. When it is found that the deposit takes place almost instantaneously and has the correct color, the addition of reagent is stopped and the liquid is discharged from chamber 11 by one; pipe 22 fitted with a tap 23. It is almost always observed that this point is approximately PH7, or between PH6.5 and PH8.
It is then observed that the juice settles quickly, filters quickly, is not liable to clog the filter and does not present in substance any traces of discoloration * It seems that in the state described there is a marked absorption of material colorant and other colloidal material by the binding material.
If desired, by proper operation of the inlet 10 and outlet 23 taps, the process can be made continuous with the reagent being supplied continuously to the extent required.
The carrying out of the process has been described in the case of the treatment of sweet juices derived from sugar cane and beet, but it is understood that the invention is not limited to this particular application and can also be used.
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be applied to other materials containing colloidal materials liable to coagulate or precipitate under the action of heat, of a change in the concentration of hydrogen ions or by these two actions at the times.
In some cases, it is further advantageous to add an inert material such as brick powder or the like to the liquid. The advantage of this addition is that the inert material becomes incorporated into the coagulum and increases its denomination. - sity, which significantly speeds up the filing. The process is extremely flexible, and allows the controlled use of one or more of the agents such as heat, agitation or a neutralizing reagent. It further enables the determination and adjustment of the most favorable treatment condition by immediately usable visual means.
Summary.
Processes for treating sweet juices such as those derived from sugar cane and beet, these processes possibly being characterized by the following points, applicable separately or in combination:
1 A mass of the juice is circulated rapidly over itself and an alkaline reagent in a finely dispersed state is added continuously and at a substantially uniform rate, thereby effecting a gradual and progressive variation in the concentration of hydrogen ions in this mass, the temperature of the juices preferably being regulated during these operations.
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