<Desc/Clms Page number 1>
"PERFECTIONNEMENTS A LA FABRICATION DU SUCRE"
Cette invention a trait à la fabrication du sucre et a pour objet certains perfectionnements apportés au pro- cédé de fabrication du sucre. Elle concerne plus spéciale- ment le traitement de jus sucrés dans la fabrication du sucre et plus particulièrement des perfectionnements au procédé de purification et de clarification des jus de bet- terave.
Dans les procédés usuellement appliqués jusqu'à ce jour pour fabriquer le sucre en partant dea jus de bet- terave, on lave les betteravec. on les découpe en cossettes et on soumet celles-ci à l'action d'un courant d'eau chaude sous pression passant en contre-courant dans une batterie de
<Desc/Clms Page number 2>
diffuseurs. Le jus résultant de la diffusion possède une couleur foncée et contient, en suspension ou en solution, les éléments colloïdaux et solubles de la betterave, c'est- à-dire la sucrose, les sels de potassium et de sodium des acides phosphorique, sulfurique, chlorhydrique, oxalique et tartrique, des protéines, des pectines, de l'albumine, etc.. et une faible quantité de sucre inverti. La teneur en sucre du jus varie de 9% à 16 % environ. Sa réaction est légère- ment acide.
On sépare du jue les fibres, les tissus cellu- laires et l'albumine coagulée en suspension,, puis on les chauffe à 85 C environ, ce qui a pour effet de coaguler une partie de l'albumine et, en outre, de préparer le jus pour la clarification. On ajoute alors au jus chaud de la chaux, usuellement sous forme d'un lait de chaux, ou sous forme de saccharate de calcium, en quantité variant de 2 à 3% du poids des betteraves traitées. Le jus passe ainsi de l'état acide à l'état alcalin. Le jus ainsi additionné de chaux est fréquemment soumis à une agitation prolongée, va- riant de 15 à 20 minutes, à une température élevée.
Le jus ayant ainsi été soumis à la défécation est ensuite carbonate, c'est-à-dire soumis à l'action d'un gaz contenant 30 % environ d'anhydride carbonique, ce qui pré- cipite le carbonate de calcium. Il faut cinq cuves pour ef- fectuer cette carbonatation. L'opération est usuellement réalisée par charges successives.
On soumet une des cuves renfermant le jus traité par la chaux, à la carbonatation pendant qu'on prépare les autres cuves pour la même opéra- tion Au début de l'introduction du guz dans le jus traité par la chaux, il se produit une matière gélatineuse qu'il est pratiquement impossible de séparer par décantation.
mesure qu'on continue à faire passer le gaz, la nature du précipité change, et lorsque l'alcalinité a été réduite à
<Desc/Clms Page number 3>
1 - 1,5 grammes de chaux (oxyde de calcium) par litre de filtrat, le précipité devient floconneux et on peut le dé- canter ou le filtrer facilement, Si on continue à faire passer le gaz pour diminuer encore l'alcalinité du jus, le précipité devient de plus en plus floconneux mais on atteint vite un point où certaines des impuretés qui ont été séparées de la solution, commencent à se dissoudre de nouveau.
Ce procédé habituellement appliqué jusqu'à ce jour pour fabriquer le sucre en partant des jus de bette- rave, est extrêmement compliqué, entraîne un grand nombre d'opérations et exige l'attention d'opérateurs très expéri- mentés. Par exemple, si la première phase de carbonatation est poussée trop loin, ou si elle n'est pas poussée assez loin, il est pratiquement impossible d'obtenir un filtrat clair. En d'autres termes, si le passage du gaz n'est pas conduit jusqu'à un point final précis, il est pratiquement impossible d'obtenir une bonne séparation des solides d'a- vec les liquides.
Comme les opérations sont réalisées sur des charges distinctes et que les réglages sont tous ma- nuels et consistent dans la manoeuvre d'obturateurs, il avait été extrêmement difficile, jusqu'à ce jour, d'obte- nir, à la fin du traitement, des jus sucrés purifiés et clarifiés d'une façon sensiblement uniforme.
Comme résultat de recherches, la demanderesse a déterminé que le traitement des jus de betterave dans la fabrication du sucre, peut être simplifié considérablement et rendu beaucoup plus efficace que dans la pratique ac- tuelle. Les phases de l'épuration et de la clarification peuvent être réglées exactement, une meilleure séparation des solides d'avec la liqueur peut être effectuée et le jus de betterave obtenu à la fin du procédé, est de qua-
<Desc/Clms Page number 4>
lité supérieure et uniforme.
Suivant la présente invention, le traitement du jus de betterave en vue de la fabrication du sucre est réa- lisé de telle manière que la chaux dissoute dans le jus n'atteint pas le point de saturation. cet effet, une des caractéristiques de l'invention consiste à n'ajouter de la chaux qu'à un jus qui est soumis à la carbonatation sensi- blement au même moment. L'invention envisage aussi le mé- lange de jus de diffusion bruts'avec des jus préalablement carbonatés avant de soumettre les jus bruts à une carbona- tation. Suivant une autre caractéristique, on fait circuler une partie au moins de ces jus d'une façon répétée à tra- vers une zone de carbonatation.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, ces diverses caractéristiques sont avantageusement combinées, quoiqu'elles puissent aussi être appliquées séparément.
On a déjà. décrit un procédé et un appareil per- mettant de régler rapidement et automatiquement la carbo- natation de jus sucrés à des degrés d'alcalinité prédéter- minés. De plus, le procédé et l'appareil faisant l'objet de ce brevet peuvent être appliqués d'une manière propre à ef- fectuer la carbonatation continue de jus sucrés par un ré- glage automatique de ce genre. Ce mode opératoire peut avan- tageusement être adopté dans la mise en pratique de la pré- sente invention.
On a trouvé que laddition d'un composé convena- ble du calcium, tel que la chaux vive ou le,saccharate de calcium, à un jus de betterave qui est soumis sensiblement au même moment à une carbonatation offre des avantages très importants. Cette addition de chaux (défécation) détermine la précipitation de carbonate de calcium dans une solution dont la concentration en chaux dissoute est beaucoup plus
<Desc/Clms Page number 5>
faible, par exemple, que lorsque la chaux est ajoutée en dehors de la zone de carbonatation.
Lorsque la chaux est ajoutée au jus à quelque distance de la zone de carbonata- tion, et en particulier lorsque le jus ainsi additionné de chaux est agité comme dans le procédé couramment appliqué jusqu'à ce jour, il se dissout suffisamment de chaux pour atteindre le point de saturation. Dans ces conditions, le carbonate de calcium qui se précipite initialement dans la zone de carbonatation se sépare d'une solution qui était complètement ou à peu près complètement saturée de chaux dissoute. Au contraire, dans le procédé suivant l'invention, la précipitation du carbonate de calcium est effectuée dans une solution qui n'a été que partiellement saturée de chaux véritablement dissoute.
Il est très avantageux d'empêcher l'alcalinité du jus d'atteindre la valeur élevée qui correspond à celle qu'elle atteint lorsque le jus est saturé de chaux dissoute.
Lorsque le jus est saturé de chaux dissoute, Les particules de carbonate de calcium se déposent très lentement et l'on ne peut filtrer le mélange qu'avec beaucoup de difficultés.
L'introduction de chaux dans le jus de diffusion brut à quelque distance de la zone de carbonatation et un certain temps avant la carbonatation, ainsi que l'agitation du jus sucré, sont nuisibles parce que le jus se sature de chaux dissoute et que l'alcalinité atteint une valeur élevée.
Les albuminordea et éléments analogues présents dans le jus sont attaquée par la chaux en solution. Cette réaction produit une proportion relativement grande de colloïdes très fins. Ces colloïdes à l'état finement divisé, sont à leur tour absorbés par les particules de carbonate de cal- cium et empêchent le développement des cristaux. Par contre, lorsque le jus n'est que partiellement saturé de chaux dis-
<Desc/Clms Page number 6>
soute et que l'alcalinité qui en résulte est relativement faible, il se produit une quantité beaucoup plus faible de colloïdes fins. Il en résulte que l'adsorbtion de colloïdes par les surfaces des particules de carbonate de calcium,est matériellement empêchée comme résultat d'une défécation soigneusement réglée et que le développement des cristaux est favorisé.
Le maintien d'alcalinités relativement fai- bles dans le jus par le réglage de la défécation, favorise la cristallisation, en ce sens que les particules de carbo- nate de calcium qui se précipitent sont moins nombreuses et plus grosses, étant donné que le nombre et les dimensions des cristaux augmentent avec la concentration de chaux en solution. La chaux en suspension, c'est-à-dire non disso ute, n'a pas d'effet, comme telle, sur l'alcalinité du jus et ne joue donc aucun rôle important dans les réactions qui vien- nent d'être considérées. Il faut par conséquent éviter au- tant que possible les alcalinités élevées, et l'on réalise ce résultat désirable suivant l'invention en introduisant la chaux dans le jus sensiblement en même temps qu'on in- troduit le gaz anhydride carbonique.
Les recherches de la demanderesse ont aussi dé- montré que le fait de mélanger un jus préalablement carbo- naté avec un jus de diffusion brut avant l'introduction de ce dernier dans la zone de carbonatation présente certains avantages marqués dans l'opération de purification et de clarification. Comme le jus de diffusion brut est légère- ment acide et que le jus carbonate est alcalin (en raison de la présence de chaux véritablement dissoute), le mélan- ge des deux dans des proportions convenables rend graduel- lement.le jus brut alcalin. La purification du jus est ef- fectuée à la fois mécaniquement et chimiquement.
La purifi- cation mécanique est due au fait que les particules de car-
<Desc/Clms Page number 7>
bonate de calcium en suspension se recouvrent de matière colloïdale en suspension dans toutes les parties du jus sucré. Une partie de ces'éléments colloïdaux entrent en contact avec les particules de carbonate de calcium et sont adsorbés par elles. Cette élimination de la matière colloïdale favorise la précipitation normale d'une nouvel- le quantité de particules de carbonate de calcium, étant donné que les colloïdes adsorbés sont éliminés effective- ment de la zone de réaction.
En plus de l'élimination mécanique d'éléments colloïdaux qui vient d'être mentionnée, il se produit cer- taines réactions chimiques qui purifient le jus. La chaux véritablement dissoute, réagit chimiquement sur certaines impuretés dissoutes dans le jus brut, telles que les sels de potassium et de sodium des acides phosphorique, sulfu- rique, oxalique et tartrique, pour donner naissance à des composés sensiblement insolubles dans l'eau. Par exemple, le jus de diffusion brut contient certainement un peu de phosphate de sodium à l'état dissous. Ce phosphate réagit- avec la chaux en solution pour produire un phosphate de calcium relativement insoluble dans l'eau.
Lorsque le jus carbonaté et le jus brut sont mis en circulation, les so- lides en suspension entrent en contact les uns avec les autres et tendent à s'unir sous forme de particules ou d'a- grégats plus gros, qu'il est plus facile de séparer de leur véhicule liquide par décantation ou filtration. Ces particules, insolubles dans l'eau, agissent aussi de façon à purifier le jus mécaniquement en adsorbant à leurs surfa- ces, les éléments colloïdaux nuisibles.
De cette manière, le jus de diffusion brut at- teint finalement la zone de carbonatation à un état au moins partiellement purifié. Comme résultat de cette pu-
<Desc/Clms Page number 8>
rification préliminaire, la surface des particules de car- bonate de calcium nouvellement précipitées pendant la pé- riode de carbonatation sont moins contaminées par la ma- i tière colloïdale que dans le traitement appliqué jusqu'à ce jour. Les surfaces sensiblement propres des particules de carbonate de calcium nouvellement précipitées se prêtent à un développement des particules qui augmente la grosseur moyenne des cristaux de carbonate de calcium, ce qui est particulièrement désirable en vue d'une décantation et d'u- ne filtration efficaces et rapides.
Des avantages marqués peuvent être obtenus en fai- sant circuler d'une façon répétée, à travers une zone de carbonatation, une partie au moins, du jus carbonaté. Cette remise en circulation du jus carbonate,'favorise notable- ment le développement des particules de carbonate de cal- cium. Ce développement a particulièrement tendance à se pro- duire sur celles des particules individuelles de carbonate de calcium remises en circulation, qui présentent des sur- faces sensiblement propres. Il est par conséquent préféra- ble de combiner cette caractéristique de remise en circula- tion avec les caractéristiques précédemment mentionnées.
La précipitation du carbonate de calcium est elle- même notablement favorisée par la présence de particules de carbonate de calcium précédemment précipitées. En d'au- ties termes, les particules de carbonate de calcium tendent à se comporter à la façon de noyaux poux la précipitation de nouvelles quantités de carbonate de calcium de la solu- t,ion.
Ces avantages de la présente invention et d'au- tres, seront mieux compris par la description donnée ci- après en se référant au dessin annexé qui représente sché- matiquement un appareil permettant de mettre le présent
<Desc/Clms Page number 9>
procédé en pratique.
L'installation représentée est composée de trois cuves de traitement principales le 2 et munies à leur ex- trémité supérieure de conduits ou orifices pour l'échappe- ment du gaz non absorbé. Un réservoir à jus sucrés 4, de préférence situé à un niveau plus élevé que les cuves de traitement, est relié par un tuyau 5 à un réservoir à ni- veau constant 6 muni d'un robinet à flotteur 7, Le réser- voir à niveau constant est relié à la première cuve de traitement 1 par un tuyau 8, qui est muni d'un robinet ou autre obturateur 9 commandé à l'aide d'une chaîne.
Un réservoir d'alimentation en chaux 10. de pré- férence situé à un niveau plus élevé que les cuves de trai- tement, est relié par un tuyau 11 àun réservoir à niveau constant 12, qui est aussi muni d'un robinet de commande par flotteur 13. Un tuyau 14 relie ce réservoir à niveau constant à un dispositif mesureur 15 constitué par une boî- te contenant un déversoir permettant de mesurer la quanti- té de chaux traversant la boîte. Le tuyau 14 est muni d'un robinet 16 actionné à l'aide d'une chaîne. Les cuves de carbonatation 2 et 3 sont reliées au dispositif mesureur 15 par des tuyaux 17 et 18 munis de robinets 19 et 20, res- pectivement.
Les cuves de traitement 1, 2 et 3 sont de préfé- rence reliées entre elles, par des tuyaux convenables.La cuve 1 est reliée à la cuve 2 par un tuyau 21 qui va de l'extrémité inférieure de la cuve 1 à un point de la cuve 2 situé vers le milieu de sa hauteur. Un autre tuyau 22 relie le tuyau 21 à un point de la cuve 3 situé vers le milieu de sa hauteur. Ces deux tuyaux sont munis respec- tivement des robinets 23 et 24, de sorte que les cuves 2 et 3 peuvent être mises en service alternativement avec la cuve 1.
<Desc/Clms Page number 10>
Les extrémités inférieures des cuves 2. et 3 sont reliées à un dispositif de décantation ou de filtration 28 par des tuyaux 25, 26 et 27 convenablement munis de robi- nets-29., 30 et 31, respectivement. Le tuyau 27 est muni d'une boucle 32 propre à maintenir le niveau du jus car- bonaté que renferment les cuves à un point désiré. Un ori- fice d'échappement 33 est prévu dans la boucle pour obvier à toute action d siphon qui serait susceptible de se dé- velopper dans la tuyauterie d'alimentation aboutissant au dispositif de décantation 28.
L'extrémité inférieure des cuves 2 et 3 est aussi reliée par des tuyaux 25 et 26, respectivement, une tuyau- terie de remise en circulation 34, munie d'un robinet 35.
Cette tuyauterie est munie d'une pompe 36 servant à refou- ler à l'intérieur de la cuve 1, le contenu, soit de la cuve soit de la cuve 3.
Les cuves 2 et 3 sont convenablement reliées à un dispositif distributeur de gaz. Une tuyauterie à gaz principale 37 est munie de tuyaux de branchements 38 et 39 munis de robinets 38' et 39' et servant a alimenter les cu- ves 2 et 3, respectivement. Ces tuyaux de branchement sont à leur tour reliés à une série de distributeurs 40 et 41 débouchant à l'intérieur des cuves 2 et 5, près de leur par- tie inférieure. Un détendeur à pression constante 42 est prévu sur la conduite à gaz principale 37.
Cette conduite est aussi munie d'un robinet 43 intercalé entre le déten- deux et les branchements et servant à régler la quantité de gaz fournie aux cuves de carbonatation. ue robinet est de préférence actionné automatiquement,
L'appareil qui vient d'être décrit peut fonction- ner comme suit . Le jus de diffusion brut. est introduit dans le réservoir 4.. Sous l'action de la pesanteur, il passe de
<Desc/Clms Page number 11>
ce réservoir au réservoir 6 une quantité sufrisante de ce jus pour créer une pression constante, indiquée et déter- minée par le robinet a flotteur 7. On ouvre convenablement le robinet a commande par chaîne 9. pour admettre le jus de betterave par le tuyau 8 a la première cuve de traitement 1.
Le jus de betterave passe par le tuyau 21 de la cuve 1 a la cuve de carbonatation 2 jusqu'à ce que cette dernière ait été remplie jusqu'à son niveau de travail. Le robinet 24 du tuyau 22 aboutissant a la cuve 3 est fermé pendant que la cuve 2 fonctionne.
Le lait de chaux est introduit dans le réservoir 10 et passe sous l'action de la pesanteur, dans le réservoir à niveau constant 12 par le tuyau 11. On ouvre le robinet a commandé par chaîne 16 pour faire passer le lait de chaux à travers le dispositif mesureur 15. On ferme le robinet 20 du tuyau 18 aboutissant a la cuve 3 pour permettre au lait de chaux de passer par le tuyau 17 dans la cuve 2, ou il se mélange avec le jus sucré.
Lorsque les réservoirs ont été remplis a leur ni- veau de travail normal, on ferme temporairement les admis- sions de jus et de chaux, on met en marche la pompe de re- mise en circulation 36 et l'on admet le gaz pour carbona- tex le mélange que renferment déjà les cuves.
Le gaz anhydride carbonique arrive par la tuyau- terie principale 37. La pression du gaz arrivant par cette tuyauterie est convenablement réglée par le détendeur 42.
On ferme le robinet 39' du branchement 39 aboutissant a la cuve pour permettre au gaz de pénétrer dans la cuve 2.
Comme le gaz pénètre dans le mélange de jus sucré et de lait de chaux près du fond de la cuve 2, les bulles de gaz s'élèvent a travers la masse de liquide.
Lorsque la carbonatation a été conduite jusqu'au
<Desc/Clms Page number 12>
point final usuel, on recommence l'alimentation en jus et en lait de chaux, on ouvre l'e robinet 31 et le procédés'ef- fectue alors d'une façon continue.
Une partie du jus carbonaté est conduit du fond de la cuve 2 par les tuyaux 25 et 27 à l'intérieur du dis- positif de décantation ou d'épaississement 28, tandis que le reste est refoulé à l'intérieur de la cuve 1. La remise en circulation du jus carbonaté est effectuée, dans le pré- sent mode de réalisation, dans le rapport de 8 à 1. En d'au- tres termes, huit volumes de jus environ sont remis en cir- culation par volume de jus nouvellement introduit dans le circuit. Le jus complètement carbonate est conduit au dis- positif de décantation ou de filtration à la même vitesse que le' jus de diffusion brut est introduit dans le système.
De cette manière, on peut carbonater le jus de betterave d'une façon continue.
On remarquera que l'addition de lait de chaux au jus que renferme la cuve 2 est effectuée pendant que le mé- lange est en cours de carbonatation. Aucune agitation du jus par la chaux n'a lieu avant la phase de carbonatation.
Les bulles de gaz qui s'élèvent, rencontrent le jus sensi- blement au moment où ce jus se mélange avec la chaux. L'in- tervalle de temps susceptible de s'écouler entre la déféca- tion et la carbonatation est négligeable dans les condi- tions de travail. ceci a pour but de carbonater le jus traité a la chaux avant que ce jus ait été saturé de chaux véritablement dissoute. En d'autres termes, on carbonate le jus alors qu'il n'est encore que partiellement saturé de chaux ou lorsque son alcalinité est relativement faible, en comparaison avec celle qu'il aurait s'il était complè- tement saturé de chaux dissoute.
Comme le jus carbonaté de la cuve 2 est contraint
<Desc/Clms Page number 13>
à se mélanger avec le jus de diffusion brut de la cuve 1, il est évident que la purification précédemment mentionnée s'effectue. Le jus carbonaté contient des particules de carbonate de calcium en suspension. Ces particules puri- fient mécaniquement le jus de diffusion brut de la cuve 1¯ avant que ce jus ait atteint la zone de carbonatation de la cuve 2. La matière colloïdale présente dans le jus brut, entre en contact avec ces particules de carbonate de calcium en suspension et est adsorbée par elles.
La chaux dissoute transférée de la cuve 2 a la cuve 1 agit chimiquement de leçon à purifier le jus brut.
Elle réagit avec certains sels dissous et corps analogues que renferme le jus brut pour donner naissance a des compo- ses qui sont sensiblement insolubles dans le mélange. La matière colloïdale entre aussi en contact avec ces particu- les insolubles et est adsorbée par elles.
Au moment où le jus brut de la cuve 1 atteint la zone de défécation et de carbonatation de la cuve 2, 'il a été notablement purifié. Il peut alors être carbonaté en vue de la précipitation de nouvelles particules de carbo- nate de calcium sans que la matière colloïdale soit immé- diatement adsorbée à leurs surfaces. Les particules de car- bonate de calcium propres, se prêtent au développement des particules et, en outre, se comportent à la façon de noyaux dans la précipitation du calcium sous t'orme de carbonate de calcium.
Chaque rois qu'il est désirable d'arrêter le fonc- tionnement de la cuve 2, par exemple, pour nettoyer le dis- tributeur de gaz ou lai cuve, on peut fermer les robinets des tuyaux aboutissant a cette cuve, et ouvrir les robinets des tuyaux aboutissant a la cuve ± pour mettre cette der- nieie en action.
<Desc/Clms Page number 14>
Il est bien entendu que la présente invention n'est pas limitée à l'appareil qui vient d'être décrit. Elle peut évidemment être réalisée de nombreuses autres façons. Par exemple, au lieu de faire usage de cuves distinctes asso- ciées les unes aux autres, telles que les cuves 3¯ et 2 ou les cuves 1. et 3, on pourrait très bien se servir d'une cuve relativement haute. L'extrémité supérieure d'une cuve unique de ce genre, convenablement séparée de l'extrémité inférieu- re par des chicanes, pourrait être utilisée comme zone de mélange du jeu de diffusion brut avec le jus carbonaté, les opérations de défécation et de carbonatation étant réalisées dans l'extrémité inférieure de la cuve.
Ce made de réalisa- tion et d'autres, sont faciles à concevoir pour l'homme du métier et rentrent dans le cadre de cette invention.
<Desc / Clms Page number 1>
"SUGAR MANUFACTURING IMPROVEMENTS"
This invention relates to the manufacture of sugar and relates to certain improvements in the process of manufacturing sugar. It relates more specifically to the treatment of sweet juices in the manufacture of sugar and more particularly to improvements to the process for purifying and clarifying beet juices.
In the processes usually applied to date for making sugar from beet juice, the beets are washed with. they are cut into chips and subjected to the action of a current of hot water under pressure passing in counter-current through a battery of
<Desc / Clms Page number 2>
diffusers. The juice resulting from the diffusion has a dark color and contains, in suspension or in solution, the colloidal and soluble elements of beet, that is to say, sucrose, the potassium and sodium salts of phosphoric and sulfuric acids. , hydrochloric, oxalic and tartaric, proteins, pectins, albumin, etc. .. and a small amount of invert sugar. The sugar content of the juice varies from around 9% to 16%. Its reaction is slightly acidic.
The fibers, cell tissues and coagulated albumin in suspension are separated from the juice, then heated to about 85 ° C., which has the effect of coagulating part of the albumin and, moreover, of preparing juice for clarification. Lime is then added to the hot juice, usually in the form of lime milk, or in the form of calcium saccharate, in an amount varying from 2 to 3% of the weight of the treated beets. The juice thus changes from an acidic state to an alkaline state. The juice thus added with lime is frequently subjected to prolonged stirring, varying from 15 to 20 minutes, at an elevated temperature.
The juice thus having been subjected to defecation is then carbonated, that is to say subjected to the action of a gas containing about 30% carbon dioxide, which precipitates the calcium carbonate. Five tanks are needed to carry out this carbonation. The operation is usually carried out by successive charges.
One of the vats containing the lime treated juice is subjected to carbonation while the other vats are prepared for the same operation. At the start of the introduction of the guz into the lime treated juice, there is a gelatinous material which is practically impossible to separate by decantation.
As the gas continues to pass, the nature of the precipitate changes, and when the alkalinity has been reduced to
<Desc / Clms Page number 3>
1 - 1.5 grams of lime (calcium oxide) per liter of filtrate, the precipitate becomes fluffy and can be decanted or filtered easily, If the gas continues to pass to further reduce the alkalinity of the juice , the precipitate becomes more and more fluffy, but a point is quickly reached where some of the impurities which have been separated from the solution begin to dissolve again.
This process usually applied to date for making sugar from beet juice is extremely complicated, involves a large number of operations and requires the attention of highly experienced operators. For example, if the first stage of carbonation is taken too far, or if it is not taken far enough, it is virtually impossible to obtain a clear filtrate. In other words, if the gas passage is not conducted to a precise end point, it is practically impossible to achieve good separation of solids from liquids.
As the operations are carried out on separate loads and the adjustments are all manual and consist in the operation of shutters, it had been extremely difficult, until now, to obtain, at the end of the treatment , sweet juices purified and clarified in a substantially uniform fashion.
As a result of research, applicants have determined that the processing of beet juice in the manufacture of sugar can be greatly simplified and made much more efficient than in present practice. The stages of purification and clarification can be regulated exactly, a better separation of the solids from the liquor can be carried out and the beet juice obtained at the end of the process is of qua-
<Desc / Clms Page number 4>
superior and uniformity.
According to the present invention, the processing of beet juice for the production of sugar is carried out in such a way that the lime dissolved in the juice does not reach the saturation point. This effect, one of the characteristics of the invention consists in adding lime only to a juice which is subjected to carbonation at substantially the same time. The invention also contemplates the mixing of crude diffusion juices with pre-carbonated juices prior to subjecting the raw juices to carbonation. According to another characteristic, at least part of these juices are circulated repeatedly through a carbonation zone.
In the preferred embodiment of the invention, these various features are advantageously combined, although they can also be applied separately.
We already have. discloses a method and apparatus for quickly and automatically controlling the carbonation of sweet juices to predetermined degrees of alkalinity. In addition, the method and apparatus which is the subject of this patent can be applied in a manner suitable for effecting the continuous carbonation of sweet juices by such automatic control. This procedure can advantageously be adopted in the practice of the present invention.
It has been found that adding a suitable calcium compound, such as quicklime or calcium saccharate, to beet juice which is subjected to carbonation at substantially the same time offers very important advantages. This addition of lime (defecation) determines the precipitation of calcium carbonate in a solution whose concentration of dissolved lime is much higher.
<Desc / Clms Page number 5>
low, for example, only when lime is added outside the carbonation zone.
When lime is added to the juice at some distance from the carbonation zone, and particularly when the juice thus added with lime is stirred as in the process commonly applied to date, sufficient lime will dissolve to reach the saturation point. Under these conditions, the calcium carbonate which initially precipitates in the carbonation zone separates from a solution which was completely or nearly completely saturated with dissolved lime. On the contrary, in the process according to the invention, the precipitation of the calcium carbonate is carried out in a solution which has been only partially saturated with truly dissolved lime.
It is very advantageous to prevent the alkalinity of the juice from reaching the high value which corresponds to that which it reaches when the juice is saturated with dissolved lime.
When the juice is saturated with dissolved lime, the particles of calcium carbonate settle very slowly and the mixture can only be filtered with great difficulty.
The introduction of lime into the raw diffusion juice some distance from the carbonation zone and some time before carbonation, as well as the agitation of the sweet juice, is harmful because the juice becomes saturated with dissolved lime and the the alkalinity reaches a high value.
The albuminordea and similar elements present in the juice are attacked by lime in solution. This reaction produces a relatively large proportion of very fine colloids. These colloids, in a finely divided state, are in turn absorbed by the calcium carbonate particles and prevent crystal growth. On the other hand, when the juice is only partially saturated with dissolved lime
<Desc / Clms Page number 6>
bunker and the resulting alkalinity is relatively low, a much lower amount of fine colloids is produced. As a result, the adsorption of colloids by the surfaces of the calcium carbonate particles is materially prevented as a result of carefully controlled defecation and crystal development is promoted.
Maintaining relatively low alkalinities in the juice by controlling defecation promotes crystallization, in that the precipitating calcium carbonate particles are fewer and larger, as the number and the size of the crystals increases with the concentration of lime in solution. Lime in suspension, that is to say not dissolved, has no effect, as such, on the alkalinity of the juice and therefore does not play any important role in the reactions which have just been considered. High alkalinities should therefore be avoided as much as possible, and this desirable result according to the invention is achieved by introducing lime into the juice substantially simultaneously with the introduction of carbon dioxide gas.
The Applicant's research has also shown that the fact of mixing a previously carbonated juice with a raw diffusion juice before the latter is introduced into the carbonation zone has certain marked advantages in the purification operation and for clarification. Since the raw diffusion juice is slightly acidic and the carbonated juice is alkaline (due to the presence of truly dissolved lime), mixing the two in suitable proportions gradually makes the raw juice alkaline. The purification of the juice is carried out both mechanically and chemically.
Mechanical purification is due to the fact that the carbon particles
<Desc / Clms Page number 7>
Suspended calcium bonate becomes covered with colloidal matter suspended in all parts of the sweet juice. Part of these colloidal elements come into contact with the calcium carbonate particles and are adsorbed by them. This removal of the colloidal material promotes the normal precipitation of a further quantity of calcium carbonate particles, since the adsorbed colloids are effectively removed from the reaction zone.
In addition to the mechanical removal of colloidal elements just mentioned, certain chemical reactions take place which purify the juice. Truly dissolved lime reacts chemically with certain impurities dissolved in the raw juice, such as the potassium and sodium salts of phosphoric, sulfuric, oxalic and tartaric acids, to give rise to compounds which are substantially insoluble in water. For example, raw diffusion juice certainly contains some sodium phosphate in a dissolved state. This phosphate reacts with lime in solution to produce a relatively water insoluble calcium phosphate.
When the carbonated juice and the raw juice are put into circulation, the suspended solids come into contact with each other and tend to unite in the form of particles or aggregates larger than it is. easier to separate from their liquid vehicle by decantation or filtration. These particles, which are insoluble in water, also act to purify the juice mechanically by adsorbing harmful colloidal elements to their surfaces.
In this manner, the crude diffusion juice finally reaches the carbonation zone in an at least partially purified state. As a result of this pu-
<Desc / Clms Page number 8>
Preliminary rification, the surface of the newly precipitated calcium carbonate particles during the carbonation period are less contaminated with the colloidal material than in the treatment applied to date. The substantially clean surfaces of the newly precipitated calcium carbonate particles lend themselves to particle development which increases the average size of calcium carbonate crystals, which is particularly desirable for efficient settling and filtration. and fast.
Significant advantages can be obtained by repeatedly circulating, through a carbonation zone, at least part of the carbonate juice. This recirculation of the carbonate juice significantly promotes the development of the calcium carbonate particles. This development has a particular tendency to occur on those of the individual recirculated calcium carbonate particles, which have substantially clean surfaces. It is therefore preferable to combine this recirculation feature with the previously mentioned features.
The precipitation of calcium carbonate is itself notably favored by the presence of previously precipitated particles of calcium carbonate. In other words, the calcium carbonate particles tend to behave like nuclei in precipitation of further amounts of calcium carbonate from the solution.
These advantages of the present invention and others will be better understood by the description given hereinafter with reference to the accompanying drawing which schematically represents an apparatus for making the present invention.
<Desc / Clms Page number 9>
process in practice.
The installation shown is made up of three main treatment tanks on 2 and fitted at their upper end with conduits or orifices for the escape of unabsorbed gas. A sweet juice tank 4, preferably located at a higher level than the treatment tanks, is connected by a pipe 5 to a constant level tank 6 provided with a float valve 7. constant level is connected to the first treatment tank 1 by a pipe 8, which is provided with a valve or other shutter 9 controlled by means of a chain.
A lime feed tank 10, preferably located at a higher level than the treatment tanks, is connected by a pipe 11 to a constant level tank 12, which is also provided with a control valve. by float 13. A pipe 14 connects this constant-level reservoir to a measuring device 15 consisting of a box containing a weir making it possible to measure the quantity of lime passing through the box. The pipe 14 is provided with a valve 16 actuated by means of a chain. The carbonation tanks 2 and 3 are connected to the measuring device 15 by pipes 17 and 18 provided with taps 19 and 20, respectively.
The treatment tanks 1, 2 and 3 are preferably interconnected by suitable pipes. The tank 1 is connected to the tank 2 by a pipe 21 which runs from the lower end of the tank 1 to a point of the tank 2 located towards the middle of its height. Another pipe 22 connects the pipe 21 to a point of the tank 3 located towards the middle of its height. These two pipes are fitted with taps 23 and 24 respectively, so that tanks 2 and 3 can be put into service alternately with tank 1.
<Desc / Clms Page number 10>
The lower ends of the tanks 2 and 3 are connected to a settling or filtration device 28 by pipes 25, 26 and 27 suitably provided with valves-29., 30 and 31, respectively. The pipe 27 is provided with a loop 32 suitable for maintaining the level of the carbonated juice contained in the tanks at a desired point. An exhaust port 33 is provided in the loop to obviate any siphoning action which might develop in the supply piping leading to the settling device 28.
The lower end of tanks 2 and 3 is also connected by pipes 25 and 26, respectively, a recirculation pipe 34, provided with a valve 35.
This piping is provided with a pump 36 serving to discharge inside the tank 1 the contents, either of the tank or of the tank 3.
The tanks 2 and 3 are suitably connected to a gas distributor device. A main gas pipe 37 is provided with branch pipes 38 and 39 fitted with valves 38 'and 39' and serving to supply the tanks 2 and 3, respectively. These branch pipes are in turn connected to a series of distributors 40 and 41 opening inside the tanks 2 and 5, near their lower part. A constant pressure regulator 42 is provided on the main gas line 37.
This pipe is also provided with a valve 43 interposed between the expansion valve and the connections and serving to regulate the quantity of gas supplied to the carbonation tanks. a valve is preferably actuated automatically,
The apparatus which has just been described can operate as follows. The raw diffusion juice. is introduced into tank 4. Under the action of gravity, it passes from
<Desc / Clms Page number 11>
from this reservoir to reservoir 6 a sufficient quantity of this juice to create a constant pressure, indicated and determined by the float valve 7. The chain-operated valve 9 is suitably opened to admit the beet juice through the pipe 8 to the first treatment tank 1.
The beet juice passes through pipe 21 from tank 1 to carbonation tank 2 until the latter has been filled to its working level. The valve 24 of the pipe 22 leading to the tank 3 is closed while the tank 2 is in operation.
The lime milk is introduced into the tank 10 and passes under the action of gravity into the constant-level tank 12 through the pipe 11. The chain-controlled valve 16 is opened to pass the lime milk through. the measuring device 15. The tap 20 of the pipe 18 leading to the tank 3 is closed to allow the lime milk to pass through the pipe 17 into the tank 2, where it mixes with the sweet juice.
When the reservoirs have been filled to their normal working level, the juice and lime inlets are temporarily closed, the recirculation pump 36 is started and the carbon gas is admitted. - tex the mixture already contained in the tanks.
The carbon dioxide gas arrives by the main pipe 37. The pressure of the gas arriving by this pipe is suitably regulated by the regulator 42.
The tap 39 'of the connection 39 leading to the tank is closed to allow gas to enter the tank 2.
As the gas enters the sweet juice and milk of lime mixture near the bottom of vessel 2, gas bubbles rise through the mass of liquid.
When the carbonation has been carried out to
<Desc / Clms Page number 12>
usual end point, the supply of juice and milk of lime is restarted, the tap 31 is opened and the process is then carried out continuously.
A part of the carbonated juice is led from the bottom of the tank 2 through the pipes 25 and 27 inside the settling or thickening device 28, while the rest is discharged inside the tank 1. The recirculation of the carbonated juice is effected, in the present embodiment, in the ratio of 8 to 1. In other words, approximately eight volumes of juice are recirculated per volume of juice. newly introduced in the circuit. The fully carbonated juice is led to the settling or filtration device at the same rate as the raw diffusion juice is introduced into the system.
In this way, the beet juice can be carbonated continuously.
It will be noted that the addition of milk of lime to the juice contained in the tank 2 is carried out while the mixture is in the process of carbonation. No agitation of the juice by lime takes place before the carbonation phase.
The bubbles of gas which rise, meet the juice sensibly as this juice mixes with the lime. The time interval that can elapse between defecation and carbonation is negligible under working conditions. the purpose of this is to carbonate the lime treated juice before this juice has been saturated with truly dissolved lime. In other words, the juice is carbonated while it is still only partially saturated with lime or when its alkalinity is relatively low, compared to that which it would have if it were completely saturated with dissolved lime. .
As the carbonated juice from tank 2 is forced
<Desc / Clms Page number 13>
on mixing with the raw diffusion juice from tank 1, it is obvious that the aforementioned purification takes place. Carbonated juice contains suspended particles of calcium carbonate. These particles mechanically purify the raw diffusion juice from tank 1¯ before this juice has reached the carbonation zone of tank 2. The colloidal material present in the raw juice comes into contact with these particles of calcium carbonate. in suspension and is adsorbed by them.
The dissolved lime transferred from tank 2 to tank 1 acts chemically as a lesson in purifying the raw juice.
It reacts with certain dissolved salts and the like contained in the raw juice to give rise to compounds which are substantially insoluble in the mixture. Colloidal material also comes into contact with these insoluble particles and is adsorbed by them.
By the time the raw juice from tank 1 reaches the defecation and carbonation zone of tank 2, it has been significantly purified. It can then be carbonated with a view to precipitating new particles of calcium carbonate without the colloidal material being immediately adsorbed to their surfaces. The clean calcium carbonate particles lend themselves to particle growth and, moreover, behave like nuclei in the precipitation of calcium under the calcium carbonate elm.
Whenever it is desirable to stop the operation of the tank 2, for example, to clean the gas distributor or the tank, it is possible to close the taps of the pipes leading to this tank, and to open the taps. pipes leading to the tank ± to put the latter into action.
<Desc / Clms Page number 14>
It is understood that the present invention is not limited to the apparatus which has just been described. It can obviously be done in many other ways. For example, instead of using separate tanks associated with each other, such as tanks 3¯ and 2 or tanks 1 and 3, one could very well use a relatively tall tank. The upper end of a single vessel of this kind, suitably separated from the lower end by baffles, could be used as a zone for mixing the raw diffusion set with the carbonated juice, the defecation and carbonation operations. being carried out in the lower end of the tank.
This embodiment and others are easy to conceive for those skilled in the art and fall within the scope of this invention.