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"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
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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
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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-
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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
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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-
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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-
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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-
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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
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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.
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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
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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
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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
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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.
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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.