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" Procédé pour la purification de solutions aqueuses contenant du sucre ".
La'présente invention concerne un procède perfec- tionné de purification de solutions aqueuses contenant du sucre ,
On a proposé antérieurement l'emploi de résines d'échange d'ions pour la purification des solutions de sucres ou des jus sucrés, mais l'emploi d'échangeurs d'ions dans la purification des jus sucrés n'a pas don- né entièrement satisfaction , et membre d'essais pour la purification des jus sucrés au moyen des échangeurs d'ions ont été ainsi abandonnés. L'échec dans l'emploi des échangeurs d'ions dans la purification du sucre est attribué à un certain nombre de facteurs.
L'un
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d'entre eux est la concentration très élevée des impure- tés à éliminer des jus sucrés bruts, jointe à la très grande variété d'ions à éliminer,particulièrement la grande variété des impuretés acides. En raison des forces différentes des nombreux acides différents con- tenus dans les jus sucrés, les anciens procédés n'étaient capables d'éliminer une proportion importante des acides que quand les échangeurs d'anions étaient amenés au point où ils étaient partiellement épuisés, les acides forts remplaçant les acides plus faibles qui avaient été absorbés par l'échangeur d'anions.
En opérant de cette façon la quantité de jus sucrés qui pouvait être puri- fiée au Cours d'une seule opération était si petite que le coût de la purification était très élevé et la perte de sirop de sucre dans les eaux sucrées et dans les eaux de lavage également très élevée , de telle sorte que le procédé n'était pas suffisamment économi- que pour une utilisation industrielle .
On a proposé l'emploi d'une série d'échangeurs d'ions Comprenant plusieurs lits d'éonangeurs d'ions, mais on a découvert que l'emploi d'un tel système nécessite un réglage très minutieux et conforme aux prin- cipes de la présente invention.
La présente invention a pour objet un procédé per- fectionné de purification du sucre, et plus particu- lièrement de purification de jus sucrés bruts.
Elle a également pour objet un procédé satisfaisant et économique pour la purification des jus sucrés au moyen d'une matière d'échange ionique .
Elle a encore pour oojet un procédé perfectionné de traitement pour la purificàtion du sucre comprenant l'emploi de matières d'échange ionique .
Ces buts, et d'autres, s'obtiennent en faisant
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passer une solution impure sucrée à travers un système comprenant une série d'échangeurs d'ions comprenant plusieurs paires d'échangeurs d'ions, l'un étant un éo- lite d'hydrogène et l'autre un échangeur d'anions, en poursuivant le passage de la solution à travers le système tant quele pH de l'influent à l'échangeur d'a- nions final est supérieur à 2,9 .De préférence le passage de la solution à travers le système sus-mentim- né n'est poursuivi que tant que le pH de l'effluent de l'échangeur d'anions terminal est au moins de 4.
Si l'on doit obtenir par cristallisation de la solution sucrée purifiée du sucre de qualité supérieure, il est souhaitable que l'influent à l'échangeur terminal d'anions contienne moins de 600 parties par million d'acide, déterminé par titrage l'équivalent en pids de l'acide étant considéré comme égal à 50 et aussi, bien que ledit influent contienne moins de 50 parties par million de cations, en supposant que l'é- quivalent en poids des cations est de 50.
La planche annexée représente deux dispositifs de la présente inve ntion.
Dans la fig, 1 le jus de Canne brut passe à tra- vers un filtre à sable 1 ou une centrifugeuse 3, puis dans un système 5 oomportant un échangeur de cations Cl, un échangeur d'anions A 1, un échangeur de dations C %, un êchangeur d'anions A 2, un échangeur de cations C 3, un échangeur d'anions A 3, un échangeur de cations C 4 et un échangeur d'anions A 4 . La solution sucrée purifiée obtenue peut être au choix envoyée dans un appareil de concentration 7 ou dans un filtre déolo- rant 9, ou les deux.
Dans la fig. 2 le. jux de Panne brut passe dans une centrifugeuse 3 ou un filtre à sable 1, puis dans un
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système 6 comportant un échangeur de Cations C 1, un échangeur d'anions A 1, un échangeur de cations C 2, un échangeur d'anions A 2, un échangeur de cations C 3 et un échangeur d'anions A 3. Le jus purifié sortant de l'échangeur d'anions A 3 passe dans un appareil de con- centration 7 et un filtre décolorant 9 , ou l'un des deux, l'évaporateur ou le filtre décolorant , ou les deux, comportant une dérivation.
La solution sucrée purifiée obtenue suivant la présent procédé peut être concentrée et le sucre cris- tallisé à partir de cette solution conformément à la pratique ordinaire de l'industrie sucrière, ou peut être utilisée avec ou sans concentration comme sirop de sucre de bonne qualité dans la fabrication des pro- duits sucrés ou comme sirop de table, seule ou étendue au moyen d'autres sirops de manière à obtenir la saveur désirée.
Uomme on l'a fait remarquer précédemment, le pH de l'influent à l'échangeur d'anions A 3 (ou A 4) ne doit pas être inférieur à 2.9 et le pE de l'effluent du lit A 3 (ou A 4) doit être d'au moins 4, et dans bien des cas il est souhaitable que le pH de cet affluent soit maintenu au-dessus de cette valeur .
Si l'on doit obtenir un sucre de très bonne qualité à partir des solutions sucrées purifiées conformément à la présente invention, il est également désiraole que l'influent du lit A 3 (ou A 4) ne contienne pas plus de 600 parties par million d'acide déterminé par titrage , l'équivalent en poids de l'acide étant supposé égal à 50 et aussi, bien que leditinfluent contienne moins de 50 parties par million de cations, l'équivalent en poids des pa- tions étant supposé égal à 50.
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L'effluent du lit A 3 (ou A 4) est une soluzion très peu colorée et très pure de sucre, mais pour éli- miner les dernières traces de matière colorante et (ou) d'autres impuretés particulièrement les impuretés non-ionisables , il est parfois désirable de faire passer cet effluent à travers un filtre à charbon de bois contenant du charbon de bois activa du charbon de bois décolorant ou du noir animal on n'emploie ce filtre décolorant que si on le désire et dans bien des cas il n'est pas nécessaire .
Les exemples suivants dans lesquels les propor- tions sont des poids, sauf indications contraires, sont donns à titre illustratif et nullement limitatif, Les analyses et autres données qui figurent sont fondées sur la supposition que l'équivalent en poids des anions et des cations est de 50 .
EXEMPLE 1 on emploie dans cet exemple un système d type conforme à la fige 1, chaque lit d'êchangeur contenant environ 54 dm3 de matière active . On emploie dans l'échangeur de cations un zéolite d'hydrogène résineux /americain/ du type décrit dans l'exemple V du brevet n 2. 372.233 et dans les échangeurs d'anions un produit préparé /americain/ suivant le brevet/Swain n 2.285.750 (par exemple conformément à l'exemple xxxx 1 de ce brevet). Les échangeurs de cations sont activés ou régénérés au moyen d'environ 42 kg. d'acide sulfurique par mètre cube de résine , et les échangeurs d'anions sont activés au moyen d'environ 30 kg de soude caustique par mètre cube de résine ..
L'activation ou la régénération est . effectuée en étendant d'eau la matière régénérante de manière à former une solution contenant environ 2 % d'acide ou µ % d'alcali
On centrifuge ou on'filtre unjus de canne brut de
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manière à éliminer les matières en suspension qui com- prennent des débris de canne à sucre, des poussières, etc.
Le jus brut a la composition suivante :
Solides totaux (Brix 14,6
Saccharose (% des solides) 78,3 lucres réducteurs ( $o des solides) 6,86
Non-sucres totaux (% des solides) 14,84
Acidité libre ( % du jus) 0,1 unions totaux ( % du jus) 0,7005 pH 5,4 à 5,5
Cations la du jus
Na 0,0019
K 0,4370
Ca etMg 0,1616
Au début du processus, les échangeurs d'ions sont lavés et régénérés si nécessaire , puis rincés à l'eau - Les lits ne sont pas égouttés au moment où le jus sucré orut est fourni au lit C 1 .
Les 225 premiers lities de l'effluent ne contiennent que très peu de su- cre et sont constitués principalement par l'eau conte- nue au début dans le système ; ils peuvent par consé- quent être rejetés . Les 190 litres suivants de l'ef- fluent doivent être recueillis; ils donnent à l'analy- se :
Solides totaux (Brix) 8,5 pH 4,5 acidités (p.p.million) 30
Na (p.p.m.) 7
K iàg (p.p.m.)
Ca et Mg (p.p.m.) 14 On doit noter que le calcium et le magnésium trou- vés dans le jus traité proviennent de la dureté de l'eau qui 'adhère aux échangeurs et qui est mélangée au jus . Quand le pH de l'influent au lit A 3 est de 2,9 on ferme ordinairement le système et on récupère le sirop restant dans les lits par l'une quelconque de diverses méthodes .
Pour éviter la dilution, il est préférable que la solution restant dans les échangeurs
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d'ions soit chassée par insufflation d'air ou d'un autre gaz inerte . Toutefois, si on le désire, la solution de sucre peut être chassée du système, au moyen d'eau, mais dans ce pas il se produit toujours quelque dilu- tion .
Quand la totalité de la solution a été chassée par l'air la solution restanteadhérant aux particu- les des échangeurs d'ions peut être enlevée par passage d'un courant d'eau dans le système et l'eau sucrée obte-
EMI7.1
nue peut être recueillie peparêment pour le traitement des jus sucrés bruts ou leur mélange aveceux dans une autre opération de purification- On peut aussi purifier ette eau sucrée séparément par le présent procédé.
Les tableaux suivants servent d'illustration à la méthode de contrôle de la présente invention et à l'effet produit par le système montra dans les dassins.
On attire l'attention sur le fait que les analyses et autres données sont fournies pour chaque cas pour des échantillons pris au moment du soutirage du dernier des
EMI7.2
six échangeurs de la quantité indiquée de l'effluent.
TABLEAU 1
EMI7.3
<tb> DONNEES <SEP> DU <SEP> LIT <SEP> C <SEP> 1
<tb>
<tb> Litres <SEP> de <SEP> jus <SEP> sucré <SEP> sortant
<tb> du <SEP> oyat. <SEP> 225 <SEP> 340 <SEP> 365 <SEP> 490
<tb> Solides <SEP> totaux <SEP> (Brix) <SEP> 13,6 <SEP> 14,5 <SEP> 14,4 <SEP> 14,5
<tb>
EMI7.4
PR . 8,4 4,y 4,9 5t3 Acidité (p.p.m.) 5400- 190Q' 1550 1050 Na 9494,Mo) .10 31 Z4 82 K P.P.M.) 150 4070 4&50 4200 Ca et M6 Pn.m.) 146 e6z, 753 852 TABLEAU II
EMI7.5
<tb> DONNEES <SEP> DU <SEP> LIT <SEP> A <SEP> 1.
<tb>
<tb> Litres <SEP> de <SEP> jus <SEP> sucré <SEP> sortait <SEP> 225 <SEP> 340 <SEP> 365 <SEP> 490
<tb>
EMI7.6
Solides totaux (Brix) 1&,8 14,5 14,5 14t5 pE 3,7 4,5 ,fi 5 Acidité (p.p.m.) 1950 µ500 150 1300 Na ( p. p.mt ) 11 ..
35 .31 .25 (p.p.m.) 130 3000 3450 3600 Ca et Mg ( , p.m, ) 154 ..119 686 737
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TABLEAU III.
EMI8.1
<tb> DOMES <SEP> DU <SEP> LIT <SEP> C <SEP> 2 <SEP>
<tb>
<tb> Litres <SEP> de <SEP> jus <SEP> sucrés <SEP> sortant <SEP> 225 <SEP> 540 <SEP> 365 <SEP> 490
<tb>
EMI8.2
Solides totaux (Brix 12,1 13,1 1,eG 13*8 pH 3,5 Z27 9,7 3ex Acidité ( p. p.xo..
) 1600 5100 5100 5100 Na (p.p.m.) Il 31 50 160 K (p.p.m.) 54 107 140 700 CaetMg (p.p.m.) z3 134 311 600 TABLEAU IV
EMI8.3
D0N&Eµ#DÛ LIT A 2
EMI8.4
<tb> Litres <SEP> de <SEP> jus <SEP> sucrés <SEP> sortant <SEP> 225 <SEP> 340 <SEP> 365 <SEP> 490
<tb>
EMI8.5
Solides totaux (Brix) 11,1 1&,3 izts 12,8 pH 7,6 4,1 4,4 4,Z ACidité (p.p.m.) 470 660 1525
EMI8.6
<tb> Na <SEP> (p.p.m.) <SEP> 31 <SEP> 25 <SEP> 50 <SEP> 140
<tb>
EMI8.7
K (p.p.m.) 20 60 1S5 150 Ca&Mg (p.p.m.) 60 365 219 50 TABLEAU V
EMI8.8
<tb> DONNEES <SEP> DU <SEP> LIT <SEP> C <SEP> 3
<tb>
<tb> Litres <SEP> de <SEP> jus <SEP> sucres <SEP> sortant <SEP> 225 <SEP> 340 <SEP> 565 <SEP> 490
<tb>
EMI8.9
Solides totaux (Brix 7,8 11, 1&,6 1&,s pli 4,3 3'7 5ï 3,7
EMI8.10
<tb> Acidité <SEP> (p.p.m.)
<SEP> 100 <SEP> 500 <SEP> 550 <SEP> 1050
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Na <SEP> (p. <SEP> p.m.) <SEP> 7 <SEP> 10 <SEP> 22 <SEP> 20
<tb>
EMI8.11
K ( p*p,m.) 3 10 18 15 Ça etMg (p.p.m.) 0 0 0 22
EMI8.12
'..Bst7 VI
EMI8.13
<tb> DONNEES <SEP> DU <SEP> LIT <SEP> A <SEP> 3
<tb>
<tb> Litres <SEP> de <SEP> jus <SEP> sucré <SEP> sortant <SEP> 225 <SEP> 340 <SEP> 365 <SEP> 490
<tb> Solides <SEP> totaux <SEP> (Brix) <SEP> 1,7 <SEP> 10,9 <SEP> 11,9 <SEP> 12,1
<tb> pH <SEP> 8,8 <SEP> 4,3 <SEP> 4,5 <SEP> 3,9
<tb> Acidité <SEP> (p.p.m.) <SEP> - <SEP> 50 <SEP> 110 <SEP> 230
<tb>
EMI8.14
A1eBlinité(p..m.) 10 -- --- --- Na (P.P.M.) 15 7 10 15
EMI8.15
<tb> K <SEP> (p.p.m.) <SEP> 7 <SEP> 3 <SEP> 7 <SEP> 12
<tb>
EMI8.16
ce et Iég (p.p.m.
iz k-
II apparaît des tableaux ci-dessus que les 225 pre- miers litres de l'effluent doivent être rejetés en raison de leur très faible teneur en sucre et les 190 à, 225 litres suivants doivent être recueillis en vue de leur concentra- tion en sirop et, si on le désire, de la cristallisation du sucre. On doit introduire environ 265 litres d'eau pour
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le "désucrage " , et cette introduction doit se faire quand on a retira environ 225 litres d'effluent du sys- tème .
Les "eaux sucrés" restant dans le système peu- vent être mélangées avec le jus sucré recueilli , et le tout concentré de manière à donner un sirop donnant à l'analyse : Solides totaux (Brix) 58,4 Saccharose (% des solides) 90,1 Sucres réducteurs (% des solides ) 8,5 Non-sucres totaux (% des solides) 1,4 On peut en déduire que l'élimination des non- sucres du sirop de supre est d'envinon 91 %.
Ces jus traités peuvent être ultérieurement con- centrés , de préférence sous vide, et le sucre etistal- lisé . Les mélasses obtenues peuvent être mélangées avec les premières mêlasses obtenues à partir de la première fournée de sucre fourni par les fournées successives de jus purifié, et l'on peut obtenir une seconde four- née de sucre laissant de nouvelle smélasses qui peuvent être à leur''.tour mélangées avec d'autres mélasses ou sirop de sucre d'où l'on peut faire cristalliser d'au- tre sucre. On peut de cette manière obtenir jusqu'à quatre fournées ou davantage de sucre à partir du sirop purifié conformément à la présente invention.
Les mêlasses obtenues-' à partir de s sirops d'où l'on a extrait le sucre par cristallisation deviennent progressivement plus foncées, mais elles sont beaucoup plus claires que les mélasses obtenues à partir de si- rops qui ont été purifiés par les méthodes ordinaires de purification des sucres.
La couleur du sirop de sucre purifié conformément au présent procédé est très glaire, mais on peut encore l'améliorer si on le désire par traitement au moyen de charbon décolorant, noir animal ou autre matière déco- lorante.
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EXEMPLE II -------------
On fait passer un jus de canne crut dont la compo- sition est donnée au tableau VIII à travers une série d'échangeurs d'ions comportant un échangeur de cations, un échangeur d'anions, un second échangeur de cations et un second échangeur final d'anions. Chaque lit d'é- changeur d'ions contient 94,5 dm3 de matière active et les matières actives ioniques employées sont les mêmes que celles utilisées dans l'exemple 1. Le jus sucré estcentrifugé et envoyé dans le système à la vitesse d'environ 7,5 litres par minute. Le jus brut contient environ j550 parties par million de potassium.
L'effluent du premier lit d'échangeur de cations a pour pH environ 1,8 et contient environ 165 parties par million de po- tassium. Le pH de l'effluent du premier échangeur d'a- nions est initialement de 8 et tombe graduellement à 4,5 environ' L'effluent du second échangeur de Cations ne contient pas de potassium décelable et son pH est com- pris entre 4 et 3,2 environ,sans s'abaisser au dessous de cette dernière valeur, L'effluent du lit final de matière active ionique a un pH compris entre 10 et 4,7 et l'effluent total après mélange complet a un pH d'en- viron 7.5. Il a passé environ 400 litres de jus été canne brut à travers le système qui ont été déplacés par l'eau coulant à la même vitesse que le jus.
L'eau sucrée résultant de l'emploi d'eau pour déplacer les jus sucrés des lits est mélangée avec le jus effluent et l'ensemble est Concentré de manière donner un sirop, ainsi que le montre le tableau VII,
EXEMPLE III.
On traite un jus de canne brut de composition indiquée par le tableau VIII de la même manière que dans l'exemple II. Le jus brut contient environ 3130 parties
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par million de potassium . L'effluent sortant du premier lit d'échangeur de cation a un pH d'environ 1,8 et contient 150 parties par million de potassium ; l'ef- fluent du premier lit de matière active anianique pos- sède un pH allant de 10 à 5,3 environ. L'effluent du second lit d'échangeur de cation possède un pH allant de 10,3 à 5 et le pH de l'effluent total après mélange est de 8 environ. Il a passé environ 490 litres de jus à travers le système, après quoi le jusrestant est dépla- cé par l'eau .
L'eau sucrée obtenue est mélangée avec le jus traité et l'ensemble est Concentré en un sirop ayant la composition donnée dans le tableau VIII.
EXEMPLE IV.
On traite de la même manière que dans l'exemple II un jus de canne brut ayant la Composition donnée dans le tableau IX. Le jus primitif contient environ 3070 parties par million de potassium, tandis que l'ef- fluent du premier lit de matière active Cationique n'en Contient que 130 parties par million et que son pH est de 1,7 environ. L'effluent sortant du premier lit de matière active anionique a un pH allant de 8 à 6, alors que le pH de l'effluent sortant du second lit de matière active cationique est Compris entre 4,4 et 3,2 et que le pH de l'effluent du lit final de matière ac- tive anionique est compris entre 10 et 9.
Après passa- ge dans le système d'environ 570 littes de jus,le pH de l'effluent du premier lit de matière active cationi- que s'élève progressivement à 3,5 environ et la teneur en potassium augmente jusqu'à environ 1000 parties par million- Le pH sortant du premier lit de matière ac- tive anionique diminue légèrement mais le pH de l'ef- fluent du second lit 'de matière active cationique tom-
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be à 2 environ et contient un peu moins de 20 parties par million de potassium .En outre le pH de l'effluent sortant du lit final de matière active anionique to.ibe rapidement à 3,6 environ.
Il apparaît de cela qu'il ne doit pas passer dans le système plus de, 570 litres de jus environ et qu'ensuite le sirop de sucre restant dans le système doit être enlevé, par exemple par dé- placement au moyen d'eau . L'eau sucrée obtenue est ensuite mélangée avec le jus traité et l'ensemble est concentrée Le tableau IX montre l'analyse d'un sirop concentré obtenu en dépassant les limites indiquées plus haut conformément à la présente invention, et en faisant passer environ 725 litres de jus dans le systène.
On observera que l'élimination des non-sucres organiques est .considérablement moindre que dans les exemples2 à et 3. D'autre part l'élimination des cendres minérales est tout à fait bonne; par conséquent un tel procédé pourrait être précieux dans certains cas où la réduction des solides organiques non-sucres n'est pas d'une im- portance primordiale.
TABLEAU VII -----------
EMI12.1
<tb> Jus <SEP> brut <SEP> sirop <SEP> purifié
<tb>
<tb> Solides <SEP> totaux <SEP> (Brix) <SEP> 18,6 <SEP> 58,4
<tb> Saccharose <SEP> (% <SEP> des <SEP> solides) <SEP> 78,3 <SEP> 90,1
<tb> Sucres <SEP> réducteurs <SEP> des <SEP> solides) <SEP> 6,86 <SEP> 8,5
<tb> Non-sucres <SEP> totaux <SEP> (% <SEP> des <SEP> solides) <SEP> 14,84 <SEP> 1,4
<tb> pH <SEP> 5,5
<tb>
<tb> Elimination <SEP> : <SEP> 91 <SEP> %
<tb>
<tb> Sodium <SEP> (% <SEP> des <SEP> solides) <SEP> 0,01 <SEP> 0,053
<tb> Potassium <SEP> (% <SEP> des <SEP> solides) <SEP> 2,32 <SEP> 0,0027
<tb> Calcium <SEP> et <SEP> Magnesium(% <SEP> des <SEP> solides) <SEP> 0,72 <SEP> 0,00
<tb>
<tb> élimination <SEP> :
<SEP> 98 <SEP> %
<tb>
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TABLEAU VIII
EMI13.1
<tb> Jus <SEP> brut <SEP> sirop <SEP> purifié
<tb>
<tb> Solides <SEP> totaux <SEP> (Brix) <SEP> 13,4 <SEP> 67,86
<tb> Saccharose <SEP> ( <SEP> % <SEP> des <SEP> solides') <SEP> 76,2 <SEP> 85,8
<tb> sucres <SEP> réducteurs <SEP> (% <SEP> des <SEP> solides) <SEP> 7,27 <SEP> 9,4
<tb> Non-sucres <SEP> totaux <SEP> (% <SEP> des <SEP> solides) <SEP> 16,5 <SEP> 1,87
<tb>
<tb> Elimination: <SEP> 88,9 <SEP> %
<tb>
<tb> Sodium <SEP> (% <SEP> des <SEP> solides) <SEP> 0,019 <SEP> 0,040
<tb> 'Potassium <SEP> ( <SEP> % <SEP> des <SEP> solides) <SEP> 2,22 <SEP> 0,011
<tb> Calcium <SEP> et <SEP> Magnésium <SEP> (% <SEP> des <SEP> soli- <SEP> @
<tb> .des) <SEP> 0,881 <SEP> 0,018
<tb>
<tb> Elimination:
<SEP> 97,8 <SEP> %
<tb>
TABLEAU IX
EMI13.2
<tb> Jus <SEP> brut <SEP> sirop <SEP> purifié
<tb>
<tb> Solides <SEP> totaux <SEP> (Brix) <SEP> 13,6 <SEP> 61,7
<tb> Saccharose <SEP> (% <SEP> des <SEP> solides) <SEP> 77,07 <SEP> 87,5
<tb> Sucres <SEP> réducteurs <SEP> (% <SEP> des <SEP> solides) <SEP> 6,95 <SEP> 7,85
<tb> Non-sucres <SEP> totaux <SEP> (% <SEP> des <SEP> solides <SEP> 15,98 <SEP> 4,65
<tb>
<tb> Elimination: <SEP> 71 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Sodium <SEP> ( <SEP> % <SEP> des <SEP> solides) <SEP> 0,015 <SEP> 0,015
<tb> potassium. <SEP> % <SEP> des <SEP> solides) <SEP> 2,87 <SEP> 0,010
<tb> Calcium <SEP> et <SEP> Magnésium <SEP> (% <SEP> des <SEP> solides) <SEP> 0,71 <SEP> 0,014
<tb>
<tb> Elimination: <SEP> 98,9 <SEP> %
<tb>
Au départ du processus, les lits sont de préférence "adoucis" par le procédé' suivant :
les échangeurs d'ions sont activés ou layés et régénérés si nécessaire , puis rins et finalement égouttés . Ainsi dans un système sem- blable à la fig. 2 le jus est envoyé dans l'éQhangeur de cation C 1 pendant qu'il est en communication avecl'at- mosphère et jusqu'à ce que le lit soit rempli de jas; le ré- cipient contenant l'échangeur de cation est alors fermé, et l'effluent est soutiré cependant qu'on continue à alimenter ledit échangeur en jus, et cet effluent est employé pour le remplissage du lit A 1 pendant que celui-ci est en oommu- nigation avec l'atmosphère.
Quand le lit A 1 est plein,le récipient oontenant l'échangeur d'ions est fermé et l'effluent. est alors envoyé dans le lit C 2. Chaque lit d'échangeur d'ions est rempli de cettemanière jusqu'à ce que le système soit entièrement plein; on recueille alors l'effluent du lit
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A 3 . Cet effluent provenant du lit A 3 est recueilli tant que son pH est supérieur à 4 et que le pH de l'effluent au lit A 3 est supérieur à 2,9 .On emploie un procédé semblable avec les systèmes du type montré par la fige 1.
Bien que le présent procédé soit particulièrement applicable à la purification des jus sucras bruts, il peut aussi être utilisé à la purification des solutions de sucre partiellement raffinés . Le présent procédé con- vient particulièrement à la purification des solutions de sucre obtenues à partir du sorgho ou de la canne à sucre et,si. on le désire, peut être employé dans la purifica- tion des jus obtenus à partir des betteraves à sucre.
D'autres types de sucres pouvant être purifiés par le présent procédé sont : le sucre d'érable, le sucre in- terverti , le sucre de malt, le dextrose, le fructose, le glucose, etc., aussi bien que les mono-, di-, tri-, té- tra- et autres polysaccharides naturels et synthétiques.
Le procédé de la présente invention est applicable à la purification des solutions aqueuses sucrées dont la teneur en cendres n'est pas supérieure à 0,9 % envi- ron . n conséquence tout sirop tel que mélasses ou li- queurs de raffinage devant être purifié suivant le procé- dé doit être étendu au moyen d'eau, si nécessaire, jus.- qu'à ce que sa teneur en cendres ne soit pas supérieure à'0,9 % environ.
Pour que l'interversion du sucre soit réduite au minimum dans la fabrication du saccharose, il est sou- haitable que la température des jus pendant le traitement soit maintenue à peu près à la température ordinaire, mais si l'on peut se permettre'une proportion d'inter- version plus ou moins considérable, on peut employer des températures plus élevées.
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Le traitement des sirops de sucre au moyen des ma- tières actives ioniques'conformément à l'invention est souvent suffisant pourùpurifier le sucre sans l'emploi d'autres procédés de purification ou d'agents de purifi- cation. Cependant, ainsi qu'on l'a indiqué, il est très souvent souhaitable d'employer un agent décolorant pour éliminer la coloration résiduelle dans les solutions sucrées après passage à travers les matières d'échange d'ions. De même, dans certains cas il est désirable que la solution de sucre soit traitée au moyen d'une matière décolorante entre chaque paire de lits de ma- tière açtive ionique , mais on a trouvé que le procédé n'était pas aussi efficace quand le fluide possédait une forte teneur en ions.
Parmi les substances qui peuvent être employées figurent le noir animal, la terre de dia- tomées, la bauxite, le charbon de bois déodorant, les agents oxydants, été..
La présence de sels, d'aeides et de solides organi- ques non-sucres dans les solutions sucrées tendent à sta- biliser les matières colloïdales colorantes qu'elles contiennent. Par conséquent l'élimination d'une forte proportion des sels et des solides organiques non-su- cres au moyen du présent procédé rend les matières co- lorantes colloïdales moins stables et celles-ci sont par conséquent plus-facilement éliminées par passage à travers des filtres de noir animal .
Quand on utilise du charbon de bois décolorant, on l'emploie de préférence après le traitement par les substances d'échange d'ions et après la concentration en sirop, mais on peut ltutili- /n'est/ ser en tout point du système; s'il/pas utilisé à la fin du système de purification , il est préférable de l'em- ployer après passage à travers une matière active ca- tionique quand le fluide passant à travers la matière
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décolorante est acide .
Les matières décolorantes peu- vent également être mélangées avec le jus avant ou pendant l'évaporation de l'eau; ces matièrespeuvent alors être éliminées par filtration des sirops concen- trés,
Le présent système de purification peut fonctionner sur la base des exemples précédents, après quoi les lits de résines sont lavés, régénérés et rinoês. Une autre manière d'opérer dans certains xxx cs comporte l'emploi de plusieurs séries d'échangeurs d'ions, chacune d'elles comportant un zéolite d'hydrogène et une résine active anionique .
la dernière paire mentionnée d'échangeurs d'ions est régénérée pendant que les autres paires sont en fonctionnement Conformément au procédé décrit dans les exemples précédents. Quand l'échangeur de ca- tions de la première paire d'échangeurs d'ions est pratiquement épuisé à l'égard des cations et l'échangeur d'anions de cette paire épuisé à l'égard desacides forts (par exemple les acides aussi forts ou plus forts que l'acide acétique) , ils sont éliminés du systèmeet remplacés par une paire d'échangeurs d'ions franchement activée à la fin du système .
La paire d'échangeurs d'ions enlevée du système estalors réactivée et dans certains cas elle peut aussi être ajoutée à la fin du système quand le premier des échangeurs d'ions (au début la se- conde paire d'échangeurs d'ions) est épuisé.. L'em- ploi de ce type de système est en relation dans une cer- taine mesure avec le type particulier de produit à pré- parer et aussi avec la capacité des échangeurs d'ions.
Avec les échangeurs d'ions de très faible Capacité,ce type de procédé n'est probablement pas économique tandis qu'avec les échangeurs d'ions de forte capacité il est sans doute plus économique que celui des autres exemples .
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Un autre fapteur encore déterminant la valeur économi- que relative des deux procédés est le prix du régéné- rant, en raison de ce que le propédé des exemples de- vient plus économique si ce prix diminue.
On peut remplacer tout ou partie de la résine acti- ve anionique utilisée dans l'exemple par d'autres ma- tières actives anioniques- Parmi ces matières figurent les produits de condensation aldéhydiques de la m-phnylè- nediamine, de. la biguanide, de, la guanylurêe , des guani- dines substituées Comme, la méthylguanidine, des biggani- des substituées comme la phénylbiguanide, des polyamides, de préférence, les polyéthylène-polyamines, etc.
Ces produits de condensation sont de préférence obtenus avec la formaldéhyde, bien qu'on puisse si on le désire utiliser des produits de condensation avec d'autres al- déhydes . Comme exemples d'autres aldéhydes citons le furfural, l'acroléine, la benzaldéhyde, etc. Les résines actives comme celles préparées à partir de la guanidine, de la guanylurée, de la biguanide et autres matières qui ne forment pas des produits de condensation suffi- samment insolubles avec la formaldéhyde pour les besoins pratiques sont insolubilisées de préférence au moyen de matières appropriées actives à l'égard de la formaldé- byde , par exemple l'urée, xx la thiourée, les aminotria zines (particulièrement la mélamine et la guanamine qui réagissent aveo la formaldéhyde pour donner des pro- duits insolubles), etc.
Les résines actives, anioniques préparées à partir de la guanidine, de la guanyl urée, de la biguanide, etc., peuvent être préparées suivant la méthode générale décrite dans les brevets américains n 2.251.234 et 2.285.750. Il est habituellement commo- de d'employer les sels des bases, mais on peut aussi em- ployer les bases libres . Comme exemples de sels appro-
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priés à la préparation de résines actives anioniques citons le carbonate et le sulfate de guanidine , le sul- fate et le nitrate de biguanide, le sulfate de guanylu- rée, le carbonate de guanylurée etc. Les brevets ci-des- sus décrivent des méthodes de préparation de nombre de résines actives anioniques des types mentionnés ci-des- sus.
Les résines actives anioniques sont activées de la manière habituelle par traitement au moyen d'une solu- tion étendue d'un agent alcalin, par exemple une solu- tion de 0,1 à 10 % de soude caustique, de carbonate de sodium , des sels correspondants de potassium, etc.. comme exemples de matières actives cationiques pou- vant être utilement utilisées dans le cycle hydrogène ci- tons les produits de condensation aldéhydiques des sul- fonates organiques alpha-furyl substitués tels que ceux décrits dans le orevet américain n 2.373.152.
les pro- duits d3 condensation phénolaldéhyde polyhydriques tels que les produits de Condensation catéchine-tain- formaldéhyde, acide sulfonique aromatique-formaldéhyde (tels que ceux décrits dans le brevet américain n 2.204.539), les zéolites carbonés par exemple les matières carbonées sulfatées ou sulfonées (charbon, tour- be, lignite), etc.
Tous ces produits peuvent être em- ployés dans le cycle hydrogène et conviennent par consé- quent à l'emploi dans la présente invention- D'une ma- nière générale on peut désigner ces substances par l'ex pression de "zéolites d'hydrogène" ' L'activation des matières actives cationiques au moyen d'un aide et l'é- change ou la réaction de l'ion nydrogène dudit acide pen- dant le processus de purification sont connus sous le nom de "cycle hydrogèàe ".
Les matières actives-cationiques peuvent être régénê-
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rées ou activées par passage des solutions acides éten- dues, Par exemple de 9,1 à 10 % d'acides chlorhydrique, sulfurique, etc. à travers le lit et lavage subséquent à l'eau jusqu'à ce qu'elles soient pratiquement exemptes de l'acide utilisé.Les résines actives cationiques sont alors dites "activées à l'hydrogène ". Si la solu- .tion coulant dans le lit C 1 de matière active Qationi- que est fortement concentrée en calcium, il peut être bon d'activer le lit au moyen d'une solution saline pomme une solution aqueuse de chlorure de sodium, avant l'activât ion au moyen de l'acide.
L'expression de "solides ionisables" ou de "matières ionisables" comprend toute matière minérale volatile ou non-volatile . La plus grande partie de ges solides sont minéraux, mais on peut y trouver quelques substan- ces organiques Ces "solides ionisables" sont des im- puretés en ce sens queleur mélange avecle fluide à purifier est indésirable , bien qu'ils puissent onsti- tuer par eux-mêmes des produits précieux et souhaita- bles.
REVENDICATIONS.
1. Procède pour purifier une solution aqueuse de sucre dont la teneur en cendres n'est pas supérieure à 0,9 %, telle que du jus sucré brut, Caractérisé en ce qu'on fait passer ledit jus sucré à travers un système formé de plusieurs paires d'échangeurs d'ions, un membre de phaque paire étant un échangeur zéolite d'hydrogène et l'autre un échangeur d'anions, et on continue à faire passer ledit jus sucré à travers ledit système tant que le pH de l'influent à l'échangeur d'anions final est supé- rieur à 2,9.
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"Process for the purification of aqueous solutions containing sugar".
The present invention relates to an improved method of purifying aqueous solutions containing sugar,
The use of ion exchange resins has previously been proposed for the purification of solutions of sugars or sweet juices, but the use of ion exchangers in the purification of sweet juices has not given rise. fully satisfaction, and trial member for the purification of sweet juices by means of ion exchangers were thus abandoned. The failure in the use of ion exchangers in the purification of sugar is attributed to a number of factors.
Mon
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among them is the very high concentration of impurities to be removed from crude sweet juices, together with the very wide variety of ions to be removed, particularly the wide variety of acidic impurities. Due to the different strengths of the many different acids in sweet juices, the older processes were only able to remove a significant proportion of the acids when the anion exchangers were brought to the point where they were partially depleted, the strong acids replacing weaker acids which had been absorbed by the anion exchanger.
By operating in this way the amount of sweet juice that could be purified in a single operation was so small that the cost of purification was very high and the loss of sugar syrup in the sugar waters and in the waters. washing was also very high, so that the process was not sufficiently economical for industrial use.
It has been proposed to use a series of ion exchangers comprising several beds of ion exchangers, but it has been found that the use of such a system requires very careful adjustment and in accordance with the principles. of the present invention.
The present invention relates to an improved process for the purification of sugar, and more particularly for the purification of raw sweet juices.
It also relates to a satisfactory and economical process for the purification of sweet juices by means of an ion exchange material.
A further object is an improved treatment process for the purification of sugar comprising the use of ion exchange materials.
These goals, and others, are achieved by doing
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passing an impure sugar solution through a system comprising a series of ion exchangers comprising several pairs of ion exchangers, one being an elite of hydrogen and the other an anion exchanger, in continuing the passage of the solution through the system as long as the pH of the influent at the final anion exchanger is greater than 2.9. Preferably the passage of the solution through the above-mentioned system is continued only as long as the pH of the effluent from the terminal anion exchanger is at least 4.
If high quality sugar is to be obtained by crystallization from the purified sugar solution, it is desirable that the influent at the terminal anion exchanger contain less than 600 parts per million acid, determined by titration. weight equivalent of the acid being taken to be 50 and also, although said influent contains less than 50 parts per million cations, assuming the weight equivalent of cations to be 50.
The attached sheet shows two devices of the present invention.
In fig, 1 the raw cane juice passes through a sand filter 1 or a centrifuge 3, then in a system 5 o comprising a cation exchanger Cl, an anion exchanger A 1, a cation exchanger C %, an anion exchanger A 2, a cation exchanger C 3, an anion exchanger A 3, a cation exchanger C 4 and an anion exchanger A 4. The purified sugar solution obtained can optionally be sent to a concentration apparatus 7 or to a deolourant filter 9, or both.
In fig. 2 the. jux of raw Panne passes through a centrifuge 3 or a sand filter 1, then through a
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system 6 comprising a cation exchanger C 1, an anion exchanger A 1, a cation exchanger C 2, an anion exchanger A 2, a cation exchanger C 3 and an anion exchanger A 3. The juice purified leaving the anion exchanger A 3 passes through a concentrator 7 and a decolorizing filter 9, or one of the two, the evaporator or the decolorizing filter, or both, having a bypass.
The purified sugar solution obtained by the present process can be concentrated and the sugar crystallized therefrom in accordance with the ordinary practice of the sugar industry, or can be used with or without concentration as a good quality sugar syrup in the sugar industry. the manufacture of sweet products or as table syrup, alone or extended by means of other syrups so as to obtain the desired flavor.
As noted previously, the pH of the influent at the anion exchanger A 3 (or A 4) must not be less than 2.9 and the pE of the effluent from bed A 3 (or A 4) must be at least 4, and in many cases it is desirable that the pH of this tributary be kept above this value.
If a very good quality sugar is to be obtained from the sugar solutions purified in accordance with the present invention, it is also desired that the influent of bed A 3 (or A 4) not contain more than 600 parts per million. of acid determined by titration, the equivalent by weight of the acid being assumed equal to 50 and also, although said influent contains less than 50 parts per million cations, the equivalent by weight of the portions being assumed equal to 50.
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The effluent from bed A 3 (or A 4) is a very little colored and very pure sugar soluzion, but to eliminate the last traces of coloring matter and (or) other impurities, particularly non-ionizable impurities, it is sometimes desirable to pass this effluent through a charcoal filter containing charcoal activated decolorizing charcoal or animal black this decolorizing filter is used only if desired and in many cases it is not necessary .
The following examples in which the proportions are weights, unless otherwise indicated, are given for illustrative purposes and are not limiting. The analyzes and other data which appear are based on the assumption that the equivalent by weight of anions and cations is from 50.
EXAMPLE 1 In this example, a system of the type in accordance with Fig. 1 is used, each exchanger bed containing approximately 54 dm3 of active material. A resinous / American / hydrogen zeolite of the type described in Example V of Patent No. 2,372,233 is employed in the cation exchanger and in the anion exchangers a product prepared / American / according to / Swain Patent No. 2,285,750 (for example according to example xxxx 1 of this patent). The cation exchangers are activated or regenerated using approximately 42 kg. sulfuric acid per cubic meter of resin, and the anion exchangers are activated with approximately 30 kg of caustic soda per cubic meter of resin.
Activation or regeneration is. carried out by spreading the regenerating material with water so as to form a solution containing approximately 2% acid or µ% alkali
We centrifuge or filter a raw cane juice from
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so as to remove suspended matter which includes sugarcane debris, dust, etc.
The raw juice has the following composition:
Total solids (Brix 14.6
Sucrose (% of solids) 78.3 reducing lucres ($ o of solids) 6.86
Total non-sugars (% of solids) 14.84
Free acidity (% juice) 0.1 total unions (% juice) 0.7005 pH 5.4 to 5.5
Cations the juice
Na 0.0019
K 0.4370
Ca and Mg 0.1616
At the start of the process, the ion exchangers are washed and regenerated if necessary and then rinsed with water - The beds are not drained by the time the orut sweet juice is supplied to the C 1 bed.
The first 225 layers of the effluent contain very little sugar and consist mainly of the water initially contained in the system; they can therefore be rejected. The following 190 liters of effluent must be collected; they give the analysis:
Total Solids (Brix) 8.5 pH 4.5 Acidities (p.p.million) 30
Na (p.p.m.) 7
K iàg (p.p.m.)
Ca and Mg (p.p.m.) 14 It should be noted that the calcium and magnesium found in the processed juice originate from the hardness of the water which adheres to the exchangers and which is mixed with the juice. When the pH of the influent in bed A 3 is 2.9, the system is usually closed and the syrup remaining in the beds is collected by any of a variety of methods.
To avoid dilution, it is preferable that the solution remaining in the exchangers
<Desc / Clms Page number 7>
of ions is expelled by blowing air or another inert gas. However, if desired, the sugar solution can be flushed out of the system by means of water, but in this step some dilution always occurs.
When all of the solution has been removed by air, the solution remaining adhering to the particles of the ion exchangers can be removed by passing a stream of water through the system and the sugar water obtained.
EMI7.1
It can also be collected separately for processing the raw sweet juices or mixing them with them in another purification operation. The sweet water can also be purified separately by the present process.
The following tables serve as an illustration of the control method of the present invention and the effect produced by the system shown in dassins.
Attention is drawn to the fact that analyzes and other data are provided for each case for samples taken at the time of withdrawal of the last of the
EMI7.2
six exchangers of the indicated quantity of effluent.
TABLE 1
EMI7.3
<tb> DATA <SEP> DU <SEP> LIT <SEP> C <SEP> 1
<tb>
<tb> Liters <SEP> of <SEP> sweet <SEP> juice <SEP> outgoing
<tb> of the <SEP> oyat. <SEP> 225 <SEP> 340 <SEP> 365 <SEP> 490
<tb> Total <SEP> <SEP> (Brix) <SEP> 13.6 <SEP> 14.5 <SEP> 14.4 <SEP> 14.5
<tb>
EMI7.4
PR. 8,4 4, y 4,9 5t3 Acidity (ppm) 5400-190Q '1550 1050 Na 9494, Mo) .10 31 Z4 82 K PPM) 150 4070 4 & 50 4200 Ca and M6 Pn.m.) 146 e6z, 753 852 TABLE II
EMI7.5
<tb> DATA <SEP> FROM <SEP> LIT <SEP> TO <SEP> 1.
<tb>
<tb> Liters <SEP> of <SEP> juice <SEP> sweetened <SEP> came out <SEP> 225 <SEP> 340 <SEP> 365 <SEP> 490
<tb>
EMI7.6
Total solids (Brix) 1 &, 8 14.5 14.5 14t5 pE 3.7 4.5, fi 5 Acidity (p.p.m.) 1950 µ500 150 1300 Na (p. P.mt) 11 ..
35 .31 .25 (p.p.m.) 130 3000 3450 3600 Ca and Mg (, p.m,) 154 ..119 686 737
<Desc / Clms Page number 8>
TABLE III.
EMI8.1
<tb> DOMES <SEP> DU <SEP> LIT <SEP> C <SEP> 2 <SEP>
<tb>
<tb> Liters <SEP> of <SEP> juice <SEP> sweetened <SEP> outgoing <SEP> 225 <SEP> 540 <SEP> 365 <SEP> 490
<tb>
EMI8.2
Total solids (Brix 12.1 13.1 1, eG 13 * 8 pH 3.5 Z27 9.7 3ex Acidity (p. P.xo ..
) 1600 5100 5100 5100 Na (p.p.m.) Il 31 50 160 K (p.p.m.) 54 107 140 700 CaetMg (p.p.m.) z3 134 311 600 TABLE IV
EMI8.3
D0N & Eµ # DÛ BED A 2
EMI8.4
<tb> Liters <SEP> of <SEP> juice <SEP> sweetened <SEP> outgoing <SEP> 225 <SEP> 340 <SEP> 365 <SEP> 490
<tb>
EMI8.5
Total solids (Brix) 11.1 1 &, 3 izts 12.8 pH 7.6 4.1 4.4 4, Z ACidity (p.p.m.) 470 660 1525
EMI8.6
<tb> Na <SEP> (p.p.m.) <SEP> 31 <SEP> 25 <SEP> 50 <SEP> 140
<tb>
EMI8.7
K (p.p.m.) 20 60 1S5 150 Ca & Mg (p.p.m.) 60 365 219 50 TABLE V
EMI8.8
<tb> DATA <SEP> DU <SEP> LIT <SEP> C <SEP> 3
<tb>
<tb> Liters <SEP> of <SEP> juice <SEP> sugars <SEP> outgoing <SEP> 225 <SEP> 340 <SEP> 565 <SEP> 490
<tb>
EMI8.9
Total solids (Brix 7.8 11, 1 &, 6 1 &, s fold 4.3 3'7 5ï 3.7
EMI8.10
<tb> Acidity <SEP> (p.p.m.)
<SEP> 100 <SEP> 500 <SEP> 550 <SEP> 1050
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Na <SEP> (p. <SEP> p.m.) <SEP> 7 <SEP> 10 <SEP> 22 <SEP> 20
<tb>
EMI8.11
K (p * p, m.) 3 10 18 15 Ca etMg (p.p.m.) 0 0 0 22
EMI8.12
'..Bst7 VI
EMI8.13
<tb> DATA <SEP> FROM <SEP> LIT <SEP> TO <SEP> 3
<tb>
<tb> Liters <SEP> of <SEP> juice <SEP> sweetened <SEP> outgoing <SEP> 225 <SEP> 340 <SEP> 365 <SEP> 490
<tb> Total <SEP> <SEP> (Brix) <SEP> 1.7 <SEP> 10.9 <SEP> 11.9 <SEP> 12.1
<tb> pH <SEP> 8.8 <SEP> 4.3 <SEP> 4.5 <SEP> 3.9
<tb> Acidity <SEP> (p.p.m.) <SEP> - <SEP> 50 <SEP> 110 <SEP> 230
<tb>
EMI8.14
A1eBlinity (p..m.) 10 - --- --- Na (P.P.M.) 15 7 10 15
EMI8.15
<tb> K <SEP> (p.p.m.) <SEP> 7 <SEP> 3 <SEP> 7 <SEP> 12
<tb>
EMI8.16
ce and Iég (p.p.m.
iz k-
It appears from the above tables that the first 225 liters of the effluent must be discarded because of their very low sugar content and the following 190 to, 225 liters must be collected for their syrup concentration. and, if desired, crystallization of the sugar. About 265 liters of water should be introduced to
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the "de-sugaring", and this introduction must take place when approximately 225 liters of effluent have been withdrawn from the system.
The "sweet water" remaining in the system can be mixed with the collected sweet juice, and the whole concentrated to give a syrup giving on analysis: Total solids (Brix) 58.4 Sucrose (% solids) 90.1 Reducing sugars (% of solids) 8.5 Total non-sugars (% of solids) 1.4 From this it can be deduced that the removal of non-sugars from the syrup of super is about 91%.
These processed juices can be subsequently concentrated, preferably under vacuum, and the sugar distalized. The molasses obtained can be mixed with the first mixes obtained from the first batch of sugar supplied by the successive batches of purified juice, and a second batch of sugar can be obtained leaving new smelasses which may be at their disposal. Round mixed with other molasses or sugar syrup from which other sugar can be crystallized. In this manner, up to four or more batches of sugar can be obtained from the syrup purified in accordance with the present invention.
The molasses obtained from syrups from which the sugar has been extracted by crystallization become progressively darker, but they are much lighter than the molasses obtained from syrups which have been purified by the methods ordinary purification of sugars.
The color of the sugar syrup purified according to the present process is very viscous, but it can be further improved if desired by treatment with bleaching charcoal, animal black or other bleaching material.
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EXAMPLE II -------------
A raw cane juice, the composition of which is given in Table VIII, is passed through a series of ion exchangers comprising a cation exchanger, an anion exchanger, a second cation exchanger and a second final exchanger. anions. Each ion exchange bed contains 94.5 dm3 of active material and the ionic active materials employed are the same as those used in Example 1. The sweet juice is centrifuged and passed through the system at the speed of. about 7.5 liters per minute. The raw juice contains about 1500 parts per million of potassium.
The effluent from the first cation exchanger bed has a pH of about 1.8 and contains about 165 parts per million of potassium. The pH of the effluent from the first anion exchanger is initially 8 and gradually drops to about 4.5. The effluent from the second cation exchanger does not contain detectable potassium and its pH is between 4 and approximately 3.2, without falling below the latter value, The effluent from the final bed of ionic active material has a pH of between 10 and 4.7 and the total effluent after complete mixing has a pH of about 7.5. He passed about 400 liters of raw cane juice through the system which were moved by the water flowing at the same speed as the juice.
The sugar water resulting from the use of water to displace the sweet juices from the beds is mixed with the effluent juice and the whole is concentrated to give a syrup, as shown in Table VII,
EXAMPLE III.
A raw cane juice of the composition indicated in Table VIII is treated in the same manner as in Example II. The raw juice contains about 3130 parts
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per million potassium. The effluent from the first cation exchanger bed has a pH of about 1.8 and contains 150 parts per million of potassium; the effluent from the first bed of active anianic material has a pH ranging from about 10 to 5.3. The effluent from the second cation exchanger bed has a pH ranging from 10.3 to 5 and the pH of the total effluent after mixing is approximately 8. It has passed about 490 liters of juice through the system, after which the remaining juice is displaced by the water.
The sugar water obtained is mixed with the treated juice and the whole is concentrated into a syrup having the composition given in Table VIII.
EXAMPLE IV.
A raw cane juice having the composition given in Table IX is treated in the same manner as in Example II. The primary juice contains about 3070 parts per million of potassium, while the effluent from the first bed of Cationic active material contains only 130 parts per million and has a pH of about 1.7. The effluent leaving the first bed of anionic active material has a pH ranging from 8 to 6, while the pH of the effluent leaving the second bed of cationic active material is between 4.4 and 3.2 and the pH of the effluent from the final bed of anionic active material is between 10 and 9.
After passing through the system about 570 liters of juice, the pH of the effluent from the first cationic active material bed gradually rises to about 3.5 and the potassium content increases to about 1000. parts per million The pH exiting the first bed of anionic active material decreases slightly, but the pH of the effluent from the second bed of cationic active material falls.
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be to approximately 2 and contains a little less than 20 parts per million of potassium. In addition the pH of the effluent leaving the final bed of anionic active material to.ibe rapidly to approximately 3.6.
From this it appears that no more than about. 570 liters of juice should pass through the system and then the sugar syrup remaining in the system should be removed, for example by displacement with water. The sugar water obtained is then mixed with the treated juice and the whole is concentrated. Table IX shows the analysis of a concentrated syrup obtained by exceeding the limits indicated above in accordance with the present invention, and passing about 725 liters of juice in the system.
It will be observed that the elimination of organic non-sugars is considerably less than in Examples 2 to and 3. On the other hand, the elimination of mineral ash is quite good; therefore such a process could be valuable in some cases where reduction of non-sugar organic solids is not of paramount importance.
TABLE VII -----------
EMI12.1
<tb> Raw <SEP> juice <SEP> syrup <SEP> purified
<tb>
<tb> Total <SEP> <SEP> (Brix) <SEP> 18.6 <SEP> 58.4
<tb> Sucrose <SEP> (% <SEP> of <SEP> solids) <SEP> 78.3 <SEP> 90.1
<tb> Sugars <SEP> reducing <SEP> of the <SEP> solids) <SEP> 6,86 <SEP> 8,5
<tb> Total <SEP> non-sugars <SEP> (% <SEP> of <SEP> solids) <SEP> 14.84 <SEP> 1.4
<tb> pH <SEP> 5.5
<tb>
<tb> Elimination <SEP>: <SEP> 91 <SEP>%
<tb>
<tb> Sodium <SEP> (% <SEP> of <SEP> solids) <SEP> 0.01 <SEP> 0.053
<tb> Potassium <SEP> (% <SEP> of <SEP> solids) <SEP> 2.32 <SEP> 0.0027
<tb> Calcium <SEP> and <SEP> Magnesium (% <SEP> of <SEP> solids) <SEP> 0.72 <SEP> 0.00
<tb>
<tb> elimination <SEP>:
<SEP> 98 <SEP>%
<tb>
<Desc / Clms Page number 13>
TABLE VIII
EMI13.1
<tb> Raw <SEP> juice <SEP> syrup <SEP> purified
<tb>
<tb> Total <SEP> <SEP> (Brix) <SEP> 13.4 <SEP> 67.86
<tb> Sucrose <SEP> (<SEP>% <SEP> of <SEP> solids') <SEP> 76.2 <SEP> 85.8
<tb> reducing <SEP> sugars <SEP> (% <SEP> of <SEP> solids) <SEP> 7.27 <SEP> 9.4
<tb> Total <SEP> non-sugars <SEP> (% <SEP> of <SEP> solids) <SEP> 16.5 <SEP> 1.87
<tb>
<tb> Elimination: <SEP> 88.9 <SEP>%
<tb>
<tb> Sodium <SEP> (% <SEP> of <SEP> solids) <SEP> 0.019 <SEP> 0.040
<tb> 'Potassium <SEP> (<SEP>% <SEP> of <SEP> solids) <SEP> 2.22 <SEP> 0.011
<tb> Calcium <SEP> and <SEP> Magnesium <SEP> (% <SEP> of <SEP> soli- <SEP> @
<tb> .des) <SEP> 0.881 <SEP> 0.018
<tb>
<tb> Elimination:
<SEP> 97.8 <SEP>%
<tb>
TABLE IX
EMI13.2
<tb> Raw <SEP> juice <SEP> syrup <SEP> purified
<tb>
<tb> Total <SEP> <SEP> (Brix) <SEP> 13.6 <SEP> 61.7
<tb> Sucrose <SEP> (% <SEP> of <SEP> solids) <SEP> 77.07 <SEP> 87.5
<tb> Reducing <SEP> sugars <SEP> (% <SEP> of <SEP> solids) <SEP> 6.95 <SEP> 7.85
<tb> Total <SEP> non-sugars <SEP> (% <SEP> of <SEP> solids <SEP> 15.98 <SEP> 4.65
<tb>
<tb> Elimination: <SEP> 71 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb> Sodium <SEP> (<SEP>% <SEP> of <SEP> solids) <SEP> 0.015 <SEP> 0.015
<tb> potassium. <SEP>% <SEP> of the <SEP> solids) <SEP> 2.87 <SEP> 0.010
<tb> Calcium <SEP> and <SEP> Magnesium <SEP> (% <SEP> of <SEP> solids) <SEP> 0.71 <SEP> 0.014
<tb>
<tb> Elimination: <SEP> 98.9 <SEP>%
<tb>
At the start of the process, the beds are preferably "softened" by the following process:
the ion exchangers are activated or layed and regenerated if necessary, then rinsed and finally drained. Thus in a system similar to FIG. 2 the juice is sent to the cation exchanger C 1 while it is in communication with the atmosphere and until the bed is filled with jas; the receptacle containing the cation exchanger is then closed, and the effluent is withdrawn while the juice is continued to be supplied to said exchanger, and this effluent is used for filling bed A 1 while the latter is in communication with the atmosphere.
When the bed A 1 is full, the receptacle containing the ion exchanger is closed and the effluent. is then sent to bed C 2. Each ion exchanger bed is filled in this way until the system is completely full; the effluent from the bed is then collected
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A 3. This effluent from bed A 3 is collected as long as its pH is greater than 4 and the pH of the effluent from bed A 3 is greater than 2.9. A similar process is employed with systems of the type shown in Fig. 1.
Although the present process is particularly applicable for the purification of raw sucras juices, it can also be used for the purification of partially refined sugar solutions. The present process is particularly suitable for the purification of sugar solutions obtained from sorghum or sugar cane and, if. as desired, can be employed in the purification of juices obtained from sugar beets.
Other types of sugars which can be purified by the present process are: maple sugar, invert sugar, malt sugar, dextrose, fructose, glucose, etc., as well as mono-. , di-, tri-, tetra- and other natural and synthetic polysaccharides.
The process of the present invention is applicable to the purification of sweet aqueous solutions, the ash content of which is not more than about 0.9%. n consequently any syrup such as molasses or refining liquor which has to be purified according to the process must be diluted with water, if necessary, until its ash content is not greater than About 0.9%.
In order to keep the sugar inversion to a minimum in the manufacture of sucrose, it is desirable that the temperature of the juices during processing be kept at about room temperature, but if one can afford a greater or lesser proportion of inter- version, higher temperatures can be used.
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Treatment of sugar syrups with ionic active materials according to the invention is often sufficient to purify the sugar without the use of other purification methods or purifying agents. However, as noted, it is very often desirable to employ a bleaching agent to remove residual coloration in sugar solutions after passing through ion exchange materials. Likewise, in some cases it is desirable that the sugar solution be treated with a bleaching material between each pair of beds of ionic active material, but the process has been found not to be as efficient when the fluid had a high ion content.
Among the substances which can be used are animal black, diatomaceous earth, bauxite, deodorant charcoal, oxidizing agents, summer.
The presence of salts, aids, and non-sugar organic solids in sugar solutions tend to stabilize the colloidal coloring materials they contain. Therefore, the removal of a high proportion of salts and non-sugary organic solids by means of the present process makes the colloidal coloring materials less stable and these are therefore more easily removed by passage through. animal black filters.
When bleaching charcoal is used, it is preferably used after treatment with ion exchange substances and after syrup concentration, but it can be used at any point in the system. ; if / not used at the end of the purification system, it is better to use it after passing through a cationic active material when the fluid passing through the material
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bleach is acidic.
Bleaching materials can also be mixed with the juice before or during evaporation of the water; these materials can then be removed by filtration from the concentrated syrups,
The present purification system can operate based on the previous examples, after which the resin beds are washed, regenerated and rinsed. Another way of operating in some xxx cs involves the use of several series of ion exchangers, each of them comprising a hydrogen zeolite and an anionic active resin.
the last mentioned pair of ion exchangers are regenerated while the other pairs are in operation according to the method described in the previous examples. When the cation exchanger of the first pair of ion exchangers is practically exhausted with regard to cations and the anion exchanger of this pair exhausted with respect to strong acids (for example the acids also strong or stronger than acetic acid), they are removed from the system and replaced by a pair of positively activated ion exchangers at the end of the system.
The pair of ion exchangers removed from the system is then reactivated and in some cases can also be added at the end of the system when the first of the ion exchangers (at the start the second pair of ion exchangers) is exhausted. The use of this type of system is to some extent related to the particular type of product to be prepared and also to the capacity of the ion exchangers.
With very low capacity ion exchangers, this type of process is probably not economical while with high capacity ion exchangers it is undoubtedly more economical than that of the other examples.
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Yet another factor determining the relative economic value of the two processes is the price of the regenerant, because the design of the examples becomes more economical if this price decreases.
All or part of the anionic active resin used in the example can be replaced by other anionic active materials. These materials include the aldehyde condensation products of m-phnylenediamine, de. biguanide, de, guanylurea, substituted guanidines Like, methylguanidine, substituted bigganides like phenylbiguanide, polyamides, preferably polyethylene polyamines, etc.
These condensation products are preferably obtained with formaldehyde, although it is possible if desired to use condensation products with other aldehydes. Examples of other aldehydes include furfuraldehyde, acrolein, benzaldehyde, etc. Active resins such as those prepared from guanidine, guanylurea, biguanide and other materials which do not form sufficiently insoluble condensation products with formaldehyde for practical purposes are preferably insolubilized using suitable materials. active with regard to formaldehyde, for example urea, xx thiourea, aminotria zines (especially melamine and guanamine which react with formaldehyde to give insoluble products), etc.
The active, anionic resins prepared from guanidine, guanyl urea, biguanide, etc., can be prepared according to the general method described in US Patents 2,251,234 and 2,285,750. It is usually convenient to employ the salts of the bases, but the free bases can also be employed. As examples of suitable salts
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Required for the preparation of active anionic resins include guanidine carbonate and sulphate, biguanide sulphate and nitrate, guanylurea sulphate, guanylurea carbonate and the like. The above patents describe methods of preparing a number of anionic active resins of the types mentioned above.
The anionic active resins are activated in the usual way by treatment with an extended solution of an alkaline agent, for example a 0.1 to 10% solution of caustic soda, sodium carbonate, sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium carbonate, sodium carbonate, sodium carbonate, sodium carbonate, sodium carbonate, sodium hydroxide solution, sodium hydroxide solution. corresponding potassium salts, etc., as examples of cationic active materials which can be usefully used in the hydrogen cycle include the aldehyde condensation products of substituted organic alpha-furyl sulphonates such as those described in American orevet no. 2,373,152.
polyhydric phenolaldehyde condensation products such as catechin-tin-formaldehyde, aromatic sulfonic acid-formaldehyde condensation products (such as those described in US Pat. No. 2,204,539), carbonaceous zeolites, for example sulfated carbonaceous materials or sulphonated (coal, peat, lignite), etc.
All of these products can be used in the hydrogen cycle and are therefore suitable for use in the present invention. These substances can generally be referred to as hydrogen zeolites. The activation of cationic active materials by means of an aid and the exchange or reaction of the hydrogen ion of said acid during the purification process is known as the "hydrogen cycle".
Active cationic materials can be regenerated.
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reed or activated by passing through extended acid solutions, for example from 9.1 to 10% hydrochloric, sulfuric, etc. acids. through the bed and subsequent washing with water until practically free of the acid used. The cationic active resins are then said to be "hydrogen activated". If the solution flowing in the bed C 1 of Qationic active material is highly concentrated in calcium, it may be advisable to activate the bed by means of a saline solution or an aqueous solution of sodium chloride, before the activation by means of the acid.
The term "ionizable solids" or "ionizable materials" includes any volatile or non-volatile mineral material. Most of the solids are inorganic, but some organic substances can be found in them. These "ionizable solids" are impurities in the sense that their mixing with the fluid to be purified is undesirable, although they may inhibit. by themselves valuable and desirable products.
CLAIMS.
1. Proceeds to purify an aqueous sugar solution having an ash content of not more than 0.9%, such as raw sweet juice, characterized in that said sweet juice is passed through a system formed of several pairs of ion exchangers, one pair phak member being a zeolite hydrogen exchanger and the other an anion exchanger, and said sweet juice is continued to be passed through said system as long as the pH of l The influence at the final anion exchanger is greater than 2.9.