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PERFECTTIONNEMENTS A LA FABRICATION DU SUCRE.
Cette invention a trait à la fabrication du sucre et a pour objet certains perfectionnements apportés au procédé de fabrication du sucre. Elle concerne plus spécialement le traitement de jus sucrés dans la fabrication du sucre et plus particulièrement des perfectionnements au procédé de puri- fication et de clarification des jus de betterave.
Dans les procédés usuellement appliqués jusqu'à ce jour pour fabri- quer le sucre en partant des jus de betterave on lave les betteraves on les découpe en cossettes et on soumet celles-ci à l'action d'un courant d'eau chau- de sous pression passant en contre-courant dans une batterie de 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 bette-, rave, c'est-à-dire la sucrose, les sels de potassium et de sodium des acides phosphoriques sulfurique., chlorhydrique, oxalique et tartrique, des protéines, des pectinesde 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 lé- gèrement acide. On sépare du jus les fibres, les tissus cellulaires et l'al- bumine coagulée en suspension, puis on les chauffe à 850 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, usuelle- ment 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 fréquement -soumis à une agitation prolongée;: variant de 15 à 20 minutes., à une température élevée.
Le jus ayant ainsi été soumis à la défécation est ensuite carbo- naté, c'est-à-dire soumis à l'action d'un gaz contenant 30 % environ d'anhy- dride carboniques ce qui précipite le carbonate de calcium. Il faut cinq cuves pour effectuer cette carbonatation. L'opération est usuellement réalisée par charges successives.
On soumet une des cuves renfermant le jus traité par la
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chaux,à la carbonàtation pendant qu'on prépare les autres cuves pour la mê- me opération. Au début de l'introduction du gaz dans le jus traité par la chaux:,il se produit une matière gélatineuse qu'il est pratiquement impossi- ble de séparer par décantation.A mesure qu'on continue à faire passer le gaz,, la nature du précipité changeet lorsque l'alcalinité a été réduite à l-ly5 grammes de chaux (oxyde de calcium) par litre de filtrat, le précipité devient floconneux et on peut le décanter ou le filtrer facilement..
Si on con- tinue à faire passer le gaz pour diminuer encore l'alcalinité du jus, le pré- cipité devient de plus en plus floconneux mais on atteint vite un point où cer- taines des impuretés qui ont été séparées de la solution, commencent à se dis- soudre de nouveau. - -Ce procédé habituellement appliqué jusqu'à ce jour pour fabriquer le-sucre. en partant des jus de betterave., est extrêmement compliqué entraîne un grand nombre d'opérations et-exige l'attention d'opérateurs très expérimentés. Par exemple, si la première phase de carbonatation est poussée trop loin, ou si elle n'est pas poussée assez loin, il est pratiquement impos- sible d'obtenir un filtrat clair.
En d'autres termes, si le passage du gaz n' est pas conduit jusqu'à un point final précisa il est pratiquement impossible d'obtenir une bonne séparation des solides d'avec les liquides. Comme les opé- rations sont réalisées sur des charges distinctes --et que.les.réglages sont tous manuels et consistent dans la manoeuvre d'obturateurs il avait été ex- trêmement difficile jusqu'à ce jour, d'obtenirà la fin du traitement,des jus sucrés purifiés et clarifiés d'une façon sensiblement uniforme.
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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 pra- tique actuelle. 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 qualité supérieure et uniforme.
Suivant la présente invention, le traitement du jus de betterave en vue de la fabrication du sucre est réalisé de telle manière que la chaux dissoute dans le jus n'atteint pas le point de saturation. A cet effet, une des caractéristiques de l'invention consiste à n'ajouter de la.chaux qu'à un jus qui est soumis à la carbonisation sensiblement au même moment. L'inven- tion envisage aussi le mélange de jus de diffusion bruts avec des jus préala- blement carbonatés avant de soumettre les jus bruts à une carbonisation. Sui- vant une autre caractéristique, on fait circuler une partie au moins de ces jus d'une façon répétée à travers une zone de carbonisation. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention,ces diverses caractéristiques sont avanta- geusement combinées, quoiqu'elles puissent aussi être appliquées séparément.
On a déjà décrit un procédé et un appareil permettant de régler rapidement et automatiquement la carbonatation de jus sucrés à des degrés d' alcalinité prédéterminés. De plus,le procédé et l'appareil faisant l'objet de ce brevet peuvent être appliqués d'une manière propre à effectuer la carbo- natation continue de jus sucrés par un réglage automatique.de ce genre. Ce mode opératoire peut avantageusement être adopté dans la mise en pratique de la présente invention.
On a trouvé que l'addition d'un.composé convenable 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 avanta- ges très importants. Cette addition de chaux (défécation) détermine la préci- pitation de carbonate de calcium dans une solution dont la concentration en chaux dissoute est beaucoup plus faible,, par exemple, que lorsque la chaux est. ajoutée en dehors de la zone de carbonatation. Lorsque la chaux est ajou- tée au jus à quelque distance de la zone de carbonatation, et en particulier lorsque le jus ainsi additionné de chaux est agité comme dans le procédé cou- ramment appliqué jusqu'à ce jour, il se dissout suffisamment de chaux pour at- teindre 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'inventions la précipitation
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du carbonate de calcium est effectuée dans une solution qui n'a été que par- tiellement 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 sa- turé de chaux dissoute Lorsque le jus est saturé de chaux dissoute., les par- ticules de carbonate de calcium se déposent très lentement et l'on ne peut filtrer le mélange qu'avec bea.ucoup 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 su- crée sont nuisibles parce que le jus se sature de chaux dissoute et que l'al- calinité atteint une valeur élevée.. Les'albuminoïdes et éléments analogues pré- sents dans le jus sont attaqués par la chaux en solution.
Cette réaction pro- duit une proportion relativement grande de colloïdes très fins. Ces colloïdes à l'état finement divisée sont à leur tour adsorbés par les particules 'de car- bonate de calcium et empêchent le développement des cristauxPar contre., lorsque le jus n'est que partiellement saturé de chaux dissoute et que l'al- calinité qui en résulte est relativement faible, il se produit une quantité beaucoup plus faible de colloïdes fins.
Il en résulte que l'adsorbtion de col- loïdes par les surfaces des particules de carbonate de calcium, est matériel- lement empêchée comme résultat d'une défécation soigneusement réglée et que le développement des cristaux est favorisée Le maintien d'alcalinitésrelati- vement faibles dans le jus par le réglage de la défécation, favorise la cris- tallsation, en ce sens que les particules de carbonate de calcium qui se pré- cipitent sont moins nombreuses et plus grosses, étant donné que le nombre et les dimensions des cristaux augmentent avec la concentration de chaux en so- lutiono La chaux en suspension, c'est-à-dire non dissoute,9 n'a pas d'effet.9 comme telle.sur l'alcalinité du jus et ne joue donc aucun rôle important dans les réactions qui viennent d'être considérées.
Il faut par conséquent éviter autant que possible les alcalinités élevées, et l'on réalise ce résultat dé- sirable suivant l'invention en introduisant la chaux dans le jus sensiblement en marne temps qu'on introduit le gaz anhydride carbonique..
Les recherches de la demanderesse ont aussi démontré que le fait de mélanger un jus préalablement carbonaté 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 légèrement acide et que le jus carbonaté est al- calin (en raison de la présence de chaux véritablement dissoute), le- mélange des deux dans des proportions convenables rend graduellement le jus brut al- calin.
La purification du jus est effectuée à la fois mécaniquement et chi- miquement. La purification mécanique est due au fait que les particules de car- bonate de calcium en suspension se recouvrent de matière colloïdale en suspen- sion dans toutes les parties du jus sucré.Une partie de ces éléments colloï- daux entre en contact avec les particules de carbonate de calcium et est adsor- bée par elles.
Cette élimination de la matière colloïdale favorise la préci- pitation normale d'une nouvelle quantité de-particules de carbonate de cal- cium, étant donné que les colloïdes adsorbés sont éliminés effectivement de la zone de réaction.,
En plus de l'élimination mécanique d'éléments colloïdaux qui vient d'être mentionnée, il se produit certaines -réactions chimiques qui purifient le jus.La cha.ux véritablement dissoute, réagit chimiquement sur certaines impuretés dissoutes dans le jus brut, telles que les sels de potassium et de sodium des acides phosphorique, sulfurique, 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 car- bonaté et le jus brut sont mis en circulation, les solides en suspension en-- trent en contact les uns avec les autres et tendent à s'unir sous forme de particules ou d'agrégats 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 surfaces, les-'éléments colloïdaux nuisibles.
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De cette manière le jus de diffusion brut atteint finalement la zone de carbonatation à un état au moins partiellement purifiée Comme résul- tat de cette purification préliminaire, les surfaces des particules de carbo- nate de calcium nouvellement précipitées pendant la période de carbonatation sont moins contaminées par la matière colloïdale que dans le traitement appli- qué jusqu'à ce jour. Les surfaces sensiblement propres des particules de car- bonate de calcium nouvellement précipitées se prêtent à un développement dès particules qui augmente la grosseur moyenne des cristaux de carbonate de cal- cium, ce qui est particulièrement désirable en vue d'une décantation et d'une filtration efficaces et rapides.
Des avantages marqués peuvent être obtenus en faisant circuler d' une façon répétée à travers une zone de carbonatation, une partie au moins., du jus carbonate. Cette remise en circulation du jus carbonate,, favorise no- tablement le développement des particules de carbonate de calcium. Ce dévelop- pement a particulièrement tendance à se produire sur celles des particules in- dividuelles de carbonate de calcium remises en circulation, qui présentent des surfaces sensiblement propres. Il est par conséquent préférable de combi- ner cette caractéristique de remise en circulation 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'autres termes.\) les particules de carbonate de calcium tendent à se comporter à la façon de noyaux pour la précipitation de nouvelles quanti- tés de carbonate de calcium de la solution.
Ces avantages de la présente invention et d'autres, seront mieux compris par la description donnée ci-après en se référant au dessin annexé qui représente schématiquement un appareil permettant de mettre le présent pro- cédé en pratiquea
L'installation représentée est composée de trois cuves de traite- ment principales 1, 2 et 3 munies à leur extrémité supérieure de conduits ou orifices pour l'échappement 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 niveau constant 6 muni d'un robinet à flotteur 7. Le réservoir à niveau constent est relié à la première cuve de traitement 1 par un tuyau 8qui est muni d'un robinet ou autre obturateur 9 commandé à l'aide d'une chaîne.
Un réservoir d'alimentation en chaux 10,de préférence situé à un niveau plus élevé que les cuves de traitement, est relié par un tuyau 11 à un réservoir à niveau constant 12, qui est aussi muni d'un robinet de colt - mande par flotteur 13. Un tuyau 14 relie ce réservoir à niveau constant à un dispositif mesureur 15 constitué par une boîte contenant un déversoir permettant de mesurer la quantité de chaux traversant la boite. Le tuyau 14 est muni d'un robinet 16 actionné à l'aide d'une chaîne. Les cuves de carbo- natation 2 et 3 sont reliées au dispositif mesureur 15 par des tuyaux 17 et 18 munis de robinets 19 et 20, respectivement.
Les cuves de traitement 1,2 et 3 sont de préférence reliées en- tre 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 autr-e tuyau 22 relie le tuyau 21 à un point de la cuve 3 situé vers le milieu de sa hauteur. Ces deux tuy- aux sont munis respectivement des robinets 23 et 24, de sorte que les cuves 2 et 3 peuvent être mises en service alternativement avec la cuve 1,
Les extrémités inférieures des cuves 2 et 3 eont reliées à un disposi- tif de décantation ou de filtration 28 par des tuyaux 25,26 et 27 convenable- ment munis de robinets 29 30 et 31, respectivement.
Le tuyau 27 est muni d'une boucle 32 propre à maintenir le niveau du jus carbonaté que renferment les cuves à un point désiré. Un orifice d'échappement 33 est prévu dans la boucle pour obvier à toute action de siphon qui serait susceptible de se déve- lopper dans la tuyauterie d'alimentation aboutissant au dispositif de décanta- tion 28.
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L'extrémité inférieure des cuves 2 et 3 est aussi reliée par des tuyaux 25 et 26, respectivement, à une tuyauterie de remise en circulation 34, munie dun robinet 35. Cette tuyauterie est munie d'une pompe 36 servant à re- fouler à l'intérieur de la cuve 1, le contenu, soit de la cuve 2, soit de la cuve 3.
Les cuves 2 et 3 sont convenablement reliées à un dispositif dis- tributeur 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 à alimenter les cuves 2 et 3, respectivement. Ces tuyaux de branchement sont à leur tour re- liés à une série de distributeurs 40 et 41 débouchant à l'intérieur des cuves 2 et 3 près de leur partie inférieure. Un détendeur à pression constante 42 est prévu sur la conduite à gaz principale 37. Cette conduite est aussi mu- nie d'un robinet 43 intercalé entre le détendeur et les branchements et servant à régler la quantité de gaz fournie aux cuves de carbonatation Ce robinet est de préférence actionné automatiquement.
L'appareil qui vient d'être décrit peut fonctionner comme suit le jus de diffusion brut est introduit dans le réservoir 4. Sous l'action de la pesanteur, il passe de ce réservoir au réservoir 6 une quantité suffisante de ce jus pour créer une pression constante, indiquée et déterminée par le ro- binet à flotteur 7. On ouvre convenablement le robinet à commande par chaîne 9 pour admettre le jus de betterave par le tuyau 8 à la première cuve de trai- tement 1.
Le jus de betterave passe par le tuyau 21 de la cuve 1 à la cuve de carbonatation 2 jusqu'à ce que cette dernière ait été remplie jusqu'à son niveau de travail. Le robinet 24 dû tuyau 22 aboutissant à la cuve 3 est fer- mépendant 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 à commande 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 à la cuve 3 pour permettre au lait de chaux de passer par le tuyau 17 dans la cuve 2, où il se mélange avec le jus sucré.
Lorsque les réservoirs ont été remplis à leur niveau de travail normale on ferme temporairement les admissions de jus et de chaux, on met en marche la pompe de:remise en circulation 36 et l'on admet le gaz pour carbona- ter le mélange que renferment déjà les cuves.
Le gaz anhydride carbonique arrive par la tuyauterie principale 37.La pression du gaz arrivant par cette tuyauterie est convenablement ré- glée par le détendeur 42. On ferme le robinet 39' du branchement 39 aboutis- sant à la cuve 3 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 à travers la masse de liquide
Lorsque la carbonatation a été conduite jusqu'au point final usu- el, on recommence l'alimentation en jus et en lait de chaux, on ouvre le ro- binet 31 et le procédé s'effectue alors d'une façon continue.
Une partie du jus carbonaté est conduite au fond de la cuve 2 par les tuyaux 25 et 27 à l'intérieur du dispositif de décantation ou d'épais- sissement 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 présent mode de réalisation,, dans le rapport de 8 à 1, En d'autres termes, huit volumes de jus environ sont remis en circulation par volume de jus nouvellement intro- duit dans le circuit. Le jus complètement carbonaté est conduit au dispositif 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 renfer- me la cuve 2 est effectuée pendant que le mélange est en cours de carbonatati- on. Aucune agitation du jus par la chaux n'a lieu avant le phase de carbona-
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talion. Les bulles de gaz qui s'élèvent, rencontrent le jus sensiblement au moment oit ce jus se mélange avec la chaux. L'intervalle de temps susceptible de s'écouler entre la défécation et la carbonatation est négligeable dans les conditions de travail. Ceci a pour but de carbonater le jus traité à 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 complètement saturé de chaux dissoute.
Gomme le jus carbonaté de la cuve 2 est contraint à se mélanger avec le jus de diffusion brut de la cuve 1, il est évident que la purificati- on précédemment mentionnée s'effectue. Le jus carbonate contient des particu- les de carbonate de calcium en suspension. Ces particules purifient mécani- quement 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 brutentre en contact avec ces particules de carbonate de calcium en suspen- sion et est adsorbée par elles.
La chaux dissoute transférée de la cuve 2 à la cuve 1 agit chimi- quement de façon à purifier le jus brute Elle réagit avec certains sels dissous et corps analogues que renferme le jus brut pour donner naissance à des com- posés qui sont sensiblement insolubles dans le mélange. La matière colloïdale entre aussi en contact avec ces particules insolubles et est adsorbée par el- les,
Au moment où le jus brut de la cuve 1 atteint la zone de déféca- tion 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 carbonate de calcium sans que la matière- colloïdale soit immédiatement adsor- bée à leurs surfaces.
Les particules de carbonate de calcium propres., se prê- tent au développement des particules et, en outrese comportent à la façon de noyaux dans la précipitation du calcium sous forme de carbonate de calcium.
Chaque fois qu'il est désirable d'arrêter le fonctionnement de la cuve 2,par exemple pour nettoyer le distributeur de gaz ou la cuveon peut fermer les robinets des tuyaux aboutissant à cette cuve, et ouvrir les robi- nets des tuyaux aboutissant à la cuve 3 pour mettre cette dernière en action..
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 dis- tinctes associées les unes aux autres., telles%que les cuves 1 et 2 ou les cu- ves 1 et 3, on pourrait très bien se servir d'une cuve relativement haute. L' extrémité supérieure d'une cuve unique de ce genreconvenablement séparée de l'extrémité inférieure par des chicanespourrait être utilisée comme zone de mélange du jeu de diffusion brut avec le jus carbonateles opérations de dé- fécation et de carbonatation étant réalisées dans l'extrémité inférieure de la cuve. Ce mode de réalisation et d'autres.9 sont faciles à concevoir pour 1' homme du métier et rentrent dans le cadre de cette invention.