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2~%57 ~9
Procédé d'adoucissement d'un jus sucré tel qu'une mélasse de sucrerie ct son utilisation
dans un procédé de récupcration des sucrcs contenus dans ce jus sucr~
La présente invention a pour objet un procédc d'adoucisscmcnt d'un jus sucré tclqu'une mélasse de sucrerie et son utilisation dans un procédé de récupération des sucrcs
contenus dans ce jus sucré.
L'industrie sucrière de la calme à sucre ou de la bctterave sucrière produit desquantités importantes de jus sucré non cristallisable désigné sous le nom de mélasse de
sucrerie. Cette mélasse présentant une teneur en sucres non négligeables, il est usuel de
la soumettre à un traitement approprié pour en extraire la majeure partie des sucres
qu'elle contient. Ce traitement consiste notamment à soumettre la mélasse à une
chromatographie d'exclusion d'ions faisant appel à un support fixe constitué par une
résine cationique forte, sous la forme Na+ et/ou K'. Toutefois, étant donné que la
mélasse de sucrerie contient des quantités non négligeables de sels de calcium et/ou de
magnésium dissous, ladite résine se charge en ions Ca2+ et/ou Mg2+ au cours de
l'opération de chromatographie et voit de ce fait son pouvoir de séparation diminuer
relativement rapidement. Ceci nécessite l'interruption périodique de l'opération de
chromatographie pour régénérer la résine cationique, ce qui implique la consommation
,. .. ~
d'un réactif de régénération et une baisse de productivité.
Il a donc été proposé d'éliminer, par échange d'ions sur une résine cationique, sous
la forme Na+ et/ou K~, les sels de calcium et/ou de magnésium dissous dans la mélasse
avant la chromatographie de cette dernière. Etant donné qu'au cours de cet échange
d'ions, les ions Na+ et/ou K+ de la résine cationique sont progressivement remplacés par
les ions Ca2' et/ou Mg2+ de la mélasse, il y a lieu de périodiqucment régénérer ladite
résine, ce qui est habituellement réalisé au moyen d'une solution aqueuse de NaCl. Cette
technique de régénération présente essentiellement deux inconvénients: elle nécessite
la consommation d'un réactif de régénération (NaCl) et elle produit des eau~ usées
contenant du sucre perdu. Ce système de régénération par unc solution aqueuse de NaCl
n'est donc pas satisfaisant sur le plan économique.
Le but de la présente invention est donc de proposer un procédé d'adoucissement
n'ayant pas les inconvénients susmentionnés. Il est ainsi proposé selon l'invention, un
procédé d'adoucissement au moyen d'unc résine échangcuse de cations, sous la forme
.
~ 2 1 2 ~ 7 ~ 9
,. `, ., .. ~.,, . ~
Na+ et/ou K+, d'un jus sucré aqucux contcnant dcs sucres et dcs ions Ca2+ et/ou Mg2+ tel ;
qu'une mélasse de sucrerie, et dc régcncration de laclite rcsine, ce proccdé comprcnant ~
::
(a) une étape d'adoucissement consistal1t à amener ledit jus sucré en contact avec
ladite réshle échangeuse de cations sous la forme Na+ ct/ou K+, pour obtenir d'une
part un jus sucré adouci appauvri en ions Ca2+ et/ou Mg2+ et chargé en ions Na+
et/ou K+ et d'autre part, une résine échangeuse de cations, chargée en ions Ca2+et/ou Mg2+, et
10 (b) une étape de régénération de cette dernière résine, : . .. -~
caractérisé en ce que l'étape de régénération (b) consiste à amener ladite résine en
contact avec un effluent liquide (appelé raffinat) produit lors de la séparation par
chromatographie des sucres d'un jus sucré aqueux adouci contenant des sucres et des ~ ~
ions Na+ et/ou K+, cet effluent liquide contenant la majeure partie des iOllS Na+ et/ou K+ :
initialement présents dans le jus sucré aqueux adouci.
Comme on le comprendra aisément, l'étape de régénération du procédé selon
, . . . i
l'invention fait une utilisation astucieuse de l'un des effluents liquides disponibles dans
une installation de sucrerie, à savoir la fraction dite raffinat générée au cours de la
séparation par chromatographie des sucres d'un jus sucré adouci et chargé en ions Na+
et/ou K~, fraction qui était habituellement purement et simplement rejetée hors de cette
installation. Il n'y a donc pas apport de réactif de régénération extérieur et, partant,
économie par rapport au système de régénération antérieurement connu; par ailleurs,
les pertes en sucres sont moindres par rapport au système connu.
I,'effluent liquide (raffinat) mis en oeuvre à l'étape (b) est avantageusement
constitué par celui produit lors de la séparation par chromatographie des sucres du jus
sucré adouci obtenu à l'étape (a). .
Selon l'invention, il est par ailleurs avantageux de concentrer l'effluent liquide .
(}affinat) avant sa mise en oeuvre à l'étape (b), puisque le degré de la régénération est
d'autant plus élevé que la concentration en ions Na+ et/ou K+ de cct effluent est plus ` . . ': `
élevée. Il est également avantageux selon l'invcl1tiol1, qu'avant d'amener ladite résine en I .:
~t ~.i
~- 212~749
contact avec lcdit effluent liquide à l'étape (b), des lons Na+ et/ou K+ soient ajoutés audit
effluent, ce qui améliorera encore la régénération.
On ajoutera que la résine échangeuse de cations mise en oeuvre à l'étape (a) sera
de préférence une résine cationique forte sous la forme Na+ et/ou K+ et que la
chromatographie produisant l'effluent liquide (raffinat) mis en oeuvre à l'étape (b) est
de préférence réalisée sur une résine cationique forte sous la forme Na+ et/ou K+ avec
élution par l'eau. A titre de résine cationique forte, on pourra choisir notamment toute
résine comprenant une matrice polymère par exemple du type polystyrène ou
polyacrylate, réticulé par un réticulant tel que le divinylbenzène, rnatrice sur laquelle
sont greffés des groupes échangeurs de cations, tels que des groupes acide sulfonique
fortement acides. Une préférence toute particulière est donnée à la résine IR 200
(marque de fabrique d'une résine commercialisée par Rohm et Haas).
La présente invention s'étend en outre au jus sucré adouci tel qu'obtenu par le
procédé d'adoucissement décrit ci-dessus.
Elle s'étend par ailleurs à un procédé de récupération des sucres contenus dans un
jus sucré aqueux contenant essentiellement des sucres, des ions Ca2+ et/ou MgZ+ et des
colorants, tel qu'une mélasse de sucrerie, qui comprend:
(i) une étape d'adoucissement consistant à amener ledit jus sucré aqueux en contact
avec une résine échangeuse de cations, sous la fonne Na+ et/ou K+, pour obtenir
d'une part un jus sucré adouci appauvri en ions Ca2+ et/ou MgZ+ et chargc en ions
Na+ et/ou K+ et d'autre part, une résine échangeuse de cations, chargée en ions
Ca2+ et/ou Mg2+, et
. . ~
(ii) une étape de séparation des sucres consistant à soumettrc le jus sucré adouci
produit à l'étape (i) à une chromatographie pour obtenir un premier effluent liquide
(raffinat) enrichi en ions Na+ et/ou K+ et appauvri en sucres, et un second effluent
liquide enrichi en sucres et appauvri en ions Na2+ et/ou K+,
ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre:
2 1 2 ~ 7 4 9
(iii) une étape de régénération consistant à amener la résine échangeuse de cations,
chargée en ions Ca2+ et/ou Mg2+ obtenue à l'étape (i) en contact avec ledit premier
effluent liquide (raffinat) produit à l'étape (ii) pour obtenir d'une part, un effluent
liquide enrichi en ions Ca2+ et/ou Mg2+ et d'autre part, une résine échangeuse de
cations régénérée sous la forme Na+ et/ou K+.
,, ~
On notera que ledit premier effluent liquide (raffinat) est de préférence concentré
avant sa mise en oeuvre à l'étape (iii), que des ions Na+ et/ou K+ pourront être ajoutés
audit premier effluent liquide avant la mise en oeuvre de ce dernier à l'étape (iii), que
la résine échangeuse de cations mise en oeuvre à l'étape (i) est de préférence une -
résine cationique forte sous la forme Na+ et/ou K+ et que la chromatographie mise en ; ~ -
oeuvre à l'étape (ii) est de préférence réalisée sur une résine cationique forte sous la -
forme Na+ et/ou K+ avec élution par l'eau. A titre de résine cationique forte, utilisation
peut être faite de celles déjà mentionnées ci-dessus à propos du procédé -~ -
d'adoucissement. .
La présente invention s'étend encore à l'effluent liquide enrichi en sucres tel
qu'obtenu par le procédé de récupération décrit ci-dessus.
La présente invention a enfin pour objet une installation pour la mise en oeuvredu procédé de régénération des sucres décrit ci-dessus; cette installation comprend
- au moins une unité d'adoucissement contenant une résine échangeuse de cations,sous la forme Na+ et/ou K+, et comportant des moyens d'amenée de jus sucré ~ ~
aqueux à adoucir, des moyells d'amenée de liquide dc régénération, des moyens ~ ~l6
d'extraction de jus sucré aqueux adouci et des moyens d'extraction de liquide de - -~
régénération usé, et
- au moins une unité de chromatographie comportant des moyens d'amenée d'éluant,des moyens d'amenée de jus sucré aqueux adouci produit dans l'unité - -
d'adoucissement et des moyens d'extraction d'un effluent liquide enrichi en ions -
Na+ et/ou K+ et appauvri en sucres (raffinat),
2125749 --
et elle se caractérise en ce qu'elle comprend en outre des moyens de liaison pour relier
lesdits moyens d'amenée de liquide de régénération aux moyens d'extraction de l'unité
de chromatographie, étant précisé que lesdits moyens de liaison peuvent, si on le
souhaite, comprendre une unité de concentration dudit effluent liquide (raffinat) extrait
par ces moyens d'extraction.
D'autres buts et avantages de la présente invenSion apparaîtront à la lecture de la
description suivante faite en regard du dessin annexé dont la figure unique est un
schéma de principe d'un mode de réalisation d'une installation de récupération des sucres
d'une mélasse de sucrerie.
L'installation représentée à titre d'exemple sur cette figure comprend d'une manière
connue en soi deux unités d'adoucissement 1,2 constituées chacune par une colonne
remplie d'une résine cationique forte, sous la forme Na+ et/ou K+, par exemple la résine
IR~200 commercialisée par Rohm et Haas. Ces colonnes sont pourvues chacune, à leur
partie haute, d'un conduit 3,4 d'amenée de mélasse de sucrerie (jus sucré aqueux)
préalablement clarifiée et diluée par de l'eau désionisée. La clarification peut être
effectuée par toute méthode connue, par exemple par mise en oeuvre du procédé declarification décrit dans US-A-S 110 363. Quant à la dilution, elle est réalisée pour que
la teneur en matière sèche de la mélasse après dilution soit de préférence de l'ordre de
10 à 70 % en poids. La mélasse ainsi clarifiée et diluée comprend essentiellement des
sucres, des sels minéraux de sodium, de potassium, de calcium et éventuellement de
magnésium et des colorants.
Chaque colonne d'adoucissement 1,2 est en outre pourvue, à sa partie basse, d'unconduit S,6 de sortie de mélasse adoucie, les conduits S,6 aboutissant tous deux à une
vanne trois voies 7 d'où part un conduit 8 dont l'extrémité libre débouche à la partie
supérieure d'une colonne de chromatographie 9. Si néccssaire, on peut prévoir une
~: pompe de circulation 10, 11 sur chaque conduit S,6. Chaque cololme 1,2 est enfin
pourvue, à sa partie supérieure, d'un conduit 12, 13 d'amcnée de liquide de régénération
de la résine et, à sa partie inférieure, d'un conduit 123, 13a de sortie de liquide de
régénération usé portant respectivement une vanne de sectionnement 12_,13~
La colonne de chromatographie 9 est du t~pe comprenant un support fixe constituépar une résine cationique forte, sous la forme Na+ et/ou K+, le liquide d'élution étant de
212~749 : ~ ~
I'eau amenée en partic hautc de la colomle par un conduit 14. Cette même colonne 9
comporte en outre, à sa partie inférieure, un conduit 15 d'extraction d'un cffluent liquide
(raffinat) riche en sucres et un conduit 16 d'extraction d'un effluent liquide pauvre en
sucres.
Confomlément à l'invention, I'installation qui ViCIIt d'être décrite con~prend en
outre des moyens pour alimenter les conduits 12, 13 en raffinat (liquide de régénération)
issu du conduit d'extraction 16. Ces moyens comprennent:
a) une tuyauterie 17 dont l'une des extrémités est reliée au refoulement d'une pompe
18 de mise en circulation dont l'aspiration est reliée à un conduit 19 dont
I'extrémité libre s'étend jusqu'au voisinage du fond d'une cuve 20 dans laquelledébouche d'extrémité libre du coDduit d'extraction 16;
b) une unité de concentration 21 pourvue d'une arrivée de liquide à concentrer reliée
à la tuyauterie 17, d'une sortie 22 d'eau séparée au cours de la concentration et
d'une sortie 23 de liquide concentré pourvue d'une pompe 24 d'extraction;
c) une cuve 25 dans laquelle débouche la sortic 23; ct
d) une tuyauterie 26 portant une pompe 27 de mise en circulation, I'une des
extrémités de cette tuyauterie étant située au voisinage du fond de la cuve 25 et
l'autre extrémité aboutissant à une vanne trois voies 28 de laquelle partent un
condu]t 29 relié au conduit 12 et un conduit 30 relie au conduit 13.
L'unité de concentration peut ctre constituéc par un évaporateur fonctionnant sous
pression réduite. Il peut s'agir par exemple d'un évaporateur à flot tombant simple ou
multiple effet, bien connu de la technique considérée. Dans ce cas, la sortie 22 assure
l'évacuation des condensats formés au cours de l'évaporation.
Cette installation fonctionne de la manière suivante.
2125749 -:
Au cours d'un premier cycle, la vam~e 7 cst positionnée pour faire communiquer
le conduit 8 avec les conduits 5 et 6, les pompes 10, 11, 18 et 24 sont en
fonctionnement, la pompe 27 est à l'arrêt et les vannes 12k, 13b et 28 sont fermées.
La mélasse clarifiée et diluée (10 à 70 % en poids de matière sèche) est amenée
par les conduits 3 et 4 dans les colonnes 1 et 2 où elle subit un échange de cations, les
ions Na+ et/ou K+ de la résine disposée dans ces colonnes étant progressivement
remplacés par les ions Ca2+ et/ou Mg2+ présents dans la mélasse. De ce fait, la mélasse
s'enrichit en ions Na+ et/ou K+ et s'appauvrit en ions Ca2+ et/ou Mg2+, alors que la résine
s'enrichit en ions Ca2+ et/ou Mg2+ et s'appauvrit en ions Na+ et/ou K+.
La mélasse issue des colonnes 1,2 est ensuite amenée via les conduits 5,6, les
pompes 10,11, la vamle 7 et le conduit 8 dans la colonne de chromatographie 9. La
mélasse y est soumise à une séparation sous l'effet de la résine et de l'eau amenée par
le conduit 14 à titre d'éluant.
Les premières fractions éluées (constituant le raffinat) pauvres en sucres et riches
en sels de sodium et/ou de potassium et en colorants, sont extraites par le conduit 16 et
déversées dans la cuve 20. Les fractions suivantes, pauvres en sels de sodium et/ou
potassium et riches en sucres sont extraites par le conduit 15.
Simultanément ou ultérieurement, le raffinat récupéré dans la cuve 20 est amené
via le conduit 19, la pompe 18 et la tuyauterie 17 dans l'unité d'évaporation 21. Le
raffinat concentré (de préférence à 10-70 % en poids de matière sèche) produit dans
cette unité 21 est extrait de cette dernière par le conduit 23 et la pompe 24 et déversé
dans la cuve 25.
Au cours d'un deuxième cycle, la résine échangeuse d'ions de l'une des colonnes
1 et 2 est régénérée, par exemple la résine de la colonne 1. A cet effet, on arrête
I'alimentation en mélasse à adoucir, la pompe 10 est arrêtée, la vanne 7 est positionnée
pour faire communiquer le conduit 8 uniquement avec le conduit 6, la vanne 12b est
ouverte, la vanne 28 est positionnée pour faire communiquer le conduit 26 uniquement
avec le conduit 29 et la pompe 27 est amenée en fonctionnement.
Dans ces conditions, le raffinat concentré de la cuve 25 cst amené via les conduits
26, 29 et 12 jusqu'à la colonne 1 où ledit raffinat concentré, riche en ions Na+ ct/ou K+,
va traverser la résine contenue dans la colonne 1 et la régéncrcr, les ions Na+ et/ou K~
212~7~9 -
dudit raffinat concentré rempla,cant progrcssivcMent Ics ions Ca2+ et/ou Mg2+ de la
résine. Le raffinat concentré qui au cours de son passage à travers la résine s'est enrichi
en ions Ca2+ et/ou Mg2+ est ensuite évacué par le conduit 12_.
Une fois la régénération terminée, on procède, au cours d'un troisième cycle, à la
régénération de la résine de la colonne 2 tout cn reprenant les opérations
d'adoucissement dans la colonne 1. Ceci implique l'arrêt de l'alimentation en mélasse de
la colonne 2, I'ouverture de la vanne 13b, la mise en communication du conduit 26 avec
le conduit 30 par réglage approprié de la position de la vanne 28, la mise en
communication du conduit 8 avec le conduit S par réglage approprié de la position de
la vanne 7 et la reprise de l'alimentation en mélasse de la colom~e 1.
On répète ensuite à intervalle de temps régulier les deuxième et troisième cycles
On ajoutera, à titre indicatif, qu'au cours de l'opération d'adoucissement, le débit
de mélasse clarifiée et diluée (10 à 70 % en poids de matière sèche) à travers chaque
colonne 1,2 pourra être de l'ordre de 0,1 à 5 fois le volume du lit de résine/heure et
qu'au cours de l'opération de régénération, le débit en liquide de régénération (raffinat
concentré présent dans la cuve 25 et contenant 10 à 70 % en poids de matière sèche)
à travers chaque colonne 1,2 pourra être de l'ordre de 0,1 à 5 fois le volume du lit de
résine/heure.
En fait, ces débits seront choisis en fonction de la teneur en matière sèche du
liquide mis en oeuvre. Ainsi, plus la teneur en matière sèche de la mélasse est élevée
et plus le.débit de mélasse à travers les colonnes 1,2 sera faible pour l'opération
d'adoucissement. De même, plus la teneur en matière sèche du liquide de régénération
(raffinat concentré) est élevée et plus le dcbit de ce liquide à travcrs les colonnes 1,2
sera faible.
D'autre part, on règlera la température du liquide de régénération pour disposerd'un liquide a~ant une viscosité appropriée pour les opé}ations de régénération; celle-ci
pourra se situer dans la plage de 20 à 70 C en fonction de la teneur en matière sèche.
On précisera encore que, si on le souhaite, des ions Na+ et/ou K~ (sous la formede NaCI et/ou KCI par e:~emple) pourront êtrc ajoutés au raffinat concentré, par e~emple
au niveau de la cuve 25.
212~749
g - ~
On notera encore que tout ou partie de NaCl et/ou KCI ainsi ajoutc pourra, si onle désire, être récupéré par cristallisation du raffinat concentré ayant scrvi à la :
régénération et issue du conduit 12a et/ou 13a.
Exemple de mise en oeuvre de l'invention .
1/ Opération d'adoucissement
- mélasse à adoucir: 15 % CD poids de matière sèche; dureté: 12000 ppm
exprimés en ions Ca2t par rapport à la matière sèche;
- résine d'adoucissement: résine IR~200 de Rohm et Haas (capacité d'échange
de 1 équivalent/litre);
- température: 40-80 C;
- débit de mélasse: 2 fois le volume du lit de résine d'adoucissement/heure; il
y a saturation de la résine après 2 heures 30 minutes de passage de mélasse;
- mélasse adoucie: prcsente une dureté moyenne de 2000 ppm exprimés en ions ~-
Ca2~ par rapport à la matière sèche.
2/ ODératior~de chromatogra~
- résine de chromatographie: Dowex ~ C 356 de la société DOW
- température: de l'ordre de 80 C ~ ;
- débit de mélasse adoucie: de l'ordre de 0,03 fois le volume du lit de résine de ;
chromatographie/heure
- débit d'eau d'élution: 16 fois le volume du lit de résine de
chromatographie/heure
- ~n~: teneur en matière sèche: ~ 4 % en poids
3/ Opération de conccntration du raffinat
- unité de concentration: évaporateur à flot tombant (température d'évaporation
~ 80 C)
- teneu~ en matière sèche après concentration: 30 % en poids de matière sèche.
4/ Régénération
- température: 25 C
- débit de raffinat concentré: 0,45 fois le volume de résine :~
d'adoucissementlheure; la régénération est terminée après passage d'un volume -~de raffinat concentré correspondant à 0,34 fois le voluMe du débit de résine.
: ~', -.
2 1 2 5 7 ~ 9
.
5/ Rin~age par l'eau de la résine d'adoucissemel~t
- débit d'eau: 2 fois le volume du lit de résille/heure;
- durée: 1 heure.
~' ~
