Soutenance mémoire
GÉNÉRALITÉS SUR LE SUCRE
PROCESSUS DE FABRICATION DE SUCRE
Introduction
En raffinerie, il y a deux sortes de sucres qui nous intéressent : Le saccharose, qui est le sucre blanc que nous consommons, et le sucre inverti que nous trouvons dans les fruits et dans le miel. Afin d’obtenir un sucre de haute pureté, le brut doit préalablement passer par plusieurs étapes que nous allons traiter dans cette partie.
Stockage de la matière première
Le sucre brut est stocké dans un foyer appelé silo,ce dernier est composé de trois pièces (silo1, silo2 et silo3). Chaque pièce ayant une grille à son toit qui bloque les grandes parties du non-sucre et aussi pour gagner tout le volume du silo (déchargement du sucre, à travers les grilles, du toit vers le sol). Le transport du sucre brut, vers l’unité d’affinage, est assuré par des bandes transporteuses.
• Chaque bande est équipée d’un moteur asynchrone quiproduit le mouvement et des fins de courses à leur s extrémités pour éviter la déviation accidentelle decs bandes (débordement du sucre).
• Les cerveaux balances sont capables de peser chaque quantité de sucre venue du silo, la charge de cesbalances est réglée actuellement sur 800Kg.
• Les trémies sous balances sont équipées de 4 sondesde niveau (très bas, bas, haut, très haut) pour lecontrôle de niveau.
• La balance dynamique est liée à un variateur de vitesse qui agit directement sur la vitesse du moteur de la bande S pour régler le débit.
• Chaque bande est équipée d’une brosse tournante ausens contraire du transporteur afin d’éviter le retour du sucre sous les bandes.
Affinage du sucre brut
C’est le fait de débarrasser les cristaux de sucre brut de la pellicule séchée de mêlasse ou d’égoutmpuri qui les entoure (impuretés externes).
Empattage
But :
Ramollir la gangue de sirop entourant le sucre brut et le décaper de cette gangue.
Principe :
Au cours de cette opération, les non sucres contenus dans la gangue de sirop à une concentration supérieure de l’égout d’empattage vont diffuser dans cet égout.
L’empattage se fait dans deux empâteurs : c’est un e auge à double enveloppe, permettant la circulatio n d’eau chaude pour le chauffage du mélange à une température de 50° et à l’intérieur de cette auge, il y a de s bras mélangeant pour :
– Empâteurs nord : égout et sucre brut destiné au turbinage.
– Empâteurs sud : eau sucrée et sucre brut destiné à la fonte
Le mélange ainsi obtenu est appelé masse cuite d’empattage qui est réglé de façon à obtenir un brix de 90-92 brix.
Turbinage
But :
Séparer les cristaux de sucre de l’égout, à partirde la masse cuite d’empattage .
Principe :
On utilise des centrifuges qui permettent l’essorage de cette masse cuite c’est-à-dire l’égout passe à travers la toile de la turbine et le sucre reste dans le panier.
Il reste sur les cristaux une quantité de sirop, qu’on enlève avec des eaux sucrées : c’est le clairçage (le moment de clairçage et la quantité de l’eau sucréevarient suivant la qualité du sucre travaillé).
Le premier égout issu du turbinage est appelé égoutpauvre tandis que le deuxième issu de clairçage est appelé égout riche produit au moment du clairçage issue de la dissolution de saccharose dans l’eau.
Ces deux égouts sont souvent mélangés à la sortie esd turbines d’affinage pour donner un égout d’affinage dont une partie est utilisée comme égout d’empattag et l’autre partie est envoyée aux bas produits.
Epuration
C’est une opération qui vise à éliminer les impuretés incluses dans le système cristallin de sucre affiné, en ajoutant certains produits à la fonte pour rassembl er les impuretés et faciliter la filtration.
Fonte
But :
Défaire le système cristallin des cristaux de sucreet attaquer les impuretés internes.
Principe :
Le sucre affiné subit une dissolution sous l’action des eaux sucrées sous-saturées qui ne contiennentpas de sels minéraux solubles.
Cette opération s’effectue dans deux fondoirs pour obtenir une fonte avec une concentration de 60 à 65 brix selon la qualité du sucre en contrôlant le débit des eaux sucrées.
L’eau dissolvant le sucre, doit être propre, d’un pH neutre, ne contenant pas de sels minéraux soluble qui risquent d’augmenter la concentration de la fonte.
Carbonatation
But :
Il s’agit d’un procédé de précipitation du carbonate de calcium dans la fonte sous une forme gélatineuse ce qui permet la séparation des gommes, des résines et quelques endresc assurant ainsi une décoloration du sirop jusqu’à 60 %.
Principe de base :
le précipité de carbonate de calcium, doué de propriété d’absorption entraînera la plupart des matières organiques et certaines impuretés, ce précipité estobtenu par une réaction entre l’acide carbonique H2CO3 et le lait de chaux Ca(OH)2.
Avant de pomper la commune non carbonatée vers leschaudières, le sirop est réchauffé à 75°c, à l’entrée de la première chaudière on ajoute du lait de chaux.
On fait barboter à travers le liquide chaulé du gaz carbonique moyennant une vanne régulée située enauth de la chaudière.
Le gaz carbonique provenant de la combustion du fuel, doit être lavé dans un laveur de gaz à eau pourle débarrasser de l’anhydride sulfureux, de l’arsenic et d’autres matières indésirables, alors le gaz carbonique se combine avec l’eau pour former l’acide carbonique, lequel r éagit immédiatement et neutralise le lait de chauxqui se dissout dans le sirop.
La réaction de précipitation du carbonate de calcium qui s’y produit est la suivante : CaO + H2O Ca (OH) 2 CO2 + H2O H2CO3
H2 CO3 + Ca (OH) 2 CaCO 3+ H2O
Remarque
* La carbonatation se fait dans une série de batteries de chaudières et la température convenable se itues entre 65 à 75 °C
* Si on travaille à une température très élevée, onpeut détruire le saccharose, et si on travaille à une température faible, on fait ralentir la vitesse de la réaction.
* On doit travailler à un pH basique car la réaction doit être maintenue alcaline.
* La carbonatation enlève quelques cendres et décolore le sirop jusqu’à 60 %.
* Une fois l’opération de carbonatation est terminé, le sirop est envoyé dans un malaxeur muni d’une agitation afin d’éviter la décantation du carbonate de calcium avant sa filtration.
Filtration
But :
Éliminer des précipités contenus dans la commune carbonatée
Principe:
Cela s’effectue en utilisant des toiles synthétiques filtrantes qui laissent passer que le sirop avec formation d’un gâteau de carbonate de calcium d’une certaine épaisseur qui facilite d’avantage la filtration.
En fait, le carbonate de calcium est utilisé comme adjuvant de filtration qui est une substance solide qui ne se dissout pas dans le liquide à filtrer et qui consti tue un filtre et retient les particules solides. Si l’on n’ajoute pas, les substances en suspension se rassemblent sur le tissu filtrant et risquent d’obstruer les pores.
Le carbonate de calcium influe sur le débit en diminuant la résistance à la filtration et influe aussi sur la qualité parce qu’il constitue une couche supplémentaire de filtration qui arrête un bon nombre d’impuretés.
Décoloration
But :
Eliminer les colorants de la commune filtrée.
Principe :
Le sirop carbonaté filtré contient encore des colorants qui ont échappé à la filtration mécanique. Cesirop va alors être décoloré sur résine.
La station de décoloration sur résine comporte trois colonnes. Chaque colonne est divisée en deux compartiments (bas et haut). Le travail des colonnes se fait de la façon suivante :
¨ La première colonne est en production ;
¨ la deuxième est en finition
¨ La troisième en régénération ou en attente.
Lorsque la résine de la première colonne est saturée, elle passe en régénération, la colonne de finition passe en tête et la colonne régénéréeassep en finition et ainsi de suite.
Evaporation
But :
Après décoloration de la commune filtrée, on obtiende la raffinade (sirop décoloré) à une pureté de l’ordre de 99.5 et un brix autour de 65. La raffinade est envoyée à la station d’évaporation pour concentration. La station est munie d’un bouilleur, deux corps évaporateurs à flux tombant (CEFT), un corps pour la concentration de la raffinade pains coulés CEFT-PC et l’autre pour pains turbinés CEFT-PT.
Principe:
On fait chauffer l’eau contenue dans le bouilleur par la vapeur d’échappement provenant de la centrale thermique. Ce bouilleur contient des faisceaux laissant circuler la vapeur.
Celle-ci est produite par le bouilleur à une température de l’ordre de 123°C, pour alimenter les deux CEFT en cascade. Les corps d’évaporation travaillen en série sur la vapeur parallèle sur la raffinade.
Cristallisation
But :
Epurer le sirop évaporé en produisant des cristauxde sucre.
Principe:
Elle permet d’enlever une grande partie de l’eau et d’extraire le sucre.
Le sirop décoloré (raffinade) subit une cristallisation dans des cristallisoirs, le sucre mélangé avecle sirop est appelé : masse cuite.Si l’on concentre un sirop, on arrivera à une solution saturée puis sursaturé, et on verraapparaître dans la masse liquide des germes cristallins, puis passe à l’état mi-solide.
Malaxage
C’est une opération qui consiste à agiter la masse cuite afin de compléter la formation des cristaux et de pousser à l’appauvrissement de l’eau mère c’est-à-d ire avoir le maximum de sucre possible.
La masse cuite issue des cristallisoirs se trouve à une très forte sursaturation. Au repos, le sucre contenu dans l’eau mère continue à se déposer sur les cristaux.
Au bout d’un certain temps, la cristallisation s’a rrêterait puisque la couche de l’eau mère empêcherait les molécules de sucre plus éloignés de circuler et depasser à proximité des cristaux, c’est pourquoi on agite la masse cuite afin de modifier constamment les positions relatives de toutes les particules d’eau mère et des cristaux de sucre. La masse cuite est turbinée à une température d’environ 45 °C.
Séparation sucre eau mère:
A la COSUMAR, on rencontre différents procédés deéparations solide-liquide. Ces procédés varient enonctionf du type de produit qui lui-même diffère selon le siroputilisé pour sa confection.
Figure 1 : Schéma générale de la production
Conditionnement
Pains :
Les pains sont emballés avec du papier violet. Ilssont ensuite étiquetés, misent en carton pour la ommercialisation.
Le poids des cartons est contrôlé avant leur expédition.
Lingots et morceaux :
On opère une séparation physique des impuretés : corps étrangers et grumeaux de sucre. Le sucre passe alors à travers un tamis vibreur pour la séparation des grumeaux, puis à travers un aimant pour l’élimination des corps étrangers ferriques. lI est humidifié pour favoriser le mélange. Le mélange, effectué dans les mouleuses, donne la forme et le poids au sucre. Le sucre est stocké avant la mise en boîte puis stocké pendant 24h au niveau du magasin avant son expédition
Granulé :
Sucre granulé en sacs de 50 Kg ou en sachets de 1 et 2 Kg Commercialisés sous la marque PANTHERE.
Contrôle et analyses du laboratoire
Rôle et importance du laboratoire
Le laboratoire joue un rôle dynamique au sein de l’ usine en dirigeant plusieurs paramètres rentrant dans la production pour garantir au client un produit de qualité.
Allant dans le sens de cette importance primordiale, la COSUMAR a équipé depuis ses premières années d’activité son unité de production d’un laboratoireen vue d’un contrôle rigoureux. Ce service a le po uvoir d’accepter ou de refuser tout arrivage de sucre brut s’il ne répond pas aux exigences requises dans le cahier decharge comme il a le pouvoir d’arrêter la chaîne de fabrication s’il le juge nécessaire.
L’activité de contrôle s’effectue soit de manière directe et touche les différentes étapes du raffinage allant du sucre brut jusqu’au sucre raffiné en passant par les produits intermédiaires (sirop, commune, masse cuite etc.….), soit de manière indirecte exerçant sur d’autres produits dont la non-conformité aux exigences peut avoir des répercussions sur le produit fini tel que l’eau et la chaux, ou encore sur l’hygiène tel que les produits de désinfection. Ce contrôle s’exerce également sur tous les produits fournis à la COSUMAR et ce dans un but de s’assurer de leur correspondance aux conditions pré-établis dans le contrat tel quela vérification de la concentration de certains produits (soude, etc.…).
La décision du laboratoire est prise en considération aussi bien par les responsables de la production (chef d’unité, ouvrier etc.…) que par les autres services.
Travail au sein du laboratoire
Le prélèvement des échantillons constitue pour toute analyse un élément extrêmement important. L’analyse peut être aussi précise que l’on veut, un échantillonnage incorrect donnera toujours un résultat contestable, cela est particulièrement vrai en sucrerie où les échantillons sont en plus sujets à une altération chimique et microbienne.Conscient de l’importance de l’échantillonnage les laborantins accordent un grand intérêt à leur échantillon en respectant les règles d’échantillonnage qui leur permettent d’avoir un échantillon représentatif du lot qui est immédiatement analysé afin d’éviter toute menace d’altération.Les laborantins procèdent de manière régulière à intervalle fixe au prélèvement d’échantillons dans différents services, à différentes étapes du procédé de raffinage. Ces prélèvements se font dans des récipients ropres rincés à deux reprises par la solution à analyser pour les p rélèvements de nature liquide. Quant aux prélèvements solides ils se font dans des récipients propres et secs.
Les échantillons sont analysés très peu de temps après leur prélèvement. Et ne nécessite par conséquent aucun autre entreposage. Cependant certains échantillons peuvent être gardés après analyse pour des raisonsde vérification des résultats.Les résultats sont enregistrés par les laborantinssur différents supports, le support papier est le plus utilisé. Actuellement, le support informatique prend de plus en plus d’ampleur en vue de répondre aux normes universellement reconnues dansles domaines du contrôle et de la qualité.
Analyses effectuées
Afin de suivre le sucre dans ses différentes étapesde transformations, le laboratoire est amené à faire un certain nombre d’analyses qui concernent le sucre brut pour prévoir la qualité du sucre blanc qu’il donneraet déterminer son prix d’achat, on analyse notamment : La polarisation, le taux de cendre, le taux de réducteurs, la coloration, le pH, le taux de dextrane, le taux d’amidon, l’humidité.
Les produits intermédiaires sont suivis de près parles laborantins, ils contrôlent ainsi le brix, le pH, la coloration, la pureté, les cendres et le glucose.
Ces produit sont : Egout riche d’empattage, masse cuite d’empattage, commune avant carbonatation, commune carbonatée, commune filtrée, commune décolorée ouaffinade,r raffinade concentrée, masse cuite, sirop1, sirop 2, sirop 3, Egout B, Mélasse.
Le sucre raffiné : Que ce soit les pains de sucre, morceaux ou sucre granulé ils sont tous sujets à divers contrôles qui sont : la coloration, la teneur en SO 2, les cendres, le glucose, la pureté, l’humidité etle pH.
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Table des matières
INTRODUCTION GÉNÉRALE
CHAPITRE 1 : GÉNÉRALITÉS SUR LE SUCRE
I. Présentation générale
1.1. Historique et situation actuelle de la COSUMAR
Projet de fin d’étude : 2010/2011
Optimisation de la station de nanofiltration
1.2. Direction industrielle
1.3. Données générales sur la production de la société COSUMAR
II. Généralités sur le sucre
2.1. Saccharose – sucre brut
2.2. Composition des sucres bruts
2.3. Détermination des valeurs des compositions des sucres bruts
CHAPITRE2 : PROCESSUS DE FABRICATION DE SUCRE
I. Introduction
1.1 Stockage de la matière première
1.2 Affinage du sucre brut
1.3 Epuration
1.4 Décoloration
1.5 Evaporation
1.6 Cristallisation
1.7 Conditionnement
II. Contrôle et analyses du laboratoire
2.1 Rôle et importance du laboratoire
2.2 Travail au sein du laboratoire
2.3 Analyses effectuées
CHAPITRE 3 : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LA STATION DE DECOLORATION ET NANOFILTRATION
I. Introduction
II. Présentation de la décoloration
2.1. Rôle de la décoloration
2.2. Situation de la décoloration dans le processus
2.3. Les réseaux constitutifs d’une colonne de décoloration
2.4. Principe de fonctionnement de la colonne de décoloration
2.5. Principe de rétention des colorants par les résines
2.6. Comment la résine échangeuse d’ions retient-elle les matières colorantes ?
2.7. Principe de régénération des colonnes de décoloration
2.8. Les séquences de régénération des colonnes et leurs objectifs
III. Points à maitriser pour une décoloration de qualité
IV. Nanofiltration
4.1. Définition de la nanofiltration
4.2. Rôle de la nanofiltration
4.3. Situation de la nanofiltration dans le processus
4.4. Incidence de l’amont et conséquences sur l’aval
4.5. Etapes de la nanofiltration et leur rôle
4.6. Le matériel de filtration : la colonne
V. Principaux paramètres caractérisant le fonctionnement du procédé
5.1. Taux de conversion:
5.2. Flux de perméation
5.3. Taux de rejet
5.4. Taux d’échange
5.5. Perméabilité d’une membrane (A)
5.6. Resistance d’une membrane (Rm )
VI. Points à maîtriser pour une nanofiltration de qualité
VII. Le colmatage
7.1. Généralités sur le colmatage
7.2. L’effet du pouvoir ionique
7.3. L’effet du pH de la solution à filtrer
7.4. Flux de perméation initiale (JP0)
CHAPITRE4 : PARTIE PRATIQUE
Objectifs
I. Introduction
1.1. Evaluation des paramètres :
1.2. Conclusion
II. Etude des éléments de la nanofiltration
2.1. Causes
2.2. Etudes des causes
2.3. Etude des causes de colmatage
2.4. Conclusion
Conclusion et perspective
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