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"PROCEDE DE FABRICATION DE DEXTROSE HYDRATE CRISTALLIN" Demande basée sur un brevet français n 8I6.595 du 19 janvier 1937.
Cette invention est relative à la fabrication de dextrose cristallin, en particulier de dextrose hydraté, par le procédé de cristallisation en mouvement suivi de la purge ou essorage de la masse cuite, par exemple par centrifugation, en vue de l'élimination de la liqueur mère.
L'invention a pour objet certains perfectionnements apportés aux procédés décrits dans le brevet belge N 352.788 du 12 juillet 1928 et le brevet français N 586.932 du 2 septembre 1924, perfectionnements grâce auxquels la production de dextrose de très grande pureté à l'aide d'un équipement de cristallisoirs donné, dans un temps donné, peut être con- sidérablement augmentée, et le coût de l'opération de cris- tallisâtion diminué par conséquent proportionnellement,
et grâce auxquels le rendement en dextrose de grande pureté à @ partir d'une quantité donnée d'amidon est aussi grandement augmentée
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Les brevets qui viennent d'être cités envisagent la possibilité de trois cristallisations successives de la solution d'amidon convertie en dextrose avec deux rendements en sucre de grande pureté et un troisième rendement en sucre de pureté moindre.
En raison du perfectionnement technique qui est résulté d'une pratique de plusieurs années du procédé, le rendement en sucre de grande pureté de la première opéra- tion de cristallisation a été augmenté dans une mesure si grande que la seconde opération de cristallisation ne permet pas d'obtenir -- si ce n'est peut-être par un lavage excessif accompagné, par conséquent, de pertes de sucre élevées -- un sucre de grande pureté, c'est-à-dire un sucre de pureté comprise entre 99,5 et 100 %; et la liqueur mère de la seconde cristallisation a été épuisée dans une mesure si grande, en ce qui concerne sa teneur en dextrose, qu'une troisième cristallisation n'est pas considérée comme industriellement avantageuse et a'généralement été abandonnée.
En d'autres termes, avec les perfectionnements de la technique, on réalise le procédé de façon qu'il y ait une première cristallisation, donnant du dextrose qui, une fois lavé, possède une pureté très voisine de 100 % et une liqueur mère (égout de premier jet) ayant une pureté apparente (le sucre réducteur étant calculé comme dextrose) de 78 % environ ; et une seconde cristallisation, c'est-à-dire une cristallisa- tion de l'égout de premier jet, donnant sans lavage un sucre de 95 % environ de pureté apparente et une liqueur mère (égout de second jet) de teneur en dextrose si faible qu'on s'en sert habituellement comme sous-produit sans autre traitement.
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En raison de la pureté relativement faible de l'égout de premier jet (bien que la liqueur contienne encore une grande quantité de sucre cristallisable), la seconde cristallisation est très longue. Elle peut exiger dix-huit jours en comparaison avec les cinq à sept jours qu'exige la première cristallisation. Cette longue période de temps qu'exige la seconde cristallisation entraîne une dépense considérable : Il faut prévoir un grand nombre de cristalli- soirs pour recevoir l'égout des premiers cristallisoirs; les seconds cristallisoirs ont un encombrement en surface disproportionné dans l'usine et exigent une surveillance dis- proportionnée de la part des opérateurs ; la force motrice nécessaire pour actionner leurs agitateurs est aussi un facteur de dépense.
Comme résultat de la présente invention, le temps nécessaire pour la seconde cristallisation a été réduit de près d'une moitié. Par conséquent, pour traiter les mêmes quantités d'égout de premier jet, on n'a plus besoin mainte- nant que de la moitié environ du nombre des seconds cristal- lisoirs. De plus, la quantité réelle de dextrose recueillie d'une quantité donnée de substance sèche contenue dans la liqueur du convertisseur, c'est-à-dire produite à partir d'une quantité donnée d'amidon, est grandement augmentée.
On obtient cet effet en soumettant l'égout de pre- mier jet à une reconversion, de préférence modérée, d'un caractère tel que, alors que la teneur en dextrose de la liqueur augmente sensiblement, le pourcentage de sucres ré- ducteurs n'est que très faiblement augmenté, à supposer qu'il le soit.
L'égout de premier jet contient, en plus de l'eau,
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du dextrose, qui est un monosaccharide, du gentiobiose, qui est un disaccharide, ces sucres étant tous deux des sucres réducteurs qui réduisent la solution de Fehling quoique pas dans le même rapport, ainsi que certains sucres non réducteurs de poids moléculaire plus élevé que celui du gentiobiose, probablement des trisaccharides; ces sucres, tant réducteurs que non réducteurs, constituant la teneur en éléments solides entière de la liqueur, à l'exception de petites quantités de cendre et, le cas échéant, d'autres impuretés.
La liqueur peut aussi contenir d'autres sucres réducteurs du type gen- tiobiose autres que le gentiogiose mais la question est sans importance puisque, s'il en existe, leur pouvoir réducteur est en moyenne le même que le pouvoir réducteur du gentiobiose.
Les sucres réducteurs autres que le dextrose seront par con- séquent appelés ci-après "gentiobiose" sans autre qualifica- tion.
Dans la mise en pratique du procédé suivant l'in- vention sous sa forme préférée, la reconversion est d'un caractère si modéré que, bien que la teneur en dextrose puisse être élevée de 10 % à 12 %, par exemple, la teneur en sucre réducteur de la liqueur n'est peut-être augmentée que de 1 ou 2 %, à supposer même qu'elle le soit. Ce qui semble se produire dans le convertisseur est la reconversion du gentio- biose en dextrose (ce dernier est bien entendu cristallisable alors que le gentiobiose ne l'est pas) sans qu'il se produise sensiblement aucune dissociation ou conversion des sucres non réducteurs polysaccharides en gentiobiose disaccharide.
Ceci explique l'accroissement de la teneur en dextrose alors qu'il n'y a guère ou pas de changement dans la teneur totale en sucre réducteur.
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La conversion douce ou modérée est avantageuse en ce sens qu'elle réduit au minimum la destruction de la subs- tance sucre, donne des solutions plus propres et, par consé- quent, un sucre plus pur et plus blanc.
Après que l'égout de premier jet a été reconverti de la manière décrite, on neutralise la liqueur reconvertie, on la filtre, on la soumet à un traitement d'adsorption et on la concentre, puis on lui fait subir la seconde opération de cristallisation en suivant d'une façon générale le mode opé- ratoire décrit dans le brevet français précité.
Les cristalli- soirs utilisés pour la cristallisation du dextrose sont ordi- nairement de grands récipients cylindriques horizontaux qui peuvent contenir plus de 4.360 kg de masse cuite et qui sont pourvus de chemises de circulation d'eau dans lesquelles on fait circuler de l'eau froide pour seconder le rayonnement naturel en vue de dissiper la chaleur développée par la cris- tallisation, qui est exothermique, et réaliser graduellement une diminution de la température de la masse de façon à assu- rer le maintien de la sursaturation au cours de l'opération.
Il était habituel de commencer la circulation d'eau dans les chemises des seconds cristallisoirs 72 heures environ après le remplissage des cristallisoirs. Suivant le présent procédé, on peut introduire l'eau dès qu'il s'est écoulé 12 heures depuis le commencement de la cristallisation et maintenir cette eau en circulation jusqu'à la fin de l'opération. Ceci veut dire qu'on abaisse la température beaucoup plus rapide- ment, ce qui est possible en raison de la pureté plus élevée de la liqueur traitée.
Le brevet belge N 341.870 du 25 mai 1927 décrit un procédé de traitement de "l'hydrol", c'est-à-dire de la
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liqueur mère provenant des seconde ou (et) troisième cristalli- sations, pour augmenter la teneur en dextrose de la liqueur.
La liqueur est une solution qui a été si appauvrie en dextrose qu'il n'est en principe plus possible d'en extraire une nou- velle quantité par concentration et sursaturation. C'est pour ainsi dire une solution épuisée. Le procédé faisant l'objet du dit brevet comprend 1) une neutralisation de l'hydrol jusqu'à un pH de 7 ; 2) la précipitation des sels et la sé- paration des précipités par filtration de la liqueur neu- tralisée ; 3) l'acidification et la conversion de la liqueur, cette derniëre opération de préférence dans un convertisseur à revêtement de verre et en présence d'adsorbants. L'opéra- tion a pour effet d'augmenter considérablement la teneur en sucres réducteurs calculés comme dextrose (pureté apparente), ce qui veut dire qu'il se produit une conversion importante de sucres non réducteurs en sucres réducteurs.
Le brevet spécifie que la pureté apparente de 65 % à 75 % (sucres ré- ducteurs calculés comme dextrose) d'un hydrol peut être portée à 86%o-91% si la reconversion a lieu dans du cuivre et à 96 % si elle a lieu dans du verre. Le brevet belge précité décrit aussi l'application du procédé à des solutions de dextrose dérivées immédiatement de l'opération de conversion de l'amidon.
Le breve belge N 354.180 du 14 septembre 1928 est un perfectionnement au précédent. La neutralisation et la pré- cipitation des impuretés de l'hydrol sont supprimées, de même que la reconversion coûteuse dans du verre. On obtient une conversion très énergique de l'hydrol en utilisant une quan- tité relativement grande d'acide, et ceci élève la pureté apparente de 70 % à 90 %. La liqueur reconvertie est cris- tallisée et, après lavage, le sucre possède une pureté de 95 % mais une couleur jaune clair.
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On pourrait, au moins dans une certaine mesure, tirer parti des procédés faisant l'objet de ces brevets en les ap- pliquant au traitement de l'égout de premier jet par le pré- sent procédé, mais il est de beaucoup préférable d'appliquer la conversion douce qui sera décrite plus loin. L'application d'une grande quantité d'acides provoque une destruction con- sidérable de la substance sucre. Il en résulte la formation d'acides humiques qui rendent les solutions foncées, d'aspect sale et difficiles et coûteuses à raffiner et à décolorer.
Les impuretés engendrées font obstacle à la cristallisation libre et donnent au sucre cristallisé une couleur jaunâtre, à moins qu'on n'utilise une grande quantité d'eau pour laver la masse cuite centrifugée, ceci étant toutefois accompagné de grandes pertes de sucre et d'une diminution de l'éclat des cristaux. Les stades de neutralisation et de filtration qui précèdent la conversion augmentent le coût du procédé comme le fait la conversion dans le verre. La neutralisation, sur- tout si elle est poussée au point neutre, et l'application d'une grande quantité d'acide, qui sont spécifiées dans les deux brevets mentionnés en premier lieu, donneraient à la solution, si elle était appliquée au traitement d'un égout de premier jet avant la recristallisation, une teneur en sels élevée de façon indésirable.
De plus, on a découvert qu'il est possible de reconvertir l'égout de premier jet sous des densités pouvant s'élever jusqu'à 20 Bé (densité à l'entrée, qui est celle habituellement considérée dans les opérations de conversion) alors que, dans le cas des hydrols, c'est-à-dire des seconde ou troisième liqueurs mères, il est nécessaire de diluer l'hydrol jusqu'à 10 Bé environ si l'on veut obtenir un rendement,,.satisfaisant. La conversion s'effectue aux
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densités supérieures, dans le cas de l'hydrol, mais en quanti- té si réduite que l'opération n'est pas avantageuse du point de vue économique.
Il est par conséquent préférable de suppri- mer la neutralisation et l'élimination des impuretés, opérations qui, dans le traitement de l'égout de premier jet, précèdent la recristallisation, et d'appliquer une quantité d'acide beaucoup plus faible que celle spécifiée dans les brevets précités.
Ceci est particulièrement avantageux dans un procé- dé comprenant la fusion du second sucre et l'incorporation, au sucre fondu, de la liqueur convertie se rendant au premier cristallisoir, étant donné que le second sucre destiné à être ramené au procédé sera d'autant plus pur que l'égout de pre- mier jet est plus exempt de sels et d'autres impuretés.
On représentera le mode de réalisation préféré de l'invention en se référant au'schéma de circulation du dessin annexé.
Le premier stade du procédé, comprenant la conver- sion de l'amidon, le raffinage de la liqueur et sa cristalli- sation, n'a pas besoin d'être décrit en détail puisque cette partie du procédé est basée sur les principes du brevet fran- çais N 586.932 précité.
Comme représenté, l'amidon, l'eau et l'acide sont introduits dans le convertisseur A, et la liqueur convertie, neutralisée au point habituel qui est de beaucoup inférieur au point neutre, est ensuite raffinée et concentrée comme indiqué en B. La liqueur concentrée est refroidie en C et introduite dans le premier cristallisoir D sur un certain
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volume de "résidu", ou semence, c'est-à-dire sur une partie de la masse cuite provenant de la dernière cristallisation et laissée dans. le cristallisoir à cet effet.
Lorsque la cristallisation est terminée, on trans- fère une majeure partie de la masse cuite du premier cris- tallisoir D dans les turbines E dans lesquelles la liqueur mère (égout de premier jét) est centrifugée et le sucre lavé , avec de l'eau fraîche, pour être recueilli à titre de sucre de premier jet du commerce, ayant une pureté de 99,5 % ou plus.
L'égout de premier jet peut avoir un pH de 4,8, une teneur en sucre réducteur (dextrose plus gentiobiose) de
88,5 %, une teneur en dextrose de 67,2 % et une pureté appa- rente (les sucres réducteurs étant calculés comme dextrose) de 78 %. La teneur en gentiobiose est par conséquent 21,3 %.
On dilue cette liqueur pour réduire sa densité à une valeur comprise entre ,1079 et 1,1611, de préférence 1,1340, en utilisant une quantité d'eau suffisante pour ob- tenir un volume de 9464 litres. La cuve de dilution est indi- quée en F sur le schéma. On acidifie la liqueur avec une .quantité..d'acide chlorhydrique à 28 % ne dépassant pas 45 kg ou avec une quantité équivalente d'un autre acide, et on la fait couler dans le reconvertisseur G où on la soumet à une pression de vapeur d'eau de 3,5 kg par cm2 pendant,20 à 30 minutes, de préférence 24 minutes, après que la pression s'est élevée à sa valeur maximum. La quantité d'acide utilisée peut être aussi faible que 34 kg de HCl à 28 %.
Suivant les indications préférées susindiquées, la liqueur reconvertie aura une teneur en dextrose de 79,6 %, soit
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de 12,4 % supérieure à celle de l'égout de premier jet, mai's une teneur en sucres réducteurs (dextrose plus gentiobio- se) de 89,1 %, soit supérieure de 0,6 % seulement à celle de l'égout de premier jet.
Ceci montre qu'une grande proportion des 21 % de gentiobiose a été convertie en dextrose sans qu'une quantité importante des sucres non réducteurs ait cependant été convertie en sucre réducteur; et ceci indique la douceur- désirée de la conversion puisque, lorsque la reconversion est ainsi réalisée, les difficultés de coloration et autres inconvénients des procédés faisant l'objet des brevets belges Nos 341.870 et 354.180 précités sont supprimés dans une très grande mesure. La pureté apparente de la liqueur reconvertie (sucres réducteurs calculés comme dextrose) est de 84 %, soit supérieure de 6 % seulement à celle de l'égout de premier jet ; et ceci est une autre indication de la douceur de la reconversion.
On neutralise dans le récipient H, de préférence à un pH de 5,1, la liqueur reconvertie, et on la fait alors passer à travers un filtre à chiffons I et un filtre à noir animal J. On la concentre en K jusqu'à une densité de 1,2746 environ, on la fait passer à travers un second filtre à noir animal L et on la concentre dans une chaudière à vide N jusqu'à une densité de 1,3591 à 1,3979, de préférence 1,3979.
On refroidit dans le réfrigérant N 25.170 litres de la liqueur ainsi raffinée et concentrée et on la fait alors couler dans le cristallisoir 0 sur 9. 464 litres d'un résidu contenant 58 % d'éléments solides. La liqueur est refroidie dans le réfrigérant N à une température telle qu'on obtienne dans le cristallisoir 0, après le mélange de cette liqueur
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avec le résidu, une température initiale de 37,8 environ.
On fait circuler de l'eau froide dans la chemise de circu- lation du cristallisoir 0 12 heures après le remplissage du cristallisoir. La durée de la cristallisation sera ordinai- rement de sept à dix jours, au lieu des dix-huit jours envi- ron appliqués jqsqu'à ce jour. La température finale, dans le cristallisoir, est environ 20,6 .
La masse cuite retirée du second cristallisoir 0 est transférée à une turbine P dans laquelle la liqueur mère (égout de second jet ou hydrol) est centrifugée. On peut laver le sucre et le vendre dans le commerce à titre de sucre de second choix ou, ainsi qu'il est préférable, le fondre dans un récipient et le mélanger avec de la liqueur de conver- tisseur au stade de raffinage B. Non lavé, le sucre possède une pureté apparente de 95 % environ. Le rendement sera de l'ordre de 66 % - 69 %, avec une pureté apparente de 94 % - 95 %, sur la base de la substance sèche que contient l'égout.
L'invention est essentiellement basée sur la con- ception qu'une solution de dextrose dont une certaine quantité de dextrose a été extraite par cristallisation mais qui con- tient du sucre cristallisable pouvant être extrait par une concentration de la liqueur, savoir de l'égout de premier jet, peut, par une simple reconversion qui peut être réalisée dans le convertisseur ou autoclave en cuivre ordinaire, et à une densité telle que l'opération soit avantageuse, être enrichie en dextrose à un degré tel -- et sans effet destruc- tif sur la substance sucre ou sans la production d'impuretés donnant naissance à de la couleur -- que le,temps nécessaire pour la cristallisation peut être notablement diminué et le rendement en sucre augmenté.
On savait déjà que la pureté
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apparente de solutions complètement épuisées, telles que les liqueurs mères des seconde ou troisième cristallisations, pouvait être augmentée par reconversion de telle manière qu'on obtienne une nouvelle quantité de cristaux à partir de liqueurs qui, sans un tel traitement, auraient été incapables de donner du sucre cristallisable, mais la conception qu'une, solution de dextrose, telle qu'un égout de premier jet qui contient du dextrose et qui est prêt à être cristallisé, pouvait être reconvertie avantageusement par des méthodes de conversion ordinaires était contraire à l'enseignement de l'art.
Les effets nuisibles connus de la chaleur et de l'acide sur le dextrose sembleraient avoir indiqué qu'il n'est pas recommandable de reconvertir les solutions de dextrose, en particulier dans les convertisseurs en cuivre habituels, avant que tout ou sensiblement tout le dextrose susceptible d'en être extrait par une ou plusieurs cristallisations ré- pétées en ait été extrait de cette manière.
Néanmoins, la mise en pratique et l'expérience qui découle de la présente invention ont montré qu'un perfectionnement -- important autant qu'inattendu -- a été obtenu en soumettant la liqueur mère simplement à une concentration et à une recristallisa- tion au stade indiqué du procédé, alors que la liqueur con- tient encore une quantité importante de dextrose susceptible d'être extraite, ce perfectionnement consistant en une ré- duction de la moitié environ du temps de la seconde cris- tallisation et en une augmentation de la quantité de sucre tirée d'une quantité donnée de liqueur de convertisseur, de sorte que, avec un équipement donné de cristallisoirs utilisé pour les première et seconde cristallisations, on peut aug- menter de plus de 50% la quantité de dextrose de grande
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pureté (premier sucre) produite.
Il est bien entendu que les données ci-dessus du mode opératoire n'ont été indiquées qu'à titre explicatif. Au lieu d'effectuer la filtration à travers du noir animal, on pourrait traiter les liqueurs par des charbons végétaux activés. Au lieu d'utiliser des résidus dans les cristalli- sations, d'autres moyens d'ensemencement pourraient être appliqués. D'autres modifications seront faciles à concevoir pour l'homme du métier.
L'invention comprend tous les équivalents et toutes les modifications-rentrant dans le cadre de cette invention.