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"Proc4dé dépuration et de décoloration de solutions industrielle de sucra et dispositif pour l'exécution de ce procéda* .
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La présente invention concerne un procède d'épuration de
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solutions industrielles de sucre d'un de:r4 de pureté quelconque on
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utilisant un 4 changeur anionique charria d'ions carbonate ou bicar-
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bonate et un âchïnneur c±4tionique Ch"1l'16 d'ions ammonium L'inven- tior,s#4t*nd aussi & un dispositif pour lr:x.úcut1on du procûdS Il est connu d'apurer do:) solutions industrielles do nucro on les traitant tout d'abord avoc un chnfutu:' anioniquo de carbonate et ensuite avec un 6chun!eur chargé d'ions ammonium.
Après ce traitement à changeurs la solution de sucre industrielle contient au maximum 70 , d'ions carbonato au lieu des unions d'ori" gine et 90 à 95 d'ions ammonium au lieu dan cations d'origine.
La cause de la ditf6rnc\.I 4c ûoeré d'anion3 et
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de catione dans lu solution de sucre réuide dan-% la ontl1otd.t1que d'échange différente dea opérations d'échanget comme cola r.d8ort du diagramme de la tige 1. i prbs le trai teillent. il reste ufn\ solution de sucre épur6o qui contient d'environ 20 & 25 * et, au point final du la charge doo chn(;Ur3. de 60 z 70 #,{ de plus d'ions ammonium que d'ions carbonate.
Si l'on concentre maintenant une solution de suer* de eu gunru pour l'obtention du sucre par crhtnllisat1on, tout d'abord le carbonate dfumionium contenu dans la solution s'é- chappe ot ensuite l'ammoniao s'échappe des combinaisons d'ainmoidum non stables on reformant les acides correspondants suivants
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R " roste d'acide,
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Cette rúaction est absolument indésirable dans la solution de sucre épurée car elle conduit à do faibles valeurs de pH, ce qui peut amener,
pour la haute température d'évaporations à de grandes portes par formation de sucre invertit Si l'on doit à présent continuer traiter ordinairement une telle solution do sucrât il faut faire
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suivre le traitement à lf\chut1Gour d'un traitement ultérieur qui a pour but dû transformer les nais d'ammonium on excès en sels alcali- no-turreux stables.
Ceci se fait par exempta par traitement à l'hydroxyde de calcium, au cours duquel il se forma de l'ammoniac
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libre ot le composé de calcium correspondant. suivant lt4quation ï
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L'exécution technique de ce traitement subséquent demande une très grande dépense d'appareils et doit être surveillée d'une façon très
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précise car un excès do Ca(OII)2 restant dans la solution de sucre empêche très fortement; la cristallisation du sucre et, d'autre parts une très faible quantité ue Ca(OH) conduit à une formation d'acide et par suite à l'inversion de la solution de sucre.
En outre, ce traitement subséquent conduit à une concen- tration importante de sels alcalino-terroux dans la solution de su-
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cre épurée, ce qui conduit suivant les circonstances à une certaine
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diminution de qualité dans les produits obtenus de pureté maximale, En principe il y a dans l'industrie sucrière, sur la base des expé-
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riences de la pratique, une forte tbndurzce s'opposant & une coneen- tration élevée de sels alcaline-terreux et en particulier de sels de chaux, bien que l'on ait pu prouver que des sels de chaux stables neutres n'ont aucune sorte d'effet nuisible sur la continuation du traitement de solutions industrielles de sucre*
En outre,
on connaît déjà un procédé de continuation de l'épuration de solutions de sucre industrielles très pures (clarifi- cation), suivant lequel ces solutions sont traitées pour éliminer les ions chlore parvenus dans la solution de sucre apurée au cours
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de l'épuration et de lu décoloration avec un ZchanZeur au bicarbonate et ensuite avec un échangeur d'ions ammonium.
Ce procédé n'est applicable, pour les raisons exposées ci- dessus, que lorsqu'il s'agit de solutions de sucre trés pures qui ne
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contiennent que pea de zr,9.lliv.lnces de sels par litre (aval/1) tut par conséquent, lorsque l'on peut prendre en considération 1 'abaisse-
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ment du pH se produisant après le t.-uit, m-nt et la vaporisation du carbonate d'ammonium.
L'invention concerne maintenant un procédé qui permet d'é-
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limitiez l'aide dt6chaitleurs anionirues ch;.r,J.3 de carbonate ou de bicarbonate et d' chun,E:UrB d'ions ataconium, â partir de solutions industrielles de sucre de pureté qu, lcoHu..J,tr <..{0&11'10 à partir de liqueurs claires t environ 80 ' des color"nts et environ 50 de lit tat7,,t des impuretés sans fu'il soit nécessaire de procéder à un traitement subséquent du la solution de ';ucrc: pllt'Lc au sens exposé ci-dessus. Une solution do sucre 'Gr.,v."a' de cotte nan1ra. prête subir la sut,. du trs,; 'û±::itG2l: ne contient donc ??un "Uv daa tracon de sels alcaline-terreux.
Le procédé conl'ol'lllf. à l'invention \'::1t cnfiCtrisJ en ca qu'on p:,rtnc(. la solution (ie Ù';:', ',nitt; nt 1 t.i,4zs,o:r t.r,ioni,ttc, on traita ensuite l'une t.t3'3 ': t"G,l:i d;" 3, olut.io:t da rmerâ avec .tGclaau :.tzr k.,, jtl li réunit y z: <":1::1,\ ",,,'t c l'.1utr'J par- tie de la solution ao nucr.: non traitées Il n::; t l...d,.u'l..m1' cationitjuo,
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le rapport quantitatif de* parties de la solution de sucre étant choisi de façon que l'on obtienne après la réunion des parties et après l'élimination du carbonate d'ammonium qui y est contenu, une liqueur de sucre exempte d'acide et pratiquement exempt* de composés d'ammonium.
Le réglage du rapport de mélange des parties de solu- tion de oucre adapté à l'état de charge de chaque cas de l'échangeur carbonate se fait avantageusement en contrôlant le pH de la so- lution de sucre de nouveau réunie, après que le carbonate d'ammo- nium contenu a été élimina par vaporisation de la solution de su- cre.
Si une trop grande quantité de la solution de sucre est passée par l'échangeur d'ions NH4, lorsqu'on chasse le car- bonate d'ammonium de la solution des composes d'ammonium en excès l'acide correspondant est régénéré et le pH baisse à des valeurs inférieures.
Si, par contre,trop peu de la solution de sucre tra- verse l'échangeur d'ions NH4, il reste, après avoir chassa le carbonate d'ammonium de la solution de sucre traitée, n excès de carbonate alcalin, de sorte que le pH s'élève en conséquence Ces variations du pH peuvent être utilisées pour le réglage du rapport de mélange. Il est ainsi possible d'observer avec précision une valeur de pH prescrite et de la maintenir sur tout le trajet du traitement de la solution de sucre épurée.
Le procéda conforme à l'invention permet d'obtenir les avantages suivante, par rapport aux procédés déjà connus l
1. La formation de sels alcalino-terreux dans la tolu- tion de sucre épurée est évitée et par suite, il n'y a plus à s'at- tendre à des inconvénients quelconques lors de la continuation du traitement, soit par des incrustations, soit par des empêchements de cristallisation,
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L'appareillage nécessaire est d'une construction
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beaucoup plus simple et le processus est beaucoup Plus facile à surveiller du fait de la suppression du traitement subséquent de la solution de sucre,
3, Une valeur de pH stable désirée de la solution de sucre épurée peut être réglée et Maintenue Jusque la fin du trai- tement de cette solution,
4. La mélasse se formant finalement dans ce procédé a une composition tout à fait normale et peut donc être traitée sans difficulté* ce qui n'est pas le cac de mêlasses contenant deu sels alcalino-terreux en plus grande quantité.
L'invention est illustrée à l'aide des dessine an- nexés.
La figure 1 est un diagramme montrant l'allure de l'échange ionique pour des solutions de sucre avec des échangeurs d'ions carbonate et d'ions ammonium.
La figure 2 est un autre diagramme montrant également l'allure de l'échange ionique pour des solutions de sucre avec des échangeurs d'ions carbonate et d'ions ammonium,
La figure 3 est un schéma d'écoulement pour l'exécu- tion du procédé de l'invention.
Dans le détail, le diagramme de la figure 1 montre l'allure de l'échange dans le cas d'un échangeur d'ions ammonium (courbe en trait interrompu) et dans le cas d'un échangeur d'ions carbonate (trait continu). Le pourcentage des ions totaux trans- formes est reporté en ordonnées sur le diagramme de la figure 1, tandis que les unités des volumes de lit de la solution de autre sont reportés en abscisses.
Le diagramme de la figure 2 correspond à celui de la figure 1, mais on a reporté de gauche à droite les pointa de ré- férence de l'échange selon lea exemples suivants.
La figure 3 représente un schéma d'écoulement pour l'exécution de l'épuration et de la décoloration de solutions in- dustrielles de sucre suivant une forme d'exécution préférée du
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procéda de l'invention. La colonne d'échange 1 peut être chargée d'en haut de liqueur claire qui a été par exemple adoucie. Le lit
4 de l'échangeur d'ions carbonate se trouve dans la colonne 1. au- dessus du lit 5 de l'échangeur d'ions ammonium.
Les deux échangeur* ioniques se touchent à la ligne limite 3 et immédiatement au-dessous de cette ligne, il est monté un dispositif 2, par exemple une rame pe ou grille de buse, qui permet d'enlever en cet endroit la to- talité de la solution de sucre qui est entrée dans la colonne et qui a traversé l'échangeur d'ions carbonate. Le dispositif 2 est relié à une soupape de réglage 6 qui peut être commandée au moyen de l'appareil de commande 7 par la valeur du pH de la solution qui s'écoule. La colonne 1 comporte en outre des buses de fond 8 au moyen desquelles on peut retirer la partie de la solution de su- cre qui a traversé l'échangeur d'ions ammonium. Il est en outre prévu un appareil mélangeur 9 dans lequel débouchent les conduits
10 et 11 venant du dispositif 2 et des buses de fond 8.
Le conduit 12 va du mélangeur 9 à l'évaporateur 13, la préparation de la solution de sucre traitée s'effectuant de la manière usuelle. Le pH de la solution de sucre s'écoulant de 1' évaporateur 13 est mesuré en 14 au moyen du pH-mètre 15 et les valeurs de mesure sont conduites à l'appareil de commande 7. Mais il y a lieu d'observer qu'en dehors du schéma représenté à la figure
3, il est également possible de réaliser d'autres dispositions d' échangeurs et que le procédé conforme à l'invention peut être éga- lement exécuté en particulier en utilisant des colonnes d'échan- geurs pour l'échange d'ions carbonate et d'ions ammonium.
Les diagrammes des figures 1 et 2 permettent de recon- naître les caractéristiques d'échange très différentes d'une part de l'échangeur d'ions carbonate et. d'autre part, de l'échangeur d'ions ammonium. Comme on peut le voir par les diagrammes, le pour- centage des composés formés avec l'ion carbonate diminue constam- ment avec l'augmentation de la charge de l'échangeur d'ions CO3,
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tandio que l'échange d'ions N"4 reste apnroximatlvement à la même valeur presque jusqu'à épuisement complet de 1 échangeur d'ions NH4.
Par conséquent, avec l'augmentation de la charge de l'échan- geur d'ions CO3, la fraction en composée d'ammonium qui ne sont pas du carbonate d'ammonium devient de plus en plus grande.
Si l'on applique ces processus à l'épuration de solu-
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tions industrielles de sucra qui contiennent .n,r#jeure partit comme impuretés des comp ada alcalins d'acides organiques et infor- ganiques, on obtient les réaction suivantes : a) échange au carbonate t
2 R.K + échangeur d'ions carbonate K2CO3 + échangeur/
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-A-Y a R = reste d'acide.
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Il se forme donc pendant le traitement une quantité, correapon- dant au degré d'échange, de carbonate alcalin dans la solution de sucre traitée$ b) échangée d'ammonium
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K2CO, + échangeur d'ions RH, (NHA)oC0, + échangeur : ,.... . ,..
. ,..,, b àê3 2 R,K + :.!!!.':o24 Ring + échangeur Ka ,..,..,..,...,.¯¯.."¯;w, . ,,. .",-.
Dans cet échange, environ 95% du total de* ions alcalins et
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alcalino-terreux sont échangés contre des ions ammonium, inditt4r... ment, qu'ils se présentent comme carbonates alcaline. hydroxydes ou sels alcaline d'un acide organique ou inorganique.
Dans le procédé selon l'invention, on soumet tout d' abord la solution de sucre à épurer à l'échange au carbonate. On fait ensuite panser sur 1' échangeur d'ions ammonium une partie de traitée la solution de sucre/par échange d'ions carbonate en choisissant cette partie de telle talon que les composés d'ammonium alors formée réagissent avec la fraction retenue de la solution de sucre qui n' a traversé que l'échangeur d'ions carbonate et qui contient par sui-
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te du carbonate alcali, , l'instant précis o les deux tractions de la .lut1on de sucre sont réunies.
Ceci peut Otre représenté par les r4act1on, suivantes s 2 R1C + dchanteur d'ions carbonate X 00 R. alcali K2CO,+ R, alcali échangeur d'ion NH4Ni) C!+ NH4*R 2 t, + K2CO,"!I>"" ", R.K + (NH...)2CO, R.K = composa alcalin non transformé*
Lorsqu'au cours dt la charge de 11 'changeur d'ion.
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carbonate la teneur en carbonate alcalin diminue canetamraant, tandis que la teneur en composés d'ammonium des restes d'acide non transformés augmente constamment, il faut, pour pouvoir trans- former ces composés qu'une fraction toujours plus petite des so- lutione de sucre soit amende à traverser l'échangeur d'ion. NH4,
dont la fraction en composés d'ammonium est ensuite transforma par le carbonate alcalin de la solution de sucre non traita avec l'échangeur d'ions ammonium suivant le schéma de réaction ci-dessus* dès que les deux fractions de la solution sont de nouveau réunies Dans les exemples qui suivent, il ont traité une solu- tion de sucre qui contient avant l'épuration 47,0 mval d'anions et 47,0 mval de cations. Dans lea exemples on utilise les expres. sions et abréviations suivantes
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carbonate alcalin K2CO,.Na2CO,.
CaCO R.NH4 " Sels d'ammonium d'acides organique* et inorganiques R. alcali " sels alcalins d'acides organiques et inorganiques.
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EXEMPLIt 1.-
L'échangeur d'ions carbonate est chargé au titre et a déjà requ dix volumes du lit de solution de lucre, Suivant le diagramme de la figure 2, la solution de sucre contient, après que elle est passée par l'échangeur carbonate, 85% de carbonate alcalin au lieu des anions présents à l'origine, dont
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0,85 x 47,0 40 0 aval de carbonate alcalin
0,15 x 47,0 = 7,0 mval R.alcali 85% de la solution de sucre traitée sont amenés à traverser
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Ildehangour d'ions ammonium et contiennent ensuite M5 x 0,85 x 47 m 34,0 mval de (NH4)2CO, 0,85 x 0,15 x 47 4 7,0 mval de a,
NH4 La fraction non traita avec l'dcluU1l..ur d'ions NH4 de la solution de sucre (15%) contient 0,15 x 0,65 X 47 a 6,0 mvul de carbonate alcalin 0,15 x 0,15 x 47 a 1,05 mval de Rêalcali LorDque les deux fractions de la solution de sucre sont de nou- veau réunies, cette solution contient :
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34,0 mval de (NU4)aCO,
6,0 mval de R.NH4
6,0 mval de carbonate alcalin
1,0 mval de R.alcali Lova de la concentration subséquente de la solution de sucre
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'pur4., le carbonate d'ammonium est enlevé et les composés d'aa-' monium des acides se transforment en donnant du carbonate d'am- monium qui s'évapore également.
Il reste une solution de sucre neutre qui est stable par suite de l'absence de composée d'am- monium, Elle contient
6,0 mval de R.alcali
1,0 :val de R. alcali (non transforme) donc, aut total, 7,0 mval d'impuretés * 14,9 de la quantité initiale.
EXEMPLE 2.-
L'échangeur d'ions carbonate est charge aux 2/3 et à déjà reçu 20 volumes du lit de solution de sucre. Suivant le diagramme de la figure 2, la solution de sucre contient, après
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avoir traversé ltdehangeur d'ions CO,, 55 de carbonate alcalin im 25,8 aval au litre. 55% de cette solution de sucre sont amenés
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en
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t paleer à travers l'echangeur d'ions NH4 tt cont1tnntnt/.u1tt 0,55 x 0,55 x 47 m 14,2 mval de (UH4)2003 0.55 x au x 47 a H, 6 aval de R.NH La solution de sucre non traitée AV'C l'4chanelur d'ion.
NH4 (45%) contient : 0,45 x 0,55 x 47 = 11,6 mval de carbonate alcalin
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0,45 x 47 a 9t6 aval de Rtticfli Apr.. réunion des deux tractions de la solution de aucrop celle- ci contient 14,2 mval de (NH4)2CO3
11,6 aval de R,NH4
11,6 aval de carbonate alcalin
9,6 aval de R. alcali Après avoir chas$' le carbonate d'ammonium, il reste :
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11,6 + 916 a 21,2 mval de R$aleali = 45,0% de la quantité initiait.
EXEMPLE 3.-
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Ltdohang*ur carbonate est parvanu à proximité de sa limite de capacité utilisable et a reçu 30 volumes du lit de solution de sucre* Suivant le diagramme de la figure 2, la solu- tion de sucre contient, après avoir travers* 1 changeur d'ions CO3
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25 " 0,25 x 47 11,7 mval de carbonate alcalin.
25 de cette solution de sucre sont amenés à traverser l'échangeur d'ions NH4 et contiennent alors
0,25 x 0, 25 x 47 = 3, 9 mval de (NH4)
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0,25 x 0,25 x 47 * ',9 mval de (NH4)2CO, 0,25 x 0,75 x 47 = 8,8 aval de R.NH La fraction non traitée avec l'échangeur NH4 de la solution de sucre (75%) contient
0,75 x 0,25 x 47 = 8,8 mval de carbonate alcalin
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t 0," .
0," 1 4î ..',4 Mai dt ,.11,&1& àprbe Io réunion dtt deux fraction je 1.'.olu'io dit outre# ..1'8.i wntimt )19 laid de vzw $et ni de 1..H4 1,8 miel dt carbonate alcalin le" miel de 1.I1I&1i A avoir eh$<t< le eirbonati d'4"0niu et iprii r Motion touplê4o du carbonate alcll1n avec les sels dtammonlui%o il route dan< la solutton de ouors 16,5 4- 8,8 . 35,3 .,al d,IpN'irlr 750eo de la quantité initiale# 111111'106'101',-.
1. '..o.d. d'épurition di felutiem ind.",.11.. dt outre doue deurd de purebd quelconque en utilisant un leh a # gour atentque chargé "40n. carbonate ou bioàrbsaate et uA #chanteur 04tiontque ohared d'ion. MtmoRiutt e*râot<ri 4 ta et qu on part### la solution de tucrt quittant Ildehancour laioni. qui, on traite ensuite t'un$ des partent de 14 solution de mort Avec Miehinitui1 04tioniqu et eu 18 réunit apri. cela av$$ 8..
tre partte de 16 solution dt outre non tr it4 dans 1..hana'ur ttlltnlquti le rapport quantitatif des parties de la solution de Mueft $tant choisi 4e tl90ft que lion obtienne *près la réunion dit parties et <f)!!'t< l'élimination du carbon4t# d'ammonium qui y est contenu# un liqueur dut sucre exempts d'acide et Pratiquement exong te de composée d'amoniuo Il Dispositif pour Itexieution du PZ,04*dd outrant 1&4 rtvtnditatioft 1, comportant une colonne pour l'4ohang ur d'ions Ilmoniua et Ildehangour d'ion. carbonate# ,.rao"r1.. ru est que les debangeure #ont disposée en oouches séparées et en et qu'il t a au-dessous du plan de contact des doux tfehangiurs un diipo- aitif pour l'tn1'vtlaent de la solution de sucre trait'.
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