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Rapport de stage Cosumar

by ramzi-el-idrissi

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  • 1. 1 Introduction : La COSUMAR de Sidi Bennour est une entreprise qui fait partie de la branche 10 de la nomenclature marocaine des activités économiques (NMAE). Elle se situe à 3 km au nord de Sidi Bennour, et qui s’étend sur une superficie de 80 Ha (y compris une exploitation de culture de betterave propre à l’usine). Cette entreprise fait partie de la société mère COSUMAR de Casablanca, le tout sous l’aile du groupe ONA (Omnium Nord Africain). Construite par les Français le 14 juillet 1968 sous la nomination ‘société anonyme de la sucrerie des DOUKKALA’, cette dernière a démarré le 11 mai 1970 avec une capacité de traitement de 2000 à 2400 tonnes / jour. L’évolution de la sucrerie de Sidi Bennour dans le temps Année Etapes 1968 Construction 1970 Démarrage 1986 Entrée dans le groupe ONA 1993 Fusion avec la sucrerie des Zemamra par la COSUMAR L’activité principale de cette usine est de produire du sucre blanc à partir de la betterave sucrière. Jusqu’à 2001 tout le sucre brut produit à Sidi Bennour était destiné à la raffinerie COSUMAR de Casablanca, après il y a eut l’investissement du raffinage sur les lieux de traitement pour donner au sucre blanc. La campagne actuelle est marquée par le moulage du sucre en forme de pain qui est un projet en cours de réalisation. Tableau présentant l’évolution du traitement de la betterave : Année 1970 1976 1992 2002 Betterave traitée tonne/campagne 118 000 320 000 595 100 445 596 Betterave traitée tonne/jour 1 439 3 440 5 657 5 244 Sucre produit 17 300 (brut) 46 389 (brut) 91 624 (brut) 48 415 (blanc) % de saccharose 18.22 17.76 17.71 16.61 Marché : Local : Sucre granulé (livré à la direction commerciale COSUMAR Casablanca), mélasse, pellet. International : mélasse (à travers le port de Jorf Lasfar). Impact de la sucrerie sur le développement régional : La création de la sucrerie a contribué dans le développement économique dans la région : -Création des postes d’emploi (pour les saisonniers, journaliers et les permanents) : donc la diminution du taux de chômage. -Activation du secteur agricole : pour cultiver la betterave qui constitue la matière première pour l’usine et cela en accordant des facilités pour les agriculteurs (COUMAR bénéficie de plus 10.000 Ha de culture de betterave de la région des DOUKKALA).
  • 2. 2 I- Historique Le 14 juillet 1968, création de la société sous la dénomination « Société Anonyme de sucrerie des Doukkala » avec pour objet la construction et l’exploitation de la sucrerie de Sidi Bennour. La raffinerie de Casablanca a joué le rôle de promoteur. Le 11 mai 1970, démarrage de la société avec une capacité nominale de : 2000 à 2400 TB/J. Betteraves traités par la compagne 1970 : 118000 T avec une moyenne de 1439 TB/J. Richesse : 18,22 % Sucre brut produit : 17300 T. Mélasse : 2967 T. Jusqu’à 2001, tout le sucre brut produit est destiné à la Raffinerie COSUMAR de Casablanca. 1976, extension de la Sucrerie à 4500 TB/J. Betteraves traités par la compagne 1976 : 320.000 T avec une moyenne de 3.440 TB/J. Richesse : 17,70 % Sucre brut produit : 46389 T. Mélasse : 17450 T. 1986, entrée de la sucrerie des Doukkala dans le groupe ONA. 1992, extension de la sucrerie des Doukkala à l’amont de l’usine égale à 600 TB/J avec stockage du sirop juste après la compagne, la capacité de la cristallisation reste maintenue à 4500 TB/J. Betteraves traitées par la compagne 1992 : 595100 T avec une moyenne de 5657 TB/J. Richesse : 17,71 % Sucre brut produit : 914624 T. Mélasse : 35284 T. 1993, fusion absorption de la sucrerie des Doukkala avec la sucrerie des Zemamra par COSUMAR. 2002, installation des appareils à cuire continues VKT (Verdanpfungs-Kristallisation- Turm : tour de cristallisation par évaporation). 2003, installation d’une ligne de la fabrication du pain du sucre. 2004, début de la production du pain de sucre. USINE : Superficie de l’enceinte usine : 16 Ha 96 a 76 ca. S’ajoute à cette superficie, les champs des essais et les bassins de décantation avoisinant l’usine, d’une superficie de 59 Ha. ORGANISATION DE LA CIOMPAGNE : La sucrerie a une activité saisonnière qui débute en Mai vers la mi-août pour la campagne betteraves.
  • 3. 3 Pendant la compagne et la reprise du sirop, l’usine travaille à feu continu et sans interruption. Le conditionnement du sucre blanc continue pendant toute l’année jusqu’à l’épuisement du stock du sucre blanc. PROCESS : La sucrerie traite la betterave et produit le sucre blanc. Depuis la compagne 1998 la sucrerie a commencé le transfert d’une partie du sirop avant le stockage vers la sucrerie de Zemamra. II- Généralités sur la betterave sucrière La betterave sucrière est la matière première de la fabrication du sucre, ce qui nous ramène à l’étudie pour mieux comprendre son comportement, ses caractéristiques et ses constituants. Constitution anatomique : On distingue quatre parties essentielles dans la betterave sucrière : Le bouquet foliaire. Le collet. La racine avec un ou deux sillons saccharifères. Les radicelles. Son poids moyen est de l’ordre de 600 à 700 g, le sucre qu’il contient est de 16 à 20 % de sa masse est inégalement réparti. La zone la plus riche en sucre est le cœur, puis de part est d’autre part du cœur, deux zones de richesse moyenne et en fin les deux extrémités, collet et radicelle n’en contiennent pratiquement pas. Les deux feuilles de la plante offrent une grande surface de contact avec l’air. Etant un organisme vivant, la betterave va capter le gaz carbonique de l’air, l’énergie solaire (calorifique) et de l’eau du sol pour élaborer son sucre. Ce phénomène est appelé la PHOTOSYNTHESE. Grâce à l’action d’une substance colorée ou pigment, appelée chloroforme, de couleur verte, la plante réalise la synthèse du gaz carbonique CO2 et de l’eau H2O pour créer le glucose C6H12O6 en présence de la chaleur (soleil) selon la réaction suivante : Gaz carbonique + Eau + Chaleur  Glucose + Oxygène 6 CO2 + 6 H2O  C6H12O6 + 6 O2 Le glucose est stocké dans la betterave ou bien utilisé immédiatement par elle, en se combinant à d’autres éléments présents dans le sol (engrais). Il permet la fabrication du saccharose C12H22O11 à partir du glucose selon la réaction suivante : Glucose Saccharose + Eau 2 C6H12O6  C12H22O11 + H2O Le saccharose est la seule forme de sucre qui puisse se cristalliser. C’est le sucre du commerce.
  • 4. 4 Constitution chimique: Du point de vue chimique, la betterave sucrière est composée environ de :  5 % d’armature cellulosique, qui se trouve éliminé dans les pulpes (le Marc) 75 % d’eau.  18 à 20 % de matières sèches dissoutes dans l’eau composée de :  Constituants minéraux ou cendres : Comme K+ , Na+ , Ca2+ , Mg2+ , Cl- , So2- , No elles sont indésirables car elles augmentent le pourcentage de sucre dans la mélasse et empêchent la cristallisation de saccharose.  Constituants organiques :  Les sucres : Dans la betterave, nous trouvons plusieurs sortes de sucres, mais les plus importants est le saccharose ; il y’a aussi l’existence des sucres réducteurs comme les glucoses et les fructoses.  Les acides organiques : acide acétique, lactique, oxalique.  Les constituants azotés : qui dégagent de l’ammoniac à l’évaporation lorsqu’ils sont en grande quantité, ils sont généralement Amide, amine…
  • 5. 5 III- Processus généraux de la fabrication : A- Préparation des betteraves : 1-Réception des betteraves : Une fois arrachées les betteraves sucrières sont acheminé rapidement par camion à la sucrerie. L’approvisionnement de l’usine en betterave est assuré de 6 heures de matin à 22 heures par le centre de réception qui fait des pesés directe. Celle-ci consiste à peser le camion chargé des betteraves accompagnées d’impuretés (terre, cailloux, feuillage …) c’est le poids brut. Un échantillonnage automatique est d’environ 40 kg est alors prélevé, par une sonde RUPRO pour évaluer le poids net et la teneur en sucre. L’échantillon est pesé, lavé, épierré et repesé ; Avant de passer par une râpe qui produit de la râpure utilisée au laboratoire pour déterminer la teneur en sucre ou richesse de la betterave livrée par méthode polarimétrique, on obtient ainsi le poids des betteraves propres et la richesse en sucre. L’échantillon passe ensuite dans une chaîne de qualité pour déterminer sa teneur en sodium, potassium, glucose et azote -aminé. Lorsque le camion est déchargé, on le pèse une deuxième fois afin d ‘avoir son poids net. L’ensemble des betteraves est ensuite stocké dans la sucrerie, en constituant une réserve de 24 h de fonctionnement pour la sucrerie. 2-Déchargement et stockage : Le déchargement des camions se fait à l’aide des basculeurs mécaniques (quatre au total) qui déversent sur des extracteurs, puis sur des bandes pour acheminement vers les silos. Il y en a deux : un silo rectangulaire d’environ 2000 tonnes pour le traitement de la nuit, et un silo circulaire d’environ 3000 tonnes. 3- Transport et lavage de la betterave: Le transport est hydraulique. La betterave dans le silo est abattue par des jets d’eau puissants et continus qui les entraînent dans des caniveaux (l’eau utilisée est chargée avec une densité entre 1,02 et 1,03 qui est supérieure à la densité apparente de la betterave brut= 0.65). La suspension (eau boueuse + betterave) est pompée par une pompe à betteraves vers l’épierreur. Ce dernier a pour rôle d’enlever tous ce qui est impuretés (plus lourdes que la betterave). La sortie de l’épierreur constitue l’entrée de l’ Esherbeur (pour enlever l’herbe en suspension dans la betterave à l’aide des fourches). La dernière étape du lavoir c’est le lavage dans le trommel : c’est un grand tambour qui tourne à une certaine vitesse, alimenté d’une extrémité par la betterave épierrée et désherbée pour être lavée grâce à des jets d’eau au milieu du tambour. Les radicelles restent accrochées à la paroi du tambour pour être enlevées par des racloirs stationnaires installés aux bords du trommel vers le tamisage. Le tambour rotatif possède des chicanes disposées de manière à permettre l’évacuation progressive de la betterave vers la bande transporteuse via la trémie. Le lavoir possède un poste de contrôle : contrôle du lavoir + contrôle du remplissage de la trémie par une caméra ; en cas de manque ou d’excédant de betterave, le conducteur communique avec celui de l’abattage par des signaux sonores soit pour diminuer ou augmenter le débit.
  • 6. 6 Processus de lavage betterave : Processus Réception Betterave Déchargement Betterave Stockage betterave Lavage Transport Hydraulique Chaux Anti-mousse Betterave lavée Processus Extraction Evacuation Radicelles Décanteur Bassins d'épandage Bac eau Décantée Densité , pH Bon Mauvais Epierrage Esherbage Evacuation herbes Processus Commande/ Facturation Evacuation pierres Eau Javel
  • 7. 7 4- Découpage : La betterave stockée dans la trémie passe dans deux coupe-racines à tambour. Le coupe- racines est un tambour qui tourne à 50 tr / min le long du tambour est tapissé par des couteaux de type A et B en alternance : A possède un arrêt tranchant, et B possède un autre non tranchant. On obtient des ‘cossettes’ en forme de ‘V’ (cette forme est conçue pour la grandeur de sa surface d’échange). La longueur % g des cossettes doit être comprise entre 10 et 13 cm. Pour évaluer la qualité de découpage, on a recours à un test de longueur : Pour 100 g =P1 d’échantillon, on sélectionne toutes les cossettes dont la longueur est supérieure à 2 cm, on les place sur une planche à 5 rainures de 1 m de longueur, de 7 mm de largeur et 3 mm d’épaisseur. Soit L 1 la longueur globale. L = (L1/ (P1-P2)) x 100 (m % g) Taux de râpure = (P2 / P1) x 100 Avec P2 est le poids des râpures après sélection. Quand le découpage est sous forme de talons (semelles), on change les couteaux. Chaque coupe-racines est constitué par un ensemble de bras lanterne sur lesquels sont montés des porte-couteaux (entre chaque deux bras lanternes). Après le changement des couteaux, ces derniers vont être redressés, dressés (les flancs), défoncés ((mise en forme V) de 5 à 6 mm de hauteur) et finalement affûtés. N.B : quand la longueur devient inférieure à 75 mm les couteaux sont à jeter ! Dans les coupes racines un air à 15 bars souffle à l’intérieur (chaque 90 sec et selon le besoin) pour débourrage (nettoyage des couteaux des fibres qui se collent). Contrôle : on mesure la richesse des cossettes, la longueur et le taux des râpures. B- Diffusion : Principe de la diffusion Le sucre diffus du milieu où il se trouve (les cellules des cossettes), dans un courant d’eau extérieur aux cellules qui constitue le liquide d’extraction – les matières solubles du jus de la betterave y passera en solution–. Le sucre et en même temps que lui un certain nombre d’impuretés peuvent traverser la paroi des cellules si les cossettes baignent dans un jus de concentration plus faible que celui du jus des cellules. Il faut également modifier la structure végétale des cossettes, car le saccharose se trouve rassemblé au centre de la cellule, dans la vacuole, entouré par un protoplasma semi-perméable à l’eau mais non au sucre. Sous l’action de la chaleur, le protoplasma se rassemble au centre tandis que la vacuole se place su contact de la membrane à l’eau et au sucre. Ceci explique l’emploi de l’eau u chaude (70-80°C). La COSUMAR (Sidi Bennour) possède deux diffusions RT, 5 m de diamètre chacune : RTA : à 31 compartiments =>31 m de longueur. RTB : à 33 compartiments =>33 m de longueur. Chaque diffusion est un cylindre rotatif renfermant de multiples compartiments de forme hélicoïdale facilitant l’entraînement des cossettes. La vitesse de rotation du tambour est d’environ 26 tr / h. La diffusion se fait à contre courant : -Alimentation de l’eau à l’aval (eau fraîche à laquelle on ajoute le gypse à raison
  • 8. 8 d’environ 1100 g/ tonne de betterave et l’acide sulfurique + eau de presse). -L’alimentation en cossettes se fait à l’amont (les cossettes tombent dans un échaudoir dans lequel elles se mélangent avec le jus de diffusion (de circulation) pour permettre le transport à travers une conduite jusqu’à la tête du diffuseur) tout en passant par une grille qui filtre le jus de sortie. Le jus de diffusion est réparti en deux parties : le jus de soutirage et le jus de circulation. Le jus de circulation est mélangé avec les cossettes pour élever leur température et pour ne pas diluer le jus de diffusion (car la diffusion se fait à contre courant). N.B : - l’acide a pour rôle d’achever la croissance microbienne, ainsi la minimisation de l’extraction de la pectine. -L’ajout de l’acide se fait à la sortie du bac à eau fraîche, début d’alimentation des diffuseurs. -le temps de séjour est de 1 H 30 min (pour un débit de 250 tonnes / heure) -le formol est additionné à l’intérieur des diffusions (les doses sont déterminées en fonction de la contamination microbienne) -à côté de l’analyse micro biologique effectuée au laboratoire, on détermine les pH dans les différents compartiments (si pH < 6 contaminations microbiennes). -la source des eaux fraîches est les eaux de récupération. -lors de la diffusion on doit avoir une température < 75°C et un pH<6.8. Dans le cas contraire on aura une extraction intense de la pectine qui va nous poser des problèmes lors de l’épuration ainsi que dans la cristallisation. Pressage : La cossette épuisée (pulpe humide) est évacuée à la sortie des diffusions vers les presses via une bande transporteuse. Lors du transport, la pulpe se refroidit pour faciliter le pressage (quant la température diminue, la viscosité augmentefacilité de pressage). Il existe sept presses (6 presses de type STORD et un type FERRIANI) de capacités différentes. La pulpe humide entre de 5 à 8 % de matière sèche. La presse est constituée de 2 vis jumelées en INOX qui tournent en sens opposés. Ces vis sont enveloppées par une plaque perforée pour permettre au jus de sortir (cette plaque est débouchée par des jets d’eau). L’eau de presse sort au milieu des presses pour passer au tamisage via un filtrateur puis un échangeur et un réchauffeur pour rejoindre finalement la diffusion. La pulpe pressée, sort entre 22-24% de matière sèche, puis elle est évacuée vers une bande qui la transporte vers la vis de répartition de la pulpe vers les deux fours. La pulpe est mélassée avant l’entrée aux sécheurs. Séchage : Le séchage est une opération unitaire de séparation dans le but de la conservation des aliments et cela en diminuant l’activité de l’eau. Les pulpes pressées sont conservées par cette méthode pour les donner comme aliment de bétail. L’objectif est d’atteindre des pulpes sèches entre 86-88 % de matière sèche. Le procès est réalisé dans deux sécheurs dont l’un évapore 22 tonnes d’eau /h et l’autre 17,5tonne/h. Le fuel est pompé pour être chauffé dans un échangeur tubulaire avec la vapeur comme fluide caloporteur. Le fuel chauffé sera refoulé avec une pression de 35 bars à l’aide d’une
  • 9. 9 2ème pompe à la tête d’un brûleur (foyer dont la température atteint 750 à 900 °C). N.B : -l’apport de l’air du séchage se fait avec un ventilateur de combustion. -l’air et la pulpe sont en co-courant. Par contre la pulpe sèche (paillettes) est récupérée par un ventilateur de tirage dans un cyclone, les gaz chauds (environ 103 °C) sont évacués via une cheminée. La pulpe sèche est acheminée à l’aide un transport pneumatique assuré par des cyclones de dépression vers une vis qui verse dans 3 presses à pulpes où il y a pulvérisation de vapeur et d’eau pour assurer l’agglomération des pulpes les pellets. A l’intérieur des presses se trouvent des filières perforées (à un diamètre de 22 mm) au- dessus desquelles passe 5 galets qui exercent une pression qui permet l’agglomération des paillettes (pulvérisé avec de l’eau chaude et la vapeur) pour sortir de l’autre côté de la filière et quant la longueur des pellets atteint une certaine mesure (variable) les couteaux passent pour les couper. Ces pellets sont refroidis dans un refroidisseur. Les pellets sont récupérés dans une trémie grâce à un élévateur à godet pour être ensachés dans des sacs de polypropylène de 50 kg et stockés. C- L’épuration : Le jus de diffusion (jus vert = jus brut) soutiré sort avec un pH d’environ 6.2, une température de 72 °C. L’épuration est une opération qui a pour but d’éliminer les impuretés et d’alcaliniser la solution pour éviter l’hydrolyse acide (l’inversion) du saccharose. Cette opération consiste en un traitement de chaux qui précipite un certain nombre d’impuretés. L’utilisation de la chaux est ciblée à cause de son coût et la facilité d’élimination des impuretés. La composition du jus de diffusion : La composition du jus de diffusion dépend de la qualité de la betterave ainsi que des paramètres d’extraction. Mais en principe il est composé de : 82 - 83 % d’eau. 15.5 - 16 % de sucre. 1.5 - 2 % d’impuretés (ou de non sucre).  Matières minérales dissoutes.  Matières organiques non azotées dissoutes.  Matières organiques azotées dissoutes.  Matières organiques. N.B : certaines de ces impuretés sont mélassigènes c’est à dire qu’elles entravent la cristallisation. L’épuration du jus sera assurée grâce à 4 types de réaction. Il s’agit de : -La précipitation : due aux ions Ca2+ et OH-, contribue à l’alcalinité du jus épuré et produit des sels insolubles sauf les sels générés par la micro organismes. -La floculation (coagulation) : fait appel à l’ion OH- et Ca2+ . Ces réactions, partiellement réversibles, ne sont pas instantanées d’où la nécessité d’une addition progressive et lente de chaux avec une agitation. C’est la raison pour laquelle on procède à un préchaulage avant le chaulage.
  • 10. 10 -La dégradation : due à l’ion OH- , dépend de la température et le temps. -L’adsorption : au moment de la formation des cristaux de carbonate (CaCO3). Le CaCO3 comporte des charges positives qui permettent l’adsorption des charges négatives. L’effet de l’adsorption est proportionnel à la quantité de chaux. Les étapes de l’épuration : Le préchaulage : Il se fait dans un préchauleur compartimenté composé de 5 compartiments agités. Il comprend trois alimentations Le jus de diffusion (ou de soutirage) : en haut du préchauleur. Boue de la première filtration : au-dessous du jus. Lait de chaux en bas. L’ajout de la chaux est progressiveaugmentation progressive du pH. Donc il y aura passage par les points isoélectriques des protéines existants (par floculation) ainsi qu’une précipitation pour obtenir des sels insolubles. Le pH à la sortie du préchauleur est de 11.8-12, sa température est de 75 °C et son alcalinité de 2.8 g de CaO/ l à 3.5 g/l. En ce qui concerne le saccharose : Saccharose + Ca(OH)2  saccharate. N.B: - le préchaulage est progressive pour assurer l’irréversibilité des complexes formés. -le préchaulage se fait à chaux pour économiser le temps. Le chaulage : Se fait dans un chauleur à un seul compartiment, bien agité. L’alcalinité est portée à 13 g/l-17 g/ l grâce à un chaulage massif. Cette étape assure la réaction de dégradation. N.B : le chaulage est suivi par un chauffage réalisé dans trois échangeurs tubulaires : un par l’eau chaude, et les deux autres par la vapeur pour atteindre une température de 85 à 87 °C. La raison est de favoriser (assurer) les réactions de dégradation. Ce qui va assurer la stabilité du pH du jus pour l’évaporation. Le chaulage sert aussi à éliminer les molécules à caractère moussant. La maturation : Se fait dans un bac de contact (ou un maturateur) où il y a mélange du jus chaulé et la boue de la 2ème filtration. L’agitation est réalisée grâce à des pales. Le mélange prend le temps nécessaire pour réagir avec la chaux et bien se mélanger avec la boue 2 et finalement rejoindre la première carbonatation. Première carbonatation : Le but visé de ces étapes est de précipiter (sous forme de CaCO3) l’excès de chaux ajouté au chaulage afin d’enrober les impuretés précipitées en amont, et permettre une bonne filtration ainsi que la libération du sucre. Pour cela le jus de maturation arrive dans le bac de la première carbonatation pour Qu’il soit barboté avec du CO2 (qui provient de la chaulerie). Le pH sera amené à 10.8-11.2 et l’alcalinité à 0.9-1.2 g/l. A la sortie de la première carbonatation on obtient le jus trouble 1.
  • 11. 11 N.B : la première carbonatation se fait par un recyclage avec un taux de recyclage de 7 à 8 fois. Les réactions de base : Saccharate + CO2  CaCO3 + Sucre. CaO + CO2  CaCO3 + énergie. N.B : la dernière réaction est exothermique. Première filtration : Réalisée grâce à 3 FTD (filtre à toile drainée) (DIASTAR). Cette filtration est réalisée sous pression : forme circulaire où sont placés 50 plateaux toilés (en nylon) et chaque plateaux contient 7 drains. Le jus entre du bas pour passer à l’intérieur du plateau et sort du haut pour être stocké dans un ballon de soufflage nivelé. Une fois l’alimentation est arrêtée, il y aura une dégazification qui entraînera une chute de pression, suivie d’un retour du filtrat vers les plateaux pour dégager la boue puis vers bac à jus clair 1. L’extraction de la boue par le bas. N.B : la pression est de 0.6 - 0.7 bars. S’il y a augmentation de la pression ça veut dire qu’il y a difficulté de filtration une anomalie. La boue 1 (boue de la première filtration) est collectée dans un bac à boues denses. Une partie sera destinée à l’alimentation du préchauleur, et l’autre passera par une autre filtration pour déssucrage. Il s’agit d’un filtre rotatif (EIMCO) qui travaille sous vide : c’est le déssucrage des boues 1: ils sont en nombre de quatre. Chaque filtre est composé d’un grand tambour enveloppé par une plaque perforée en plastique (‘nid d’abeille’) surmonté d’une toile en coton. Lors de la rotation du tambour il y a aspiration de la boue (à cause du vide crée par des pompes à vide). Le filtrat obtenu est un filtrat fort. Quand les perforations d’aspiration atteignent le haut il y a une pulvérisation d’eau chaude sur les tourteaux collé sur le filtre pour donner le filtrat faible. N.B : -les filtrats fort et faible sont destinés au bac à petit jus. -les écumes seront dégagées par un soufflement de l’air suivi par l’effet d’un racleur, puis dilués vers l’épandage. Deuxième carbonatation : Son rôle est d’enlever le maximum possible de calcium qui reste en suspension dans la solution CO2 + H2O  H2CO3 Ca(OH)2 + H2CO3 CaCO3 + H2O Le jus clair 1 (plus, parfois, la boue 2) passe par deux échangeurs tubulaires à vapeur pour en sortir avec une température de 95 °C et pour enter dans la chaudière de deuxième carbonatation pour être barboté une seule fois avec du gaz carbonique. Le jus trouble 2 sort avec un pH de 8.9 - 9.2 et une alcalinités inférieures à 1 g/l. Le pH ne doit pas dépasser la consigne sinon il y aura formation de bicarbonate de calcium soluble avec risque d’entartrage des tubes dans l’évaporation.
  • 12. 12 Deuxième filtration : Réalisée dans six filtres ‘SERG’ statiques, rectangulaires. Chaque filtre est composé de 23 plateaux revêtus de toile en coton. Le jus trouble 2 (JT2) passe à travers les plateaux pour donner le jus clair 2 qui rejoint la décalcification, et la boue 2. N.B : -la filtration est réalisée sous pression. -la boue 2 est récupérée totalement par vidange des filtres. - le recyclage des boues est conçu dans le but d’épuiser le maximum de sucre. Décalcification : Le jus clair 2 contient encore une quantité appréciable de sel de calcium (0.002-0.1 g/l) qui ont une double action néfaste : 1-L’origine d’importantes incrustations en évaporation diminution du coefficient d’échange thermique. 2-Ca2+ peut se trouver dans les cristaux de sucre trouble en solution. Principe : Le jus clair 2 passe par une résine échangeuse de cation chargé en Na+ : R-Na2 + Ca2+ 2 Na+ + R-Ca. Lorsque les résines sont chargées (saturées) en calcium, on procède à une régénération sous forme Na+ . La régénération se fait par la saumure : La saumure doit avoir un degré baumé compris entre 18 et 22 °baumés, qui sera envoyé sur la résine (réaction inverse). Remarque : l’épuration n’élimine que 35 à 40% d’impuretés. Le chauffage lors de l’épuration sert à amorcer les réactions (gain du temps). D- L’évaporation : L’évaporation est une opération unitaire qui vise l’augmentation du Brix du jus avant évaporation C’est une opération qui suit l’épuration dans le processus sucrière, le jus avant évaporation (JAE) ou jus clair 2 décalcifié entre avec un Brix de 14 à 17 % pour en sortir entre 65 et 72%. La COSUMAR Sidi Bennour a un poste d’évaporation de 5 effets (le deuxième et le quatrième sont formés de 2 corps A et B). Le 3ème effet est une conception allemande (à descendage) par contre les autres effets sont d’origine française (à grimpage). Caractéristiques des effets de l’évaporation : Relevés pris : les 16 et 19/07/03 Effet 1 Effet 2A Effet 2 B Effet 3 Effet4 A Effet 4B Effet 5 Brix à l’entrée 18.45 24.96 30.47 33.47 14 16.95 64.41 Brix à la sortie 24.96 30.47 33.47 64.41 16.95 18.45 68.08 Température calandre 115 109 110 110 96 95 95 Surface d’échange (m2 ) 3200 1200 1200 3000 1000 1000 1800
  • 13. 13 Hauteur tubes 4.255 4.2 4.2 10 3.5 2.7 2.9 Nombre de tubes 7506 2940 2940 3620 2940 3804 6400 N.B : le pH reste constant tout au long de l’évaporation égal à 8.9. Chaque effet est constitué de 2 parties : - La calandre : qui est creuse. - La partie faisceau : est constituée de tube en INOX entourant un puits central .Le jus passe à l’intérieur des tubes par contre le fluide caloporteur (vapeur) à l’extérieur. - Il y a un ajout de l’antitartre au jus pour minimiser les dépôts sur les tubes. Le transfert de chaleur entre la vapeur et le jus se fait par convection. Le jus entre de façon continue dans la partie inférieure de la caisse et se réparti uniformément entre les tubes. Le jus monte en bouillant dans les tubes sous forme d’une émulsion de jus et de vapeur sous l’effet de la vapeur chauffante. Cette émulsion sort dans la partie supérieure des tubes ‘la calandre’ dans laquelle s’effectue la séparation de la vapeur et du jus concentré. Le jus passe par le tube central pour passer à l’effet suivant. N.B : - les eaux de condensation du premier et du deuxième sont des eaux nobles destinées à la chaufferie (ne contient pas de trace de sucre). - A la sortie du premier effet la vapeur passe par un ballon dessucreur (corps composé de chicane s pour permettre la condensation des sucres). - Le jus passe d’abord par le quatrième effet ensuite le premier, deuxième, Troisième et le cinquième, (c’est juste une raison d’économie d’énergie). - à la sortie du quatrième effet, le jus passe par une chaîne de quatre échangeurs à plaque dont la vapeur provient des prélèvements des corps d’évaporation : - La création du vide au cinquième effet se fait grâce à un condenseur barométrique : la vapeur une fois dans le condenseur est refroidit par l’eau froide et se condense en créant le vide (diminution du volume  vide), et les incondensables sont aspirés par des pompes à vide. - Chaque évaporateur est muni d’une conduite de dégazage. Aux sommets des évaporateurs se trouvent des chicanes qui permettent le déssucrage de la vapeur prélevée. Les prélèvements de la vapeur et les condensas : Voir les schémas. La vapeur produite par la chaudière ‘vapeur vive’ à 34 bars passe à travers les turboalternateurs pour produire de l’électricité et par une détente mécanique ainsi par les EJECTO (avec une partie du prélèvement du premier effet) pour en sortir à 2.5 bars (entrée du 1er effet). Le sirop sort avec un Brix entre 65 et 72 %. E- Cristallisation : 1- Cristallisation : La cristallisation est une opération unitaire qui a pour but d’extraire le sucre solide à partir du sirop (liquide). Pour cela il suffit d’amener le sirop à la sursaturation par refroidissement et par augmentation du Brix par évaporation. En général on obtient deux produits principaux : le sucre blanc et la mélasse. Le maximum de sucre qu’on peut extraire 75 à 84 % du sucre de la betterave. La cristallisation de la COSUMAR de sidi Bennour passe par 3 grandes étapes : - Premier jet.
  • 14. 14 - Deuxième jet. - Troisième jet. i – Premier jet : Le sirop, du cinquième effet de l’évaporation, passe vers un refondoir : c’est un grand bac constitué de quatre compartiments, munis d’une agitation et qui communiquent entre eux par débordement. Dans ce refondoir on assiste à la formation de la liqueur standard 1 (LS1) par un mélange de : sirop, sucre du deuxième jet, l’égout riche 1 (ER1), magma 3, sucre d’affinage, sucre repris, fonte grugeons. N.B : eau chaude et le JAE ne sont pas des alimentations régulières (juste dans le cas où le Brix serait élevé). 4 3 2 1 1- Sirop + sucre du deuxième jet + sucre repris. 2- L’ER1 + sucre d’affinage. 3- Sucre de grugeons. 4- JAE (en cas de besoin). La LS1 passe par un échangeur à plaque (par la vapeur) pour remonter la température de 80 à 84 °C. Après le chauffage la LS1 passe par des filtres pour enlever les particules solides en suspension dont le diamètre dépasse 55 m, ensuite elle passe dans un bac de stockage. Le Brix de la LS1 est d’environ 75%. La LS1 passe ensuite dans l’appareil à cuire pied de cuite 1 (PDC1) : c’est un appareil à cuire discontinu sous vide. N.B : tous les appareils en cristallisation sont sous vide. Le vide est crée par un condenseur barométrique. L’appareil à cuire pour le PDC1 a composé de 2 parties : faisceau où se passe l’évaporation et la calandre où circule la vapeur et est muni d’un système d’agitation. L’appareil est alimenté par la LS1 jusqu’à un niveau d’environ 30% du volume de l’appareil. L’évaporation se déclenche par la vapeur jusqu’à atteindre le point de grainage : Brix de 79.5% et on passe au grainage par introduction de l’amorce (il existe 3 types de grainage : par amorce, choc thermique, par magma.) L’amorce est formée par simple mélange de 3.5 kg de sucre blanc en poudre avec 7.5 l d’alcool (car le sucre n’est pas soluble dans l’alcool). Cette amorce est envoyée vers le PDC pour déclencher la cristallisation. La quantité d’amorce est fonction de la teneur en cristaux et la granulométrie demandée. Les cristaux commencent à grossir, dans cette phase le débit de LS1=0, et une faible pression de vapeur. Juste après, on passe à la phase de montée : qui fait augmenter le niveau de 30 à 60 % mais progressivement tout en faisant une corrélation entre le Brix et niveau jusqu’à atteindre un Brix de 90 %. Cette régulation se fait grâce à une courbe : niveau en fonction du Brix qui est linéaire. N.B : l’agitation sert à homogénéiser et éviter le collage du mélange.
  • 15. 15 Après avoir atteint le niveau de 60 %, on passe au vidange totale de la masse cuite pied de cuite MCPDC vers un malaxeur horizontal qui permet le stockage et la maturation (il y aura un refroidissement qui favorisera le grossissement des grains de sucre). N.B : après la vidange, l’appareil est nettoyé par graissage : utilisation de la vapeur. On passe ensuite dans un VKT (tour de cristallisation par évaporation continue) composé de 4 compartiments superposés en position verticale. Les procédés de grainage réalisé dans les PDC ont apporté le progrès décisif dans la production d’une masse cristalline régulière et pauvre en conglomérés. L’introduction des VKT a permis de réaliser de nouveaux concepts quant au bilan thermique et à la configuration de l’atelier de cristallisation associée à une nette réduction de la consommation d’énergie. La granulométrie des cristaux qui sort du PDC est de 0,3 à 0,5 mm. Le VKT est un appareil à agitation mécanique qui assure une circulation et un brassage parfaits de la masse cuite. Le courant de masse cuite passe par graviter. N.B : extension possible pour augmenter la capacité du VKT. Mode de fonctionnement : Le magma de pied de cuite, produit dans le PDC, est introduit dans le premier compartiment (uniquement). La LS1 est alimentée en continu dans tous les compartiments. Le contenu de la MC (contenu en cristaux) augmente de compartiment à l’autre et atteint le maximum dans le dernier. Le niveau doit être maintenu à 50 % et un Brix de : - Premier compartiment : 87-87.5% - Deuxième compartiment : 88-88.7% - Troisième compartiment : 90-91% Le Brix du magma de pied de cuite est de 91%. N.B : le Brix est atteint par injection de la vapeur. La régulation de la VKT : Le débit de pied de cuite est régulé en fixant une proportion fixe par rapport au débit total de la LS1. Les pressions de vapeur sont régulées séparément pour les 4 compartiments. Donc le débit de la VKT est fonction des valeurs consignes des pressions de vapeur. Le niveau de masse cuite est mesuré dans chaque compartiment et maintenu constant (400 mm au-dessus de la partie tubulaire) par la régulation de son écoulement à travers les vannes à masse cuite. N.B : le niveau du 4ème compartiment est régulé par une pompe avec variation de vitesse. Remarque: les incrustations du sucre sur les organes du VKT nécessitent un nettoyage tous les 14 jours sans interrompre le processus. La disposition verticale des compartiments répond de façon idéale à cela, étant donné la possibilité de by-passer un compartiment. Le contenu en matière sèche est régulé par l’aspiration de la LS1. Le débit de la LS1 est mesuré à l’aide d’un débitmètre et réglé en fonction de la consigne exigée par la régulation de l’état de la masse cuite (régulation de cascade). Le contrôle du Brix dans le 4 ème compartiment se fait par ampérage, c’est à dire : si le
  • 16. 16 Brix augmente (sensiblement) difficulté d’agitationaugmentation de la consommation de l’électricitéaugmentation de l’ampérage. La pompe refoule dans un malaxeur qui alimente un distributeur qui repartis la masse cuite entre 3 turbines centrifuges : se sont des centrifugeuses discontinues cylindriques tapissées par des toiles en INOX. Les turbines travaillent par un système de cycle : -La durée de chaque cycle est 220 sec. La masse cuite est repartie uniformément sur toute la paroi de la turbine avec un nombre de tour/ min de 160. L’égout (eau mère) est envoyé vers bac à égout pauvre EP : c’est le chargement. -clairçage : Un jet d’eau qui sera pulvérisé durant 30 sec sur la paroi pour nettoyer le sucre déposé par la force centrifuge. Les égouts du début de clairçage sont envoyés vers EP1 et les autres vers égout riche1 ER1. -Essorage : avec une vitesse croissante jusqu’à 1060 tr / min et se stabilise. Cette opération permet de bien séparer les 2 phases durant 35 sec. Les égouts d’essorage sont envoyés vers ER1. -Déchargement : avec 64 tr /min grâce à un racleur en INOX qui commence par le haut puis par le bas. -Rinçage : avec de l’eau chaude vers ER1. Le sucre obtenu (blanc granulé) passe par une vis vers le sécheur. ii – deuxième jet : L’EP 1 se mélangent avec ER2 dans un bac agité pour donner la LS2. Cette LS2 constitue l’alimentation de 5 cuites : même principe que PDC1 sauf que le temps de séjour est élevé : 4 à 5 heures. La LS2 entre avec un Brix de 75% et le point de grainage est 86 %. Le grainage se fait par magma (sucre3 + sirop). Le grossissement dépend de la taille voulue. - la montée : jusqu’à 91% du Brix et 60%du niveau. - le serrage : fermeture des alimentations du vide et de la vapeur. -dégraissage : par de la vapeur. La masse cuite 2 (MC2) est envoyée vers un malaxeur (chaque cuite à son propre malaxeur) vers le distributeur alimentant 2 turbines continues. L’alimentation est constituée par la MC2 + vapeur + eau pour le clairçage, dans un panier perforé. Lors de l’évacuation du sucre 2, il est empatté avec des jets de sirop pour alimenter le premier jet (refondoir). N.B :EP2 vers troisième jet et ER2 vers alimentation du deuxième jet. iii- Troisième jet : La LS3 est composée des EP2, égout d’affinage et les EP1 (parfois pour enrichir la LS). La LS3 alimente deux bacs: le premier alimente le PDC3 par contre l’autre alimente les VKT3. La LS3 passe d’abord par un PDC avec un Brix de 82%, une pureté de 76 % et en sort avec un brix de 94% avec un temps de séjour de 8 H. Le PDC3 a le même principe que les PDC1 et les cuites2. N.B :- le point de grainage est 86 %. -le grainage se fait par amorce.
  • 17. 17 L’extraction de la MC3 se fait dans 2 malaxeurs reliés par débordement. Le deuxième constitue l’alimentation des VKT3. La VKT 3 est constituée de 3 compartiments dont l’alimentation de l’un (n+1) constitue le débordement de l’autre (n). (Les compartiments sont reliés aussi par des vannes de vidange finales). La régulation touche la vapeur, la température et le niveau car la masse sont plus visqueux. Les températures limitent et les Brix correspondant : Compartiment 1 : 82.5°C  90-91% Compartiment 2 : 84.5°C91-92% Compartiment 3 : 88°C92-93% Quand la température augmente évaporation augmenteBrix augmente. N.B :- le compartiment 3 dispose d’un transmetteur de niveau. -chaque compartiment est alimenté de : vapeur, LS3 et MCPDC3 pour le premier compartiment : principe : idem VKT1. Le compartiment 3 alimente le malaxeur vertical 1 (MV1) (étape d’épuisement du bas produit) par l’intermédiaire d’une pompe avec variation de vitesse. Le MV1alimente le MV2 et ainsi de suite jusqu’au MV4. Chaque MV est muni d’un serpentin où circule l’eau froide en contre courant avec la MC3, avec une agitation continue. La MC coule du haut vers le bas et est répartie sur toute la section du malaxeur grâce à un répartiteur de masse cuite en rotation lente. N.B : Les MV1 et MV2 sont munis de dilueurs, pour correction de viscosité en cas de besoin. Remarque : le MV4 : c’est cristalliseur refroidisseur vertical avec tubes refroidisseurs oscillants. Il s’agit d’un tour vertical de 220 m3 de volume. Le système de refroidissement se compose d’éléments blocs de refroidissement standarisés dans lesquels l’eau de refroidissement coule en guidage forcé à contre courant de la masse cuite. Le système de refroidissement oscille sur 1 m dans le sens vertical. La disposition symétrique des tubes de refroidissement assure une dispersion du temps de séjour et un refroidissement optimal de la masse cuite. L’entraînement se réalise par l’intermédiaire de 6 vérins hydrauliques symétriques sur le couvercle. La MC coule du haut vers le bas, répartis uniformément sur toute la section du cristalliseur grâce à un répartiteur en rotation lente. N.B : Le MV4 assure un bon transfert de chaleur entre la masse cuite et le refroidissement par le mouvement régulier de la masse cuite. Le cristalliseur refroidisseur est équipé d’un système d’agitation rotatif dont les pâles d’agitation passent très près des éléments tubulaires de refroidissement fixes et horizontaux. N.B : à la sortie du MV4 la masse cuite passe par un mélangeur mélasse- masse cuite pour diluer la masse cuite avant le turbinage. Ces turbines ont le même principe que les turbines continues du deuxième jet. Lors du turbinage il y a séparation de la mélasse, qui va vers la citerne à mélasse après dilution, et du sucre3. Ce dernier passe dans un empateur en se mélangeant avec du sirop. Ce mélange passe par une turbine d’affinage qui donnera les égouts d’affinage et sucre affiné qui passe aussi par un autre empateur avec du sirop pour alimenter le refondoir et le grainage de la cuite 2.
  • 18. 18
  • 19. 19 Le suivi de la cristallisation : La cristallisation fait l’objet d’un ensemble d’analyses effectuées dans le laboratoire. Pour cela les laborantins prennent des échantillons aux différentes étapes de cette opération.  Sirop : dont on détermine le Brix, le % en sucre, pureté, pH, CaO en % Brix.  LS1, refonte, MCPDC1, MC1, ER1, EP1, LS2, MC2, ER2, EP2, MC3, mélasse, sucre2, sucre3, magma d’affinage: dont on détermine le Brix, le % sucre, pureté, pH, % cendre, sucre réducteur.  Sucre blanc : polarisation, pH, %cendre, réducteurs, aspect, granulométrie, coloration et humidité. N.B : - cendres : par conductimètre. - Granulométrie : secoueur à sucre blanc. -Humidité : étuve et balance de précision 2- SECHAGE : L’ultime étape est de sécher puis de refroidir le sucre avant de le stocker en vrac dans d’immenses silos. Eventuellement, le sucre est broyé, tamisé et moulé en morceaux avant le conditionnement final. L’opération du séchage réside obligatoire puisque le sucre qui sort des centrifugeuses a une humidité de 1% pour le sucre blanc, et de 2% pour le sucre brut avec une température de 50°C à 60°C à cause du clairçage avec de la vapeur. Ces conditions ne permettent pas de la conservation du sucre ; d’où il y a risque des altérations physico-chimiques : Prise en masse, dégradation du sucre, par apparition des microbes et diminution du PH car le sucre peut céder ou recevoir de l’eau ; Il est hydroscopie. L’appareil utilisé est le sécheur refroidisseur qui est constitué de tubes parallèles disposés suivant deux faisceaux concentriques solidaires d’un même tube central porteur, cette dernière repose sur deux paliers à roulements et entraîné par une tête motrice monobloc de faible puissance. 3- EGRUGEONNAGE : A la sortie du sécheur et avant stockage, le sucre passe sur une toile de 3 à 4 mm vibrants pour éliminer les agglomérats de cristaux ou grugeons qui sont envoyés dans une chaudière de refonte pour recyclage au jus. 4- PESAGE : Il faut peser le sucre à la sortie du sécheur car c’est très important pour l’établissement des bilans techniques et financiers. Le sucre est pesé à la sortie du sécheur dans une grande trémie peseuse. 5- STOCKAGE : Après avoir pesé le sucre on le stock en vrac et en sac : En vrac : ce sont des silos ventilés avec de l’air sec et imperméable à la pluie. En sac : On utilise de grands bâtiments à l’intérieur desquels le sucre est stocké sous forme de piles réparties en lots. 6- CONDITIONNEMENT : On conditionne le sucre granulé dans des sacs à 50 kg.
  • 20. 20 SUCRERIES DES DOUKKALA Pierre Calcaire Cossettes Jus Brut Jus Epuré Sirop Sucre Blanc Mélasse Pellets Boues 1 Ecumes Lait CaO CO2 Boues 2 Réception Betterave Stockage et Lavage Découpage Extraction Préchaulage Chaulage 1éreCarbonatation 1ére Filtration 2éme Carbonatation 2éme Filtration Décalcification Evaporation Cristallisation Centrale Chaufferie Four à Chaux et Chaulerie Pressage et Séchage Pulpes Filtration Coke Maturation PROCESSUS DE FABRICATION DU SUCRE BLANC
  • 21. 21 INTRODUCTION : Les betteraves débarrassées de toutes les terres, les pierres, les herbes, les radicelles etc.…c’est-à-dire lavées découpées en cossettes sous formes faîtières ; la qualité de découpage est déterminée par le nombre de Séline, et par le pourcentage de râpure. On peut se demander pourquoi cette forme faîtière et cette longueur des cossettes d’une part, et comment faire extraire le saccharose (Sucre) contenu dans ces cossettes et avoir du sucre blanc de consommation d’autre part. c’est donc tout le processus de la sucrerie. L’une des étapes de ce processus consiste en l’extraction du sucre dans un liquide (Eau) moyennant certaines conditions : c’est ce qu’on appelle la DIFFUSION. (On a le schéma de l’unité de diffusion) La diffusion consiste à extraire le saccharose des cellules des betteraves (cossettes) par un échange de matière ; une extraction solide-liquide ; le mécanisme de cette opération est gérée par les lois de FICK: 1ére loi de FICK (dm/dt) = - A D (dc/dx) 2éme loi de FICK (dm/dt) = - A D (d2 c/dx2 ) Le signe (-) indique que le transfert se fait dans le sens des concentrations décroissantes. (dm/dt) : Est la quantité de matière transférée par unité de temps. A : Est la surface d’échange. (dc/dx) : Est le gradient de concentration. D : est le coefficient de diffusion qui varie en fonction de la concentration et la structure du solide. Les molécules du saccharose C12H22O11 doivent traverser deux parois pour passer de la vacuole vers le liquide d’extraction : La paroi cellulosique qui a une structure de soutien constituée de cellulose et d’hémicellulose d’où sa perméabilité et s’oppose au passage du saccharose. La paroi cytoplasmique d’une structure semi-perméable et s’oppose au passage de saccharose. Il faut transformer la structure de la paroi cytoplasmique pour rendre l’extraction possible et cela en dénaturant les protéines (éléments constitutifs du cytoplasme). Pour réaliser cette dénaturation deux conditions sont nécessaires : -Utilisation d’un solvant organique. -Réchauffage tel que la température soit supérieures à 60 °C. C’est le premier moyen qui est employé en sucrerie et n s’assure que les cossettes sont portées à 70-72 °C.
  • 22. 22 Ce traitement thermique appelé échaudage entraîne la coagulation des protéines, le cytoplasme se rétracte et la vacuole est mise ainsi en contact avec la paroi cellulosique qui laisse passer le saccharose. I- Notion du diffuseur : La sucrerie de DOUKKALA dispose de deux diffuseurs de type RT2 « Raffineries Tirlemontoises de Belgique » montés en parallèles, alimentés chacun par trois coupes racines. L’une des différences entre les deux diffuseurs est le nombre de compartiment, le diffuseur RTA se compose de 31 compartiments, cependant le diffuseur RTB se compose de 33 compartiments. A- Description du diffuseur : Les deux diffuseurs RT2 se composent des éléments suivants : Un tambour cylindrique horizontal d’un diamètre variant de 3,5 à 7,5m et de 35 à 50 m de longueur. Deux hélicoïdales imbriqués l’un dans l’autre à l’intérieur du cylindre et qui forme ainsi une vis à double entrée. Des Cloisons perpendiculaires à l’axe des cylindres délimités les portions des spires et forment ainsi une série de compartiments. Une tôle médiane divise chaque compartiment en deux parties appelées paniers. Une ouverture rectangulaire centrale fait communiquer par l’intermédiaire de couloir incliné n tôles les compartiments entre eux. B-Principe de fonctionnement du diffuseur : Par suite de la rotation du tube, les cossettes avancent successivement dans chaque compartiment et de la tête vers la queue, en abandonnant progressivement leur sucre. L’eau de diffusion (eau fraîche et/ou eau des presses) avance aussi en passant successivement dans chaque compartiment, mais de la queue vers la tête en se chargeant progressivement du sucre des cossettes pour sortir au bas de la tête fixe sous forme de jus vert (jus de diffusion, jus de soutirage ou jus brut). En effet à la tête de diffuseur, nous avons l’entrée des cossettes fraîches et la sortie du jus vert et à la queue se trouve l’entrée de l’eau fraîche et la sortie des pulpes épuisées. II- Théorie de la diffusion: Pour décrire théoriquement l’opération de la diffusion industrielle du sucre d’une cossette dans un jus, plusieurs modèles ont été proposés. Parmi les modèles les plus rencontrés ont peut citer : Modèle de SILLINE. Modèle d’Olsen. Modèle du diffuseur à immersion continue. Le modèle le plus simple et le plus utilisé dans l’industrie sucrière est celui de SILLINE. Il part de la première loi der FICK, il suppose que le régime est stationnaire et la quantité de pulpes épuisées égale à la quantité des cossettes entrantes.
  • 23. 23 A- Equation de SILLINE : Considérons un milieu solide, homogène et isotrope, séparant deux régions de concentrations différentes. Sens de transfert  Avec C1> C2 En supposant le transfert unidirectionnel des cossettes vers le jus, la première loi de FICK donne : (dm/dt) = - A D (dc/dx) dm/dt : quantité de matière transférer par unité de temps. A : surface d’échange. D : coefficient de diffusion. dc/dx : gradient de concentration par unité de longueur. B- Coefficient de SILLINE : En plus des paramètres précédents, SILLINE à déterminer un coefficient expérimental pour chaque type de diffusion et a donné une formule de SILLINE : Y = A.L.θ.Z Avec A : coefficient expérimental du diffuseur. L : longueur de 100 gr de cossettes. θ : facteur de température. Z : temps effectif de diffusion. Cette formule peut être écrite sous une autre forme : Y = n/(n-1) log [(n-1+Csf)/n Csf] Avec Csf : est les pertes de sucre entré pour 1 Kg de jus. n : soutirage en poids pour 1 KG de jus. Partant de ces formules SILLINE a établit des abaques qui facilitent la détermination des différentes grandeurs. (Voir annexe) C- Utilisation des abaques de SILLINE et calcul des différents paramètres : PERTES % SUCRE ENTREE :
  • 24. 24 Csf = Pertes connues % BETT * 100 / sucre % bett AN : Polarisation % Bett = 17 Pertes % bett = 0,17 Donc, on a : Csf = 0,17 * 100 / 17 = 1 SOUTIRAGE EN POIDS : a : soutirage en volume % * densité du jus AN : Soutirage : 113,491 % kg de bett Densité de jus : 1,056 a = 113,49 * 1,056 = 119,85 ≈ 120 Donc on a : a = 120 DURE EFFECTIVE DE LA DIFFUSION : On a Z = N * 60 / Vr Où N : nombre de compartiments. Vr : nombre de tours/heure. AN : N : 31 compartiments dans le cas RTA. Vr : 22 tr/h. Z = 31 * 60 / 22 = 85 min Z = 85 min FACTEUR DE TEMPERATURE θ: Il dépend de la température est donnée par le tableau II (voir annexe). θ est liée à la température par la formule suivante: θ = K. T /η Où T : température absolue. η: viscosité de l’eau à la température T. K : constante est de 0,35 e-10 cm2/s pour l’eau dans les cellules de betterave. AN : pour une température moyenne de 73 °C, on lit sur la courbe : θ = 90,5 LONGUEUR DE 100 g DE COSSETTES L: A partir les analyses de laboratoire, on trouve : L = 12m. (Voir le mode opératoire dans l’annexe).
  • 25. 25 LA CONSTANTE DE SILLINE : Cette valeur est donnée par la figure 1 (voir annexe). AN : pour les valeurs ci-dessous de : C = 1 a = 120 On trouve : γ = 6,1 LA CONSTANTE DU DIFFUSEUR A : Peut être déduite de la formule de SILLINE : γ = A * L* θ * Z Donc A = γ / L * θ * Z On applique les valeurs obtenues précédemment, nous avons : A = 6,1 / 12 * 90,5 *85 = 6,6 10-5 Alors A = 6,6 10-5 III- L’étude des paramètres de conduites de la diffusion : La formule de SILLINE tubulée est mise sous forme Csf = f (K,L,t,θ) pour différent n permet d’évaluer l’incidence d’une variation des facteurs n,θ,L,t sur les pertes en diffusion. Dans cette partie on va essayer d’étudier les différents paramètres qui influencent la marche de la diffusion. A- Le soutirage (facteur n) : Pour une quantité de cossette donnée, il faut une quantité d’eau bien déterminée sinon : si l’eau en excès nous aurons un bon épuisement, mais cet excès d’eau est encombrant (pour les pompes, conduites, bacs etc.…) pour le transport et pour son évaporation (énergie). Si par contre, l’eau est en défaut, l’épuisement sera mauvais (pertes élevée de sucre dans les pulpes). On a : Y = A.L.θ.Z= n/(n-1) log [(n-1+Csf)/n .Csf] Donc (A.L.θ.Z) * (n-1) / n = log [(n-1+Csf)/n .Csf] On pose x = (A.L.θ.Z) * (n-1) / n et y = log [(n-1+Csf)/n .Csf] x = log y y = 10x Alors, on obtient : Csf = n-1/ (n*10x – 1) Expérience : On suit la variation du soutirage n, tout en considérant les autres paramètres constants. L = 12 m
  • 26. 26 Z = 85 min Θ = 90,5 A = 6,6 10-5 Avec Pd = Richesse * Csf Donc, d’après les plusieurs contrôles du soutirage, on a trouvé les résultats suivants : Soutirage (n) 10 5 11 1 115 12 0 12 4 12 8 13 0 Pd % Bett 0.4 7 0.3 4 0.2 5 0.1 7 0.1 1 0.0 9 0.0 7 A partir de ces résultats, on trace la courbe de variation des pertes en diffusion en fonction du soutirage. la variation des pertes en fonction du soutirage 0 0,2 0,4 0,6 100 110 120 130 140 le soutirage lespertesen diffusion Interprétation : On remarque d’après la courbe que les pertes en sucre dans les pulpes diminuent avec une augmentation du soutirage. Mais si on augmente le soutirage on va consommer beaucoup d’énergie au niveau de l’évaporation. Pour rechercher le soutirage optimum, il faut comparer le gain entre le sucre extrait et la consommation du fuel, d’après les résultats obtenus on peut dire que le soutirage optimum se situe entre 110 et 120. B- La température (facteur θ) : Les cellules de betterave se composent entre eux d’une membrane semi-perméable et de vacuole renfermant le saccharose. Cette membrane empêche la diffusion de sucre dans l’eau, on constate par expérience qu’un échauffement de la cellule à une température de 72 °C (échaudage) rend cette membrane semi-perméable, perméable. Expérience : Dans ce cas, on suit la variation de la température et on fixe les autres paramètres : On a :
  • 27. 27 L = 12 m Z = 85 min n = 120/93 = 1.29 A = 6,6 10-5 La relation entre T et θ : θ = 2,35 * T (°C) – 81,0273 Alors x = (12 * 85 * 6,6 10-5 * θ) * (1,29-1) / 1,29 Donc, on obtient le tableau suivant : T (°C) 70 71.5 72 73 74 75 θ 83.4 7 85.9 2 88.1 7 90.5 2 92.8 7 95.2 2 Pd 0.21 7 0.26 0.18 3 0.16 9 0.13 9 0.14 2 On trace la courbe qui représente la variation des pertes en fonction de la température : la variation des pertes en fonction de la température 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 68 70 72 74 76 la température °C lespertesen diffusion Interprétation : D’après la courbe on constate que l’augmentation de la température provoque une diminution des pertes au cours de la diffusion, donc on peut dire que la température a une influence directe sur la diffusion, mais une augmentation importante de la température abaisse la pureté du jus de diffusion par la solubilisation des substances colloïdales. En pratique l’optimum se situe entre 72 et 75 °C. C- La qualité de découpage :
  • 28. 28 Le découpage de betterave en cossettes permet d’avoir une surface de contact importante, cette surface est définie par le nombre de SILLINE. En outre ce découpage fait que l’échaudage est rapide et homogène dans toute la masse. L’idéal aurait été d’avoir des cossettes fines (râpure), cependant la technologie du diffuseur nous limite (bouchage des grilles), à la condition que la longueur est de l’ordre de 14 m et le pourcentage de râpure ne dépasse pas 7. Expérience : On fait varier la longueur des cossettes et on garde les autres paramètres constants : θ = 90,5 Z = 85 min n = 120/93 = 1.29 A = 6,6 10-5 On obtient les résultats suivants : L (m) 11 11. 5 12 12. 5 13 13. 5 14 Pd % Bett 0.2 2 0.2 0 0.1 8 0.1 6 0.1 1 0.0 9 0.0 7 Alors on obtient la courbe suivante : la variation des pertes en fonction de la longueur des cossettes 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 10 11 12 13 14 15 Longueur (m) pertesendiffusion Interprétation : D’après la courbe on constate que plus la longueur des cossettes est élevée, plus qu’on diminue les pertes en diffusion et l’extraction est meilleure, mais une très grande finesse de découpage se traduit par : -La difficulté de circulation du jus dans la diffusion. -L’augmentation du nombre des cellules ouvertes d’où une diminution de la pureté. D- Le temps de la diffusion (facteur Z) : Afin d’épuiser convenablement les cossettes, il est nécessaire de les laisser en contact avec l’eau pendant un certain temps : c’est ce qu’on appelle le temps de séjour. Ce temps est important, en effet si la durée de contact est courte, il y’aurait mauvais épuisement, c’est-à-
  • 29. 29 dire que les pulpes à la sortie de la diffusion contiendront beaucoup de sucre, donc nous aurons beaucoup de pertes. D’un autre coté, il ne s’agit pas de laisser indéfiniment les cossettes en contact avec l’eau car il y a une question de rentabilité et de production. Nous admettons en général des pertes en sucre dans les pulpes de l’ordre de 0,23 % (cossette) maximum et un temps de séjour des cossettes d’environ 1 heure 40 min. Expérience : De la même méthode précédente, on suit la variation du temps de la diffusion et on garde les autres paramètres constants : θ = 90,5 L = 12 m n = 120/93 = 1.29 A = 6,6 10-5 Dans ce cas on suit la variation de la vitesse de diffuseur, puis on déduit le temps de la diffusion, alors on a le tableau suivant : Vr (tr/min) 22 23 24 25 26 27 Z (min) 84.5 4 80.8 7 77.5 74.4 71.5 3 68.8 8 Pd 0.17 0.20 0.22 0.25 0.28 0.31 La courbe : la variation des pertes en fonction du temps de la diffusion 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 65 70 75 80 85 90 temps de la diffusion (min) pertesendiffusion Interprétation : On observe qu’une augmentation du temps de la diffusion se traduit par la diminution des pertes au cours de la diffusion, d’autre part un temps de séjour très élevé affecte la qualité du jus extrait. On remarque aussi que l’optimum du temps de séjour se situe entre 60 et 90 min.
  • 30. 30 E- Le facteur K : La détermination de ce facteur nous permet de juger la performance d’un diffuseur dans des conditions données. Il varie selon l’homogénéité et température tout au long du diffuseur et également avec la qualité du découpage. Les déterminations de SILLINE donnent un K variant autour de 6,09 10-5 cm2 /min. Il existe également d’autres facteurs à prendre en considérations dans la conduite de la diffusion et qui n’apparaissent pas dans l’équation de SILLINE. F- Le pH : Le pH optimum est de 6,0 une légère acidification permet d’augmenter la quantité du sucre extraite, en effet, elle contribue à une difficulté de drainage du jus dans le diffuseur par solubilisation des pectines. Le jus de betterave à un PH de 6.3 et l’eau utilisée en diffusion est une eau condensée d’où la nécessité de pratiquer une acidification en ajoutant H2SO4. En cas d’accidents, un pH acide entraîne une perte par inversion de saccharose et une corrosion du matériel ; un pH alcalin favorise l’infection microbienne et la tendance au colmatage. On peut également estimer la quantité de sucre hydrolysée par la formule d’ANDERSON : Log S = 18,68 – pH + log (t) – 5580 / T Avec : S : % du sucre hydrolysée. t : temps de séjour T : température en °K. G- L’infection microbienne : L’infection microbienne peut être à l’origine des pertes relativement importante souvent mises sur le compte des pertes indéterminées. Les micro-organismes susceptibles de se développer sont selon les zones du diffuseur micro-organismes mésophiles ou thermophiles. Les mésophiles : ils sont des micro-organismes qui se développent dans l’arrière du diffuseur à une température optimale située entre 50 et 55 °C. Ce type d’infection est du à des levures des moisissures et des bactéries qui rentrent dans le diffuseur avec les cossettes provenant à des betteraves mal lavées. Parmi les types de ces mésophiles on cite : Bactéries lactobacillus : qui comprends un grand nombre d’espèce. Il produit, par dégradation du saccharose, du CO2, de l’alcool et des acides (acide lactique, acide acétique). Le genre bacillus sublitis : qui produit des acides et transforme les nitrites en nitrates. Les thermophiles : ce sont des micro-organismes qui peuvent se développer dans toute la diffusion, car ils résistent à des températures relativement élevées. Parmi les types de ces thermophiles on cite : Clostridium thermosaccharolytiem : Ils produisent des acides et des gaz. Aérobies : Production des gaz, H2, H2S, et autres produits inflammables. Anaérobiose :
  • 31. 31 Transformation du SO2 pour donner un produit qui donne avec le potassium un sel insoluble qui co-cristallise avec le sucre qui diminue sa qualité en augmentant sa coloration et sa teneur en cendres. H- Qualité d’eau d’alimentation (Eau d’appoint) : La qualité de cette eau a une incidence directe sur la stabilité du pH le long du diffuseur. Les eaux condensées habituellement utilisés sont dépourvues de pouvoir tampon par addition de sels ou en la mélangeant avec une eau de forage pour améliorer la stabilité du pH. Mais ces sels ajoutés sont des éléments non éliminables par l’épuration, ce qui va répercuter sur le sucre mélasse Par conséquent il faut optimiser en comparant les pertes causées par les fluctuations du pH et celles dues à l’effet mélassigène des éléments introduits. I- Eaux de presses : Les pulpes humides sortant du diffuseur envoyé vers les presses à pulpes, les eaux de presses sont réintroduites dans le diffuseur pour récupérer ainsi une certaine quantité de sucre. En effet 100 gr de cossettes donnent approximativement 80 kg de pulpes humides qu’on suppose à 7 % de matière sèche et 1,2 % de polarisation : Calculons les pertes en sucre exprimé en % bett : P (ph) = (80 * 1,2) / 100 = 0,96 % bett Signalons que les eaux de presse sont sensibles à l’infection microbienne, ce qui nécessite un tamisage et un réchauffage à une température suffisante de ces eaux avant leur introduction dans le diffuseur. IV- Bilan de matière : A- Schéma :
  • 32. 32 B- Bilan de matière : i- but : Dans cette partie on va établit un bilan de matière de la diffusion pour connaître toutes les diverses quantités de produits qui composent l’entrée et la sortie du diffuseur. ii- Calcul : Pour donner une signification aux résultats obtenus on va considérer un tonnage de 100 Kg de cossettes On a les données expérimentales suivantes : Richesse cossettes = 17 Pol pulpes humides = 0,8 pol pulpes pressés = 0,8 MS pulpes humides = 7,5 MSpulpes pressés = 22 Pol jus vert = 1 Bx = 15,9 L’équation fondamentale intervenant dans l’établissement d’un bilan matière est celle qui exprime la conservation. Elle s’énonce ainsi : CE QUI ENTRE EGALE CE QUI SORT Calcul de la quantité des pulpes humides Qph : On utilise le principe de la conservation de la matière sèche insoluble (Marc) : Qcf . Mcf / 100 = Qph. Mph / 100 Qcf : Tonnage cossettes. Mcf : Marc de la betterave. Mph : Marc de la pulpe humide.
  • 33. 33 On a la formule IRIS pour calculer le Marc : Mcf = 0,117* pol cf + 2,555 = 0,117. 17 + 2,555 = 4,56 Le Marc des cossettes fraîches : Mcf = 4,56 Alors Mph = MS ph – 0,895. pol ph – 0,29 = 7,5 – 0,895. 0,8 -0,29 = 6,49 Donc on a : Qph = Qcf. Mcf / M ph = 100. 4,56 / 6,49 = 70,26 Qph = 70,26 T % T BETT Calcul de la quantité des pulpes pressées Qpp : 100. Mcf = Qpp. Mpp Mpp : Marc des pulpes pressées par analyse LABO. (Voir annexe) Mpp = MS – 0,895 * pol pp – 0,29 = 22 – 0,895 * 0,8 – 0,29 = 20,99 Mpp = 20,99 Donc on a : Qpp = 100 * 4,56 / 20,99 = 21,72 Qpp = 21,72 T % T BETT Calcul de la quantité des eaux de presses Qe : Qe = Qph – Qpp = 70,26 – 21,72 = 48,54 Qe = 48,54 T%T bett Calcul de la quantité du jus vert (soutiré) Qjv : Pour calculer la quantité de jus vert, on applique le principe de la conservation du sucre, en supposant qu’il n’y a pas de pertes. Qcf. pol cf = Qjv. pol jv + Qpp. pol pp Avec : Pol cf : Polarisation cossette. Pol jv : Polarisation du jus. Qjv : Quantité de pulpes pressées. Pol pp : Polarisation pulpes pressées. D’où : Qjv = Qcf. pol cf – Qpp. pol pp / pol jv = 100 * 17 – 21,72 * 0,8 / 14 = 120,19 Qjv = 120,149 T % T BETT
  • 34. 34 Calcul de la quantité d’eau fraîche ou d’eau d’appoint Qef : Quantité entrée de diffuseur = Quantité sortie de diffuseur On a : 100 + Qef = Qjv + Qpp Qef = ( Qjv + Qpp) – 100 = ( 120,19 + 21,72) – 100 = 41,91 Qef = 41,91 T % T BETT Formule utilisée pour le calcul de soutirage : Dans la pratique, on utilise la formule suivante : Soutirage = (pol cf – 1,3 pd / pol jv ) * 100 (a) Pd : sucre perdu dans les pulpes pressées % betteraves. Pd = pol pp. Qpp / 100 = 0,8 * 21,72 / 100 pd = 0,17 Donc on a : Soutirage = [17 – (1,3*0,17)/14] * 100 = 119,85 Soutirage = 119,85 T % T bett Le chiffre 1,3 dans la formule (a) découle de l’estimation suivante, on estime que les pertes indéterminées totales dans l’usine égalent aux pd et on affecte 1/3 en diffusion, 1/3 en épuration et 1/3 en évaporation cristallisation. D’où les Pi en diffusion : Pi = 1/3 Pd Et Pi + Pd = 1/3 Pd + Pd = 4/3 Pd ≈ 1,3 Pd  La polarisation du jus est déminée par analyse (voir annexe : mode opératoire).  La polarisation des pulpes pressées est déminée par analyse (voir annexe : mode opératoire).  La matière sèche est déminée par analyse (voir annexe : mode opératoire).  Le Marc des cossettes est déterminé par analyse (voir annexe : mode opératoire). C- Bilan de sucre : Sans faire ce bilan sucre il faut connaître les différentes quantités mises en jeu ainsi que les pourcentages en sucre respectifs. L’équation fondamentale pour l’établissement de ce bilan est la même que celle utilisée pour le bilan matière, c’est-à-dire : ce qui entre égale ce qui sort. Dans ce bilan on distingue deux cas : 1er cas : Avec recyclage des eaux de presses. 2ème cas : Sans recyclage des eaux de presses (Ex : Panne aux niveau des presses à pulpes). Bilan de sucre avec recyclage des eaux de presses : On a :
  • 35. 35 Entrée : = Sortie : Sucre dans cossettes fraîches = Sucre dans le jus soutiré + Sucre dans les pulpes pressées Scosf = Sjs + Spp Données : Masse des cossettes fraîches Mcosf = 100 kg. Sucre des cossettes fraîches Scosf = 17 % (17 pour 100 kg des cossettes fraîches) Sucre dans le jus soutiré Sjs = 14,55 % (14,55 pour 100 l jus) Densité de jus soutiré Djs = 1,06. Sucre dans les pulpes pressées Spp = 0,44 %. On a la quantité des pulpes épuisées Mcosep : 29,4 kg. Inconnues : La quantité en masse ou en volume (étant donné la densité) du jus soutiré : Mjs qui nous permet de déterminer le Stjs connaissant le pourcentage. Stjs = Sucre total dans le jus soutiré. Dans l’équation de conservation : Entrée = Sortie Scosf = Stjs + Stpp Stpp : (Sucre total dans les pulpes presses) Alors on : Stjs = Scosf – Stpp Et on a : Stpp = Mcosep * 0,44 / 100 = 0,13 Kg Donc Stpp = 0,13 Kg D’où : Stjs = Scosf – Stpp = 17 – 0,13 = 16,87 Kg Stjs = 16,87 Kg On a : 16,87 correspondent à x litres de jus. 14,55 correspondent à 100 litres de jus. D’où : X = 16,87 * 100 / 14,55 = 116 litres de jus x c’est ce qu’on appelle le soutirage : x = 116 l Et comme on a la densité du jus soutiré, on va calculer le soutirage poids : d = 1,06 Alors x = 116 * 1,06 = 123 Kg.
  • 36. 36 Conclusion : Le stage que j’ai effectué au sein de la société COSUMAR, sucrerie de Sidi Bennour, m’a permis d’acquérir une expérience importante. Ce stage était une occasion d’affronter la réalité de la vie professionnelle et ses problèmes. Le sujet que j’ai traité, était très bénéfique car il m’a permis de suivre de près l’opération de l’extraction du sucre, qui est une étape très importante dans le procédés sucrier, de suivre les paramètres qui l’influence et d’essayer de chercher comment la conduire dans des conditions optimales.
  • 37. 37 Bibliographie : CONTROLE DE LA FABRICATION : Groupement Technique de Sucrerie (SERG GTS) France 1980. TECHNIQUE DE L’INDUSTRIE SUCRIERE : Centre d’Etude et de Documentation du Sucre CEDUS Les éditions conseils, Ed 99. SERVICE DE FORMATION. ENCYCLOPEDIE : UNIVERSALIS 8.
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