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La cristallisation est une étape essentielle du procédé de fabrication du sucre. Le saccharose cristallise de manière contrôlée à partir d’une solution sucrée sursaturée. De la nucléation contrôlée à la croissance homogène des cristaux jusqu’à l’obtention des cristaux de sucre souhaités, de nombreux paramètres de procédé interagissent.
La sursaturation est la force motrice de la formation et de la croissance des cristaux. Elle ne peut pas être déterminée à partir d’une seule valeur mesurée. La teneur en matière sèche ou le Brix, la température et la pureté de la solution sucrée influencent les conditions dans lesquelles les cristaux se forment et croissent. D’autres facteurs interviennent également, notamment la viscosité et la circulation de la masse cuite ainsi que les transferts de chaleur et de matière.
L’objectif est d’obtenir un sucre cristallisé présentant la qualité souhaitée. Outre la taille des cristaux et une distribution granulométrique aussi étroite que possible, d’autres caractéristiques telles que la pureté, l’indice de coloration et la teneur en fines peuvent également jouer un rôle selon la qualité de sucre requise.
KEBO accompagne les sucreries et les raffineries avec des auxiliaires de procédé pour deux phases essentielles de la cristallisation : la nucléation contrôlée et la croissance cristalline qui suit.
La taille des cristaux et leur distribution granulométrique ne sont pas déterminées par un seul paramètre de procédé. L’interaction entre la nucléation, la croissance cristalline et la conduite du procédé est déterminante.
La cristallisation du sucre nécessite une solution sursaturée. La sursaturation est la force motrice de la formation et de la croissance des cristaux. Elle doit toutefois être contrôlée : si elle est trop faible, les plus petits cristaux d’ensemencement introduits peuvent notamment se redissoudre. Si elle est trop élevée, le risque de nucléation spontanée augmente ; dans les conditions réelles du procédé, la nucléation secondaire peut également être favorisée.
Pour un ensemencement ciblé, le procédé est donc conduit dans une plage de sursaturation permettant aux cristaux d’ensemencement introduits de croître sans favoriser simultanément la formation indésirable de nouveaux cristaux.
Après la nucléation, les cristaux présents doivent continuer à croître aussi uniformément que possible. Cela nécessite des conditions de procédé stables ainsi que des transferts de chaleur et de matière suffisants au sein de la masse cuite. Lorsque la teneur en cristaux et en matière sèche augmente, la viscosité de la masse cuite augmente également. La pureté ainsi que les non sucres présents influencent eux aussi la viscosité, la solubilité et la croissance cristalline.
Le saccharose cristallise dans le système cristallin monoclinique. Dans des conditions de croissance appropriées, des cristaux bien formés, présentant des faces et des arêtes clairement définies, peuvent se développer. L’habitus cristallin externe peut varier selon les conditions de croissance et la composition de la liqueur mère.
Pour la cristallisation industrielle, la forme d’un cristal individuel n’est toutefois pas le seul élément déterminant. C’est la population cristalline dans son ensemble qui importe. Son évolution est influencée par la population initiale de cristaux d’ensemencement et par la conduite ultérieure du procédé.
KEBO intervient sur deux phases distinctes du procédé de cristallisation : l’apport contrôlé de cristaux d’ensemencement et les conditions nécessaires à la croissance cristalline qui suit.
Pour une nucléation contrôlée et reproductible
KEBO SLURRY est une suspension d’ensemencement prête à l’emploi contenant des particules de saccharose finement dispersées dans un liquide de dispersion.
Des caractéristiques particulaires définies, une faible tendance à l’agglomération et une faible vitesse de sédimentation créent des conditions favorables à un ajout contrôlé et reproductible des cristaux d’ensemencement.
La suspension SLURRY prête à l’emploi facilite la manipulation et permet un dosage régulier. Elle évite parallèlement la préparation en interne d’une suspension d’ensemencement conventionnelle, par exemple à base d’IPA.
Pour une meilleure circulation et une croissance cristalline homogène
Lorsque la teneur en cristaux et en matière sèche augmente, la viscosité de la masse cuite augmente également. La circulation ainsi que les transferts de chaleur et de matière peuvent alors être de plus en plus difficiles.
KEBOSOL RA améliore le comportement d’écoulement de la masse cuite et favorise ainsi la circulation. Cela crée des conditions plus favorables aux transferts de chaleur et de matière ainsi qu’à la poursuite de la croissance cristalline.
Dans l’industrie sucrière, les valeurs MA et CV font notamment partie des paramètres utilisés pour caractériser une population cristalline.
Ces deux paramètres décrivent des propriétés différentes de la population particulaire et doivent être considérés conjointement.
La valeur MA (Mean Aperture) décrit la taille moyenne caractéristique d’une population cristalline. La valeur CV (Coefficient of Variation) décrit la dispersion relative de la taille des cristaux autour de cette valeur moyenne. Un CV faible correspond donc à une distribution granulométrique plus étroite.
MA et CV décrivent la taille et la distribution granulométrique des particules de saccharose présentes dans la suspension d’ensemencement. Ils fournissent ainsi des informations sur la population initiale introduite dans le procédé de cristallisation lors de l’ensemencement.
Cette population initiale n’est toutefois que l’un des facteurs influençant la distribution granulométrique ultérieure des cristaux. Au cours de la cristallisation, l’évolution de la population cristalline est notamment influencée par la sursaturation, la température, la pureté, la circulation, une éventuelle redissolution des cristaux d’ensemencement et une nucléation supplémentaire indésirable.
Les propriétés de la suspension d’ensemencement définissent la population initiale. L’évolution ultérieure de la population cristalline est largement influencée par la conduite du procédé.
La proportion de très petites particules de saccharose dans la suspension d’ensemencement est également importante. Dans des conditions défavorables lors de l’ajout, les plus petits cristaux d’ensemencement peuvent notamment se redissoudre et ne sont alors plus disponibles pour la poursuite de la croissance cristalline.
Une teneur en fines faible et reproductible contribue donc à obtenir une population initiale aussi bien définie que possible pour le procédé de cristallisation.
La qualité d’une suspension d’ensemencement ne peut pas être évaluée sur la base d’un seul paramètre. Pour son utilisation pratique, plusieurs propriétés doivent être considérées conjointement :
Taille des particules et distribution granulométrique définies
Une population initiale reproductible favorise une nucléation contrôlée.
Faible agglomération
Des particules individuelles bien dispersées permettent une répartition plus homogène des cristaux d’ensemencement.
Faible vitesse de sédimentation
Une suspension qui sédimente lentement reste homogène plus longtemps et facilite un dosage reproductible.
Viscosité adaptée
La viscosité influence à la fois la stabilité de la suspension, sa manipulation et son aptitude au dosage.
Qualité constante
Des propriétés constantes d’un lot à l’autre créent des conditions fiables pour un procédé reproductible.
Afin d’évaluer de manière différenciée les propriétés d’une suspension d’ensemencement pertinentes pour la cristallisation, KEBO utilise différentes méthodes analytiques pour le contrôle qualité de KEBO SLURRY.
Analyse dynamique d’images
L’analyse dynamique d’images permet de détecter optiquement les particules individuelles et d’évaluer leur taille et leur forme. Elle permet notamment d’évaluer les distributions granulométriques et d’identifier les agglomérats. Cette analyse permet ainsi une caractérisation différenciée des particules de saccharose et contribue à une évaluation reproductible de la suspension SLURRY.
Analyse polarimétrique
En complément, la teneur en saccharose est déterminée par analyse polarimétrique . La polarimétrie exploite l’activité optique du saccharose et constitue une méthode analytique établie dans l’industrie sucrière.
La mesure repose sur des méthodes normalisées à l’échelle internationale de l’ICUMSA (International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis ). L’ICUMSA élabore et publie des méthodes reconnues à l’échelle internationale pour l’analyse du sucre et des produits contenant du sucre.
La teneur en saccharose déterminée par polarimétrie est exprimée en °Z sur l’échelle internationale du sucre (International Sugar Scale
Plusieurs paramètres, un seul objectif
La taille des particules et leur distribution granulométrique ne suffisent pas à décrire complètement la qualité d’une suspension d’ensemencement. Seule la combinaison de différentes analyses permet d’évaluer de manière ciblée les différentes propriétés de KEBO SLURRY pertinentes pour la qualité.
Le contrôle qualité analytique nous aide à garantir une qualité de produit constante et reproductible et à créer ainsi des conditions fiables pour son utilisation dans le procédé de cristallisation.
Même une suspension d’ensemencement de haute qualité ne peut remplir sa fonction que dans des conditions de procédé appropriées. Pour une nucléation reproductible, le bon moment et des conditions de procédé adaptées lors de l’ajout de la suspension d’ensemencement sont déterminants.
Contrôler la sursaturation
Au moment de l’ajout, la solution doit se trouver dans une plage de sursaturation appropriée afin que les cristaux d’ensemencement introduits ne se redissolvent pas et qu’aucun cristal supplémentaire indésirable ne se forme.
Ajouter le SLURRY de manière contrôlée et homogène
Un ajout contrôlé favorise une répartition homogène des cristaux d’ensemencement. Tout entraînement d’air indésirable doit être évité, car il peut nuire au dosage et à l’homogénéité.
Tenir compte de la matière sèche, de la température et de la pureté
La sursaturation ne peut pas être évaluée à partir d’une seule valeur de procédé. La teneur en matière sèche ou le Brix, la température et la pureté influencent la solubilité du saccharose et, par conséquent, les conditions de nucléation et de croissance cristalline.
Qu’est ce qu’une suspension d’ensemencement dans la cristallisation du sucre ?
Une suspension d’ensemencement contient des particules de saccharose finement dispersées dans un liquide de dispersion. Elle est ajoutée à une solution sucrée sursaturée afin de fournir une population initiale définie de cristaux d’ensemencement pour la croissance cristalline ultérieure.
Quelle est l’importance du CV d’une suspension d’ensemencement ?
Le CV décrit la dispersion relative de la taille des particules autour de leur valeur moyenne. Un CV plus faible correspond à une distribution granulométrique plus étroite. Le CV caractérise ainsi l’une des propriétés de la population particulaire d’une suspension d’ensemencement. Il ne doit toutefois pas être considéré isolément lors de son évaluation. D’autres propriétés sont également importantes, notamment la taille moyenne des particules, la teneur en fines, le comportement à l’agglomération, la vitesse de sédimentation, l’homogénéité et la viscosité.
Le CV du SLURRY détermine t il le CV du sucre fini ?
Non, pas à lui seul. La distribution granulométrique de la suspension d’ensemencement décrit une partie de la population initiale introduite dans le procédé de cristallisation. L’évolution ultérieure de la distribution granulométrique des cristaux dépend largement de la conduite du procédé. Parmi les facteurs concernés figurent notamment la sursaturation, la température, la pureté, la circulation, une éventuelle redissolution des cristaux d’ensemencement et une nucléation supplémentaire indésirable.
Pourquoi la stabilité à la sédimentation d’une suspension d’ensemencement est elle importante ?
Une faible vitesse de sédimentation contribue à maintenir la suspension homogène plus longtemps. Cela facilite la manipulation et le dosage et favorise des conditions reproductibles lors de l’ajout.
Quel est le rôle de KEBOSOL RA dans la cristallisation ?
KEBOSOL RA améliore le comportement d’écoulement de la masse cuite et favorise ainsi la circulation. Cela peut créer des conditions plus favorables aux transferts de chaleur et de matière ainsi qu’à la poursuite de la croissance cristalline. KEBOSOL RA peut également contribuer à réduire les effets d’agglomération pendant la cristallisation.
La cristallisation ne peut pas être considérée indépendamment des conditions de procédé spécifiques.
La matière première, la pureté, l’étape de cristallisation, la configuration de l’installation et la conduite du procédé influencent les mesures les plus appropriées.
Nos chimistes et nos ingénieurs d’application vous accompagnent dans le choix et l’utilisation des auxiliaires de procédé adaptés ainsi que dans l’évaluation de vos conditions de cristallisation spécifiques.
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