Domaine de l’invention

La présente invention concerne un procédé de traitement de sucre, comprenant des étapes de décoloration d’un jus sucré sur une résine échangeuse d’ions. Le procédé comprend également des étapes de régénération de la résine ainsi que des étapes de recyclage de l’effluent utilisé pour la régénération de la résine.

Arrière-plan technique

L’industrie sucrière produit du jus sucré, ou liqueur sucrée, qui comporte des impuretés et notamment des colorants. Le jus sucré doit ainsi subir une purification, et notamment une décoloration.

Une méthode de décoloration classique consiste à faire passer le jus sucré sur un système d’échange d’ions garni d’une résine échangeuse d’ions en particulier de type résine anionique forte, notamment sous forme chlorure. Les mécanismes de fixation des colorants sur les résines échangeuses d’ions sont multiples et mettent en œuvre l’échange d’ions entre certains colorants ayant un caractère d’acide organique et les ions de la résine, ainsi que l’adsorption de colorants hydrophobes sur la matrice de la résine. Après saturation de la résine en colorants, sa régénération peut être effectuée en percolant un volume d’une solution de sel, appelée « saumure de régénération » à relativement haute concentration et à un pH de 9 à 13. Pendant la régénération, seule une fraction minime des ions chlorures contenus dans la saumure de régénération est effectivement échangée avec la résine, c’est-à-dire environ 5 %. Ainsi, à la fin de la régénération, on récupère des effluents de régénération comprenant environ 95 % des ions chlorures ainsi que des colorants. Ces effluents sont plus dilués que la saumure de régénération initiale.

Or l'efficacité de la régénération dépend de la concentration en ions chlorures dans la saumure de régénération qui est de préférence autour de 100 g/L. Les effluents de régénération chargés en sel, et éventuellement en colorants, sont très polluants étant donné qu’ils sont très difficiles à dégrader en l'état. Les colorants sont toutefois dégradables par un traitement biologique à condition d'avoir été séparés du sel. De plus, les colorants peuvent également être incorporés dans les mélasses formées au cours de la production de sucre, à condition encore d'avoir été séparés du sel.

La séparation des colorants et des ions chlorures peut être effectuée par une nanofiltration, grâce à la différence de taille entre le sel et les macromolécules que sont les colorants.

Il est connu de l’introduction du document FR 3005428 de sélectionner la fraction de l'effluent de régénération la plus concentrée, ayant un titre en sel de l'ordre de 80 g/L, ce qui représente environ 80% à 90 % du sel contenu dans l’effluent. Cette fraction est traitée par nanofiltration. Grâce à cette nanofiltration, les colorants sont concentrés 10 à 15 fois dans le rétentat de nanofiltration issu de cette fraction la plus concentrée en sel. La majorité du sel passe en effet à travers la membrane de nanofiltration, et se retrouve ainsi dans le perméat de nanofiltration qui servira de base pour la régénération suivante de la résine échangeuse d'ions.

La concentration en ions chlorures du perméat de nanofiltration est ensuite remontée de 80 à 100 g/L par addition de saumure fraiche concentrée (par exemple de 250 à 300 g/L), et peut de nouveau être utilisé en tant que saumure de régénération.

Ce procédé permet de recycler environ 80 % du sel. La fraction du rétentat de nanofiltration riche en colorants est mélangée avec les fractions diluées de l'effluent de régénération pour être traitée en station d'épuration. Ce procédé a cependant pour inconvénient qu'une fraction importante de l'effluent de régénération comprenant une faible concentration en ions chlorures est perdue.

Par ailleurs, il existe des normes de plus en plus contraignantes concernant les rejets dans les effluents et donc une demande pour limiter au maximum le volume des effluents à traiter.

Il est également connu, notamment de la brochure de Novasep intitulée « High-Quality Cane Sugar, Cost-Effective Process Solutions for Mills and Refineries » de collecter une plus grande partie des fractions de l'effluent de régénération pour séparer les colorants du sel par nanofiltration.

Dans ce cas, une fraction plus grande de l’effluent de régénération est envoyée sur une tour atmosphérique avant de subir une nanofiltration. Une préconcentration est ainsi effectuée avant la nanofiltration. Cette technique permet un taux de récupération de sel de l’ordre de 92 %.

Alternativement, selon une autre technique décrite dans la même brochure, une fraction de l'effluent de régénération est traitée par nanofiltration et le perméat de la nanofiltration est ensuite mélangé avec d’autres fractions de l'effluent de régénération. Ce mélange est soumis à une évaporation de sorte à diminuer et ajuster la quantité d’eau. Cette technique permet un taux de récupération de sel de l’ordre de 95 %.

Le document FR 3 005 428 décrit un procédé de recyclage d’un effluent de régénération comprenant des ions chlorures, le procédé comprenant au moins une étape d’électrodialyse.

Ce document mentionne un certain nombre d’inconvénients liés aux techniques de concentration. Le document mentionne que ces techniques sont coûteuses en énergie car elles supposent une forte consommation de vapeur pour évaporer une grande quantité d'eau.

Il existe donc un besoin de fournir un procédé amélioré de traitement de sucre permettant une récupération plus efficace des ions chlorures d’une part, et des colorants d’autre part, à partir d’un effluent de régénération, les ions chlorures étant réutilisés pour la régénération, et les colorants pouvant être traités ou le cas échéant incorporés à la mélasse, de sorte à limiter la quantité des composants polluants, la consommation d’eau ainsi que le coût des différentes étapes du procédé.

Résumé de l’invention

L’invention concerne un procédé de traitement de sucre comprenant :

- la mise en contact d’un jus sucré coloré avec une résine échangeuse d’ions, de sorte à charger la résine en colorants et à collecter un jus sucré décoloré ;

- la régénération de la résine chargée en colorants, comprenant :

- la mise en contact de la résine chargée avec une saumure de régénération comprenant un sel de chlorure ; et

- la collecte d’un effluent de régénération, l’effluent de régénération comprenant au moins trois fractions A, B et C, la fraction A étant plus concentrée en sel de chlorure que les fractions B et C ; et

- le recyclage de l’effluent de régénération comprenant :

- la nanofiltration de la fraction A de l’effluent de régénération pour obtenir un premier perméat et un premier rétentat ; - la diafiltration du premier rétentat, cette diafiltration comprenant :

- la dilution du premier rétentat avec la fraction B de l’effluent de régénération ;

- la nanofiltration du mélange pour obtenir un deuxième perméat et un deuxième rétentat ;

- le mélange du premier perméat avec le deuxième perméat et la fraction C de l’effluent de régénération, et l’évaporation de ce mélange pour obtenir une fraction finale ; et

- l’utilisation de la fraction finale pour fournir de la saumure de régénération.

Selon certains modes de réalisation, le sel de chlorure est choisi parmi le chlorure de sodium, le chlorure de potassium, et leur mélange.

Selon certains modes de réalisation, le procédé comprend en outre au moins une étape de cristallisation du jus sucré décoloré, lors de laquelle des buées sont formées, qui sont ensuite utilisées pour effectuer l’étape d’évaporation du mélange du premier perméat avec le deuxième perméat et la fraction C.

Selon certains modes de réalisation, le procédé comprend des étapes de cristallisation séquentielles et le deuxième rétentat est au moins en partie utilisé dans au moins une de ces autres étapes de cristallisations séquentielles.

Selon certains modes de réalisation, la fraction A a une concentration en sel de chlorure supérieure ou égale à 40 g/L, de préférence supérieure ou égale à 60 g/L, de préférence supérieure ou égale à 70 g/L, et de préférence encore supérieure ou égale à 80 g/L.

Selon certains modes de réalisation, la fraction B a une concentration en sel de chlorure inférieure ou égale à 40 g/L, et de préférence inférieure ou égale à 30 g/L.

Selon certains modes de réalisation, la fraction C a une concentration en sel de chlorure inférieure ou égale à 30 g/L, et de préférence inférieure ou égale à 15 g/L.

Selon certains modes de réalisation, le procédé comprend en outre une première étape de lavage de la résine et une deuxième étape de lavage de la résine, les deux étapes de lavage étant effectuées avant l’étape de régénération de la résine chargée.

Selon certains modes de réalisation, lors de l’étape d’évaporation, des condensais sont formés, ces condensais étant utilisés pour effectuer la première étape de lavage et/ou une étape de rinçage final après régénération de la résine chargée.

Selon certains modes de réalisation, la régénération de la résine chargée comprend également une première étape d’élution et une deuxième étape d’élution, les deux étapes d’élution étant effectuées après la mise en contact de la résine chargée avec la saumure de régénération.

Selon certains modes de réalisation, l’effluent de régénération comprend en outre des fractions D, E et F, étant moins concentrées en sel de chlorure que la fraction A.

Selon certains modes de réalisation, la fraction D a une concentration en sel de chlorure inférieure ou égale à 5 g/L, et/ou la fraction E a une concentration en sel de chlorure inférieure ou égale à 15 g/L, et/ou la fraction F a une concentration en sel de chlorure inférieure ou égale à 5 g/L.

Selon certains modes de réalisation, les fractions de l’effluent de régénération sont collectées dans l’ordre suivant : D, E, B, A, C, F ; et, de préférence, la fraction D est utilisée pour effectuer la deuxième étape de lavage, et/ou de préférence la fraction D est utilisée pour effectuer la deuxième étape d’élution, et/ou de préférence la fraction E est utilisée pour effectuer la première étape d’élution, et/ou de préférence la fraction F est utilisée pour effectuer la première étape d’élution.

Selon certains modes de réalisation, au moins 95%, de préférence au moins 97%, et encore de préférence au moins 98% du sel de chlorure présent dans l’effluent de régénération est présent dans la fraction finale.

Selon certains modes de réalisation, le ratio du volume de la fraction A et du volume du premier rétentat est de 10 à 20, et de préférence de 12 à 16.

Selon certains modes de réalisation, le ratio du volume de la fraction B et du volume du premier rétentat est de 1 à 10, et de préférence de 3 à 5.

Selon certains modes de réalisation, l’étape d’évaporation est effectuée dans un évaporateur basse pression, de préférence au moyen de buées à une pression de 0,1 à 1 bar absolu.

Selon certains modes de réalisation, le procédé comprend des étapes de cristallisation séquentielles à l’issue desquelles des mélasses sont formées, et le deuxième rétentat est au moins en partie incorporé à ces mélasses.

La présente invention répond au besoin exprimé ci-dessus. Elle fournit plus particulièrement un procédé amélioré de traitement de sucre permettant une récupération plus efficace des ions chlorures d’une part, et des colorants d’autre part, à partir d’un effluent de régénération, les ions chlorures étant réutilisés pour la régénération, et les colorants pouvant être traités ou le cas échéant incorporés à la mélasse, de sorte à limiter la quantité des composants polluants, le gaspillage d’eau ainsi que le coût des différentes étapes du procédé.

Cela est accompli grâce à un procédé de traitement de sucre comprenant des étapes de recyclage de l’effluent de régénération, les étapes de recyclage comprenant une étape de nanofiltration, une étape de diafiltration ainsi qu’une étape d’évaporation. Plus précisément, l’effluent de régénération est obtenu après la régénération de la résine échangeuse d’ions en plusieurs fractions (au moins trois fractions A, B, C). Une de ces fractions (fraction A) subit donc une nanofiltration pour obtenir un premier perméat et un premier rétentat. Cette fraction (fraction A) est la plus concentrée en sel de chlorure avec une concentration par exemple de l’ordre de 80 g/L en sel de chlorure. Le premier perméat est ensuite mélangé avec une autre fraction de l’effluent de régénération (fraction C) ayant une concentration en sel de chlorure inférieure à celle de la fraction A. Ce mélange est ensuite évaporé de sorte à fournir une fraction concentrée en sel de chlorure (dite fraction finale). D’ailleurs, afin de pallier le problème de consommation de vapeurs mentionné ci-dessus, la présente invention permet avantageusement d’utiliser les buées formées pendant la production du sucre et plus particulièrement pendant une étape de cristallisation, pour l’évaporation des saumures. Le coût en énergie peut donc être évité.

Le premier rétentat est quant à lui dilué avec une autre fraction de l’effluent de régénération (fraction B) de sorte à subir une nanofiltration qui permet d’obtenir un deuxième perméat et un deuxième rétentat. Le deuxième perméat est combiné avec le premier perméat et la fraction C, avant l’évaporation mentionnée ci-dessus, qui fournit la fraction finale afin d’être utilisée pour fournir de la saumure de régénération. Grâce à ce procédé, plus de 95% et de préférence plus de 98% de sel peut être récupéré et recyclé, ce qui permet de diminuer la quantité de saumure fraîche ajoutée. Ainsi, ce procédé permet de maximiser la quantité de sel récupéré d’une part (premier perméat, deuxième perméat) et en même temps de maximiser la quantité en colorants d’autre part (premier rétentat, deuxième rétentat). Ainsi, les deux composants sont bien séparés et peuvent être réutilisés séparément. De plus, d’autres fractions de l’effluent de régénération (D, E, F) faibles en concentration de sel, peuvent être de préférence également utilisées pour les étapes de régénération de la résine. Ainsi, le procédé selon l’invention permet non seulement de limiter la quantité des composants polluants mais aussi de diminuer la consommation d’eau.

De préférence, le procédé selon l’invention ne fait intervenir aucune étape d’électrodialyse.

Selon l’invention :

- La dilution due à la diafiltration est moins pénalisante que si le perméat de nanofiltration était concentré par électrodialyse plutôt que par évaporation, du fait qu’une réduction de conductivité conduit à une moindre productivité de l’électrodialyse.

- La nanofiltration et l’évaporation des saumures sont des technologies bien éprouvées à l’échelle industrielle, à la différence de la combinaison de la nanofiltration et de l’électrodialyse pour l’application proposée, comme décrit dans le document FR 3 005 428.

- La fréquence de remplacement des membranes d’électrodialyse est difficile à estimer en l’absence de référence industrielle à ce jour, à la différence de celle des membranes de nanofiltration, déjà largement répandues dans le domaine. Le diagnostic technique de détermination de l’endommagement des membranes d’électrodialyse, et de la nécessité de les remplacer, est également une source d’incertitude.

- Les effluents de nettoyage des membranes de nanofiltration, osmose inverse ou électrodialyse, que l’on nomme effluents secondaires (les effluents dits primaires représentant les effluents en sortie d’échange d’ions) sont les seuls qui ne sont pas recyclables dans le procédé de décoloration sur résine car ils contiennent des résidus d’additifs chimiques. Le procédé selon l’invention en produit significativement moins que celui du document FR 3 005 428.

- Le procédé selon l’invention est plus simple à opérer que celui du document FR 3 005 428 qui comprend plus d’étapes de traitement et de recyclages. La conduite de l’évaporateur du perméat de nanofiltration à basse pression est particulièrement simple et fiable pour une concentration de l’ordre de 100 g/L, de manière semblable aux unités de dessalement de l’eau de mer utilisées sur les cargos.

- L’électrodialyse utilise une forte puissance électrique sous forme de haut voltage et de courant continu. Une protection adaptée du personnel d'exploitation doit être prévue pour installer ce type d'unité, ce qui peut poser problème dans le contexte des usines de raffineries de sucre. Ce problème est éliminé dans le procédé de l’invention.

Brève description des figures

La figure 1 représente de façon schématique les concentrations en sel (X) et en colorants (Y) de différentes fractions d’un effluent de régénération (en ordonnée, en g/L), en fonction du volume écoulé (en abscisse, en BV pour « volume de lit de résine »).

Description détaillée

L’invention est maintenant décrite plus en détail et de façon non limitative dans la description qui suit.

L’invention concerne un procédé de traitement de sucre, et plus précisément vise à recycler un effluent de régénération utilisé pour la régénération d’une résine échangeuse d’ions après une étape de purification du sucre sur la résine.

Plus particulièrement, cette étape de purification consiste à décolorer un jus sucré coloré. Par « jus sucré coloré », on entend un flux liquide contenant des sucres et des impuretés, et notamment des molécules de colorants. Le jus sucré coloré est avantageusement issu de l’industrie sucrière. Il peut avoir subi une ou plusieurs étapes de prétraitement telles que des étapes de centrifugation, filtration, carbonatation, flottation et/ou clarification.

Par « décoloration », on entend la réduction de la coloration du jus sucré coloré, mesurée en unités ICUMSA. Les méthodes de détermination de la couleur sont issues des méthodes ICUMSA officielles adaptées aux sucres roux : GS1/3-7 (201 1 ) et sucres blancs : GS2/3-10 (201 1 ) - selon l’origine et la nature du jus sucré.

Les colorants présents dans le jus sucré coloré peuvent être choisis parmi les flavonoïdes, les mélanines, les carotènes, les chlorophylles, les xanthophylles, les mélanoïdines, les caramels, les HADP (produits de dégradation alcaline des hexoses), et les combinaisons de ceux-ci.

Avantageusement, le jus sucré coloré auquel est appliqué le procédé de l’invention présente une coloration supérieure ou égale à 100 Ul (unités ICUMSA), de préférence à 300 Ul, de préférence à 400 Ul et de manière particulièrement préférée à 500 Ul.

Avantageusement encore, le jus sucré décoloré issu du procédé de l’invention présente une coloration inférieure ou égale à 1000 Ul, de préférence inférieure ou égale à 400 Ul, de préférence encore inférieure ou égale à 300 Ul, plus particulièrement inférieure ou égale à 200 Ul, et idéalement inférieure ou égale à 150 Ul.

Avantageusement, le taux de décoloration du jus sucré (rapport entre la coloration du jus sucré décoloré et la coloration du jus sucré avant application du procédé de décoloration, les colorations étant mesurées en Ul) est supérieur ou égal à 30 %, ou à 40 %, ou à 50 %, ou à 60 %, ou à 70 %.

La décoloration peut être effectuée dans un système d’échange d’ions soit à réacteur unique, soit dans un système d’échange d’ions à plusieurs réacteurs.

Il peut s’agir d’un système d’échange d’ions à lit statique ou non. Dans un système d’échange d’ions à lit statique, le mélange de composés à purifier percole dans une enceinte ou réacteur, généralement cylindrique. Le réacteur contient un lit de matériau poreux (la phase stationnaire) perméable aux fluides.

Il est possible d’effectuer un tel traitement dans plusieurs réacteurs en série ou en parallèle. Lorsque le produit est traité en simple passe, il percole dans un seul réacteur. En double passe, il percole dans deux réacteurs placés en série. Il peut être cité également un système multicolonne tel que décrit dans le document WO 2007/144522.

Selon l’invention, la décoloration est effectuée en mettant en contact le jus sucré coloré avec une résine échangeuse d’ions comprise dans le réacteur d’échange d’ions. De préférence, il s’agit d’une résine anionique forte, sous forme chlorure. La résine utilisée peut comprendre une matrice acrylique ou styrénique.

La mise en contact du jus sucré coloré avec la résine permet une adsorption des molécules de colorants sur ladite résine. De préférence, les colorants sont adsorbés sur la résine avec un débit de 1 à 4 BV/h (« BV » correspond aux équivalents de volume de lit de résine).

La mise en contact du jus sucré coloré avec la résine peut par exemple être effectuée en percolant le jus sucré coloré dans le réacteur d’échange d’ions.

Alternativement, la mise en contact du jus sucré avec la résine peut être effectuée par mise en suspension de la résine dans le jus sucré, par exemple en mélangeant la résine avec le jus sucré dans une cuve agitée. Dans ce cas, la résine est dans un état non-compact. L’état « compact » est défini comme étant un état dans lequel les particules sont en contact permanent ou quasi- permanent avec les particules voisines. La résine échangeuse d’ions est alors sous la forme de particules ayant une taille Dv50 inférieure ou égale à 200 pm. Après mise en contact, on peut séparer le jus sucré décoloré d’une part et la résine chargée d’autre part. Une description détaillée de ce procédé figure dans le document WO 2018/096272 auquel il est fait expressément référence.

Cette étape peut être effectuée à une température de 40 à 90°C, de préférence de 55 à 85°C, de manière plus particulièrement préférée de 70 à 80°C.

A l’issue de l’étape de mise en contact de la résine avec le jus sucré coloré, on obtient un jus sucré décoloré alors que la résine est désormais chargée en colorants.

A ce stade, le jus sucré décoloré peut comprendre de 30 à 50% d’eau.

Le jus sucré décoloré peut ensuite être évaporé. L’évaporation est de préférence effectuée sous vide. Ainsi, l’étape d’évaporation permet d’obtenir un jus sucré concentré appelé « sirop » comprenant une concentration de solides (sucre) de l’ordre de 65 à 75% ainsi que de 25 à 35% d’eau.

Ensuite, le sirop peut subir une ou plusieurs cristallisations afin de fournir du sucre cristallisé. Ainsi, au moins une cristallisation peut être effectuée pendant laquelle le sirop est évaporé de sorte à être saturé en sucres et de sorte que des cristaux (ou sucre cristallisé) commencent à se former. A la fin de la première cristallisation, les cristaux peuvent être récupérés et ce qui reste du sirop peut subir d’autres cristallisations séquentielles de sorte à fournir des grades différents de sucre cristallisé. A la fin des cristallisations séquentielles, ce qui reste du sirop est appelé « mélasse » et peut être utilisé par l'industrie agroalimentaire, la parfumerie et la pharmacie galénique ainsi qu'en production de biocarburant.

La résine chargée comprend, après l’étape de décoloration, une quantité de jus sucré resté dans le réacteur d’échange d’ions. De préférence, avant de poursuivre avec la régénération de la résine, une ou plusieurs étapes de lavage peuvent être effectuées de sorte à éliminer le jus sucré restant dans la résine chargée.

Ainsi, dans un premier temps, une première étape de lavage (ou premier lavage) peut être effectué avec une première solution de lavage. Le but de ce premier lavage est de retirer du jus sucré décoloré restant dans les espaces interstitiels entre les particules de résine et également dans les particules de résines.

De préférence, cette première solution de lavage est de l’eau. Le premier lavage peut être effectué notamment à une température de 40 à 90 °C, et de préférence de 60 à 80°C. Selon certains modes de réalisation, la première solution de lavage provient en tout ou en partie du procédé de traitement de sucre lui-même, par recyclage.

Ce premier lavage peut être notamment effectué en injectant la première solution de lavage du haut vers le bas dans le ou les réacteurs d’échange d’ions (la production du jus sucré décoloré s’effectuant pour sa part de préférence de bas en haut).

Alternativement, dans le cas où une cuve agitée est utilisée pour la mise en contact du jus sucré coloré avec la résine, ce premier lavage peut être effectué en mettant en suspension la résine chargée dans la première solution de lavage et en effectuant une filtration. Il est aussi possible de faire passer directement la première solution de lavage à travers le lit compact de résine, qui est par exemple retenu sur le ou les filtres.

A la fin de cette étape, une première solution aqueuse sucrée peut être récupérée. Cette solution peut par exemple être utilisée dans les étapes suivantes d’évaporation et de cristallisation, et/ou en tête de procédé de raffinerie de sucre comme l’étape de fonte.

Ensuite, une deuxième étape de lavage (ou deuxième lavage) peut être effectuée avec une deuxième solution de lavage. Ce deuxième lavage peut être effectué en injectant la deuxième solution de lavage du bas vers le haut dans le ou les réacteurs. Le but de ce deuxième lavage est de retirer des impuretés restant en suspension dans le ou les réacteurs.

Alternativement, dans le cas où une cuve agitée est utilisée pour la mise en contact du jus sucré coloré avec la résine, ce deuxième lavage peut être effectué en mettant en suspension la résine chargée dans la deuxième solution de lavage et en effectuant une filtration. Il est aussi possible de faire passer directement la deuxième solution de lavage à travers le lit compact de résine, qui est par exemple retenu sur le ou les filtres.

La deuxième solution de lavage peut être une solution aqueuse, de préférence salée. Elle peut, de préférence, avoir une concentration en sel de chlorure faible. Cette concentration peut être inférieure ou égale à 5 g/L, et de préférence inférieure ou égale à 3 g/L. Par exemple cette concentration peut être de 0,5 à 1 g/L ; ou de 1 à 2 g/L ; ou de 2 à 3 g/L ; ou de 3 à 4 g/L ; ou de 4 à 5 g/L.

Selon certains modes de réalisation, la deuxième solution de lavage provient en tout ou en partie du procédé de traitement de sucre précédent, notamment d’une étape de régénération précédente, par recyclage. Cette deuxième solution peut avoir une température de 40 à 90 °C, et de préférence de 60 à 80°C.

A la fin de cette étape, une deuxième solution aqueuse très diluée en sucre peut être récupérée. Cette solution peut être utilisée dans les étapes suivantes d’évaporation et de cristallisation, et/ou en tête de procédé de raffinerie de sucre comme l’étape de fonte. Elle peut être utilisée séparément ou en mélange avec la première solution aqueuse sucrée.

Comme mentionné ci-dessus, le procédé de traitement de sucre selon l’invention prévoit également des étapes de régénération de la résine chargée en colorants.

Ces étapes permettent d’éliminer en tout ou partie les molécules de colorants adsorbées sur la résine, afin de permettre la réutilisation de celle-ci. Pour cela, la résine est mise en contact avec une ou plusieurs solutions de régénération.

Dans un premier temps, une étape de régénération de la résine chargée est effectuée avec une solution aqueuse de sel de chlorure appelée ici « saumure de régénération ». De préférence, cette solution a une concentration initiale en sel de chlorure de 90 à 1 10 g/L, de préférence d’environ 100 g/L. Le sel de chlorure est de préférence choisi parmi le chlorure de sodium (NaCI), le chlorure de potassium (KCI), ainsi que leur mélange. Encore de préférence le sel de chlorure est du NaCI. Selon des modes de réalisation préférés, cette solution est une solution basique qui peut comprendre, en plus du sel de chlorure, de l’hydroxyde de sodium (NaOH), de préférence à une concentration de 10 g/L. L’addition de NaOH ou d’une autre base permet d’augmenter le pH de la solution et d’améliorer l’élution des colorants. De préférence, la saumure de régénération a un pH de 9 à 13.

Selon certains modes de réalisation, lors de l’étape de régénération on utilise de 150 à 200 g de sel de chlorure par litre de résine, et de préférence de 160 à 190 g de sel de chlorure par litre de résine. Ainsi, lors de l’étape de régénération on peut utiliser de 150 à 155 g de sel de chlorure ; ou de 155 à 160 g de sel de chlorure ; ou de 160 à 165 g de sel de chlorure ; ou de 165 à

170 g de sel de chlorure ; ou de 170 à 175 g de sel de chlorure ; ou de 175 à

180 g de sel de chlorure ; ou de 180 à 185 g de sel de chlorure ; ou de 185 à

190 g de sel de chlorure ; ou de 190 à 195 g de sel de chlorure ; ou de 195 à

200 g de sel de chlorure par litre de résine.

Selon certains modes de réalisation, lors de l’étape de régénération on utilise de 2 à 20 g de NaOH par litre de résine, et de préférence de 5 à 10 g de NaOH par litre de résine. Ainsi, lors de l’étape de régénération on peut utiliser de 10 à 12 g de NaOH ; ou de 12 à 14 g de NaOH ; ou de 14 à 16 g de NaOH ; ou de 16 à 18 g de NaOH ; ou de 18 à 20 g de NaOH par litre de résine.

Selon certains modes de réalisation, la saumure de régénération provient en tout ou en partie du procédé de traitement de sucre, notamment d’une étape de régénération précédente, par recyclage.

La saumure de régénération peut avoir une température de 40 à 80°C, et de préférence de 50 à 60°C.

Une première étape d’élution (première élution) avec une première solution d’élution, suivant la régénération avec la saumure de régénération, peut être effectuée. De préférence, la première solution d’élution est une solution aqueuse, de préférence salée. Ainsi, elle peut avoir une concentration en sel de chlorure inférieure ou égale à 15 g/L, et de préférence inférieure ou égale à 5 g/L, et de préférence inférieure ou égale à 3 g/L. Par exemple cette concentration peut être de 0.5 à 3 g/L ; ou de 3 à 5 g/L ; ou de 5 à 7 g/L ; ou de 7 à 9 g/L ; ou de 9 à 1 1 g/L ; ou de 1 1 à 13 g/L ; ou de 13 à 15 g/L.

Selon certains modes de réalisation, la première solution d’élution provient en tout ou en partie du procédé de traitement de sucre, notamment d’une étape de régénération précédente, par recyclage.

La première solution d’élution peut avoir une température de 40 à 80, et de préférence de 50 à 60°C.

Ensuite, une deuxième étape d’élution peut avoir lieu en utilisant une deuxième solution d’élution. De préférence, la deuxième solution d’élution a une concentration en sel de chlorure plus faible que la concentration en sel de chlorure de la première solution d’élution.

La deuxième solution d’élution peut être une solution aqueuse, de préférence salée. Elle peut, de préférence, avoir une concentration en sel de chlorure faible. Cette concentration peut être inférieure ou égale à 5 g/L. Par exemple cette salinité peut être de 0,5 à 1 g/L ; ou de 1 à 2 g/L ; ou de 2 à 3 g/L ; ou de 3 à 4 g/L ; ou de 4 à 5 g/L.

Selon certains modes de réalisation, la deuxième solution d’élution provient en tout ou en partie du procédé de traitement de sucre, notamment d’une étape de régénération précédente, par recyclage.

La deuxième solution d’élution peut avoir une température de 40 à 80, et de préférence de 50 à 60°C.

A la fin de ces étapes d’élution (ou de déplacement de sel), la résine échangeuse d’ions est régénérée et on obtient un flux de solution aqueuse collecté à l’issue de la régénération, appelé « effluent de régénération ». L’effluent de régénération peut comprendre des ions chlorures issus du sel de chlorure ainsi que les colorants désorbés de la résine. Un profil d’élution typique de l’effluent de régénération en sortie de réacteur est représenté sur la figure 1. L’effluent de régénération peut comprendre (dans l’ordre d’élution du réacteur) :

- une première fraction (fraction D) (dans l’exemple illustré, de 0 à 0,6 BV) ayant un faible concentration en colorants et en sel ;

- une deuxième fraction (fraction E) (dans l’exemple illustré, de 0,6 à 0,9 BV), ayant une concentration en sel supérieure à celle de la première fraction, et ayant une concentration en colorants qui peut être inférieure, égale ou supérieure, et de préférence supérieure, à celle de la première fraction ;

- une troisième fraction (fraction B) (dans l’exemple illustré, de 0,9 à

1 .4 BV) ayant une concentration en sel supérieure à celle de la deuxième fraction, et une concentration en colorants supérieure à celle de la deuxième fraction,

- une quatrième fraction (fraction A) (dans l’exemple illustré, de 1 ,4 à

3.4 BV) ayant une concentration en sel supérieure à celle de la troisième fraction, et une concentration en colorants inférieure à celle de la deuxième fraction,

- une cinquième fraction (fraction C) (dans l’exemple illustré, de 3,4 à 3,9 BV) ayant une concentration en sel inférieure à celle de la quatrième fraction, et une concentration en colorants inférieure à celle de la quatrième fraction (ou une concentration en colorants quasi-nulle), et

- une sixième fraction (fraction F) (dans l’exemple illustré, de 3,9 à 4,2 BV) ayant une concentration en sel inférieure à celle de la cinquième fraction, et une concentration en colorants inférieure à celle de la cinquième fraction (ou une concentration en colorants quasi-nulle).

Plus précisément, environ 80 à 90 % du sel de la saumure de régénération contenu dans la totalité des fractions A à F, peut se retrouver de préférence dans la fraction A. La fraction A peut donc avoir une concentration en sel de chlorure supérieure ou égale à 40 g/L, de préférence encore supérieure ou égale à 60 g/L, de préférence supérieure ou égale à 70 g/L, et encore de préférence supérieure ou égale à 80 g/L. Par exemple, cette concentration peut être de 40 à 45 g/L ; ou de 45 à 50 g/L ; ou de 50 à 55 g/L ; ou de 55 à 60 g/L ; ou de 60 à 65 g/L ; ou de 65 à 70 g/L ; ou de 70 à 75 g/L ; ou de 75 à 80 g/L ; ou de 80 à 85 g/L ; ou de 85 à 90 g/L ; ou de 90 à 95 g/L.

La mesure de concentration en sel de chlorure d’une solution (par exemple de chaque fraction A à F) peut passer par une mesure de conductivité et/ou de degré Brix. Il suffit ensuite de reporter la valeur de la conductivité ou du degré Brix sur une courbe d’étalonnage et de déterminer ensuite la concentration en sel de chlorure de la solution.

La fraction A peut également avoir une concentration en colorants de

1 à 10 g/L, et de préférence de 3 à 7 g/L. Ainsi, cette concentration en colorants peut être de 1 à 2 g/L ; ou de 2 à 3 g/L ; ou de 3 à 4 g/L ; ou de 4 à 5 g/L ; ou de 5 à 6 g/L ; ou de 6 à 7 g/L ; ou de 7 à 8 g/L ; ou de 8 à 9 g/L ; ou de 9 à 10 g/L.

La mesure de la concentration en colorants peut être effectuée par une mesure de DCO (Demande Chimique en Oxygène) réalisée selon la norme NF T90-101 .

Dans l’ensemble de la présente description, la concentration d’une fraction correspond à la concentration moyenne sur l’ensemble du volume collecté dans la fraction en question.

Les autres fractions de l’effluent de régénération (fractions B, C, D, E, F) comme indiqué dans la figure 1 , comprennent en tout de 10 à 20 % du sel de la saumure de régénération.

La fraction D peut avoir une concentration en sel de chlorure inférieure ou égale à 5 g/L, et de préférence encore inférieure ou égale à 3 g/L. Par exemple, cette concentration peut être de 0,5 à 1 g/L ; ou de 1 à 2 g/L ; ou de

2 à 3 g/L ; ou de 3 à 4 g/L ; ou de 4 à 5 g/L.

La fraction D peut également avoir une concentration en colorants inférieure ou égale à 10 g/L, et de préférence inférieure ou égale à 5 g/L. Ainsi, cette concentration en colorants peut être de 1 à 3 g/L ; ou de 3 à 5 g/L ; ou de 5 à 7 g/L ; ou de 7 à 9 g/L ; ou de 9 à 10 g/L.

La fraction E peut avoir une concentration en sel de chlorure inférieure ou égale à 15 g/L, et de préférence encore inférieure ou égale à 10 g/L. Par exemple, cette concentration peut être de 1 à 3 g/L ; ou de 3 à 5 g/L ; ou de 5 à 7 g/L ; ou de 7 à 9 g/L ; ou de 9 à 1 1 g/L ; ou de 1 1 à 13 g/L ; ou de 13 à 15 g/L.

La fraction E peut également avoir une concentration en colorants inférieure ou égale à 10 g/L, et de préférence inférieure ou égale à 5 g/L. Ainsi, cette concentration en colorants peut être de 1 à 3 g/L ; ou de 3 à 5 g/L ; ou de 5 à 7 g/L ; ou de 7 à 9 g/L ; ou de 9 à 10 g/L. La fraction B peut avoir une concentration en sel de chlorure inférieure ou égale à 40 g/L, et de préférence encore inférieure ou égale à 30 g/L. Par exemple, cette concentration peut être de 1 à 5 g/L ; ou de 5 à 10 g/L ; ou de 10 à 15 g/L ; ou de 15 à 20 g/L ; ou de 20 à 25 g/L ; ou de 25 à 30 g/L ; ou de 30 à 35 g/L, ou de 35 à 40 g/L.

La fraction B peut également avoir une concentration en colorants inférieure ou égale à 35 g/L, et de préférence inférieure ou égale à 25 g/L. Ainsi, cette concentration en colorants peut être de 1 à 5 g/L ; ou de 5 à 10 g/L ; ou de 10 à 15 g/L ; ou de 15 à 20 g/L ; ou de 20 à 25 g/L ; ou de 25 à 30 g/L ; ou de 30 à 35 g/L.

La fraction C peut avoir une concentration en sel de chlorure inférieure ou égale à 30 g/L, et de préférence inférieure ou égale à 15 g/L. Par exemple, cette concentration peut être de 1 à 5 g/L ; ou de 5 à 10 g/L ; ou de 10 à 15 g/L ; ou de 15 à 20 g/L.

La fraction C peut également avoir une concentration en colorants inférieure ou égale à 2 g/L, et de préférence inférieure ou égale à 1 g/L. Ainsi, cette concentration en colorants peut être de 0 à 0,5 g/L ; ou de 0,5 à 1 g/L ; ou de 1 à 1 ,5 g/L ; ou de 1 ,5 à 2 g/L.

La fraction F peut avoir une concentration en sel de chlorure inférieure ou égale à 5 g/L. Par exemple, cette concentration peut être de 0,5 à 1 g/L ; ou de 1 à 2 g/L ; ou de 2 à 3 g/L ; ou de 3 à 4 g/L.

La fraction F peut également avoir une concentration en colorants inférieure ou égale à 0,5 g/L. Ainsi, cette concentration en colorants peut être de 0 à 0,1 g/L ; ou de 0,1 à 0,2 g/L ; ou de 0,2 à 0,3 g/L ; ou de 0,3 à 0,4 g/L ; ou de 0,3 à 0,4 g/L.

Le procédé selon l’invention vise à recycler l’effluent de régénération pour former la saumure de régénération qui est utilisée dans le procédé de traitement de sucre, pour effectuer la régénération de la résine. Pour cela, la fraction A de l’effluent de régénération, c’est-à-dire la fraction la plus concentrée, subit une étape de nanofiltration afin d’obtenir un premier perméat d’une part et un premier rétentat d’autre part. Le but de cette nanofiltration est de séparer le sel des colorants grâce à leur différence de taille. Le premier perméat a donc une concentration en sel de chlorure essentiellement identique avec celle de la fraction A et est appauvri, de préférence dépourvu (ou presque) en colorants. Le premier rétentat a également une concentration en sel de chlorure essentiellement identique avec celle de la fraction A mais il est enrichi en colorants. Selon certains modes de réalisation, lors de cette étape, au moins une partie du premier rétentat formé peut être ajouté à la fraction A restante (qui n’a pas encore été filtrée) afin de limiter l’encrassement de la membrane de nanofiltration et d’assurer une vitesse tangentielle suffisante sur la surface de la membrane.

Selon certains modes de réalisation, le ratio du volume de la fraction A et du volume du premier rétentat peut être de 10 à 20, et de préférence de 12 à 16. Par exemple, ce ratio peut être de 10 à 12 ; ou de 12 à 14 ; ou de 14 à 16 ; ou de 16 à 18 ; ou de 18 à 20. Ce ratio est appelé «. facteur de concentration volumique » (FCV)

Le premier rétentat issu de la nanofiltration subit ensuite une diafiltration comprenant une étape de dilution du premier rétentat dans une solution aqueuse et une étape de nanofiltration. Dans ce cas, la solution utilisée pour la dilution est la fraction B de l’effluent de régénération.

Selon certains modes de réalisation préférés, l’étape de nanofiltration du premier rétentat dilué avec la fraction B est effectuée dans la même unité de nanofiltration que celle de la fraction A.

Selon d’autres modes de réalisation, l’étape de nanofiltration du premier rétentat dilué avec la fraction B est effectuée dans une unité différente de l’unité utilisée pour la nanofiltration de la fraction A.

De préférence, chaque étape de nanofiltration est effectuée en discontinu (« batch »).

A la fin de cette étape, un deuxième perméat et un deuxième rétentat sont obtenus. Cette étape permet la récupération d’une partie du sel de chlorure présent dans le premier rétentat et aussi la récupération du sel de chlorure présent dans la fraction B, dans le deuxième perméat. Ainsi, cette étape permet une séparation plus complète entre le sel de chlorure et les colorants qui se trouvent désormais dans le deuxième rétentat.

Selon certains modes de réalisation, le ratio du volume de la fraction B et du volume du premier rétentat est de 1 à 10, et de préférence de 3 à 5. Ainsi, ce ratio peut être de 1 à 2 ; ou de 2 à 3 ; ou de 3 à 4 ; ou de 4 à 5 ; ou de 5 à 6 ; ou de 6 à 7 ; ou de 7 à 8 ; ou de 8 à 9 ; ou de 9 à 10. On appelle ce ratio « taux de diafiltration ».

Le premier perméat issu de la nanofiltration est, quant à lui, mélangé avec le deuxième perméat issu de la diafiltration, ainsi qu’avec la fraction C de l’effluent de régénération. Ce mélange est ensuite évaporé de sorte à fournir une fraction finale, concentrée en sel de chlorure. Cette étape permet ainsi d’augmenter la concentration en sel, en récupérant du sel issu des fractions moins concentrées que la fraction A et peu chargé en colorants.

Cette évaporation peut être effectuée de préférence dans un évaporateur basse pression. Par « évaporateur basse pression » on entend un évaporateur qui fonctionne à une température inférieure à 100°C et une pression inférieure à 1 bar. Cet évaporateur peut être un évaporateur à simple effet ou un évaporateur à multiple-effet. On appelle « évaporateur simple effet » (par opposition à évaporateur multiple-effet) un évaporateur dans lequel les buées générées ne sont pas réutilisées. Ces buées peuvent être soit rejetées à l'atmosphère, soit condensées (condenseur à eau de refroidissement ou condenseur à mélange), soit subir un autre traitement. Le moyen de chauffage d’un tel évaporateur est en général de la vapeur d'eau.

Afin d’éviter le coût en énergie de cette étape, les buées générées pendant une des étapes du procédé de traitement de sucre, et plus particulièrement les buées formées lors d’une étape de cristallisation du sirop peuvent être utilisées pour fournir la chaleur nécessaire à l’évaporation.

L’évaporation peut être effectuée au moyen de buées étant à une pression de 0,1 à 1 bar absolu et de préférence de 0,2 à 0,3 bar absolu. Par exemple, cette pression peut être de 0,1 à 0,2 bar ; ou de 0,2 à 0,3 bar ; ou de 0,3 à 0,4 bar ; ou de 0,4 à 0,5 bar.

L’évaporation peut être effectuée au moyen de buées étant à une température de 45 à 100°C ; et de préférence de 60 à 70°C. Ainsi la température d’évaporation peut être de 45 à 60°C ; ou de 60 à 70°C ; ou de 70 à 75°C ; ou de 75 à 80°C ; ou de 80 à 85°C ; ou de 85 à 90°C ; ou de 90 à 95°C ; ou de 95 à 100°C.

De plus, les condensais produits pendant l’étape d’évaporation peuvent ensuite être utilisés dans le procédé de traitement de sucre. Plus précisément, les condensais peuvent être utilisés, en tout ou en partie, dans la première étape de lavage de la résine décrite ci-dessus. Ainsi, la première solution de lavage peut comprendre, ou consister en des condensais provenant de l’étape d’évaporation.

Alternativement, les condensais formés pendant l’étape d’évaporation peuvent être utilisés pour effectuer une étape de rinçage final après régénération de la résine chargée.

Selon certains modes de réalisation préférés, la fraction finale a une concentration en sel de chlorure de 90 à 1 10 g/L, et par exemple d’environ 100 g/L. Ainsi, la fraction finale peut éventuellement être utilisée telle quelle comme saumure de régénération sans l’addition de saumure fraîche. Selon d’autres modes de réalisation, de la saumure fraîche peut être ajoutée dans la fraction finale afin de former la saumure de régénération.

Selon certains modes de réalisation, au moins 95%, de préférence au moins 97%, et de préférence encore au moins 98% du sel de chlorure présent dans l’effluent de régénération (de la totalité des fractions A à F) est présent dans la fraction finale. Par exemple, environ 95%, ou environ 96%, ou environ 97%, ou environ 98%, ou environ 99%, ou plus que 99% de sel de chlorure présent dans l’effluent de régénération (de la totalité des fractions A à F) est présent dans la saumure de régénération recyclée.

Grâce à la séparation améliorée entre les colorants et le sel, le deuxième rétentat obtenu après la diafiltration peut ensuite être incorporé aux mélasses formées au cours de la production de sucre.

Alternativement, le deuxième rétentat peut être mélangé avec le sirop restant après cristallisation, afin de subir des cristallisations séquentielles pour fournir des grades différents de sucre cristallisé, comme décrit ci-dessus.

Le procédé selon l’invention permet également le recyclage et la réutilisation des fractions de l’effluent de régénération qui n’ont pas été utilisées pour la formation de la fraction concentrée.

Ainsi, la fraction D et/ou la fraction E et/ou la fraction F de l’effluent de régénération peuvent être utilisées dans le procédé de traitement de sucre.

La fraction D peut être utilisée, en tout ou en partie, dans la deuxième étape de lavage de la résine. Ainsi, la deuxième solution de lavage peut comprendre ou consister en la fraction D.

La fraction D peut également être utilisée, en tout ou en partie, dans la deuxième étape d’élution de la résine. Ainsi, la deuxième solution d’élution peut comprendre ou consister en la fraction D provenant d’un procédé de traitement de sucre précédent.

De préférence, une partie de la fraction D est utilisée dans la deuxième étape de lavage de la résine et une autre partie de la fraction D est utilisée dans la deuxième étape d’élution de la résine.

La fraction E peut être utilisée, en tout ou en partie, dans la première étape d’élution de la résine. Par ailleurs, la première solution d’élution peut comprendre ou consister en la fraction E.

La fraction F peut également être utilisée, en tout ou en partie, dans la première étape d’élution de la résine. Par ailleurs, la première solution d’élution peut comprendre ou consister en la fraction F.

Selon certains modes de réalisation, au moins l’une de la fraction E et de la fraction F sont utilisées dans la première étape d’élution de la résine. Selon d’autres modes de réalisation, la fraction E et la fraction F sont mélangées et utilisées dans la première étape d’élution de la résine.

Le recyclage de l’ensemble des fractions A à F collectées après régénération de la résine chargée permet de réduire à zéro l’émission d’effluents liquides issus de cette régénération (effluents aussi appelés effluents primaires). Les seuls effluents résiduels, dits secondaires et issus des effluents de lavage des membranes de nanofiltration, sont produits en quantité significativement moindre par rapport au procédé du document FR 3005428.