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INTRODUCTION L’industrie sucrière est l’une des plus anciennes industries agroalimentaires, de mieux en mieux organisée, cette industrie mobilise d’importants secteurs industriels notamment les sucreries qui produisent le sucre brut à partir de la betterave ou de la canne à sucre et les raffineries qui transforment le sucre brut en sucre raffiné. Le sucre est l'un des principaux composants alimentaires à côté de l'huile et des céréales, au Maroc la consommation annuelle est d'environ 40 Kg par personne est le double de la moyenne mondiale, cette consommation nationale augmente en moyen de 2,5% chaque année. Actuellement le Maroc produit environ 41% de ses besoins en sucre, son principal fournisseur en sucre brut est le Brésil. La Compagnie Sucrière Marocaine de Raffinage COSUMAR Casablanca à elle seule, produit environ les 3000 tonnes de sucre raffiné par jour, la société est, ainsi, classé la première au niveau national, et la cinquième à l’échelle mondiale , en 2015 a également été en mesure d'exporter environ 300 mille tonnes de sucre blanc. Dominant le terrain de l’industrie sucrière marocaine, la COSUMAR, ambitionne encore à élargir sa productivité, et à développer les méthodes de la fabrication, afin de subvenir au besoin du marché tout en minimisant la consommation d’énergie, les pertes, et le temps. Ce présent rapport sera structuré comme suit : La première partie : Généralités sur le sucre. La deuxième partie : processus de raffinage de sucre. Conclusion

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Chapitre I : Généralités sur le sucre

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1- Direction industrielle Objectif : gestion de production des trois unités :

4.1.

Raffinerie de Casablanca :

Son rôle est le raffinage du sucre brut en provenance de l’unité de sidi bennour et surtout de l’étranger puis conditionnement sous différente formes : Pains de sucre : 320 000 tonnes / an. Lingots et morceaux : 130 000 tonnes / an. Granulés : 550 000 tonnes / an.

4.2.

Sucrerie de sidi Bennour :

Sa capacité de traitement de la Betterave : 6500 tonnes par jour soit 6300 tonnes par compagne et sa production de sucre brut : 55 000 tonnes.

4.3.

Sucrerie de Zemamra :

Sa capacité de traitement de la Betterave est 6 000 tonnes par jour soit 580 000 tonnes par compagne et sa production de sucre blanc est 80 000 tonnes conditionnées sous forme de lingots et de granulés. La direction industrielle « UNITE DE CASA » est composé de :

Sous direction étude et ingénieries : Elle est chargée des études et réalisation des projets, et aussi des modifications au procédé.

Sous direction de la maintenance : Elle s’occupe de : Maintenance, réparation et remise en état des machines de production. Entretien préventif des machines, dépannage des machines en panne.

Sous direction raffinage et énergie : Elle comprend : Le service qui assure le traitement du sucre brut et alimente les usines de conditionnement en sirop. La centrale chaufferie, qui assure la production de l’énergie électrique et vapeur en fonction du besoin de l’usine.

Sous direction de conditionnement : Il s’occupe de la fabrication des morceaux, des lingots (370T/J), du granulé (1540T/J) et de pain pack(890T/J).

Devisions laboratoire et contrôle : Elle s’occupe du contrôle des paramètres de marche du processus, du contrôle du poids et de la qualité des produits.

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2- Les données générales : 5.1.

Production annuelle :

Avec la commercialisation d’un tonnage de 1000000 tonnes par ans, la COSUMAR contribue à la satisfaction d’environ 80% des besoins du marché national.

5.2.

Sources énergétiques :

L’énergie électrique est produite à COSUMAR au niveau de la centrale thermique sous forme de vapeur, cette dernière portée à haute pression fait tourner des turbines alternateurs à grande vitesse. Différents travaux sont effectués dans ce stade et à leur tête, le traitement des eaux pures pour alimenter les chaudières de l’usine avec une eau déminéralisée.

5.3.

Gamme de produits :

Capacité de la raffinerie : 3500 tonnes/ jour de sucre blanc sous différent formes. Les Marocains sont dans le peloton de tête pour la consommation du sucre avec plus de 35 kg par habitant et par an. Pour satisfaire les besoins nationaux, la COSUMAR est obligée d’importer 55% de ses besoins en sucre brut (sucre de canne), qui est traité à la raffinerie de Casablanca, et proposé en produits à utilisations variées :

Pain de sucre : Typiquement marocain, le pain de sucre est utilisé pour la préparation du thé et représente par ses 890 tonnes produites une part importante de la production (31,7%). Son emballage est en papier (2kg), puis en carton de 24kg.

Le sucre lingot : Utilisé traditionnellement pour préparer le thé et le café, il constitue avec le lingot un total de 185 tonnes par jour (6,6%) et est commercialisé en boîte de 1 kg et en fardeau de 5kg

Le sucre morceau : Utilisé principalement pour sucrer le café, il constitue avec le lingot un total de 185 tonnes par jour (6,6%) et est commercialisé en boîte de 1kg et en fardeau de 5kg.

Le sucre granulé : Sa production journalière étant de 1540 tonnes (55,1%), et emballé dans du polyéthylène en sachets de 2 kg regroupés par 6, 12 ou 15 et sacs de 50 Kg.

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Les coproduits : Ce sont les sous-produits qui résultent du raffinage du sucre. La mélasse est une solution très pauvre en sucre qu’on n’a pas pu extraire, elle est destinée à l’export et est utilisée comme substrat pour la fabrication de levures. Les sous Produits: Pellets = environ 60000 tonnes/ an. Mélasse = 48000 tonnes/ an ( elle est vendue à des agriculteurs ). Ces différents produits sont vendus à des grossistes disposants d'agréments, ceux-ci les tiennent à acheter en quota mensuel de sucre. La distribution de ces produits à l'intérieur se fait à travers un réseau commercial constitué d'agences dans les principales villes (Rabat, Casablanca, Marrakech, Fès, Agadir, Méknes, Oujda et Safi).

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I.

GENERALITE SUR LE SUCRE

Introduction : Le sucre est un hydrate de carbone, famille des glucides composé comme la plupart des corps organiques, de carbone, d’hydrogène et d’oxygène. En raffinerie, il y a deux sortes de sucres qui nous intéressent : Le saccharose : qui est le sucre blanc le plus consommé Le fructose : sucre se trouvant dans les fruits et dans le miel. Le sucre est largement répandu dans le monde végétal ; on le trouve dans toutes les herbes, les racines des légumes (betterave, navet, carotte…) et dans la sève de nombreux arbres comme les palmiers. Dans toutes ces plantes, la présence du sucre est due à l’action combinée du soleil et de la substance verte chlorophylle (Phénomène de la photosynthèse) Deux végétaux seulement renferment un pourcentage élevé de saccharose et ils sont actuellement exploités industriellement pour en retirer le sucre : « les plantes saccharifères » Le saccharose est présent dans toutes les plantes contenant de la chlorophylle. Le sucre est produit industriellement à partir de la canne à sucre et de la betterave sucrière.

1- Molécule de sucre : Le nom scientifique du sucre est Saccharose. C’est une substance blanche, inodore, dure et brillante, formée de petits cristaux agglomérés, de saveur plus ou moins sucrée il est généralement extrait de la betterave sucrière ou de la canne à sucre, c’est un disaccharide constitué d'une molécule de glucose et d'une molécule de fructose dont les fonctions réductrices sont bloquées. Sa formule brute est C12H22O11, sa densité 1,6 et sa masse molaire 342 g/mol.

Structure moléculaire du saccharose.

Molécule de saccharose

Figure 1 : - Le saccharose

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2- Les plantes saccharifères : La canne à sucre : une plante vivace dont la production est assurée par bouture : Ses différentes parties sont : les racines, les feuilles et la tige qui forme un tube d'écorce dur remplie de fibre plus tendre, où se trouve le sucre. cette tige peut atteindre 4 à 5 m de hauteur pour 3 à 6 cm de diamètre avec une richesse en sucre entre 13 et 18 %. Son aire de culture se trouve dans les régions tropicales apportant chaleur et forte humidité pour la croissance. La récolte est généralement annuelle.

Epiderme

Moelle

Zone cireuse Entre-nœud

Zone de croissance

Zone radiculaire Bourgeon Figure 2 : - schéma d’un tronçon de canne à sucre

La Betterave : C’est l'une des principales sources de saccharose, elle apparaît à la famille des chénopodiacées c'est une plante bisannuelle, la première année correspond à la maturité technologique (germination de la graine avec constitution de la racine et sa réserve sucrière) dans la 2ème année la plante donne naissance à des graines.

FEUILLE COLLET REDUIT

Racine rugueuse à forme conique

Sillon saccharifère

RADICELLE

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Figure 3 : betterave sucrière

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Chapitre II: Processus de fabrication de sucre

Ce chapitre présentera les différentes étapes du processus de raffinage du sucre au sein de la société.

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Génie des procédés

1- Stockage de sucre brut : Le sucre brut constitue la matière première de la raffinerie, il est stocké dans les grands magasins "silos" dont la capacité est de 75000 tonnes. Le sucre est transféré vers la station d'affinage grâce à des bandes transporteuses en passant par : Deux servo-balances constituant le pesage automatique, la charge de ces balances est réglée actuellement sur 800Kg. Un aimant pour éliminer les métaux ferreux. Un tamis pour isoler les grosses impuretés (corps étrangers).

2- Le raffinage du sucre : Sucre brut

Raffinage

sucre raffiné

Le raffinage est le procédé qui permet d’obtenir à partir du sucre brut, un sucre raffiné le plus pur possible et une mêlasse contenant le maximum d’impuretés venant du sucre brut et le minimum de sucre. Ceci dans des conditions les plus économiques possibles : économie d’énergie, d’emballages et sur les pertes en sucre. Dans le procédé de raffinage, il existe un certain nombre d’opérations qui permettent :  De retirer les impuretés extérieures au cristal, c’est l’affinage.  De retirer les impuretés intérieures au cristal de sucre brut , de même retirer quelques colorants, c’est l’épuration.  De recristalliser le saccharose pour obtenir un cristal pur .

2.1.

La fonte du sucre brut : Principe:

Le sucre brut issu du Silo de stockage passe par un aimant et un tamis vibreur dans le but d’extraire respectivement les débris métalliques et les grosses particules.

Fonte : Le sucre récupéré est dirigé vers trois fondoirs. Le premier fondoir contient une quantité de commune non carbonatée avec l’eau sucrée passant par le premier échangeur pour atteindre une température de 60°C et un Brix de 65% et revient au même fondoir. Ensuite, cette commune passe vers le deuxième fondoir à une température de 70°C puis elle est dirigée vers le troisième pour faciliter l’extraction des impuretés internes durant l’étape qui va suivre qui est l’épuration.

2.2.

Epuration :

L’épuration permet d’éliminer les impuretés incluses dans le système cristallin de sucre, tout en ajoutant certains produits à la fonte pour agglomérer le floculant formé et faciliter la filtration.

Carbonatation : Sirop chauffé (T=75°) CO2 Lait chaud (CaO) VP1

Chaudière

Chaudière

Chaudière Echangeur

1

2

3

T=75°

T=73°

T=71°

Commune Carbonatée

Carbonatation Figure 4 :- Schéma de la carbonatation Cette étape a pour but de précipiter les impuretés incluses dans le système cristallin de sucre, et une grande partie des matières colorantes par addition du lait de chaux. Cette opération se fait dans trois chaudières à carbonater, installées en série avant de pomper la commune non carbonatée vers les chaudières. Le sirop est réchauffé pour élever sa température à 75°C afin d’accélérer la vitesse de la réaction de carbonatation. Dans la conduite d’alimentation de la première chaudière, on injecte le lait de chaux déjà préparé selon la réaction suivante : CaO + H2O

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Ca (OH) 2

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Après le chaulage,le pH du sirop varie entre 11 et 11.5 et dans chaque chaudière on ajoute le gaz de CO2 à travers des vannes de régulation située en haut de chaque chaudière. Le barbotage de CO2 permet la formation d’un précipité de carbonate de calcium qui va adsorber une grande proportion d’impuretés du sirop, selon les réactions suivantes : CO2 + H2O

H2CO3

Ca (OH)2 + H2CO3

CaCO3 + 2H2O

Dans la première chaudière la concentration de la chaux passe de 6 g/l à 3g/l, à la sortie de la deuxième chaudière la concentration de CaO vaut 1.5g/l, et pour la dernière chaudière le sirop sort avec une concentration de CaO de 0.06 g/l. Le CO2 utilisé provient des chaudières de la centrale. Avant son utilisation, il passe par un dépoussiéreur puis il subit un lavage à l'eau courante pour le débarrasser des matières indésirables. A la fin de la carbonatation, le sirop obtenu est appelé «une commune carbonatée». Il sort avec un Brix de 64%, un pH de 8.5 et une concentration de la chaux de 0.06 g/l.

Filtration : Sirop Carbonatée VP1

Echangeur

Filtration 1, 2, 3, 4, 5,6

Sirop filtré

Filtration Figure 5 :- Schéma de la filtration La filtration permet l'élimination des précipités formés contenus dans le sirop carbonaté. Cette opération s'effectue dans une installation de six filtres de type Dias ter de capacité de 30 m3 chacun, commandés par l'automatisme. Ces filtres contiennent 80 poches chacun enveloppé d'une toile qui laisse passer le sirop seulement, alors que le carbonate de calcium s'accumule autour de la toile, en forment un gâteau d'une certaine épaisseur, qui facilite d'avantage la filtration, on obtient donc un sirop limpide, qui est envoyé vers le bac de la commune filtrée puis vers les colonnes de décoloration. La « commune filtrée » est limpide d’une pureté supérieure à 99% et d’un brix de 63%.

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2.3.

Décoloration :

Cette opération permet l’élimination des matières colorantes restant dans la commune filtrée qui n’étaient pas éliminées au niveau de la carbonatation, par adsorption sur résines anioniques fortement basiques. La coloration du sirop filtré est due aux impuretés contenues dans la commune filtrée qui peuvent être :  Des matières colorantes  Des cendres et des sels dissous  Des matières colloïdales.

Sirop filtré (T=84°)

Production

Sirop décoloré

Finition

HCL Na CL NaOH

Régénération

Décoloration par résine Figure 6 :- Schéma de la décoloration

Après cette étape on obtient un raffinat non concentré.

2.4.

Evaporation :

Sirop à 64 de brix

Evaporation

Sirop à 74 de brix

Cette étape a pour but de concentrer et augmenter le Brix du sirop venant de la décoloration en le réchauffant et l’évaporant pour le préparer à l’étape suivante qui est la cristallisation. A la sortie des colonnes, la raffinade (sirop décoloré) se trouve avec une pureté de l'ordre 99.5% et un Brix de 64, à ce niveau, elle est prête à être cristallisée, mais il est intéressant dans un souci d'économie d'énergie d'évaporer une quantité d’eau afin d'augmenter son Brix de 64 à 74 avant de commencer la cristallisation.

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2.5.

Cristallisation : Sirop

Cristallisation

masse cuite

C’est la dernière et la plus délicate parmi toutes les étapes de la raffinerie, elle a une influence profonde sur le sucre et sur le rendement. La cristallisation est une opération de séparation et de purification. Elle a pour but d’extraire, avec un rendement aussi élevé que possible le sucre dissous dans le sirop sous forme cristallisé. Les non-sucres sont concentrés dans une solution épuisée : la mélasse. La cristallisation s'effectue dans des cuites fonctionnant sous vide, chaque jet de cristallisation retrouve les même étapes : cuisson, malaxage et turbinage.

Malaxage : Le malaxage est une opération qui consiste à agiter pendant un certain temps la masse cuite sortie des appareils à cuire, avant de la passer aux turbines, et qui a pour but de compléter la formation des cristaux et de pousser l'épuisement de la liqueur mère. Le malaxeur est un simple récipient en tôle, à section verticale en forme U, muni d'un dispositif agitateur permettant de maintenir la masse cuite en mouvement lent et continu.

Turbinage : Pour séparer les cristaux de sucre de l'eau mère visqueuse, on utilise l'action énergétique de la force centrifuge. Durant l'essorage, l'égout pauvre est progressivement chassé de la masse cuite, quand cette phase est terminée, il reste une fine pellicule d'égout adhérant à la surface des cristaux. Pour obtenir une surface parfaitement blanche, on élimine cette pellicule Par clairçage à l'aide d'une rampe, on arrose la masse de cristaux avec de l'eau, cette eau traverse le sucre contenu dans la centrifugeuse et dissout la couche d'égout adhérente pour former un égout riche qui est chassé hors de la masse de sucre. ( Dans certains cas, on fait suivre le clairçage à l'eau par un clairçage à la vapeur, pour obtenir un sucre humide et plus chaud, plus facile à sécher). Stage fin d’étude

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Pour être efficace, ce clairçage à l'eau dissout nécessairement une petite couche de sucre pur des cristaux. L'égout produit a donc une pureté plus élevée que l'égout extrait pendant la première phase, c'est pour cela que l'on appelle égout riche par opposition à égout pauvre. Il est donc intéressant de séparer égout pauvre et égout riche.

2.6.

Séchage et refroidissement

Avant stockage il faut ajuster l’humidité du sucre blanc à celle de l’air pour préserver la qualité du sucre. C’est pour cela le sucre est envoyé vers un sécheur pour réduire son humidité, puis refroidir afin de diminuer sa température. Le sucre que déchargent les centrifugeuses contient entre 0,1 et 1 % d’eau et est à une température de 60 °C. Cette eau se trouve essentiellement à la surface du cristal sous forme de solution de saccharose saturé de pureté élevée. Au-delà d’une certaine limite, elle présente de gros inconvénients pour la conservation du sucre tel que le durcissement durant le stockage et l’expédition. Le sucre est donc envoyé vers le sécheur pour réduire son humidité à 0,05% et sa température à 35 °C. Généralement, le séchage et le refroidissement se font dans un même appareil, sauf, pour les sécheurs tambours rotatifs. Cependant, après séchage, le sucre n’atteint pas son état d’équilibre, il passe par une période de maturation durant laquelle il perd d’avantage de son humidité et de sa température.

2.7.

Stockage dans les silos

Le stockage du sucre s’effectue dans des silos verticaux et horizontaux. Il est réalisé dans des conditions où l’humidité et la température de l’air sont contrôlées. Ces conditions permettent au sucre d’atteindre l’équilibre souhaité (environ 0,03% d’humidité) : en effet, pour s’assurer que le sucre peut être emballé, il est gardé pendant 24-72 heures dans les silos sous l’écoulement d’air conditionné.

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3- Les Bas Produit : L’objectif d’une raffinerie est de séparer le saccharose des impuretés qui sont associées. Ces impuretés sont éliminées au niveau des opérations intérieures, mais une séparation importante des impuretés s’obtient en faisant cristalliser le saccharose au sein des solutions impures, en chassant ensuite la phase liquide par essorage. De ce fait, le but de travail des bas produits est d’obtenir en dernier jet, c'est-à-dire en dernière cristallisation, une mélasse à partir de laquelle il n’est plus économiquement rentable d’extraire du saccharose. Le travail d’extraction des sucres bas produit est l’une des plus délicat et le plus important pour l’industrie du raffinage. Les égouts bas produits qui sont les impuretés éliminées se trouvant dans le sirop subissent une succession de cristallisation et d’essorage qui ont pour but d’extraire de ces égouts le maximum du sucre.

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Conclusion Notre recherche nous a permis de bien comprendre le procédé de raffinage de sucre.

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Sommaire INTRODUCTION ................................................................................................................................... 1 Chapitre I : Généralités sur le sucre ............................................................................................... 2

1-

2-

I.

Direction industrielle ........................................................................................... 3 4.1.

Raffinerie de Casablanca : ........................................................................... 3

4.2.

Sucrerie de sidi Bennour : ............................................................................. 3

4.3.

Sucrerie de Zemamra : ................................................................................. 3

Les données générales :....................................................................................... 4 5.1.

Production annuelle : ................................................................................... 4

5.2.

Sources énergétiques : ................................................................................. 4

5.3.

Gamme de produits : .................................................................................... 4

GENERALITE SUR LE SUCRE ............................................................................... 6

Introduction : ................................................................................................................. 6 1-

Molécule de sucre :.............................................................................................. 6

2-

Les plantes saccharifères : ................................................................................... 7

Chapitre II: Processus de fabrication de sucre ............................................................................... 8

1-

Stockage de sucre brut : ...................................................................................... 9

2-

Le raffinage du sucre : ......................................................................................... 9

3-

2.1.

La fonte du sucre brut : .............................................................................. 10

2.2.

Epuration : .................................................................................................. 10

2.3.

Décoloration : ............................................................................................. 12

2.4.

Evaporation : .............................................................................................. 12

2.5.

Cristallisation : ............................................................................................ 13

2.6.

Séchage et refroidissement ........................................................................ 14

2.7.

Stockage dans les silos ............................................................................... 14

Les Bas Produit : ................................................................................................. 15

Conclusion ......................................................................................................................................... 16

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Liste des Figures Figure 1 : - Le saccharose .................................................................................................................. 10 Figure 2 : - schéma d’un tronçon de canne à sucre........................................................................... 11 Figure 3 : betterave sucrière ............................................................................................................. 11 Figure 4 :- Schéma de la carbonatation............................................................................................. 14 Figure 5 :- Schéma de la filtration ..................................................................................................... 15 Figure 6 :- Schéma de la décoloration ............................................................................................... 16

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