Station de désucrage des boues

Station de désucrage des boues

Optimisation du fonctionnement des filtres presse du fonctionnement par les plans d’expérience des filtres presse par les plans d’expérience

Formalisation du problème 

 Présentation de l’étude et définition de l’objectif

Les eaux boueuse prevenant de l’étape de l’épuration contiennent en plus des impuretés précipitées du sucre en solution qu’il faut récupérer. Les boues sont desucrées dans les filtres presse PKF automatique à membrane, ce qui va nous permettre d’obtenir du filtrat qui correspond à l’eau sucrée qu’on va l’utiliser dans le fondoir dans l’étape de l’affinage, et les tourteaux qui vont être déchargés et sur lesquels s’effectuent de façon journalière des analyses Quantitative de taux d’humidité et du pourcentage de sucre. Les recommandations fixées par l’entreprise en ce qui concerne ces 2 paramètres sont :
 Taux d’humidité =30%
 pourcentage de sucre =0,1%
l’optimisation des paramètres du fonctionnement des filtres presse a pour objectif la réduction du taux d’humidité et le taux de sucre dans les tourteaux, pour atteindre cette objectif un suivi du taux d’humidité et du pourcentage de sucre dans les tourteaux s’avère essentiel.

Le Suivi de l’humidité des tourteaux :

pour réaliser cette étude 8 échantillons des tourteaux ont été prélevés sur une durée de 6 jours.
 détermination du taux d’humidité :
– On fait chauffer au préalable les capsules de pesée ainsi que leur couvercle environ 30 minutes à l’étuve.
– On les sort et on les laisse refroidir dans un dessiccateur avant de les peser à la précision de 0,0001 g.
– On ajoute 100 g de chaque échantillon dans les capsules (tarées) par la balance de précision.
– On place les couvercles sous les capsules et on introduit le tout dans l’étuve (105±1°c), en prenant soin de les tenir éloignées de la paroi contenant l’élément chauffant.
– Le séchage dure 3 heures (± 5min). Une fois ce temps écoulé, on remet les couvercles et les capsules sont transférées dans le dessiccateur pour les refroidir à la température ambiante avant la pesée.
– La perte en humidité est exprimée en pourcentage de la masse de l’échantillon avant l’analyse
[3].
m1 : masse de l’ensemble (capsule+couvercle.)
m2 : masse de l’ensemble (capsule +couvercle + sucre) avant séchage.
m3 : masse de l’ensemble (capsules + couvercle +sucre) après séchage
 Les résultats du suivi du taux d’humidité :
Les résultats obtenues lors de la réalisation du suivi du taux d’humidité sont présenté dans le tableau 3 et la figure 11.
Tableau 3 : Le taux d’humidité des tourteaux
Cette étude a montré que l’humidité des tourteaux varie entre 36 % à 41 % valeur élevée par rapport à la valeur recommandé de 30 % . Il y’a donc un dysfonctionnement des filtres presse.

Le Suivi du pourcentage de sucre dans les tourteaux 

Pour déterminer le taux de sucre dans les tourteaux on a pris 8 échantillons des tourteaux déchargés après filtration dans la station de désucrage des boues dans une période de 3 jours.
 Détermination de la teneur en sucre
– À partir de la solution sucrée (ou l’échantillon), on prépare une solution diluée à 50%
– On prend 52 g à laquelle on ajoute 20 ml de tétra borate de sodium (pour permettre un bon passage de la lumière à travers le saccharose) et 20 ml d’une solution d’acétate de plomb (ce dernier va retenir les impuretés pouvant se trouver dans l’échantillon).
– Le tout est introduit dans une fiole jaugée à 200 ml.
– On complète le volume avec de l’eau distillée et un peu d’alcool pour éliminer la mousse formée.
– On filtre alors le mélange à travers de la terre filtrante pour rendre limpide la solution que l’on mettra dans le polarimètre.
– Dans le saccharimètre, la solution est traversée par une lumière polarisée, qui selon la concentration en saccharose sera déviée, cette déviation est lue par une cellule photoélectrique et les résultats sont affichés sur un écran [3] .
 Les résultats du suivi du pourcentage de sucre :
Les résultats obtenues lors de la réalisation du suivi du pourcentage de sucre sont présenté dans le tableau 4 et la figure 12.
Tableau 4 : Le pourcentage de sucre dans les tourteaux
le pourcentage de sucre dans les tourteaux est très élevée par rapport à la valeur recommandée qui est de 0,1%, ce qui indique la présence d’un problème lors du fonctionnement des filtres presse.

Conclusion

Le suivi de ces analyses a montré que les exigences fixées sont largement dépassées, le taux d’humidité =40 % en moyenne et le pourcentage de sucre =2,7 % en moyenne. Ceci prouve des pertes en sucre, en eau et en énergie, une optimisation des paramètres du fonctionnement des filtres presse s’impose, pour réaliser cette optimisation on a opté pour les plans d’expérience.
L’objectif de notre étude est d’obtenir un pourcentage de sucre =0,1% et un taux d’humidité =30 %.

Généralités sur les plans d’expérience 

La méthode des plans d’expériences cherchera à déterminer et à établir les liens existant entre 2 types de variables :
• la réponse : grandeur physique étudiée.
• les facteurs : grandeurs physiques modifiables par l’expérimentateur, sensées influer sur les variations de la réponse.
Aussi elle vise bien à comprendre les relations liant la réponse avec les facteurs, et celles liant les facteurs entre eux. Pour cela, la solution proposée consiste dans tous les cas à établir un modèle, exprimant la réponse en fonction des facteurs. Pour bâtir ce modèle, il faut appréhender ces variations. Celles-ci sont déduites des résultats de séries d’expériences, c’est-à-dire de plusieurs configurations pour lesquelles les valeurs des facteurs sont différentes[4].
La réalisation d’un plan revient à déterminer la valeur de la fonction réponse pour ces N configurations. Une relation de modélisation est déduite.
Les objectifs des plans d’expériences sont :
 Diminuer le nombre d’essais.
 Connaitre les effets des paramètres.
 Déduire les paramètres influents.
 Evaluer les interactions entre les paramètres.
 Avoir une meilleure précision sur les résultats.
 Etablir une modélisation mathématique de la réponse.
Les deux principales utilisations possibles de la méthode des plans d’expériences sont :
 La méthodologie de criblage (screening)
 La méthodologie des surfaces de réponse (MSR)
Une dépendance fondamentale existe entre l’objectif recherché (screening ou MSR) et la définition du plan d’expériences. Cependant, dans les deux cas, les étapes de la démarche se déroulent dans un ordre similaire à savoir :
 Définition des facteurs.
 Définition du domaine expérimental.
 Construction du plan d’expériences.
 Expérimentation.
 Analyse mathématique des résultats .
 Analyse statistique du modèle.
 Analyse graphique du modèle.
 Validation du modèle et des informations obtenues [4].

Plan de Criblage

Dans notre étude l’objectif de ce plan est de sélectionner les facteurs les plus influents a partir des facteurs contrôlables sur le pourcentage de sucre et l’humidité dans les tourteaux et aussi la détermination du poids de chaque facteur. Il s’agit d’une étude préliminaire devant servir à préparer un plan d’optimisation.
Le modèle mathématique adopté au départ de l’étude est un modèle linéaire du 1er degré :
Y=b0 + b1 X1 +b2 X2 + b3 X3+…………+bn Xn

Détermination des facteurs 

La stratégie adoptée pour la détermination des facteurs est la suivante :
 Réaliser un Brainstorming : afin de rassembler tous les facteurs pouvant influencer sur le pourcentage de sucre et d’humidité dans les tourteaux.
 Etablir un diagramme d’Ishikawa : pour classer les facteurs collectés selon les 5M « Matière, Main d’œuvre, Matériel, Méthode, Milieu ».
 La sélection des facteurs contrôlable et incontrôlable.
 Brainstorming :
Le Brainstorming est une méthode permettant de produire un maximum d’idées en un minimum de temps. Il est utilisé pour résoudre un problème en recherchant les causes et les solutions possibles.
Au cours de notre diagnostic de la station de désucrage des boues. On a réalisé un Brainstorming afin de rassembler les différentes causes et les facteurs pouvant influencer sur le pourcentage de sucre et de l’humidité. On a pu relever les causes suivantes :
 L’eau de désucrage.
 L’eau de lavage .
 Les compresseurs d’air.
 Les toiles de filtration.
 Le lait de chaux.
 La procédure de nettoyage.
 Les temps de compactage.
 La température de l’eau de désucrage.
 Le blocage des orifices.
 Le manque de formation.
 Le temps de séchage tourteaux.
Pour mieux regrouper ces causes on trace un diagramme d’ISHIKAWA.
 Diagramme d’Ishikawa
Le diagramme d’Ishikawa est également appelé diagramme causes-effet, le diagramme en arête de poisson ou la méthode des 5M. C’est un outil graphique qui permet de visualiser et d’analyser le rapport existant entre un problème (effet) et toutes ses causes possibles. Au cours de l’élaboration de ce diagramme on a fait un classement des causes selon la catégorie dont elles font partie (figure 13 et 14).
 Les facteurs ayant un impact sur la réponse :
Les facteurs contrôlables :
 La pression maximal boues.
 La quantité d’eau de désucrage.
 Le débit d’eau de désucrage.
 Le temps de compactage préliminaire.
 Le temps de compactage intermédiaire.
 Le temps de compactage final .
 La quantité d’eau de lavage tourteaux.
 Le débit d’eau de lavage tourteaux.
 La pression d’eau de lavage tourteaux.
 Le temps de séchage tourteaux.
Les facteurs incontrôlables :
 La présence des impuretés contenues dans l’eau de lavage ce qui permet le colmatage des de pulvérisation du pont laveur.
 Le manque de formation du personnel.
 La température de l’eau de désucrage.
 La variation des proportions de composition de lait de chaux d’une période à une autre.
 La durée de vie des équipements et leur entretien.
 La durée de vie des toiles de filtration.
 La pression du compresseur d’air.
 Le blocage des orifices d’écoulement des filtrats.
 La variation de la température du fonctionnement des filtres presse.
 Le taux de la matière en suspension élevée dans les boues.
 La défectuosité des membranes.
 Le dépôt de boues au niveau des points de transfert des tourteaux (les canaux).
 La présence des gouttelettes d’eau dans l’air comprimé.
Avec l’équipe de la COSUMAR nous avons retenu 10 paramètres et on a fixé leur domaine d’étude en se basant sur les critères suivants :
• l’expérience du groupe de travail
• l’impact des variations du domaine sur le fonctionnement des filtres presse à long terme (dégâts) .
• les consignes des paramètres indiqués dans le manuel d’utilisation.
• l’étude technique a réalisée sur les filtres presse.
Ces critères nous ont permis de choisir les facteurs ainsi que leur domaine expérimental .Ils sont regroupés dans le tableau 5.
Tableau 5 : Les facteurs et leur domaine expérimental

Table des matières

Introduction générale
Chapitre 1 : Procédé de fabrication du sucre et présentation de la station de désucrage des boues
I. Présentation de l’entreprise
I.1. Historique
I.2. Fiche Technique de la société
I.3. Production de la COSUMAR
I.4. Organigramme de l’entreprise
II. Généralités sur le sucre
II.1. Les plantes saccharifères
II.2. Composition du sucre
III. Processus de raffinage du sucre brut
III.1. Réception et stockage
III.2. Empâtage
III.3. Fonte
III.4. Epuration
III.5. La filtration chimique :la décoloration
III.6. Evaporation
III.7. Cristallisation
IV. La station de désucrage des boues
IV.1. Les filtres presse
IV.2. Description de la station de désucrage des boues
IV.3. Déroulement technologique de la filtration par les filtres presse.
V. Service laboratoire
V.1. Laboratoire des analyses de l’eau
V.2. Laboratoire de biologie
V.3. Laboratoire des analyses chimiques
Chapitre 2 : Optimisation du fonctionnement des filtres presse par les plans d’expérience 
I. Formalisation du problème
I.1. Le Suivi de l’humidité des tourteaux
I.2. Le Suivi du pourcentage de sucre dans les tourteaux
II. Généralités sur les plans d’expérience
III. Plan de Criblage
III.1. Détermination des facteurs
III.2. Construction de la matrice d’expérience
III.3. Résultat des essais
III.4. Analyse mathématique des résultats d’essai
III.5. Analyse statistique et graphique du modèle
III.6. Conclusion
IV. Optimisation du taux d’humidité dans les tourteaux
V. Optimisation du pourcentage de sucre par le plan a surface de réponse
V.1. Facteurs et niveau d’étude
V.2. Construction du plan d’expériences
V.3. Plan d’expérimentation et résultats des essais
V.4. Analyse mathématique des résultats d’essais
V.5. Analyse statistique du modèle
V.6. Analyse graphique du modèle
V.7. Optimisation du pourcentage de sucre
V.8. La réalisation des essais dans les conditions optimales
V.9. Bilan économique
Perspective
Bibliographies

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