APPOINT EN SOUDE DES BAINS DES LAVEUSES - PROCESSUS DE DILUTION DE LA SOUDE A LA SO.BE.BRA

Chapitre 2: PROCESSUS DE DILUTION DE LA SOUDE A LA SO.BE.BRA

2.3 APPOINT EN SOUDE DES BAINS DES LAVEUSES

Chaque laveuse dispose de deux tuyauteries d’arrivées soude : une tuyauterie pour le bain 1 et une autre pour le bain 2. Chaque arrivée soude est régulée par des vannes pneumatiques commandées par l’automate de la laveuse. Avant l’appoint en soude des bains, le laboratoire paramètre les laveuses, c’est-à-dire insère les consignes en concentration des différents bains.

La concentration du bain 1 doit être comprise entre 2% et 3% et celle du bain 2 entre 1,5% et 2,5%. Ainsi lors de l’appoint en soude, lorsque la concentration d’un bain d’une laveuse est inférieure à la consigne, la vanne correspondante au bain s’ouvre afin de permettre l’appoint. Lorsque la concentration est égale à la consigne, la vanne se ferme. Le TABLEAU 2.1 présente les concentrations de soude respectives des bains 1 et 2.

TABLEAUX 2. 1: Concentration de la soude dans les différents bains

Concentration de soude (%)

Bain 1 Bain 2

Consigne 2,30 1,80

Concentration minimale 2 1,50

Concentration maximale 3 2,50

Vanne

Consigne(s) Consigne(s) Concentration < tempsmin OFF 90 90

Concentration < tempsmin ON 120 120 Concentration > tempsmin OFF 100 100 Concentration > tempsmin ON 20 20

Au sein de chaque bain, on y retrouve un conductivimètre de marque Liquiline M CM42 qui affiche la conductibilité de la soude (concentration en cours de la soude) et renseigne sur la température de la soude. La photo 2.1

présente l’image du conductivimètre et de sa sonde de conductivité.

Photo 2. 1: Dispositif de mesure de la concentration de la soude

L’éventuel ajout de soude dans les différents bains des laveuses s’effectue par la pompe d’introduction installée à la Station de dilution de la soude.

2.4 SYSTEME ACTUEL DE DILUTION DE LA SOUDE

A la SOBEBRA, la soude est importée à l’état granuleux dans des sacs de 25 kg. Cette soude a une concentration de 99,0% (soude caustique) et nécessite sa dilution pour l’appoint des différents bains de soude des laveuses.

La photo2.2 représente un sac de soude de 25 kg.

Photo 2. 2: Sac de soude de 25 kg

Ces sacs sont regroupés en palettes de 45 sacs et stockés dans un magasin.

2.4.1 DESCRIPTION DE LA STATION DE DILUTION DE LA SOUDE

La station de dilution de soude est une installation conçue pour la dilution de la soude caustique importée. Cette installation est composée d’un ensemble d’équipements à savoir :

 un bac de dilution : c’est une cuve cylindrique à fond convexe d’un volume de 4 300 L permettant le processus de dilution de la soude (soude caustique + eau). Il est muni d’une lanterne grâce à laquelle les opérateurs contrôlent le niveau d’eau nécessaire avant la dilution. Une

image du bac de dilution de la stationde soude est présentée en annexe 1.

 un bac de stockage : c’est une cuve cylindrique à fond conique, de volume plus grand de 16 000 L, prévue pour le stockage de la soude après la dilution. Une image du bac de stockage de la stationde soude est présentée en annexe 1.

 une trémie : récipient dans lequel on verse la soude caustique après ouverture des sacs. Elle est fabriquée en inox, matériau résistant à la soude caustique. Une image de la trémie est présentée en annexe 1.

 une vis-sans-fin : la vis-sans-fin est un dispositif mécanique commandé par un moteur qui, par un mouvement de rotation racle la soude granuleuse contenue dans la trémie puis l’achemine dans le bac de dilution. Une image de la vis sans fin est présentée en annexe 1.

 des motopompes : Pour l’installation actuelle, il en existe deux qui fonctionnent suivant le choix de l’opérateur. La pompe choisie permet le fonctionnement de toute l’installation (recyclage, transfert) et communique avec les laveuses de bouteilles pour l’appoint en soude des bains. L’image des pompes de la stationde soude est présentée en annexe 1.

 Des vannes : elles sont utilisées pour la dilution de la soude, le recyclage et le transfert. Elles sont toutes manuelles nécessitant l’intervention des opérateurs lors de la dilution, donc une vigilance de leur part. L’image des vannes actuelles de la stationde soude est présentée en annexe 1.

 Un emplacement pour la vidange manuelle des sacs : les opérateurs se mettent à côté de la trémie, emplacement réservé pour le dépôt et la vidange des sacs après les avoir bien secoués. Une image de l’emplacement prévu pour les palettes de sacs est présentée en annexe 1.

2.4.2 SCHEMA SYNOPTIQUE DE L’INSTALLATION EXISTANTE

La figure 2.2 représente le schéma synoptique de l’installation actuelle de la station de dilution de la soude.

Figure 2. 2: Schéma synoptique de la station existante de dilution de soude V-3, V-4 : Vannes d’ouverture et de fermeture pompe 1 V-5 : Vanne sortie bac de dilution

V-6 : Vanne recirculation soude V-7 : Vanne entrée bac de dilution V-8 : Vanne arrivée eau SONEB V-9 : Vanne rinçage vis sans fin V-10 : Vanne entrée bac de stockage V-11 : Vanne sortie bac de stockage V-12 : Vanne départ laveuses V-13 : Vanne sortie égout

V-14, V-15 : Vannes d’appoint laveuse 1 V-16, V-17 : Vannes d’appoint laveuse 2 V-18, V-19 : Vannes d’appoint laveuse 3

2.4.3 DIAGRAMME DU PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE L’INSTALLATION EXISTANTE

La figure.2.3 représente le diagramme fonctionnel du système actuel de dilution de la soude.

Vérification des vannes avant le démarrage du processus de dilution -Vannes fermées : 5,6,7, 8, 9, 10, 13

-Vannes ouvertes : 11, 12, (1,2) ou (3,4)

Quitter le mode Automatique pour le Mode manuel

Couper pompe 1 ou 2

Fermer les vannes 11, 12

Niveau d'eau atteint

Ouvrir les vannes 8, 7 et démarrer vis sans fin (Démarrage remplissage Bac de dilution)

Ouvrir les vannes 5,6 Fermer les vannes 7, 8

Démarrer la pompe 1 ou 2 suivant le choix exigé

Déchirer les sacs de soude et les vider dans la trémie

Une Palette de sacs finie A

tempo 10mn

Fermer la vanne 6 et arrêter vis sans fin

Ouvrir la vanne 10, Pompe en marche

(Stockage de la soude diluée dans le bac de stokage)

Changement du bruit de la pompe

tempo finie

Attendre la fin de stockage de la soude

Figure 2. 3: Diagramme fonctionnel de la station actuel de dilution de la soude Fermer les vannes 10,

5 et couper la pompe

Ouvrir vannes 8,9 et démarrer vis sans fin

(Rincage de la vis sans fin)

Fermer vannes 8, 9 et arreter vis sans fin

tempo 5mn

Ouvrir vanne 12,11

Passer en mode Auto

FIN C

2.5 ANALYSE ET PROBLEMATIQUE

Le système mis en place par la SOBEBRA pour la dilution de la soude présente de nombreux risques de santé pour les opérateurs. En effet, la soude stockée au magasin, sous l’effet de l’environnement (l’humidité, l’air), se solidifie, rendant certains sacs compacts par conséquent difficile à vider. Le système actuel de désensachage des sacs étant manuel, les opérateurs déploient donc de gros efforts physiques pour le concassage des sacs. Ils utilisent aussi des instruments tranchant pour leurs ouvertures ce qui peut entraîner des blessures graves par la suite. On remarque de sérieux maux de dos chez les opérateurs après la manipulation. La photo 2.3 montre le concassage des sacs avant la vidange.

Photo 2. 3 : Manipulation par l’opérateur des sacs avant leur Concassage

De plus, les opérateurs sont obligés de mettre des combinaisons avant le démarrage du processus afin de se protéger contre la soude qui est une substance très dangereuse et dont le contact peut entraîner des brûlures, des lésions oculaires graves et des irritations cutanées. Les photos 2.4 et 2.5

présentent respectivement l’opérateur en combinaison et les lésions cutanées de la soude sur l’homme.

Photo 2. 4 : Combinaison des opérateurs Photo 2. 5: Lésions cutanées causées par la Soude [8]

Il est donc important pour la sécurité des opérateurs, d’être le moins possible en contact direct avec la soude.

La dilution d’une palette de sacs nécessite un volume d’eau fixe, ceci dans le but d’obtenir la concentration de soude exigée par le laboratoire technique après le processus de dilution. Cependant, on note la plupart du temps, que cette concentration varie en fonction de l’humeur de l’opérateur qui n’a pas un total contrôle du volume d’eau nécessaire pour la dilution d’une palette de sacs de soude. Ceci est dû à l’absence d’un dispositif de mesure de la concentration dans les bacs, d’une sonde de niveau pour contrôler le niveau du liquide, d’un débitmètre pour contrôler le volume de l’eau, et d’une table de supervision pour le suivi de tous ces paramètres.

On retrouve aussi dans toute l’installation, des vannes manuelles intervenant dans le processus de dilution et de stockage de la soude, rendant la tâche pénible

aux opérateurs car à chaque étape de la préparation, ils doivent fermer ou ouvrir la ou les vanne (s) correspondante(s).

Il ressort de cette analyse que l’installation existante présente de grands risques pour les travailleurs de l’usine et nécessite plus de main d’œuvre. De plus, la qualité de la soude obtenue après dilution n’est pas garantie.

C’est dans l’optique d’éliminer ces risques, et d’obtenir à la fin du processus une qualité de soude meilleure pour le lavage des bouteilles que la SOBEBRA a opté pour l’automatisation complète du processus de dilution de la soude. En optant pour ce choix, la SOBEBRA ne se trouve pas seulement dans une logique de gain de temps, de personnels, de produits et alors d’argent, mais aussi dans un contexte de modernisation de l’industrie et de sécurisation des employés.

CONCLUSION

Dans ce chapitre, nous avons présenté non seulement le processus de dilution de la soude mis en œuvre à la SO.BE.BRA mais aussi les insuffisances du système existant. Ceci nous permettra de définir le cahier de charge du système amélioré.

CHAPITRE 3 : CONCEPTION DE LA NOUVELLE

cahier des charges, la conception consistera en :

 une présentation du schéma synoptique du nouveau système suivi de la description de son fonctionnement ;

 un dimensionnement de l’installation.

3.1 PRESENTATION DU CAHIER DES CHARGES

Il s’agit de concevoir une installation entièrement automatisée de dilution et d’appoint en soude des bains des laveuses à la SO.BE.BRA-Cotonou. La nouvelle installation sera pilotée par un Automate Programmable Industriel (API)et devra disposer de deux modes de fonctionnement :

 un mode manuel pour un fonctionnement indépendant des machines ;

 un mode automatique prévu pour la conduite normale du système c’est-à-dire le ‘désensachage’ des sacs, la dilution, le stockage et la recirculation de la soude.

La conduite du système sera assurée par une Interface Homme-Machine installée sur un terminal prévu à cet effet. L’Interface Homme-Machine devra contenir une vue générale du processus qui relève les états de chaque actionneur, le mode de fonctionnement du système, les signalisations en cas

de défaut, et les valeurs analogiques des différentes sondes utilisées lors du fonctionnement.

L’installation nécessitera l’intervention d’un seul opérateur pour son fonctionnement. L’accès à certaines fonctions sur le pupitre sera sécurisé et donc réservé à des groupes d’utilisateurs donnés. De plus, les différentes pompes intervenant dans le fonctionnement de l’installation, seront permutées à tour de rôle après un temps de fonctionnement paramétrable, ceci, afin d'équilibrer leur usure.

3.2 ETUDE GENERALE DE LA NOUVELLE INSTALLATION La nouvelle installation de dilution et d’appoint en soude contribuera au

désensachage semi-automatique des sacs de soude, à la dilution automatique de la soude caustique, puis au stockage automatique de la soude après dilution. Un système de recirculation sera installé afin d’optimiser la durée de stockage de la soude diluée et de permettre un appoint rapide en soude des laveuses. Cette nouvelle installation nous impose des réaménagements technologiques sur l’ancienne.

 Processus de ‘désensachage’ des sacs de soude

Le système de ‘désensachage’ des sacs consiste à vider les sacs de soude de leur contenu sans l’intervention d’un opérateur. Pour cela nous mettrons en place un système composé de :

 un convoyeur à bande entrainée par un moteur M1 pour le transport des sacs de 25kg ;

 un convoyeur à rouleaux entrainé par un moteur M2 et situé au-dessus de la trémie ;

 une lame circulaire rotative, d’une épaisseur donnée, entrainée par un moteur M3 permettant de déchirer les sacs de soude ;

 un système de deux vérins V1, V2 à deux effets au bout desquels sont fixés deux pointes en inox ;

 un troisième vérin V3 à deux effets permettant le mouvement de

‘montée’ et de ‘descente’ du support en acier où sont fixés les deux vérins V1 et V2 ;

 des détecteurs photoélectriques disposés de part et d’autre de l’installation renseignant sur la position du sac au cours du processus ;

 une trémie située en-dessous du convoyeur à rouleaux et où se déverse la soude lors de la vidange des sacs ;

 une vis sans fin entrainée par un moteur M4 qui transportera la soude déversée dans la trémie, vers le bac de dilution.

 Processus de dilution et de Stockage de la soude

Au cours de la vidange des sacs, la soude caustique est diluée dans un bac par l’intermédiaire des différentes pompes et vannes. Le processus nécessitera donc :

 un bac de dilution déjà en place sur l’ancien système. Cependant, il sera muni cette fois ci d’une sonde pression située au fond du bac et renseignant sur l’état vide du bac, sur le volume d’eau dans le bac et sur le trop plein du bac (sécurité de l’installation) ;

 un bac de stockage, aussi en place sur l’ancien système et qui permettra le stockage de la soude après la dilution. Ce dernier sera aussi muni d’une sonde pression pour renseigner sur le volume de soude au cours de l’utilisation par les laveuses ;

 des conductivimètres qui seront installés sur les différents bacs afin de mesurer la concentration de la soude dans les bacs lors du processus. Celui du bac de dilution permettra l’arrêt du processus de

dilution et le démarrage du processus de stockage et celui du bac de stockage renseignera sur la concentration de la soude stockée dans le tank ;

 des sondes de température seront insérées dans les bacs pour contrôler la température de la soude diluée, pendant et après le processus.

Toute l’installation sera munie de vannes pneumatiques afin d’assurer le déroulement automatique du processus. Pour permettre une bonne conservation de la soude stockée, une recirculation est suggérée grâce aux ajouts de tuyauteries de retour dans le bac de stockage comme le montre le schéma synoptique de la nouvelle installation figure 3.1. Le fonctionnement des pompes sera modifié, c’est-à-dire que chacune d’elles aura un temps de fonctionnement précis. Pour le faire, nous modifierons juste le câblage actuel des deux pompes.

La figure 3.1 nous montre le schéma synoptique de la nouvelle station de dilution et d’appoint en soude des bains des laveuses et la figure 3.2 présente l’installation en trois dimensions (3D).

Figure 3. 1: Schéma synoptique de la nouvelle station de dilution de soude

Laveuse V-1, V-2 : Vannes d’ouverture et de

fermeture pompe 2

V-3, V-4 : Vannes d’ouverture et de fermeture pompe 1

V-5 : Vanne sortie bac de dilution V-6 : Vanne recirculation soude V-7 : Vanne entrée bac de dilution V-8 : Vanne arrivée eau SONEB V-9 : Vanne rinçage vis sans fin V-10 : Vanne entrée bac de stockage

V-11 : Vanne sortie bac de stockage V-12 : Vanne départ laveuses V-13 : Vanne sortie égout V-14: Vanne CIP bac de dilution V-15, V-16 : Vannes d’appoint laveuse 1 V-17, V-18 : Vannes d’appoint laveuse 2 V-19, V-20 : Vannes d’appoint laveuse 3 D1: Détecteur présence sac sur convoyeur à bande D2: Détecteur présence sac sur convoyeur à rouleaux

Figure 3. 2: Schéma en 3D de la nouvelle station de dilution de soude 1

3 4

7 8

10 12 11

1- Convoyeur à bande 2- Moteur du convoyeur à bande 3- Sac de soude 4- Convoyeur à rouleaux 5- Pointes 6- Convoyeur à vis 7-Moteur du convoyeur à vis 8-Bac de dilution 9-bac de stockage 10- Vannes pneumatiques 11- Pompes 12- Trémie

La figure 3.3 présente la vue de gauche de la nouvelle station.

Figure 3. 3: Schéma en 2D de la nouvelle station de dilution de soude (vue de gauche)

Les vues de face et de dessus de la nouvelle station de dilution sont présentées en annexe 3.

3.3 DESCRIPTION FONCTIONNELLE DE LA NOUVELLE INSTALLATION

La description fonctionnelle de la nouvelle installation de dilution de soude a été faite à l’aide d’organigrammes et de grafcets.

3.3.1 ORGANIGRAMME DU NOUVEAU SYSTEME

La Figure 3.4 représente l’organigramme du programme principal de la nouvelle installation.

Figure 3. 4: Programme principal

3.3.2 DESCRIPTION DU MODE MANUEL

Le mode manuel de la nouvelle installation est décrit suivant l’organigramme présenté à la figure 3.5:

DEBUT

Choix mode Auto ?

FIN Auto

Manuel

Mode recirculation

Arrêt?

Figure 3. 5: Sous-programme mode manuel

3.3.3 DESCRIPTION DU MODE AUTOMATIQUE

L’opérateur choisi sur le pupitre de supervision le mode Automatique qui démarre le processus de dilution. Les différents paramètres qui entrent en compte dans le processus sont modifiables par un groupe d’utilisateur donné.

Une fois que les choix sont faits et qu’on lance le processus, les différentes séquences s’exécutent.

3.3.3.1 DESCRIPTION DE LA SEQUENCE DE DESENSACHAGE SEMI-AUTOMATIQUE DES SACS L’opérateur, au démarrage du processus, dépose le sac de soude sur le convoyeur à bande. Lorsque les conditions de démarrage de cette séquence sont

Mode Manuel

remplies (c’est-à-dire : ‘présence sac sur le convoyeur à bande’ D1, volume d’eau atteint Va, pas de sac sur le convoyeur à rouleau D2), le convoyeur à bande entrainée par le moteur M1 démarre. Cette bande convoie le sac vers le convoyeur à rouleaux en passant par la lame circulaire. Cette lame circulaire, entrainée par le moteur M3, déchire le sac suivant sa longueur. Arrivé dans la zone B, un détecteur D2 commande l’arrêt du convoyeur à rouleaux entrainée par le moteur M2 puis actionne la sortie simultanée des deux vérins. Les deux pointes fixées au bout des deux vérins V1 et V2, transpercent le sac jusqu’à une distance d du sac. Après cette étape, un troisième vérin V3, permet le mouvement ‘montée’ et ‘descente’ du support où sont fixés les deux vérins V1 et V2. Ainsi lors de la montée, le sac est vidé de son contenu pendant une durée

T. A la fin de la temporisation, le sac vide est redéposé sur le convoyeur à rouleaux grâce au vérin V3. La fin de course d’entrée du vérin V3 et la mise à 1 du détecteur D1 actionne la rentrée des vérins V1 et V2. Des butées seront installées aux extrémités des convoyeurs afin d’empêcher le sac de dévier de sa trajectoire et de permettre aux pointes de laisser le sac vide sur les rouleaux lors de l’entrée des vérins V1 et V2. La fin de course d’entrée des vérins redémarre le convoyeur à rouleaux afin d’éjecter le sac vide du processus. La figure 3.6

présente l’organigramme de la séquence de vidange des sacs de soude.

Figure 3. 6: Organigramme séquence de désensachage des sacs

Dé but

Ejecter sac vide du processus

FIN

-Démarrer convoyeur à bande -Démarrer lame circulaire -Démarrer convoyeur à rouleaux

-Arrêter convoyeur à bande -Arrêter convoyeur à rouleaux

-Vider sac

-Présence sac sur convoyeur à rouleaux?

Fin vidange sac condition de démarrage ok?

3.3.3.2 DESCRIPTION DE LA SEQUENCE DE DILUTION ET DE STOCKAGE DE LA SOUDE

La dilution de la soude se fait en plusieurs étapes à savoir : le remplissage d’eau dans le bac de dilution, le système de recyclage (mélange eau + soude), puis le stockage de la soude à 40% dans le bac de stockage. Cette séquence commence juste après appuie du bouton ‘Automatique’ sur le pupitre de supervision qui démarre le remplissage d’eau grâce à l’ouverture des vannes

V-7 et V-8. Dès que le volume d’eau est atteint, ces dernières se ferment, puis commence l’étape du recyclage grâce aux ouvertures des vannes V-5, V-6 et au fonctionnement de la pompe. Lorsque la valeurCa de la concentration de soude fixée par le laboratoire est atteinte, le conductivimètre envoie l’information à l’automate qui commande la fermeture de la vanne V-6 et démarre ensuite le processus de stockage grâce à l’ouverture de la vanne V-10. Ce processus prend fin lorsque le niveau bas du bac de dilution est atteint. Une alarme signalera la fin de la séquence de dilution de la soude. La figure 3.7 présente l’organigramme de la nouvelle séquence de dilution de la soude.

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