2 CHAPITRE : PROCESSUS DE PRODUCTION DE L’HUILE ET
2.3 Problématique et présentation du projet
Dans la configuration actuelle de la SHB, les coques de coton une fois obtenues de l’atelier décorticage, sont transportées par l’intermédiaire des vis transporteuses vers la chaufferie. Cette dernière utilise une partie (environ 45%) des coques comme combustibles de la chaudière en vue de la production de la vapeur. Le trop plein de coques est envoyé par l’intermédiaire d’une vis convoyeuse vers deux goulottes en forme de V. L’une de ces ouvertures est utilisée pour le chargement des coques de coton dans les camions. Un manœuvre avec une pelle en main est nécessaire pour une bonne répartition des coques dans le camion. Le camion principalement utilisé pour ce transfert est la Mercedes F1536 RB. La photo 2.12 nous présente les deux goulottes ainsi que le camion en plein chargement.
Photo 2.12: Déversement des coques de coton dans le camion [Hounto-ada, 2017]
Une fois le camion remplie, les coques sont acheminées vers les hangars, en dessous desquels les ouvriers sont prêts pour son chargement dans des sacs de 45 kg, 50 kg, 65 kg et 90 kg.
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Ainsi les conteneurs exportateurs des coques s’approvisionnent en sacs de coques, les transportant au port de Cotonou où ces derniers sont exportés.
Présentons à présent les conséquences de ce transport suivant différents volets :
Volet économique
Pour assurer ce transport 24 heures sur 24, le camion a besoin de gas-oil et d’entretien journalier. Le tableau 4 présente le coût des dépenses journalières engendrées par l’utilisation du camion dans le transport des coques.
Tableau 2.4: Coût des dépenses journalières engendrées par l'utilisation du camion
Les nécessaires Coût journalier (en F CFA)
Gas-oil 12 500
Volet disponibilité de coques
Il est important aussi de souligner que l’utilisation du camion n’assure pas une disponibilité permanente des coques sous les hangars. La demande d’exportation étant de plus en plus croissante, il y a donc un nombre élevé d’ouvriers or le camion compte tenu de sa capacité et de sa vétusté ne transporte que 36 tonnes de coques par jour. Ce qui est très insuffisant pour l’usine compte tenu de la demande.
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Volet environnement
D’autre part la photo 2.13 présente l’état du chemin suivi par le camion en cas de saison pluvieuse. On note alors une difficulté assez fréquente de traversée du camion en saison pluvieuse.
Photo 2.13: Etat de la route de transport des coques en saison pluvieuse [Hounto-ada, 2017]
D’autre part la photo 2.14 présente des coques non utilisables ou non commercialisables par la SHB car ces dernières ont été exposées à la pluie. En effet, dans le but d’optimiser le transport, le camion déverse les coques aux alentours des hangars quand ils sont remplis. Il ressort alors une perte assez importante de coques par la SHB en période pluvieuse.
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Photo 2.14: Coques exposées à la pluie [Hounto-ada, 2017]
Par ailleurs au cours du transport, les coques se déversent sur le chemin, de plus le déplacement du camion engendre beaucoup de poussière dans l’usine. On note ainsi une pollution atmosphérique dû au transport.
Les volets économique, environnemental, la sécurité sanitaire des employés et la satisfaction des clients étant les points cruciaux de la politique de la SHB, il urge d’apporter une solution appropriée à ce problème afin d’assainir le transport des coques.
Face à cette situation, en accord avec la SHB, nous nous sommes proposés de concevoir un dispositif capable de remédier efficacement à ce transport en vue de sa réalisation.
Cet équipement de transport, composée essentiellement d’un système de transport pneumatique par aspiration et refoulement (ventilateur à coques) et d’un système de distribution automatique, devra remplir les fonctions suivantes :
aspirer et refouler la quasi-totalité des coques qui se déverse de la vis (de trop plein à coques) de la chaufferie ;
assurer la distribution uniforme des coques sous les hangars ;
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éliminer la poussière et l’eau de pluie qui se dépose sur les coques au cours du transport.
Ainsi, cet équipement permettra :
de supprimer l’utilisation du camion pour le transport des coques ;
d’assurer un transport beaucoup plus aisé sans compromis environnemental ;
d’assurer la disponibilité permanente et quantitative (transport de 6 tonnes de coques par heure) ;
d’assainir le cadre de travail des ouvriers en réduisant l’émission de la poussière dans l’usine.
Conclusion partielle
Ce chapitre nous a permis de mieux comprendre le processus par lequel l’huile de coton et de soja sont fabriquées d’une part et d’autre le processus d’obtention des tourteaux ou autres dérivés des graines de coton et de soja à l’usine de la SHB. Il présente aussi la problématique de notre étude et le résultat attendu.
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DEUXIEME PARTIE : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE ET ETUDE TECHNIQUE
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3 CHAPITRE 3 : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
Introduction partielle
La résolution du problème auquel est confronté le transport des coques de coton à la SHB passe par la réalisation d’un dispositif. Celui-ci sera capable de transporter les coques du trop-plein de la chaufferie vers les hangars de chargement. Deux systèmes seront ainsi utilisés, un système de transport et un système de distribution des coques sous les hangars.
Dans ce chapitre, nous verrons les différentes machines ou équipements susceptibles de faire le travail.
3.1 Fluidisation des matériaux en vrac 3.1.1 Définition
On entend par matériaux en vrac les matériaux pulvérulents, granuleux ou en morceaux, par exemple pierres, terre, sable, céréales, coques, ciment. Ils sont définis selon leurs qualités physiques, chimiques et mécaniques telles que la densité en vrac, la granulométrie, le taux d'humidité, la teneur en huile, la valeur pH, l'effet d'usure, l’angle d’éboulement etc.
3.1.2 Caractéristiques essentielles
Elles se résument aux points suivants :
- la densité en vrac ρ : c’est le rapport de la masse m et du volume V du matériau qui a été versé, elle s’exprime en kg/m3.
𝝆 =𝒎 𝑽
La densité en vrac des coques de coton est de : ρ = 192 kg/m3 [35].
- l’angle statique de talus βst : c’est l’angle formé par l’inclinaison d’un tas fixe de matériau et l’horizontal ;
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- la granulométrie k : la distance maximale k, mesurée en diagonale de bord à bord, sert de mesure pour la granulométrie ou la présence de morceaux. Selon la proportion d'une granulométrie prédominante ou de grains fin ou gros, on fait la différence entre les matériaux en vrac triés ou non. Les deux tableaux suivants renseignent sur l’identification d’un matériau en vrac trié ou non ainsi que sur la désignation de ces deniers selon leur granulométrie.
Tableau 3.1: Détermination de la granulométrie [9]
Matériau en vrac trié Matériau en vrac non trié
𝑘𝑚𝑎𝑥/𝑘𝑚𝑖𝑛 ≤ 2,5 𝑘𝑚𝑎𝑥/𝑘𝑚𝑖𝑛 > 2,5
Granulométrie 𝑘 = 0,5(𝑘𝑚𝑎𝑥/𝑘𝑚𝑖𝑛)
Tableau 3.2: Classification des matériaux en fonction de la granulométrie [9]
Désignation du matériau en vrac Granulométrie (mm) Pulvérulent
- la température : elle doit être considérée en vue de préserver les éléments du système de manutention choisie et ainsi augmenter la durée de vie des installations. Lors de la manutention, d’autres facteurs tels que la granulométrie, l’intensité du transport, peuvent influencer cette dernière ;
- les propriétés chimiques : elles doivent être considérées à la conception du système de manutention afin de préserver la durée de vie des installations.
3.1.3 La fluidisation
Un produit pulvérulent est composé de corpuscules solides, entassés les uns sur les autres sous l’effet de la gravité, un certain vide interstitiel restant libre et normalement
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rempli d’air atmosphérique, l’importance relative de ce vide dépendant de la grosseur et de la forme des corpuscules.
Emmagasinés dans un récipient, ces corpuscules n’ont aucun mouvement les uns par rapport aux autres, et par suite du frottement ou de l’arc-boutement de leurs surfaces, ils ne s’écoulent pas ou s’écoulent difficilement si l’on ouvre à la base du récipient un orifice débouchant sur un conduit horizontal ou faiblement incliné.
Si l’on introduit et répartit dans cette masse inerte, un courant gazeux dont la vitesse n’est pas assez forte pour entraîner les corpuscules en annulant leur gravité, mais est suffisante pour leur communiquer une certaine énergie cinétique, il se produit entre tous les corpuscules une agitation désordonnée comparable, à une beaucoup plus grande échelle, à l’agitation moléculaire. La couche pulvérulente ainsi agitée prend les propriétés d’un liquide ; elle s’écoule aisément par un ajustage inférieur et l’on peut y plonger un corps solide qui selon sa densité s’enfoncera dans la masse ou surnagera en flottant. Cette couche de poudre ou de grains est dite fluidisée et le phénomène correspondant s’appelle la fluidisation.
3.2 Système de transport pneumatique des produis en vrac
Le transport pneumatique de produits en vrac convient à des matières sous forme de grains, de poudres plus ou moins fines, de fibres, de menus morceaux de formes diverses, à condition qu’ils ne soient ni gras ni trop humides ce qui risqueraient de provoquer des colmatages. Sont exclus aussi les produits trop fragiles qui seraient détériorés par les chocs ou les frottements du transport ainsi que ceux qui risqueraient de détériorer la conduite en raison de leur caractère trop abrasif ou de leur nature chimique. La granulométrie admissible dépend de la nature du produit et particulièrement de sa densité.
Le transfert pneumatique se présente comme une alternative au convoyage mécanique des matières. Il est un moyen moderne de transférer des produits pulvérulents et des granulés qui apporte un certain nombre d’avantages :
réduction des rebuts et de la contamination du produit : c’est un système de transfert hermétique qui évitera au produit de tomber dans l’espace environnant ;
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peu encombrant ;
maintenance minime : les transporteurs pneumatiques ne comprennent que très peu de pièces en mouvement, ce qui se traduit par des coûts de maintenance très faibles et une meilleure fiabilité du système.
environnement de travail sans poussière : contrairement aux convoyeurs mécaniques à bande ou à vis, le transporteur pneumatique ne dégage pas de poussière car il fonctionne en vase clos. Les conditions de travail s’en trouvent améliorées, et il permet de garder confiner des produits toxiques pendant leur transfert.
débit et distance de transport élevés : le transport pneumatique se justifie pour des débits de 0,5 à 100 t/h sur des distances de 20 à 500 m et dans des cas exceptionnels de plus de 2 km
La manutention pneumatique s’emploie pour des produits de plus en plus nombreux et variés sur des distances plus ou moins grandes.
En conséquence, indépendamment des différences concernant la concentration de matière, la vitesse de circulation, ou de l’écart de pression nécessaire, la conception des circuits s’adapte aux opérations à effectuer.
3.2.1 Le transport par aspiration
Ce système de transport (figure 3.1) prélève la matière à la pression atmosphérique, soit dans la masse par une buse de succion ou suceuse, soit dans une trémie ouverte, et la livre dans une capacité ou une trémie sous dépression d’où elle est évacuée à l’atmosphère par un dispositif d’éclusage ; la capacité de réception comporte un dispositif de séparation dynamique de l’air et de la matière transportée appelé généralement cyclone ; entre ce cyclone et le ventilateur ou la pompe à vide, l’air déprimé traverse habituellement un filtre, soit pour protéger la pompe soit pour ne pas souiller l’atmosphère.
Le transport par aspiration est utilisé soit sous faible dépression jusqu’à 100 millibars obtenue le plus souvent par un ventilateur, soit sous une dépression comprise entre 100
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et 700 millibars obtenue par une pompe à vide. Ce mode de transport est particulièrement indiqué quand il faut prélever la matière en plusieurs points.
3.2.2 Le transport par refoulement
Le transport par refoulement (figure 3.2a) introduit la matière dans l’air sous pression par un dispositif d’éclusage et le distribue à la pression atmosphérique :
- soit, à gueule bée, dispositif acceptable quand la matière est en grains ou en cristaux qui se séparent naturellement de l’air d’entraînement ;
- soit dans un cyclone séparant dynamiquement les produits pulvérulents ou fibreux de l’air détendu qui peut être évacué à l’atmosphère à travers un filtre pour achever son épuration.
Ce procédé convient à toutes les concentrations et à toutes les pressions ; il est particulièrement indiqué quand la matière est introduite en un seul point pour être distribuée en plusieurs, par exemple, pour la distribution, à partir d’une trémie de réception, vers différents silos de stockage. Il est obligatoirement employé, quand la concentration ou la longueur de la canalisation imposent un écart de pression supérieur à 700 millibars, incompatible avec un transport par aspiration.
Le transport par refoulement peut s’effectuer en circuit fermé, si l’air sortant du récepteur-cyclone, au lieu de s’échapper à l’atmosphère est reconduit à l’aspiration du ventillateur ou du compresseur (figure 3.2b). On évite ainsi toute perte de matière, ce qui est important pour les manutentions pneumatiques dans l’industrie chimique et il n’y a aucun risque de pollution de l’atmosphère.
Figure 3.1: Transport pneumatique par aspiration [33]
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Figure 3.2a : Transport pneumatique par refoulement en circuit ouvert [33]
3.2.3 Le transport par aspiration et refoulement combiné
Ce type de transport s’emploie quand il faut desservir plusieurs points d’introduction et plusieurs points de distribution, ou si l’on veut que l’aspiration et le refoulement se fassent tous deux à la pression atmosphérique, la première par suceuse et le second à gueule bée ou à travers un cyclone sans éclusage.
On réalise des circuits combinés très simples pour des produits légers, non corrosifs et non fragiles tels que de la paille hachée, de la coque de coton, des copeaux de bois ou des déchets de papier en les faisant traverser le ventilateur avec l’air d’entrainement.
3.2.4 Le transport par refoulement discontinu
Il procède par remplissages successifs d’une cuve étanche, alternant avec des entraînements de la matière par air comprimé admis à la base de la cuve à une pression généralement de l’ordre de 6 bars. La cuve soumise alternativement à la pression atmosphérique pour le remplissage et à la pression de l’air de circulation pour la chasse, assure elle-même l’éclusage et la matière est plus ou moins fluidisée. Ce mode de transfert peut s’effectuer en phase dense.
Figure 3.2b : Transport pneumatique par refoulement en circuit fermé [33]
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Après analyse des types de transport précités, il est évident que le transport pneumatique par aspiration et refoulement est le plus adapté à notre travail. Il permettra d’aspirer et de refouler les coques dans une trémie (trémie à coques).
3.3 Comportements du produit dans les canalisations
Le différentiel de pression total dans la canalisation est la résultante de la quantité de produit transporté, sa fluidité, la hauteur de transfert, le design de l’élément d’aspiration et de refoulement, et de la ligne de transfert. Le ventilateur doit être capable de compenser la perte de charge totale et conjointement de générer le débit d’air nécessaire pour le transfert du produit (débit d’air volumétrique rapporté à la section de la tuyauterie). Il est essentiel de réaliser un apport d’air additionnel suffisant dans le produit (l’air secondaire) et/ou dans la canalisation pour assurer un débit stable. La régulation de cet apport d’air peut contrôler facilement les conditions d’un transfert pneumatique dans le but de convoyer le produit en le respectant (exemple : éviter l’accumulation des charges électrostatiques comme sur les plastiques). Dans les canalisations, trois situations de transfert peuvent être rencontrées.
3.3.1 Transfert pneumatique en phase diluée
Dans ce cas de figure, la vitesse de l’air est sensiblement supérieure à la vitesse des particules et se situe entre 18 et 35 m/s. La densité de cette phase est extrêmement faible. Le mélange air/produit est réalisé de façon homogène. Le transport en phase diluée est privilégié pour des produits de faible ou moyenne densité, non-abrasifs et ne craignant pas la dégradation, tels que la farine, le sucre, le sel, les granulés. Les produits sensibles ne peuvent être transportés de cette façon à cause du risque d’abrasion ou de destruction des particules.
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Figure 3.3: Transfert en phase diluée [20]
3.3.2 Transfert pneumatique en phase dense
Lors d’un fonctionnement en phase dense, le volume d’air est inférieur et la pression supérieure. Ce système de transport est généralement utilisé pour des produits de densité moyenne ou élevé, sensibles à la chaleur, abrasifs ou non, cohésifs ou très fragiles sur de courtes distances
Dans cette phase, il est fréquent de trouver des zones où des bouchons peuvent se former (exemple : avant un coude) et des zones où un transfert en phase diluée a lieu sur la partie supérieure de la canalisation. Le produit stagnant réduit la section de passage et augmente la vitesse de transfert dans certains points du circuit. La densité de phase est plus importante que dans la phase précédente. Les systèmes de transfert pneumatique qui travaillent dans cette zone respectent la structure du produit et sont sur le plan énergétique infiniment plus efficace que les autres systèmes.
Figure 3.4: Transfert en phase dense [20]
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Transfert par bouchons
Si la quantité de produit est encore augmentée et la vitesse de l’air diminuée, des bouchons se forment dans les canalisations. Ces bouchons se disloquent constamment sur toute la longueur du transfert. Par conséquent, les systèmes les plus fiables fonctionnent avec une vitesse de l’air très inférieure à la vitesse de flottement d’un grain unique. Le transfert par bouchons est la méthode qui respecte le plus le produit (à préférer sur les produits fragiles). Dans ce type de transfert il est nécessaire d’utiliser un générateur qui offre une dépression élevée, ceci afin de prévenir le colmatage des canalisations. Le transfert par bouchons n’est pas seulement applicable aux poudres et aux granulés mais également aux produits visqueux ou mélangés à un liquide.
Figure 3.5: Transfert par bouchons [20]
3.3.3 Concentration du transport
Une caractéristique importante d’un transport pneumatique est sa concentration, c'est-à-dire le rapport du débit de matière transportée au débit d’air transporteur. Seuls les débits massiques sont les mêmes à l’entrée et à la sortie et peuvent caractériser la concentration ; mais il est intéressant de les comparer aux débits volumes qui sont très différents et qui caractérisent le pourcentage de vide entre les grains véhiculés et donnent une image géométrique du transport, image variable le long de la canalisation avec la
Une caractéristique importante d’un transport pneumatique est sa concentration, c'est-à-dire le rapport du débit de matière transportée au débit d’air transporteur. Seuls les débits massiques sont les mêmes à l’entrée et à la sortie et peuvent caractériser la concentration ; mais il est intéressant de les comparer aux débits volumes qui sont très différents et qui caractérisent le pourcentage de vide entre les grains véhiculés et donnent une image géométrique du transport, image variable le long de la canalisation avec la