Optimisation d’un Optimisation d’un procédé de carbonisation procédé de carbonisation de bois de bois

Optimisation d’un Optimisation d’un

procédé de carbonisation procédé de carbonisation

de bois de bois

Par: Jean

Par: Jean -Roch Leclerc - Roch Leclerc

Plan de la présentation Plan de la présentation

1. Description du processus à optimiser 2. Diagramme d’Ishikawa

3. Facteurs retenus et variables de réponses 4. Choix du plan

5. Résultats anticipés 6. Conclusion

ENDOTHERMIE ENDOTHERMIE (% EAU ÉLEVÉ)

(% EAU ÉLEVÉ) EXOTHERMIEEXOTHERMIE

(% EAU BAS) (% EAU BAS)

3 33 3 333

3

BOIS

BOIS MAINMAIN

D'OEUVRE D'OEUVRE

ÉNERGIE ÉNERGIE (INCINÉRATION) (INCINÉRATION)

CHARBON DE BOIS CHARBON DE BOIS

1 4 5 3 1 2 2 4 5 3 3 1 4 2

Diagramme de cause à effet Diagramme de cause à effet

MAIN D'OEUVRE MAIN D'OEUVRE

ENVIRONNEMENT ENVIRONNEMENT MACHINES

MACHINES MESURES

MESURES

MATIÈRE MATIÈRE PREMIÈRE PREMIÈRE MÉTHODES

MÉTHODES

RENDEMENT RENDEMENT (CONSOMMATION (CONSOMMATION

D'ÉNERGIE D'ÉNERGIE

DURETÉ DURETÉ (QUALITÉ) (QUALITÉ)

Préposés au chargement

température d'incinération temps de

carbonisation

processus continue formation

Préposés à la carbonisation

dimension des billes

taux d'humidité du

bois oxydation du bois

entretien des brûleurs

débit d'entrée du propane

erreur d'estimation qualitative

thermomètres

neige sur les billes

entretien de la

canalisation température

extérieure différentes

essences

Débit régulier de gaz

4 Facteurs importants 4 Facteurs importants

1. Le taux d’humidité (HU)

Ø Ennemi No 1 de la carbonisation Ø Variant entre 15% et 60 %

2. L’oxydation

3. Dimension des billes (BI)

Ø (coût de préparation)

4. Type d’essence (ESS)

Ø (2 groupes aux rendements différents mais homogènes) 1. Groupe 1: Bois francs durs (érable, hêtre, merisier) 2. Groupe 2: Bouleaux (gris et à papier)

Situation particulière Situation particulière

rendement

% d'humidité

Oxydation

15 60

Facteur à 3 modalité:

essentiel!

Choix des variables de réponses (3)

1. Rendement (poids/m³) (REN)

2. Qualité (mesurée par la dureté (% fines)) (DU)

3. Coût de l’énergie (EN)

Choix du Plan Choix du Plan

• ^MODALITÉS

- Humidité (% eau) (hu): 45 %, 30 %, ET 15 % (minimum possible)

- Dimension des billes (bi): 30 cm, 50 cm et 70 cm

• PARTICULARITÉ

- Plan court pour la variation de température - Simple pour le type d’industrie

• BLOQUAGE

- Chaque groupe d’essence (2), pour chaque expérience complète

• RÉPÉTITION

- Répétition avec un groupe d’essence différent

Choix possibles Choix possibles Central composite Central composite

Traitement Bloc Humidité (%) Tronçonnage

1 1 -1 -1

2 1 -1 1

3 1 1 -1

4 1 1 1

5 (C) 1 0 0

6 2 -1.41 0

7 2 1.41 0

8 2 0 -1.41

9 2 0 -1.41

10 (C) 2 0 0

30 % Hu 30 cm Bi

41% Hu 36 cm Bi

45 % Hu 50 cm Bi 41 % Hu

64 cm Bi 30 % Hu

70 cm Bi

19 % Hu 64 cm Bi

15 % Hu 50 cm Bi

19 % Hu 36 cm Bi

Choix possibles (suite) Choix possibles (suite)

• PLAN 3² : COMPLET, 2 FACTEURS ET 3 MODALITÉ

plus simple!

Hu 15 % Bi 30 cm Hu 30 % Bi 30 cm Hu 45 % Bi 30 cm Hu 45 %

Bi 50cm Hu 45 %

Bi 70 cm

Hu 30 % Bi 70cm

Hu 15 % Bi 70 cm

Hu 15 % Bi 50 cm

Hu 30 % Bi 50 cm Traitement Humidité Billes

1 0 1

2 1 0

3 -1 -1

4 -1 0

5 1 1

6 0 -1

7 1 -1

8 - 1 1

9 0 0

Optimisation simultanée Optimisation simultanée

DÉSIRABILITÉ ^dren

1.0

RENDEMENT (RE)

0

APPORT ÉNERGÉTIQUE (EN) ^dend_du 1.0

ET DURETÉ (DU)

0

REN- = 700 REN+ = 1000

EN+= 1000 EN- = 3000 DU+ = 25 DU- = 15

Équations de prédiction Équations de prédiction

REN = â₀ + âHU + âBI+ âHU² + âBI² + âHUBI DU = â₀ + âHU + âBI+ âHU² + âBI² + âHUBI EN = â₀ + âHU + âBI+ âHU² + âBI² + âHUBI

] On calcule les différents « d » à partir des résultats de REN, DU et EN

] On optimise à partir des différentes valeurs de BI et HU, la valeur où D_pred est la plus élevée!

D_pred = [d_REN * d_du * d_EN]^1/3

Information stratégique!

Information stratégique!

1. Taux d’humidité optimale

2. Impact du tronçonnage (coûts importants) et impact réel sur le rendement

3. Connaissance de la différence de valeur entre les 2 types d’essences. (Établissement d’un juste prix d’achat)

4. Connaissance de la capacité (rendement) maximum du procédé

Autres particularités importantes Autres particularités importantes

ØPériode annuelle où la température extérieure ne varie pas trop (Juin Juillet)

ØContrôle des autres facteurs du diagramme d’Ishikawa

ØPlans d’expérience courts

ØRépétition l’année suivante (essences du groupe II)

Conclusion Conclusion

Le design expérimental:

•permet d’obtenir de l’information sur le processus qu’il serait impossible d’obtenir autrement.

•Avec très peu d’expériences (respecte les capacités de l’entreprise)

Utiliser les contrôles statistiques

• Avant l’expérience afin de vérifier la stabilité statistique du procédé

• Après, pour analyser les résultats

QUESTIONS ^?