Rapport de Stage Final [PDF]

Zitiervorschau

REMERCIEMENT

Il n'est jamais facile pour un étudiant de trouver un stage, c'est pourquoi je remercie l'entreprise Office Chérifien des Phosphates de m'avoir accueillie durant ces 2 mois. Je tiens à remercier M. BOUDENGA Responsable de Maroc Phosphore Safi et M. BELMIR Responsable de la Direction Maroc Chimie pour l’opportunité qui m’ont donné de passer mon stage au sein du site de Safi, ainsi que M. Slimane MANAR Responsable de la production phosphorique et Mme Amal BENRQYA Responsable Ingénieur Process Phosphorique I pour leur bienveillance. Mes très chers remerciements vont à M. M’hamed Hicham RAHIMI, mon encadrant dans ce sujet, qui m'a accordé sa confiance et qui m’a supervisé durant mon stage au jour le jour, et à M KAMAL Abdelghani pour ses précieux conseils ainsi qu’à Mr LAARAICHI Othman pour ses précieuses informations et son soutien ,sa corporation dans un sujet intéressant tel que l’application du chantier 5S mais également à toute l'équipe de l'atelier car chacun d'entre eux à su trouver un peu de temps pour m'aider dans mon sujet. Faire mon stage de 4ieme année dans votre entreprise était pour moi un plaisir ; j'ai pu apprendre beaucoup grâce à vous dans ma formation professionnelle, ce qui est un aboutissement à mon cursus universitaire. Ainsi j’exprime mes vifs remerciements témoignage de mes profondes affections pour M. Rachid BAGOUN, M. Youssef KHAYALI, M. Salaheddine QARNAOUI, M. Hamid M’HAMDI, qui m’ont encouragé et m’ont soutenu et m’ont fourni toutes les informations dont j’avais besoin tout au long de mon stage.

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Table des matières Remerciement................................................................................................................................................................... 1 Introduction générale

................................................................................................................................................... 4

CH I Présentation de l’entreprise d’accueil .................................................................................................... 5 I-Aperçu général du groupe OCP............................................................................................................................... 6 1-1Quelques dates clés ......................................................................................................................................................... 7 1-2 Diversification du produit d’OCP................................................................................................................................... 7 1-3 Phosphate quelques notions ............................................................................................................................................. 9

II -Maroc Chimie (IDS/PC)……….................................................................................................................................... 9 2-1Activité de l’IDS ......................................................................................................................................................... 10

CH II Description du lieu de stage ..................................................................................................................... 11 I-Productions de l’acide phosphorique par attaque sulfurique .................................................................................... 12 1- Procédé di-hydrate ............................................................................................................................... 13 2-Procédé à l’hémi-hydrate ..................................................................................................................... 14 3-Procédé à l’anhydre .............................................................................................................................. 14 II -Chimie de fabrication de l’acide phosphorique .............................................................................. 14 2-1 Caractéristiques du phosphate minéral attaqué ............................................................................. 14 2-2 Réactions principales ........................................................................................................................ 15 2-3 Réactions secondaires ....................................................................................................................... 15 III L’atelier phosphorique 1(PP1) ......................................................................................................... 17 3-1 Unité s’alimentation et de broyage des phosphates ...................................................................... 18 3-2Unité d’attaque/digestion/filtration .................................................................................................. 19 3-2-1 Section attaque .....................................................................................................................19 3-2-2 Section de refroidissement ...................................................................................................20 3-2-3 Cuve de digestion .................................................................................................................20 3-2-4 Section de filtration ..............................................................................................................21 3-2-5 Système de lavage de gaz .....................................................................................................22 2

3-2-6 Stockage d’acide 30% ..........................................................................................................22 3-2-7 Concentration d’acide ..........................................................................................................23

CH III Mise en situation ..................................................................................................................................... 24 I Pourquoi travailler ce sujet ................................................................................................................................ 25 II Comment s’organiser ? ..................................................................................................................................... 25 III Identification du problème ............................................................................................................................. 26 3-1 Formulation du problème par la méthode QQOQCP ........................................................................................... 26 3-2 Analyse des causes ........................................................................................................................................................ 26

IV Comprendre le fonctionnement normale du système ............................................................................ 27 V Etude théorique du phénomène ...................................................................................................................... 27 5-1 Cristallisation .................................................................................................................................................................... 28 5-2 Phénomène de dé-sursaturation .................................................................................................................................. 29 5-3 Cinétique de dé-sursaturation ...................................................................................................................................... 29 5-4 Solubilité des fluosilicates alcalins dans l’acide phosphorique ........................................................................ 30

VI Analyse des causes racines par la méthode des 5 pourquoi................................................................ 31 6-1 1ière étude : Vérification d’agitateur .......................................................................................................................... 31 6-2 2ième études : Vérification de la pompe de cerculateur........................................................................................ 35

VII Améliorations proposés ................................................................................................................................. 38

Conclusion générale .......................................................................................................................................................... 39 Contraintes et perspectives ............................................................................................................................................. 40

3

Introduction générale

Il est bien entendu qu’une formation donnée ne pourrait être complète qu'après avoir été talonnée par un travail pratique, c'est dans ce cadre qu'à la fin de ma 4ieme année à la l’école Nationale des Sciences Appliquées de Safi (ENSAS) que je suis appelé à passer un stage. Ceci constitue une occasion de formation et d'apprentissage qui sert à enrichir les connaissances acquises par la mise en pratique des cours théoriques dans le domaine industriel. Par ce fait, j’ai le privilège de passer un stage, durant deux mois, à l'atelier de production de l'acide phosphorique (CAP) au sein du groupe OCP à Safi. Afin de renforcer et de préserver sa position de leader mondial dans l’industrie des phosphates, le Groupe OCP se fixe comme objectif permanent l’optimisation et l’amélioration continue dans ses différents secteurs d’activités. La plate forme de Maroc Phosphore Safi adhère pleinement à cette politique et s’engage dans plusieurs démarches qui visent à améliorer les performances de ses unités. C’est dans cette perspective que s’inscrit donc le sujet de mon stage. En effet, la fabrication de l’acide phosphorique de 29 % en P2O5 s’accompagne de formation des dépôts solides dans les installations. Ces dépôts, en s’accumulant engendrent la dégradation prématurée des équipements, l’augmentation de nombres d’arrêts pour entretien, l’indisponibilité des équipements et par conséquent une réduction des cadences et de la productivité. L’objet de la présente étude, est de savoir les causes principaux du problème afin de remédier au problème des dépôts de granulats des fluosilicates de potassium et de sodium dans les cuves d’attaque de l’atelier phosphorique 1 en donnant des actions améliorantes. Donc Cette étude sera décomposée comme suit : - Aperçu sur le procédé de la fabrication de l’acide phosphorique à l’atelier phosphorique 1 ; - Compréhension du phénomène de la formation des fluosilicates - Etude des causes à l’origine de leurs dépôts ; - Proposition de quelques améliorations .

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CHAPITRE I :

Présentation de l’entreprise d’accueil

Ce chapitre constitue une présentation abrégée du groupe OCP,

Particulièrement le pôle industriel de Safi et ses différentes activités

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I. Aperçu général du groupe OCP : L'Office Chérifien des Phosphates (OCP), fondé le 7 août 1920 au Maroc et transformé en 2008 en une société anonyme (OCP SA), est l'un des principaux exportateurs de phosphate brut, d’acide phosphorique et d’engrais phosphatés dans le monde. Le groupe OCP compte près de 20 000 collaborateurs implantés principalement au Maroc sur 4 sites miniers et 2 complexes chimiques, ainsi que sur d'autres sites internationaux. En 2011, son chiffre d’affaires s’élevait à 5 milliards d'euros. L’OCP démarra son activité d’extraction, de traitement et d’expédition du phosphate le 1ier mars 1921, avec l’ouverture de la première mine à Boujniba, dans la région de Khouribga (Maroc), sur le gisement de phosphate le plus riche du monde. L’acheminement du phosphate jusqu’au port de Casablanca débute dans la même année, ce qui permet la première exportation de phosphate le 27 juillet 1921. La production a progressivement augmenté pour atteindre 5 millions de tonnes en 1954. Depuis, la production a continué à se développer dépassant le seuil de 10 millions en 1964 et de 20 millions de tonnes en 1979. Entre 1951 et 1961, les installations de séchage et de calcination se développent dans les régions de Khouribga et Youssoufia. Afin de poursuivre sa croissance et de gagner de nouveaux marchés à l’échelle internationale, l’OCP crée en1965 la société Maroc Chimie, chargée de la production de différents produits dérivés du phosphate grâce à une usine construite à Safi. Les premières exportations de produits dérivés du phosphate démarrent dans la même année. En 1975, l’Office Chérifien des Phosphates devient le Groupe OCP. Durant les années suivantes, le Groupe OCP investit dans la création de nouvelles lignes de production, notamment à Jorf Lasfar, où des travaux de construction d’un nouveau complexe chimique commencent en 1982. Ces nouvelles structures industrielles destinées à la production d’acide sulfurique et d’acide phosphorique deviendront effectives à partir de 1986, suivies par les lignes de production d’engrais en 1987. En 1994, le groupe OCP démarre un nouveau projet minier à Sidi Chennane, dans la zone de Khouribga, le lancement des travaux de construction de l’usine d’acide phosphorique purifié à Jorf Lasfar était en 1996 et son démarrage effectif en 1998. En 2008, l’OCP devient une société anonyme (S.A). Les activités du groupe sont organisées selon un modèle intégré, couvrant l’ensemble des opérations de la chaîne de valeur depuis l’extraction des phosphates jusqu’à la production et la commercialisation de différents produits notamment les engrais et l’acide phosphorique. 6

L’OCP joue un rôle économique et social important au Maroc. Les phosphates et ses dérivés représentent en 2010, en valeur, près d’un quart des exportations du pays. Depuis 2007, le groupe OCP vise à doubler sa capacité de production annuelle de phosphates d’ici à 2017 et à tripler sa production d’engrais d’ici à 2020. A.

I.1.Quelques dates clés

Date

Evénement

1920

Création, le 7 Août, de l’Office Chérifien des Phosphates (OCP)

1921

Début de l’exploitation minière (Khouribga)

1921

Première exportation de phosphate (Casablanca)

1965

Début des opérateurs chimiques (Safi)

1975

Création de groupe OCP

1998

Début de la production d’acide phosphorique purifié (Jorf Lasfar)

B.

I.2.Diversification des produits de l’OCP

L’OCP offre une large gamme de produits adaptée à la diversité des sols et des variétés végétales [2]. 1.

Les produits commercialisés

1.

Phosphate

2.

Acide phosphorique marchand (H3PO4)

3.

Acide phosphorique purifié (APP)

4.

Di-Ammonium Phosphate (DAP)

5.

Triple Super Phosphate (TSP)

6.

Mono-Ammonium Phosphate (MAP)

2.

Les produits en développement

7.

Engrais spéciaux

 Liquiphos 40 : Formulation ternaire riche en phosphate répondant à des besoins importants en phosphore des cultures maraichères et arboricoles. Utilisé en fertigation et permettant aussi le débouchage des goutteurs grâce à son action acidifiante.  Liquiphos 30 : Formulation équilibrée et acidifiante, destinée à la fertigation des cultures maraichères et arboricoles à différents stades de croissance.  Agrimap : Engrais acidifiant destiné aux stades de démarrage et de croissance, riche en phosphore et en azote ammoniacal. 7

 NPK : Trois formules régionales d’engrais NPK destinées à soutenir la productivité du blé dans les régions : Gharb/Saiss, Chaouia/Tadla et Doukkala. 8.

Compléments d’aliment pour bétail et volaille



Phosphate mono calcique (MCP) ;



Phosphate bi calcique (DCP).

Pour procéder à la fabrication de tous ces éléments, l’OCP doit être bien organisé, et ceci en étant divisé en plusieurs divisions qui sont-elles mêmes composées de différents services et ateliers, l’ensemble de ces parties constitue le pôle industriel du groupe dont fait partie l’usine Maroc chimie Safi.

Figure 1 : Organigramme de groupe OCP

8

I.3.Phosphates : Quelques notions Le phosphore, dont le minerai de phosphate est riche, est essentiel à toute forme de vie : il ne peut y avoir d’ADN sans phosphore. Environ 1% du poids d’un être humain est composé de phosphore, entretenu par les aliments absorbés et se fixant, notamment, dans les cellules, où il sert de support à l’énergie, et dans les os et les dents. Environ 85% de l’utilisation des phosphates concernent la production d’engrais, le reste étant à usage industriel et d’additifs alimentaires. Les principales réserves de minerai de phosphate dans le monde proviennent de dépôts sédimentaires des bassins océaniques préhistoriques, où la vie marine prospérait. Elles sont estimées à plusieurs siècles d’exploitations pour le Maroc, détenteur des premières réserves mondiales. Au-delà de l’eau et du rayonnement solaire, les plantes ont un besoin vital de trois composants essentiels à leur développement harmonieux : l’azote (N), le phosphore (P) et le potassium (K). Les terres arables contiennent naturellement, dans des proportions très variables, ces trois éléments. Jusqu’aux premières décennies du XXe siècle, la croissance de la production agricole ne nécessitant pas d’apports importants de ces éléments (au-delà du séculaire fumier). Entre 1900 et 2000, la production agricole mondiale a augmenté de 60%. Désormais, entre 40 et 60% de la production agricole mondiale nécessitent l’utilisation des engrais ternaire NPK (à base d’azote, phosphore et de potassium). Le phosphate, dans l’état actuel des connaissances scientifiques est l’une des rares matières premières au monde insubstituable. Le phosphate, comme la potasse (surtout pour les sols bien dotés), ne nécessite pas d’application sur les champs cultivés aussi régulière que les engrais azotés pour assurer les besoins des plantes, d’où une forte sensibilité de la demande en phosphates à la conjoncture économique et agricole. C'est pourquoi l'OCP diversifie ses produits afin de viser tous les domaines. II. Maroc Chimie (IDS/PC) La division Maroc Chimie, crée en 1965, est destinée à la valorisation des phosphates et la production de l’acide phosphorique et les engrais TSP. Elle se compose de deux ateliers de fabrication d'acide sulfurique, deux ateliers de fabrication d'acide phosphorique et trois unités d’engrais.

9

Figure 2:ORgannigrame de l’IDS :

II. II-1 Activités de l’IDS : 1.1. Production d’acide sulfurique : Produit intermédiaire à l’IDS, c’est un liquide lourd, huileux, corrosif et miscible dans l’eau Utilisé par les industries chimiques comme agent d’attaque des phosphates minéraux au cours de la fabrication d’acide phosphorique. 1.2. Production d’acide phosphorique L’acide phosphorique H3PO4 est produit à partir des phosphates naturels moyens de deux grandes catégories de procédés : simple cristallisation et double cristallisation.

1.3. Production des engrais Les engrais, sont des produits utilisés dans le domaine agricole. Le Maroc fait parti des pays exportateurs des engrais grâce à l’importance de la production du groupe OCP.

1.4.

Production de l’électricité

Pendant la fabrication de l’acide sulfurique, il se crée une réaction exothermique de combustion de soufre, libérant ainsi une grande quantité d’énergie qui est utilisée pour produire la vapeur d’eau qui sert à actionner les turbosoufflantes des ateliers sulfuriques et les alternateurs de la centrale thermique.

10

CHAPITRE II

Description du lieu de stage

Ce chapitre englobe une description de l’atelier phosphorique 1 ainsi que le procédé de fabrication de l’acide phosphorique

11

I.

Production d’acide phosphorique par attaque sulfurique :

L'acide phosphorique est un composé chimique qui présente une grande importance au niveau industriel car il intervient dans de nombreuses applications telles que la fabrication des engrais phosphatés, le traitement des surfaces métalliques, la synthèse organique, la fabrication des détergents, l'industrie alimentaire, etc. C’est un composé chimique oxacide trifonctionnel de formule H3PO4 (triacide) important en chimie minérale et fondamental en biochimie. Il s'agit d'un acide minéral obtenu par traitement de roches phosphatées ou par combustion du phosphore. À température ambiante, l'acide phosphorique est un solide cristallin de densité 1,83, qui fond à 42,35 °C. Il constitue la matière première de base pour la production de phosphates (ou sels phosphatés). La fabrication de l’acide phosphorique se fait selon deux voies : 

Voie thermique : qui consiste en une thermo-réduction des phosphates à haute température dont

le cout énergétique élevé limite son utilisation et plus précisément à oxyder P2O5 qui est ensuite hydraté pour obtenir finalement de l’acide phosphorique H3PO4. 

Voie humide : qui est basée sur l’attaque par un acide fort (sulfurique, nitrique ou clhoridrique),

suivie d’une séparation de l’acide produit. Quelque soit l’acide utilisé pour l’attaque, la fabrication de l’acide phosphorique par voie humide fait intervenir 3 opérations principales :  Broyage et dosage des matières premières ;  Attaque du phosphate et séparation de l’acide produit ;  Concentration de l’acide phosphorique obtenu par la filtration. Il existe 3types de procédés de fabrication de l’acide phosphorique par voie humide : 

Procédé-di-hydrate ;



Procédé-semi-hydrate ;



Procédé anhydre. 12

Le choix d’un procédé dépend de la forme sous laquelle le sulfate de calcium se présente comme produit final. Dans les 3 procédés, le phosphate brut est transformé en acide phosphorique + gypse ( sulfate de calcium). Ce dernier peut subir une hydratation plus ou moins poussée qui dépend de la température du milieu réactionnel et de la teneur en P2O5. On aura ainsi le sulfate de calcium sous forme différentes :  CaSO4, 2H2O forme –di-hydrate ;  CaSO4, 1/2H2O forme semi-hydrate ;  CaSO4 forme hydrate.

Figure 3: Influence de la température et de la teneur en P2O5 sur la forme du sulfate de calcium. Il apparaît que la teneur en eau de cristallisation du CaSO4 diminue quand la température augmente jusqu'à l’obtention, pour un maximum de température, d’un CaSO4 anhydre. Inversement si la température diminue, la teneur en eau de cristallisation augmente. Le di-hydrate est formé dans la zone située au dessous de la courbe (A), l’hémi-hydrate instable apparaît entre les courbes (A) et (B), et au dessus de la courbe (B) se produit l’hémi-hydrate stable. Pour un acide phosphorique 29% en P2O5 on travaille à des températures inférieures à 80°C pour avoir un di-hydrate stable. 1-1 Procédés au di-hydrate : A une température assez basse, de 70 à 85°C, l’attaque à l’acide sulfurique du phosphate se fait suivant la réaction : Ca3 (PO4)2 + 3 H2SO4 + 6 H2O3

3 (CaSO4.2 H2O) + 2 H3PO4

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Le gypse obtenu est facile à filtrer. La température de filtration est assez faible et le matériel tient assez bien. L’acide brut produit a un titre d’environ 30 % en P2O5. Les procédés au di-hydrate (CaSO4, 2H2O) restent les plus importants du fait de leur flexibilité. On pourrait en citer : 

Le procédé Prayon ;



Le procédé Dorr Oliver ;



Le procédé Taki ;



Le procédé Rhône-Poulenc ;



Le procédé Nissan.

1-2-Procédés à l’hémi-hydrate : L’attaque du phosphate se fait à une température variant de 90 à 120°C, selon la réaction chimique : Ca3 (PO4)2 + 3 H2SO4 + 3/2 H2O3

3 (CaSO4.1/2 H2O) + 2 H3PO4

L’acide produit a un titre entre 42 et 52 % en P2O5. Parmi les procédés à l’hémi-hydrate (CaSO4, 1/2H2O) existants, on pourrait en citer : 

Le procédé Fisons ;



Le procédé Central Glass‒Prayon, qui implique d’abord la formation du di-

hydrate puis de l’hémi-hydrate. 1-3-Procédés à l’anhydrite : A une température supérieure à 120°C, on obtient le sulfate de calcium anhydre (CaSO4) selon la réaction : Ca3(PO4)2 + 3 H2SO4

3CaSO4 + 2 H3PO4

Avec ce type de procédé, l’acide brut produit peut atteindre une concentration de 50 % en P2O5 sans avoir recours à une opération de concentration. On pourrait en citer : 

Procédé Davison.



Procédé TVA (Tennessee Valley Authority).

II-Chimie de la fabrication de l’acide phosphorique 2-1-Caractéristiques du phosphate minéral attaqué : 14

Les phosphates utilisés pour la fabrication de l’acide phosphorique se composent essentiellement des éléments suivants : 

Fluorapatite : Ca2(PO4)2CaF2



Silice

: SiO2



Carbone

: sous forme de CaCO2 et de matières organiques.



Métaux…etc.

Les analyses chimiques du phosphate sont généralement données en termes de teneur en substances suivantes : P2O5, Fluor F, Carbonates CaCO3, CaO, SO3, SiO2, H2O, Al2O3, MgO, CO2, Fe2O... .Ces substances influencent les performances de la ligne de production d’ACP. 2-2-Réactions principales : La réaction principale de l’attaque des phosphates par l’acide sulfurique s’écrit: Ca3 (PO4)2 + 3 H2SO4 + 6 H2O3

3(CaSO4.2 H2O) + 2 H3PO4 + chaleur

Lorsque le rapport (H3PO4/H2SO4) dans le milieu réactionnel est élevé, on considère que cette réaction globale s’effectue en deux étapes : 

L’attaque du phosphate par H3PO4 pour former le phosphate mono calcique soluble : Ca3(PO4)2 + 4H3PO4



3CaH4 ( PO4)2

La réaction entre le phosphate mono calcique et le H2SO4 pour former l’acide phosphorique et le

gypse : 3CaH4(PO4)2 + 3H2SO4 + 6H2O

3CaSO4 + 2H2O + 6H3PO4

Dans le cas de phosphates riches en CaCO3, on assiste à la décomposition du carbonate avec formation de sulfate et d’anhydride carbonique : CaCO3 + H2SO4 + H2O

(CaSO4,2H2O) + CO2

Les matières carbonées sont aussi décomposées avec formation de CO2, ce qui provoque le dégagement de mousses. Parallèlement, il y a destruction du complexe fluo-phosphocarbonaté suivant la réaction globale : (Ca3(PO4)2).3CaF2.CaCO3+11H2SO4+21H2O

11(CaSO4,2H2O)+6H3PO4+2HF+CO2+Qheat

2-3-Réactions Secondaires:

15

Les réactions principales sont accompagnées de réactions, dites secondaires, dues à la présence d’impuretés dans le phosphate. Tous les phosphates contiennent un peu de silice. L’acide fluorhydrique réagit donc avec la silice pour donner soit du tétra-fluorure de silicium, soit de l’acide fluosilicique : 6HF + SiO2

H2SiF6 + 2H2O

Le Na2O ou le K2O réagit avec le H2SiF6 : H2SiF6 + Na2O

Na2SiF6 + H2O

H2SiF6 +K2O

K2SiF6 + H2O

Ces précipités se déposent dans les appareils sous forme d’écailles dures. En cas de défaut de Na2O ou de K2O dans le phosphate, l’excès de H2SiF6 formé se décompose : H2SiO2

2HF + SiF4

Dans la production d’acide phosphorique, SiF4 a une tension de vapeur plus élevée qu’HF. C’est pourquoi il se dégage plus facilement. Par conséquent, lors de l’absorption des gaz dans l’eau, se forment un précipité de silice et une solution de H2SiF6 : 3SiF4 + nH2O

SiO2 + (n ‒ 2) H2O + 2H2SiF6

D’autre part, la plupart des oxydes métalliques restant, Fe2O3, Al2O3, MgO et CaO passent dans la solution : Fe2O3 + xH2O + (2 + y) H3PO4

2FePO4.xH2O + yH3PO4 + 3H2O

2Ca3 (PO4)2 + 2H3PO4 + 6H2O

3Ca2 (HPO4)2.2H2O

Ces réactions donnent lieu à la précipitation dans l’acide produit de différents composés normalement insolubles dans ce milieu mais qui s’y trouvaient en solution sursaturée. Ce phénomène est appelé postprécipitation.(manuel prayon ) Si l’acide est riche en Mg, Al et F, il y a précipitation d’un mélange de (Fe, Al) 3 K H14 (PO4)8.4 H2O et de Na Mg Al5 F12 (OH) 6 .3 H2O (ralstonite) dans lequel les teneurs en Na, Mg, Al et OH peuvent varier sans altérer sensiblement la forme du cristal. Dans certaines conditions, les sels suivants peuvent également apparaître : -

Fe (H2PO4). 2 H2O ; 16

-

Al (H3PO4)2. 2 H2O si l’acide est anormalement haut en Al2O3 ;

-

Fe H3 (PO4)2. 4 H2O dans l’acide à 40% P2O5, 2% Fe2O3, 2% CaO;

-

Fe Mg (PO4)4 obtenu en concentrant un acide à 54% P2O5 et 5% Fe2O3 jusqu’à une

concentration de 65% P2O5; -

Al (H2PO4)3 dans un acide à 58% P2O5 et 5% Al2O3 ;

-

Fe (H2PO4)2. 2 H2O dans un acide à 50% P2O5 et 4.5% FeO; ce sel peut s’oxyder en présence

de K et donner Fe3 K H14 (SO4)8. 4 H2O. III L’atelier phosphorique 1 (PP1) L’atelier PP1 dispose de deux lignes de production d’acide phosphorique selon le procédé di hydrate PRAYON MARK IV (4ème génération) après un revamping du procédé déjà existant (Rhône Poulenc) en 2000/2001. Chaque ligne dispose des unités suivantes : 

Unité d’Alimentation et de broyage des phosphates



Unité Attaque/Digestion/ Filtration



Unité de Concentration d’ACP.



Unité de Stockage d’ACP

Figure 4 : Schéma illustrant les différents ateliers de production de l’acide phosphorique

17

1.

Unité d’alimentation et de broyage des phosphates

Le broyage du phosphate pour la fabrication d’acide phosphorique présente une importance particulière, en effet :  Un broyage insuffisant conduit une attaque très difficile, à temps de réaction très élevé et un rendement plus bas ;  Un phosphate sur broyé conduit, au contraire, à un degré de décompositions plus élevés et provoque une attaque très poussée, ce qui permet d’augmenter la température et

Date de mise en service

28/04/2000

d’obtenir un semi-hydrate plus stable.

Nombre de ligne

1

A l’aide d’une bande du transport, le phosphate brut quitte les silos de stockage par l’intermédiaire des sas alvéolaires

Capacité de production par 75t/h ligne

pour alimenter un couloir vibrant, qui alimente à son tour un élévateur à godets. Le phosphate brut arrive au premier séparateur dynamique qui oriente la tranche inférieure ou égale à 200µm vers le stockage d’atelier phosphorique I par le biais de la pompe pneumatique de transfert, le refus est acheminé vers une trémie de capacité de 100T qui alimente un broyeur à boulets. La production du broyeur est véhiculée à travers un autre élévateur à godets vers le deuxième séparateur dynamique. Tout grain inférieur ou égal à 80µm ou 160µm après cyclonage et dépoussiérage est transporté par la deuxième pompe pneumatique de transfert vers les silos 300T/1500T de stockage de l’atelier engrais (TSP) tandis que le refus est recyclé vers le broyeur à l’aide d’un aéroglisseur.

Fig 5: Schéma de l’unité de broyage des phosphates

18

2. Unité Attaque/Digestion/Filtration 2.1.

Section d’attaque

Cette section comprend essentiellement : 

Deux cuves d’attaque du phosphate par l’acide sulfurique ;



Un système de refroidissement ;



Une cuve de digestion.

La section d’attaque comporte deux cuves. La première est cloisonnée en quatre compartiments et la deuxième en deux compartiments. Chaque compartiment est équipé avec un agitateur à trois rangs de pales de modèle PRAYON. Le rang supérieur, au niveau de la bouillie, est constitué de pales radiales étudiées pour projeter de la matière en surface de façon à abattre la formation éventuelle de mousses et pour créer de bonnes conditions d’incorporation des réactifs introduits en surface. Par ailleurs, le rang médian est constitué de 4 pales inclinées, créant un bon mélange dans la bouillie de réaction et incorporant bien la pulpe de phosphate entrant sous la surface. Quant au rang inférieur, il est constitué de 4 pales hélicoïdales créant un grand effet de

Date de mise en service

1965

Procédé utilisé

Prayon

Renouvellement de l’unité

AP1/2 : 01/08/2000 AP3/4 :17/10/2004

pompage vers le bas pour assurer une bonne suspension des solides et éviter les dépôts sur le fond de la cuve.

Nombre de ligne

2

Capacité de production par ligne

AP ½ :360 T/j de P2O5 AP3/4 : 360 T/j de P2O5

D’autre part, les cloisons entre compartiments de la première cuve d’attaque sont munies d’ouvertures permettant à la bouillie de circuler d’un compartiment à l’autre (1234). Tandis que le passage de la bouillie de la cuve 1 vers la cuve 2, ainsi que le recyclage d’une partie de la bouillie du compartiment 6 vers le compartiment 1 sont assurés par chenal supérieur (45 et 61). Tous les compartiments sont connectés entre eux à la partie supérieure gaz.les gaz de réaction sont collectés par trois ouvertures (hottes) pour être envoyés vers le système de lavage des gaz. Celui-ci maintient une légère dépression dans les deux cuves de manière à éviter l’échappement à l’atmosphère des gaz de réaction. Le phosphate est acheminé vers le compartiment n°1 et mélangé avec la pulpe de bouillie de retour. L’acide sulfurique, dilué à l’acide phosphorique recyclé venant de la filtration, est injecté dans les compartiments 2 et 3 par des mélangeurs-dilueurs d’acide.

19

2.2-

Système de refroidissement Les réactions chimiques se produisant dans les cuves d’attaque ainsi que la dilution de l’acide

sulfurique étant exothermiques, il est nécessaire de refroidir la bouillie à une température de l’ordre de 72 à 74°C pour assurer une formation optimale de cristaux de sulfate de calcium di hydraté. Ce refroidissement est réalisé dans un évaporateur à bas niveau « LLFC : low level flash cooler ». Cet appareil est maintenu sous vide. La bouillie de réaction circule des compartiments 5 à 6 de la deuxième cuve d’attaque, via l’évaporateur grâce à un circulateur (pompe axiale) situé dans l’extension du compartiment 5. L’évaporation d’une certaine quantité d’eau hors de la bouillie provoque l’effet de refroidissement souhaité. Par ailleurs, à cause du grand débit de circulation, la différence de température entre l’entrée et la sortie du LLFC n’est que de 2 à 3°C. 2.3

Cuve de digestion Cette section est destinée à augmenter le temps de séjour favorisant une bonne formation des cristaux.

Elle comporte une seule cuve équipée en : 

Un agitateur central



Huit agitateurs périphériques



Deux disperseurs pour le refroidissement de la bouillie.



Un appoint en acide sulfurique est prévu au niveau de cette cuve, dans le but d’augmenter le taux

en sulfates dans la bouillie. La bouillie ainsi mûrie est pompée, à débit contrôlé, vers le filtre.

Fig 6 : Schéma de l’unité d’attaque et digestion 20

2.4

Section filtration La bouillie d’attaque est alimentée vers l’auge de distribution des deux filtres horizontaux à cellules

basculantes sous vide chacun d’une surface filtrante totale de 54 m². Une première partie du filtrat de production, contenant des cristaux très fins (portion trouble) et parfois légèrement diluée par l’eau restant sur la toile, est envoyée vers l’aspiration de l’acide recyclé. Par ailleurs, la quantité de filtrat correspondant à la production est envoyée vers le stockage, tandis que le surplus de ce filtrat est envoyé à l’aspiration de la pompe de l’acide recyclé afin de contrôler la teneur en solide dans la bouillie de réaction. Le gâteau de gypse est lavé à contre courant en deux étapes. Le lavage final (second lavage) avant sa décharge est réalisé au moyen d’eau chaude provenant de lavage des gaz. Le filtrat de ce dernier lavage est envoyé vers le premier lavage. Quant au filtrat de celui-ci, il va à l’aspiration de la pompe de l’acide recyclé. Cet acide recyclé est envoyé vers l’attaque pour le contrôle des solides d’une part et la teneur en P2O5 de la bouillie d’attaque d’autre part. Le gypse est finalement déchargé, par rotation de la cellule basculante en position inversée, dans une trémie arrosée d’eau de mer devant servir à son évacuation vers la mer. Le décollement du gâteau de la toile est facilité par la pression créée par un ventilateur de soufflage. Après décharge du gypse et lavage de la toile, celle-ci est séchée au moyen d’un ventilateur de séchage. Les gouttelettes entraînées sont séparées dans un séparateur et le liquide obtenu renvoyé au bac d’eau chaude. Aussi, les vapeurs fluorées se dégageant des auges d’alimentation en bouillie et du premier lavage sont ventilées via la hotte vers le système de lavage des gaz.

Fig 7 : Schéma de l’unité de filtration 21

2-5 Système de lavage des gaz Pendant l’attaque de phosphates par l’acide sulfurique, il se dégage un gaz polluant le fluorure d’hydrogène. Pour faire face à ce dégagement l’unité attaque/filtration est muni d’un système de lavage destiné à éliminer la quantité de fluor rejetée à l’atmosphère qui se présente comme suit : Le système de lavage des gaz reçoit les gaz fluorés venant de : 

Les cuves d’attaque ;



La cuve de digestion ;



La hotte du filtre.

2-6 Stockage d’acide 30% /conditionnement 30% et stockage 54% non clarifié : L’acide produit à 29% est stocké dans les bacs après

Date de mise en service

1965

avoir subi une desursaturation, par la formation des

Capacité

3400 m³

sels, et une décantation afin d’éliminer le maximum

stockage

d’impuretés et de faire précipiter le phosphogyps.

de 30% (5 bacs) 54% (1bac)

680 m³

42% (4 bacs)

2120 m³

Décanteur d’acide 30% (1 bac)

Figure 8 : schéma représentant les différents bacs de stockage d’acide phosphorique 22

400 m³

2-7 Concentration de l’acide : Lieu où s’effectue la concentration de l’acide phosphorique jusqu’à 54% par évaporation d’eau. L’acide à concentrer provenant du décanteur est alimenté en continu vers l’entrée du bouilleur de la boucle de concentration moyennant une pompe d’alimentation d’acide 29%. L’acide circulant dans la boucle est chauffé dans un échangeur tubulaire et par la suite

l’eau

s’évapore

dans

le

bouilleur

Date de mise en 1965 service Renouvellement de l’unité concentration

avec

augmentation de la concentration d’acide.

CAP5 :05/07/2002 CAP6 : 02/08/2010

Nombre de ligne

2 (CAP5 et CAP6)

Capacité

CAP5 :375T /j de P2O5 CAP6 :375T /J de P2O5

L’acide concentré produit est pompé vers le stockage d’acide 54%. Les condensats sortant de l’échangeur s’écoulent par gravité dans le réservoir à condensat. L’eau évaporée durant la concentration de l’acide est condensée dans des condenseurs alimentés en eau de mer.La concentration de l’acide se fait sous vide, celui-ci est créé par des éjecteurs alimentés par de la vapeur moyenne pression.

Figure 9 : Concentration de l’acide phosphorique

23

Mise en situation Chapitre III

Les causes des dépôts de granulats des fluosilicates Dans ce chapitre on va déterminer les causes Principales de ces dépôts, en procédant à une étude théorique du phénomène et une étude hydrodynamique au niveau du compartiment 5.

24

La fabrication de l’acide par voie humide engendre inévitablement des impuretés dans l’acide que se soit sous formes dissoutes ou en suspensions et qu’elles soient minérales ou organiques. Dans l’acide 30% en P2O5, ces impuretés sont essentiellement des précipités des fluosilicates alcalins. I.

Pourquoi travailler ce sujet ?

Dans l’atelier PP1, ces précipités vont conduire à des dépôts très durs qui vont engendrer des arrêts plus nombreux pour le lavage ou pour le remplacement des équipements qui seront détériorés. Il y aura donc un manque à gagner pour l’entreprise d’où :

Objectif : nécessité d’éliminer ces dépôts ou au moins d’essayer de les minimiser.

II.

Comment s’organiser ?

Afin d’arriver à achever un travail satisfaisant les résultats, on a choisi de programmer les taches à effectuer suivant le diagramme de GANT dans le tableau suivant :

Nom de la tache

S S1

S2

2 S3

Familiarisation Phase de Préparation Identification du problème Comprendre le fonctionnement du système Fixer les objectifs Analyse des causes racines Vérification des causes validées Actions et contre mesures Rédaction du rapport

25

S S4

S S5

S

S S6

3 S7

S S8

III.

Identification du problème

L’intérêt de ce paragraphe est de bien cerner le problème en effectuant la méthode QQOQCP pour la formulation de problème. 3-1 Formulation du problème par la méthode QQOQCP : Quoi ? Formation des précipités des fluosilicates de sodium Qui est concerné ? L’ensemble de personnel responsable de la production d’ACP du PP1. Ou ? Au niveau du compartiment 5 de la cuve d’attaque Quand ? Dans la période de stage, on va essayer de travailler sur les différents axes permettant d’atteindre le but fixé dans l’étape d’attaque au niveau du compartiment 5. Comment ? La formation des précipités de fluosilicates de sodium engendre des dépôts très dure ce qui influence sur les performances des équipements du compartiment et aussi sur le cout de revient de la production. Pourquoi ? Afin de réagir sur les différents facteurs qui favorisent la formation de ces précipités de l’atelier PPI, en essayant au mieux de les maîtriser pour permettre une atteinte des objectifs fixés. Après avoir identifié le problème nous allons par la suite citer les différentes causes qui peuvent être responsables de la formation des ces précipités. 3.2 Analyse des causes En recourant au diagramme d’Ishikawa ou la méthode des 5 M on va essayer de citer les différentes causes :

Figure 10: diagramme d’Ishikawa 26

IV.

Comprendre le fonctionnement normal du système :

Comme nous l’avons vu dans le chapitre précédent, La section d’attaque comporte deux cuves. La première est cloisonnée en quatre compartiments et la deuxième en deux. Chacun d’eux est équipé d’un agitateur à trois rangs de pales de modèle PRAYON. On va zoomer un petit peu sur la deuxième section et plus précisément sur le compartiment N° 5

Le schéma suivant contient une description plus au mois généralisée sur les équipements que contient le compartiment 5 :

V.

Etude théorique du phénomène :

La présence d’un petit nombre d’impuretés de minerai est très nocive notamment : Na2O, K2O, Al2O3, F, Cl-, Fe2O3, SiO2, MgO : lors de l’attaque du minerai par l’acide sulfurique il y aura parallèlement aux réactions de formation de l’acide phosphorique et du sulfate de calcium, un certain nombre de réactions secondaires, comme nous l’avons vu dans le chapitre précédent, qui va engendrer la formation d’espèces en solution sursaturée ou en suspension.

27

La majorité de ces espèces passent à travers les mailles de la toile filtrante, mais les fluosilicates de potassium K2SiF6 et de sodium Na2SiF6 qui lors de leur refroidissement vont se déposer dans les installations de production de l’acide phosphorique. Le phosphate est la source principale de la formation de dépôts et précipités car il contient un certain nombre d’impuretés telles que la silice (SiO2), le fluor (F-), l’oxyde de sodium (Na2O) et de potassium (K2O) que l’on retrouve en sursaturation dans la bouillie. En effet :  Le Fluor, F- et la Silice, SiO2 : le Fluor réagit avec la silice pour former l’acide hexafluorosilicique H2SiF6 selon la réaction : 6HF + SiO2 

H2SiF6 + 2H2O

Potassium et Sodium (K2O – Na2O) : La teneur en potassium dans les phosphates est de l’ordre

de 0,02 à 0,15%. La somme des teneurs (Na2O + K2O) est inférieure à 0,7%. La quasi-totalité du potassium et du sodium passe en solution dans l’acide phosphorique. En cas d’excès d’acide hexafluorosilicique H2SiF6 et pour une teneur en (Na2O + K2O) supérieure à 0,5%, on a formation et précipitation de fluosilicates de potassium et de sodium (Na2SiF6 et K2SiF6), ce qui entraîne des dépôts dans les installations de production : H2SiF6+ Na2O

Na2SiF6 + H2O

H2SiF6 +K2O

K2SiF6+ H2O 5.1 Cristallisation :

La formation des cristaux de fluosilicates se déroule suivant les trois phases suivantes : -

Induction : les germes de fluosilicates se forment et se dissolvent avant d’atteindre leur taille

-

Nucléation-croissance : formation et croissance des cristaux. La quantité du fluosilicates

critique.

augmente très rapidement. -

Croissance-cristallisation : la vitesse de nucléation devient nulle et les fluosilicates continuent

à croître grâce à la sursaturation. La nature des cristaux précipités dépend en plus de la température et des autres paramètres physicochimiques tels que : la teneur en P2O5, les impuretés contenues dans le phosphate, conditions d’attaque… Les impuretés organiques ou minérales existant dans le milieu phosphorique influencent la cristallisation des fluosilicates. Par leur adsorption sur des faces spécifiques du cristal, elles altèrent la vitesse de croissance et modifient le faciès cristallin. L’énergie d’activation de la cristallisation ainsi que la vitesse de nucléation et de croissance se trouvent modifiées ce qui influence par conséquent la taille finale des cristaux. 28

5.2 Phénomène de dé sursaturation : Une solution est dite sursaturée lorsque le seuil de saturation est dépassé sans que pour autant n’apparaisse de précipité. Cette situation se produit lorsque la cinétique de formation d’un précipité est lente. Ainsi lors de l’attaque du phosphate, certains sels ne précipitent que partiellement ou pas du tout selon les espèces, les concentrations, le temps de séjour et la température dans les divers équipements. Un temps de séjour suffisamment long dans ces équipements permet aux impuretés de précipiter, c’est le phénomène de desursaturation, qui est régie par un transfert de matière entre le liquide et le solide : 1. 2. 3.

Le liquide étant l’acide phosphorique ; Le solide étant les particules de sels solides présentes dans l’acide sous forme de cristaux ; Le soluté étant le sel initialement soluble sous forme d’ion dans la solution. 5.3 Cinétique de dé-sursaturation

Soit un sel (S) en sursaturation à une concentration totale C0 et désignons par CS son seuil de saturation. Supposons que la réaction de formation du précipité SP est irréversible (k’ = 0)

C’est une relation du premier ordre, on peut alors écrire :

Si de plus la réaction se déroule dans un réacteur isotherme, on a alors : K = constante, et la relation devient alors :

Par intégration on aura alors : C = CS + (C0 – CS) exp(-kt) Pour un sel donné, une variation de la température T entraîne celle du seuil de solubilité CS et donc une variation de la force motrice (C – CS) de transfert de matière. 29

En général, l’ordre de la cinétique de cristallisation d’un sel peut être 0, 1, 2…, mais le cas le plus fréquent est celui de réactions complexes en chaîne. Les lois cinétiques d’évolution de tels systèmes sont généralement d’origine empirique. Par ailleurs la plupart des sels sont moins solubles à froid, on aura donc intérêt à abaisser la température du milieu réactionnel : cas des fluosilicates alcalins. Du point de vue mécanisme, la germination d’un solide cristallin au sein d’une solution sursaturée est la conséquence de différents processus. On distingue en effet : 

La germination homogène primaire ou spontanée, qui se passe en l’absence d’interface solide favorisant le processus



La germination hétérogène où la présence d’un intermédiaire solide facilite le processus



La germination secondaire, où le support solide est déterminé par la surface du cristal qui précipite. 5.4 Solubilités des fluosilicates alcalins dans l’acide phosphorique. Afin de mieux cerner le phénomène de formation des granulats des fluosilicates, des études ont été

menées sur la solubilité des fluosilicates alcalins dans l’acide phosphorique. Ces dernières nous apprennent que cette solubilité varie avec la température et la teneur en P2O5 comme nous pouvons le voir dans la figure [Fig 2.2].

Fig 11 : Solubilité des fluosilicates (%) de sodium et de potassium dans l’acide phosphorique A partir de ces courbes, on constate que : 

la solubilité des fluosilicates alcalin augmente avec la température pour une teneur en P2O5 fixée. Et que pour une température fixe, cette solubilité diminue lorsque le titre en P2O5 augmente ; Pour une concentration de l’acide allant de 10 à 50% P2O5, la solubilité des fluosilicates de potassium K2SiF6 reste constante et la solubilité des fluosilicates de sodium Na2SiF6 diminue. 30

VI.

Analyse de causes racines par la méthode des 5 pourquoi

Figure 12 : causes racines de dépôt des fluosilicate 6-1 -1ière étude Vérification au niveau de l’agitateur Dans l’étape de vérification qui vienne on va s’intéresser seulement aux principales causes qui donnent une agitation insuffisante. L’agitateur du compartiment 5 à 3 rangs de pales. Or, nous allons calculer les paramètres globaux du système d’agitation par rapport à la turbine du rang inférieur (pales hélicoïdales type PHT) et ce étant donné son utilité dans l’inhibition de la décantation de la suspension. Les données et les caractéristiques de cet agitateur ainsi que de la bouillie sont groupée dans le tableau suivant :

Propriété

Valeur

Masse volumique de la bouillie (g/l)

1500

Viscosité dynamique(Pa.s)

0.24

Vitesse d’agitation (tr/min)

74

Diamètre de mobile inférieur en m

1,8

Diamètre du mobile supérieur en m

1,51

31

1-Calcul de nombre de Reynolds 𝑁∗𝜌∗𝑑𝑎 2

Re=

µ

Re=1.66.104 > 3000 ce qui implique un régime turbulent.

Et d’après l’abaque] on a Np=0.41. 2-Calcul de puissance dissipée : P=Np*𝑁 3 *𝑑𝑎5 * 𝜌 P=24.26 KW. 3-Calcul de débit de pompage Qp= Nqp*N*da³ Nqp=0.62 Qp=4.45 m³/s. 4-Calcul de vitesse de pompage de l’agitateur On a Vp=Qp/Sp avec Sp : surface de pompage en m². Vp=1.75m/s 5- calcul de vitesse de sédimentation ou vitesse limite 32

V limite =

3∗𝐷𝑔∗ 𝜌𝑠 −𝜌𝑙 ∗𝑔 𝜌𝑙

Avec :g = 9.8 m.s-2 ; Dg le diamètre de la particule solide ; s : la densité du solide en (g/l) ; l: La densité de la phase liquide en (g/l);  : Sa viscosité en (Pa.s). On va calculer la vitesse limite de sédimentation pour différent diamètre des particules de fluosilicates présents dans la solution. 6 -Calcul de vitesse sur les parois de la cuve : On a Avec Dc : diamètre de la cuve en m ; D : diamètre du mobile d’agitation en m ; Q : débit de pompage en m³/s ; Le tableau suivant regroupe les valeurs des diamètres ainsi que leurs vitesses correspondantes : Etage

Vitesse pompage en Vitesse (m/s)

Inférieur

Supérieur

limite

(m/s)

en Vitesse sur les parois Diamètre en mm de la cuve en (m/s)

1.75

0.01

0.40

0.6

1.75

0.04

0.40

0.1

1.75

0.12

0.40

1

1.75

0.39

0.40

10

1.47

0.01

0.216

0.6

1.47

0.04

0.216

0.1

1.47

0.12

0.216

1

1.47

0.39

0.216

10

Interprétation : d’après le tableau on s’aperçoit que pour une distribution granulométrique qui va de 600µm à 1cm la vitesse limite de sédimentation est toujours inférieure à celle du pompage créé par les deux mobiles d’agitation inférieur et supérieur de la cuve N°5.

33

On remarque aussi que la vitesse avec la quelle les particules sont entrainées sur les parois de la cuve est supérieur à celle de sédimentation pour la granulométrie citée (600µm à 1 cm) sans citer celle des particules sur les coins. 7-Calcul de vitesse sur les parois aux coins de la cuve agitée : Selon Vitagor On a diamètre diagonale(Dd)= 𝐷𝑐² + 𝐷𝑐² D diagonale= Dc* 2=4.22* 2=5.96 m On va vérifier si la vitesse du mobile d’agitation est suffisante pour cette distance : V 1Remontée=

4∗𝑄1

= 0.175 m/s

(∗(𝐷𝑑 2 −𝐷𝑎𝑔𝑖 1²) 4∗𝑄2

V2 Remontée=(∗(𝐷𝑑 2 −𝐷𝑎𝑔𝑖 2²)=0.10m/s Conclusion : On peut dire d’après les résultats que même pour la plus longue distance de la cuve (diagonale) la vitesse de sédimentation reste inférieur à celle du pompage. Donc déterminons le diamètre minimal qui cause la sédimentation des particules : On a d’après la loi de Newton :

𝜌𝑙 ∗𝑉𝑙𝑖𝑚 ²

Dg=3∗𝑔∗(𝜌𝑔 −𝜌𝑙 )

Pour différentes valeurs de vitesse limites maximales qui donne les dépôts on a trouvé les diamètres des grains qui correspondent à ces vitesses dans le tableau suivant : Vitesse de sédimentation en Diamètre minimal de grain en (m/s)

(mm)

Etage 1 sur les parois

0.40

10

Etage 1 Sur les coins

0.176

2

Etage 2 sur les parois

0.22

3

Etage 2 sur les coins

0.11

0.76

Commentaires: On peut présumer que la sédimentation sera favorable si les diamètres des grains fluosilicates seront supérieur ou égale à 3mm dans la cuve du compartiment 5 et c’est ce qui montre la photo suivante : 34

On voit clairement que les dépôts sont localisés sur les coins des compartiments ce qui est compatible avec les résultats. Autrement dit si le temps de séjour des particules augment on aura la taille des grains qui croit aussi, d’où la vitesse de sédimentation sera de plus en plus grande par apport à celle de pompage, et à celle de remontée ce qui favorise un bon dépôt de particules sur les parois du compartiment #5. Apart cette distribution granulométrique on peut dire que l’agitateur fonctionne bien. 6-2 2ieme étude : vérification de la pompe de circulation Dans cette étude nous allons nous concentrer seulement sur la vitesse d’écoulement du mélange dans la conduite de connexion entre la cuve N°5 et l’évaporateur à bas niveau, puisque les grains se sédimentent à cause de leurs vitesse limite, ce qui réduit l’étude à une étude comparative entre la vitesse d’aspiration et celle de sédimentation 1-Calcul de la vitesse d’aspiration : 𝑄𝑣

Vasp=∗𝑅² Qv=débit d’écoulement de la bouillie dans la conduite du LLFC en m3/s, R : rayon de la conduite de connexion en m. 35

Pour un débit nominal de 4300 on a : 𝑄𝑣∗4

V aspiration=3600∗∗(𝑑1)²= 4300*4/(3600**(1,4)²=0,776 Cette vitesse est supérieur à celle de sédimentation pour un grain de 1 cm ce qui veut dire que le débit nominale est suffisant pour empêcher la sédimentation. Donc on va chercher à déterminer le débit réel : 2-Calcul de débit réel Supposons que : Conservation de masse entre l’entrée du la cuve et l’entrée de la conduite du LLFC Qe=Qs Mesure de temps de passage de la bouillie entre le compartiment n 4 et n 5 via un tremplin : On a pris un flotteur et on l’a jeté dans le tremplin et à chaque fois on mesure la temps que fais le flotteur pour traverser le long du tremplin, les mesures sont groupées dan le tableau suivant : Mesure N° Temps(s) Longueur d’écoulement (m)

Section d’écoulement (m²)

Vitesse Vécoul Débit réel (m/s)

Qv(m³/s)

1

0.99

0,68

1.524

0,68

1.036

2

0.98

0,68

1.524

0,69

1.051

3

1

0,68

1.524

0,68

1.036

4

0.96

0,68

1.524

0,70

1.066

5

1.01

0,68

1.524

0,673

1.026

Vitesse d’écoulement réel : Vmoy=Vécoul (i)/n= (0.684+- 0, 07) m/s D’ou

débit

réel

est

Grandeur

Valeurs réels

nominales

:

Qv=Vécoul*Section =0.684*1.524=3752 m³/h

Valeurs

Débit

volumique

4300

3752

Section d’écoulement

0.785

0.785

1.52

1.30

(m3/h) Pour ce débit on calcul la vitesse d’aspiration du cerculateur : Vasp=Qv*4/(*3600*(d1)² =0.67m/s

m² Vitesse d’écoulement m/s

Or Vlim pour 1cm de diamètre de grain est Vlim=0.40m/s 36

D’où Vasp=1,675*Vlim Commentaires : On constate qu’avec le débit réel d’écoulement de la bouillie on a la vitesse d’aspiration du cerculateur est qui toujours supérieur à celle de sédimentation ce qui montre que le cerculateur arrive à bien aspirer les grains du diamètre ≤ 1cm. Donc cherchons le diamètre pour le quel les grains vont sédimentés : Pour que la sédimentation ait lieu il faut que Vaspi≤Vlim d’où Vasp=

3∗𝑑𝑔 ∗𝑔∗(𝜌𝑠−𝜌𝑡 ) 𝜌𝑡

Dans le cas du cerculateur le fluide aspiré contient en plus de la bouillie des précipités de fluosilicate, donc on va chercher la densité volumique totale de ce fluide là : On a ρt=mt/Vt= (mG+mB)/VG+VB= (ρG*VG+ρB*VB)/(VG+VB) Avec : ρt : masse volumique totale en g/l ρG,ρB: masse volumique des grains fluosilicates et de la bouillie respectivement en g /l. mt : masse totale du mélange en g. mB, mG : masse de bouillie et masse des grains fluosilicates respectivement en g. VG, VB : volume de grains fluosilicate et celui de la Bouillie respectivement en l. On a mf= (1-%solide)*mB c à d ρf*Vf/VG= (1-%solide)* ρB*VB/VG Or

Vf

=0,655 d’où :

VG

VB/VG=

ρf∗Vf VG∗ρB

Donc ρ𝑡 =

1

*1−%𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑒 = (0,655*1270/1500)*(1/(1-0,35))=0,85

VB ) VG VB 𝑣𝐺(1+ ) VG

𝑣𝑓(ρG+

ρ𝑡∗Vasp²

𝑉𝑓

=(𝑉𝐺 ) ∗

VB ) VG VB (1+ ) VG

(ρG+

= 0,655*(2310+0,85)/(1,85)= 1938g/l.

1938∗(0,672 )

Dg=3∗g∗(ρs−ρ𝑡)=3∗9,8∗(2310−1938)= 7,95cm.

37

VII- Améliorations proposées En ce qui concerne les améliorations proposées on a constaté qu’on peut agir seulement sur les paramètres suivants : 7-1) Le diamètre du mobile d’agitation du rang inférieur D’après les résultats qu’on a obtenu dans l’étude consacrée au mobile d’agitation, d’un point de vue dynamique, on peut dire que la vitesse de remontée du mobile d’agitation est insuffisante pour vaincre la sédimentation des grains fluosilicates d’un diamètre qui est supérieur ou égal à 1cm sur les coins du compartiments. Donc on va chercher à jouer sur le diamètre de mobile d’agitation. On a la vitesse de sédimentation qui est égale à :

𝐷𝑔∗3∗𝑔∗(ρg−ρl) ρl

Donc pour un diamètre de grain de l’ordre de 1cm on aura : Vlim=

0,01∗3∗9,8∗(2310−1500) 1500

Vlim=0,40 m/s Pour nous, on va chercher un diamètre de mobile d’agitation de telle façon que Vremontée=Vlimite 4∗𝑄𝑣

Vremontée=Vlimite=∗(𝐷𝑑𝑖𝑎𝑔 ²−𝐷𝑎𝑔𝑖𝑡 ²) 

Vlim* ∗ (𝐷𝑑𝑖𝑎𝑔² − 𝐷𝑎𝑔𝑖𝑡²)=4Qv or Qv=Vpomp*S=Vpomp*4*Dagita² Vlim∗ (𝐷𝑑𝑖𝑎𝑔² − 𝐷𝑎𝑔𝑖𝑡²)= Vpomp*Dagita² Dagita² (Vpomp+Vlim)=Vlim*Ddiag² Vlim∗Ddiag²

Dagita²=Vpomp+Vlim Dagita=

Vlim∗Ddiag²

= Ddiag*

Vpomp+Vlim

Dagita=5,96*

0,40

Vlim Vpomp+Vlim

=2,57 m

0,40+1,752

Puisque la cote du compartiment est de l’ordre de 4,22 m donc on ne peut pas utiliser cette longueur pour le mobile d’agitation donc on procédera inversement : si on suppose que le diamètre du mobile inférieur est 2 m de longueur on aura la vitesse de pompage qui est de l’ordre de 0,21m/s ce qui veut dire que si on a la vitesse de sédimentation qui est 0,22 m/s on aura : 38

ρ𝑙∗V𝑙𝑖𝑚 ²

Dg=3∗g∗(ρs−ρ𝑙)=

1500 ∗(0,22)²

= 3mm d’ou on aura le pompage parfais pour des grains de

3∗9,8∗(2310 −1500 )

fluosilicates de diamètre ≤ 3mm sans avoir le phénomène du Vortex. Autrement dit, on doit garder le diamètre des grains en 3 mm comme diamètre maximale durant tout le temps de séjour des grains dans les deux cuves 1 et 2. 7-2 positions de cerculateur dans le compartiment N° 5 D’après les résultats qu’on a trouvés, l’agitateur peut pomper les grains de diamètre ≤ 3mm alors que le cerculateur peut aspirer les grains qui ont un diamètre ≤ 7,95 cm. D’après ces deux résultats, on pose la question suivante : pourquoi on a toujours la sédimentation alors que le cerculateur peut aspirer ces diamètres là ? La réponse c’est : peut être que le cerculateur n’est pas bien positionné tout au long du la hauteur de compartiment 5. Comme solution proposée c’est : changer la position du cerculateur en variant la hauteur selon le principe suivant : Puisque la vitesse de sédimentation d’un grain de 1 cm est de 0.40 pour l’agitateur et 0.67 pour le cerculateur et on a l’agitateur qui se trouve à une hauteur de 1,3675 m depuis le fond du compartiment, par la règle de trois on aura la hauteur du cerculateur depuis le fond qui est : H=

0,67∗1,3675 0,40

= 2,30 m.

D’ou l’ouverture du cerculateur sera entre les deux mobiles d’agitations. 7-3 la forme géométrique du compartiment : La forme rectangulaire du compartiment favorise les dépôts des grains sur les coins puisque ces derniers représentent des points d’amortissement pour les grains pompés Pour éviter cela il sera favorable de remplacer ce compartiment par un autre de forme circulaire afin d’éliminer ces point d’amortissement.

39

Conclusion Générale :

Durant cette étude hydrodynamique on a pu savoir certaines causes qui favorisent les dépôts du gravier (particule de fluosilicates) et qui sont : - La sédimentation se fait pour les grains de diamètre > à 7.95 cm c à d que ces grains ne seront pas aspirés par la pompe du circulateur. - La sédimentation sera inévitable sur les coins et les parois du compartiment si les diamètres des grains fluosilicates seront supérieurs ou égaux à 3mm et par la suite le mobile d’agitation ne parviendra pas à les pomper. - Plus le temps de séjour des particules dans le compartiment 5 augmente plus on aura la taille des grains qui croit aussi d’où la vitesse de sédimentation sera élevée par apport à celle de pompage et de remontée ce qui favorise le dépôt des particules sur les parois du compartiment 5. - Le nouveau mobile d’agitation doit être de 2,57 m de longueur pour vaincre la sédimentation des grains qui sont =10mm. Pour créer une communication entre l’agitateur et le circulateur on doit agir sur leurs vitesses d’entrainement des particules pour savoir la position de l’un par apport à l’autre. Enfin il sera mieux que la forme géométrique du compartiment soit circulaire pour éviter tous dépôts sur les points d’amortissement.

40

Contraintes et perspectives

Je peux dire que La durée de stage est une occasion : -

d'allier entre ce qui est pratique et théorique.

-

Elle permet de développer les compétences organisationnelles d'écoute et de communication

pour s’adapter et s’intégrer au monde du travail. La période de stage effectuée à l'OCP m'a permis d'étendre mes connaissances et de capitaliser une expérience. En outre, ce stage m'a été profitable dans la mesure où il m'a permis de voir de plus prés comment ça se passe dans la vie pratique du métier. Toutefois, une période si courte ne permet pas au stagiaire de voir la totalité des aspects du monde professionnel. Finalement, Ca sera favorable d’effectuer une étude chimique ; mais on n’a pas pu avoir les moyens et le matériel pour faire une à l’échelle pilote et puis y faire les analyses et les mesures nécessaires.

41

Résumé

Abstract

Parmi les produits les plus commercialisé par l'OCP

Among

est

phosphoric acid, so the acid must correspond to the

l'acide phosphorique, d’ou cet acide doit

norme

correspondre aux normes internationale de l'ISO.

the products marketed by the OCP is

of

the

international

organization

of

standarisation. L’acide phosphorique est obtenu par réaction de

The Phosphoric acid is obtained by reaction of

l’acide sulfurique avec le calcium de phosphate. La

sulfuric acid with calcium phosphate.The average

teneur moyenne du produit intermédiaire ainsi obtenu

grade of the intermediate product obtained after

après concentration est de 52% de pentoxyde de

concentration is 52% phosphorus pentoxide (P2O5).

phosphore (P₂ O₅).

the production of the phosphoric acid depends a lot

La production de l'acide phosphorique dépend

on this stage that’s why we must control each

beaucoup de cette étape c'est pourquoi il faut contrôler

parameter that influence on the reaction to obtain the

chaque paramètre qui influence sur ces réaction afin

desired

d'obtenir la qualité de l'acide souhaitée

the acid is used in various fields including the manufacture

Il est utilisé dans divers domaine notamment pour la

quality

of

of

fertilizers

the

and

acid

fertigation,

Manufacture of fertilizers used in the food industry

fabrication d’engrais et la fertigation, la Fabrication

(oil, soft drinks, cheese, preserves, yeast, sugar, water,

des engrais, utilisé dans l’industrie alimentaire (huiles,

food ...) and other industries (pharmaceuticals ,

limonades, fromages, conserves, levures, sucre, eau

detergents, animal feed, metal processing, textile,

alimentaire …) et autres industries (pharmacie,

pigments

détergents, alimentation animale, traitement des

...).

As a market leader, OCP always try to have the

métaux, textile, pigments…).

confidence of its customers and produce over-quality

Etant un leader de marché, l'OCP essaie toujours

to evaluate its quality of being a company which sold

d'avoir la confiance de ces clients pour ses produits et

to a company which make others buy its products For

de produire de la sur qualité pour évaluer son concept

this reason, the OCP is organized in a hierarchy which

de qualité de celui d'être une entreprise qui vende, à

is well structured and divided in companies qualified

une entreprise qui fait acheter ses produits c'est pour

as a subcontractors in order to be able to produce in

cette raison que l'OCP s'organise suivant une

the standards.

hiérarchie bien structuré et subdiviser on sous entreprises qualifiés de sous-traitantes afin de pouvoir arriver à produire dans les normes . 42

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