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2012 / 2013
PROJET DE FIN D’ETUDES
Présenté pour obtenir le titre de
INGENIEUR DE L’UNIVERSITE LIBANAISE – BRANCHE II
Spécialité : Génie Mécanique
Par :
Ing. Shawii ZANT
________________________________________________
Amélioration de la capacité de production d’une ligne de
production du savon
Sous la direction de :
Dr. Khaled KHALIL
Ing. Joseph GHOLAM
Soutenue le 13 aout 2013 devant le jury composé de :
Dr. Mohammad ABDUL WAHAB
Dr. Hussein HUSSEIN
Introduction … .............................................................................................................................................. III
Remerciement ................................................................................................................................................. IV
Chapitre 1 : Présentation usine, historique : ............................................................................................... 1
Chapitre 2 : Présentation de la ligne de production de l’usine : .................................................................. 2
2-1- fabrication de savon ‘saponification’ ................................................................................................ 2
2-1-1- Introduction ................................................................................................................................ 2
2-1-2- Généralités sur les savons .......................................................................................................... 3
2-1-3- La saponification : procédé par ébullition complète : ................................................................ 4
2-1-4- refroidissement et séchage du savon .......................................................................................... 6
2-1-5- La finition du savon ................................................................................................................... 7
2-2- chaine de production de savon .......................................................................................................... 8
2-2-1- schéma de la ligne : .................................................................................................................... 9
2-2-2-Les composantes de la ligne de production : ............................................................................ 10
2-2-2-1- Chaudrons : ..................................................................................................................... 10
2-2-2-2- Pompe de filtration : ....................................................................................................... 11
2-2-2-3- Filtre de savon :............................................................................................................... 12
2-2-2-4- Réservoir d’alimentation de savon :.............................................................................. 13
2-2-2-5- Pompe de transfert : ....................................................................................................... 14
2-2-2-6- Echangeur thermique :................................................................................................... 15
2-2-2-7- Atomiseur : ...................................................................................................................... 16
2-2-2-8- Convoyeur (élévateur): ................................................................................................... 17
2-2-2-9- Silo de nouilles : .............................................................................................................. 18
2-2-2-10- Balance (peseuse) : ........................................................................................................ 19
2-2-2-11- Malaxeur : ..................................................................................................................... 20
2-2-2-12- Cylindre d’homogénéisation : ...................................................................................... 21
2-2-2-13- Boudineuse (duplex) ..................................................................................................... 22
2-2-2-14- Coupeuse : ..................................................................................................................... 24
2-2-2-15- Réfrigérateur : .............................................................................................................. 25
2-2-2-16- Moulage : ....................................................................................................................... 26
2-2-2-17- Machine d’emballage de savon :.................................................................................. 27
2-2-2-18- Silo de savon en poudre :.............................................................................................. 28
2-2-2-19- Machine d’emballage de savon en poudre : ............................................................... 29
2-3- chaine vacuum : séchage et refroidissement du savon et des machines : .................................... 30
Chapitre 3 : Etat initial et amélioré de la ligne de production .................................................................... 35
3-1- maintenance de la chaine de vacuum : ............................................................................................ 35
I
3-2- les pompes de savons : .................................................................................................................... 38
3-2-1- la pompe de filtration : ............................................................................................................. 38
3-2-2- la pompe de transfert (pompe à engrenage): ............................................................................ 40
3-3- bacs de vidange des tuyaux du savon : ............................................................................................ 42
3-4- Atomiseur : ...................................................................................................................................... 43
3-5- Elévateur (convoyeur) : ................................................................................................................... 45
3-6- Silo de nouilles : .............................................................................................................................. 45
3-7- Malaxeur : ....................................................................................................................................... 46
3-8- Cylindre : ......................................................................................................................................... 48
3-9- Refroidissement de l’étiqueteuse : .................................................................................................. 48
3-10- emballage du savon en poudre : .................................................................................................... 50
Chapitre 4 : Proposition d’amélioration : .................................................................................................. 51
Chapitre 5 : Dessin industriel : .................................................................................................................. 53
5-1 plan de l’usine................................................................................................................................... 53
5-2 pompe de filtration............................................................................................................................ 53
5-3 pompe de transfert ............................................................................................................................ 53
5-4 atomiseur .......................................................................................................................................... 53
5-5 moule d’estampage ........................................................................................................................... 53
Tableau des tables
Tableau 1: maintenance du refroidissement des machines ....................................................................... 37
Tableau 2: maintenance de la pompe de filtration .................................................................................... 39
Tableau 3: maintenance de la pompe de transfert .................................................................................... 41
Tableau 4: maintenance de l'atomiseur ..................................................................................................... 44
Tableau 5: maintenance du malaxeur ........................................................................................................ 47
Tableau 6: pompe stand-by ........................................................................................................................ 52
II
Introduction …
Une fois mes études à la faculté terminées, je me suis retrouvé en plein travail dans l’usine
de fabrication du savon (savonnerie) et l’usine de raffinage des huiles (raffinerie).
Ce n’est pas une plainte, au contraire c’est plutôt l’aboutissement naturel de toute jeune
ingénieure.
Et parmi toutes les machines et leur bruits je suis en train de rédiger mon rapport de fin
d’étude, qui sera basé sur le fonctionnement, la maintenance, l’organisation, la
supervision…
Tout cela pour montrer que l’ingénieur mécanique doit être polyvalent, c’est à dire avoir des
connaissances en mécaniques évidemment et en organisation d’entreprise qui sera ouvert à
plusieurs domaines (relations entre ouvriers, cadres et chefs d’entreprise et tout ce qui suit)
….
Pendant cette petite période de travail j’ai essayé de faire la liaison entre la théorie et la
pratique, et j’en conclus qu’il y a une différence entre les deux, mais le travail d’ingénieur
est de faire la corrélation entre les deux.
III
Remerciement
Merci à mes parents qui m’ont donné le jour, qui m’ont élevé le cœur, qui m’ont aidé et
encouragé à terminer mes études à l’école d’ingénieur, ils m’ont poussé à supporter toutes
les difficultés.
Merci à Monsieur KOBAITER Mohamad qui m’a assuré le lieu formidable m’aidant à faire
mon projet de fin d’étude dans son usine ‘AL-WAZIR’.
De plus, je remercie tant l’ingénieur, M. KOBAITER Nabil qui m’a aidé à bien appliquer mes
connaissances, a éclairé mon esprit mécanique, qui facilite mon travail d’ingénieur
industriel.
Grand merci aux docteurs : Dr. KHALIL Khaled et ING. GHOLAM Joseph.
Ils m’ont donné la clarté, la délicatesse et la finesse dans mon travail afin d’être un
meilleur ingénieur qui sait délicatement tout faire, bien organiser le travail et résoudre tous
les problèmes difficiles qu’ils soient.
IV
Chapitre 1 : Présentation usine, historique :
Dès ma première visite dans l’usine et les terrains qui l’entourent, on remarque les traces des
marais salants, et en discutant avec mes supérieures et les propriétaires de la société, j’ai appris
qu’ils étaient des producteurs du sel de mer.
Etant producteurs du sel, cela aboutit à la commercialisation du produit et d’autre produit de la
région, comme l’huile d’olive, eau de fleur d’orange et eau de rose.
Et tout naturellement et à partir de l’huile d’olive est tenue l’idée d’avoir une savonnerie
traditionnelle.
Le Liban à cette époque était en pleine expansion dans tous les domaines industriels,
commerciaux, financiers et culturels.
Il était donc évident que cette société suit cette progression en installant une savonnerie ultra
moderne à cette époque en 1972.
Depuis cette date, il n’y a pas beaucoup d’amélioration à part une surveillance très minutieuse de
l’équipe du travail.
Dans les 3 dernières années, beaucoup de projets ont été réalisé et étudiés afin de bien organiser
le travail en parallèle avec l’automatisation de la chaine de finition.
1
Chapitre 2 : Présentation de la ligne de production de l’usine :
J’ai remarqué qu’au Liban et surtout dans les villes que les usines sont construites verticalement
pour des raisons économiques (prix des terrains très élevé et manque de zone industrielles et
infrastructure). C’est pour cela notre usine est un bâtiment de 5 étages, on trouve un dépôt de
stockage, au rez-de chaussée les produits finis destinée à la livraison, les machines sont installés
dans les autres étages. Un seul avantage dans cela qu’on peut profiter de la gravité…
2-1- fabrication de savon ‘saponification’
2-1-1- Introduction
La production de savons représente pour les pays en voie de développement, une industrie de
première importance car elle permet, par la valorisation de ressources locales généralement
disponibles, de satisfaire une demande existante en savons et détergents peu élaborés. Elle
permet également de compléter une filière des produits oléagineux dans le cas où la savonnerie
est en aval d’une huilerie existante.
Une ligne de production de savons est constituée d’une série de citernes et de cuves qui peuvent
facilement être fabriquées sur place par un atelier de chaudronnerie local, ainsi que
d’équipements pour le séchage et la finition des savons. L’investissement de départ est modéré et
la technologie de production peu sophistiquée et en rapport avec l’environnement industriel
couramment encontre en pays en voie de développement.
Une savonnerie représente néanmoins un projet industriel et commercial, et, même s’il s’agit
d’un projet d’envergure modeste et de conception relativement artisanale, il se doit d’être viable
et capable d’assurer sa survie, sa rentabilité et son développement. L’enjeu commercial est, à cet
égard, vital et doit être étudie en profondeur. Le marché du savon est en effet un marché de biens
de consommation concourante où la concurrence de savons produits sur place ou importés à bas
prix est généralement très vive.
C’est la raison pour laquelle, la réussite de tout projet de savonnerie qui de plus évolue très
souvent dans un contexte technologique, économique, financier et socioculturel très difficile
2
dépend bien plus de la compétence des gestionnaires et de la qualité de la gestion opérationnelle,
stratégique et commerciale que de facteurs purement techniques. Sur un plan technologique, il
existe plus qu’il n’en faut pour mettre au point une ligne de production qui réponde au mieux, en
termes de capacités et de possibilités, a des objectifs commerciaux clairement identifiés et
raisonnables.
2-1-2- Généralités sur les savons
Les savons appartiennent à la famille de produits chimiques appelés agents tensioactifs ou
surfactants. Cette famille de produits présente l’activité détergente bien connue, grâce à
l’abaissement de la tension superficielle de l’eau que ces produits provoquent, permettant le
déplacement de la saleté par mouillage, émulsification, formation de mousse et élimination.
Les savons proviennent soit de la saponification des corps gras (triglycérides) d’origine végétale,
soit de la neutralisation d’acides gras.
Dans le cas de la saponification des corps gras, les huiles, graisses ou suifs sont attaqués saponifiés- par une lessive de soude (pour l’obtention de savons durs) ou de potasse (pour
l’obtention de savons mous ou liquides).
La fabrication des savons comporte 3 étapes, à savoir :
Saponification
Refroidissement
et séchage
Finition
3
2-1-3- La saponification : procédé par ébullition complète :
La température à laquelle le mélange est maintenue sous forte agitation, est généralement plus
élevée (100◦c) permettant l’utilisation d’une gamme plus étendue de corps gras.
Apres saponification, la masse est soumise à plusieurs lavages à l’aide de saumure. Plus le
lavage de la glycérine est intense, plus la teneur du savon en glycérine est faible. En recyclant
plusieurs fois les eaux de lavage soutirées, on peut obtenir des concentrations en glycérine de
l’ordre de 15 à 20 %.
La concentration de l’électrolyse (lessive de soude) est ensuite ajustée, et après maturation, il se
forme une phase supérieure constituée du savon lisse, et une phase inferieure constituée du savon
nègre. Ce dernier, qui contient une fraction importante d’impuretés, est en partie recyclé dans le
procédé de saponification où il favorise l’émulsification, et en partie utilisé dans la fabrication
d’un savon de ménage bas de gamme.
4
Le savon lisse, destiné principalement à la fabrication de savon de toilette de bonne qualité, est
soutiré et dirigé vers la ligne de séchage et de finition.
Le procédé de base peut subir quantité de modifications pour mieux répondre aux objectifs des
producteurs. Ainsi, l’utilisation d’une batterie de 3 à 6 cuves visant l’enrichissement des eaux de
lavage en glycérine ou la technique du lavage à contre-courant, permet d’améliorer les cadences
de production.
Le cycle total des opérations demande près d’une semaine et se décompose en:
*saponification ……………………………………………. 1 jour
*extraction de la glycérine …………………………… 11/2 jours
*ajustage ………………………………………………………. ½ jour
*séparation des savons lisses et nègres ………… 11/2 a 2 jours
Afin de maintenir un niveau d’activité correct au niveau de l’ensemble de la ligne de fabrication,
le procédé par ébullition complète requiert un nombre important de cuves opérant simultanément
ainsi qu’une grande surface de départ, de telle sorte que ce type de procédé ne se justifie que
dans le cas où il est envisagé de commercialiser des volumes importants de savons haut de
gamme. Le procédé est par ailleurs plus complexe qu’il n’y parait et demande une grande de la
technologie et de l’organisation des différentes phases de fabrication. Enfin, le procédé est
relativement grand consommateur de main d’œuvre.
5
2-1-4- refroidissement et séchage du savon
Une fois la saponification terminée, il faut convertir le savon obtenu brut ou lisse en savon
commercialisable. C’est l’étape de refroidissement et de séchage qui doit donner au produit fini
la consistance et la dureté requise. Un savon de ménage contient généralement 25% d’eau (75%
d’acides gras), alors qu’un savon de toilette subit un séchage poussé jusqu’à ne plus contenir que
14% et même 12% d’eau (86 à 88% d’acides gras).
Le savon brut donne lieu à un savon bon marché de qualité inférieure. C’est pourquoi, il n’est
pas courant de le soumettre à un séchage autre que le séchage à l’air, pendant plusieurs jours, en
moules de refroidissement avec parois amovibles pour faciliter le démoulage.
Le refroidissement et le séchage forcés sont généralement utilisés pour la finition du savon lisse.
Deux méthodes sont couramment employées :

Le refroidissement par passage du savon provenant de la cuve ou du réacteur de
saponification sur une série de cylindres refroidis ; ensuite le savon solidifié est arraché
du dernier cylindre sous forme de copeaux qui sont sèches en chambre ou en tunnel a air
chaud.

Le séchage sous vide par pulvérisation du savon dans une chambre a expansion
(atomiseur – ‘ vacuum spray dryer ’). Cette alternative permet le refroidissement et le
séchage simultané du savon liquide jusqu’à la concentration désirée en acides gras. Elle
tend généralement à supplanter les autres méthodes de séchage en savonnerie moderne.
Le refroidissement et séchage forcés réduisent radicalement les cycles de production. Ils
constituent toutefois une étape couteuse qui reste facultative. Sa pertinence dépend de la
disponibilité et du cout de l’eau de refroidissement et de l’énergie, et de la répercussion
possible de ces couts dans les prix de vente, … compte tenu de type de savon
commercialisé et de la clientèle ciblée.
Les savons de toilette nécessitent, suivant un séchage répété pour répondre aux normes de
qualité. Dans les savonneries modernes, le savon de ménage suit généralement le même
circuit que le savon de toilette, mais le séchage est toutefois écourté.
6
2-1-5- La finition du savon
Une fois sèche, le savon obtenu sous forme de blocs, copeaux, flocons ou paillettes suivant le
mode de refroidissement et de séchage utilisé, est dirigé vers la ligne de finition qui confèrera au
savon commercialisé son aspect final. Il faut distinguer :

Le savon de ménage qui est généralement simplement extrudé dans une boudineuse et
ensuite coupé à la dimension voulue avant d’être emballée.

Le savon de toilette qui nécessite une finition plus poussée.
Le savon sous forme de copeaux est introduit dans un mélangeur – malaxeur
‘amalgamateur’ et mélangé avec les additifs colorants, parfums, charges, antioxydants,
….le processus permet une homogénéisation parfaite du mélange ainsi que le changement
de la structure cristalline du savon ce qui améliore ses propriétés moussantes. L’opération
peut être répétée si nécessaire. Après malaxage, le savon est amené dans la trémie d’une
boudineuse ou il est extrudé après être bien homogénéisé à cylindres pour parfaire ses
qualités. La boudineuse peut être du type simplex, duplex et même triplex (à vis unique,
double ou triple) pour affiner et parfaire l’homogénéisation du savon. La boudineuse peut
également travailler sous vide pour éliminer les inclusions d’air et compléter le
séchage. Le savon extrudé est ensuite coupé, éventuellement moulé, estampillé, et
emballé.
7
2-2- chaine de production de savon
Dans cette partie, on présente la ligne de production de savon dans notre usine depuis la
fabrication de savon passant par toutes les étages de production filtration, séchage,
malaxage(introduction additifs), homogénéisation du mélange savon-additifs volatils… jusqu’à
l’emballage. À noter que cette ligne se divise en partie dans la ligne finition de savon : savon et
savon poudre.
Cette ligne de production a une spécialité importante, c’est une chaine des machines en série.
Toutefois une de ces machines est défectueuse, la ligne de production est en arrêt. Autant que les
machines d’emballage automatique tombées en pannes peut être remplacé par l’emballage
manuel, mais surement dans ce cas on a une perte économique employées-temps d’emballage.
Une autre spécialité de cette ligne reliée à la qualité de la production soit l’humidité du savon
soit les impuretés.
Ces deux spécialités nous ordonnent de faire appliquer un programme préventif organisé de
maintenance mécanique et supervision sur qualité sur toute la ligne de production.
D’autre part, la présence des machines d’emballage automatique modernes exige la
synchronisation entre les anciennes et les nouvelles lignes.
8
2-2-1- schéma de la ligne :
9
2-2-2-Les composantes de la ligne de production :
2-2-2-1- Chaudrons :
Notre usine contient 2 grandes chaudrons de capacité 12T et 4 autres de capacité 6T.
Chaque chaudron contient une chaine de serpentins de vapeur pour chauffer le mélange de
saponification.
10
2-2-2-2- Pompe de filtration :
Pompage du savon des chaudrons vers le filtre.
Le savon liquide est pompé par la pompe de filtration à travers le filtre savon dans le réservoir
d’alimentation.
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2-2-2-3- Filtre de savon :
Filtre cylindrique du savon
Dans l'installation de séchage sous vide pour la production du savon en continue, le filtre est
habituellement positionné entre la pompe de filtration et le réservoir d'alimentation.
Le savon provenant de l'installation de saponification est filtré pour éliminer tout possible les
corps étrangers qui resteraient sinon dans le produit et pourraient endommager l'installation de
séchage sous vide.
12
2-2-2-4- Réservoir d’alimentation de savon :
Savon à l’Etat liquide filtrée.
Dans une traditionnelle de l’installation de séchage sous vide pour la production du savon en
continue, le réservoir d'alimentation est positionnée après le filtre de savon et avant l'échangeur
de chaleur.
13
2-2-2-5- Pompe de transfert :
Pompage du savon liquide pour le passer dans l’échangeur thermique vers l’atomiseur.
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2-2-2-6- Echangeur thermique :
Dans l’installation de séchage sous vide, permit le chauffage du savon liquide qui arrive de la
pompe d’alimentation, avant d’être aspergé.
Le savon liquide est alimenté par la pompe d’alimentation dans l’échangeur de chaleur où il est
chauffé. Le savon liquide est chauffé dans l’échangeur pour être bien injecté et séché dans
l’atomiseur.
La température de chauffage atteint 150°C, et on la varie selon le type de savon.
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2-2-2-7- Atomiseur :
Dans l’installation de séchage sous vide, le savon liquide est vaporisé dans la chambre
d’atomisation, moyennant la pompe d’alimentation, la combinaison contrôlée de température et
vide permet l’évaporation de l’eau en obtenant le degré d’humidité désiré dans le savon.
Les vapeurs séparées du savon sont aspirées par le groupe barométrique et condensées.
La pellicule de savon solidifié formé sur les parois intérieures de l’appareil d’atomisation est
raclée par les racleurs roulants et précipite dans la boudineuse placée au-dessous pour être
extrudé sous forme de petits cylindres ou de barre. Cet atomiseur a une capacité de produire :
-700 kg/h de savon à une humidité de 15% (savon de ménage)
-500 kg/h de savon à une humidité de 12% (savon de toilette)
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2-2-2-8- Convoyeur (élévateur):
Les nouilles qui arrivent de l'installation de séchage sous vide sont transportées vers un silo
d'alimentation au moyen d'un élévateur à godets.
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2-2-2-9- Silo de nouilles :
C’est le silo d’alimentation de nouilles de savon de capacité 3T, alimenté par une vis dans la base
ou une vanne rotative qui alimente la peseuse qui va transférer les nouilles dans le Mélangeur.
18
2-2-2-10- Balance (peseuse) :
La balance permet la détermination de la quantité de nouilles de savon rentrant dans le malaxeur,
pour que l’addition de matières volatiles soit précise. La balance appropriée pour une
saponification artisanale et semi industrielle doit être capable d’effectué des pesées d’au moins
100 kg de matières premières en une seule opération de pesage.
19
2-2-2-11- Malaxeur :
Le malaxeur ou almagateur est un appareil que l’on emploi pour malaxer la matière première
sèche (sous forme de copeaux) avec du parfum, des colorant et d’autres additifs la machine se
compose d’une trémie fixées à un tonneau de malaxage muni d’un dispositif d’inclinaison pour
permettre un déchargement facile du mélange. Le malaxage se fait par une série d’aubes en acier
inoxydable.
20
2-2-2-12- Cylindre d’homogénéisation :
Apres malaxage, on fait passer le mélange savon-matières additifs dans un cylindre pour
effectuer l’homogénéisation complète du savon.
21
2-2-2-13- Boudineuse (duplex)
La boudineuse, appelée également extrudeuse, est une machine qui comprime les copeaux de
savon et en fait des barres compactes et solides, aptes au découpage et à l’estampage. Elle se
compose d’une trémie fixée sur un tube en métal, d’une forme conique et ressemblant à un canon
qui s’effile en pointe vers la filière et dans laquelle tournent une ou deux vis pour pousser le
savon vers l’extrémité conique. Quand le savon est introduit dans la chambre de compression, il
est poussé à travers un disque métallique perforé (disque cribleur) là on le soumet à une pression
élevée pour le comprimer. Le savon sort finalement par la filière à laquelle est fixée une
coupeuse de modèle approprié qui coupe le savon, dès sa sortie à la longueur désirée. La filière
est munie d’un réchauffement électrique à résistance qui maintient la température entre
40°C 55°C et pour permettre une sortie facile du savon. La température est réglé au moyen d’un
thermostat fixé au-dessus de la chambre de chauffage afin d’empêcher le savon de cloquer au cas
où la filière est trop chaude, ou de se présenter sous une forme mate quand la température est
réduite.
22
23
2-2-2-14- Coupeuse :
La barre de savon en continu qui provient de la boudineuse vide à double vis doit être réduit,
avec des longueurs voulu, dans les barres ou dans des petits savons engravés finis. Les barres
coupées sont ensuite transférés dans la mouleuse après pour le processus de travail final.
24
2-2-2-15- Réfrigérateur :
Les barres de savon sortent de la boudineuse à une température de 30-40 c. on fait passer les
barres dans un réfrigérateur avant d’être estamper et emballer.
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2-2-2-16- Moulage :
Pour donner une présentation commerciale aux morceaux de savon, leur donner une forme précise, et
graver une inscription ou la marque déposée du fabricant sur une face du savon ou les deux faces, on
utilise une estampeuse ou une presse à estamper. Les deux matrices avec les deux gravures de la marque
déposée se meuvent verticalement à contre sens du savon qui en conséquence est estampé sur les deux
faces. Le savon estampé est automatiquement relâché avec éloignement des matrices.
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2-2-2-17- Machine d’emballage de savon :
C’est une machine automatique de capacité maximale d’emballage de 2 tonnes par heure,
effectuant l’emballage des paquets de savon de 900g contenant 6 pièces de savon.
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2-2-2-18- Silo de savon en poudre :
C’est le silo de stockage de savon en poudre en stainless steel de capacité 12T, muni d’une vis en
base qui convoie la poudre vers la machine d’emballage.
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2-2-2-19- Machine d’emballage de savon en poudre :
C’est la machine automatique d’emballage de savon en poudre, de capacité maximal de 2 tonnes
par heure, effectuant l’emballage des paquets de 450 et 900 g de savon en poudre.
29
2-3- chaine vacuum : séchage et refroidissement du savon et des machines :
Le savon liquide provenant de l’installation de saponification est séché moyennant deux
mécanismes principaux:
Pré-évaporation dans l’échangeur de chaleur et flash dans l’appareil d’atomisation.
Toutes les vapeurs produites à l’intérieur de l’échangeur de chaleur sont éliminées de
l’installation à l’intérieur de l’appareil d’atomisation, aspirées par le groupe vide et
successivement condensées par le condensateur barométrique.
Le procédé du séchage au vide est démontré schématiquement. Le savon de base provenant de la
saponification entre dans un récipient d´alimentation par commande de niveau en traversant un
filtre. Une pompe de dosage à commande continue alimente le sécheur. Les pompes sont
spécialement aptes aux matières de haute viscosité et les joints de traversée d´arbre sont
insensibles à la vapeur et bien à desservir.
Les échangeurs de chaleur en série sont calculés pour une température d´entrée du savon de 80°C
et pour une pression de vapeur de chauffage de 9 bars abs. Ils sont adaptés aux exigences
spéciales du séchage de savon l´évaporation de l´eau débutant dans l´échangeur.
Dans la chambre à vide le savon est refroidi à la température d´ébullition de l´eau correspondante
au vide et est projeté sur la paroi intérieure du réservoir moyennant un arbre rotatif avec tuyère
d'atomisation. Le savon projeté est enlevé de la paroi intérieure du réservoir par des couteauxracleurs montés à l'arbre. Pour produire une parfaite qualité de savon sans des particules de savon
sur séchées, la surface intérieur de la chambre d'atomisation est travaillé proprement. De cette
manière le dégagement du savon séché par des racleurs élastiques et sans entretien est assuré.
L´évacuation du savon de la chambre à vide se fait à l´aide d´une boudineuse. Le savon de
ménage est évacué normalement à l´aide d´une boudineuse Duplex sous vide comme boudin
continu. Pour le séchage du savon de ménage on applique environ 20 - 25 mbar et pour le savon
de toilette environ 40 - 50 mbar de pression. Un contrôle de la chambre à vide est possible à
l´aide d´un verre-regard illuminé monté dessus.
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La vapeur éliminée passe par des séparateurs centrifuges pour retenir la poussière de savon
entrainée et est condensée ensuite dans un condenseur à buées ou dans un condenseur à surface.
La consommation pour la condensation de l´eau évaporée dépend considérablement de la
température d´eau de refroidissement disponible et des conditions sur place. Une température
élevée de l´eau de refroidissement exige la compression de la vapeur par un injecteur avant la
condensation pour atteindre la pression de condensation adaptée à la température d´eau.
L´élimination de l´air et des gaz non condensables se fait ou bien à l´aide d´injecteurs ou bien par
pompes à vides mécaniques.
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32
33
D’autre part, les machines sont refroidis par le même système et en parallèle avec les conduits
et les vases de condensations de séchage de savon, la chaine de refroidissement des vis de
l’atomiseur et de la boudineuse existera et travail par le pompage de la même pompe de vacuum.
Au lieu de faire le vide pour effectuer le séchage de savon liquide, il est assuré pour refroidir
l’eau dans une vase parallèle à celle de condensation qui sera pompé dans les machines pour
effectuer le refroidissement des vis de transfert de savon.
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Chapitre 3 : Etat initial et amélioré de la ligne de production
Dans cette partie, on va étudie la rentabilité de tous les projets de maintenance réalisés.
En effet, on va supposer que le gain propre d’un kg du savon est de 1$.
3-1- maintenance de la chaine de vacuum :
Le refroidissement des machines pour faciliter le passage de savon dans les vis, et le séchage de
savon dans l’atomiseur sont réalisés par le système de pompage à vide (vacuum pump). La
pompe de vacuum est branchée sur les 2 chaines de séchage et de refroidissement qui ont des
conduites, des vases de condensations et des boosters indépendantes.
Dans cette partie, on veut résoudre les problèmes dans les conduites et le booster du système de
refroidissement, sachant que les installations de la chaine de séchage sont en bon état.
Problèmes :
-
La température de refroidissement des machines atteint 25 à 27°C, sachant qu’elle doit
être de 15°C comme valeur extrême capable de faciliter le passage du savon dans les vis.
-
Le séchage de savon dans l’atomiseur n’est pas acceptable. L’humidité de savon produit
par l’atomiseur dépasse la valeur maximale de 15% même à une vitesse de production
réduite, on obtient du savon ayant une humidité de 17% à vitesse de 500kg/h au lieu de
12%.
-
Les conduites sont partiellement obstruées par le calcaire (50%), et le booster corrodé par
piqures et réparé par soudage d’une manière non adéquate.
35
Maintenance :
-
Fabrication et installation d’un nouveau système de refroidissement. On a réalisé le
refroidissement des machines à l’aide d’un grand réfrigérateur (), couplé aux conduites
d’entrée d’eau de refroidissement des machines et en installant des nouveaux conduites
de retour de l’eau vers le réfrigérateur.
36
-
Les 2 chaines de refroidissement et de séchage ont été séparé complètement, la pompe de
vacuum était brancher seulement sur la chaine de séchage, pour l’améliorer.
Résultats :
-
On remarque que le séchage du savon dans l’atomiseur par la chaine de vacuum modifiée
n’a aboutis à aucun résultat positif (l’humidité de savons n’a pas changé).
-
La température de refroidissement des machines a été abaissé jusqu’à 8°C (valeur
minimale) qui a facilité le passage du savon dans les vis. Ce qui a augmenté le rendement
des vis.
Refroidissement
des machines
élément, type
Quantité prix unitaire(U.S.D)
total
Pièces installées
Pompe et tuyauterie
main d'œuvre
cout
1
900
900
1
200
200
1100
total:
d'investissement
perte de production
nb. Heures: 0
gain
50
cout/h:
0
kg/h
50
cout d'investissement/gain/h
22
indice de
rentabilité
Tableau 1: maintenance du refroidissement des machines
37
h
3-2- les pompes de savons :
3-2-1- la pompe de filtration :
Problèmes :
-
La vitesse du moteur de la pompe peut être modifiée selon le débit souhaité de savons.
On a remarqué que malgré l’augmentation de vitesse de moteur, la pompe n’a pas réagi et
même la perte du savon due au problème d’étanchéité a resté la même.
Maintenance :
-
Le système a été démonté et on a constaté que l’élément élastique joignant les parties de
l’accouplement a été usé ce qui aboutis au fracture des doigts métalliques de
l’accouplement créant ainsi un désaxage entre l’axe du moteur et l’axe de la pompe, ce
qui a abusé les roulements et les éléments d’étanchéité de la pompe.
-
Démontage de la pompe, contrôle de l’axe avec la turbine pour assurer l’absence des
défauts géométriques et de forme (flexion d’axe, Co axialité de la turbine avec l’axe,
cylindricité des emplacements des roulements et des éléments d’étanchéité).
-
Contrôle des emplacements des roulements et des éléments d’étanchéité dans les
couvercles des deux embouts de la pompe.
-
Changements des deux roulements et des éléments d’étanchéité avec assemblage pompe.
-
Alésage et clavetage accouplements selon les dimensions des axes du moteur et de la
pompe.
-
Assemblage et alignement du système moteur-pompe.
Résultat :
Le contrôle de la vitesse et du débit de la pompe est de nouveau acquis, et la perte du savon due
au problème d’étanchéité a été éliminer.
38
max
actuel
1200
800
Pompe de
filtration
débit
Kg/h
élément, type
quantité prix unitaire U.S.D.
total
roulements
1
50
50
joints d'étanchéité
4
19.25
77
accouplement
1
60
60
accouplement
1
40
40
technicien
1
75
75
ouvrier
1
37.5
37.5
pièces changées
usinage
main d'œuvre
cout
perte de production
(gain)
indice de rentabilité
339.5
total:
d'investissement
nb. Heures: 16
cout/h: 600
cout d'investissement/gain/h
Tableau 2: maintenance de la pompe de filtration
39
0.56
h
3-2-2- la pompe de transfert (pompe à engrenage):
Problèmes :
-
Pertes du savon dû aux problèmes persistant d’étanchéité, à peu près 2%.
Maintenance :
-
Démontage de la pompe, des axes avec les engrenages d’alimentation, des bagues portant
les éléments d’étanchéité sur leurs diamètres extérieures et les axes dans leurs diamètres
intérieures, les roulements à rotules pour compenser le désaxage des axes avec les
éléments d’étanchéités.
-
Réparation des clavettes usées par le matage, réparation des emplacements des clavettes
dans les engrenages.
-
Confection de nouvelles bagues a causes des usures sur leurs diamètres extérieures due
au frottement des éléments d’étanchéités.
-
Changement des 4 roulements.
-
Assemblage de la pompe avec installation et alignement du système moteur-pompe.
Résultat :
Elimination des pertes du savon.
40
Pompe de
transfert
débit Kg/h
max
actuel
1200
800
élément, type
quantité
prix unitaire(U.S.D)
total
roulements
2
90
180
joints d'étanchéité
38
12
456
clavettes
2
5
10
bagues
4
75
300
technicien
1
75
75
ouvrier
1
37.5
37.5
pièces changées
usinage
main d'œuvre
cout
perte de production
indice de rentabilité
1058.5
total:
d'investissement
nb. Heures: 16
cout/h: 600
cout d'investissement/gain/h
Tableau 3: maintenance de la pompe de transfert
41
1.76
h
3-3- bacs de vidange des tuyaux du savon :
Problème :
Vidange de savons restant dans les tuyaux à l’aide de la vapeur des chaudières avant le début et
la fin du travail, dans des bacs en aciers ou plastiques.
Chaque fois après durcissement du savon, on a été obligé de casser les bacs en plastiques et les
problèmes du vidange et du corrosion des bacs en aciers.
Maintenance :
-
Confection des bacs coniques en stainless steel avec des charnières et des portes de
fermeture.
Résultat :
A cause de la conicité la vidange du savon sec est réalisée facilement sans problème et on a
éliminé les problèmes de la corrosion.
Le prix des bacs de vidange est 75 dollars.
42
3-4- Atomiseur :
Problème :
-
Faible performance en retenu d’humidité due au manque d’étanchéité.
-
Impuretés de résines et de fibres des racleurs dans le retenu en savon.
-
Fuite de l’huile de graissage du réducteur due au manque d’étanchéité.
-
Usure des ressorts du maintien.
Maintenance :
-
Démontage réducteur, changement des roulements et éléments d’étanchéité.
-
Démontage axe principale, contrôle d’alignement d’axe, soudage TIG pour éviter les
déformations thermiques et usinage emplacement roulement supérieure et éléments
d’étanchéité selon dimensions et tolérances standardisées.
-
Confection des ressorts en acier fils du piano avec traitement thermique et montage,
changement et réglages des fibres de bardages des racleurs.
-
Surfaçage bride intermédiaire entre presse étoupe et éléments d’étanchéité avec
fabrication rondelle intermédiaire en stainless steel fixée par filetage sur la flanche
intermédiaire.
-
Utilisation d’un élément d’étanchéité téflonisé (en PTFE) qui sert à réduire le coefficient
de frottement entre l’axe et l’élément d’étanchéité, implique réduction d’usure sans
perdre le bon aspect de l’étanchéité.
-
Confection nouvelle écrou de pression sur presse étoupe.
Résultat :
-
Qualité des nouilles de savons améliorées de point de vue humidité et pureté.
-
Augmentation de rendement de 300 Kg/h avec humidité 14% jusqu’à 600 Kg/h avec
humidité 14%.
43
Atomiseur
max
actuel
700
600
débit
Kg/h
élément, type
pièces détachées
usinage
Quantité Prix unitaire U.S.D.
roulements
4
joints d'étanchéité
1
fibres
2
ressorts
2
bride
1
axe principale
total
1195
1195
10
20
1
500
500
technicien
1
170
170
ouvrier
1
85
85
écrou de pressage
main d'œuvre
cout
perte de production
(gain)
indice de rentabilité
1970
total:
d'investissement
nb. Heures: 32
cout/h: 600
cout d'investissement/gain/h
Tableau 4: maintenance de l'atomiseur
44
600
3.28
h
3-5- Elévateur (convoyeur) :
Les parois de l’élévateur utilise sont en bois, ce qui augmente le risque de la pénétration des
impuretés dans les nouilles de savons transportées par les godets de la chaine.
On conseil de changer les parois en stainless steel et les roues à chaine pour éviter la pénétration
des impuretés et de la corrosion en même temps des roues de l’élévateur qui sont en aciers.
3-6- Silo de nouilles :
Dans le procédé de fabrication de savons, c’est préférable de le stocker 24 h avant d’effectuer la
finition de savon.
Tandis que le savon en poudre peut être réalisé immédiatement sans stockage.
Pour cela c’est préférable d’avoir un autre silo de capacité de 6T pour le stockage des nouilles
pour la fabrication du savon et utilise le silo existant de capacité de 3T pour la fabrication du
savon en poudre, ce qui nous permet d’améliorer la capacité de savon et augmenter en même
temps la production.
45
3-7- Malaxeur :
Problème :
La présence d’un son sonore et régulier pendant le fonctionnement du malaxeur a plein (cote
réducteur).
Maintenance :
-
Démontage réducteur du malaxeur, changement des roulements des deux cotées.
-
Usure des dents du pignon d’entrée due à la haute pression superficielle qui a aboutis aux
déformations plastiques des dents. Et comme étant un engrenage cylindrique droit, c’est
la cause du son sonore. Les dimensions de la roue ont été fixées afin de fabriquer une
nouvelle roue pour la remplacer à l’arrêt prochaine.
46
max
actuel
1600
1000
Malaxeur
débit
Kg/h
pièces changées
usinage
prix
élément, type
Quantité
roulements
2
90
180
joints d'étanchéité
12
4.5
54
huile de graissage
1
75
75
Courroies V13
4
9
36
axe moteur
1
800
800
technicien
1
100
100
ouvrier
1
50
50
unitaire(U.S.D)
total
main d'œuvre
cout
perte de
production
indice de
rentabilité
1295
total:
d'investissement
nb. Heures: 26
cout/h: 1000
cout d'investissement/gain/h
Tableau 5: maintenance du malaxeur
47
1000
1.295
h
3-8- Cylindre :
Pendant son fonctionnement, le cylindre rejette le savon dans toutes les directions due à la
détérioration du système de réglage qui a besoin de plusieurs jours pour être démonté et réparé ce
qui est planifiée dans la proche future.
3-9- Refroidissement de l’étiqueteuse :
Le refroidissement de l’étiqueteuse améliore la qualité de la surface du
savon (forme et
cristallisation des faces). En effet, le savon sort de la boudineuse à la température de 30-40°C. Il
sera important de faire l’estampage du savon à une température inférieure à 0°C. C’est pour cela,
nous devons installer, une canalisation d’eau froide à -20°C à l’intérieur du moule d’estampage.
48
Air: Ta=20˚C (Température ambiante)
Ha=15 W/m2.K (Coefficient d’échange thermique)
S.S: λS=15 W/m.K (Conductivité thermique)
Acier: λa=45 W/m.K
Réfrigérant (eau antigel): Te=-20˚C
Cp=3,27J/g.K
Approximation:
A=65.65=4225 mm2
Surface d’échange: Ae=Π.d.L= Π.13.(60.2+55+12)
Ae=8124mm2
Tm=(Te+TS)/2
F1’’= ha(Ta-T)=450W/m2
F1’’= (Ta-Tm)/(L/λS+1/ha)
Tm=-11.2˚C
Donc TS=2Tm-Te Ts=-2.4˚C
F2=(Ta-Tm)/Req  F2=3 W
F’’2=3/(4225.10^-6)  F’’2=710 W/m2
F’’= F’’1+ F’’2  F’’=1160 W/m2
49
F’’=(m’Cp .Δt)/Ae  m’=0.17g/s donc il faut circuler un débit de 0.17 g/s pour obtenir une
température de -10˚C à la face de l’étiqueteuse.
3-10- emballage du savon en poudre :
Pour remplacer l’emballage manuel, la machine d’emballage automatique améliore la
productivité, l’uniformité de la forme et des masses des paquets ainsi que la vitesse d’emballage.
La productivité maximale de la machine est 2 tonnes par heure qui nécessitera la présence d’une
équipe de quatre ouvriers. Tandis que le travail manuel d’emballage du savon en poudre en une
heure est effectué par six ouvriers, avec une productivité de 0.5 tonnes.
Le prix de la machine est 52500 euros.
‘
50
Chapitre 4 : Proposition d’amélioration :
La figure suivante montre les débits maximaux et actuels de chaque étage de la ligne de
production de savon :
A partir de cette figure et après une bonne expérience dans le travail dans cette industrie de
fabrication de savon et en tenant en compte la capacité maximal et actuel de la ligne de
51
production, on conçoit de faire préparer deux pompes de transfert et de filtration et les mettre en
stand-by, en vue de l’espacement valable et de l’importance de ses rôles dans le début de la ligne
de production.
max
pompe de filtration
et
de
actuel
transfert
débit Kg/h 1200
(stand-by)
800
élément, type
quantité
prix unitaire(U.S.D) total
gear 5.5kw
1
2800
2800
1
2500
2500
pièces changées
pompe à engrenage
(3")
installation
cout
d'investissement
200
total:
5500
perte de production nb. Heures: 16
cout/h: 600
indice de rentabilité cout d'investissement/gain/h
9.16
h
Tableau 6: pompe stand-by
De plus on constate que la production de cette industrie peut être amélioré avec la même chaine
existante en de faire finir le programme de maintenance et d’amélioration souhaité.
52
Chapitre 5 : Dessin industriel :
5-1 plan de l’usine
5-2 pompe de filtration
5-3 pompe de transfert
5-4 atomiseur
5-5 moule d’estampage
53