Benbadaoui Laamarti

Dédicace
A nos chers parents,

A nos familles,
A nos amis.
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Remerciements
Avant tout développement de cette expérience professionnelle, il apparait opportun de

commencer ce rapport par des remerciements, à ceux qui nous ont beaucoup appris au cours
de ce stage, et même à ceux qui ont eu la gentillesse de faire de ce stage un moment très
profitable.
Nous tenons à exprimer notre profonde gratitude à Madame AHMADI Zakia, notre
encadrante à l’Ecole Mohammadia d’Ingénieurs, qui nous a suivies efficacement et
méticuleusement tout au long de ce projet, pour ses conseils et ses orientations,
Nous remercions vivement les membres du jury et tout le corps professoral de l’EMI.
Nous adressons également nos vifs remerciements à Monsieur MHAMDI Aziz, notre
parrain de stage et chef de production de l’atelier phosphorique au sein de Pakistan Maroc
Phosphore, pour l’importance et le soutien qu’il a accordé à notre travail.
Nous tenons aussi à remercier l’ensemble des employés de l’atelier phosphorique pour
les conseils qu’ils ont pu nous prodiguer au cours de ce stage.
Que tous reçoivent l’assurance de notre reconnaissance pour leur professionnalisme

dans nos relations, pour leurs conseils personnalisés, pour leur comportement respectif et pour
les renseignements qu’ils nous ont permis de tirer de leur activité.
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Résumé
Le présent travail, qui entre dans le cadre du soutien de la stratégie de la montée en

cadence de l’OCP, vise l’amélioration de la marche et des performances de l’unité attaque-
filtration de l’atelier phosphorique, ayant comme objectif l’augmentation de la production
journalière de 1441 t P2O5/j en moyenne à 1800 t P2O5/j.
A cet égard, l’analyse de l’historique de l’année 2016 a été faite afin de déterminer la
production actuelle de l’unité comparée avec l’objectif fixé.
Cette analyse concerne les équipements de l’installation, l’établissement des bilans

matière et thermique et leur validation, ainsi que le redimensionnement du flash-cooler pour
la capacité cible. Vu que ce dernier s’est avéré sous-dimensionné, deux solutions ont été
proposées, dont une a été vérifiée par un essai sur terrain.
D’autre part, l’analyse des arrêts non programmés a été conduite afin de les réduire et
stabiliser la production journalière.
Les actions d’amélioration proposées ont permis d’éliminer le temps d’arrêts dû au

lavage et au réglage de la planéité des cellules des filtres, ainsi que les pertes en production
causés par ces arrêts, et de réaliser un gain économique important.
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Abstract
The present work is a part of the strategy of OCP having as a goal an increase of the
production rate. In fact, this study aims to improve the performances of the attack-filtration
unit of the phosphoric workshop by increasing the average daily production from 1441 t
P2O5/day to 1800 t P2O5/day.
An analysis of the historical background of the year 2016has been made in order to
determine the current production of the unit compared with the target set.
The analysis concerned the installation components, the material and thermal balance,
as well as the resizing of the flash-cooler for the target capacity. Since the latter was found to
be undersized, two solutions were proposed, one of which was verified by a field test.
On the other hand, the analysis of unplanned shutdowns was conducted, with the aim
of reducing them and stabilizing daily production.
The proposed improvement actions have allowed us to reduce the downtime due to the
washing and adjustment of the flatness of the filter cells, as well as the production losses
caused by these stops, and to achieve a significant economic gain.
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‫يهخص‬
‫إٌ انغاٌت يٍ ْزا انعًم‪ ،‬انزي ٌُذسج فً إطاس يساَذة استشاتٍجٍت انى‪.‬ش‪.‬ف‪ ،‬تتجهى فً تذسٍٍ سٍش ٔ فعانٍت ٔدذة‬
‫انتفاعم‪-‬انتششٍخ يٍ ٔسشت انذايض انفسفٕسي‪ ،‬يع ْذف يذذد فً سفع يعذل اإلَتاج يٍ‪ 1441‬طٍ ‪ P2O5‬فً انٍٕو‬
‫‪ 1011‬طٍ ‪ P2O5‬فً انٍٕو‪.‬‬
‫ٔ تفعٍال نٓزِ انغاٌت‪ ،‬بذأَا عًهُا بذساست تذهٍهٍت ألسشٍف سُت ‪ 6112‬نُتًكٍ يٍ يعشفت انٕضع انذانً ٔ يقاسَتّ‬
‫بانٓذف انًذذد‪ ،‬قبم انششٔع فً انعًم عهى انجاَب انًخصص نهًعذاث‪ .‬نزا‪ ،‬اعتًذَا انذصٍهت انًادٌت ٔ انذشاسٌت ٔ تذققُا‬
‫يٍ صذتٓا يٍ أجم انتًكٍ يٍ إعادة تصًٍى انًبشد نهٕصٕل إنى انطاقت اإلَتاجٍت انًستٓذفت‪ .‬إال أَّ اتضخ أٌ دجى ْزا‬
‫األخٍش غٍش كاف‪ ،‬نزا اضطشسَا أٌ َقتشح دهٍٍ‪ ،‬تذققُا يٍ ٔادذ يًُٓا عبش تجشبت يٍذاٍَت‪.‬‬
‫بعذ رنك‪ ،‬عًهُا عهى جاَب انتٕقفاث غٍش انًجذٔنت‪ ،‬بٓذف تقهٍهٓا ٔ انزٌادة يٍ انطاقت اإلَتاجٍت انٍٕيٍت‪.‬‬
‫إٌ انتذسٍُاث انًقتشدت يكُتُا يٍ تخفٍض أٔقاث انتٕقف انُاتجت عٍ غسم انًششخ ٔ تعذٌم استٕائّ‪ ،‬كًا يكُتُا‬
‫يٍ تقهٍم خسائش اإلَتاج ٔ تذقٍق سبخ يادي ْاو‪.‬‬
‫‪Page 5 sur 74‬‬

Table des matières
Dédicace .................................................................................................................................................. 1
Remerciements ........................................................................................................................................ 2
Résumé .................................................................................................................................................... 3
Abstract ................................................................................................................................................... 4
‫ ملخص‬..................................................................................................................................................... 5
Liste des figures ...................................................................................................................................... 9
Liste des tableau ...................................................................................................................................... 9
Liste des paramètres et des abréviations ................................................................................................. 9
Introduction générale ............................................................................................................................ 11
CHAPITRE I .................................................................................................................................. 3
PRESENTATION DE L’ENTITE D’ACCUEIL ET DESCRIPTION DU PROCEDE ................................... 3
Introduction ............................................................................................................................................. 3
I. Présentation de l’entité d’accueil ................................................................................................ 3
I.1 Présentation du complexe industriel Jorf-Lanexasfar ............................................................. 3
I.2 Présentation de Pakistan Maroc Phosphore............................................................................. 4
I.2.1 Atelier sulfurique................................................................................................................. 5
I.2.2 Atelier Phosphorique ........................................................................................................... 5
I.2.3 Atelier des Utilités ............................................................................................................... 6
I.2.4 Atelier de maintenance ........................................................................................................ 6
I. Description du procédé de fabrication de l’acide phosphorique 28% au sein de l’unité attaque
filtration de la PMP ................................................................................................................................. 6
II.1 Généralités............................................................................................................................... 6
II.2 Description du procédé de fabrication de l’acide phosphorique 28% ..................................... 7
I.2.1 Unité de préparation de la pulpe.......................................................................................... 7
I.2.2 Unité d’attaque- filtration .................................................................................................... 8
CHAPITRE II ............................................................................................................................... 17
ETAT DES LIEUX, DEFINITION DES OBJECTIFS ET DEMARCHE DE TRAVAIL .............................. 17
Introduction ........................................................................................................................................... 17
I. Etat des lieux et analyse de l’historique .................................................................................... 17
I.1 Evolution de la production en tP2O5/jour durant l’année 2016 ............................................. 17
I.2 Interprétations ....................................................................................................................... 18
II. Définition des objectifs et méthodologie du travail .................................................................. 18
II.1 Définition des objectifs ......................................................................................................... 18
II.2 Analyse des causes : diagramme d’ISHIKAWA .................................................................. 19
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II.3 Démarche proposée ............................................................................................................... 20
CHAPITRE III ......................................................................................................................................... 22
CARTOGRAPHIE DES FLUX POUR L’UNITE ATTAQUE-FILTRATION ET REDIMENSIONNEMENT
DU FLASH-COOLER ............................................................................................................................. 22
Introduction ........................................................................................................................................... 22
I. Bilan matière ............................................................................................................................. 22
I.1 Préparation des données de calcul ......................................................................................... 23
I.2 Calcul des principaux débits d’entrée et de sortie de l’unité attaque-filtration de l’atelier
phosphorique ..................................................................................................................................... 25
I.3 Bilan par rapport au P2O5 ..................................................................................................... 29
I.4 Bilan d’eau ............................................................................................................................ 30
II. Bilan thermique ......................................................................................................................... 33
II.1 Entrées ................................................................................................................................... 33
II.2 Sorties.................................................................................................................................... 34
II.3 Calcul de la différence de température au niveau du flash-cooler ........................................ 35
III. Validation du bilan .................................................................................................................... 35
III.1 Elaboration d’une application sous Excel pour le calcul du bilan......................................... 35
III.2 Comparaison du bilan avec les données réelles .................................................................... 36
IV. Redimensionnement du flash-cooler ......................................................................................... 37
IV.1 Description du flash-cooler ................................................................................................... 37
IV.2 Calcul du diamètre du flash-cooler ....................................................................................... 38
IV.2.1 Calcul de la vitesse critique de la vapeur ...................................................................... 38
IV.2.2 Calcul pour 1800 tP2O5/j ............................................................................................... 40
IV.3 Effet du vide et de la circulation de la bouillie sur l’évaporation au sein du flash-cooler .... 40
Conclusion............................................................................................................................................. 45
CHAPITRE IV .............................................................................................................................. 47
ANALYSE DES ARRETS DE L’UNITE ATTAQUE-FILTRATIONS ..................................................... 47
Introduction ........................................................................................................................................... 47
I. Aperçu sur la MRP .................................................................................................................... 47
II. Diagnostique et analyse du problème ........................................................................................ 48
II.1 Identification du problème et définition de l’objectif............................................................ 48
II.2 Analyse des causes du problème ........................................................................................... 57
III. Actions d’améliorations ............................................................................................................ 61
Conclusion............................................................................................................................................. 67
CHAPITRE V ............................................................................................................................... 69
ETUDE ECONOMIQUE ............................................................................................................... 69
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Introduction ........................................................................................................................................... 69
I. Calcul d’investissement............................................................................................................. 69
I.1 Investissements liés aux équipements ................................................................................... 69
I.2 Les coûts de main d’œuvre.................................................................................................... 70
I.3 Les coûts liés à l’arrêt de production............................................... Erreur ! Signet non défini.
I.4 L’investissement global de la modification........................................................................... 70
II. Le temps de retour sur l’investissement .................................................................................... 70
Conclusion............................................................................................................................................. 72
Conclusion générale .............................................................................................................................. 73
Bibliographie ......................................................................................................................................... 75
Annexes ................................................................................................................................................. 76
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Liste des figures
Figure 1 : Synoptique de la Ligne Pakistan Maroc Phosphore (PMP) .................................................... 4

Figure 2: Vue de l’atelier phosphorique ................................................................................................. 6
Figure 3: schéma de la section d’attaque de l’atelier phosphorique de PMP .......................................... 9
Figure 4: Schéma du système de refroidissement ................................................................................. 12
Figure 5: Schéma du système de lavage des gaz ................................................................................... 12
Figure 6: Cuves de digestion ................................................................................................................. 13
Figure 7: Schéma du filtre ..................................................................................................................... 14
Figure 8: Courbe de variation de la production de l'année 2016 en tP2O5 ... Erreur ! Signet non défini.
Figure 9: Diagramme d'ISHIKAWA de la production en tP2O5 ........................................................... 19
Figure 10: Schéma de l'unité attaque-filtration ..................................................................................... 22
Figure 11: Schéma de la modélisation du bilan sous Excel .................................................................. 36
Figure 12: Schéma du flash cooler ........................................................................................................ 38
Figure 13: Système de création du vide dans le flash-cooler ................................................................ 41
Figure 14: Vue sommaire de la démarche MRP ................................................................................... 47
Figure 15: Courbe des arrêts et de la production pour l'année 2016 ..................................................... 49
Figure 16: Graphique en secteur des fréquences des arrêts................................................................... 50
Figure 17: Diagramme du Pareto des causes des arrêts process et maintenance mécanique ................ 51
Figure 18: Châssis tournant posé sur des galets et cellule du filtre ....................................................... 53
Figure 19: Distributeur .......................................................................................................................... 53
Figure 20: Principe de fonctionnement ................................................................................................. 54
Figure 21: Principe de renversement des cellules ................................................................................. 55
Figure 22: Méthode des 5 Pourquoi appliquée sur le lavage des filtres ................................................ 58
Figure 23: Méthode des 5 Pourquoi appliquée sur le réglage de planéité des cellules ......................... 60
Figure 24: Ressort à boudins ................................................................................................................. 65
Figure 25: Roulement avec flasques ..................................................................................................... 66
Liste des tableaux
Tableau 1: Résumé de la méthode QQOQCP ....................................................................................... 18

Tableau 2: Composition du minerai de phosphate ................................................................................ 23
Tableau 3: Réactions de la cuve d'attaque ............................................................................................. 24
Tableau 4: Moyennes des pertes en P2O5 .............................................................................................. 25
Tableau 5: Résultats de la validation du bilan....................................................................................... 36
Tableau 6: Détails du calcul de dimensionnement du flash-cooler ....................................................... 39
Tableau 7: Nombre d'heures et fréquence des différents types d'arrêt .................................................. 50
Tableau 8: Résumé de la méthode QQOQCP (diminutin des temps d'arrêt) ........................................ 52
Tableau 9: Décomposition des composants du filtre PRAYON ........................................................... 55
Tableau 10: Récapitulatif des solutions proposées................................................................................ 62
Tableau 11: Coût des équipements........................................................................................................ 69
Tableau 12: Coût de main d'oeuvre ....................................................................................................... 70
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Liste des paramètres et des abréviations
dp : densité de la pulpe de phosphate à l’entrée de la cuve d’attaque

deau : densité de l’eau
dᵠᵠ : densité du phosphate sec
Tsp : taux de solide dans la pulpe de phosphate
dB : densité de la bouillie
TsB : taux de solide dans la bouillie
dF : densité du filtrat
dg : densité du gypse
RI : rendement industriel
TA : taux d’attaque
QAP : débit massique d’acide produit
VAP : volume d’acide produit
dAP : densité d’acide produit
∆H : enthalpie cédée par la bouillie refroidie
∆Hvap : chaleur latente de l’eau
PMgypse : pertes en masse dans le gypse
A : section du flash-cooler
D : diamètre du flash-cooler
Uc : vitesse critique de la vapeur dans le flash-cooler
ρL : masse volumique du liquide dans le flash-cooler
ρV : masse volumique de la vapeur dans le flash-cooler
q : la chaleur échangée dans le flash-cooler
VB : volume de la bouillie refroidie
Cv : la capacité calorifique volumique de la bouillie = 3,306.103 kJ/m3
∆T : la différence de température entre l’entrée et la sortie de la bouillie
meau : masse de l’eau évaporée
λvap : chaleur latente de vaporisation de l’eau = 2327 kJ/kg
Mvap : masse molaire de l’eau = 18.10-3 kg/mol
Tvap : température absolue de la vapeur en °K
P : pression de la vapeur d’eau en mmHg
R : constante des gaz parfaits = 6,2363.10-3 m3.mmHg/mol.°K
v : vitesse de circulation de l’acide produit dans la conduite vers le stockage secondaire
S : section de la conduite vers le stockage secondaire
D1 : diamètre de la conduite vers le stockage secondaire
D2 : diamètre de la conduite du circuit de lavage
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Introduction générale
Dès sa création le 7 août 1920 par dahir, l’office chérifien des phosphates (OCP),
devenu en 1975 Groupe OCP, n’a pas cessé de diversifier et développer ses activités en ce qui
concerne l’exploitation des richesses marocaines en phosphates. Il est désormais un opérateur
international dans le domaine de l’industrie du phosphate et de ses produits dérivés. Le
Groupe OCP livre aux cinq continents, il est le premier exportateur de phosphates dans le
monde (33% du phosphate et de ses dérivés), et il détient les ¾ des réserves mondiales.
Pour pouvoir anticiper sur les demandes du marché mondial en différentes qualités, le
Groupe OCP a mis en place de nouvelles unités de production d’acide phosphorique et
d’engrais. Inauguré par sa Majesté le Roi Mohammed VI en 2006, Pakistan Maroc Phosphore
(P.M.P.) est une joint-venture entre le Groupe OCP et le groupe Pakistanais Fauji.
L’unité attaque-filtration est considérée le cœur de l’atelier phosphorique. Son

fonctionnement dépend de plusieurs facteurs, tel que la qualité du phosphate, les paramètres
de marche, l’état des équipements et leur maintenance etc.
C’est dans l’optique d’une augmentation de la capacité de production de l’unité

attaque-filtration de l’atelier phosphorique de 1441 t P2O5/j en moyenne à 1800 t P2O5/j que
vient s’inscrire le présent projet de fin d’études.
Pour bien cerner le sujet étudié, notre projet sera organisé de la manière suivante :
- Le premier chapitre est consacré à la présentation de l’entité d’accueil, et à la

description du procédé de fabrication d’acide phosphorique.
- Le deuxième chapitre porte sur le diagnostic de l’unité et la proposition de la
démarche de travail.
- Le troisième chapitre présente le bilan matière et thermique autour de l’unité attaque-
filtration ainsi qu’un redimensionnement du flash-cooler pour la capacité cible de
1800 t P2O5/j, et une étude des différentes solutions possibles.
- Le quatrième chapitre inclue une analyse des arrêts non programmés de l’unité, et une
proposition de solutions nous aidant à réduire le temps d’arrêts et donc augmenter la
production journalière.
- Le cinquième chapitre est dédié à l’étude économique des améliorations proposées.
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Chapitre I :
Présentation de l’entité d’accueil
et description du procédé
Cette partie est consacrée à la

présentation du Groupe OCP et de
l’usine Pakistan Maroc Phosphore
(PMP), ainsi qu’à la description du
procédé de production de l’acide
28%.
Chapitre I
Présentation de l’entité d’accueil et description du
procédé
Introduction
Dans ce chapitre, nous allons présenter l’organisme d’accueil qui est le groupe OCP et plus
particulièrement l’entreprise d’accueil Pakistan Maroc Phosphore, ainsi que le procédé de
fabrication de l’acide phosphorique fort 28%.
I. Présentation de l’entité d’accueil

I.1 Présentation du complexe industriel Jorf-Lanexasfar
Les phosphates marocains sont exploités dans le cadre d’un monopole d’Etat confié à un
établissement public créé en août 1920 par dahir, l’Office Chérifien des Phosphates, devenue
Groupe OCP en 1975.
Parmi ses usines de transformation, le complexe industriel JORF LASFAR est créé en
1986, sur un site situé à 20 Km au Sud-Ouest d’El Jadida. Ce dernier a permis au Groupe
OCP de doubler sa capacité de valorisation des phosphates.
Ces dernières années, toujours dans le cadre du développement, cette fois à l’échelle
internationale, le Groupe OCP a noué avec ses clients des partenariats durables, parmi
lesquels on peut citer [1] :
 EMAPHOS (Euro-Maroc Phosphore : 1/3 OCP, 1/3 Prayon, 1/3 CFB): ce projet a été
mené en collaboration avec des partenaires belges (Prayon) et allemands (Chemische
Fabrik Budenheim) en 1998 à JORF LASFAR ;
 IMACID (1/3 OCP, 1/3 Chambal Fertiliser-Inde, 1/3 Tata Chemicals Ltd-Inde) :
démarrage d‘IMACID en 1999 à JORF LASFAR ;
 PMP : PAKISTAN MAROC PHOSPHORE S.A. (50% OCP, 25% FFBL, 12,5% Fauji
Foundation, 12,5% FFCL) : démarrage en 2006 à JORF LASFAR ;
 BMP: « Bunge – Maroc Phosphore », 50 % OCP; 50 % BUNGE/Brésil: démarrage en
2009 à JORF LASFAR.
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Chapitre I : Présentation de l’entité d’accueil et description du procédé
I.2 Présentation de Pakistan Maroc Phosphore
PMP est une entreprise réalisée dans le cadre d’un partenariat entre le groupe OCP (50%)
et les groupes pakistanais Fauji (12,5%) et FFBL (12,5%). L’usine PMP, qui a démarré en
2006 au sein du complexe industriel Jorf Lasfar, et dont l’effectif est à peu près 180
personnes, profite des avantages suivants :
 La disponibilité des matières premières et des conditions favorables pour la

production;
 La proximité du port avec un grand tirant d’eau ;
 L’alimentation en eau de mer et eau douce sur de faibles distances ;
 La dotation de site de grandes facilités industrielles ;
Edifiée sur une surface de 18 ha, et pour assurer une production de 375.000 tonnes/an
d’acide phosphorique, l’usine PMP dispose d’un ensemble d’ateliers qui rassemblent leurs
biens et services produits et les orientent vers un même objectif : améliorer la production
d’acide phosphorique en améliorant les conditions du travail et les performances de
l’installation pour aboutir à un produit de qualité. Les ateliers dont dispose l’usine PMP sont :
l’atelier sulfurique, l’atelier phosphorique, l’atelier des utilités et l’atelier de maintenance. La
synoptique de ces ateliers est représentée dans la figure 1.
Figure 1 : Synoptique de la Ligne Pakistan Maroc Phosphore (PMP)
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I.2.1 Atelier sulfurique
L’atelier sulfurique est constitué principalement de :
 Une ligne de production d'acide sulfurique de capacité 3.410 TMH par jour ;
 Une unité de stockage de soufre liquide ;
 Une unité de stockage d’acide sulfurique.
Le procédé de fabrication d’acide phosphorique par voie humide consiste à attaquer la pulpe
de phosphate par un acide fort. L’acide fort utilisé pour attaquer le minerai au sein de PMP est
l’acide sulfurique produit par l’atelier sulfurique dont les caractéristiques sont :
 Capacité : 1.125.000 tonnes/an ;
 Procédé : MONSANTO à double absorption.
I.2.2 Atelier Phosphorique
L’atelier phosphorique est le lieu de notre stage de fin d’études. Il est constitué
principalement de :
 Une ligne de production d'acide phosphorique de capacité 1325 T P2O5 par jour ;
 Un circuit d’alimentation en pulpe de phosphate ;
 Une ligne de broyage de phosphate ;
 Une unité de concentration d'acide phosphorique ;
 Une unité de stockage d'acide phosphorique 28% et 54%.
C’est l’atelier central de l’entreprise, vers lequel convergent tous les produits et les services
des autres ateliers pour assurer la production d’acide phosphorique à 28% et 54% en P2O5.
Les principales caractéristiques de l’atelier phosphorique sont :
 Capacité nominale : 1325 tonnes de P2O5 par jour d’acide.

 Qualité marchande 54%.
 Procédé : JACOBS.
La figure 2 montre une vue de l’atelier phosphorique.
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Figure 2: Vue de l’atelier phosphorique
I.2.3 Atelier des Utilités
L’atelier des utilités est constitué principalement de :

 Une station de traitement des eaux douces ;
 Une station de compression d’air.
 Une centrale thermoélectrique comprenant un groupe turboalternateur de 32MW ;
Cet atelier est destiné à la production de l’énergie électrique par laquelle il alimente les
autres ateliers. Il est composé de :
 une centrale thermoélectrique de capacité de 32 MW ;
 un atelier de traitement des eaux.
I.2.4 Atelier de maintenance
Parmi les ateliers support, l’atelier maintenance veille à maintenir et entretenir les
équipements des installations des autres ateliers en état de bon fonctionnement. Pour ce faire,
l’équipe de maintenance au sein de PMP agit sur plusieurs niveaux : mécanique, électrique,
automatique (régulation) et au niveau du génie civil.
I. Description du procédé de fabrication de l’acide phosphorique

28% au sein de l’unité attaque filtration de la PMP
II.1 Généralités
La production de l’acide phosphorique peut se faire par deux voies. Il peut être élaboré par
voie thermique, par réduction du phosphate, en présence de coke et de silice, au four
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électrique, ou bien par voie humide. C’est cette dernière qui est utilisée à l’atelier
phosphorique de la PMP.
Le phosphate de calcium étant insoluble dans l’eau, les phosphates naturels doivent être
traités. Le traitement consiste à attaquer la roche phosphatée par un acide fort, en général
sulfurique même si les acides chlorhydriques ou nitriques peuvent également être utilisés.
L’acide sulfurique demeure le plus utilisé, car il présente plusieurs avantages notamment son
faible coût de revient relativement aux autres procédés, et la facilité de séparation des produit
de la réaction (le sulfate de calcium obtenu est pratiquement insoluble dans l’acide
phosphorique), aussi l’emploi de l’acide sulfurique entraîne des frais d’entretien moindre.
La teneur en acide phosphorique est exprimée en pourcentage de P2O5.
En ce qui concerne cette voie, il s’agit d’une réaction hétérogène solide-liquide entre l’acide
en solution et le phosphate en poudre où la surface de contact est un paramètre crucial de
l’opération .Dans ce type de réaction, il y’a présence du processus physique et chimique, se
traduisant par un mécanisme à quatre étapes :
 Diffusion des réactifs de la phase liquide jusqu’à l’interface solide-liquide.
 Diffusion des réactifs de l’interface jusqu’au cœur de la phase solide.
 Réaction chimique entre les réactifs de la phase liquide et de la phase solide.
 Diffusion des produits de la réaction de l’intérieur vers l’extérieur dans la phase
liquide.
L’acide phosphorique H3PO4 est issu de l’attaque sulfurique de roches naturelles. La réaction
principale est exothermique, se déroulant en milieu hétérogène :
Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 + 6H2O 3(CaSO4,2H2O) + 2H3PO4
II.2 Description du procédé de fabrication de l’acide phosphorique 28%
L’usine d’acide phosphorique du Pakistan Maroc Phosphore (PMP) conçue pour produire
375.000 T/an de P2O5 en tant qu’acide Phosphorique de qualité 54% par le processus de
dihydrate de procédé JACOBS. Le taux de fonctionnement instantané de conception est 1325
tonnes/jours de P2O5 [6].
I.2.1 Unité de préparation de la pulpe
Contrairement à ce qui se faisait au sein de l’usine, le phosphate reçu aujourd’hui, est sous
forme de pulpe de phosphate déjà préparée et envoyée par pipelines par l’usine de Khouribga.
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Les phosphates bruts en provenance des différentes mines de Khouribga sont enrichis dans
quatre unités de traitement par lavage et flottation. Ces unités, équipées de broyeurs et
d’épaississeurs permettent la préparation de la pulpe de phosphate pour le transport
hydraulique par pipeline.
Sur une distance de près de 235 km, le Slurry Pipeline de l’Axe Khouribga-Jorf Lasfar réalise,
grâce à la gravité naturelle, la prouesse de transporter sous forme de pulpe de phosphate
(composé de 60% de phosphate et de 40% d’eau) extrait et lavé à Khouribga. La station
terminale constituée de réservoirs de stockage est mise en œuvre pour la réception et la
distribution de la pulpe de phosphate.
La pulpe de phosphate reçue a une densité inférieure à celle recommandée .Pour optimiser les
conditions de travail ,il faut augmenter sa densité et pour ce faire , elle passe à travers deux
épaississeurs (thickener) qui permettent d’augmenter sa densité d’une valeur variant entre
1,4-1,5 à une valeur allant de 1,6 à 1,7 .Les épaississeurs sont des décanteurs cylindriques
ayant une base conique à travers laquelle on soutire la pulpe avec la densité voulue et l’eau est
récupérée par la tête de l’épaississeur par débordement dans une cuve.
I.2.2 Unité d’attaque- filtration
L’unité d’attaque-filtration a pour rôle la production d’acide phosphorique à 28 % en P2O5,

cette unité est divisée en deux principales sections :
- Section d’attaque où s’effectue l’attaque du phosphate par l’acide sulfurique,
- Section de filtration qui permet la séparation de l’acide phosphorique du gypse.
I.2.2.1 Section d’attaque
L’attaque est considérée comme une étape déterminante dans la production de l’acide
phosphorique. C’est au niveau de cette étape qu’on définit les paramètres de marche qui
contrôlent la capacité de l’atelier à produire l’acide en quantité et qualité souhaitées.
Cette section est constituée de :
- Une cuve d’attaque.

- Un système de lavage des gaz de la cuve d’attaque et du digesteur.
- Un système de refroidissement sous vide.
- Un système de lavage des gaz du refroidisseur.
- Un système de digestion.
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La figure 3 présente le schéma de la section d’attaque de l’atelier phosphorique de PMP.
Figure 3: schéma de la section d’attaque de l’atelier phosphorique de PMP
a) Cuve d’attaque :
La cuve d’attaque est une cuve cylindrique construite en béton armé revêtu de briques en
graphite et de caoutchouc, et cloisonnée en 8 compartiments dont chaque compartiment est
muni d’un agitateur et ils sont répartis comme suit :
- 6 compartiments annulaires externes.
- Un compartiment central.
- Un compartiment pour alimenter le système de refroidissement.
La pulpe de phosphate contenant 66% de solides alimente le premier compartiment (ligne1)

où elle est diluée par un volume important d’alimentation recyclé de la cuve de digestion.
Cette pulpe doit être bien agitée afin d’éviter la formation d’une couche de phosphate, la
passivation et les pertes en phosphate, c’est la raison pour laquelle le premier et deuxième
compartiment sont muni d’agitateurs spécifiques.
On ajoute à ce qui précède comme alimentation du premier compartiment les boues recyclées
de l’unité de stockage d’acide phosphorique (ligne 4), dans le but d’ajuster la densité de la
bouillie.
Cette alimentation, bien agitée dans le premier et le deuxième compartiment, passe au

troisième compartiment où l’on fait entrer de l’acide sulfurique (ligne 3) qui, avant son
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introduction dans la cuve d’attaque (troisième compartiment), est mélangé dans un dilueur
avec l’acide recyclé (21 à 22%) venant de la filtration (ligne 2), afin de faciliter la dispersion
dans le réacteur.
L’attaque est effectuée dans le troisième et le quatrième compartiment. Le mélange passe

ensuite au cinquième compartiment où il est attaqué de nouveau par une quantité d’acide
sulfurique diluée dans un deuxième diluant par l’acide recyclé, le mélange est envoyé au
sixième compartiment où l’on agite encore afin d’améliorer la digestion du minerai.
La bouillie passe après au septième compartiment (compartiment central) où elle est agitée
avant de passer au huitième compartiment qui alimente le système de refroidissement.
La bouillie sortant constituée essentiellement d’acide phosphorique, des traces d’acide

sulfurique et du gypse sous forme semi-hydrate se transforme en dihydrate par
refroidissement.
Les concentrations élevées d’acide sulfurique sont indésirables du fait qu’elles causent la
nucléation et la di-hydratation des cristaux ;
Le niveau de sulfate est contrôlé par une meilleure agitation et en ajustant les débits des
recyclages (recyclage des boues et d’acide 18%) afin de minimiser les pertes en inattaqué.
Les boues recyclées des unités de stockage d’acide sont introduits actuellement au niveau
du compartiment central, pour ne pas créer des problèmes au niveau de l’attaque du minerai.
La digestion du minerai et la cristallisation de sulfate de calcium ont lieu dans les

compartiments annulaires. Pour avoir un meilleur rendement d’attaque et pour obtenir le
sulfate de calcium sous forme dihydrate, il faut maintenir la température du réacteur à 82°C.
Les réactions mise en jeu au niveau de la cuve d’attaque :
La réaction principale
Les phosphates naturels formés principalement de fluorapatite de formule générale [Ca3

(PO4),]. Ont pour réaction principale d'attaque par l'acide sulfurique :
Ca3(PO4)2 + 3 H2SO4 + 6 H2O ↔ 3 (CaSO4 ,2H2O↓) + 2 H3PO4

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 monocalcique soluble :
Ca3(PO4)2 + 4 H3PO4 ↔ 3 CaH4(PO4)2
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- La réaction entre le phosphate monocalcique et l'H2SO4 pour former l'acide

phosphorique et le gypse :
3 CaH4(PO4)2 + 3 H2SO4 + 6 H2O ↔ 3 (CaSO4 ,2H2O↓) + 6 H3PO4
Les réactions secondaires
Suite à la composition chimique du minerai de phosphate, d’autres réactions apparaissent
lorsque ce dernier est attaqué par l’acide sulfurique, on les appelle les réactions secondaires :
3 CaF2 + 3H2SO4 + H2O + SiO2 → 3 (CaSO4, H2O↓) + H2SiF6

CaCO3 + H2SO4 + H2O → (CaSO4 ,2H2 O) + CO2
(CaSO4 ,2H2 O) + H3PO4 → H2SO4 + (CaHPO4, 2H2O)
2 H2SiF6 + SiO2 → 3 SiF4 + 2 H2O
CaSO4 + 2 H2O → CaSO4 ,2H2O
Al2O3 + 3 H2SO4 → Al2 (SO4) + 3 H2O
Fe2O3 + 3 H2SO4 → Fe2 (SO4) + 3 H2O
MgO + H2SO4 → MgSO4 + H2O
K2O + H2SO4 → K2SO4 + H2O
Na2O + H2SO4 → Na2SO4 + H2O
b) Le système de refroidissement (flash cooler) :
Les réactions chimiques mises en jeu dans la cuve d’attaque ainsi que la dilution de l’acide
sulfurique étant exothermiques et provoquent la formation des gaz, donc il est nécessaire de
les éliminer et refroidir la bouillie afin de maintenir le réacteur à une température de l’ordre
de 82°C pour assurer une formation optimale de cristaux de sulfate de calcium dihydrate. Ce
refroidissement est réalisé dans un évaporateur « flash cooler » maintenu sous vide grâce à
une pompe à vide, et composé principalement des unités suivantes :
- Un pré condenseur,
- Un condenseur,
- Une pompe à vide,
- Deux pompes de circulation,
La figure 4 montre le schéma du système de refroidissement :
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Figure 4: Schéma du système de refroidissement
Après le refroidissement de la bouillie, cette dernière est introduite dans le premier

compartiment de la cuve de digestion.
Les gaz produits sont soutirés vers le système de lavage des gaz.
c) Système de lavage des gaz
Afin de diminuer les émissions des fluorures à l’atmosphère, l’usine PMP dispose d’un
système de lavage des gaz composé d’une tour d’assainissement sous forme d’un
parallélépipède horizontal avec une ouverture des gaz non condensés. Dans ce sens et pour
empêcher le dépôt de la silice, les gaz fluorés issus de la cuve d’attaque et de digestion sont
lavés avec des jets d’eau dans trois zones de garnissage de la tour de lavage, chacune contient
12 pulvérisateurs qui fonctionnent en co-courant.
La figure 5 montre le schéma du système de lavage des gaz :
Figure 5: Schéma du système de lavage des gaz
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d) Section de digestion :
La bouillie sortant du refroidisseur s’écoule vers la section de digestion qui permet la finition
de la réaction, l’augmentation du taux de conversion, et la croissance des cristaux de gypse
pour faciliter l’opération de filtration.
L’usine dispose d’un digesteur cubique constitué de 3 compartiments :
- Compartiment lié à la sortie du refroidisseur à vide (flash-couler),
- Compartiment d’ajustement où l’on peut ajouter du phosphate ou de l’acide sulfurique pour

ajuster la concentration du calcium dans l’alimentation du filtre sans modifier le niveau de
sulfates,
- Compartiment d’alimentation des filtres,
La bouillie alimente le premier compartiment. La majeure quantité déborde et retourne à la

cuve d’attaque, pour ajuster la température et pour garder le niveau constant dans la cuve,
l’autre quantité déborde dans le compartiment d’ajustement et puis au compartiment
d’alimentation des filtres.
Les cuves de digestion sont équipées chacune d’un agitateur à double rang à pales
hélicoïdales.
Figure 6: Cuves de digestion
I.2.2.2 Section filtration :
La bouillie sortante de la section de digestion passe à la section de filtration qui représente

la deuxième opération majeure dans le processus de production de l’acide phosphorique. Sa
fonction est de séparer l’acide phosphorique du solide formé au cours de l’attaque. Celui-ci se
présent essentiellement sous forme de cristaux de sulfate de calcium di-hydraté (CaSO4,
2H2O). La taille de ces particules varie dans de larges proportions de quelques dizaines à
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quelques centaines de microns, en fonction des conditions opératoires, et suivant la quantité et

la nature des impuretés contenue dans le phosphate.
Au sein de l’atelier phosphorique de PMP cette section comporte deux filtres de modèle
PRAYON. Chacun est constitué de deux principaux dispositifs : une table tournante et une
boîte à vide qui sert à créer le vide nécessaire pour la filtration et le lavage du gâteau.
Chaque filtre est divisé en six secteurs : pré-secteur, secteur d’acide fort, secteur d’acide
moyen, secteur d’acide faible, secteur d’extraction du gypse, et secteur de lavage des toiles.
La figure 7 illustre un schéma descriptif de la section de filtration.
Figure 7: Schéma du filtre
a) Pré secteur :
La bouillie formée dans la cuve d’attaque est refoulée par une pompe vers la nacelle à bouillie
disposée au-dessus du filtre où elle est distribuée au premier secteur, le filtrat obtenu est le
pré-secteur qui est caractérisé par la présence des cristaux très fins due à la non formation du
gâteau et parfois légèrement diluée par l’eau restant sur la toile, celui-ci est aspiré vers l’acide
recyclé et donc vers la cuve d’attaque.
b) Secteur acide fort :
L’acide fort présent le filtrat obtenu après la formation du gâteau qui joue le rôle d’une
surface filtrante additionnelle (ne doit pas dépasser la résistance spécifique), cette section
constitue l’acide de production 28% qui va être stocké dans les cuves de stockage d’acide
28%.
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c) Secteur acide moyen :
Le gâteau formé à ce stade contient encore des quantités non négligeables de P 2O5 parce que
la rétention du liquide dans le gâteau est importante et représenterait une perte considérable en
P2O5. C’est pour cela qu’on effectue un lavage du gâteau à contre-courant à travers des
nacelles qui répartissent l’acide faible radialement sur toute la surface du gâteau. Ce qui
donne un acide moyen d’une teneur de 20 à 22% en P2O5. Cet acide est rassemblé avec le pré-
secteur puis ils vont refouler vers la cuve d’attaque comme un acide de retour.
d) Secteur acide faible :
Le gâteau subit un autre lavage cette fois par l’eau gypseuse. Le filtrat obtenu présente l’acide
faible car il contient quelques % en P2O5, il est réutilisé comme moyen de lavage du gâteau du
secteur d’acide moyen.
e) Extraction du gypse :
Le gypse est finalement déchargé, par rotation de la cellule basculante en position inverse
dans une trémie arrosée de l’eau de mer devant servir à son évacuation vers la mer. Le
décollement du gâteau de la toile est facilite par la force de gravitation.
f) Lavage des toiles :
Malgré l’extraction du gypse, il en reste encore sur la toile, ce qui nécessite un lavage de
celle-ci. Ce lavage est effectué par l’eau de process chaude provenant du précondenseur du
système de refroidissement. Le filtrat du secteur lavage toiles constitue l’eau gypseuse.
g) Séchage des toiles :
Apres décharge du gypse et lavage de la toile, l’eau restante dans les toiles est séchée pour ne
pas influencer les caractéristiques de l’acide produit pendant la filtration à l’aide d’un
ventilateur de séchage.
A l’issue des filtres, l’acide phosphorique à 28% est stocké dans des bacs de stockage afin
d’être transféré à la section de concentration de l’acide à 54% et sa clarification.
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Chapitre II
Etat des lieux, définition des
objectifs et démarche de travail
Cette partie est consacrée à

l’analyse de l’état des lieux de
l’installation, la définition des
objectifs et l’établissement d’un
plan de travail qui nous permettra
de répondre à l’objectif fixé.
Chapitre II
Etat des lieux, définition des objectifs et démarche de
travail
Introduction
Le but de ce chapitre est la détermination de l’état actuel de production de l’unité attaque-
filtration ainsi que des différents facteurs susceptibles de nous empêcher de monter en
cadence de la valeur moyenne actuelle qui est de 1441 tP2O5/j à 1800 tP2O5/j, pour pouvoir
formuler un objectif clair et précis et établir une démarche de travail.
I. Etat des lieux et analyse de l’historique

Dans cette partie, nous avons fait une analyse de l’historique de l’année 2016 afin
d’identifier la variation des cadences de marche de l’unité attaque-filtration.
Nous avons, à partir de cette analyse, pu identifier les états actuels de productions, la
capacité maximale atteinte, ainsi que la moyenne de production d’acide phosphorique 28%.
I.1 Evolution de la production en tP2O5/jour durant l’année 2016
Pour tracer le graphe de variation de la production en tP2O5/jour durant l’année 2016, nous
procéderons comme suit : (données en annexe I)
 Elimination des jours d’arrêts programmés :
L’usine PMP programme 1 arrêt froid par an pour nettoyer les installations et faire des
entretiens et maintenances nécessaires pour garantir le bon fonctionnement des équipements.
En 2016, il y a eu 3 arrêts froids à cause de problèmes dans l’atelier sulfurique. Ces jours ne
contiennent aucune information d’où la raison de leurs élimination.
 Elimination des valeurs non significatives :
Plusieurs jours contiennent des valeurs très écartées par rapport à la marche normale de
production, en raison d’une opération de maintenance ou pour des raisons extérieures. Ces
valeurs ne doivent pas être tenues en compte pour ne pas perturber l’analyse et donc elles
sont éliminées.
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Chapitre II : Etat des lieux, définition des objectifs et démarche de travail
Figure 8: Courbe de variation de la production de l'année 2016 en tP 2O5
I.2 Interprétations
- Nous constatons, d’après cette courbe, que la production de l’acide phosphorique
28%, mesurée en tonne P2O5/jour, connais des fluctuations et une variabilité
importante, donc le système n’est pas maitrisé et est très instable.
- Les cadences de productions dépassent dans 76% des jours la cadence de 1325 t P2O5/j
qui est la cadence de design de l’unité.
- Ces valeurs vont de 1104 tonnes P2O5/jour comme valeur minimale à 1707 tonnes
P2O5/jour comme valeur maximale, avec une moyenne de 1441 tonnes P2O5/jour.
- L’écart type est de 143,52, avec un intervalle de confiance de :
[ ]
II. Définition des objectifs et méthodologie du travail

II.1 Définition des objectifs
Après avoir analysé l’historique de la production, et connu la situation actuelle du système,
nous devons maintenant formuler clairement le sujet.
Méthode QQOQCP
Le tableau 1 résume les réponses aux questions : « Qui ? fait Quoi ? Où ? Quand ?
Comment ? Pourquoi ? » de la méthode QQOQCP.
Tableau 1: Résumé de la méthode QQOQCP
Quoi? Augmentation de la productivité de l’unité attaque-filtration de l’atelier

phosphorique : Présence d’un cahier de charge fixant une capacité cible de
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production de 1800 t P2O5/j.

Qui? L’ensemble du personnel existant à l’atelier phosphorique sont concernés par la
maîtrise de son fonctionnement en vue d’améliorer ses performances.
Où ? L'unité attaque-filtration de l’atelier phosphorique de Pakistan Maroc
Phosphore.
Quand? Pendant la durée de notre projet de fin d'études.
Comment? Réagir sur les différents facteurs influençant le fonctionnement de l’unité
attaque-filtration, en essayant au mieux de déterminer celles qui sont prioritaires
et proposer des actions d’amélioration.
Pourquoi? Appliquer la vision du groupe OCP qui vise à tripler sa production.
Et pour n’omettre aucun paramètre influençant le processus, un diagramme cause-effet pour

une production de 1800 tP2O5/j a été établi. Pour ce faire, nous avons effectué des visites
multiples à l’usine, et un brainstorming avec les gens qui travaillent dans l’atelier
phosphorique.
II.2 Analyse des causes : diagramme d’ISHIKAWA
Après collecte des données, nous avons résumé l’ensemble des éléments ayant une influence
sur la production de 1800 tP2O5/j dans le diagramme causes-effets :
Débit des pompes
Dimensions
Modes
Flash cooler opératoires
Durée de vie Temps de

lavage des
Vide
filtres
Procédures
Fiabilité des
machines
Maintenance Durée Fréquence
Encrassement
des toiles des
filtres Arrêts
Production 1800 tP2O5/j

Pertes Processus Communication Etalonnage des
P2O5 organisationnel instruments de
Les mesure
Granulométrie
contremaitres
Relations Techniciens de
Contrôle
Phosphate laboratoire(sous-
Débit traitance)
Les opérateurs
d’acide de Impuretés Fiabilité des
retour Débit analyses
Exécution
Acide Agitation Corrections
sulfurique Température apportées
Ouvriers
Taux de
Milieu
sulfates
réactionnel
libres
Densité Temps de Motivation
de la séjour
bouilie
Figure 9: Diagramme d'ISHIKAWA de la production en tP2O5
D’après le brainstorming réalisé, les facteurs les plus influençant sont :

- du côté matériel, le flash-cooler forme une grande limitation face à notre objectif, en
effet, la température constitue un facteur primordial au bon déroulement de la réaction et
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de la cristallisation du gypse. Les réactions dans le réacteur sont exothermiques. Le

système de refroidissement par évaporation au sein du flash-cooler élimine l'excès de
chaleur pour contrôler la température de réaction. Cette dernière doit être maintenue à
82°C pour favoriser la formation de cristaux dihydrate ainsi que la réalisation d’une
digestion rapide.
Nous sommes donc limités par l’augmentation de la température lorsque nous
envisageons une augmentation de la cadence.
- du coté méthodes, les arrêts forment un grand empêchement face à la stabilité de la
production. En effet, à cause des arrêts fréquents non programmés, la cadence de
production journalière diminue.
II.3 Démarche proposée

- Etablissement du bilan matière et thermique de l’unité attaque-filtration ;
- Comparaison des résultats avec les données réelles de l’usine pour validation des calculs ;
- Faire le redimensionnement du flash-cooler pour une capacité de 1800 t P2O5 /j : nouveau

diamètre ;
- Etude et analyse des différents problèmes, des arrêts ainsi que des défaillances du système
qui provoquent une baisse de la cadence de marche ;
- Proposition des axes d’amélioration pour dépasser ces problèmes et pouvoir atteindre
l’objectif de l’étude ;
- Etude économique des différentes améliorations proposées.
Après avoir bien analysé le sujet et déterminé les axes que nous allons traiter ainsi que les
étapes que nous allons suivre, nous allons entamer la première étape pour répondre au cahier
de charge. Cette étape consiste en l’établissement des bilans matière et thermique sur l’unité
attaque-filtration et le redimensionnement du flash-cooler.
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Chapitre III :
Cartographie des flux pour l’unité
attaque-filtration et redimensionnement
du flash-cooler

l’établissement des bilans de
matière et thermique de l’atelier
phosphorique du PMP, ainsi que
leur validation, pour
dimensionner le flash-cooler pour
la capacité cible. Un essai sur
terrain a été réalisé pour vérifier
les solutions proposées.
Chapitre III : Cartographie des flux pour l’unité attaque-filtration et redimensionnement du flash-
cooler
Chapitre III
Cartographie des flux pour l’unité attaque-filtration et
redimensionnement du flash-cooler
Introduction
Cette première étape servira à l’établissement d’un bilan matière et un bilan thermique pour
identifier la quantité des différents flux entrants et sortants de l’unité attaque-filtration et
ensuite comparer les résultats avec les données réelles enregistrées à la salle de contrôle pour
les valider. Ensuite, en se basant sur ces résultats, nous allons dimensionner le flash-cooler
pour voir s’il va supporter la capacité cible qui est de 1800 tP2O5 /jour.
I. Bilan matière
Le bilan de matière global est une analyse quantitative qui permet de déterminer la
composition et les quantités des divers flux de matière entrant et sortant de l’installation, ce
bilan est fondé sur le principe de la conservation de la matière.
Pour pouvoir établir ce bilan sur l’unité d’attaque-filtration, nous allons nous baser sur le
schéma de la figure 10 qui illustre les différentes entrées et sorties de cette unité.
Figure 10: Schéma de l'unité attaque-filtration
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cooler
I.1 Préparation des données de calcul

I.1.1 La capacité de production Q(P2O5) AP (tonne de P2O5/heure)
Nous travaillons dans cette partie avec une cadence de marche de 100% qui équivaut à 1325
tonne de P2O5 par jour, donc la capacité de production horaire t P2O5 / h est :
(AP : Acide Produit)

I.1.2 La Composition du minerai de phosphate
Le tableau suivant présente la composition moyenne du minerai de phosphate à l’entrée de la
cuve d’attaque.
Tableau 2: Composition du minerai de phosphate
Composition du phosphate
Elément Teneur
%CO2 7,18%
%P2O5 30,31%
%SiO2 1,11%
%CaO 50,60%
%SO4 1,84%
%F- 3,78%
%Fe2O3 0,20%
%Al2O3 0,40%
%K2O 0,06%
%MgO 0,70%
%Na2O 0,90%
Cd ppm 22
I.1.3 Les caractéristiques de la pulpe de phosphate

- La densité de la pulpe de phosphate à l’entrée de la cuve d’attaque :
- Le taux de solide lié à la densité de la pulpe avec la relation suivante:
Application numérique : =3090.10−3 (Densité du phosphate sec) et =1000.10−3
I.1.4 Les caractéristiques de l’acide sulfurique

La pureté d’acide sulfurique H2SO4 : 98,5%
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cooler
I.1.5 Les caractéristiques de la bouillie

- La densité de la bouillie :
- Le taux de solide :
Avec :
𝐹: Densité de filtrat = densité d’acide produit : 𝐹
𝑔: Densité du gypse 𝑔
Application numérique :
I.1.6 Les caractéristiques d’acide produit
- Densité d’acide produit : 𝐹
- Titre en P2O5 : 25 %
I.1.7 Les caractéristiques d’acide de retour
- Titre en P2O5 : 18 %
I.1.8 Le taux d’attaque de chaque réaction au niveau de la cuve
d’attaque
Les 11 réactions ayant lieu dans la cuve d’attaque sont illustrées dans le tableau 4 :
Tableau 3: Réactions de la cuve d'attaque
N° Réaction Réaction Taux d’attaque

1 Ca3(PO4)2 + 3 H2SO4 + 6 H2O ↔ 3 (CaSO4 ,2H2O↓) + 2 H3PO4 0,98
2 3 Ca F2 + 3H2SO4 + H2O+ SiO2 ↔ 3 (CaSO4, H20↓) + H2 SiF6 0,6
3 CaCO3 + H2SO4 + H2O ↔ (CaSO4 ,2H2 O) + CO2 0,99
4 (CaSO4 ,2H2 O) + H3PO4 ↔ H2SO4 + (CaHPO4, 2H2O) 0,01
5 2 H2 SiF6 + SiO2 ↔ 3 SiF4 + 2 H2O 0,1
6 CaSO4 + 2 H2O ↔ CaSO4 ,2H2 O 1
7 Al2O3 + 3 H2SO4 ↔ Al2 (SO4) + 3 H2O 0,8
8 Fe2O3 + 3 H2SO4 ↔ Fe2 (SO4) + 3 H2O 0,8
9 MgO + H2SO4 ↔ Mg SO4 + H2O 0,8
10 K2O + H2SO4 ↔ K2 SO4 + H2O 0,8
11 Na2 O + H2SO4 ↔ Na2 SO4 + H2O 0,8
I.1.9 Les pertes en P2O5

Le tableau 4 rassemble les moyennes des différentes pertes en P2O5 dans le gypse du mois de
Février 2017 :
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cooler
Tableau 4: Moyennes des pertes en P2O5
Pertes P2O5
P2O5
P2O5 SE P2O5 SYN P2O5 INT
TOTAL
0,20% 0,66% 0,18% 1,04%
I.2 Calcul des principaux débits d’entrée et de sortie de l’unité attaque-

filtration de l’atelier phosphorique
I.2.1 Débit de pulpe alimentant le réacteur
La quantité de P2O5 à l’entrée de la cuve d’attaque est calculée par la relation suivante
en se basant sur la cadence de production de P2O5 et le rendement industriel qui prend en
compte le rendement chimique ainsi que les différentes autres pertes.
(Avec RI : rendement industriel)

La quantité du phosphate sec Qφφ est déterminée à l’aide de la composition du minerai de
phosphate :
Le débit de la pulpe est calculé à partir de celui du phosphate divisé par le taux de solide de
pulpe :
I.2.2 Débit d’acide sulfurique
La quantité d’acide sulfurique consommée est répartie en deux : une partie consommée par les
réactions de l’attaque, et un excès d’acide sulfurique dans la cuve d’attaque pour compenser
les pertes de phosphate en inattaqués et syncristallisés.
Quantité d’acide sulfurique consommée par les réactions
Elle est déterminée stœchiométriquement par rapport aux réactions mises en jeux lors de
l’attaque du phosphate par l’acide sulfurique.
(TA : Taux d’attaque)
La réaction R1: Ca3(PO4)2 + 3 H2SO4 + 6 H2O ↔ 3 (CaSO4 ,2H2O↓) + 2 H3PO4
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cooler
Et on a :
La réaction R2: 3 Ca F2 + 3H2SO4 + H2O+ SiO2 ↔ 3 (CaSO4, H20↓) + H2 SiF6
La réaction R3: CaCO3 + H2SO4 + H2O ↔ (CaSO4 ,2H2 O) + CO2
La réaction R7: Al2O3 + 3 H2SO4 ↔ Al2 (SO4) + 3 H2O
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cooler
La réaction R8: Fe2O3 + 3 H2SO4 ↔ Fe2 (SO4) + 3 H2O
𝐹
𝐹
La réaction R9: MgO + H2SO4 ↔ Mg SO4 + H2O
𝑔
𝑔
La réaction R10: K2O + H2SO4 ↔ K2 SO4 + H2O
La réaction R11: Na2 O + H2SO4 ↔ Na2 SO4 + H2O
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cooler
Quantité d’excès d’acide sulfurique

L’acide phosphorique produit doit avoir une composition en sulfate libre de 28 g/l d’acide
phosphorique produit donc :
Pour 1 tonne d’acide produit, on a :
Débit d’acide sulfurique total :
- Débit d’acide sulfurique pur total :
- Débit d’acide sulfurique total introduit dans la cuve d’attaque :
La quantité d’acide sulfurique consommé par l’atelier phosphorique avec une pureté de 98,5
% est :
I.2.3 Débit du Gypse
La bouillie sortante de la cuve d’attaque vers le filtre se compose principalement de sulfate de

calcium dihydrate (Gypse) qui constitue la partie solide à séparer du phosphate non attaqué, et
du filtrat (Acide phosphorique).
Cette quantité est déterminée stœchiométriquement à partir des réactions de production et de

consommation du gypse (1, 2 et 3 ) mises en jeux lors de l’attaque du phosphate par l’acide
sulfurique, Donc :
La quantité du gypse produite :
Réaction 1 : 𝑔
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cooler
Réaction 2 : 𝑔
Réaction 3 : 𝑔
La quantité totale du gypse à la sortie du filtre :
𝑔 𝑔 𝑔 𝑔
La quantité du phosphate non attaqué :
La quantité totale du solide dans la bouillie est :
I.3 Bilan par rapport au P2O5
P2O5 d’acide produit 28%
C’est la capacité de production qu’on a déterminé pour une cadence de 100%
P2O5 de la pulpe
La quantité de (P2O5) dans la pulpe d’entrée est :
Les pertes en P2O5
Les pertes totales en P2O5 sont mesurées par rapport à la quantité du gypse évacué donc :
Donc la quantité des pertes en P2O5 :
P2O5 de la bouillie à la sortie de la cuve d’attaque
La quantité de (P2O5) dans la bouillie est :
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cooler
: é
Et :
P2O5 d’acide de retour

La quantité de P2O5 dans l’acide de retour est calculée par la relation :
I.4 Bilan d’eau
L’eau apportée par la pulpe

L’eau contenue dans la pulpe entrant dans la cuve d’attaque est :
L’eau apportée par l’acide sulfurique
- L’eau de dilution:
- Eau de constitution :
- L’eau totale apportée par l’acide sulfurique est :
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Eau produite par les réactions d’attaque
Réaction 5: 2 H2 SiF6 + SiO2 ↔ 3 SiF4 + 2 H2O

( )
Réaction 7, 8, 9, 10, 11 :
Réaction 7 :
Réaction 8 :
Réaction 9 :
Réaction 10 :
Réaction 11 :
Donc le débit total d’eau produit par les réactions d’attaque est :
Quantité d’eau évaporée dans le flash-cooler

Nous calculons le débit d’eau évaporée en effectuant un bilan thermique sur le flash-cooler :
L’eau de l’acide 28%
La quantité d’eau contenue dans l’acide produit 28% est :
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Eau apporté par le gypse

- Eau de constitution du gypse:
C’est l’eau qui entre dans la structure cristalline de sulfate de calcium dihydrate :
𝑔 𝑔
- L’humidité du gypse :
Les pertes en masse dans le gypse sont : PM𝑔 =32,36 %
Donc la quantité d’eau perdue avec le gypse est :
- Eau totale apportée par le gypse :
La quantité d’eau d’acide de retour
Le titre en P2O5 de l’acide de retour est compris entre 20 et 22 %.
Pour notre calcul nous prenons un titre de 18% en P2O5 dans l’acide de retour donc la
quantité d’eau est :
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Eau de lavage du gâteau
La quantité d’eau nécessaire au lavage du gâteau est :
Eau de la bouillie
Le débit d’eau de la bouillie est :
Eau évaporée dans la cuve d’attaque

Nous avons la quantité d’eau évaporée dans la cuve d’attaque est 0,3 t/t de phosphate sec,
donc :
II. Bilan thermique

Le bilan thermique est nécessaire pour le redimensionnement du flash-cooler. En effet, ce
bilan nous permettra de calculer les débits de vapeur et de liquide dans le flash-cooler, ainsi
que la quantité de chaleur à évacuer par ce dernier [2].
Nous choisissons une température de référence de 15°C.
II.1 Entrées
II.1.1 Chaleur d’entrée de l’acide sulfurique
- Température d’entrée : Te=45°C
- Capacité calorifique : Cp=0,35 kcal/kg
On a :
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II.1.2 Chaleur d’entrée de la pulpe

-Température d’entrée : Te=25°C
On a :
II.1.3 Chaleur d’entrée d’acide de retour

-Température d’entrée : Te=65°C
On a :
II.1.4 Chaleur de réaction et dilution de l’acide sulfurique
Selon le livre BECKER, la chaleur de réaction et dilution de l’acide sulfurique est :
II.2 Sorties
II.2.1 Chaleur de sortie de la bouillie
- Température d’entrée : Te=79°C
- Capacité calorifique : Cv=0,79 kcal/kg
On a :
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II.2.2 Refroidissement Flash-cooler
II.3 Calcul de la différence de température au niveau du flash-cooler
Le débit volumique de circulation de la bouillie dans le flash-cooler est :
( )
III. Validation du bilan

III.1 Elaboration d’une application sous Excel pour le calcul du bilan
Afin de faciliter les calculs pour la validation du bilan établi précédemment, nous avons
choisi d’établir une application sous Excel, qui permet de calculer tous les débits de l’unité
attaque-filtration, à partir des données d’entrée qui sont :
- la cadence de production voulue,

- teneur en P2O5 de l’acide de retour,
- teneur en P2O5 de la pulpe,
- les pertes en masse,
- les densités des matières premières
- et le rendement industriel.
Nous nous sommes donc appuyées sur ce modèle pour vérifier par la suite notre bilan et
affirmer sa fiabilité et sa précision.
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La figure 11 montre le schéma de la modélisation du bilan, ainsi que les calculs des différents
flux pour la capacité de production de 1800 t P2O5/j.
Figure 11: Schéma de la modélisation du bilan sous Excel
(Le détail est présenté en annexe II)
III.2 Comparaison du bilan avec les données réelles

Afin de valider notre modèle de bilan de matière, nous avons comparé les consommations
prévues par notre bilan de la pulpe sèche et de l’acide sulfurique avec les consommations
réelles de l’unité, durant les mois de Janvier, Février et Mars (Arrêt de l’unité le 9 mars 2017).
(Le détail est présenté en annexe III)
Tableau 5: Résultats de la validation du bilan
Consommation acide
Consommation pulpe sèche sulfurique
Réalisée Prévue par Réalisée Prévue par
(t/j) le bilan(t/j) (t/j) le bilan (t/j)
Moyenne
4 489 4 495 3 881 3 879
des débits
Ecart 6 2
% Erreur 0,13% 0,05%
Après calcul de l’écart, nous trouvons une erreur de 0,13% au niveau de la pulpe sèche, et de
0,05% au niveau de l’acide sulfurique.
Notre bilan est donc validé.
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A partir du bilan que nous avons établi, nous pouvons tirer les valeurs des débits liquide et
vapeur, ainsi que la différence de température dans le flash-cooler. Nous passons donc
maintenant à son redimensionnement.
IV. Redimensionnement du flash-cooler

Dans cette partie, nous allons dans un premier temps recalculer le flash-cooler pour vérifier
s’il supportera une capacité de production de 1800 t P2O5/j. Dans un deuxième temps, nous
allons étudier les effets de l’augmentation des débits de circulation de la bouillie ou du vide
sur l’évaporation dans le flash-cooler.
IV.1 Description du flash-cooler
La réaction du phosphate avec l'acide sulfurique et la dilution de l'acide sulfurique sont

des réactions exothermiques. Pour éviter l'ébullition à l'intérieur du réacteur et pour obtenir
les cristaux de sulfate de calcium désirés (gypse), la bouillie doit être refroidie.
Le principe de fonctionnement est le suivant: le flash-cooler est une chambre à vide

dans laquelle la bouillie chaude est pompée par deux pompes de circulation. L'eau dans la
bouillie commence à bouillir, provoquant l'évaporation de l'eau et ainsi le refroidissement de
la bouillie. La différence de température entre l'entrée et la sortie du flash-cooler est faible
(entre 2°C et 4°C).
Le système de refroidissement sous vide sur lequel nous travaillons est conçu pour une
cadence de production de 1600 t/j P2O5. Le flash-cooler fonctionne à un vide d'environ 275
mm Hg et évapore l'eau de la bouillie de circulation. Le refroidisseur est monté directement
au-dessus du réacteur pour minimiser la hauteur manométrique des pompes de circulation. Le
refroidisseur à vide est conçu pour limiter le refroidissement de la bouillie à environ 2,5°C
pour minimiser la nucléation et l’encrassement. (dossier technique en annexe IV)
La vapeur sortante du flash-cooler est refroidie dans le pré-condenseur et puis dans le

condenseur. Le liquide du pré-condenseur est recueilli dans un réservoir qui fournit l'eau
chaude à la zone de filtration pour le lavage des toiles.
La figure 12 présente un schéma simple du flash-cooler [5].
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VACUUM COOLER
Max liquid level
Normal liquid level 0,60 m

Min liquid level at 4" above outlet
0,42 m
Entrée de la bouillie
Sortie de la
bouillie
MATURATION TANK
Liquid level = 5.15 m
Figure 12: Schéma du flash cooler
IV.2 Calcul du diamètre du flash-cooler

Pour atteindre la capacité cible, nous pouvons agir aussi bien sur le diamètre du flash, que sur
le débit des pompes de circulation ou la pression du vide.
Le flash-cooler joue un rôle analogue à un ballon de détente (flash drum) et est calculé d’une
manière similaire. Il s’agit d’un ballon vertical dans lequel on effectue une séparation liquide-
vapeur.
La section droite du flash-cooler se calcule sur la base de la vitesse critique de la phase gaz.
Cette vitesse, qu’on appelle également vitesse critique d’entrainement, est calculée telle que la
section supérieure libre soit suffisante pour que les gouttelettes liquides entrainées par la
vapeur aient le temps de se déposer [3].
IV.2.1 Calcul de la vitesse critique de la vapeur
Nous commençons par le calcul de la vitesse critique de la vapeur par la formule

suivante[3] :
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Avec
ρL =1560 kg/m3
ρV =0,2205 kg/m3
C = 0,3048 * k
Et
o o o
Avec √( )
Puis nous calculons la surface d’évaporation à partir de la relation :
Et le diamètre est donc : √
Nous faisons en premier lieu le calcul pour la cadence de design qui est de 1600 tP2O5/j
Nous détaillons le calcul dans le tableau 6.
Tableau 6: Détails du calcul de dimensionnement du flash-cooler
Q(Liquide) 16 606 922,68 kg/h

Q(Vapeur) 57 188,96 kg/h
log k -1,42
C 0,01 m/s
Uc 3506,86 m/h
A 73,96 m2
D 9,70 m
Avec :
A : section du flash cooler
D : diamètre du flash cooler
Nous trouvons donc un diamètre de 9,70 m.
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Le diamètre actuel du flash-cooler est de 10 m mais ce volume n’est pas totalement exploité
puisque, généralement, il existe une épaisseur d’environ de 50 cm d’encrassement ce qui
diminue le diamètre effectif de 10 à 9 m et diminue l’efficacité du flash.
IV.2.2 Calcul pour 1800 tP2O5/j
Nous refaisons le calcul pour une capacité de 1800 tP2O5/j en gardant la même vitesse limite
de la vapeur que pour la capacité de design pour éviter les entrainements des gouttelettes
d’acide avec les gaz à la sortie du flash-cooler. Ceci nous évitera les pertes en P2O5.
Le diamètre requis correspondant à cette cadence est : D= 10,29 m
Ce diamètre est supérieur au diamètre effectif actuel du flash-cooler, et puisque le

changement d’un tel équipement nécessite un investissement important en temps et en argent,
nous allons présenter dans ce qui suit d’autres alternatives nous permettant de remédier à ce
problème.
IV.3 Effet du vide et de la circulation de la bouillie sur l’évaporation au sein

du flash-cooler
Dans cette partie, nous allons montrer la relation entre le volume d’eau évaporée, Vvap, et le
volume de la bouillie circulant dans le flash-cooler, VB, ainsi que la pression du vide. Ensuite,
et comme première approche, nous allons fixer la valeur du vide et calculer le débit des
pompes de circulation nécessaire. En deuxième approche, nous allons garder le débit des
pompes fixe et calculer la valeur du vide nous permettant de réaliser l’évaporation requise.
La figure 13 montre un schéma du système de création du vide dans le flash-cooler :
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Eau de process
Eau de mer
Fumées
Fumées
Fumées vers la cheminée

Précondenseur
Fumées
Eau de lavage des filtres
Condenseur
Pompe à vide
Eau de mer (Evacuation du gypse)
Figure 13: Système de création du vide dans le flash-cooler
Le vide est créé dans le flash-cooler par la pompe à vide située après le précondenseur et le
condenseur. Le précondenseur sert au réchauffage de l’eau de process servant au lavage des
filtres par échange thermique avec les gaz à la sortie du flash-cooler. Le condenseur, quand à
lui, sert à laver ces gaz avant leur rejet par la cheminée.
Dans ce qui suit, nous démontrerons la relation liant la quantité d’eau évaporée au volume de
la bouillie circulant dans le flash-cooler et à la pression du vide.
Pour le calcul, nous considérons que la vapeur d’eau est un gaz parfait [2].
Nous avons selon la loi des gaz parfaits :
Et
Donc
D’où
Alors
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Avec
q : la chaleur échangée dans le flash-cooler
VB : volume de la bouillie refroidie
Cv : la capacité calorifique volumique de la bouillie = 3,306.103 kJ/m3
∆T : la différence de température entre l’entrée et la sortie de la bouillie
meau : masse de l’eau évaporée
λvap : chaleur latente de vaporisation de l’eau = 2327 kJ/kg
Mvap : masse molaire de l’eau = 18.10-3 kg/mol
Tvap : température absolue de la vapeur en °K
P : pression de la vapeur d’eau en mmHg
R : constante des gaz parfaits = 6,2363.10-3 m3.mmHg/mol.°K
Donc :
IV.3.1 Calcul des débits nécessaires des deux pompes de circulation du

flash-cooler pour 1800 t P2O5/j sans changer la valeur du vide
Nous avons, selon la relation précédente :
Nous travaillons sans changer la pression (P=270 mmHg), nous aurons donc :
D’où :
Pour augmenter les débits de circulation des deux pompes, il faudrait changer celles actuelles
qui ont un débit maximal de circulation total de 16 684 m3/h. Ceci peut engendrer de grands
investissements. Nous choisissons donc d’agir sur le vide.
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IV.3.2 Calcul du vide nécessaire pour la cadence de 1800 t P2O5/j

Nous faisons notre calcul avec une différence de température de 2,5 °C pour éviter
l’encrassement et limiter la nucléation au sein du flash-cooler [6].
Nous avons :
Vvap = 291 780,38 m3/h
∆T = 2,5 °C
Tvap = 79 °C
VB = 16 684 m3/h
D’où :
Donc pour refroidir la bouillie dans le cas d’une cadence de 1800 t P2O5/j, il nous faut une
pression de 247,56 mmHg.
IV.3.3 Réalisation sur terrain

Afin de valider nos calculs et vérifier la faisabilité de l’action proposée qui consiste à agir sur
la pression du vide au sein du flash-cooler en modifiant le degré d’ouverture des casse-vides,
nous avons effectué un essai expérimental sur terrain.
Nous avons, en effet, calculé les débits d’entrée des matières premières, à savoir l’acide
sulfurique, la pulpe de phosphates et l’eau de lavage, grâce au bilan précédemment établi sur
Excel. Nous avons ensuite fait entrer ces quantités à l’entrée de l’unité attaque-filtration et
avons suivi le comportement de chacun des éléments du circuit à la salle de contrôle.
Nous avons également demandé au laboratoire de l’atelier de prendre et d’analyser un

échantillon de l’eau de mer à la sortie du condenseur pour mesurer la quantité de P2O5
entraîné avec la vapeur à cause de la baisse de pression. Cette mesure nous a donné une valeur
de 4,45 mg de P2O5/l d’eau de mer. Cette valeur est du même ordre de grandeur que celles
mesurées durant les jours de marche normale de l’unité. Ceci dit, la diminution de la pression
du vide n’a pas eu d’effet négatif sur les pertes en P2O5 par entraînement dans le flash-cooler.
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Une autre analyse a été faite pour l’acide produit et a montré qu’il n’y a pas eu de chute de sa
qualité, vu que les analyses ont donné une valeur de 25%.
Cette expérience a été menée durant deux jours de travail et n’a présenté aucune limitation,
sauf celles d’origine externe, à savoir le manque de pulpe ou d’acide sulfurique.
A l’issu des deux filtres, nous avons les débits suivants : (Voir annexe V)
Filtre A :
Filtre B :
Soit en total :
Donc, si on élimine le débit des boues recyclées vers la cuve d’attaque qui est de 01,2 m3/h,
nous obtenons :
Donc :
D’où
La production journalière réalisée lors de cet essai est de :
Nous avons, à l’issu de cet essai abouti à des résultats positifs. L’étude que nous avons
préalablement réalisée a donc été vérifiée grâce à cette expérience, qui a démontré une bonne
réponse de tous les éléments de l’unité et une absence de limitations concernant les
équipements. Les entraînements causées par la diminution de la pression du vide sont presque
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négligeables et ne présentent donc aucun empêchement vis-à-vis une telle augmentation de la

cadence.
Conclusion
Apres avoir effectué la cartographie des flux de l’unité attaque-filtration, les bilans ont été
validés et ont servi pour calculer le diamètre que doit avoir le flash-cooler pour supporter la
capacité cible. Le résultat obtenu a confirmé que ce dernier, avec les dimensions actuelles, ne
peut pas supporter un tel tonnage. Puisque le flash est l’un des équipements qui sont conçus
pour durer au moins 50 ans, et donc il s’avère difficile et onéreux de le changer, car en plus du
grand investissement à fournir pour remplacer le flash-cooler, il faut, pour ceci, un arrêt total
de tout l’atelier phosphorique, voire de toute l’usine sur une durée approchant les 6 mois, pour
effectuer les travaux de construction et d’installation.
Nous avons donc pensé à agir sur le débit des pompes de circulation, mais après calculs, ce
dernier s’est avéré supérieur au débit maximal des pompes existantes. Nous avons donc
envisagé de pousser le vide au sein du flash-cooler, solution qui a été étudiée et validée par un
essai sur terrain, grâce auquel nous avons pu atteindre un débit d’acide produit de 1810 t
P2O5/j.
Il reste maintenant à stabiliser cette production et réduire sa variabilité. Nous choisissons

donc, pour ce faire, d’attaquer le volet des arrêts non-programmés.
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Chapitre IV :
Analyse des arrêts
Méthode MRP

l’application de la méthode MRP
pour analyser les causes des
arrêts au sein de l’unité attaque-
filtration afin de pouvoir proposer
des solutions et pallier le
problème des arrêts fréquents.
Chapitre III : Analyse des arrêts
Chapitre IV
Analyse des arrêts de l’unité attaque-filtrations
Méthode MRP
Introduction
Pour augmenter la capacité de l’unité, nous allons analyser les historiques des arrêts et essayer
de réduire certains et éliminer d’autres. Ensuite, nous allons proposer des actions
amélioratrices pour remédier à ce problème et minimiser les heures d’arrêts au maximum.
I. Aperçu sur la MRP

Dans tous les projets, de nombreux problèmes imprévus apparaissent. Un grand
nombre d’entre eux sont des problèmes répétitifs et le mode de gestion de ces problèmes est
un indicateur pertinent. Ainsi, dans un souci d’amélioration continue des méthodes de travail,
l’application d’une méthodologie de résolution de problème devient une nécessité.
Différentes approches de résolution des problèmes sont utilisées pour identifier, corriger
et éliminer la répétition ceux-ci. Nous allons nous intéresser à la méthode adoptée par le
groupe OCP. Ce modèle s’articule autour de sept étapes ordonnancées selon une logique qui
permet de passer de la perception du problème à la solution à travers plusieurs étapes de
diagnostic, d’analyse, de résolution et d’amélioration.
Figure 14: Vue sommaire de la démarche MRP
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Chapitre IV : Analyse des arrêts
II. Diagnostique et analyse du problème

Cette partie sera dédiée à la détection du problème et la fixation d’un objectif clair afin de
pouvoir par la suite résoudre la problématique d’une manière définitive en s’attaquant aux
causes dites « racines ».
II.1 Identification du problème et définition de l’objectif
Le but de cette phase est de définir clairement la problématique, son étendue, et les
compétences requises pour y remédier, pour formuler un objectif précis et réalisable.
Quel est le problème ?
La fréquence élevée des arrêts process et ceux de la maintenance mécanique provoque un

ralentissement ou un déclenchement de la ligne de production et cela constitue un obstacle
nous empêchant d’atteindre l’objectif fixé par l’entreprise. De plus, un arrêt de production va
engendrer une grande perte d’un point de vue économique.
C‘est ainsi que nous avons jugé nécessaire de porter notre étude sur ces arrêts et sur leurs
causes pour ainsi assurer le bon fonctionnement de l’unité.
Pourquoi travailler sur ce sujet ?
La durée totale des arrêts pour le premier trimestre de l’année 2017 s’élève à 225,51 heures,
soit 14,02% du temps total de travail. Ceci provoque une diminution en production et une
perte de 33 259 788,42 DHs/an.
Comment s’organiser ?
Afin de mieux servir l’intérêt de l’entreprise et atteindre nos objectifs, nous devons répartir
correctement le travail afin d’étudier tous les aspects importants qui s’y rattachent. Dans ce
contexte, nous sommes amenées à :
 Faire des observations sur terrain.
 Faire l’étude de la documentation disponible.
 Analyser l’historique des pannes et des arrêts.
 Planifier les axes du projet avec des deadlines.
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De quelles compétences avons-nous besoin ?
De manière générale, la notion de compétence est liée à la capacité de mobiliser et de

combiner un certain nombre de ressources pour agir vis-à-vis une situation bien déterminée.
Ces ressources peuvent être soit internes (savoir, savoir-faire, savoir-être... acquis par le
travailleur), soit externes (outils de travail, équipe de travail, réseau...).
Dans notre cas les compétences dont nous avons besoin sont :
 Connaissance du procédé de fabrication de l’acide phosphorique.
 Savoir-faire technique.
 Une bonne connaissance de l’historique des arrêts et des maintenances.
II.1.1 Identification du phénomène
II.1.1.1 Analyse de l’historique des arrêts
Pour notre étude, nous commençons d’abord par présenter sur un graph l’influence de la
durée des arrêts totaux sur la productivité au sein de l’unité attaque-filtration :
Courbes des arrêts et de la production journalière (Année 2016)

Production en t Prod 28%
P2O5/j Arrêts en heures/j
1 800,00 45,00
1 600,00 40,00
1 400,00 35,00
30,00
1 200,00
25,00
1 000,00
20,00
800,00
15,00
600,00
10,00
400,00 5,00
200,00 0,00
0,00 -5,00
Figure 15: Courbe des arrêts et de la production pour l'année 2016
A partir du graph précédent, nous concluons que l’évolution des durées des arrêts est en
sens inverse avec celle la production, et donc a une influence négative sur la productivité
de l’unité.
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Nous allons donc classer les types de ces arrêts selon leur fréquence dans le tableau 7 ainsi
que sur le graphe en secteurs de la figure 16 :
Tableau 7: Nombre d'heures et fréquence des différents types d'arrêt
Type d'arrêt Nombre d'heures d'arrêt Fréquence des heures d'arrêt

(h) %
Externe 59,58 26,42%
Maintenance mécanique 82,43 36,55%
Maintenance électrique 18,42 8,17%
Maintenance de régulation 5,75 2,55%
Process 59,32 26,31%
Total 225,51 100,00%
Fréquence des heures d'arrêt %
Externe
26% 26% Maintenance mécanique
Maintenance électrique
3%
Maintenance de régulation
37% Process
8%
Figure 16: Graphique en secteur des fréquences des arrêts
Les arrêts externes sont les arrêts liés aux unités extérieures à l’unité attaque-filtration tels que
le manque d’acide sulfurique, d’eau de process, de pulpe de phosphate, etc.
Les arrêts process sont les arrêts liés aux travaux de débouchage de circuits ou de pompes,
saturation des stocks, lavage des filtres, changement des toiles filtrantes, etc.
Nous nous intéresserons aux arrêts process ainsi que ceux liés à la maintenance mécanique car
tous deux présentent 63% des arrêts totaux. Nous établirons ensuite un diagramme du Pareto
sur la figure 17 pour en ressortir les facteurs les plus influençant causant les arrêts. (les détails
sont présenté en annexe VI)
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Diagramme du Pareto des causes des arrêts

Fréquence Fréquence cumulée
45,00% 1.05%
40,00%
0.85%
35,00%
30,00% 0.65%
25,00%
0.45%
20,00%
15,00% 0.25% Fréquence
10,00%
0.05% Fréquence
5,00% cumulée
0,00% -0.15%
Causes des arrêts
Figure 17: Diagramme du Pareto des causes des arrêts process et maintenance mécanique
A partir de l’analyse PARETO, nous remarquons que les origines de près de 80% des arrêts
sont :
- Lavage des filtres et travaux mécaniques divers

- Réglage de la planéité des cellules
- Saturation de stock d’acide 28%
Le total des heures d’arrêts dus à ces causes est de 94 heures, ce qui correspond à 70% des
arrêts process et maintenance mécanique.
Nous travaillerons dans ce qui suit sur les deux premières causes car la saturation des stocks
de l’acide phosphorique à 28% n’a qu’un seul remède, qui se présente dans l’augmentation de
la cadence de marche de l’unité de concentration, puisque cette dernière est limitée à 1400
tP2O5/j et présente un goulot d’étranglement à l’unité d’attaque-filtration.
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II.1.1.2 Cadre du projet
Méthode QQOQCP
Nous allons dans ce qui suit appliquer la méthode QQOQCP pour mettre le projet de
réduction des temps d’arrêt dans un cadre clair et bien défini. Le tableau 8 résume nos
réponses au 6 questions de la méthode.
Tableau 8: Résumé de la méthode QQOQCP (diminutin des temps d'arrêt)
- Responsable de maintenance.
Qui ? - Chefs d’équipe
- Contremaitres
- Temps d’arrêts élevé
Quoi ?
- Baisse de la cadence de production
Ou ? - Filtres de l’unité attaque-filtration
Quand? - Souvent
Comment ? - Démarche MRP.
- Améliorer la disponibilité des filtres pour éviter les arrêts

Pourquoi?
fréquents et les diminutions de la cadence.
II.1.2 Fonctionnement normal du système
Pour analyser les défaillances d’un système, il est nécessaire de bien identifier
auparavant à quoi va servir ce système, c’est-à-dire de bien identifier toutes les fonctions que
ce système doit remplir durant sa vie de fonctionnement.
II.1.2.1 Description de fonctionnement du filtre PRAYON :

La filtration de la bouillie se fait avec un filtre PRAYON. C’est un filtre rotatif sous vide,
plan et circulaire comportant des cellules filtrantes complètement isolées les unes des autres.
Il se compose principalement de:
 Une ossature fixe qui supporte les dispositifs d’alimentation de bouillie et de

l’eau.
 Un châssis tournant sur lequel sont fixées des cellules par l’intermédiaire de
deux paliers.
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Figure 18: Châssis tournant posé sur des galets et cellule du filtre
 L’ensemble des cellules forment une couronne circulaire.

 Le fond de la cellule est couvert d’une toile, son mode de fixation convient
parfaitement aux fortes pressions de soufflage qui peuvent être nécessaire à
son nettoyage.
 Une auge de distribution de bouillie, le type d’auge est adapté suivant la
consistance de la boue à filtrer de façon à obtenir une répartition homogène et
uniforme sur toute la surface des cellules.
 Une auge de distribution d’eau et une auge distribuant l’acide faible provenant
de la 3ème absorption.
 Un distributeur qui assure la répartition des filtrats et leurs évacuations ainsi
que la mise en communication des cellules avec les différents circuits d’air et
de vide.
Figure 19: Distributeur
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 Un circuit de vide situé en dessous de la couronne circulaire, créé par une

pompe centrifuge.
 Des rails de guidage, des galets et des leviers pour chaque cellule qui
permettent son renversement en arrière.
Au cours de la rotation du châssis, les cellules se remplissent d'abord avec la bouillie grâce
à l’auge de distribution, puis elles passent au-dessus du circuit de vide où se déroule
l’opération de filtration en trois phases :
 Une première absorption qui nous donne un acide phosphorique fort.
 Une deuxième absorption arrosé avec de l’acide faible qui nous donne
un acide moyen qui sera renvoyé dans la cuve d’attaque.
 Et une troisième absorption arrosée avec l’eau, nous donne un acide

faible qui sera envoyé pour arroser la bouillie de la seconde absorption.
Figure 20: Principe de fonctionnement
Ensuite, elles basculent en arrière pour permettre au gâteau (phosphogypse) de tomber,

elles cheminent ensuite pendant un certain angle en position renversée pour être lavées par
pulvérisation d’eau. Enfin elles se redressent pour se retrouver prête à faire un nouveau cycle.
Ces mouvements sont imprimés à la cellule par le levier de cellule portant à ses deux
extrémités un galet de roulement. Ces deux galets entrent donc successivement en contact
avec les sections de rails de guidage fixés aux colonnes de l’ossature du filtre.
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Figure 21: Principe de renversement des cellules
La décomposition en sous ensemble du filtre

On peut décomposer le filtre en sous-ensembles:
Tableau 9: Décomposition des composants du filtre PRAYON
Sous-ensemble Composants
 Réducteur
 Accouplement
 Arbre
Système d’entrainement
 Pignon d’attaque
 Couronne
 Roulements
Hotte et chapeau  Rideaux
Tuyaux flexibles  Capillaires
 Toiles filtrantes
 Vis de réglage des cellules
 Vis de fixation des grilles.
 Clame
Cellule  Ressort
 Grille
 Bagues d'usure
 Coussinets
 Joints de grilles
 Galets de support
Galets  Galets de centrage
 Galets de cellule
 Toile d’usure
Trémie à gypse  Ecrou et rondelle de fixation
 La rampe
Rampe de lavage des toiles  Pastille de pulvérisation
 Anneaux d’usures
Distributeur  Patin de centrage
 Plateaux
Page 55 sur 74
Spécifications particulières du filtre:
Nombre de cellules : 24
Surface totale de filtration : 215 m²
Nombre de circuits de vide : 1
Nombre de lavages gâteau : 3
Nombre de galets de support extérieurs : 45
Nombre de galets de support intérieurs : 27
Nombre de galets de basculement : 48
Nombre de roulette : 24
Nombre de galets de centrage : 16
Lavage des toiles :

A la fin du cycle et après l’aspiration de l’eau gypseuse, la cellule va subir une rotation
de 180°, puis un dernier lavage avec de l’eau chaude dans le but de décharger le gypse de la
cellule et de le refouler vers la mer.
Ensuite la cellule subit une opération de séchage à l’aide d’un ventilateur de séchage et
retourne à son état initial après rotation de -180° pour recommencer un nouveau cycle de
filtration.
II.1.3 Définition des objectifs

Après avoir recensé toutes les données relatives à notre problématique, nous sommes donc en
mesure à ce stade de nous fixer un objectif SMART.
Rappelons-nous que nous avons constaté précédemment que le lavage des filtres et le réglage
de la planéité sont les facteurs qui causent le plus de temps d’arrêts enregistrés et par
conséquent nous travaillerons dans ce qui suit sur la réduction du temps d’arrêt dû à ces deux
causes.
L’objectif : « Fournir des solutions envisageables à moindres coûts et testable à court
terme afin de réduire le temps d’arrêt dû au lavage des filtres Prayon et au réglage de
planéité de leurs cellules à 40% ce qui correspond à un gain en production de 2,6% ».
II.1.4 Conclusion
La phase de préparation est une phase de recueil de données. Elle a comme objectif
l’établissement d’une collecte de données et leur analyse afin de dégager des tendances qui
seront étudiées dans la phase d’analyse.
Page 56 sur 74
II.2 Analyse des causes du problème
À la fin de cette étape, on doit avoir une idée très précise des causes racines, des
sources d’insatisfaction et des paramètres qui devront être modifiés pour atteindre les
performances attendues.
II.2.1 Analyse des causes racines
Après avoir déterminé les composantes qui ont une forte influence sur le taux d’arrêts,
l’identification de toutes les causes qui peuvent mener à la défaillance de l’un des filtres a été
faite en nous servant de la méthode des « 5 Pourquoi ».
Pour appliquer cet outil dans notre cas, un brainstorming avec le responsable
maintenance a été nécessaire pour discuter de toutes les causes et les classer selon leur
relation par rapport au problème posé.
II.2.1.1 Cas du lavage des filtres :
Pour pouvoir aboutir à une bonne filtration de la bouillie, il est nécessaire que les toiles
filtrantes soient bien propres et non encrassées. Leur colmatage fréquent nous conduit à
prévoir des arrêts pour nettoyage et lavage des filtres. Ceci engendre un arrêt total de l’unité
ou un ralentissement et donc une baisse de la cadence de production. Tout ça a comme
conséquence la diminution de la production journalière en P2O5.
Pour remédier à ce problème de lavages fréquents, nous allons appliquer la méthode des 5
Pourquoi sur le lavage des filtres, afin de pouvoir en déterminer les causes racines.
Page 57 sur 74
Niveau Niveau Niveau Niveau

I II III IV
Dépot de
fluosilicates de
sodium Bouchage des
buses
Détérioration
Encrassement des buses
des toiles Abrasion des
buses
Bouchage de la Accumulation du
rampe solide
Lavage des
filtres Mauvaise Présence de
Colmatage de la
qualité de l'eau solide (traces de
grille
de lavage gypse)
Gradient de
Bouchage des température
circuits d'acide Encrassement
fort
Mauvais lavage
Figure 22: Méthode des 5 Pourquoi appliquée au lavage des filtres
a) Encrassement des toiles :
L’une des causes principales des lavages fréquents des filtres est l’encrassement des toiles.
Ceci mène à une mauvaise filtration de la bouillie et donc à des pertes en masse.
L’encrassement des toiles filtrantes est dû aux facteurs suivants :
- Dépôt des fluorosilicates de sodium qui se forment à cause de la basse température de

l’eau de lavage. En effet, les fluorosilicates de sodium commencent à se former à une
température inférieure à 70°C.
Page 58 sur 74
- Détérioration des buses causée par leur bouchage et leur abrasion. C’est la
conséquence de l’accumulation du solide dans l’eau de lavage et à l’intérieur de la
rampe.
- Bouchage de la rampe dû à l’accumulation des traces du gypse à l’intérieur de la
rampe.
b) Colmatage de la grille :
Le colmatage de la grille est la conséquence d’une mauvaise qualité de l’eau de lavage. Cette
eau est chargée, à chaque lavage, avec des traces de gypse et est recyclée, d’où la dégradation
de sa qualité au cours du temps.
c) Bouchage des circuits d’acide fort :
Le bouchage des circuits d’acide fort est dû à leur encrassement, ceci est causé par la chute de
température que subit l’acide à l’intérieur des circuits lors de l’échange thermique avec
l’extérieur. Ceci est aussi causé par le mauvais lavage des conduites lors de l’arrêt périodique
des filtres.
II.2.1.2 Cas du réglage de planéité :

La planéité des cellules et leur maintien en position horizontale est indispensable au bon
fonctionnement du filtre.
Un déréglage de cette position arrive assez fréquemment et nécessite donc une intervention de
la maintenance mécanique afin de régler la planéité des cellules du filtre. Nous devons donc
envisager des améliorations pour diminuer le temps d’arrêts causés par ce problème.
Nous commençons par en détecter les causes racines en nous faisant aider par la méthode des
5 Pourquoi.
Page 59 sur 74
Niveau Niveau Niveau Niveau

I II III IV
Mauvais Détérioration du
amortissement ressort
Usure des bagues

Guidage de l'arbre Mauvaise
de roulements et
avec frottement lubrification
des coussinets
Desserrage de la
Réglage planéité vis
Mauvais guidage
de la cellule
Détérioration des
Mauvais graissage
galets de
des roulements
basculement
Torsion des
Mauvais montage
capillaires
Déterioration des
capillaires
Cisaillement des
Torsion
capillaires
Figure 23: Méthode des 5 Pourquoi appliquée au réglage de planéité des cellules
a) Mauvais amortissement :
Le mauvais amortissement de la cellule engendre un déréglage de sa planéité. Ceci est

principalement dû à la détérioration du ressort à lames dont le rôle est de maintenir la position
de la cellule horizontale et donc de conserver sa planéité.
b) Guidage de l’arbre avec frottement :
Le guidage de l’arbre de la cellule avec frottement est causé par l’usure des bagues des
roulements et celle des coussinets. Ceci est dû à leur mauvaise lubrification.
Page 60 sur 74
c) Mauvais guidage de la cellule :
Le desserrage de la vis de planéité et la détérioration des galets de basculement occasionnent

un mauvais guidage des cellules du filtre. La détérioration des galets est principalement due à
un mauvais graissage des roulements.
d) Détérioration des capillaires :

Le mauvais montage des capillaires provoque leur torsion lors du basculement des cellules,
ceci engendre leur cisaillement et donc leur détérioration.
II.2.2 Conclusion
Cette étape nous a permis de détecter les différentes causes à notre problème. Elle nous a
aidées à commencer les étapes d’amélioration possibles en connaissant toutes les causes
racines obtenues par brainstorming.
III. Actions d’améliorations

Après la définition des objectifs et cadre du projet, l’identification des problèmes et la
focalisation des efforts sur les vraies causes, cette partie consiste à mettre en place des
solutions visant à éradiquer les causes racines du problème.
III.1 Le Brainstorming
La production d’idées nouvelles par Brainstorming est bâtie sur l’interaction entre les
membres du groupe dont la créativité est alimentée par prolongement, enchainement,
rebondissement, à partir des idées émises au cours de la séance.
Le Brainstorming nous a conduites à proposer des actions d’amélioration pour la réduction

des défaillances des composants du filtre.
Page 61 sur 74
III.2 Tableau des solutions proposées
Les solutions proposées sont récapitulées dans le tableau 10 :
Tableau 10: Récapitulatif des solutions proposées
Problèmes Causes potentielles Solutions

- Mise en place
d’une canalisation de
secours vers le stockage
Lavage des filtres et des
Bouchage des circuits d’acide fort Encrassement des conduites secondaire
circuits
- Mise en place d’un
système de lavage du
circuit
Remplacer le ressort à
Mauvais amortissement Détérioration du ressort à lames lames par un ressort à
boudin
Mauvaise lubrification des bagues
Guidage de l'arbre de la cellule avec
frottement Mauvaise lubrification des Graissage automatique
coussinets centralisé
Réglage de la planéité
Mauvais graissage des roulements
Mauvais guidage de la cellule Utilisation de roulements
Détérioration des galets
étanches graissés à vie
Animer une formation sur
Détérioration des capillaires Mauvais montage des capillaires la méthode de montage
des capillaires
Page 62 sur 74
III.3 Présentation détaillée des solutions
III.3.1.1 Lavage des filtres :
a) Mise en place d’une canalisation de secours vers le stockage secondaire dans

l’unité de stockage :
Le problème d’encrassement des circuits d’acide fort engendre plusieurs arrêts pour son
lavage.
La solution que nous proposons vise à introduire une nouvelle conduite de secours qui
transporte l’acide 28% du filtre vers un bac de stockage secondaire en vue de ne pas
interrompre la production au moment du lavage du circuit encrassé vers l’unité principale.
La conduite utilisée est en SVR, de longueur L=22m
Calcul du diamètre de la conduite de circuit de production de secours :
Nous avons : Le débit horaire maximal pour chaque filtre est de: Qacide = 165 m3/h
La vitesse de refoulement de la pompe = 0,06 m/s
Donc le diamètre de la conduite de circuit de secours est calculé par :
Et on a :
Donc :
D’où :
Donc on utilise un diamètre de : 𝑫1=1 =100
Avec :
Page 63 sur 74
S : Section de la conduite
D1 : diam tre de a conduite d’acide phosphorique produit
b) Mise en place d’un système de lavage de circuit de production d’acide 28%
Pour remédier au problème d’encrassement des circuits d’acide fort, nous suggérons
d’installer un nouveau circuit qui va permettre le lavage de ces deux circuits de production
tout en conservant la continuité de production. Le lavage sera assuré par l’eau brute chaude à
une température entre 80°C et 90°C apportée du bac de stockage de l’eau de lavage grâce à
une nouvelle pompe comme le montre la figure.
Grace à cette modification, nous aurons la possibilité de faire un lavage des conduites à
n’importe quel moment et de diminuer le temps des arrêts process.
La conduite utilisée est en SVR, de longueur L=42m
Calcul du diamètre de la conduite de circuit de lavage :
Le débit d’eau qu’on va utiliser pour le lavage est de Qeau = 120 m3/h
Avec une vitesse de v= 0,02 m/s
Le diamètre de la conduite est :
Donc :
D’où :
2=1,49
Avec : D2 : diamètre de la conduite de lavage
Pour le circuit de lavage on va utiliser un diamètre de 150 cm.
 Installation des vannes manuelles pour chaque filtre
Pour assurer le lavage et la circulation d’acide produit on doit installer pour ces nouveaux
circuit quatre vannes manuelles pour chaque filtre dont :
- Une à trois voies au niveau du circuit de secours vers le stockage secondaire.
Page 64 sur 74
- Une à la sortie de l’eau chaude du bac de stockage de l’eau de lavage.
- Une pour permettre le lavage du circuit principal.
- Une pour assurer le lavage du circuit secondaire.
III.3.1.2 Réglage de la planéité :

a) Remplacer le ressort à lame par un ressort à boudin :
Pour remédier au problème du mauvais amortissement des ressorts, la solution que nous
proposons est le changement du type de ressort adopté par un ressort à boudin à compression
qui supporte mieux les efforts qui sont exercés sur lui.
Figure 24: Ressort à boudins
b) Graissage automatique centralisé :
Le graissage des parties statiques ainsi que dynamiques se fait à l’aide d’une pompe manuelle
par l’opérateur pendant un arrêt du filtre de 3 heures successives.
Nous proposons comme solution à ce problème un système de graissage automatique

centralisé.
Ce système se compose des éléments suivants :
-Deux piles d’alimentation de gaz H2.

- Un piston.
Page 65 sur 74
- Un couvercle en acier inox.

- Réservoir contenant de la graisse.
- Répartiteur de graisse.
Fonctionnement de l’installation :
Les deux piles injectent un débit de gaz H2 réglé par l’utilisateur qui provoque une pression
maximum de 5 bars à l’intérieur de la cartouche.
L’injection de la graisse se fait à l’aide du mouvement du piston par pression du gaz envoyé
vers un répartiteur à 2 points qui donne à chaque point la quantité nécessaire.
Les cartouches de graisse sont disponibles pour couvrir des durées différentes : 3 mois, 6
mois, 9 mois et 12 mois selon le choix et les exigences de l’unité.
Nous choisissons des cartouches de 6 mois.

c) Utilisation des roulements étanches graissés à vie :
La solution que nous proposons pour remédier au problème de graissage des roulements des
galets est l’adoption de galets de type 2Z contenant un roulement à billes de graissage à vie et
qui ne nécessitent aucune maintenance. Les galets proposés et les anciens ont la même forme
ainsi que les mêmes dimensions, la même matière, le même prix et effectuent la même tâche
dans le filtre, le seul changement qui existe est que le nouveau contient un roulement avec 2
flasques.
En effet, ce type de roulement proposé contient une quantité de graisse suffisante pendant la
durée de fonctionnement du galet. Cette quantité est stockée dans des flasques des deux côtés
du roulement et fixée à l’aide d’un circlips.
Figure 25: Roulement avec flasques
Ce système de roulement avec 2 flasques présente des avantages très importants:

- Un système protecteur de la graisse contre la poussière, l’acide ainsi que la température du
soleil.
Page 66 sur 74
- Ne nécessite aucune opération de maintenance jusqu’à expiration de sa durée de vie
d) Animer une formation sur la méthode de montage des capillaires
Cette formation a pour objet de fournir des informations et des directives de base quant à la
mise en œuvre d’une bonne pratique de montage des capillaires.
Au moment de leur montage, il s’est avéré que parfois, les opérateurs ne montent pas les
capillaires d’une manière adéquate, ce qui pousse le système à s’arrêter après une durée très
limitée à cause de leur cisaillement.
Au lieu de monter les capillaires aux cellules en position horizontale, ce qui provoque une
torsion de 180° lorsque la cellule bascule, il faut les monter aux cellules en position verticale,
et dans ce cas, les capillaires ne subissent une torsion que de 90°, ce qui les protège contre le
cisaillement.
Donc, la solution que nous proposons est l’animation de formations et de réunions de rappel
expliquant soigneusement les étapes et la manière propices pour le montage des capillaires.
Conclusion
Nous avons analysé les arrêts subis par l’unité attaque filtration et leurs causes racines, puis
nous avons proposés des solutions adéquates pour chacune des causes pour cerner le
problème. Dans ce qui suit, nous allons faire l’étude économique des solutions proposées.
Page 67 sur 74
Chapitre V :
Etude économique
Cette partie vise à apprécier la

faisabilité du projet en
déterminant le gain et le temps
de retour sur investissement.
Chapitre V
Etude économique
Introduction
Après avoir proposé des solutions adéquates pour chaque cause racine engendrant un arrêt
bien déterminé, nous allons passer à l’étude économique pour déterminer le coût de ces
modifications et vérifier la rentabilité de l’investissement.
I. Calcul d’investissement
I.1 Investissements liés aux équipements
Les coûts des équipements utilisés pour effectuer les modifications proposées sont donnés par
le tableau 11 :
Tableau 11: Coût des équipements
Prix unitaire
Amélioration Equipement Lot Prix du lot (MAD)
(MAD)
Bride 100 15 1 100,00 16 500,00
Bride 150 30 1 200,00 36 000,00
Coude 150 16 1 000,00 16 000,00
Support 150 18 650,00 11 700,00
Echafaudage 3 2 000,00 6 000,00
Conduite d'acide
Vanne à 3 voies 2 4 500,00 9 000,00
secondaire et circuit de
Vanne papillon en inox
lavage 5 4 200,00 21 000,00
DN 150
Réducteur 150/100 2 400,00 800,00
Tube DN 100 22 650,00 14 300,00
Tube DN 150 42 800,00 33 600,00
Pompe 2 800 000,00 1 600 000,00
Changement des galets Galet + roulement 96 3 070,00 294 720,00
Piles 96 30,00 2 880,00
Cartouche de graissage
automatique Cartouche 96 200,00 19 200,00
Répartiteur 96 100,00 9 600,00
Total 2 091 300,00
Page 69 sur 74
Chapitre V : Etude économique
Donc CE = 2 091 300,00 DHs
Mais vu que les deux pompes sont disponibles :
I.2 Les coûts de main d’œuvre

Nous avons estimé les coûts liés à la main d’œuvre par la relation :
= × ×
Avec :
H : est le nombre d’heures de travail, nous l’avons estimé à 56 heures.
: est le salaire horaire moyen, nous l’avons estimé à 13,46 MAD/h suite au SMIG du
Maroc en 2017.
N : le nombre d’employés nécessaires.
Le tableau 12 résume nos calculs des coûts de mains d’œuvre.
Tableau 12: Coût de main d'oeuvre
Amélioration Nombre d'employés Nombre d'heures Coût

Conduite d'acide 14 56 10552,64
secondaire et circuit de
lavage
Remplacement du 4 3 161,52
ressort
Changement des galets 6 4 323,04
Cartouche de graissage 4 3 161,52
automatique
Total 11 198,72
D’où : = 11 198,72 DHs
I.3 L’investissement global de la modification

L’Investissement global représente la sommation des différents coûts
II. Le temps de retour sur l’investissement

Page 70 sur 74
Le retour sur investissement est donné par la relation :
Les gains en production apportés par l’amélioration peuvent être calculés par la relation :
L’amélioration apportée permettra d’éliminer les heures d’arrêts causés par le lavage des
filtres et des circuits d’acide ainsi que le réglage de la planéité, et qui sont de 956 heures par
an de l’année 2016.
Avec les améliorations apportées, nous serons capables d’éliminer 372 heures d’arrêt, soit un
taux de réduction de 40%.
Nous avons la productivité de l’unité attaque-filtration pour une production moyenne de 1800
tP2O5/h est de 37,5 tP2O5/h.
Donc :
La production totale sur une année avec une cadence moyenne de 1800 t P2O5 est de
553 710,73 tonnes P2O5.
Donc on aura une augmentation de 2,6% en production.
Pour le gain économique, il est calculé par la relation :
Avec le prix de valorisation de l’acide phosphorique produit = 900 Dhs/t
Page 71 sur 74
D’où :
Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons étudié la rentabilité des actions qui comportent :
- L’installation d’un circuit de production de secours et un circuit de lavage.
- Le remplacement du ressort à lames par un ressort à boudin.
- Le graissage automatique centralisé.
- L’utilisation de roulements étanches graissés à vie.
Après l’étude de rentabilité, nous avons trouvé que le retour sur investissement est de 18
jours. Le projet d’améliorations est donc rentable sur une courte durée.
Page 72 sur 74
Conclusion générale
Ce travail, qui s’inscrit dans le cadre de notre projet de fin d’études au sein de l’usine
Pakistan Maroc Phosphore, a pour objectif d’augmenter la cadence de production de l’unité
attaque-filtration de la capacité actuelle moyenne de 1441 tP2O5/jour à une capacité cible de
1800 tP2O5/jour et de stabiliser le procédé en diminuant au maximum sa variabilité.
En premier lieu, une analyse de la situation actuelle de l’unité a montré l’instabilité du

système qui s’est avéré non maîtrisé vu les grandes fluctuations que connait la production au
cours de l’année. Pour compléter l’étude, un diagramme de cause-effet a été établi pour
extraire toutes les causes pouvant influencer la marche de l’unité. Parmi ces causes, nous
avons pu sélectionner les deux les plus importantes, à savoir les côtés méthodes et matériel,
grâce à un brainstorming avec les responsables, opérateurs et ouvriers de l’unité.
Concernant le volet des équipements, le flash-cooler constitue l’élément clé de notre

étude. En effet, des bilans matière et thermique ont été établi pour en extraire le débit de la
vapeur ainsi que la quantité de chaleur à soutirer de la bouillie, nécessaires pour calculer le
diamètre requis pour une cadence de 1800 tP2O5/jour. Ce diamètre, de 10,29m, s’est avéré
supérieur au diamètre effectif actuel du flash-cooler qui est de 9m. L’installation d’un
nouveau flash-cooler sera difficile car cela nécessitera au moins 6 mois de travaux avec un
arrêt total de l’usine. Pour ceci, deux autres solutions ont été proposées, celles d’augmenter le
débit des pompes de circulation de 16 684 m3/h à 18196 m3/h, une solution s’avérant très
onéreuse, ou de pousser le vide à une valeur de 247 mm Hg, qui est beaucoup moins
onéreuse. Cette dernière solution a été vérifiée par un essai sur terrain, à l’issu duquel nous
avons réalisé une production de 1810 t P2O5/j, ce qui a montré qu’effectivement notre système
peut supporter une telle cadence.
Un autre volet a été traité pour augmenter la production journalière et essayer de la

stabiliser : cela concerne le côté méthodes et plus particulièrement les arrêts non-programmés
de l’unité attaque-filtration. Pour ce faire, une analyse des arrêts de l’unité a été faite pour le
premier trimestre de l’année 2017, pour mettre en exergue les causes les plus fréquentes et
responsables de la plupart des heures d’arrêts non-programmés. Le réglage de la planéité des
cellules des filtres, le lavage, les travaux de maintenance des filtres et la saturation du stock de
Page 73 sur 74
l’acide produit 28% se sont montrés les causes les plus influençantes après l’établissement du
diagramme du Pareto. Ensuite, après définition des causes racines de chaque défaillance, et
après avoir effectué un brainstorming avec le responsable maintenance, nous avons pu
proposer des actions amélioratrices à l’issu desquelles 40% des heures d’arrêt ont pu être
éliminées, ce qui équivaut à un gain de 2,6 % en production annuelle. Enfin, une étude
économique des solutions proposées a été faite pour vérifier la rentabilité de celles-ci. Ce
projet de réduction des heures d’arrêt non-programmés s’est vite montré rentable avec un
temps de retour sur investissement de 18 jours.
La mission que nous avons accomplie pourrait être complétée et poursuivie sous
différents aspects, notamment :
- Ajouter un échelon à l’unité de concentration de l’acide 54% qui constitue un goulot

d’étranglement pour une production supérieure à 1400 tP2O5/jour.
- Augmenter la capacité de l’atelier sulfurique pour éviter les chutes en cadence de marche
dues au manque d’acide sulfurique.
- Remplacer les toiles des filtres par d’autres plus rigides pour réduire les risques de déchirure
et de perforation et par conséquent réduire davantage les temps d’arrêts des filtres.
Page 74 sur 74

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Dédicace

A nos chers parents,

Avant tout développement de cette expérience professionnelle, il apparait opportun de

Que tous reçoivent l’assurance de notre reconnaissance pour leur professionnalisme

Le présent travail, qui entre dans le cadre du soutien de la stratégie de la montée en

Cette analyse concerne les équipements de l’installation, l’établissement des bilans

Les actions d’amélioration proposées ont permis d’éliminer le temps d’arrêts dû au

‫‪Page 5 sur 74‬‬

Figure 1 : Synoptique de la Ligne Pakistan Maroc Phosphore (PMP) .................................................... 4

Liste des tableaux

Tableau 1: Résumé de la méthode QQOQCP ....................................................................................... 18

dp : densité de la pulpe de phosphate à l’entrée de la cuve d’attaque

L’unité attaque-filtration est considérée le cœur de l’atelier phosphorique. Son

C’est dans l’optique d’une augmentation de la capacité de production de l’unité

- Le premier chapitre est consacré à la présentation de l’entité d’accueil, et à la

Cette partie est consacrée à la

I. Présentation de l’entité d’accueil

I.2 Présentation de Pakistan Maroc Phosphore

 La disponibilité des matières premières et des conditions favorables pour la

Figure 1 : Synoptique de la Ligne Pakistan Maroc Phosphore (PMP)

I.2.1 Atelier sulfurique

L’atelier sulfurique est constitué principalement de :

I.2.2 Atelier Phosphorique

 Capacité nominale : 1325 tonnes de P2O5 par jour d’acide.

La figure 2 montre une vue de l’atelier phosphorique.

Figure 2: Vue de l’atelier phosphorique

I.2.3 Atelier des Utilités

L’atelier des utilités est constitué principalement de :

I.2.4 Atelier de maintenance

I. Description du procédé de fabrication de l’acide phosphorique

La teneur en acide phosphorique est exprimée en pourcentage de P2O5.

Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 + 6H2O 3(CaSO4,2H2O) + 2H3PO4

II.2 Description du procédé de fabrication de l’acide phosphorique 28%

I.2.1 Unité de préparation de la pulpe

I.2.2 Unité d’attaque- filtration

L’unité d’attaque-filtration a pour rôle la production d’acide phosphorique à 28 % en P2O5,

- Section d’attaque où s’effectue l’attaque du phosphate par l’acide sulfurique,

- Section de filtration qui permet la séparation de l’acide phosphorique du gypse.

I.2.2.1 Section d’attaque

Cette section est constituée de :

- Une cuve d’attaque.

La figure 3 présente le schéma de la section d’attaque de l’atelier phosphorique de PMP.

Figure 3: schéma de la section d’attaque de l’atelier phosphorique de PMP

La pulpe de phosphate contenant 66% de solides alimente le premier compartiment (ligne1)

Cette alimentation, bien agitée dans le premier et le deuxième compartiment, passe au

L’attaque est effectuée dans le troisième et le quatrième compartiment. Le mélange passe

La bouillie sortant constituée essentiellement d’acide phosphorique, des traces d’acide

La digestion du minerai et la cristallisation de sulfate de calcium ont lieu dans les

Les réactions mise en jeu au niveau de la cuve d’attaque :

Les phosphates naturels formés principalement de fluorapatite de formule générale [Ca3

Ca3(PO4)2 + 3 H2SO4 + 6 H2O ↔ 3 (CaSO4 ,2H2O↓) + 2 H3PO4

Ca3(PO4)2 + 4 H3PO4 ↔ 3 CaH4(PO4)2

- La réaction entre le phosphate monocalcique et l'H2SO4 pour former l'acide

3 CaF2 + 3H2SO4 + H2O + SiO2 → 3 (CaSO4, H2O↓) + H2SiF6

b) Le système de refroidissement (flash cooler) :

La figure 4 montre le schéma du système de refroidissement :

Figure 4: Schéma du système de refroidissement

Après le refroidissement de la bouillie, cette dernière est introduite dans le premier