Rapport

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REMERCIEMENT

Tout d’abord, je tiens à remercier toute l’équipe du service de production de l’usine d’acide phosphorique 3, pour leur accueil et leur collaboration. Plus précisément, je tiens à remercier sincèrement : Mr Ajroudi monsef, mon maître de stage pour m’avoir accueilli dans son équipe, pris en charge, confié des tâches, fait confiance, conseillé, encouragé… - Mr Hmida Rjeb, responsable du service Juridique, pour son aide et son soutien dans la rédaction de ce rapport. Ainsi, je congratule tout le service pour avoir facilité mon intégration dans cette équipe jeune, dynamique et sympathique ! Je tiens également à remercier toutes les personnes qui ont concouru à rendre ce passage en entreprise agréable. De plus j’adresse mes remerciements à : - Mr Daghsni sami,mon tuteur de stage, pour le suivi qu’elle a apporté à mon stage, ses conseils et ses explications…

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Sommaire

Table des figures : .................................................................................................................................. 4 Liste des tableaux ................................................................................................................................... 5 INTRODUCTION ................................................................................................................................... 6 Chapitre I : Présentation du groupe Chimique Tunisien ......................................................................... 7 I. Présentation du groupe chimique tunisien (GCT) :.............................................................................. 8 1. Evaluation historique :..................................................................................................................... 8 2. Place de la Tunisie dans le monde en matière d’exportation du phosphate et ses produits dérivés : ............................................................................................................................................................. 8 II. Présentation de l’usine d’acide phosphorique .................................................................................. 10 1-Description général ........................................................................................................................ 10 2- Description de l’usine d’acide phosphorique 3 ............................................................................. 11 3- Présentation et organisation du personnel de l’usine d’acide phosphorique ................................. 11 Chapitre II : Etude bibliographique sur la production d’acide phosphorique ....................................... 13 I. Fabrication industriel de l’acide phosphorique : ................................................................................ 14 1. Voie thermique .............................................................................................................................. 14 2. Voie humide : ................................................................................................................................ 15 II.Procédé dihydrate (DH) ..................................................................................................................... 16 1. Matières premières : ...................................................................................................................... 17 2. Attaque du phosphate par l’acide sulfurique concentré : .............................................................. 17 3. Filtration : ...................................................................................................................................... 18 4. concentration : ............................................................................................................................... 18 5. Avantages environnementaux réalisés : ........................................................................................ 19 Chapitre III : Description du procédé de l’acide phosphorique............................................................. 20 I. Section du phosphate humide : .......................................................................................................... 21 II. Section d’attaque : ............................................................................................................................ 21 III. Section lavage du gaz : .................................................................................................................... 23 IV. Section filtration :............................................................................................................................ 23 V. Section de concentration :................................................................................................................. 25 VI. Section de stockage : ....................................................................................................................... 26 Chapitre IV : Travail demandé Calcule du rendement .......................................................................... 28 I. Etude théorique : ................................................................................................................................ 29 2

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1. Le bilan thermique : ...................................................................................................................... 29 2.Intérêts ............................................................................................................................................ 29 3. Calcule théorique des donnes de l’installation: ............................................................................. 29 II. Calcule du rendement thermique : ................................................................................................... 32 Conclusion générale .......................................................................................................................... 34 Bibliographie........................................................................................................................................ 35

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Table des figures : Figure 1 : Destination de l’exportation du phosphate tunisien et de ses dérivés à travers le monde en 2006-2008............................................................................8 Figure 2 : Aperçue de la production de H3PO4 (procédé di hydrate)....................19 Figure 3 : schéma de la cuve d’attaque dans l’usine..............................................22 Figure 4 : image d’un filtre (Fil 3602)...................................................................24 Figure 5 : procédé de concentration ......................................................................26 Figure 6 : schéma d’un back de stockage d’acide phosphorique...........................27 Figure 7 : diagramme de MOLIER........................................................................30

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Liste des tableaux Tableau 1 : Production annuelle moyenne des dérivés de phosphate des différentes unités du GCT..........................................................................................................9 Tableau 2 : données thermodynamiques de vapeur d’eau...................................... 34 Tableau 3 : données de l’installation.......................................................................37

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INTRODUCTION Dans le cadre de notre formation ENIG, il est prévu d’effectuer un stage d’intégration dans la vie professionnelle. Ce stage donne à l’étudiant la possibilité d’appliquer, de contrôler, de mettre au point et de tester ses capacités d’analyse et de synthèse et d’application théorique. J’ai réalisé une durée pendant la période comprise entre le 10/03/2014 et 29/03/2014 a l’usine d'acide phosphorique 3. Mon travail comprend trois parties, une pour la présentation de la G.C.T et l’autre consiste de faire les descriptions de l'installation de l'usine d'acide phosphorique 3 et faire une tache.

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Chapitre I : Présentation du groupe Chimique Tunisien

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I. Présentation du groupe chimique tunisien (GCT) : 1. Evaluation historique : [4] Le groupe chimique tunisien a été créé en 1994 suite à la fusion des sociétés d’industrie chimique : ICM, SIAPE, ICG et SAEPA : 1952 : création de l’usine TSP à Sfax sous le nom de la société industrielle d’acide phosphorique et d’engrais(SIAPE) 1972 : création d’une usine d’acide phosphorique à Gabes sous le nom de l’industrie chimique Maghrébines (ICM) 1979 : création de l’usine DAP à Gabes sous le nom de la société Arabe des engrais phosphorique et azotés (SAEPA) 1983 : démarrage d’une usine d’ammonitrate par la SEAPE 1985 : création d’une nouvelle usine sous le nom d’engrais de Gabes pour la production de DAP.Création des industries chimiques de Gafsa (ISG) 1989 : absorption des sociétés ICM, EG, ISG par la SIAPE

2. Place de la Tunisie dans le monde en matière d’exportation du phosphate et ses produits dérivés : Actuellement la CPG exporte environ 1,3 millions de tonnes de phosphate parmi lesquels 200 milles tonnes sont destinés à l’application directe et le reste à la transformation. Environ 6,2 millions de tonnes de phosphate sont transformés dans les usines du groupe chimique Tunisien (GCT).Le phosphate tunisien ainsi que ses produits dérivés sont commercialisés dans quarantaine pays de monde (figure 1).

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Figure1 : Destination de l’exportation du phosphate tunisien et de ses dérivés à travers le monde en 2006-2008 [1] La Tunisie, cinquième exportateur mondial de phosphate, occupe : Le 1er rang mondial en matière d’exportation de triple super phosphate Le 2ème rang mondial en matière d’exportation d’acide phosphorique Le 3ème rang mondial en matière d’exportation de di-ammonium de phosphate Le phosphore contenu dans les phosphates est un élément minéral indispensable à la vie des êtres vivants. Le rôle du phosphore est considérable pour l’activité physiologique des plantes et des micro-organismes du sol. Son assimilation par les plantes à partir du milieu dans lequel il est souvent en quantité insuffisante est souvent difficile.

D’où la nécessité d’enrichir le sol en cet élément vital provenant des

phosphate extraits, en Tunisie, des gisements du pays. La compagnie de phosphate de Gafsa (CPG), importante entreprise tunisienne par son capital, Produit actuellement une moyenne annuelle de 8 million de tonnes de phosphates à travers l’exportation de dix gisements du bassin minier de Gafsa. Quant au groupe chimique Tunisien (GCT), il est spécialisé dans le domaine de l’enrichissement et de la transformation des phosphates : deux à Sfax, quatre à Gabes et une à Mdhilla. L’usine de Sfax auparavant nommée « société industrielle d’acide phosphorique et d’engrais ‘SIAPE’ » a démarré en 1952. Elle constitue l’usine mère à partir de laquelle est née la technologie de transformation des phosphates en Tunisie. Celle-ci a été 9

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2014/2015 développée dans des nouveaux pôles industriels de Gabes (1970), Mdhilla(1985) et Skhira(1988). La production annuelle moyenne de ces unités de transformation de phosphate se présente dans le tableau suivant :

Tableau1 : Production annuelle moyenne des dérivés de phosphate des différentes unités du GCT [4] Location

Produit dérivé

Production

annuelle

moyenne (tonnes) Sfax(Thyna)

Triple

Super 335000

phosphate(TSP) Sfax(Skhira)

Acide phosphorique

330000

Gabes(Gannouche)

Acide phosphorique

680000

Gabes(Gannouche)

Diammonium

800000

Phosphate(DAP) Gabes(Gannouche)

Ammonitrate

(nitrate 160000

d’ammonium) Gabes (Gannouche)

Phosphate

80000

bicalcique(DCP) Gafsa(Mdhilla)

Triple

Super 465000

phosphate(TSP)

II. Présentation de l’usine d’acide phosphorique 1-Description général : C’est une usine dont le rôle est la transformation du phosphate en acide phosphorique par l’attaque avec l’acide sulfurique. Elle comprend trois chaines de production : La première chaine a commencé en 1972, elle est constituée de : • Unité de production d’acide sulfurique. • Unité des utilités.

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2014/2015 • Unité de production d’acide phosphorique. La deuxième chaine de production a commencé en 1974, elle est constituée par : • Unité de production d’acide sulfurique. • Unité des utilités. • Unité de production d’acide phosphorique. La troisième chaine de production a démarré en 1982, elle est constituée par : • Un atelier de production d’acide sulfurique. • Un atelier d’utilité. • Un atelier de production d’acide phosphorique.

Elle comprend aussi deux chaines de production de phosphate bi calcique : • La première a démarré en 1974 pour produire de TASP et dans l’année 80 a été utilisée pour la production du phosphate bi calcique. • la deuxième a commencé en 1978.

2- Description de l’usine d’acide phosphorique 3 : C’est la troisième chaine de production d’acide phosphorique, elle comporte deux unités : Unité 3600 : C’est l’unité de production d’acide phosphorique 28% en P2O5, elle est constituée par trois sections : section de phosphate humide section d’attaque Section de filtration

-Unité 3700 : C’est l’unité de concentration d’acide phosphorique obtenu à l’unité 3600, elle comporte deux lignes de concentration identiques et les bacs de stockage d’acide phosphorique 28% P2O5 et 54% P2O5. 3- Présentation et organisation du personnel de l’usine d’acide phosphorique Comme toute autre unité de production le travail dans l’unité de production d’acide phosphorique obéit à une organisation bien déterminée visant un travail d’équipe structuré comme suit : 11

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2014/2015 Un chef de service Un ingénieur d’atelier Les contremaitres Les chefs de postes Les opérateurs L’organigramme de service est présenté dans le schéma suivant :

Chef service

Ingénieur d’atelier

1ère contremaitre

2ème contremaitre

3ème contremaitre

4éme contremaitre

Employé de bureau

Chef de poste

Tableautiste

Opérateur de concentration

Opérateur d’analyse

Opérateur de stockage

Opérateur de surveillance phosphate

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Chapitre II : Etude bibliographique sur la production d’acide phosphorique

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L’acide phosphorique, le H3PO4, est un compose cristallin incolore, qui est vraiment soluble dans l’eau. Le produit principal est l’acide phosphorique avec une concentration de (52 – 54)% en P2O5. Apres l’acide sulfurique, l’acide phosphorique est l’acide minéral le plus important en termes de volume et de valeur. La plus grande consommation d’acide phosphorique se situe dans la fabrication de sels de phosphate contrairement à l’utilisation directe sous forme d’acide. Les marchés sont différencies selon la pureté de l’acide. L’application principale est la production d’engrais (environ 80 %) et le complément alimentaire animal (8 %). De l’acide phosphorique plus pur est utilisé pour la production de phosphates industriels, en particulier les sels de sodium, potassium, calcium et d’ammoniaque, et dans le traitement de surfaces métalliques. La qualité de niveau alimentaire est utilisée pour l’acidulation des boissons et les sels de phosphate de qualité alimentaire. La capacité de production d’acide phosphorique mondiale était de 41 600 k tonnes en 2004 [154, TWG sur LVIC-AAF, 2006]. En Europe occidentale, la consommation d’engrais a fortement décline dans la fin des années quatre-vingts et le début des années quatre-vingt-dix. Pour des raisons économiques, des usines ont été construites ou l’accès aux matières premières est peu cher (soit dans les mines de phosphate, soit à la source de soufre ou d’acide sulfurique). En Europe, un grand nombre d’usines à production d’acide phosphorique relativement faible ont fermé, et par conséquent la structure s’est fortement déplacée vers un petit nombre de grandes usines. Entre 1980 et 1992, le nombre d’usines en Europe occidentale a réduit de 60 à environ 20 alors que la taille de l’usine moyenne a augmenté de 80 000 tonnes/an à 180 000 tonnes P2O5/an [1] I. Fabrication industriel de l’acide phosphorique : Deux voies, à savoir la voie humide et la voie thermique, sont envisageables pour produire de l’acide phosphorique à partir de la roche phosphatée. Le procédé voie humide, de loin le plus répondu, sera explicité en détail au cours de ce chapitre. 1. Voie thermique : [1] L’acide phosphorique destiné à la fabrication de phosphates alimentaires ou techniques peut être élaboré par voie thermique par réduction de phosphate naturel, en présence de coke ou de silice, au four électrique à 2000°C. Le phosphore obtenu est oxydé enP2O5 puis hydraté en acide. On peut atteindre de titres de 75% en P2O5. 14

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Les réactions qui existent dans ce processus sont les suivantes : 2 Ca3 (PO4)2+6 SiO2+10 C P4 + 5 O2

2 P2O5

P2O5 + 3 H2O

P4+10 CO + 6 CaSiO3

(1)

(2)

2 H3PO4 (3)

2. Voie humide : [1] Le phosphate de calcium étant insoluble dans l’eau, les phosphates naturels doivent être traités pour que les plantes puissent absorber le phosphore contenu. Il est su, depuis longtemps, que l’acide phosphorique résulte de l’attaque des phosphates naturels par un acide fort (en général acide sulfurique, mais acides nitriques ou chlorhydriques peuvent également être utilisés).Avec ces deux derniers acides, il y a formation de sels solubles pouvant rendre la séparation de l’acide phosphorique difficile ou économiquement impraticable. La teneur en acide phosphorique est exprimée en pourcentage de P2O5. L’acide phosphorique, ou plus correctement acide orthophosphorique H3PO4, peut être issu de l’attaque sulfurique des roches naturelles constituées principalement de fluorophosphates de calcium, de fer et d’aluminium. Les réactions principales (toutes exothermiques) de production de l’acide phosphorique, issu de l’acidification de concentrés phosphatés, sont généralement les suivantes : Ca3 (PO4)2 + 3 H2SO4 + 6 H2O 3CaF2 + 3H2SO4 + 4 H2O + SIO2 CaCO3 + H2SO4 + H2O

3 CaSO4.2H2O+ 2 H3PO4 3CaSO4.2H2O+ H2SIF6

(4) (5)

CaSO4.2H2O + CO2

(6)

Ou plus correctement : Ca10(PO4)6F2 + 10 H2SO4 + 10n H2O

10 CaSO4.n H2O + 6 H3PO4 + 2 HF (7) [2]

Avec n : degré d’hydratation du sulfate de calcium Selon les conditions opératoires et les valeurs de divers paramètres (température, concentration de l’acide …), on peut avoir : •

n = 0 : formation d’anhydrite CaSO4(50-55%P2O5 à 120-130°C) ;

•

n=0.5 :formation d’hémiydrate CaSO4.0.5H2O(42-45% P2O5 à 20-100°C) ;

•

n=2 : formation de dihydrate CaSO4.2H2O (30-32% P2O5 à 68-78%) .

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La réaction de fabrication d’acide phosphorique selon le procédé dihydrate est, par conséquent, la suivante : Ca10(PO4)6F2 + 10 H2SO4 + 20H2O

10 CaSO4.2 H2O + 6 H3PO4 + 2 HF (8) [2]

Cette réaction, généralement menée à 80°C (procédé Rhone Poulenc-Speichim) Conduit outre à l’acide phosphorique H3PO4 à la formation de sulfate de calcium dihydrate CaSO4.2H2O (principale composante du phosphogypse) et d’acide fluorhydrique HF. Les autres éléments, présents initialement dans le minerai, passent en solution à l’état de sels et précipitent partiellement avec le sulfate de calcium, dont le degré d’hydratation dépend de la concentration en acide utilisée et de la température (Witkamp et Van Rosmalen). Ce dernier peut augmenter durant le transport et le stockage La réaction (8) est une simplification de ce qui, réellement, se déroule dans le réacteur. Elle peut être sous-divisée en trois réactions parallèles et simultanées : 1. ionisation instantanée de l’acide sulfurique : H2SO4

2 H+ + SO42-

(9)

2. attaque des particules de roche phosphatée par les ions H+, dispersés dans le mélange réactionnel. Ca3(PO4)2CaF2 + n H+

2 H2PO4- + (n-6) H+ + 4 Ca2+ + 2HF

(10)

3. cristallisation conséquente après réaction des ions Ca2+ avec les ions SO42Ca2+ + SO42-

CaSO4.2H2O

(11)

II.Procédé dihydrate (DH) Ce procédé est l’un des procédés de fabrication d’acide phosphorique par vois humide et qui est utilisé dans le GCT, il conduit à un acide avec une teneur en P2O5 pouvant varier de 28 à32%. La concentration ultérieure fournit des acides titrant entre 46 et 54% en P2O5.Comparativement aux autres procédés précédemment décrits, les avantages liés à ce procédé sont multiples :

1. dépenses de capitaux et couts de production et de maintenance moins élevés 2. possibilité d’utilisation de roches humides sans aucune limitation qualitative 3. meilleure capacité de traitement de diverses roches phosphatées

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4. production de plus d’acide mais phosphogypse obtenu assez impur (composés fluorés : de 1.5 à 2.5% et composés phosphatés à hauteur de 0.8%) La production d’acide phosphorique par les biais de ce procédé comprend six étapes successives : broyage du phosphate, attaque sulfurique, filtration de gypse, concentration d’acide, récupération de H2SiF6 et purification.

1. Matières premières : Les phosphates utilisés sont issus des gisements de carbonatofluorapatites, de chloroapatites ou encore d’hydroxyapatites. L’acide sulfurique provient du procédé de contact et a une concentration massique comprise entre 70 et 98% 2. Attaque du phosphate par l’acide sulfurique concentré : [1] L’attaque du phosphate a lieu à pression atmosphérique dans une cuve non compartimentée équipée d’un agitateur central unique et refroidie par l’air .On introduit le phosphate brut, l’acide sulfurique concentré et l’acide phosphorique recyclé issu du lavage du gâteau de gypse formé. L’air assure simultanément le refroidissement du milieu réactionnel et l’entrainement des composés fluorés formés. La température de travail est de 80°C, ce qui correspond à un procédé conduisant à la fabrication d’un acide de teneur comprise entre 28 et 32% en P2O5 et à la formation du gypse CaSO4.2H2O.Si la température de la cuve augmentait, on aurait alors la formation de l’hémihydrate La technologie utilisée doit être performante afin d’assurer : un rendement optimal en évitant toute perte pouvant se produire soit lors de la précipitation du gypse à la surface des grains de phosphate dont l’attaque est alors stoppée (cas lorsque la concentration en acide sulfurique es trop élevée), soit lors de la syncristallation entre le gypse et le phosphate dicalcique (cas lorsque la concentration en acide phosphorique est trop faible) ; la fonction de remise en suspension de la masse de gypse après un arrêt prolongé ; la fonction de refroidissement et le traitement du courant gazeux sortant de la cuve pour éliminer le fluor avant rejet vers l’atmosphère la bonne dispersion de l’acide sulfurique afin d’éviter tout surplus de concentration ; la dispersion des mousses provoquées par le dégagement de dioxyde de carbone CO2

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3. Filtration : Cette opération est essentielle dans la procédé, la quantité de solide à extraire étant très importante (de4à5 t/t de P2O5 produite).La rétention de liquide dans le gâteau de gypse est considérable (de25à35% en masse), ce qui implique un lavage méthodique. D’autre part, l’augmentation constante des capacités de production des unités a nécessité l’installation de filtre sous vide à table circulaire horizontale possédant des surfaces de filtration très importantes. 4. concentration : [1] La concentration a pour objet de passer d’une gamme de 28_32% à une gamme de 40-54%, il est nécessaire de concentrer l’acide par une technique usuelle d’évaporation sous une pression réduite. Au cours de cette concentration, les composés fluorés dégagés avec la vapeur d’eau (essentiellement SiF4 et HF) peuvent être récupérés sous forme d’H2SiF6.

3 SiF4 + 2H2O SiF4 + 2HF(aq)

2H2SiF6 + SiO2 H2SiF6

(12)

(13)

5. Décoloration, purification : L’acide obtenu par voie humide est beaucoup moins pur que l’acide « thermique ».Il peut contenir des impuretés organiques et surtout minérales avec présence d’élément tels que le fer, le vanadium, le cuivre, le manganèse, cadmium, le plomb ou encore le chrome. On procède donc , si nécessaire, à des opérations de purification pouvant aller d’une simple décoloration-clarification à des opérations plus complexes de précipitation de certaines impuretés (tel l’arsenic sous forme de sulfure) ou d’extraction liquide_liquide en utilisant, par exemple, un solvant tel que le tri(n butyle) phosphate TBP qui extrait l’acide phosphorique sous forme moléculaire préférentiellement aux impuretés de type cationique.

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Figure 2 : Aperçue de la production de H3PO4 (procédé di hydrate) [2] 5. Avantages environnementaux réalisés : économies d’énergie dues à la réduction ou l’élimination du besoin d’équipement d’évaporation si l’acide concentré est nécessaire pour le processus en aval. Produit de l’acide plus pur (faible teneur SO4, Al, F) Economie d’énergie par élimination du meulage de roche (peut utiliser de la roche grossière) Consommation d’acide sulfurique faible Produit du dihydrate relativement pur (P2O5)

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Chapitre III : Description du procédé de l’acide phosphorique

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I. Section du phosphate humide : Depuis 1994, les ateliers de production d'acide phosphorique reçoivent un phosphate humide d'où la notion >. La phosphate humide qui arrive de Gafsa par train et sera stocké un silo D, au fond de ce silo il y'a deux extracteurs à aubes qui alimente le réacteur par le phosphate à partir des bandes transporteuses CO3691 et CO3692 puis par la bande CO3693 qui assure le transport de phosphate vers le convoyeur CO3694 le phosphate arrive dans une trémie de réserve d'une capacité de 50 tonnes qui permet de connaitre la quantité de phosphate envoyé vers la cuve d'attaque à l'aide d'un doseur M3690. Finalement, le phosphate entre dans la cuve d'attaque à travers une bande transporteuse CO3695. II. Section d’attaque : Pendant cette étape, le phosphate est injecté dans la cuve d'attaque R3601 qui est un réacteur cylindrique, en béton armé revêtu à l'intérieur d'une couche en caoutchouc .et d'une autre brique antiacide et en Carbonne. La cuve d'attaque est le lieu de la réaction entre le phosphate humide, l'acide sulfurique 98% et l'acide phosphorique moyen recyclé dans le réacteur dans des conditions réactionnelles bien précises (température, taux d'acide sulfurique, densité de la bouillie, ...). Le sulfate de calcium précipite sous forme de gypse di- hydraté CaSO4-2H2O cette attaque se fait selon les réactions suivantes : •

Première étape : production d'une solution de phosphate

3Ca(PO4)2CaF2 + 14H3PO •

10Ca(H2PO4)2 + 2HF(g)

Deuxième étape : réaction entre le produit de la première réaction et l’acide sulfurique 10Ca(H2PO4)2 + 2OH2O +10H2SO4

•

2H3PO4 +10(Ca(SO4)2H2O)

Reaction total :

10Ca(PO4)2CaF2 + 10H2SO4 + 20 H2O

6H3PO4 + 20(Ca(SO4)2H2O) + HF

Avec : H3PO4 : acide phosphorique H2SO4: acide sulfurique 21

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Ca(SO4)2H2O : gypse HF: acide fluorhydrique gazeux REMARQUE : La réaction d'acide phosphorique est une réaction exothermique .pour régler la température dans la cuve d’attaque, un ventilateur assure le dégagement de gaz produit dans la réaction, ce réglage est assuré par une vanne télécommandé dans la salle de contrôle. Fonctionnement : Le phosphate injecté dans le compartiment central et le mélange acide sulfurique et acide moyen dans le compartiment périphérique. Ce mélange va être transmis à l'aide de l'ouverture OVERFLOW aux autres agitateurs périphériques qui ont le même sens que l'agitateur central. La bouillie circule dans la réaction et elle est aspiré par la pompe à bouillie ou remise dans le compartiment central à travers l'ouverture UNDER FLOW. La réaction est exothermique, le ventilateur B3602 assure le dégagement des gaz qui existe dans la réaction vers le tour de lavage avec injection d'eau industrielle et un deuxième lavage des gaz dans T3601 avec l'eau de mer dans le but de diminuer les dangers de gaz dégagé puisque ses derniers contiennent composées fluorés carbonique. Passe à travers la tuyauterie de refoulement pour arriver à l'étape de Phosphate Phosphate

Acide sulfurique

Gaz : Air de balayage Eau évaporée+CO2+SiF4

Acide moyen

Cuve d’attaque R3601 Air de balayage Sortie bouille Figure 3 : schéma de la cuve d’attaque dans l’usine

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III. Section lavage du gaz : Le laveur de gaz, compact et divisé en compartiments, permet de laver les gaz grâce à une pulvérisation centrale d’eau agissant dans chaque compartiment. A la sortie du tank d’attaque, dans la section de filtration ou encore au-dessus de tank de stockage, les gaz contiennent certains éléments pouvant avoir un impact négatif sur l’environnement. C’est le cas du fluor, par exemple. Il est donc important de traiter ces gaz avant de les renvoyer dans l’atmosphère. Les laveurs de gaz ont une faible tendance à l’incrustation, les pulvérisateurs ne se bouchent pas facilement et les derniers modèles de laveurs de gaz voient leur hauteur fortement réduite. Ils sont bien sur conçus dans le respect des plus strictes contraintes environnementales. IV. Section filtration : La filtration est un procédé de séparation de deux phases : •

phase solide (gypse)

•

phase liquide (acide phosphorique)

Cette opération est assurée par un filtre à toiles filtrantes qui fonctionne sous vide (400 mmHg). La section de filtration est composée essentiellement d'un filtre Fil3602 qui est composé de 30 cellules trapézoïdales ,une pompe à vide de 5 séparateur, une boite à vide qui est constitué d'une partie fixe et d'une autre mobile, et un bac à filtre qui est constitué des trois secteurs: •

le premier secteur est réservé par l'acide 28% qui résulte de filtration bouillie et qui est envoyé directement au stockage pour être utilise dans la production de l'acide 54%.

•

le deuxième secteur est le secteur de l’acide moyen 18% à 20% au niveau du quel on trouve la nacelle à acide faible c'est le premier lavage du gypse. L'acide récupéré est envoyé vers le réacteur pour maintenir le

titre et la densité de P2O5 de la bouille.

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le troisième secteur est le secteur d'acide faible obtenu après un deuxième lavage du gypse permet d'obtenir l'acide faible qui sera pompé vers la nacelle alimentant le secteur acide moyen du filtre.

Après la première filtration de la bouillie et le deuxième lavage, le gypse est culbuté et il sera évacué dans un bac à gypse avec un débit d'eau de mer puis refoulé à la mer par une pompe 3606. La petite couche de gypse restant les toiles est éliminée par un jet d'eau industrielle à l'acide des pulvérisateurs à une pression de 10 bars. Apres l'extraction de gypse, les toiles sont lavées à l'eau qui sera refoulé vers la nacelle alimentant le secteur faible.

Figure 4 : image d’un filtre (Fil 3602) [3]

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V. Section de concentration : L’objectif de cette opération est d'obtenir l'acide phosphorique 54%, l’acide phosphorique 28% doit être concentré par évaporation de H2O qu'il contient. La concentration de l'acide 28% se fait par la déshydratation. L'unité de concentration 3700 est composée de 3 lignes de concentration identique qui fonctionnent en parallèle Les éléments de cette boucle : Pompe de circulation : permet la circulation de l'acide dans la boucle de concentration. Echangeur (E3711) :c'est échangeur thermique qui permet le transfert de la chaleur entre l'acide phosphorique et la vapeur, les échangeurs utilisés dans les lignes de concentration sont de type tubulaire. Bouilleur (D3711) : reçoit l'acide phosphorique provenant de l'échangeur et fonctionne sous vide dans le but de diminuer la température d'évolution de l’acide. Séparateur (D3720) : joue le rôle de récupération des gouttelettes d'acide qui seront envoyées vers le bouilleur. Le condenseur ( D3712) : la création de vide de la boucle de concentration par la chute libre d'eau de mer en transportant la vapeur sortant du bouilleur qui sera condensée et envoyée vers le bac hydraulique. Description de procédé : L'acide phosphorique 28% entre dans la boucle de concentration et passe dans l'échangeur il sera chauffé par la vapeur .Puis, l’acide passe dans le bouilleur ou il y'a la libération de vapeur d’eau. Cette va peur est aspiré par le vide crée dans le condenseur.

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Figure 5 : procédé de concentration[2] VI. Section de stockage : Après filtration, l’acide phosphorique 28% est stocké dans des bacs puis extrait par des pompes qui alimentent les trois lignes de concentration. Stockage d'acide 28% : Au cours de cette étape, l'acide 28% sera stocké dans des réservoirs, il y'a trois TK : TK3701 : est utilisé pour le refroidissement de l’acide qui contient un agitateur MX3701. Deux réservoirs TK3702A et TK3702B sont utilisés pour la décantation. Chaque TK a un épaississeur qui empêche l'accumulation de la boue au fond de réservoir, puis la boue sera envoyée vers la cuve d'attaque par L’intermédiaire de deux pompes. Cette opération permet d'augmenter le titre d’acide phosphorique. Stockage d'acide 54% :

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Après la concentration, d'acide 54% doit être stocké dans des réservoirs identiques TK3712/1, 2,3 de volume utile 3700 m3. Chaque TK est 2quip2 d'un épaississeur facilitant l'envoi de bous vers le bac a boue par l'intermédiaire des trois pompes P3723/1B, 2A, 3Bpuis, cette bous doit être transférée vers la cuve d’attaque.

Figure 6 : back de stockage d’acide phosphorique [2]

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Chapitre IV : Travail demandé Calcule du rendement

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La concentration est une étape très importante dans la production de l’acide phosphorique car elle détermine la qualité de l’acide produite .La chaine de la concentration consomme une énorme quantité d’énergie. Qu’elle est le rendement thermique de la chaine de concentration ? Au cours de ce stage nous avons calculé un rendement thermique Pour cela nous avons besoins de quelque outils et donnés : I. Etude théorique : 1. Le bilan thermique : C’est un calcul qui consiste à évaluer les diverses quantités d'énergie mises en œuvre dans les transformations physico-chimiques d'un procédé. Il est nécessaire pour déterminer les besoins en chauffage et en refroidissement, d'une part en énergie mécanique de compression et de circulation d'autre part. Le bilan thermique est la partie du bilan énergétique relatif à l'énergie calorifique. Les bilans énergétiques se réduisent souvent aux bilans thermiques car les énergies mécaniques mises en jeu sont négligeables devant les énergies calorifiques 2.Intérêts : Le bilan énergétique a pour but de déterminer les quantités d'énergie et en particulier les quantités de chaleur mises en jeu dans un procédé. Cela permet de choisir l'appareillage le mieux adapté aux évolutions énergétiques. Le bilan permettra de réduire éventuellement les dépenses énergétiques. La connaissance de l'énergie mise en jeu dans un procédé est nécessaire pour estimer les coûts de fabrication. 3. Calcule théorique des donnes de l’installation: Cp (kJ /K.mol) Cp (H3PO4 :100%) =55.2+0.301T-9.5*10-8*T2+4.23*10-11*T3+512T-2 Cp(H2O)= -203.6+1.523T-3.19*10-3*T2+2.47*10-6*T3+3.855*106*T-2

Cp(H3PO4 :28%) = 0.28Cp(H3PO4 :100%) +0.72 Cp (H2O) = -131.13+1.178T-2.29*10-3*T2+1.778*10-6*T3+2.775*106*T-2

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Cp (H3PO4 :54%) = 0.54 Cp (H3PO4 :100%) +0.46 Cp(H2O) = -63.84+0.863T-1.46*10-3*T2+1.136*10-6*T3+1.773*106*T-2 ∆H = ∫TrefTCp dT En choisissant comme température de référence T=25°C=298°K On trouve : ∆HV’ (condensat)=6307 .81 kJ/kg on prend (T= 115.1 °C) ∆HA (H3PO4 :28%)=5163.73 kJ/kg on prend (T=78.5°C) ∆HC(H3PO4 :54%)=6771.55 kJ/kg on prend (T=82.5°) Pour déterminer l’enthalpie du vapeur on utilise le diagramme de MOLIER ou les tables thermodynamiques

Figure 7 : diagramme de MOLIER 30

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Tableau 2 : données thermodynamiques de vapeur d’eau

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Enthalpie h en kJ/kg à (T=115°C) ∆HV (H2O à 115°C)= 2694.42 kJ/kg Lv=2212.89 kJ/kg à (T=82°C) ∆H S (H2O à 82 °C) = 2642.17 kJ /kg Ls=2299.41 kJ /kg}

II. Calcule du rendement thermique : Pour calculer le rendement nous avons effectué un bilan enthalpique sur le circuit de concentration : Vapeur de chauffe V, ∆HV

Alimentation A,WA, ∆HA

V, ∆HV Circuit de concentration

Solvant (vapeur secondaire) S, WS, ∆HS

Concentrât C, WC, ∆HC

Condensat V’, ∆HV’

Calcule du débit de la vapeur secondaire (S)

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Bilan partiel massique sur l’eau S= (1-WA).A- (1-WC).C S= 0.72A-0.46C S= 28.19 t/h

Tableau 3 : données de l’installation

Température (°C)

∆H (KJ /Kg)

Alimentation, A WA=0.28 Concentrât, C Wc= 0.54 Vapeur chauffant V Condensat V’

Début massique(T/h) 46.12 10.9 25 17

78.5 82.1 115.1 108

5163.71 6771.55 2694.42 6307.81

2212 .89 -

vapeur secondaire S

28.19

82

2642.17

229941

Flux

LV(KJ /kg)

Bilan thermique:HE=A.∆HA +V. (∆HV + Lv) = (25*(2694.42+2212.89) + 46.12*5163.71))*103=360834.227 103 (kJ/h) HS=V’.∆HV’+C.∆HC+S. (∆HS+Lv) = (17*6307.81+6771.55*10.9+28.2*(2642.17+2299.41))*103=288806.7552 103 (KJ/h)

r = HS/HE = 0.88 Le rendement thermique de l’installation est élevé et nous permet de conclure le bon fonctionnement de processus de concentration.

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Conclusion générale Ce stage a été pour moi, une occasion d’élargir mes champs de connaissance, un échange culturel fructueux avec le monde ouvrier, un canal de se familiariser avec le monde de travail auquel j’appartiendrai à l’avenir, pour la première fois j’ai affronté les réalités du terrain, apprécié la méthodologie d’analyse et de traitement, ainsi les relations entre les patrons et les ouvriers. Tout de même j’ai appris une chose importante à savoir que le monde de travail est très différent de celui de l’éducation car il implique plus de responsabilité et une vaste connaissance. L’étude réalisée dans le cadre de ce projet, m’a permis d’acquérir un bagage technique, d’améliorer mes acquis et d’approfondir mes connaissances dans le domaine de génie de procédé. Ce stage a été une opportunité qui m’a permis de confronter la théorie à la pratique, de s’adapter à la vie professionnelle et de me préparer afin d’être à la hauteur des responsabilités qui je serai confiées dans le future

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Bibliographie [1]Fernando PEREIRA.. version1.ECOLE NATIONALE SUPERIEUR DES MINES DE SAINT-ETIENNE,2003, 230 p.

[2]Acide phosphorique, phosphate. In : societechimiquedefrance : [en ligne]. Disponible sur : http://www.societechimiquedefrance.fr/extras/donnees/espace_travail/mine/acph/texacph.htm #Biblio (consulté le 28 Mai 2014)

[3]Prayon :

producteur

phosphates

alimentaires

techniques

horticulture

fertilisants,

[enligne].Disponible : < http://www.prayon.com/fr/nos-activites/technologies/fabricationacide-phosphorique.php# >. (Consulté 28/9/2014) [4] CPG-GCT industrie de phosphate tunisienne (consulté 27 /9/2014)

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