Comparaison TP problème (notes de cours) - Laboratoire ICAR

Introduction Etude menée dans une formation d'ingénieurs qui seront en charge d'un
atelier de production chimique. Etude d'un TP qui a été créé, selon ses
concepteurs, pour placer les élèves-ingénieurs dans une situation très
similaire à la résolution d'un vrai problème se déroulant dans une
entreprise. Selon les formateurs :
- le problème est posé comme dans le milieu industriel
- les équipements sont proches de ceux utilisés par les industriels
- le problème nécessite de prendre en compte tout à la fois les
aspects scientifiques, techniques, économiques, qualité, sécurité,
environnement et donc de réinvestir des enseignements différents.
- les élèves doivent prendre en charge en totalité le problème posé. Objectif de la recherche : les élèves sont-ils vraiment proche d'une
situation de résolution de problème, telle qu'elle est vécue dans une
entreprise ?
Moyen : comparaison de la résolution de ce TP par les élèves et la
résolution d'un problème similaire par des professionnels dans une
entreprise. Le Super TP 1) synthèse des informations contenues dans le fascicule remis aux élèves
Introduction
Le travail demandé au cours du super TP est de prendre en charge un
atelier de fabrication où est effectuée la purification d'un solvant de
réaction. Pour mener à bien les opérations demandées, il faut prendre en
compte les aspects scientifiques, techniques et technologiques, mais aussi
les aspects économiques, de qualité, de sécurité et d'environnement. Un dossier de synthèse du travail effectué est demandé aux élèves. Il
comprend :
- un rapport sur les travaux demandés
- des commentaires sur les résultats
- des conclusions et des propositions (améliorations éventuelles, etc.)
Position du problème :
Une réaction met en ?uvre un solvant (n-butanol) qui, en fin d'opération,
se trouve pollué et ne peut être recyclé en l'état vers le réacteur. Le
solvant pollué était jusqu'à présent revendu comme combustible pour un four
de cimenterie. Etant donné l'évolution du marché, ce type de valorisation
ne semble pas pouvoir se poursuivre longtemps. Une étude sur le recyclage
du solvant est demandée.
Composition du solvant à traiter : butanol + eau (environ 5%) + huile
(environ 5%) On demande, dans cette étude, d'étudier la faisabilité ou non faisabilité
d'un recyclage par rectification. Dans l'hypothèse de faisabilité, on réalisera le dimensionnement de
l'installation et le schéma TI simplifié (les informations sur le
dimensionnement sont donnés en annexe). Le coût de recyclage du solvant
réactionnel sera calculé, hors amortissement de l'installation. On
intégrera dans ce coût les charges fixes et les charges proportionnelles
(énergie, transport et destruction des résidus, complément en solvant
neuf). Le coût calculé sera comparé au coût de la filière suivante :
transport et destruction du solvant pollué + achat du solvant propre Une étude succincte d'autres modes de purification sera également réalisée.
Organisation générale du TP
La semaine de travaux pratiques à l'Institut de formation est précédée
d'une phase de préparation et de réflexion. L'encadrement de ce TP est
assuré par les enseignants de l'Institut de formation. Le planning retenu
et les différentes phases de ce super TP sont reportés ci-dessous :
Réunion du 27 mai 1994 Objet : présentation générale du super TP et du travail préliminaire
demandé aux élèves-ingénieurs par les responsables des TP.
Buts :
- définir une répartition et organisation du travail en vue de la semaine
de TP
- proposer un schéma de distillation pour la purification du solvant de
réaction et un mode opératoire
Réunion septembre 1994 Objet : présentation par les élèves-ingénieurs du bilan de leur travail
préparatoire. Discussion et réorientation du travail par les responsables
de l'Institut de formation. Préparation et organisation de la semaine de
TP. Semaine du super TP (14-18 novembre 1994)
Le planning prévu est le suivant :
- 1er jour : accueil des élèves ( briefing sécurité ( Visite guidée du hall
de génie chimique sur les aspects sécurité ( temps réservé à la
compréhension des installations industrielles
- 2ème jour : 1er essai à blanc ( Prise en main des installations
- 3ème et 4ème jours : suite des essais ( nettoyage des installations (
rédaction du rapport
- 5ème jour : remise du rapport ( bilan sur le travail effectué
Un technicien est présent à temps complet pendant cette semaine. Il est
responsable du hall de génie chimique sur le plan technique et sur le plan
sécurité. Réunion bilan (semaine suivante)
Bilan général sur la semaine de TP
Commentaires et discussion sur les résultats obtenus Description du matériel à disposition pendant la semaine de TP
- Matériel :
- matériel de laboratoire
- colonne pilote équipée dont les caractéristiques sont jointes en
annexe - Utilités :
- vapeur Pmax = 9bar
- pompe à vide = 50 torr
- eau
- air comprimé - Analyse
- refractométrie
- CPG : catharomètre (isotherme) et appareil avec détecteur à
ionisation de flamme (programmation de T°) Les fiches de données sécurité des produits mis en ?uvre sont fournies. 2) Informations issues des observations réalisées par le chercheur Réunion de mai : présentation du super TP (lieu : salle de cours, avec un
tableau)
Le formateur, également concepteur du super TP, présente le TP dans le
détail à l'aide du fascicule. Il donne quelques indices pour la résolution
du problème :
- Une voie scientifique de résolution du problème consisterait à utiliser
des logiciels de dimensionnement de colonne à l'aide des courbes
d'équilibre liquide-vapeur du mélange de départ. Mais ces courbes
n'existent pas, il faudrait les réaliser, ce qui représente beaucoup de
temps et d'argent. Il serait beaucoup plus pertinent de faire un test sur
une colonne pilote, qui permettrait d'avoir les informations suffisantes
pour l'étude de la faisabilité
- Il y a différentes méthodes pour faire traiter le solvant :
- un traitement continu 24h/24h
- un traitement sur 2 ou 3 jours par semaine,
- un traitement sur 1 journée
- un traitement en 2X8
Le formateur conseille de bien considérer les informations fournies sur les
caractéristiques de la substance de départ pour faire un choix entre ces
différents méthodes.
- les abaques peuvent servir pour faire un premier test, qui donnera
l'occasion de prendre en main la colonne, et fournira des informations plus
précises pour le dimensionnement de la colonne.
Réunion de septembre : synthèse (lieu : salle de cours avec un tableau)
Les élèves commencent par questionner le formateur sur les propriétés de la
substance de départ. Le formateur répond à ces questions. Puis il oriente
peu à peu la discussion vers un point crucial en demandant aux élèves de
situer le gradient de température tout au long de la colonne. Les élèves-
ingénieurs prennent conscience alors rapidement qu'il y a une zone où la
température est de 117°C (température d'ébullition du butanol pur), ce qui
indique que le butanol est presque pur à cet endroit de la colonne. L'idée
d'un soutirage intermédiaire vient alors naturellement à l'esprit des
élèves.
Le formateur va procéder ainsi sur plusieurs points de la résolution du
problème, guidant progressivement les élèves vers les bonnes solutions. Les
élèves jouent le jeu, en posant de nombreuses questions au formateur.
Le problème en entreprise
Le problème s'est posé sur un des sites de production d'une grande
entreprise de production chimique. Schématiquement, l'organisation de ce
site était la suivante Figure 1 (Ajouter aussi 1 organigramme simplifié et 1 schéma positionnant
le 3 sites). |Description de la résolution du problème|Acteurs |Lieu de |Ressources |Temps |
| | |l'action |matérielles | |
| | | |et | |
| | | |symboliques | |
|Problème initiale : la demande |- |Siège | |Début |
|commerciale en produit B diminue |Responsables |central : | |1992 |
|fortement. Plusieurs solutions sont |techniques et|- bureaux | | |
|étudiés par les responsables techniques |commerciaux | | | |
|et commerciaux de l'entreprise | | | | |
|Solution 1 ( incinération de B : trop | | | | |
|cher. Solution abandonnée | | | | |
|Solution 2 ( utilisation d'un catalyseur| | | | |
|(Cs) pour diminuer le ratio B/C : cette | |Siège | | |
|solution est retenue |- |central : | | |
| |Responsables | | | |
|L'étude est confiée à deux ingénieurs |techniques |- salle de|- Données | |
|(ingénieur du service procédé du site de|- Ingénieur |réunion |techniques | |
|production et ingénieur recherche du |procédés | |atelier 1 | |
|site de recherche) qui sont nommés |- Ingénieur | |- | |
|responsables du projet |recherche |Site |installation| |
| | |recherche |s pilote | |
|Une étude technique est menée par le |- Responsable|: |- logiciel | |
|centre de recherche = étude de la |atelier 1 |- hall |informatique| |
|cinétique + modélisation mathématique de|- Ingénieur |génie | | |
|la réaction + essais sur pilote. Les |procédés