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Date de publication : 10 juin 2002 Pour toute question : Service Relation clien

Date de publication : 10 juin 2002 Pour toute question : Service Relation clientèle Techniques de l’Ingénieur Immeuble Pleyad 1 39, boulevard Ornano 93288 Saint-Denis Cedex Par mail : infos.clients@teching.com Par téléphone : 00 33 (0)1 53 35 20 20 Réf. : J3805 V1 Agitation. Mélange - Aspects technico-économiques Cet article est issu de : Procédés chimie - bio - agro | Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique par Patrice COGNART, Florent BOUQUET, Michel ROUSTAN Document téléchargé le : 18/01/2021 Pour le compte : 7200049069 - arts et metiers paristech // 193.48.193.78 © Techniques de l'Ingénieur | tous droits réservés Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés J 3 805 − 1 Agitation. Mélange Aspects technico-économiques par Patrice COGNART Ingénieur à la société Robin Industries Florent BOUQUET Ingénieur de l’École nationale supérieure des ingénieurs de Génie chimique (ENSIGC) de Toulouse Ingénieur à la société ROBIN Industries et Michel ROUSTAN Ingénieur de l’Institut national des sciences appliquées (INSA) de Toulouse Professeur de Génie des procédés à l’INSA de Toulouse omme tout bien d’équipement, le bilan économique d’un agitateur requiert l’évaluation du coût : — d’investissement ; — de dépréciation du montant investi ; — de fonctionnement (main-d’œuvre, énergie) ; — de maintenance (main-d’œuvre, pièces). Il semble hors sujet d’évoquer le coût de dépréciation de l’équipement, ainsi que la main-d’œuvre relative au coût de fonctionnement. En effet, l’un et l’autre sont liés à la valeur des produits traités, au type d’opération réalisée (stockage, synthèse…), à la valeur ajoutée due à l’opération (synthèse...), au procédé utilisé (par étapes, continu...). Cette étude est donc orientée vers l’évaluation du coût de construction d’un agitateur, du coût de l’énergie utilisée et du coût de maintenance. L’étude complète du sujet comprend les articles : — J 3 800 - Agitation. Mélange : concepts théoriques de base ; — J 3 802 - Agitation. Mélange : caractéristiques des mobiles d’agitation ; — Doc. J 3 803 - Agitation. Mélange ; — J 3 804 - Agitation. Mélange : aspects mécaniques ; — J 3 805 - Agitation. Mélange : aspects technico-économique (le présent article). 1. Évaluation du coût d’un agitateur ...................................................... J 3 805 - 2 2. Importance de l’énergie consommée................................................. — 3 3. Coût de la maintenance ......................................................................... — 3 4. Exemple d’étude....................................................................................... — 4 Références bibliographiques ......................................................................... — 6 C Parution : juin 2002 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200049069 - arts et metiers paristech // 193.48.193.78 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200049069 - arts et metiers paristech // 193.48.193.78 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200049069 - arts et metiers paristech // 193.48.193.78 tiwekacontentpdf_j3805 v1 AGITATION. MÉLANGE : ASPECTS TECHNICO - ÉCONOMIQUES __________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. J 3 805 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés 1. Évaluation du coût d’un agitateur Pour les « Notations et symboles » le lecteur se reportera à l’article [J 3 904]. Les principaux éléments constituant un agitateur sont repérés sur la ﬁgure 1 de l’article [J 3 804] Agitation. Mélange. Aspects mécaniques. Pour simpliﬁer cette étude, nous considérerons des éléments « fabriqués », c’est-à-dire incluant main-d’œuvre et matière et nous prendrons en compte un réducteur manufacturé, et non le détail de cette pièce. De même, le temps de montage de l’agitateur et de ses essais seront répartis sur le prix de chaque élément monté (ﬁgure 1). L ’analyse de chaque sous-ensemble met en évidence que le coût de la pièce considérée est relié au couple à transmettre [6] [5] [8] [7] : (1) pour obtenir un coût total : (2) avec m variant de 0,5 à 0,7 environ, X élément considéré, Pr prix d’un agitateur, Mt moment de torsion (couple), K constante, n et k valables que pour un type d’agitateur, de conception semblable (même type de réducteur, même étanchéité, même matériau...). L ’utilisation de la relation (2) doit être bornée selon le facteur d’échelle, car on constate des « ruptures de pente » pour certaines tailles, au-delà desquelles la conception, le type de réducteur sont différents, bien que l’agitateur ait les mêmes fonctions. On conçoit qu’une extrapolation de 10 à 50 m3 conduise à un agi- tateur de même conception, mais que, au-delà de 200 m3, la con- ception soit différente avec guidage de l’arbre, châssis etc. La valeur de m et k varie selon les « accessoires » (matériau, pro- tection du moteur...) (ﬁgures 2 et 3) [1] [2] [3] [4]. Ainsi, k peut varier de 6 000 à 80 000, selon l’équipement, et m de 0,38, pour des diamètres d’arbre inférieurs à 0,10 m, à 0,52 pour des diamètres d’arbre supérieurs à 0,10 m. Il est également possible de déﬁnir d’autres relations, en rempla- çant le moment de torsion Mt par le diamètre de l’arbre, ou encore de considérer que le prix au kilogramme est régi par le diamètre d’arbre : (3) (4) avec Pkg prix au kilogramme, da diamètre d’arbre, p, v exposants. Ces relations sont valables lorsqu’elles sont utilisées dans un domaine correctement déﬁni et validé. Figure 1 – Composition du prix d’un agitateur X k Mt ( )m = Pr K Mt ( )n = Agitateur simple Agitateur avec tourelle et garniture mécanique double 0 20 40 60 80 100 Mobile Arbres Tourelle Étanchéité Réducteur Moteur 13 45 32 10 4 19 44 25 5 3 Figure 2 – Prix d’agitateurs en fonction du matériau de construction Figure 3 – Évolution du prix d’un agitateur selon le type de montage Le couple (ou moment de torsion Mt) est ﬁnalement le para- mètre résumant le mieux la valeur d’un agitateur. 30 40 50 60 70 80 90 0 2 000 4 000 6 000 8 000 10 000 12 000 14 000 16 000 18 000 20 000 Diamètre d'arbre (mm) Prix ( ) Titane Acier Acier inoxydable 30 40 50 60 70 80 90 0 2 000 4 000 6 000 8 000 10 000 12 000 14 000 16 000 18 000 20 000 Diamètre d'arbre (mm) Prix ( ) Agitateur avec tourelle Agitateur sans tourelle Agitateur avec tourelle et garniture mécanique double Pr k′ da ( )p = Pkg k″ da ( )v = Parution : juin 2002 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200049069 - arts et metiers paristech // 193.48.193.78 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200049069 - arts et metiers paristech // 193.48.193.78 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200049069 - arts et metiers paristech // 193.48.193.78 tiwekacontentpdf_j3805 v1 _________________________________________________________________________________ AGITATION. MÉLANGE : ASPECTS TECHNICO - ÉCONOMIQUES Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés J 3 805 − 3 La puissance n’est pas représentative de l’efﬁcacité d’un agitateur ni de son prix. (0) (0) 2. Importance de l’énergie consommée L ’importance du coût de l’énergie dépend de la solution d’agita- tion adoptée, de la valeur relative de l’énergie, du prix des produits mélangés et de l’investissement. Le prix des produits mélangés sera délibérément non traité. En effet, d’une part le coût de l’énergie peut intervenir dans des propor- tions très variables (le prix de l’énergie est souvent négligé dans le coût de production des produits pharmaceutiques), d’autre part, selon le procédé d’élaboration du produit, l’opération de « mélange » n’exige que 1 × 10−5 à 3 × 10−3 kW par kilogramme traité, alors qu’une phase éventuelle de séchage du produit deman- dera environ 1 kW/kg. On comprend alors le peu d’intérêt pour le coût de l’énergie d’agitation. Cependant, en valeur absolue, l’économie annuelle réalisée grâce à un dispositif d’agitation optimisé peut atteindre 100 000 à 200 000 € ! Les préoccupations du chef de projet choisissant un agitateur peu- vent être variées : — il peut considérer, par exemple, que plus l’agitateur est forte- ment motorisé, plus il est efficace pour l’opération attendue, ou plus il est polyvalent ou robuste ; — il peut également se soucier du coût de l’énergie dépensée par rapport à l’investissement à faire. 3. Coût de la maintenance Le besoin de maintenance peut résulter de plusieurs causes : — l’usure normale des pièces ; — la fatigue des éléments soumis à des contraintes erratiques ; — la détérioration d’éléments survenant dans des cas non pré- vus. I Usure normale ou programmée [9] La plupart des éléments sont déﬁnis pour une durée de vie de l’ordre de 50 000 h, soit 7 années en continu (engrenages, roule- ments). Leur maintenance est prévisible, bien que les organes à changer soient peu onéreux ; la main-d’œuvre et surtout la perte de production ne peuvent être négligés. Les organes concernés sont les roulements, le moteur, le réduc- teur. Les pièces d’usure, tels les joints, ont une durée de vie mal maî- trisée et ne font généralement uploads/Industriel/ ti-am-aspects-technico-economiques.pdf