Brevet FR2653032A1 — publié le 19910419

La présente invention se rapporte à une usine destinée à la fabrication de produits chimiques et no- tamment à une usine de fabrication polyvalente en discontinu de petites quantités de produits ou lots de produits de différentes natures. Actuellement, dans l'industrie chimique, la di- versification des besoins de la clientèle implique l'adéquation de la fabrication à différents types de produits et en petites quantités. De plus, la longévité des produits diminue ou devient en tout cas inférieure à la longévité des installations de fabrication. Ainsi, il s'agit parfois de fabriquer des produits qui n'étaient pas prévus au moment de la construction des installa- tions de fabrication; en d'autres termes, il faut rem- placer un type de produit par un autre type. Par consé- quent, les quantités prédéterminées de matières pre- mières, les conditions de fonctionnement ou d'exploita- tion, les dispositifs à utiliser et l'ordre dans lequel ils étaient utilisés doivent parfois être modifiés. Cependant, dans une usine chimique classique dans laquelle la plupart des conduites et réservoirs de traitement, en l'occurrence des réacteurs, sont fixes, si l'on tente de fabriquer une grande variété de produits répondant à différents objectifs, le nombre des conduites et des vannes augmente sensiblement, ce qui complique le système logistique et le système de commande de l'exploitation. Pour pallier ce problème, il a été suggéré de concevoir une usine chimique sans tuyauteries, comme celle décrite par exemple dans le magazine Japonais "Kagaku Keizai" (dont le titre signifie "Economie Chimique") par Nobue et Takahasi, "21st Century Type Chemical Factory", pages 32-41, Mars 1986. En outre, une autre conception a également été suggérée par le Brevet Japonais mis à l'inspection publique N 62-144745 dans lequel les réservoirs ou récipients de traitement tels que les réacteurs montés sur un chariot de manutention sans opé- rateur peuvent être déplacés selon les besoins pour réa- liser de façon efficace et automatique la production par lots. Dans cette conception suggérée, les réacteurs peuvent être déplacés automatiquement et par conséquent, on évite la confusion engendrée par les tuyauteries de sorte que l'usine peut disposer d'une certaine souples- se. Cependant, les installations autres que les réser- voirs de traitement à savoir les réacteurs, par exemple les dispositifs d'amenée de matières premières, les moyens d'agitation nécessaires pour la réalisation des réactions chimiques et similaires, les moyens d'évacua- tion des matières traitées, les moyens de lavage des réservoirs de réaction et similaires sont fixés au mo- ment de la construction et ainsi ils ne peuvent être déplacés facilement à une date ultérieure. Par consé- quent, la modification et le transfert ou la suppression des installations s'avèrent toujours difficiles. En outre, si l'ordre des opérations est modifié, la réim- plantation des réacteurs dans l'usine risque d'être difficile. La présente invention vise à résoudre les pro- blèmes précités et un but de la présente invention est de fournir une installation ou usine de fabrication en discontinu ou par lots pouvant répondre à des besoins divers. La présente invention s'adresse à une usine de production en discontinu ou par lots et comprend: - un réservoir de traitement; - un dispositif de transporteur automatique et autonome pour le réservoir; et - des modules installés de façon amovible, cha- que module étant équipé d'un moyen d'exploitation uni- taire nécessaire à la fabrication du produit, Le réservoir et les modules sont respectivement munis de moyens de raccordement de tuyauteries qui co- opèrent entre eux. La présente invention présente les avantages suivants. Selon la présente invention, la durée de cons- truction de l'usine peut être raccourcie et les marchés peuvent être rapidement approvisionnés en nouveaux pro- duits étant donné que la construction et la reconstruc- tion de l'usine de production par lots selon la présente invention peut être réalisée simplement en agençant les modules nécessaires en fonction de chaque objectif de production. De plus, l'usine de production par lots se- lon la présente invention peut également servir de banc d'essai à moyenne échelle et être ainsi mise en oeuvre pour le développement de nouveaux produits. La recons- truction de l'usine peut être réalisée en ajoutant sim- plement le minimum de dispositifs nécessaires afin de modifier leur combinaison avec les modules existants. Par conséquent, on peut modifier ou réimplanter l'usine à faibles coûts. Lorsque les changements de produits sont fréquents et nombreux, l'usine de production en discontinu ou par lots selon la présente invention permet de réduire les coûts de l'usine elle-même par rapport aux techniques de construction en vigueur pour une usine de type traditionnel fixe. Selon la présente invention, les modules peuvent être implantés en fonction des besoins et par conséquent aucune limite n'est imposée quant à la configuration du site de l'usine ce qui permet d'utiliser ceux-ci effica- cement. Etant donné que les modules peuvent être empilés verticalement, on peut là-encore réaliser des économies de place. Les sytèmes de commande peuvent être répartis indépendamment parmi les modules à l'instar d'autres appareils et la commande peut ainsi être effectuée in- dépendamment par plusieurs ordinateurs de petite taille à la place de la commande centrale qui utilise un ordi- nateur de grande taille, ce qui permet de réduire les coûts et facilite les modifications d'usine lors de cha- que changement de processus. On va maintenant décrire l'invention avec réfé- rence au dessin dans lequel: La figure 1 est une vue schématique montrant un exemple d'une usine selon la présente invention; et La figure 2 est une vue schématique montrant des exemples de modules combinés selon la présente inven- tion. Les activités d'une unité de production sont déterminées en fonction du produit à fabriquer et le déroulement des processus de fabrication est alors dé- terminé en fonction des activités d'une unité. Ici, les activités unitaires comprennent le transport d'un liqui- de ou d'un solide, l'agitation, le mélange, le chauf- fage, le refroidissement, la filtration, le broyage, l'évaporation et le lavage. Bref, les activités de l'unité comprennent toutes les étapes qui sont effec- tuées dans une usine de production en discontinu ou par lots, classique. Jusqu'à présent, ces étapes étaient accomplies à l'aide d'installations ou équipements fixes constituant une série de réseaux raccordés par des conduites et si- milaire; selon la présente invention chaque activité unitaire est désormais indépendante et les équipements nécessaires à chaque opération ou activité ont été ren- dus compacts à l'intérieur d'un module. Une unité comporte un réservoir de traitement équipé d'un moyen de déplacement automatique comme par exemple un transporteur automatisé (ou un système de transport ou de manutention indépendant ou autonome) agencé à demeure ou de façon séparable avec la possibi- lité de se déplacer sur un emplacement souhaité. On va se référer ici à un processus donné à ti- tre d'exemple et comprenant les activités consistant à amener la matière première, à procéder à son agitation ou réaction chimique, à évacuer et à laver le produit. Comme cela est montré à la figure 1, la consti- tution fondamentale de cette usine de production en discontinu ou par lots comprend un module d'alimentation de matières premières A, un module d'agitation ou de réaction chimique B, un module d'évacuation de produit C, un module de lavage D et un réservoir de traitement R. Il convient de noter que la figure 1 est une repré- sentation schématique et que de ce fait, les dimensions et la position des éléments ne sont pas représentées avec précision. Le module A est équipé de réservoirs de matières premières 11, de vannes 12, de conduites 13, de raccords de conduites 14 et d'un manipulateur 15. L'unité R com- porte un réacteur 1, un transporteur automatique sépara- ble 2 et un raccord de conduite 4. Le réservoir de trai- tement R se déplace automatiquement grâce au transpor- teur 2 pour se positionner sous ou à côté du module A, et les raccords de conduite 4 et 14 sont reliés entre eux, de sorte que l'unité de réacteur R est reliée au module A. Le raccord de conduite précité a pour fonction de relier les conduites facilement et automatiquement et l'exemple préféré typique du raccord de conduite est un coupleur étanche par injection au gaz avec un mécanisme d'étanchéité réalisé par du gaz sous pression. Avec ce type de raccord de conduite, on peut utiliser des con- duites dont les embouts ont des diamètres différents, en introduisant par exemple la conduite ayant le plus petit diamètre dans la conduite ayant le plus grand diamètre et on intercale un élément d'étanchéité élasti- que creux, ressemblant par exemple à une chambre à air de pneumatique entre les deux conduites et on introduit du gaz dans l'élément d'étanchéité creux pour le gonfler ce qui a pour résultat de rendre la liaison étanche. Ce raccordement peut être facilement supprimé en faisant partir le gaz de l'élément d'étanchéité creux à savoir en le dégonflant. De plus, ce coupleur de conduite per- met de centrer deux conduites dont l'une présente un grand diamètre et l'autre un petit diamètre et par con- séquent une extrême précision n'est pas indispensable lors du positionnement des deux conduites contrairement à ce qui était le cas avec les brides et éléments simi- laires de sorte que l'opération de branchement s'en trouve très simplifiée. En tant qu'élément d'étanchéité on peut utiliser une pièce en caoutchouc annulaire creuse que l'on dispose sur la périphérie extérieure de la conduite ayant le plus petit diamètre ou sur la péri- phérie intérieure de la conduite ayant le plus grand diamètre. L'amenée du gaz s'effectue par exemple en injectant de l'air comprimé dans l'élément d'étanchéité par une conduite qui est raccordée à l'élément. Le raccord de conduite de l'unité de réservoir de traitement ou de chaque module est muni d'un dispo- sitif de relevage et de descente ou d'un dispositif de coulissement pour le raccordement. Les modules sont montés de façon mobile sur le sol. Ils sont fixés à l'aide de boulons ou d'écrous ou d'éléments similaires pour faciliter leur réimplanta- tion ultérieure. De même, pour simplifier le réaménagement des modules, il est préféré d'agencer de façon compacte les composants de chaque module dans une structure de sup- port. Par exemple, on peut fixer chaque composant sur une seule embase ou dans un seul châssis. Si la dimen- sion extérieure de la structure de support est une di- mension standard ou un multiple de la dimension stan- dard, on pourra facilement agencer chaque module et leur remplacement s'en trouvera également facilité. Par con- séquent, ce type d'agencement est préférable. Dans ce cas, toutes les dimensions extérieures c'est-à- dire les longueurs, largeurs et hauteurs de la structure de sup- port peuvent être normalisées ou encore, seule la hau- teur par exemple peut être normalisée par exemple à 2,5 m. Les raccords, liaisons ou connexions pour l'amenée des fluides de service communément utilisés dans certains modules tels que l'air comprimé, l'eau industrielle, la puissance électrique, les informations pour le fonctionnement et similaires (qui sont représen- tés par les références numériques 10, 20, 30 et 40 dans les modules A, B, C et D respectivement) peuvent être disposés sur les mêmes positions correspondantes de la structure de support respective et reliés entre les mo- dules respectifs. Les passages de tous les fluides de services sont regroupés tandis que le passage de chaque fluide de service peut être au moins partiellement posi- tionné séparément dans chaque structure de support. Chaque module ainsi que l'unité de réservoir de traitement sont munis d'un système de puissance électri- que, d'un système de mesure et le cas échéant d'un système de commande, un dispositif de commande pouvant être monté sur la structure de support précitée de façon à former un module indépendant pour faciliter la comman- de des composants respectifs dans le module. Le module respectif peut être disposé selon les souhaits. La figure 2 montre des exemples d'agencement (en plan), cependant ces modules peuvent être empilés verticalement et disposés sous forme multicouches. La lettre alphabétique E sur la figure 2 représente un module muni d'un dispositif de commande pour tous les modules. L'agencement (c) sur la même figure représente l'usine de production en discontinu ou par lots qui comprend plusieurs lignes de fabrication (A, B et C ainsi que A', B' et C') sans module de lavage, un module de lavage commun D et un module de commande commun E. Les modules D et E sont utilisés en commun pour les li- gnes A, B, C et A', B', C'. Dans le cas o l'usine com- porte de nombreuses lignes de fabrication et de réser- voirs de traitement, le nombre de modules de lavage peut être différent de celui des lignes ou des réservoirs de traitement. L'exemple d'agencement précité [Figure 2 (c)] s'avère efficace dans le cas considéré. A cet égard, lorsque plusieurs lignes sont utilisées, le type et le nombre de modules constituant une ligne pourra varier d'une ligne à l'autre. Sur la figure 1, le réacteur 1 est muni d'un dispositif d'agitation 5 sans dispositif d'entraînement pour l'agitation, et le module d'agitation B est muni d'un dispositif d'entraînement 21 destiné à entraîner le dispositif d'entraînement 21. La référence numérique 22 désigne un élévateur qui est un moyen de déplacement du dispositif d'entraînement 21 en direction du réacteur 1. Cet élévateur n'est pas nécessaire dans les cas o le réacteur lui-même est capable de monter, de descendre ou de coulisser. Pour transmettre la force d'entraînement du dispositif d'entraînement 21 au dispositif d'agitation 5, on peut utiliser une force magnétique ou un embrayage mécanique. Par exemple, lorsqu'une portion de transmis- sion de force d'entraînement 23 du dispositif d'entrai- nement 21 et une portion de transmission de force d'en- trainement 9 du dispositif d'agitation peuvent être do- tés de disques munis d'un aimant, le dispositif d'agita- tion sera mis en rotation en faisant se rapprocher les disques l'un de l'autre et en faisant tourner un moteur raccordé au dispositif d'entrainement. Les disques pré- cités comportant l'aimant peuvent être remplacés par les embrayages. Dans ce cas, il est nécessaire que les deux embrayages soient mis en contact physiquement l'un avec l'autre. Après l'amenée des matières premières respecti- ves sur le module A et l'agitation par la module B et lorsque la réaction du contenu est terminée, l'unité de réacteur R est déplacée sur le module d'évacuation du produit C. Ici, un raccord de conduite 6 ayant une structure similaire au raccord de conduite 14 est bran- ché sur le raccord de conduite 36 ayant une structure similaire au raccord de conduite 4, comme dans le cas du module A, et le produit dans le réacteur 1 est alors transféré à un réservoir de stockage de produit 31 par l'intermédiaire d'une vanne 7, d'une conduite 8, des raccords de conduite 6 et 36 et d'une conduite 33. En dernier lieu, le réservoir de traitement à partir duquel le contenu a été évacué se déplace auto- matiquement sur le module de lavage D par le transpor- teur. Ici, un raccord de conduite 44 ayant la même structure que le raccord de conduite 14 est monté sur le raccord de conduite 4, et un raccord de conduite 46 ayant une structure similaire au raccord de conduite 4 est monté sur le raccord de conduite 6. Après quoi, un liquide de lavage est alimenté par le réservoir de li- quide de lavage 41 au réacteur 1 par l'intermédiaire d'une pompe 48, d'une vanne 42, d'une conduite 43 et des raccords de conduite 44 et 4, et l'intérieur du réacteur est alors lavé à l'aide de ce liquide. Subséquemment, le liquide de lavage est évacué dans un réservoir de dé- chets 45 par l'intermédiaire de la vanne 7, de la con- duite 8, des raccords de conduite 6 et 46 et d'une con- duite 47. Pour l'alimentation du liquide de lavage sur le réservoir de traitement, on peut au besoin utiliser une tête de douche rotative à haute pression ou simi- laire. On a ainsi passé en revue la totalité de la ligne des processus montrée à la figure 1. On va maintenant décrire en détail l'utilité du module de lavage de la présente invention. Dans l'usine de type fixe classique, on a obli- gatoirement recours à des conduites de grandes lon- gueurs, à tubulures multiples et il est par conséquent difficile d'otenir par exemple une élimination complète des éléments polluants comme le requiert la stérilisa- tion dans les installations fixes (nettoyage sur place). Ainsi, chaque fois qu'un nettoyage est nécessaire, il faut habituellement démonter les conteneurs, réservoirs, conduites, tuyauteries et similaires pour les remonter ensuite ce qui implique un grand nombre de manipula- tions. Cependant, selon la présente invention, les réservoirs à déplacement automatique, comportant le strict minimum de conduites, sont regroupés dans un parc de nettoyage exclusif ou spécialisé, muni d'un module comportant les équipements de lavage, les instruments de régulation, et notamment un dispositif de traitement des déchets et par conséquent on peut réaliser un lavage parfait dans chaque coin et recoin sans démontage. La présente invention représente par conséquent un grand progrès technique. L'usine de production en discontinu ou par lots selon la présente invention peut comporter plusieurs réservoirs de traitement différents. Dans ce cas notam- ment il est préférable que les réservoirs de traitement soient regroupés dans un local automatisé de façon à pouvoir être utilisés rapidement en cas de besoin. Le local automatisé tridimensionnel s'avère préféré étant donné que sa surface au sol peut être utilisée efficace- ment. Le local automatisé précité n'est pas un simple endroit servant à regrouper les réservoirs de traitement mais constitue un centre de régulation assumant la fonction importante de réception des instructions en provenance de l'unité centrale de commande et de prépa- ration pour l'exécution d'une opération indiquée. On va maintenant décrire la présente invention en se référant à un exemple non limitatif de la portée de la présente invention. Exemple 1 On a mis en place un dispositif expérimental de fabrication par lots présentant la construction fonda- mentale suivante. Les modules sont agencés comme cela est montré sur la figure 2 (a). A. - Module d'alimentation de matières premières: Réservoir de 35 litres 3 Manipulateur 1 5. Coupleur du type étanchéité 1 sur chaque conduite au gaz ou air sous pression provenant des réservoirs Dispositif de commande ou d'asservissement 1 B. - Module d'agitation: 10. Unité de puissance d'agitation 1 Dispositif de commande ou d'asservissement 1 C. - Module d'évacuation de produit: À Coupleur du type étanche au 1 sur la conduite en gaz direction du réservoir Réservoir de produit 1 Dispositif de commande ou d'asservissement 1 D. - Module de lavage: Coupleur du type 1 sur la conduite provenant d'un étanche au gaz réservoir d'un liquide de lavage 1 sur la conduite en direction d'un réservoir de déchets Réservoir de liquide de lavage Réservoir de déchets w Pompe de liquide de lavage 10. Dispositif de commande ou d'asservissement 1 E. - Module de commande: À Dispositif de commande centrale 1 R. - Unité de réservoir de traitement: Coupleur de type étanche au gaz 1 pour la solution de déchets 3 pour l'admission Réservoir de traitement 2 Dispositif de transport automatique 1 Le manipulateur 15 du module A est un dispositif mobile destiné à établir la liaison entre le coupleur 14 et l'autre coupleur 4. En premier lieu, l'unité de réacteur R a été dé- placée sur le module A par le dispositif de déplacement automatique 2 et on a alors introduit trois types de ma- tières premières dans le réacteur (réservoir de traite- ment) 1. Ensuite, on a déplacé cette unité R sur le mo- dule B et on a effectué une agitation. Apres quoi, on a déplacé de nouveau l'unité sur le module C et l'on en a déchargé les produits obtenus. Successivement, on a net- toyé l'intérieur du réacteur avec un jet de liquide de lavage au moyen du module D. Dans ce processus, toutes les opérations ainsi que le branchement des conduites de chaque module et du réacteur au moyen de chaque coupleur et la transmission de la puissance dans le module d'agi- tation B se sont déroulées de façon satisfaisante. REVENDICATIONS 1. Usine de production en discontinu ou par lots caractérisée en ce qu'elle comprend: - un réservoir de traitement R - un dispositif de transport autonome destiné à dépla- cer le réservoir; et - des modules agencés de façon amovible, chaque module étant muni des moyens d'activités unitaires nécessaires à la fabrication du produit, le réservoir et les modules étant respectivement munis de raccords de conduites d'interliaison 2. Usine de production en discontinu ou par lots selon la revendication 1 destinée à produire deux ou plus de deux produits, caractérisée en ce qu'au moins l'un des modules est utilisé en commun pour produire deux ou plus de deux produits. 3. Usine de production en discontinu ou par lots selon la revendication 2, caractérisée en ce que le module qui est utilisé en commun pour produire deux ou plus de deux des produits est un module muni d'un moyen de lavage pour laver le réservoir. 4. Usine de production en discontinu ou par lots selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'activités unitaires du module sont montés sur un sup- port. 5. Usine de fabrication en discontinu ou par lots selon la revendication 4, caractérisée en ce que la dimension extérieure du support est une dimension standard pré- déterminée ou un multiple de celle-ci. 6. Usine de production en discontinu ou par lots selon la revendication 1, caractérisée en ce que le réservoir comporte un dispositif d'agitation 5 sans aucun disposi- tif d'entraînement pour entraîner le dispositif d'agita- tion 5, et en ce qu'au moins l'un des modules comporte le dispositif d'entraînement 21. 7. Usine de production en discontinu ou par lots selon la revendication 1, caractérisée de plus en ce qu'elle comprend un local automatisé pour le stockage des réser- voirs.