Industries agroalimentaires : quand les analyseurs en ligne font leurs preuves

Fabrice Di Romano, Apollo Instruments

En matière de développement, l'approche pour les analyseurs en ligne a trop souvent consisté à adapter des méthodes et des techniques existantes de laboratoire par l'addition de pompes automatisées, de vannes et de systèmes de prélèvement. Ce type d’approche a souvent échoué avec pour conséquence la frustration des utilisateurs et une certaine défiance vis-à-vis des analyseurs en ligne.

Les instruments tels que des sondes de pression, de niveau, d'écoulement et de température sont des dispositifs relativement simples où l'élément de mesure est séparé de l'environnement environnant par une barrière telle qu'un diaphragme, une caisse en métal, des sondes, etc. Les analyseurs, par comparaison, doivent prendre l'échantillon directement dans leur chambre de détection. Dans le cas de l'analyse de process, de tels échantillons peuvent inclure n'importe quelle combinaison des matériaux corrosifs, volatils, huileux ou gras. La complexité de beaucoup d'analyseurs est souvent liée au traitement préparatoire de tels échantillons afin de les rendre mesurables dans la chambre de détection. Cette complexité est souvent bien plus prononcée lorsque l'on traite d’analyse de liquides que d’analyse de gaz. Prenons pour exemple la mesure du carbone organique total (COT), de l'azote total (TN) et de phosphore total (TP) en ligne. En plus de mesurer ces composants dans des liquides pouvant contenir des matériaux corrosifs, volatils, huileux ou gras, l'échantillon doit être oxydé pour former les composés cibles capables d’être mesurés : dans le cas du COT, le carbone organique sera oxydé pour former du CO2 qui sera ensuite mesuré. Ce processus d'oxydation produit et libère également, selon la matrice de l’échantillon, des composés corrosifs additionnels tels que HCl, etc.

L'approche de développement des analyseurs en ligne a malheureusement souvent consisté en l'adaptation des méthodes et des techniques existantes de laboratoire par l'addition de pompes automatisées, de vannes et de systèmes de prélèvement. Une telle approche a souvent échoué et les transitions de l'application laboratoire, où l'instrument était suivi par du personnel, aux applications de processus en ligne non pilo-

pour éliminer le recours aux systèmes de micro-prélèvement qui sont toujours une source importante d'ennui et d'entretien. En outre, le nouveau processus d'oxydation devait être totalement autonettoyant, permettant ainsi à l'analyseur d'effectuer des mesures fiables même en présence de corps gras, de graisses et de matériaux huileux. Ce processus devait pouvoir fonctionner même en présence de sels et de matériaux chlorés jusqu'à des teneurs de 30 %.

Ce processus breveté d'oxydation s'appelle « l'oxydation avancée à deux étapes ».

tâches n'ont pas toujours été couronnées de succès. Ceci a eu pour conséquence la frustration des utilisateurs et le manque de confiance accordé aux analyseurs en ligne. Pollution Control Systems (PCS) a été l'un des premiers fabricants d'analyseurs à fixer de nouvelles normes pour les performances de l'analyse en ligne.

De nouvelles normes pour les performances de l'analyse en ligne

Le BioTector a été développé pour que son utilisateur puisse « le sortir de sa boîte, le fixer au mur et le voir fonctionner ». Même sur les applications les plus difficiles telles que la mesure d'eaux résiduaires, la maintenance et la calibration n’est requise que tous les 6 mois et son temps de fonctionnement est supérieur à 99 %.

Pour atteindre son but, l'équipe de développement de PCS a dû développer des solutions inhabituelles et mettre au point un processus d’oxydation totalement nouveau capable d’oxyder des volumes d’échantillons importants (jusqu'à plus de 1 000 fois plus importants que les méthodes existantes) pour éliminer le recours aux systèmes de micro-prélèvement qui sont toujours une source importante d'ennui et d'entretien. En outre, le nouveau processus d'oxydation devait être totalement autonettoyant, permettant ainsi à l'analyseur d'effectuer des mesures fiables même en présence de corps gras, de graisses et de matériaux huileux. Ce processus devait pouvoir fonctionner même en présence de sels et de matériaux chlorés jusqu'à des teneurs de 30 %.

Pour garantir sa survie même dans les environnements les plus corrosifs, les différents composants du BioTector, par exemple l’analyseur de CO₂, le réacteur, les pompes et les valves, ont dû être conçus avec des matériaux de qualité tels que acier inoxydable, hastelloy et kalrez.

Voici l’exemple de la société Glanbia à Ballyragget (Irlande) où le BioTector a aidé un client à passer d'une mesure de laboratoire à une mesure en ligne.

Passer d’une mesure en laboratoire à une mesure en ligne

Glanbia fabrique un large éventail de produits laitiers comprenant lait, caséine, crème, fromage, etc. Les rejets des différents ateliers alimentent une station de traitement interne d'eaux résiduaires. Des produits organiques, les nitrates et les phosphates sont éliminés et l'eau ainsi traitée est rejetée dans la rivière locale. L'usine entière s'en remettait auparavant aux mesures de son laboratoire sur des échantillons résultant de prélèvements afin de déterminer :

• a) le niveau de la perte de chacun des ateliers de production ;
• b) la charge totale du bioréacteur de traitement ;
• c) le succès ou l’échec du traitement des rejets des ateliers.

Au total, 7 analyseurs de COT en ligne BioTector ont été installés entre 1997 et 2004. Le but des analyseurs était triple :

• - mesurer la quantité de déchets produite par chacun des ateliers afin de faciliter la mise en place d'un programme de réduction des déchets ;
• - suivre et contrôler tout le chargement organique de l'installation de traitement afin d’assurer que celle-ci fonctionne selon ses spécifications ;
• - valider la conformité de l'eau rejetée dans la rivière locale par rapport aux exigences.

réglementaires.

Quels ont été les principaux résultats?

1. Une réduction drastique, jusqu'à 40 %, de la quantité de déchets rejetés par chacun des ateliers de l'usine a été observée.Le retour sur investissement a été réalisé en moins de 3 mois.

2. Une réduction de la charge de l'installation de traitement a été relevée, assurant de ce fait un fonctionnement optimal, avec, en corollaire, des coûts de fonctionnement réduits et la suppression d'un problème de mauvaises odeurs récurrent depuis plus de 17 années.

3. En contrôlant la charge de l'installation de traitement et son fonctionnement dans des conditions optimales, les exigences réglementaires de l’effluent final avant rejet au milieu naturel ont pu être atteintes sans difficulté.Ceci a également conduit à une réduction des émissions de CO₂ de l'installation de traitement de plus de 40 %.

4. L'installation des analyseurs en ligne de COT a contribué à l'attribution de la certification ISO 14001 à Glanbia pour son excellence environnementale.

Quels ont été les principaux défis à relever?

D'abord et avant tout, un scepticisme général de l'industrie laitière qui pensait que les analyseurs en ligne ne pourraient pas fonctionner correctement dans un environnement caractérisé par des niveaux élevés de graisses, calcium, etc., connus pour neutraliser jusqu’aux dispositifs les plus simples. Seconde difficulté, les industries agroalimentaires ne disposent pas fréquemment d'un service instrumentation interne important comme cela est généralement le cas dans des industries lourdes telles que des raffineries et des usines chimiques.

Les 7 analyseurs de COT BioTector de Glanbia fonctionnent sans nécessiter de maintenance interne. Ils sont entretenus sur la base d’un contrat de maintenance tous les 6 mois par un intervenant extérieur. Le temps de fonctionnement de chaque analyseur est supérieur à 99 %.