Présentation
Auteur(s)
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Robert CLÉMENT : Maître ès sciences, Docteur d’État - Maître de conférences à l’École nationale supérieure des industries chimiques (Nancy)
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Anne JONQUIÈRES : Ingénieur ENSIC, Docteur de l’Institut national polytechnique de Lorraine (INPL) - Chargée de recherche au CNRS
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Lire l’articleINTRODUCTION
La pervaporation est un procédé de séparation de mélanges liquides qui met à profit le transfert sélectif de matière à travers une membrane dense. Au cours de cette opération, le perméat est vaporisé puis condensé sur une paroi froide ; mais, contrairement à la distillation, seule une faible partie de la charge subit ce changement d’état. Il en résulte que ce mode de séparation est plus économe en énergie que la distillation. L’exploitation de cette spécificité implique naturellement que la pervaporation soit essentiellement mise en œuvre en tant que procédé d’épuration, d’extraction ou de déplacement d’équilibre.
Parce qu’il tire généralement partie d’interactions fortes entre la membrane et les composés à extraire, ce procédé présente en outre une sélectivité de séparation qui peut être complètement différente de celle de la distillation, procédé avec lequel il est souvent couplé. Cette technique est actuellement utilisée pour traiter des mélanges hydroorganiques (déshydratation de solvants et extraction de composés organiques), mais ses aptitudes à séparer des mélanges entièrement organiques ont déjà été montrées au stade industriel. Associée à d’autres procédés, elle permet souvent de les optimiser en réalisant d’importantes économies d’énergie et de matière première, tout en réduisant l’infrastructure des installations classiques ou en limitant la pollution liée aux effluents liquides.
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VERSIONS
- Version courante de sept. 2020 par Christophe CASTEL, Éric FAVRE, Sabine RODE, Denis ROIZARD, Émilie CARRETIER, Carole ARNAL-HÉRAULT, Robert CLÉMENT, Anne JONQUIÈRES *
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Limitations du procédéArticle inclus dans l'offre
"Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique"
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2. Mise en œuvre du procédé de pervaporation
Pour dimensionner une installation de pervaporation, il faut tout d’abord disposer d’une description expérimentale des caractéristiques de la membrane utilisée. Ces caractéristiques seront exprimées sous forme de lois mathématiques heuristiques décrivant au mieux le flux de pervaporat Jp et le facteur d’enrichissement β en fonction de la composition de la charge et de la valeur de la température au voisinage de la membrane :
Deux modes de fonctionnement sont envisageables selon les besoins de la production.
2.1 Procédé continu
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Théorie
La charge liquide entre à une extrémité de l’installation avec une teneur massique C0 et en ressort à l’autre extrémité avec une teneur massique résiduelle Ct (Ct < C0 car cette grandeur se réfère toujours au composé préférentiellement transféré). Le chemin parcouru par la charge peut être assimilé à un tunnel de longueur finie dont les parois sont limitées par la membrane représentant un périmètre p (de section circulaire pour un module constitué de fibres creuses ou rectangulaire pour un module équipé de membranes planes [45] [46]). Au fur et à mesure de la progression du liquide dans le module, il se produit simultanément un appauvrissement en composé préférentiellement transféré et un abaissement de température dû à la vaporisation du perméat. C’est-à-dire que le module est le siège de deux gradients décroissants lorsque l’on se déplace de l’entrée vers la sortie (gradients longitudinaux de concentration et de température). Pour simplifier le calcul, on admettra que l’écoulement dans le module est de type piston et que les gradients transversaux de concentration et de température sont négligeables (figure 4).
Si on connaît la composition et la température locales, il est facile d’établir les bilans de matière et de chaleur sur une tranche transversale d’épaisseur infinitésimale dz située à une position z dans le module. Cette petite tranche est aussi caractérisée...
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Mise en œuvre du procédé de pervaporation
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - KOBER (P.A.) - Pervaporation, perstillation and percrystallisation - . J. Amer. Chem. Soc., 39 p. 944 (1917).
-
(2) - NÉEL (J.), APTEL (P.), CLÉMENT (R.) - Basic aspects of pervaporation - . Desalination, 53 p. 297 (1985).
-
(3) - NÉEL (J.) - Pervaporation - . Série « Génie des Procédés de l’École de Nancy », Lavoisier – Tec & Doc (Éd.), Paris (1997).
-
(4) - ELYASSINI (M.J.) - Déshydratation des mélanges eau-éthanol par pervaporation à travers des membranes à base d’alcool polyvinilique - . Thèse de l’INPL en Génie des procédés, Nancy (1987).
-
(5) - NÉEL (J.), NGUYEN (Q.T.), CLÉMENT (R.), LIN (D.J.) - Influence of downstream pressure on the pervaporation of water-tetrahydrofuran mixtures through a regenerated cellulose membrane - . J. Membr. Sci., 27 p. 217 (1986).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Maîtrise de la consommation d’eau et des rejets des IAA
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Traitements chimiques et physico-chimiques des déchets
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Membranes semi-perméables. Généralités
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Membranes semi-perméables. Membranes de pervaporation
ANNEXES
Ouvrages généraux
NÉEL (J.) - Pervaporation - . Série « Génie des Procédés de l’École de Nancy », Lavoisier – Tec & Doc (Éd.), Paris (1997).
HUANG (R.Y.M.) - Pervaporation membrane separation processes - . Membrane Science and Technology, 1, Elsevier (Éd.), Amsterdam (1991).
RAUTENBACH (R.) - ALBRECHT (R.) - Membrane processes - . John Wiley (Éd.), New-York (1989).
MULDER (M.) - Basic principles of membrane technology - . Kluwer Academic Publisher (1991).
BRUN (J.-P.) - Procédés de séparation par membranes – transport, techniques membranaires, applications - . Masson Éd., Paris (1989).
BÖDDECKER (K.W.) - Terminology in pervaporation - . J. Membr. Sci., 51 p. 259 (1990).
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