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RÉSUMÉ
Le terme « électrodialyse » désigne le transfert d’ions à travers des membranes sous l’effet d’un champ électrique. Cette technique, tout d’abord mise au point pour le dessalement de l’eau de mer, remplace de plus en plus des procédés physico-chimiques beaucoup plus polluants, comme l’extraction liquide-liquide ou l’échange d’ions sur résine. Pour commencer, cet article aborde la mise en œuvre de l’électrodialyse. Est décrit ensuite le phénomène de transfert de matière en électrodialyse, puis le dimensionnement d’une installation, avant d’exposer quelques applications en industrie agroalimentaire, en chimie et en pharmacie.
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Lire l’articleAuteur(s)
-
Hélène ROUX de BALMANN : Directeur de recherche au CNRS
-
Ernest CASADEMONT : Ingénieur de recherche au CNRS - Laboratoire de Génie chimique-UMR 5503 (Toulouse)
INTRODUCTION
C’est pour faire face à des besoins en eau potable au Japon, en particulier, que l’électrodialyse a été développée en tant que procédé de dessalement de l’eau de mer à l’échelle industrielle. Au-delà du domaine du traitement de l’eau, de nouvelles applications ont ensuite été développées, comme la déminéralisation du lactosérum, qui représente une part importante de la surface installée. Les problèmes liés à la réduction de l’impact environnemental des procédés de production offrent des perspectives encore plus vastes pour des procédés physiques comme l’électrodialyse, vis-à-vis de procédés physico- chimiques, comme l’extraction liquide-liquide, la précipitation ou l’échange d’ions sur résine, plus polluants. En outre, la possibilité de réaliser une déminéralisation sélective, c’est-à-dire accompagnée d’une purification, devrait également ouvrir des perspectives de marché.
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5. Dimensionnement d’une installation
Le dimensionnement d’une installation d’électrodialyse repose sur[nbsp ]la réalisation d’essais pilotes, effectués avec un empilement comprenant plusieurs motifs élémentaires ayant des caractéristiques représentatives de ceux utilisés à l’échelle industrielle. Ces essais sont conduits en batch (recyclage des fluides dans les réservoirs d’alimentation) et à densité de courant imposée (mode courant constant). La figure 13 donne le schéma d’une installation pilote. La température, la différence de potentiel aux bornes de l’empilement et l’évolution de la composition des fluides dans les différents réservoirs d’alimentation sont suivies au cours du temps. Cette évolution est déterminée à partir de mesures de conductivité, de pH et de volume. Dans le cas de solutions simples, ces grandeurs globales sont suffisantes pour effectuer des bilans matière, la conductivité étant proportionnelle à la concentration. Dans le cas de fluides plus complexes, des méthodes analytiques complémentaires (chromatographie, par exemple) sont nécessaires pour déterminer la concentration des différentes espèces et effectuer les bilans matière indispensables pour calculer les flux de transfert.
Les paragraphes suivants présentent, pour l’EDC et l’EDMB respectivement, la méthodologie permettant, à partir des résultats obtenus lors des essais pilotes, d’accéder aux principales grandeurs de dimensionnement.
5.1 Électrodialyse conventionnelle
Le tableau 2 donne les caractéristiques d’un pilote d’électrodialyse conventionnelle et les conditions opératoires couramment utilisées pour les essais.
HAUT DE PAGE5.1.1 Détermination du courant limite
L’importance de la connaissance de la valeur de l’intensité limite a été discutée précédemment ...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SHAPOSHNIK (V.A.), KESORE (K.) - An early history of electrodialysis with permselective membranes. - Journal of Membrane Science, 136, p. 35-39 (1997).
-
(2) - De DARDEL (F.) - Échange d’ions. Principes de base. - Techniques de l’Ingénieur. (F). J 2 783 Génie des procédés (1998).
-
(3) - STRATHMANN (H.), KROL (J.J.), RAPP (H.J.), EIGENBERG (G.) - Limiting current density and water dissociation in bipolar membranes. - Journal of Membrane Science, 125, p. 123-142 (1997).
-
(4) - SARACCO (G.) - Transport properties of monovalent-ion-permselective membranes. - Chemical Engineering Science, 52, no 17, p. 3019-3031 (1997).
-
(5) - DONNAN (F.G.) - Theory of membrane equilibria and membrane potentials in the presence of non-dialysing electrolytes. A contribution to physico-chemical physiology. - Journal of Membrane Science, 100, p. 45-55 (1995).
-
...
ANNEXES
* - (liste non exhaustive)
VERA CALLE (E.R.) - Désacidification de jus de fruit par électrodialyse. - Université Montpellier 2 (2004).
JACQUET VIOLLEAU (V.) - Déminéralisation par électrodialyse en présence d’un complexant. Application au lactosérum. - Institut polytechnique de Toulouse (2004).
BEN ALI (M.A.) - Traitement d’un effluent contenant du nitrate d’ammonium par électrodialyse à membrane bipolaire. - École Centrale de Paris (2002).
BAILLY (M.) - Stratégie de dimensionnement de procédés de production d’acides organiques intégrant des étapes électromembranaires. - Université Paul-Sabatier Toulouse (2000).
HAUT DE PAGE2 Caractéristiques des membranes d’électrodialyse
Les propriétés des membranes « standards » échangeuses d’ions (MEI) sont données dans le tableau 1 ; celles des membranes spécifiques sont présentées dans le tableau 2.
Se reporter au paragraphe 2.1.3 du dossier pour de plus amples reinseignements.
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