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RÉSUMÉ
Cet article analyse les mécanismes de transfert intervenant lors de l’osmose inverse (OI), la nanofiltration NF, l’ultrafiltration UF et la microfiltration NFT. Ces procédés de séparation en phase liquide par perméation à travers des membranes permsélectives sous l’action d’un gradient de pression mettent en jeu des phénomènes complexes. Le but de cette présentation théorique est de permettre à l’utilisateur de comprendre le fonctionnement de chacun de ces techniques afin d’optimiser au mieux leur mise en œuvre.
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Pierre AIMAR : Laboratoire de génie chimique UMR CNRS/INP/UPS Université Paul Sabatier (Toulouse)
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Patrice BACCHIN : Laboratoire de génie chimique UMR CNRS/INP/UPS Université Paul Sabatier (Toulouse)
-
Alain maurel : Consultant
INTRODUCTION
L'objectif de ce dossier [J 2789] est d'analyser les mécanismes de transfert mis en jeu lors des filtrations membranaires comme :
-
l'osmose inverse OI ;
-
la nanofiltration NF ;
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l'ultrafiltration UF ;
-
la microfiltration MFT ;
afin que l'utilisateur soit capable de dégager les mécanismes de transfert les plus limitants vis-à-vis d'une application et d'appréhender l'influence des conditions opératoires sur le fonctionnement du procédé.
Après quelques généralités sont présentées les considérations théoriques nécessaires à l'analyse des mécanismes de transfert qui conditionnent le fonctionnement du procédé : la vitesse de filtration, l'accumulation de matière et la sélectivité. Ce dossier constitue un socle théorique sur lequel s'appuie le dossier [J 2 790v2] pour amener les outils théoriques nécessaires à la conception et à l'optimisation des procédés. De façon simplifiée, ce dossier présente la cause des phénomènes (les mécanismes de transfert mis en jeu) alors que le dossier [J 2 790v2] présente les conséquences de ces phénomènes sur l'efficacité du procédé (la perméabilité et la sélectivité).
Le système d'unité est le système international SI, exception faite pour des unités hors système encore employées couramment dans la profession, telles que L · h–1 · m–2 pour les débits spécifiques des membranes.
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Accueil > Ressources documentaires > Environnement - Sécurité > Technologies de l'eau > Procédés de traitement des eaux potables, industrielles et urbaines > Filtration membranaire (OI, NF, UF, MFT) - Aspects théoriques : mécanismes de transfert > Transfert de solvant et filtration
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Transfert de matière et accumulationArticle inclus dans l'offre
"Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique"
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2. Transfert de solvant et filtration
L'étude du transfert de solvant permet de relier la force agissante du procédé (la pression transmembranaire) au débit de filtration. Le paragraphe 2.1 présente la loi de filtration qui permet de décrire le transfert de solvant en absence puis en présence d'espèces retenues. Les principales limitations au transfert par une contre-pression osmotique et une résistance de colmatage sont ensuite détaillées dans les paragraphes 2.2 et 2.3 respectivement.
2.1 Loi de filtration
Le transfert de solvant transmembranaire (c'est-à-dire à travers la membrane) conditionne l'efficacité du procédé en terme de productivité.
En l'absence d'espèces retenues, le flux de perméation à travers la membrane (qui mesure la quantité de fluide traité en terme de débit-volume filtré par unité d'aire de membrane et par unité de temps) est directement proportionnel à la pression transmembranaire appliquée :
Le coefficient de proportionnalité, A*, permet de définir la perméabilité de la membrane utilisée (on parle aussi de la perméabilité à l'eau de la membrane). Une unité conventionnelle pour la perméabilité est le L · m–2 · h–1 · bar–1. Il faut cependant noter (voir encadré) que ce terme de perméabilité intègre la notion de viscosité. Il est ainsi plus rigoureux de définir une perméabilité qui soit indépendante de la viscosité :
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MERTEN (U.) - Desalination by reverse osmosis. - MIT Press Cambridge (1966).
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(2) - VILKER (V.L.), COLTON (C.K.), SMITH (K.A.), GREEN (D.L.) - The osmotic pressure of concentrated protein and lipoprotein solutions and its significance to ultrafiltration. - Journal of membrane science, 20, p. 63-77 (1984).
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(3) - BONNET-GONNET (C.), BELLONI (L.), CABANE (B.) - Osmotic pressure of latex dispersions. - Langmuir, 10, p. 4012-4021 (1994).
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(4) - ESPINASSE (B.) - Approche théorique et expérimentale de la filtration tangentielle de colloïdes : flux critique et colmatage. - Thèse de l'Université Paul Sabatier (2003).
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(5) - THIJSSEN (H.A.C.) - Concentration processes for liquid foods containing volatile flavors and aromas. - J. Food Technol., 5, p. 211-229 (1970).
-
(6) - RAUTENBACH (R.), ALBRECHT (R.) - Membrane...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Ansys http://www.ansys.com
Fluent http://www.fluent.fr
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NF X 45-103 (12-97), Filtration des liquides. Membranes poreuses. Taux de rétention des membranes d'ultrafiltration et de nanofiltration
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