Article

1 - PRINCIPALES CARACTÉRISTIQUES DE LA PERVAPORATION

2 - MISE EN ŒUVRE DU PROCÉDÉ DE PERVAPORATION

3 - MODÉLISATION ET SIMULATION DU PROCÉDÉ

4 - LIMITATIONS DU PROCÉDÉ

5 - PRINCIPALES APPLICATIONS INDUSTRIELLES

  • 5.1 - Déshydratation des alcools
  • 5.2 - Extraction du méthanol de mélanges organiques
  • 5.3 - Désulfuration des carburants
  • 5.4 - Autres applications industrielles de la pervaporation

6 - ANALYSE TECHNICO-ÉCONOMIQUE

7 - RECHERCHE ET DÉVELOPPEMENT

8 - CONCLUSION

9 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : J2820 v2

Pervaporation - Des matériaux membranaires aux procédés et à leurs applications industrielles

Auteur(s) : Christophe CASTEL, Éric FAVRE, Sabine RODE, Denis ROIZARD, Émilie CARRETIER, Carole ARNAL-HÉRAULT, Robert CLÉMENT, Anne JONQUIÈRES *

Date de publication : 10 sept. 2020

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

Version en anglais English

RÉSUMÉ

La pervaporation est un procédé de séparation de mélanges liquides par transfert sélectif au travers d’une membrane organique ou inorganique, poreuse ou non, dont la face aval est généralement maintenue sous basse pression. Particulièrement bien adaptée à l’extraction d’un composé minoritaire, elle permet alors une économie d’énergie importante par rapport à la distillation. Cet article décrit ses principaux atouts, les membranes utilisées et les séparations d’intérêt. Les principales applications industrielles, les procédés correspondants, leur simulation et analyse technico-économique sont aussi présentés, ainsi que les perspectives R&D notamment dans la pétrochimie et les biotechnologies.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

Auteur(s)

  • Christophe CASTEL : Professeur à l’ENSIC, Docteur de l’Institut National Polytechnique de Lorraine - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés, UMR Université de Lorraine-CNRS 7274, Nancy, France

  • Éric FAVRE : Professeur à l’ENSIC, Docteur de l’Institut National Polytechnique de Lorraine - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés, UMR Université de Lorraine-CNRS 7274, Nancy, France

  • Sabine RODE : Professeure à l’ENSIC, Docteure et HDR de l’Institut National Polytechnique de Lorraine - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés, UMR Université de Lorraine-CNRS 7274, Nancy, France

  • Denis ROIZARD : Directeur de Recherche au CNRS, Docteur d'État de l'Institut National Polytechnique de Lorraine - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés, UMR Université de Lorraine-CNRS 7274, Nancy, France

  • Émilie CARRETIER : Maître de Conférences à l’Université d’Aix-Marseille, Docteure et HDR de l'Université Paul Cézanne Aix-Marseille - Laboratoire de Mécanique, Modélisation et Procédés Propres, UMR Université d’Aix-Marseille-CNRS 7340, Marseille, France

  • Carole ARNAL-HÉRAULT : Maître de Conférences à l’ENSIC, Docteure de l’Université de Montpellier 2 - Laboratoire de Chimie Physique Macromoléculaire, UMR Université de Lorraine-CNRS 7375, Nancy, France

  • Robert CLÉMENT : Maître de Conférences à l’ENSIC, Docteur d’État, retraité - Laboratoire de Chimie Physique Macromoléculaire, UMR Université de Lorraine-CNRS 7375, Nancy, France

  • Anne JONQUIÈRES * : Professeure à l’ENSIC et à l’EEIGM, Ingénieure ENSIC, Docteure et HDR de l’Institut National Polytechnique de Lorraine - Laboratoire de Chimie Physique Macromoléculaire, UMR Université de Lorraine-CNRS 7375, Nancy, France - * Auteure pour la correspondance : [email protected]

INTRODUCTION

Développée depuis les années 1960 à la fois aux USA (Dr. Binning) et en Europe (Prof. Néel), la pervaporation est historiquement un procédé de séparation de mélanges liquides qui met à profit le transfert sélectif de matière à travers une membrane polymère dense. Désormais, il faut élargir le phénomène de pervaporation aux membranes inorganiques nanoporeuses apparues dans les années 1990 et développées par Kita sur la base de membranes multicouches ayant une couche sélective de type zéolite NaA. Enfin, cherchant à cumuler les avantages des membranes polymères et des membranes inorganiques, des membranes à matrices mixtes sont aussi produites et utilisées en pervaporation.

Au cours de cette opération, le flux de matière qui traverse la membrane, nommé perméat, est vaporisé puis récupéré en aval en général par condensation sur une paroi froide. Par rapport à la distillation, la pervaporation est particulièrement intéressante pour la séparation de composés ayant des volatilités voisines. En effet, alors que la distillation demande dans ce cas un nombre important de plateaux et un taux de reflux élevé entraînant une forte consommation énergétique liée aux vaporisations successives, la pervaporation permet en un seul étage de séparer majoritairement l’un des composés par vaporisation à travers la membrane, de préférence le composé minoritaire car la densité de flux est faible comparativement aux autres procédés membranaires. Il en résulte que ce mode de séparation est plus économe en énergie que la distillation. L’exploitation de ce phénomène permet d’utiliser la pervaporation essentiellement 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. Ainsi, la pervaporation permet de fractionner des mélanges azéotropiques très facilement alors que la distillation conventionnelle ne le permet pas. Cette technique est utilisée industriellement pour traiter des mélanges hydroorganiques (déshydratation de solvants et extraction de composés organiques), mais ses aptitudes à séparer des mélanges entièrement organiques ont aussi déjà été montrées au stade industriel. Associée à d’autres procédés, la pervaporation permet souvent des optimisations 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 à l’ajout de tiers corps volatils et aux effluents liquides.

Issu de la collaboration de trois laboratoires français reconnus pour leurs compétences complémentaires dans ce domaine, cet article présente la pervaporation de façon transversale en traitant d’aspects multidisciplinaires variés. Les principes généraux de la pervaporation et les différents matériaux utilisés pour l’élaboration des membranes sont tout d’abord décrits avec les principales séparations industrielles concernées. Les procédés correspondants, leur simulation/optimisation et leur analyse technico-économique sont ensuite abordés en montrant tout le potentiel de la pervaporation pour relever des défis majeurs en lien avec les économies d’énergie et le développement durable. Le fort regain d’intérêt suscité par la pervaporation ces dernières années conduit à de nouvelles perspectives qui sont développées dans la dernière partie de l’article, notamment pour les domaines très importants de la pétrochimie et des biotechnologies.

Comme il est d'usage dans la profession, les pourcentages indiqués sont, sauf précision contraire, massiques.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 94% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-j2820


Cet article fait partie de l’offre

Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique

(363 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Version en anglais English

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique

(363 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - KAHLENBERG (L.) -   On the nature of the process of osmosis and osmotic pressure with observations concerning dialysis.  -  JOurnal of Physical Chemistry 10, p. 141-209 (1906).

  • (2) - KOBER (P.A.) -   Pervaporation, perstillation and percrystallization.  -  1 Journal of the American Chemical Society 39, p. 944-948 (1917).

  • (3) - NÉEL (J.), APTEL (P.), CLÉMENT (R.) -   Basic aspects of pervaporation.  -  Desalination 53, p. 297-326 (1985).

  • (4) - NÉEL (J.) -   Pervaporation.  -  Lavoisier – Tec & Doc (Éd.) (1997).

  • (5) - YANG (J.), ZHANG (Y.-B.), LIU (Q.), TRICKETT (C.A.), GUTIUTIERREZ-PUEBLA (E.), MONGE (M.A.N.), CONG (H.), ALDOSSARY (A.), DENG (H.), YAGHI (O.M.) -   Principles of Designing Extra-Large Pore Openings and Cages in Zeolitic Imidazolate Frameworks.  -  Journal of American Chemical Society 139, p. 6448-6455 (2017).

  • ...

1 Fournisseurs des principales membranes de pervaporation commerciales [182] [137]

HAUT DE PAGE

2 Centres de recherche

HAUT DE PAGE

2.1 Laboratoires français impliqués dans la pervaporation et la perméation de vapeur

Laboratoire Réactions et Génie des Procédés, UMR7274 (École nationale supérieure des industries chimiques ; Nancy)

http://lrgp-nancy.cnrs.fr

Laboratoire de Chimie Physique macromoléculaire, UMR7375 (École nationale supérieure des industrie chimiques ; Nancy)

http://lcpm.univ-lorraine.fr

Laboratoire Mécanique, Modélisation et Procédés Propres, UMR7340 (Aix-Marseille Université)

http://www.m2p2.fr

Laboratoire Génie et microbiologie des procédés alimentaires, UMR782 Thiverval-Grignon

...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique

(363 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS