Présentation
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.
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Lire l'articleAUTEUR(S)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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...
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MOTS-CLÉS
membrane | extraction | Séparation | Distillation | Transfert sélectif
VERSIONS
Il existe d'autres versions de cet article :
- Version archivée 1 de sept. 2001 par Robert CLÉMENT, Anne JONQUIÈRES
DOI (DIGITAL OBJECT IDENTIFIER)
Pervaporation. Des matériaux membranaires aux procédés et à leurs applications industrielles
Principales caractéristiques de la pervaporation
Sources bibliographiques
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