Potentialités de la pervaporation dans les procédés hybrides de séparation

The potential economical interest of using pervaporation, a membrane separation process, in hybrid processes (with separation or reaction unit) has been investigated. The main objective is to determine benefits and limitations of its use for an industrial application. The determination of the interest is predicted by simulation which requires a good understanding and a good representation of the elementary phenomenon of mass transfer and thermodynamic. A multilevel pervaporation modelling is developed, which takes into account the system variability (membranes and compounds) and allows choosing the number of fitted parameters according to the available experimental data. Two different industrial applications are studied. First, the recuperation of butanol from a fermentation medium is exposed. This case study has shown the gain on fermentation productivity when pervaporation, equipped with hydrophobic membrane, is used in direct coupling with fermenter. Next, the dehydration of acetic acid is studied with the aim of reduction the energy consumption of the conventional process. The configuration which has been selected involves a distillation column followed by a pervaporation module, equipped with a hydrophilic membrane. Performances of four membranes have been experimentally determined by for this application. Finally, a simulation methodology is developed, which can be applied to determine the membrane performances that need to be achieved to replace conventional processes with a hybrid process while respecting industrial specificationsCes travaux sont centrés sur l’étude des potentialités d’utilisation de la pervaporation, procédé de séparation par membrane, en couplage avec des procédés de séparation ou de réaction. L’objectif principal est d’évaluer la faisabilité technico-économique, le gain potentiel mais aussi les limites de son application compatible avec une exploitation industrielle. La détermination de ce gain passe par la simulation des procédés qui nécessite une modélisation correcte des processus élémentaires. Une modélisation à plusieurs niveaux est proposée. Elle permet de prendre en compte les différents systèmes d’études : matériaux membranaires et cas d’application et de donner le choix du nombre de paramètres ajustables en fonction des données expérimentales disponibles. Cette démarche a été appliquée à deux applications différentes. Le premier cas correspond à la récupération de butanol à partir de milieu de fermentation. Cette étude a montré des gains sur la productivité de la fermentation par couplage direct du fermenteur avec la pervaporation équipée de membrane hydrophobe. Le second cas correspond à la séparation eau/acide acétique, avec pour objectif la minimisation de la consommation énergétique pour un cahier des charges fixé. Le couplage retenu met en œuvre une étape de distillation suivie d’une étape de pervaporation équipée d’une membrane hydrophile. Les performances de quatre membranes ont été déterminées expérimentalement pour cette application. Enfin, une méthodologie est proposée permettant de déterminer les performances minimales de membrane permettant d’atteindre, en fonction des spécifications du cahier des charges, un gain énergétique par rapport au procédé conventionne