Contribution à l'étude expérimentale et à la modélisation du colmatage des membranes en ultrafiltration tangentielle d'une émulsion huile-eau PDF Download
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Book Description
Du fait qu'une émulsion d'huile de coupe est une dispersion de phase huileuse dans le support aqueux, il est possible de concentrer cette émulsion par transfert au travers des membranes semi-perméables d'ultrafiltration. Le développement de cette technique reste relativement modeste à cause des phénomènes de colmatage et de polarisation de concentration au niveau des membranes. Pour étudier ces deux problèmes en ultrafiltration tangentielle d'une émulsion huile/eau, une unité pilote a été conçue. Une démarche expérimentale précise a été adoptée afin de montrer que la résistance totale au transfert est due essentiellement à un phénomène réversible (qui apparait lorsqu'on arrête le fonctionnement du pilote): c'est la polarisation de concentration. Nous avons étudié l'influence des variables d'entrée (pression transmembranaire, vitesse tangentielle et concentration d'huile dans la solution d'alimentation) sur trois paramètres. Ces paramètres sont: le flux d'ultrafiltrat, l'efficacité de la séparation (exprimée par la mesure de la demande chimique en oxygène de l'ultrafiltrat) et le colmatage des membranes à travers les résistances réversible et irréversible. L'objectif principal de ce travail était de développer un modèle mathématique permettant la conduite d'une unité d'ultrafiltration par action directe sur les paramètres de fonctionnement. En effet, en analysant les différentes corrélations proposées dans la littérature, un type de modèle a été retenu avec des coefficients à déterminer pour chaque cas d'application.
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Du fait qu'une émulsion d'huile de coupe est une dispersion de phase huileuse dans le support aqueux, il est possible de concentrer cette émulsion par transfert au travers des membranes semi-perméables d'ultrafiltration. Le développement de cette technique reste relativement modeste à cause des phénomènes de colmatage et de polarisation de concentration au niveau des membranes. Pour étudier ces deux problèmes en ultrafiltration tangentielle d'une émulsion huile/eau, une unité pilote a été conçue. Une démarche expérimentale précise a été adoptée afin de montrer que la résistance totale au transfert est due essentiellement à un phénomène réversible (qui apparait lorsqu'on arrête le fonctionnement du pilote): c'est la polarisation de concentration. Nous avons étudié l'influence des variables d'entrée (pression transmembranaire, vitesse tangentielle et concentration d'huile dans la solution d'alimentation) sur trois paramètres. Ces paramètres sont: le flux d'ultrafiltrat, l'efficacité de la séparation (exprimée par la mesure de la demande chimique en oxygène de l'ultrafiltrat) et le colmatage des membranes à travers les résistances réversible et irréversible. L'objectif principal de ce travail était de développer un modèle mathématique permettant la conduite d'une unité d'ultrafiltration par action directe sur les paramètres de fonctionnement. En effet, en analysant les différentes corrélations proposées dans la littérature, un type de modèle a été retenu avec des coefficients à déterminer pour chaque cas d'application.
Author: Soo-Bok Lee Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 302
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Étude théorique et expérimentale de l'ultrafiltration. Étude de la polarisation de concentration et du colmatage des membranes. Influence des variables d'entrée sur le taux de déstabilisation de l'émulsion. Intérêt de la coalescence
Author: Nadia Nabi Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 8
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L'OBJECTIF DU TRAVAIL EST DE METTRE EN EVIDENCE ET D'ETUDIER LES MECANISMES DE TRANSFERT DE MATIERE RENCONTRES AU COURS DE L'ULTRAFILTRATION D'UNE EMULSION D'HUILE VEGETALE STABILISEE PAR UN TENSIOACTIF. POUR CELA, UNE ETUDE EXPERIMENTALE REALISEE AVEC UN PILOTE D'ULTRAFILTRATION TANGENTIELLE A MIS EN EVIDENCE L'INFLUENCE DE PARAMETRES OPERATOIRES TELS QUE DIFFERENCE DE PRESSION TRANSMEMBRANAIRE, VITESSE DE RECIRCULATION TANGENTIELLE, CONCENTRATION EN HUILE, CONCENTRATION EN TENSIOACTIF ET FORCE IONIQUE SUR LE FLUX DE PERMEATION ET SUR LE COLMATAGE DE LA MEMBRANE. LES RESULTATS OBTENUS MONTRENT UNE PARFAITE SEPARATION HUILE-EAU, TOUTEFOIS LE PERMEAT OBTENU CONTIENT UNE TENEUR EN TENSIOACTIF PROCHE DE LA CONCENTRATION MICELLAIRE CRITIQUE (CMC). UNE DEUXIEME PARTIE DE L'ETUDE CONCERNE L'ULTRAFILTRATION DE SOLUTIONS DE TENSIOACTIF QUI COMPLETE LA PREMIERE PARTIE ET PERMET D'EN PRECISER CERTAINS ASPECTS. ELLE APPORTE LES ARGUMENTS NECESSAIRES A L'INTERPRETATION DES RESULTATS OBSERVES LORS DE LA FILTRATION DES EMULSIONS D'HUILE D'OLIVE EN MATIERE DE COLMATAGE ET DE RETENTION AU-DESSUS ET AU-DESSOUS DE LA CMC. LA TROISIEME PARTIE DE CE TRAVAIL CONCERNE LES INTERACTIONS MEMBRANE-SURFACTANT. ON ANALYSE L'INFLUENCE SUR LE FLUX DE SOLVANT DE L'ADSORPTION DE TENSIOACTIF, SOIT SUR LA PEAU, SOIT SUR LE SUPPORT MACROPOREUX DE LA MEMBRANE ORGANIQUE. UN MODELE TRADUISANT L'EFFET DE CETTE ADSORPTION EST PROPOSE POUR INTERPRETER LES RESULTATS EXPERIMENTAUX OBSERVES EN MATIERE DE FLUX DE PERMEATION
Author: Gil Crozes Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 222
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DANS LE BUT DE MIEUX COMPRENDRE LE PHENOMENE DE COLMATAGE ET D'OPTIMISER L'ULTRAFILTRATION EN TRAITEMENT D'EAU, LE PRESENT TRAVAIL A CONSISTE EN TROIS ETAPES ESSENTIELLES. D'UNE PART, LA QUANTIFICATION DE L'ADSORPTION DE DEUX COMPOSES DE FAIBLE POIDS MOLECULAIRE SUR UNE MEMBRANE HYDROPHILE EN DERIVE CELLULOSIQUE ET SUR UNE MEMBRANE HYDROPHOBE EN POLYMERE ACRYLIQUE. D'AUTRE PART, UN TEST COMPARATIF A L'ECHELLE PILOTE DE TROIS MEMBRANES COMMERCIALES SUIVI DE L'OPTIMISATION DES CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT SUR DEUX TYPES D'EAUX. ENFIN, L'ANALYSE STATISTIQUE PAR ANALYSE FACTORIELLE DES CORRESPONDANCES ET PAR DES METHODES DE CLASSIFICATION DE L'ENSEMBLE DES DONNEESHDE QUALITE D'EAU, DE CONDITIONS OPERATOIRES ET DE PERFORMANCES HYDRAULIQUES GENERES POUR LA MEMBRANE HYDROPHILE. L'ADSORPTION LA PLUS IMPORTANTE A ETE OBSERVEE LORS DE LA FILTRATION D'UNE SOLUTION D'UN COMPOSE FORTEMENT AROMATIQUE SUR LA MEMBRANE RELATIVEMENT HYDROPHOBE. L'ADSORPTION DU COMPOSE AROMATIQUE, DE POIDS MOLECULAIRE ENVIRON 100 FOIS PLUS FAIBLE QUE LE SEUIL DE COUPURE DES MEMBRANES TESTEES, S'EST TRADUITE PAR UN COLMATAGE RAPIDE ET IRREVERSIBLE DES MEMBRANES. LE COLMATAGE DE LA MEMBRANE HYDROPHILE ETAIT REDUIT PAR OZONATION OU PAR ADSORPTION SUR CHARBON ACTIF EN POUDRE DE LA SOLUTION DU COMPOSE AROMATIQUE. LE TEST COMPARATIF A L'ECHELLE PILOTE A DEMONTRE LA SUPERIORITE DE LA MEMBRANE HYDROPHILE QUANT A LA RESISTANCE AU COLMATAGE PAR UNE EAU DE SURFACE. LES TESTS PILOTES AINSI QUE L'ETUDE STATISTIQUE ONT MIS EN EVIDENCE UNE VALEUR SEUIL D'ENVIRON UN BAR, AU-DELA DE LAQUELLE LE COLMATAGE EVOLUE RAPIDEMENT VERS UN STADE IRREVERSIBLE. LES COMPOSES INSATURES EN PARTICULIER, REPRESENTENT LA CAUSE MAJEURE DU COLMATAGE IRREVERSIBLE, ET LA QUALITE DE L'EAU DETERMINE LES PERFORMANCES DES MEMBRANES. SEPT CLASSES D'EAU ONT ETE DEFINIES SUR LA BASE DE PARAMETRES SIMPLES DECRIVANT LA TENEUR ET LA NATURE DE LA MATIERE ORGANIQUE, AUXQUELLES ONT PU ETRE ASSOCIEES LES CONDITIONS OPERATOIRES ET LES PERFORMANCES OPTIMALES DES MEMBRANES
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Les procédés membranaires se sont progressivement démocratisés dans les usines de traitement des eaux. Cependant, leur développement est limité par le colmatage. En présence de mélange de colloïdes organiques et de particules minérales, les mécanismes de colmatage deviennent complexes et impliquent de nombreuses interactions. Ainsi, l'objectif de ces travaux a été de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu lors de la filtration de suspensions composées de particules minérales et de matières organiques dissoutes et colloïdales. Des extractions et caractérisation de matières organiques ont été réalisées sur une eau de rivière et un effluent secondaire. Les fractions colloïdales (> 3,5 kDa) et dissoutes ont été filtrées sur des membranes d'ultrafiltration en absence et en présence de particules minérales (i.e. argiles). En raison de leur masse moléculaire élevée, les colloïdes organiques ont engendré le plus fort pouvoir colmatant quelle que soit leur origine et leur composition chimique. Par la suite, la filtration de suspensions mixtes constituées de particules minérales et de matières organiques a montré des comportements très différents selon les mélanges étudiés. L'élucidation des mécanismes mis en jeu a permis de développer un modèle phénoménologique permettant de décrire les différentes chutes de flux observées en incluant des mécanismes de blocage de pores et de tamisage du dépôt de particules.
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Ce travail s'inscrit dans une approche innovante d'intégration de différents procédés membranaires. L'objectif général est l'étude du prétraitement d'eau de mer avant dessalement par osmose inverse afin de réduire le potentiel de colmatage de l'eau vis-à-vis des membranes d'osmose. La démarche adoptée dans cette étude consiste à comparer différents procédés hybrides à membrane : la coagulation couplée à l'ultrafiltration (UF) d'une part et l'adsorption couplée à l'ultrafiltration d'autre part dans différentes conditions opératoires, et pour différents coagulants et adsorbants. Pour cela, des essais de laboratoire et à l'échelle pilote ont été conduits avec une eau de mer réelle de la Méditerranée. Quel que soit le procédé de prétraitement concerné (UF seule ou procédé hybride/UF), l'effet de la qualité du perméat obtenu sur les performances d'une membrane d'osmose ne permet pas de discriminer les procédés. Des taux de rétention en sels élevés, une faible concentration des matières organiques dans le perméat d'osmose inverse et un colmatage progressif dû au dépôt des sels et des matières organiques sont observés pour des expériences en laboratoire à l'échelle de quelques heures. La mise en oeuvre de procédés hybrides adsorption par charbon actif en poudre/UF par rapport au procédé d'UF seule a conduit à des résultats particulièrement intéressants : un faible SDI3, un taux de rétention en matières organiques élevé (70 %) et un colmatage très réduit de la membrane d'UF. De plus, l'approfondissement de l'étude de ce couplage, mis en oeuvre en cellule tangentielle, a montré qu'une augmentation de la vitesse de circulation permet encore une réduction du colmatage. Concernant les procédés hybrides de coagulation/UF, nos résultats montrent qu'ils permettent une diminution du SDI3 et une réduction importante du colmatage. Cependant, ils présentent une faible amélioration du taux de rétention (23 %) par rapport à l'UF seule.
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Le travail porte sur l’étude des performances hydrauliques, énergétiques et de rétention d’unités d’ultrafiltration d’eau de mer reconstituée à partir de sel gris. Les unités de laboratoire (surface membranaire égale à 0,38 m2) étaient équipées de membranes fibres creuses en polysulfone de seuil de coupure égal à 100 kDa. Au cours de cette étude, l’influence de (i) divers paramètres opératoires (la PTM, les fréquences des rétrolavages, la durée des rétrolavges, les modes d’aération (continu ou intermittent), les débits d’aération), (ii) caractéristiques morphologiques et physico-chimiques des microparticules ajoutées ou non à la charge initiale, sur le colmatage des membranes et les performances globales ont été étudiées lors des ultrafiltrations frontales et tangentielles. Il a été montré que lors de l’ultrafiltration frontale d’eau de mer (sans ajout de particules), l’augmentation de la PTM induit une augmentation de la consommation énergétique, contrairement à l’ultrafiltration tangentielle où la consommation énergétique atteint la valeur minimale à la PTM de 0,4 bar. L’ultrafiltration frontale engendre une consommation énergétique spécifique plus faible que l’ultrafiltration tangentielle. Le colmatage membranaire est plus important dans le cas d’ultrafiltration frontale sans rétrolavage ni bullage comparativement à l’ultrafiltration avec rétrolavage (quelles que soient les durées et fréquences). Cependant, la consommation énergétique spécifique est la plus faible dans ce cas (16Wh.m-3). L’ultrafiltration frontale et tangentielle avec ou sans ajout de bentonite ou kieselguhr dans l’eau de mer a montré que deux phénomènes pouvaient agir sur les performances hydrauliques et la rétention de matière organique : l’abrasion de la surface de la membrane et l’adsorption de la matière organique. Le taux de rétention du carbone organique total est d’environ 80% quel que soit: le mode d’ultrafiltration (frontal ou tangentiel), la concentration de particules ajoutée et la vitesse de recirculation dans le cas d’une filtration tangentielle. Le taux de rétention du carbone organique dissous (COD) est plus élevé en filtration tangentielle et l’ajout de bentonite ou de kieselguhr (jusqu’à 1 g.L-1) entraine une diminution de la rétention du COD.
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UN MODELE SEMI-EMPIRIQUE BASE SUR UNE ETUDE EXPERIMENTALE DE LA MICROFILTRATION TANGENTIELLE DE SOLUTIONS DE LEVURES EST PRESENTE. IL PERMET DE PREDIRE AVEC UNE BONNE PRECISION L'EVOLUTION DANS LE TEMPS DU DEBIT DE PERMEATION, AINSI QUE LE REGIME PERMANENT, EN FONCTION DES CONDITIONS OPERATOIRES (CONCENTRATION DANS LA SOLUTION, PRESSION TRANSMEMBRANAIRE, VITESSE TANGENTIELLE). TROIS TYPES DE MEMBRANES MINERALES DE MICROFILTRATION DE MEME DIAMETRE DE PORE MOYEN (0,2 MICRON) SONT TESTEES: TECH-SEP, SCT ET CARBONE-LORRAINE. LA SURFACE FILTRANTE UTILISEE EST DE 50 CM#2. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX DEPENDENT FORTEMENT DU TYPE DE MEMBRANE, CE QUI SEMBLE INDIQUER DES INTERACTIONS MEMBRANE/PARTICULE IMPORTANTES. DES OBSERVATIONS MICROSCOPIQUES, AINSI QUE DES MESURES DE RUGOSITE, SUGGERENT QUE CES RESULTATS POURRAIENT ETRE DUS EN PARTIE A DES DIFFERENCES DE STRUCTURE SURFACIQUE. LE PROBLEME DE COLMATAGE A L'EAU RENCONTRE EN MICROFILTRATION EST EGALEMENT DISCUTE. UN PROTOCOLE OPERATOIRE EST PROPOSE, AFIN DE REDUIRE LE COLMATAGE IRREVERSIBLE DES MEMBRANES PAR LES MICROPOLLUANTS PRESENTS DANS LA SOLUTION
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L'AMPLITUDE DU COLMATAGE DES MEMBRANES ET MICRO ET D'ULTRAFILTRATION EST EVALUEE SUR DIFFERENTS SITES. CETTE ETUDE DE SELECTION MEMBRANE/CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT A PERMIS DE MONTRER QUE CE COLMATAGE EST PROPORTIONNELLEMENT PLUS FORT DANS LE CAS DE LA MICROFILTRATION. LES EAUX DE SURFACE, CARACTERISEES PAR DES GAMMES DE VALEURS DE CARBONE DISSOUS PLUS IMPORTANTES, INDUISENT DE PLUS FORTS COLMATAGES. DES VALEURS MOYENNES DE LA PRESSION ET DE LA VITESSE TANGENTIELLE PERMETTENT DE DIMINUER UN PEU LE COLMATAGE IRREVERSIBLE OBSERVE. DU POINT DE VUE CHIMIQUE, LES TENEURS EN MACROMOLECULES ORGANIQUES POLYSACCHARIDIQUES OU POLYHYDROXYAROMATIQUES SONT LIEES A UN FORT COLMATAGE. CE FAIT EST CONFIRME PAR UNE ETUDE DES CARACTERISTIQUES D'ABSORPTION SUR LES MEMBRANES. PAR AILLEURS, DU FER ET DES ALUMINO-SILICATES ONT ETE TROUVES DANS LE GATEAU DE COLMATAGE EN FORTE CONCENTRATION ET PARTICIPENT A L'ENCRASSEMENT. UNE ETUDE STATISTIQUE GLOBALE SUR TOUTES LES DONNEES DES SITES A PU MONTRER QU'UNE ACTION D'OPTIMISATION EST POSSIBLE POUR REDUIRE LE COLMATAGE EN TRAVAILLANT A DES PRESSIONS ET DES VITESSES DE CIRCULATION FAIBLES (1 BAR ET 0,7 M/S). PAR AILLEURS, LES TENDANCES DEGAGEES PAR L'ANALYSE FACTORIELLE DES CORRESPONDANCES PEUVENT PERMETTRE D'ENVISAGER UNE MODELISATION ET CONSTITUER AINSI UNE AIDE AU DIMENSIONNEMENT D'INSTALLATIONS EN VUE DE L'UTILISATION INDUSTRIELLE DE CE PROCEDE. LE COLMATAGE PEUT ETRE ELIMINE A POSTERIORI PAR REGENERATION. LES OXYDANTS H#2O#2 ET CLO, PEUVENT PRESENTER DES RISQUES POUR LES MEMBRANES. LE MEILLEUR COMPROMIS EST REALISE AVEC LES SOLUTIONS DETERGENTES. LE COLMATAGE EN EAU SOUTERRAINE PEUT ETRE COMPLETEMENT ELIMINE AVEC UNE OPTIMISATION DE LA FORMULATION ET DES CONDITIONS D'APPLICATION. UNE ATTAQUE PRIVILEGIEE DU FER AINSI QU'UNE AUGMENTATION DE LA TEMPERATURE AMELIORE LE DECOLMATAGE
Author: Ba Hung Le Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 157
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Les hydrates de gaz sont des composés solides formés à partir de molécules de gaz emprisonnées dans des structures cristallines formées par des molécules d'eau reliées par liaisons hydrogène. Ils sont stables sous des conditions de haute pression et de basse température. Dans les conduites pétrolières, la formation d'hydrate de gaz peut être responsable du colmatage des conduites et du blocage des vannes. Pour éviter leur cristallisation, il existe plusieurs solutions : l'isolation ou le réchauffage de la conduite pétrolière ainsi que l'injection d'additifs cinétiques ou thermodynamiques. Une autre solution envisagée est l'utilisation d'additifs anti-agglomérants. Il s'agit d'agents tensio-actifs qui favorisent d'abord la formation d'une émulsion eau dans huile et ensuite limitent l'agglomération entre les cristaux une fois formés. De cette façon, la taille des particules d'hydrates serait limitée par la taille des gouttelettes d'eau dans l'émulsion. Cette méthode a été utilisée dans les travaux de Camargo (2001) à l'IFP et puis de Fidel-Dufour (2004) à l'ENSM de Saint-Etienne. Cette thèse est une étude consacrée à la caractérisation du couplage entre la cristallisation des hydrates et la rhéologie des écoulements pétroliers diphasiques (émulsion eau dans huile) laminaires ou turbulents dont l'objectif final est la production d'un modèle de cristallisation en écoulement. Elle s'appuie sur les mesures réalisées à l'aide de la sonde FBRM (Focused Beam Reflectance Measurement) qui permet des mesures en longueurs de cordes (CLD) in-situ lors de la formation d'hydrates en systèmes dispersés. La formation des hydrates de gaz en écoulement est étudiée de manière expérimentale sur deux dispositifs : une boucle de circulation Archimède située à l'ENSM-SE et une boucle de circulation Lyre à l'IFP Lyon. Les résultats obtenus avec les deux dispositifs sont comparés. La plus grande partie de ce travail a porté sur l'interprétation des mesures de longueurs de corde de la FBRM. Une série d'algorithmes permettant de générer des agrégats aléatoires ont été élaborés, suivis du calcul de leurs CLD. Ces CLD sont comparées avec les CLD obtenues expérimentalement permettant ainsi le suivi de l'agglomération pendant la cristallisation en écoulement.
Author: Mourad Mouihi
Author: Mourad Mouihi
Author: Soo-Bok Lee
Author: Nadia Nabi
Author: Gil Crozes
Author: Gaëlle Collet
Author: 
Author: Hanh Nguyen Thi
Author: RENAUD.. LIBERGE
Author: OLIVIER.. MARSIGNY
Author: Ba Hung Le