ETUDE DU COLMATAGE ET MODELISATION DU TRANSFERT DE MATIERE LORS DE LA MICROFILTRATION TANGENTIELLE DE LEVURES SUR MEMBRANES MINERALES PDF Download
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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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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
Author: Djaffar Si Hassen Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 164
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De nombreux travaux consacrés à l'étude du phénomène de colmatage et des mécanismes induisant une limitation du transfert de masse à travers la membrane dans le cas de la microfiltration tangentielle ont montré que l'écoulement de la suspension tangentiellement à la membrane permet d'atteindre un régime stationnaire. Dans le présent travail, l'identification des mécanismes de colmatage et de decolmatage d'une membrane de microfiltration tangentielle a été effectuée a l'aide d'une suspension modèle et minérale de carbonate de calcium caco#3 et d'une membrane organique choisie judicieusement de sorte que le colmatage provoque soit exclusivement superficiel. Cette étude montre que le mécanisme à l'origine du régime stationnaire observe en microfiltration tangentielle est le transfert de matière d'origine hydrodynamique. Nous montrons ainsi que le coefficient de transfert de matière est donne par la solution de leveque à la condition de prendre en compte l'épaisseur des dépôts formes. La détermination de l'épaisseur a été réalisée en exploitant la théorie des écoulements à travers les milieux poreux. Des hystérésis du flux de filtrat ont été observées lors de variations cycliques de la pression transmembranaire, de la concentration et de la vitesse. Nous avons déduit de ces essais que le decolmatage ne pouvait se faire que par action mécanique sous forme de contrainte critique d'érosion exercée par le fluide à la surface du dépôt. Un modèle permettant de caractériser la limite de stabilité mécanique du dépôt a été propose sous forme d'une relation entre la contrainte de cisaillement critique en fonction de la contrainte normale qui s'exerce sur la monocouche supérieure de particules.
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NOUS PRESENTONS NOTRE CONTRIBUTION A LA MODELISATION DU TRANSFERT DE MATIERE EN MICROFILTRATION TANGENTIELLE DU LAIT. UNE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE NOUS CONDUIT A DISTINGUER TROIS CLASSES DE MODELES POUR LA MICROFILTRATION TANGENTIELLE : LES MODELES DE TRANSFERT DE SOLVANT, LES MODELES DE TRANSFERT DE SOLUTE ET LES MODELES DE TRANSFERT DE SOLVANT ET DE SOLUTE. LES PARTICULARITES DE CHAQUE CLASSE DE MODELES SONT DEGAGEES, DES COMPARAISONS SONT FAITES ENTRE LES DIFFERENTS MODELES ET DES EXTENSIONS ET AMELIORATIONS D'ECRITURES SONT PROPOSEES. CETTE ETUDE MONTRE QUE LA PLUPART DES MODELES DEVELOPPES POUR LA MICROFILTRATION TANGENTIELLE SONT DES MODELES SEMI-EMPIRIQUES. POUR ATTEINDRE NOTRE OBJECTIF, UNE SERIE D'EXPERIMENTATIONS EST REALISEE SUR DEUX MEMBRANES MINERALES DE 1,4 MICROMETRE DE DIAMETRE DE PORES. DIVERSES SUSPENSIONS MODELES DE COMPLEXITE CROISSANTE SONT ETUDIEES. LA NATURE DES DIVERS CONSTITUANTS A ETE CHOISIE DE MANIERE A SE RAPPROCHER DU LAIT, TOUT EN ASSURANT L'OBTENTION D'UN FLUIDE MODELE SIMPLE. COMME LE LAIT ECREME, LA SUSPENSION MODELE LA PLUS COMPLETE CONTIENT DES MACROMOLECULES, DES PARTICULES ET DES SELS. ELLE PRESENTE EGALEMENT DES PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES COMPARABLES A CELLES DU LAIT. LES FILTRATIONS, MENEES DANS UNE LARGE GAMME DE CONDITIONS OPERATOIRES, MONTRENT QUE LES GRANDEURS DE TRANSFERT DE MATIERE DEPENDENT ETROITEMENT DE L'ENVIRONNEMENT PHYSICO-CHIMIQUE DE LA SUSPENSION TRAITEE, DE LA MORPHOLOGIE DES MICROORGANISMES, DES CONDITIONS HYDRODYNAMIQUES, DU MODE DE FONCTIONNEMENT DU PILOTE, DE LA NATURE ET DE L'HOMOGENEITE DE LA MEMBRANE. NOUS MONTRONS QUE L'ELIMINATION DES SPORES PENDANT LA FILTRATION N'EST QUE PARTIELLE, INDIQUANT QUE LE PRODUIT MICROFILTRE NECESSITE UN TRAITEMENT COMPLEMENTAIRE POUR LUI CONFERER SON INNOCUITE. DEUX MODELES DE TRANSFERT, DONT LES ECRITURES DE BASE TRADUISENT LE MIEUX LES MECANISMES MIS EN JEU PENDANT LA MICROFILTRATION TANGENTIELLE, ONT ETE RETENUS POUR NOTRE CAS. IL S'AGIT DU MODELE D'EROSION DU GATEAU ET DES MODELES DE LA FILTRATION FRONTALE. LES ORIGINALITES DE NOS ECRITURES PAR RAPPORT A CELLES DE LA LITTERATURE SONT, D'UNE PART, D'EXPRIMER LES PARAMETRES DU MODELE EN FONCTION DES CONDITIONS HYDRODYNAMIQUES. D'AUTRE PART, NOUS METTONS EN JEU, DANS LE MODELE D'EROSION, LA CONTRAINTE DE CISAILLEMENT A LA POSITION DU MODULE, PLUTOT QUE LA VITESSE TANGENTIELLE A L'ENTREE DE CELUI-CI. NOUS MONTRONS QUE LES PARAMETRES DE CHAQUE MODELE DEPENDENT NON SEULEMENT DES CONDITIONS OPERATOIRES, MAIS EGALEMENT DE LA NATURE DE LA SUSPENSION TRAITEE. LES RESULTATS DE SIMULATION OBTENUS SONT CONFORMES A LA PLUPART DES OBSERVATIONS DE LA LITTERATURE. NOUS CONCLUONS NOTRE TRAVAIL EN MONTRANT QUE LES DEUX MODELES DEVELOPPES DECRIVENT BIEN LES CINETIQUES EXPERIMENTALES DE MICROFILTRATION TAGENTIELLE DE DIFFERENTS LAITS ECREMES.
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LE TRAVAIL PRESENTE CONCERNE L'ETUDE DES MECANISMES DE COLMATAGE ET DE DECOLMATAGE AFFECTANT UNE MEMBRANE MINERALE LORS D'UNE MICROFILTRATION TANGENTIELLE DE SUSPENSIONS MINERALE, COLLOIDALE ET DE JUS DE POMME. DANS UN PREMIER TEMPS, IL A ETE NECESSAIRE DE CARACTERISER LE DEPOT FORME A LA MEMBRANE ET CE, EN ETUDIANT SON COMPORTEMENT LORS DE VARIATIONS CYCLIQUES DE LA PRESSION TRANSMEMBRANAIRE A FAIBLES PUIS A VITESSES ELEVEES. NOUS AVONS MONTRE QUE LE MECANISME DE COLMATAGE EST SIMILAIRE A CELUI DE LA FILTRATION FRONTALE, REGIE PAR L'EQUATION DE RUTH. DANS LA SECONDE PARTIE DE CE MEMOIRE, DES MODIFICATIONS DU BANC EXPERIMENTAL ONT ETE REALISEES POUR LA MISE AU POINT D'UN SYSTEME AUTO-DECOLMATANT PAR LA TECHNIQUE DES ECHELONS DE PRESSION ET DE VITESSE. LE PRINCIPE DE CE SYSTEME CONSISTE A ALTERNER APRES CHAQUE ETAPE DE FILTRATION, UNE ETAPE DE NETTOYAGE DE LA MEMBRANE AU COURS DUQUEL ON ANNULE LA PRESSION TRANSMEMBRANAIRE ET ON AUGMENTE LA VITESSE DE CIRCULATION CE QUI NOUS RESTITUE A LA FIN DU CYCLE, UNE MEMBRANE DECOLMATEE. L'OPTIMISATION DES DIFFERENTS PARAMETRES NOUS A PERMIS D'OBTENIR DES AUGMENTATIONS DE FLUX DE FILTRATION, ALLANT JUSQU'A 400% POUR UNE SUSPENSION MINERALE, ET 55% POUR UNE SUSPENSION COLLOIDALE
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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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LA CONNAISSANCE DES PHENOMENES DE POLARISATION DE CONCENTRATION ET DE COLMATAGE EN ULTRAFILTRATION NECESSITE L'ETUDE DES INTERACTIONS ENTRE CONSTITUANTS DU LAIT ET MEMBRANE MINERALE DE MICROFILTRATION EN ALUMINE. UNE APPROCHE EXPERIMENTALE ORIGINALE EST REALISEE EN PREMIER LIEU GRACE A UN PROTOCOLE STATIQUE QUI PERMET LA MISE AU POINT D'UNE METHODE COUPLANT LA MICROSCOPIE ELECTRONIQUE A BALAYAGE ET L'ANALYSE PHYSICO-CHIMIQUE DES COLMATAGES OBTENUS EN STATIQUE. ELLE MET EN EVIDENCE LA NATURE ET LA STRUCTURE DU DEPOT POUR DIFFERENTS LAITS ET DIFFERENTES DUREES DE CONTACT. L'APPLICATION DE LA METHODE A L'ETUDE DES PHENOMENES OBTENUS EN DYNAMIQUE DANS UN PILOTE A PERMIS: DE CONNAITRE LA CINETIQUE DE FORMATION DU COLMATAGE ET LE ROLE JOUE PAR SES DIFFERENTS CONSTITUANTS (MICELLES DE CASEINE, PROTEINES SOLUBLES, GLOBULES GRAS, SELS DE CALCIUM ET DE PHOSPHORE); DE MONTRER L'INFLUENCE DES PARAMETRES VITESSE TANGENTIELLE ET PRESSION TRANSMEMBRANAIRE; D'EXPLIQUER LE COMPORTEMENT DE CES MEMBRANES MINERALES DE MICROFILTRATION QUI PERMETTENT L'ULTRAFILTRATION DU LAIT
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La caractérisation du colmatage a été réalisée lors de l'ultrafiltration de solutions colloïdales d'albumine et de pectine sur membranes organiques. Les colmatages interne et superficiel ont tout d'abord été étudiés séparément, avec à l'issue l'identification des mécanismes de colmatage et de rétention, l'analyse de la réversibilité de chaque type de colmatage et la mise en évidence du rôle sélectif des gels formés. On retiendra qu'en régime stationnaire, le flux de filtrat est donné par le modèle du film où le coefficient de transfert de matière est fourni par la solution de Lévêque avec une diffusion de nature Brownienne. Si en régime de polarisation de concentration, le flux n'est fonction que de la vitesse de circulation et de la concentration et si en régime hydraulique, le flux ne dépend que de la pression transmembranaire, nous avons pu définir un régime intermédiaire nommé régime mixte et qui traduit sur la base des profils de transfert de matière et de pression le long de la membrane, la coexistence de ces deux régimes. Dans le cas d'un gel réversible, nous avons étudié l'interaction des colmatages interne et superficiel en montrant que l'auto-compensation des résistances des deux colmatages peut se poursuivre par augmentation de la résistance du colmatage interne aux dépens de celle du gel et ce jusqu'à épuisement de ce dernier. Finalement, nous avons pu confirmer la faisabilité de l'ultrafiltration sur un dépôt supporté de CaCO3. La maîtrise de la qualité de séparation passe impérativement par la maîtrise de l'épaisseur et de la porosité du dépôt. Les tendances d'évolution de ces paramètres en fonction des conditions opératoires ont été dégagées à partir de la filtration tangentielle de CaCO3 et de la théorie de la compressibilité des milieux poreux. On signalera le rôle de l'augmentation de l'épaisseur du dépôt sur l'augmentation de la rétention en soluté. Les variatons de porosité du dépôt n'ont pas été suffisamment significatives pour influencer la séparation. En outre, la capacité de rétention du gel d'albumine est supérieure à celle du dépôt de CaCO3. Ce dernier point a nécessité la vérification de la présence ou non d'un gel à la surface du dépôt et ce à partir d'un calcul permettant de prévoir le régime de filtration ayant lieu.
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CE TRAVAIL CONCERNE L'ETUDE DE L'EFFET DES PARAMETRES GOUVERNANT DEUX TECHNIQUES HYDRODYNAMIQUES, LE BACKPULSE (OU CONTRE-LAVAGE) ET LE DEBIT PULSE, QUI PERMETTENT DE LUTTER CONTRE LE COLMATAGE DES MEMBRANES. CES DEUX TECHNIQUES ONT ETE APPLIQUEES A LA MICROFILTRATION TANGENTIELLE DU JUS DE POMME SUR MEMBRANES MINERALES. NOUS AVONS, DANS UNE PREMIERE PARTIE, CHERCHE LES PRINCIPAUX PARAMETRES RESPONSABLES DE L'EFFICACITE DU BACKPULSE. UN MODELE, BASE SUR UN FLUX DE SOLUTE EN RETRO-TRANSPORT INDUIT HYDRODYNAMIQUEMENT, EST PROPOSE AFIN DE DECRIRE LA REFORMATION D'UNE COUCHE DE DEPOT ENTRE DEUX RETROFILTRATIONS. DANS UNE DEUXIEME PARTIE, NOUS AVONS CHERCHE A OPTIMISER L'EFFICACITE DE LA TECHNIQUE DE DEBIT PULSE EN BATCH MONOTUBE EN TERME DE FLUX DE FILTRATION. UN SIGNAL DE DEBIT ET DE PRESSION PRESENTANT UNE FAIBLE CONSOMMATION ENERGETIQUE ADDITIONNELLE NOUS A PERMIS D'ATTEINDRE UNE AUGMENTATION DE FLUX DE 55%. LA DERNIERE PARTIE A CONCERNE LA MISE EN UVRE DU DEBIT PULSE APPLIQUE CETTE FOIS A L'ECHELLE PILOTE SUR UN BANC MUNI D'UNE BOUCLE DE RECIRCULATION
Author: Anne Jimenez-Lopez Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 245
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Les opérations à membrane sont largement utilisées en industrie laitière. La maîtrise de la conduite de ces opérations (durées de production, régularité des produits) passe par la compréhension de la structuration (mise en place, structure, propriétés de transfert...) des couches de matière accumulées à la membrane. L’apparition et la structuration de ces couches, qui gèrent les performances de filtration, dépendent conjointement de la physico-chimie du lait et des paramètres hydrodynamiques de filtration. L’objectif de cette thèse est de mieux comprendre les mécanismes d’apparition et de structuration de la matière accumulée lors de la microfiltration tangentielle (taille de pores 0,1 *m) de lait écrémé à température de production industrielle (48°C). Des dépôts de caractéristiques différentes (structure, réversibilité, transfert de matière) ont donc été crées en combinant des modifications contrôlées et quantifiées de la physico-chimie du lait (pH, force ionique, nature des ions) et de l’hydrodynamique de filtration. Les modifications physico-chimiques retenues, sélectionnées parmi un ensemble de conditions testées, permettent de faire varier les caractéristiques de taille et de charge des micelles de caséines, qui sont supposées être les constitutants majoritaires du dépôt. Dans ce travail, trois points majeurs sont à souligner : les micelles de caséines ont été montrées comme les constituants majoritaires du dépôt formé en surface de la membrane et sont de ce fait les constituants responsables des conditions critiques de filtration
Author: El Arbi Rjimati Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 218
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LA CARACTERISATION PHYSIQUE, PAR MICROSCOPIE ELECTRONIQUE, DES MEMBRANES MINERALES MICROPOREUSES PERMET DE CALCULER UNE PERMEABILITE THEORIQUE DU MILIEU FILTRANT ET DE METTRE EN EVIDENCE, LE CAS ECHEANT, UNE STRUCTURE COMPOSITE. LA COMPARAISON DES VALEURS THEORIQUES AUX VALEURS EXPERIMENTALES, MESUREES PAR PERMEAMETRIE A L'EAU, PERMET DE QUANTIFIER CET EFFET COMPOSITE AINSI QUE LES INTERACTIONS POSSIBLES ENTRE LE PERMEAT ET LA SURFACE MEMBRANAIRE. LA FILTRATION D'UNE SUSPENSION DE MICROPARTICULES DE BENTONITE PROVOQUE LA MISE EN PLACE QUASI-INSTANTANEE D'UN DEPOT PARTICULAIRE TRES FIN MAIS HOMOGENE SUR LA SURFACE MEMBRANAIRE. CE DEPOT JOUE LE ROLE DE MEMBRANE DYNAMIQUE, SA RESISTANCE A L'ECOULEMENT EST PREPONDERANTE DEVANT CELLE DE LA MEMBRANE ORIGINALE. SI LA VALEUR DE CETTE RESISTANCE DEPEND PEU DE LA PERMEABILITE DE LA MEMBRANE CHOISIE OU DES CONDITIONS DE CIRCULATION DU RETENTAT, ELLE EST UNE FONCTION CROISSANTE DE LA PRESSION OPERATOIRE CHOISIE ET DE LA CONCENTRATION PARTICULAIRE DE LA SUSPENSION A FILTRER. UNE REPRESENTATION PARAMETRIQUE DE LA VARIATION DE LA RESISTANCE DU DEPOT EN FONCTION DES PARAMETRES OPERATOIRES TESTES EST PROPOSEE. ENFIN, SI DANS LES CONDITIONS TESTEES, L'APPLICATION D'UN CHAMP ELECTRIQUE A PEU D'EFFET SUR LES FLUX DE PERMEAT OBTENUS, UNE CIRCULATION DE GROSSES PARTICULES (PROMOTEURS DE TURBULENCE) DANS LE RETENTAT PERMET UNE INTENSIFICATION IMPORTANTE DU PROCESSUS, LE FLUX DE FILTRAT OBTENU EST MULTIPLIE PAR UN FACTEUR 6
Author: RENAUD.. LIBERGE
Author: RENAUD.. LIBERGE
Author: Djaffar Si Hassen
Author: Yvette Jiokap Nono
Author: YOUB KHALED.. BENKAHLA
Author: Gaëlle Collet
Author: Claudine Vétier
Author: Yakout Neggaz Benhabiles
Author: PASCAL.. BLANPAIN
Author: Anne Jimenez-Lopez
Author: El Arbi Rjimati