Mise au point de nouvelles membranes de pervaporation pour extraire sélectivement le bioéthanol d’un réacteur de fermentation PDF Download
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Book Description
Le but de ce travail est de synthétiser de nouvelles membranes de pervaporation pour l’extraction de l’éthanol d’un bioréacteur et d’analyser de nouveaux procédés couplés pour produire de l’éthanol anhydre. Le polymère utilisé en général à cet effet est le PDMS qui est très hydrophobique. Nous avons mesuré les propriétés à l’équilibre et en diffusion pour des membranes en PDMS avec des solutions d’eau et d’éthanol pur ainsi qu’avec un mélange de ces deux solvants. Les quantités d’eau et d’éthanol sorbées dans le polymère sont indépendantes, ce qui signifie que le gonflement partiel du matériau est le même pour le solvant pur et en présence de l’autre solvant. La diffusion est mesurée par pervaporation des deux solvants purs ou mélangés à pression nulle et à pression variable. On observe que comme pour le comportement à l’équilibre, la diffusion des deux composants est indépendante l’une de l’autre. Un premier résultat intéressant est obtenu : le facteur d’enrichissement est indépendant de la concentration de la charge et il croit de 7,5 à 14 lorsque la pression aval croit de 0 à 100 mbar. De nouvelles matrices hybrides ont été synthétisées en mélangeant des nanoparticules de Silicalites ZSM-5, de zéolite β et de type HOG au PDMS. La membrane ayant les meilleures performances en pervaporation est la membrane mixte silicalite-PDMS à 40 % en masse de silicalite. Cette membrane présente un facteur d’enrichissement de 20 avec une augmentation du flux en éthanol de 20 % et une décroissance du flux d’eau de 30 % par rapport à une membrane en PDMS homogène. Nous avons finalement défini et calculé un nouveau procédé couplant des modules de pervaporation équipés des membranes optimisées et des modules de déshydratation de l’éthanol permettant de produire, à partir d’un réacteur de fermentation, de l’éthanol anhydre avec une consommation énergétique de 1,88 MJ/l (sans récupération de l’enthalpie de condensation) à 0,66 MJ/l (avec condensation de l’enthalpie de condensation).
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Le but de ce travail est de synthétiser de nouvelles membranes de pervaporation pour l’extraction de l’éthanol d’un bioréacteur et d’analyser de nouveaux procédés couplés pour produire de l’éthanol anhydre. Le polymère utilisé en général à cet effet est le PDMS qui est très hydrophobique. Nous avons mesuré les propriétés à l’équilibre et en diffusion pour des membranes en PDMS avec des solutions d’eau et d’éthanol pur ainsi qu’avec un mélange de ces deux solvants. Les quantités d’eau et d’éthanol sorbées dans le polymère sont indépendantes, ce qui signifie que le gonflement partiel du matériau est le même pour le solvant pur et en présence de l’autre solvant. La diffusion est mesurée par pervaporation des deux solvants purs ou mélangés à pression nulle et à pression variable. On observe que comme pour le comportement à l’équilibre, la diffusion des deux composants est indépendante l’une de l’autre. Un premier résultat intéressant est obtenu : le facteur d’enrichissement est indépendant de la concentration de la charge et il croit de 7,5 à 14 lorsque la pression aval croit de 0 à 100 mbar. De nouvelles matrices hybrides ont été synthétisées en mélangeant des nanoparticules de Silicalites ZSM-5, de zéolite β et de type HOG au PDMS. La membrane ayant les meilleures performances en pervaporation est la membrane mixte silicalite-PDMS à 40 % en masse de silicalite. Cette membrane présente un facteur d’enrichissement de 20 avec une augmentation du flux en éthanol de 20 % et une décroissance du flux d’eau de 30 % par rapport à une membrane en PDMS homogène. Nous avons finalement défini et calculé un nouveau procédé couplant des modules de pervaporation équipés des membranes optimisées et des modules de déshydratation de l’éthanol permettant de produire, à partir d’un réacteur de fermentation, de l’éthanol anhydre avec une consommation énergétique de 1,88 MJ/l (sans récupération de l’enthalpie de condensation) à 0,66 MJ/l (avec condensation de l’enthalpie de condensation).
Author: Pierre Christen Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 194
Book Description
UNE MEMBRANE LIQUIDE COMPOSEE D'UN SUPPORT POREUX HYDROPHOBE IMPREGNE D'UN SOLVANT ORGANIQUE A ETE MISE AU POINT; L'ISOTRIDECANOL S'EST AVERE ETRE BIOCOMPATIBLE, IMPERMEABLE AUX SELS ET AU GLUCOSE ET AUTORISE UN FLUX D'ETHANOL IMPORTANT (35 G/H.M**(2)). CETTE MEMBRANE LIQUIDE MISE EN OEUVRE AVEC UNE PHASE RECEPTRICE AQUEUSE A PERMIS, PAR L'EXTRACTION DE L'ETHANOL INHIBITEUR, UNE DETOXIFICATION SIGNIFICATIVE D'UN MOUT DE FERMENTATION EN ACTIVITE: AMELIORATION DE LA VIABILITE DES LEVURES ET DE PRODUCTIVITE DU FERMENTEUR D'UN FACTEUR 2,5. EN OUTRE, CE PROCEDE D'EXTRACTION A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE L'ACTIVITE INHIBITRICE DE METABOLITES SECONDAIRES. UNE ETAPE SUPPLEMENTAIRE DE CONCENTRATION EN LIGNE DE L'ETHANOL EXTRAIT PEUT ETRE REALISEE EN UTILISANT LE PROCEDE A MEMBRANE LIQUIDE AVEC UNE PHASE RECEPTRICE GAZEUSE ET UN PIEGE A FROID. ENFIN, UNE MODELISATION MATHEMATIQUE DES PHENOMENES DE TRANSFERT D'ETHANOL A TRAVERS UNE MEMBRANE LIQUIDE A PERMIS DE MIEUX CERNER LES RESISTANCES AU TRANSFERT ET A MONTRE L'IMPORTANCE DE PARAMETRES LIES AU SUPPORT (EPAISSEUR, POROSITE, TORTUOSITE, DES PORES) ET LIES AU SOLVANT (COEFFICIENT DE PARTAGE ET DIFFUSIVITE)
Author: Elisabeth Roy Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 154
Book Description
L'objectif de ce travail est d'extraire, par un procédé membranaire, l'éthanol produit par fermentation d'un substrat lignocellulosique par une bactérie thermophile bacillus stearothermophilus LLD16. Parmi les procédés membranaires relevant tout ou partie des équilibres liquide-vapeur, la distillation transmembranaire est le procédé retenu. Quatre sortes de matériaux membranaires sont testes avec différents seuils de coupure ; le polypropylène 0,2m ; le PVDF 0,2μm et le PTFE 0,2 et 0,02μm. En présence d'une solution aqueuse concentrée a 25 g.l-1 en éthanol, seules les membranes en PVFD et en PTFE offrent des résultats reproductibles et, optimaux pour des dépressions respectives de 190 et de 180mbars. La complexification progressive du milieu d'alimentation, d'un mélange synthétique à un réel moût de fermentation, oblige a délaisser la membrane en PVDF laquelle perd ses propriétés physico-chimiques en présence des acides formique et acétique. Quant à la membrane en PTFE 0,2mμ, la présence de la bactérie dans le moût de fermentation entraine une destruction progressive de la membrane qui semblerait être due au problème du rapport taille des bactéries/diamètre des pores. Ainsi, seule la membrane en PTFE dont le seuil de coupure est de 0,02μm, est apte à remplir la triple fonction de vaporisation préférentielle de l'éthanol et donc de rétention des acétique et formique et des microorganismes. Ce type de membrane est par ailleurs peu sensible au colmatage. Elle autorise des flux totaux de l'ordre de 10,5 kg.h-1.m-2, des flux d'éthanol de l'ordre de 3 kg.h-1.m-2 et un facteur d'enrichissement de l'ordre de 4. Lorsque le module de distillation transmembranaire est directement connecté au fermenteur, la concentration en bactéries passe de 3 à 7 g.l-1. En condition aérobie, cette concentration peut atteindre 10 g.l-1. Il faut toutefois noter que lorsque la concentration dépasse 7 g.l-1, la pression interne à la membrane augmente et reflète un début de colmatage. A partir de ces résultats différents schémas de procédés ont pu être ainsi proposés.
Author: Fella Boubekr
Author: Fella Boubekr
Author: Pierre Christen
Author: Elisabeth Roy