Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
L’utilisateur d’un procédé de filtration membranaire d’osmose inverse, de nanofiltration, d’ultrafiltration et de microfiltration recherche une productivité (perméation) maximale avec une efficacité (sélectivité) répondant aux contraintes fixées. Cet article est une approche théorique des phénomènes de perméabilité et de sélectivité intervenant dans ces procédés. Sont présentées les conséquences de ces phénomènes sur l'efficacité du procédé avec notamment les conséquences des phénomènes de polarisation et de colmatage sur la perméabilité du procédé et le rôle des transferts membranaires sur la sélectivité du procédé.
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The user of a reverse osmosis membrane filtration process, nanofiltration, ultrafiltration and microfiltration is looking to obtain maximum productivity (permeation) with a degree of efficiency (selectivity) in compliance with the set requirements. This article is a theoretical approach to the phenomena of permeability and selectivity involved in these processes. It presents the impact of these phenomena on the process efficiency, and in particular the influence of the polarization and filling phenomena on the permeability of the process as well as the role of membrane transfers on the selectivity of the process.
Auteur(s)
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Pierre AIMAR : Laboratoire de génie chimique UMR CNRS/INP/UPS Université Paul Sabatier (Toulouse)
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Patrice BACCHIN : Laboratoire de génie chimique UMR CNRS/INP/UPS Université Paul Sabatier (Toulouse)
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Alain maurel : Consultant
INTRODUCTION
L'objectif de ce dossier est d'analyser théoriquement l'efficacité des procédés de filtration membranaire d'osmose inverse OI, de nanofiltration NF, d'ultrafiltration UF et de microfiltration MFT à travers leur perméabilité et leur sélectivité. L'effet des conditions opératoires sur ces conditions de fonctionnement est détaillé et des ordres de grandeur des phénomènes mis en jeu sont donnés. Quelques éléments concernant le couplage de procédés ainsi que des comparaisons qualitatives entre procédés membranaires et autres opérations unitaires sont apportés.
Ce dossier doit permettre de trouver des explications et donc des solutions à des problèmes de fonctionnement et de prendre possession des outils et du savoir-faire nécessaires pour concevoir et optimiser les installations de filtration membranaire. Il s'appuie sur le dossier [J 2 789] pour les considérations théoriques et les mécanismes de transfert à partir desquels est développée l'analyse théorique des procédés. De façon simplifiée, le dossier [J 2 789] présente la cause des phénomènes (les mécanismes de transfert mis en jeu) alors que ce dossier présente les conséquences de ces phénomènes sur l'efficacité du procédé avec notamment les conséquences des phénomènes de polarisation et de colmatage sur la perméabilité du procédé et le rôle des transferts membranaires sur la sélectivité du procédé.
Le système d'unité est le système international SI, exception faite pour des unités hors système encore employées couramment dans la profession, telles que L · h–1 · m–2 pour les débits spécifiques des membranes.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de déc. 1974 par Alain MAUREL
- Version archivée 2 de juin 1993 par Alain MAUREL
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Procédés chimie - bio - agro > Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique > Opérations unitaires : techniques séparatives sur membranes > Filtration membranaire (OI, NF, UF, MFT) - Aspects théoriques : perméabilité et sélectivité > Conclusions. Comparaison avec les techniques concurrentes
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Efficacité du procédé4. Conclusions. Comparaison avec les techniques concurrentes
Le tableau 14 résume les principales caractéristiques des différentes techniques séparatives à membranes.
Dans la plupart des cas, les techniques à membranes se trouvent en concurrence, pour une application donnée, avec des procédés plus conventionnels. Il nous a donc semblé intéressant de résumer, en conclusion, leurs avantages ainsi que leurs inconvénients.
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Avantages des techniques à membranes
– Elles opèrent à température ambiante en général, d'où l'absence de dénaturation des molécules fragiles telles que les protéines et le respect des qualités organoleptiques grâce à l'absence de choc thermique.
On peut citer comme exemple la concentration de jus de tomate par osmose inverse ou la débactérisation du lait par microfiltration tangentielle.
– La séparation est fondée sur des critères physiques (diamètres de pores) et ne fait pas intervenir de réactifs chimiques comme extractant (solvants, acides, bases...), réactifs qui sont, en général, une source importante de pollution.
Ainsi, dans le cas de la déminéralisation de l'eau, l'osmose inverse présente un avantage par rapport à l'échange d'ions qui produit des quantités importantes d'effluents.
– Elles ne font pas intervenir de changement de phase ; il n'y a donc pas d'enthalpie à fournir, ce qui permet, par rapport à l'évaporation, d'être plus économe en énergie.
À titre d'exemple, l'osmose inverse connaît un développement important dans le domaine du dessalement de l'eau de mer, en particulier parce que la consommation d'énergie associée au procédé est très faible.
– Les procédés peuvent fonctionner en continu et sont simples et faciles à automatiser, du moins en principe. Ainsi, contrairement à la filtration frontale ou à l'échange d'ions, qui sont des procédés séquentiels (avec des phases de fixation et d'élution pour l'échange d'ions), la circulation tangentielle du liquide à traiter permet d'éviter l'accumulation progressive de dépôts. Cet avantage doit toutefois être pondéré par la nécessité de procéder à des nettoyages périodiques des membranes.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MERTEN (U.) - Desalination by reverse osmosis. - MIT Press Cambridge (1966).
-
(2) - VILKER (V.L.), COLTON (C.K.), SMITH (K.A.), GREEN (D.L.) - The osmotic pressure of concentrated protein and lipoprotein solutions and its significance to ultrafiltration. - Journal of membrane science, 20, p. 63-77 (1984).
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(3) - BONNET-GONNET (C.), BELLONI (L.), CABANE (B.) - Osmotic pressure of latex dispersions. - Langmuir, 10, p. 4012-4021 (1994).
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(4) - ESPINASSE (B.) - Approche théorique et expérimentale de la filtration tangentielle de colloïdes : flux critique et colmatage. - Thèse de l'Université Paul Sabatier (2003).
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(5) - THIJSSEN (H.A.C.) - Concentration processes for liquid foods containing volatile flavors and aromas. - J. Food Technol., 5, p. 211-229 (1970).
-
(6) - RAUTENBACH (R.), ALBRECHT (R.) - Membrane...
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ANNEXES
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NF X 45-103 - 12-97 - Filtration des liquides. Membranes poreuses. Taux de rétention des membranes d'ultrafiltration et de nanofiltration - -
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