Etude de la distillation membranaire sous vide pour le dessalement d'eau de mer : de l'analyse des mécanismes de transfert à l'optimisation énergétique du procédé

par David Wirth

Thèse de doctorat en Énergétique et transferts

Sous la direction de Corinne Cabassud.

Soutenue en 2002

à Toulouse, INSA .

mots clés

• Séparation par membranes
• Séparation (technologie)
• Membranes (technologie)
• Eau salée -- Dessalement
• Eau salée -- Dessalement -- Distillation
• Transfert de masse
• Transfert de chaleur

Résumé

L'objectif de cette thèse est d'étudier la faisabilité du procédé de distillation membranaire sous vide (DMV) pour le dessalement d'eau de mer. Une première partie expose différents résultats expérimentaux obtenus avec des modules de distillation composés de fibres creuses méso-poreuses. Deux configurations, interne/externe et externe/interne, ont été étudiées afin d'évaluer l'influence de l'hydrodynamique sur le transfert de chaleur et de matière. L'influence de la polarisation de concentration et de température sur le flux de perméat a été caractérisée expérimentalement. En deuxième partie de l'étude, une modélisation des phénomènes de transfert a été développée et validée par des résultats expérimentaux. Les profils longitudinaux de température et de concentration ont été considérés. Deux installations industrielles ont été considérées et une analyse énergétique a permis de conclure sur les possibilités de la DMV pour le dessalement d'eau de mer en comparaison avec l'osmose inverse.

Titre traduit

Study of vacuum membrane distillation for seawater desalination : from an analysis of transfer mechanisms to the energy optimisation

Résumé

The aim of this thesis was to study the feasibility of vacuum membrane distillation process for seawater desalination. The first part shows different experimental results obtained with hollow fibre modules containing macro-porous membranes. Two module configurations, inside/out and outside/in, were investigated in order to determine the influence of hydrodynamics on heat and mass transfer. The influence of concentration and temperature polarisation on permeate flux was characterised. In a second part of the study, a modelling of transfer phenomena was developed and validated by experimental results. Longitudinal profiles of temperature and concentration were considered. Two plant design were considered and an analysis of energy consumption, for these plants, allow us to conclude on the potentiality of VMD for water desalination, in comparison with reverse osmosis.