Thèse soutenue

Pervaporation de composés purs : approche expérimentale du couplage entre transfert de matière et transfert de chaleur
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Auteur / Autrice : Sid-Ali Amine Toudji
Direction : Emilie CarretierJean-Laurent GardareinJean-Philippe Bonnet
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des procédés
Date : Soutenance le 10/04/2018
Etablissement(s) : Aix-Marseille
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de l'Environnement (Aix-en-Provence)
Jury : Président / Présidente : Violaine Athès
Examinateurs / Examinatrices : Murielle Rabiller-Baudry, David Dominique Brutin
Rapporteurs / Rapporteuses : Laetitia Perez, Éric Favre

Résumé

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L'objectif de ce travail est l'étude du procédé de pervaporation et plus particulièrement la compréhension des mécanismes de transfert de masse et de chaleur dans une membrane en polymère qualifiée de dense. Une meilleures compréhension des mécanismes permettrait de lever les verrous limitant le développement de ce procédé, comme les faibles flux de matière ainsi que l'origine et la quantité de chaleur nécessaire au transfert à travers la membrane. Pour cela, nous avons développé un dispositif expérimental qui permet de mesurer en simultané les densités de flux de matière et de chaleur. La configuration frontale statique de perméation du dispositif mis en place donne accès au profil de température du liquide d'alimentation. Ces données de température ont permis de calculer les densités de flux de chaleur engagées durant les expériences de pervaporation grâce à un calcul par méthode inverse couplé à une simulation STAR CCM+. La densité de flux de matière est mesurée par une nouvelle méthode. La nouvelle méthode utilise un capteur de pression situé dans le réservoir d'alimentation permettant de mesurer en continu la densité de flux de matière synchronisée avec la mesure des températures. Afin de simplifier au maximum les contraintes expérimentales, nous nous sommes restreints à la perméation de composés purs. La corrélation des deux flux mesurés nous a conduit à observer que la quantité de chaleur prise au fluide en amont pour pervaporer une unité de masse de liquide pur est inférieure à la quantité de chaleur nécessaire pour vaporiser ce même liquide. Elle représente 50 % de celle-ci dans le cas de l’eau et seulement 25 % dans le cas de l’éthanol.