Guide des techniques des industries de procédé
La pervaporation est une technique de séparation de liquides en solution.
L'un des constituants (le pervaporat), traverse préférentiellement une membrane et s'évapore à la face aval.
La sélectivité est obtenue par l'affinité du matériau de la membrane pour le composant qui la traverse.
Le mécanisme de pervaporation passe une étape d'absorption sur la membrane puis de diffusion du composé à extraire. Ces mécanismes exigent une affinité minimum de la membrane pour ces composés.
La distillation sur membrane utilise une membrane perméable aux gaz mais imperméable aux liquides. Ainsi pour le déssalement de l'eau de mer, la membrane est essentiellement hydrophobe.
La nature de la membrane dépend donc des composés à séparer.
On distingue:
- membranes de déshydratation de solvants
- membranes d'extraction d'organiques d'un grand volume d'eau
- membranes de séparation de solvants (oxygénés et aliphatiques, aromatiques et aliphatiques)
Les membranes utilisées industriellement sont en polymères.
Pour obtenir des flux importants, les couches sélectives sont très
minces (1/1000mm à 1mm), et sont déposée sur une membrane
d'ultrafiltration pour assurer une résistance mécanique minimum.
Les membranes sont assemblées en modules de plaques parallèles (plate and frame) ou en spirale (spiral wound).
La pression coté amont est modérée (3 à 5bars), et le coté aval est généralement sous vide.
Le débit traversant est augmenté en élevant la température coté amont
(vers 100°C), et en condensant la vapeur sous vide coté aval. La
sélectivité n'est pas affectée par les conditions opératoires.
L'énergie de vaporisation est fournie par la chaleur sensible du
liquide traité et plusieurs étages avec réchauffage intermédiaire peut
être nécessaire.
- On choisi généralement d'évaporer le composant minoritaire d'où une économie d'énergie par rapport à la distillation.
- Ce procédé ignore les azéotropes. Deux composés peuvent être séparés
selon leur affinité pour la membrane même s'ils forment un azéotrope.
- La température peut être plus basse que la température d'ébullition du mélange.
Elles sont limitées par l'existence d'une membrane adaptée.
- Séchage des organiques oxygénés (alcools, cétones, éthers, esters,...)
- Séchage des hydrocarbures aromatiques et chlorés
- Réaction d'estérification
- Séparation des organiques oxygénés des hydrocarbures aliphatiques
- Séparation des hydrocarbures aromatiques et aliphatiques
- Extraction d'organiques peu solubles et volatils depuis une solution aqueuse.
Exemple:(Informations Chimie n°368 p109) Séchage de méthyltertiobutyléther (MTBE)
La pervaporation est un procédé de séparation efficace mais peu productif (faible débit par unité de surface de membrane) et faisant appel à des membranes souvent coûteuses. Le traitement de débits importants nécessite de lourds investissements. Il peut être avantageux d'associer la distillation, procédé productif mais peu efficace dans certaines situations (azéotropes ou faible volatilité relative des constituants) avec la pervaporation pour un traitement préalable de l'alimentation ou complémentaire de flux issus de la distillation.
La productivité des membranes (débit de pervaporat par unité de
surface de membrane) est faible et leur coût élevé, ce qui freine leur
utilisation pour des traitements de flux importants.
Les membranes
sont généralement sensibles à la présence de sels dissous ainsi qu'aux
matières en suspension. Ce procédé ne convient donc pas généralement
pas au traitement d'effluents.