Transmembrane distillation for recovery of industrial aqueous effluents - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2023

Transmembrane distillation for recovery of industrial aqueous effluents

Distillation transmembranaire pour la valorisation d'effluents aqueux industriels

Abstract

The major subject of this research is the conceptual study of a transmembrane distillation process for the recovery of industrial effluents. The scientific issues studied in this work are covered by advanced separation processes: Materials: dense or porous polymers, experimental quantification at laboratory scale of the mass transfer mechanism, modelling of mass and heat coupled transfers, process simulation and optimization. In this thesis, the technological issues are addressed by a process simulation approach. A numerical unit operation brick for membrane technology simuation is proposed. It considers the physical and chemical phenomena at three levels: material, module (geometry, flow patterns) and process (operating conditions). The generic mathematical model presented in this work is adapted to three systems of industrial interest: water desalination (non-volatile component), boron-containing effluent treatment (component less volatile than water) and ammonia recovery (component more volatile than water). The adaptation of the mathematical model is based on experimental data found in the literature and complemented by experiments performed on laboratory-scale equipment. These experiments target the comprehension of the two main phenomena necessary for the calculation of the process selectivity: the modelling of the liquid-vapour equilibrium and the evaluation of the transfer coefficients for each component at the material level. This dedicated code, modified with the experimental results, is then integrated into a process simulation software, allowing architecture optimization, process synthesis and optimization. Industrial issues are evaluated by comparing traditionally deployed technologies (thermal-based technologies) with membrane technologies based on the evaluation of energy and production performances. Finally, the results allow the identification of the transmembrane distillation potential for the selective separation of components as alternative processes to existing technologies.
Le sujet majeur de cette thèse porte sur l'étude conceptuelle d'un procédé de distillation transmembranaire pour la valorisation d'effluents industriels. Les enjeux scientifiques étudiés sont propres aux domaines couverts par les procédés de séparations avancés : Matériaux : polymères denses ou poreux, validations expérimentales à l'échelle laboratoire des modèles de transfert, modélisation du transfert de matière multiconstituants, transferts couplés matière / chaleur, simulation et optimisation de procédés. Dans cette thèse, les enjeux sont traités par simulation des procédés. Une brique d'opération unitaire dédiée aux calculs des technologies membranaires (telle que la distillation transmembranaire) est proposé. Il tient en compte des phénomènes physiques et chimiques à trois niveaux : à l'échelle du matériel, du module (géométrie) et du procédé (conditions opératoires). Le modèle mathématique générique présenté est adapté aux trois systèmes d'intérêt industriel : le dessalement d'eau de mer (composant non volatil), le traitement des effluents contenant du bore (composant moins volatil que l'eau) et la récupération de l'ammoniaque (composant plus volatil que l'eau). L'adaptation des modèles mathématiques est appuyée sur des données expérimentales de la littérature et complétée par des expériences réalisées sur des dispositifs à l'échelle du laboratoire. Ces expériences ciblent la caractérisation des deux phénomènes principaux nécessaires pour le calcul de la sélectivité du procédé : la modélisation des équilibres liquide-vapeur et l'évaluation des coefficients de transfert pour chaque composant au niveau du matériel. Ce code dédié, modifié avec des résultats expérimentaux, est ensuite intégré aux logiciels de simulation de procédés, permettant l'optimisation d'architecture, la synthèse et la simulation de procédés. Les enjeux industriels sont évalués par comparaison entre les technologies déployées traditionnellement et les technologies membranaires à partir de l'évaluation des performances énergétiques et de production. Finalement, les résultats permettent d'identifier le potentiel de la distillation transmembranaire pour la séparation sélective des composants d'intérêt industriel comme des procédés alternatifs aux technologies existantes.
No file

Dates and versions

tel-04601908 , version 1 (05-06-2024)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04601908 , version 1

Intranet access

Cite

Alvaro Andres Martinez Triana. Transmembrane distillation for recovery of industrial aqueous effluents. Chemical and Process Engineering. Université de Lorraine, 2023. English. ⟨NNT : 2023LORR0140⟩. ⟨tel-04601908⟩
0 View
0 Download

Share

Gmail Mastodon Facebook X LinkedIn More