nanofiltration osmose inverse

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  • Marion Alliet

    David Rouzineau

    MJ Janvier 2016

    Nanofiltration

    Osmose Inverse

  • 2 TP Nanofiltration

    Table des matires

    1 Introduction gnrale ................................................................................................. 3

    1.1 La microfiltration ..................................................................................................... 4

    1.2 L'ultrafiltration......................................................................................................... 4

    1.3 La nanofiltration ...................................................................................................... 5

    1.4 L'osmose inverse ...................................................................................................... 5

    2 La nanofiltration et losmose inverse ........................................................................... 5

    2.1 La nanofiltration ...................................................................................................... 5

    2.2 Losmose inverse ...................................................................................................... 6

    2.3 Dispositifs et modes de fonctionnement ................................................................. 7

    2.3.1 Fonctionnement type batch en boucle ouverte ................................................. 7

    2.3.2 Fonctionnement type batch en boucle ferme .................................................. 7

    2.3.3 Fonctionnement continu un tage ........................................................................ 7

    2.3.4 Fonctionnement continu plusieurs tages ............................................................ 8

    2.4 Caractrisation des membranes ............................................................................. 8

    2.4.1 Paramtres opratoires ............................................................................................ 8

    2.4.2 Phnomnes de polarisation et de pression osmotique .......................................... 9

    2.5 Influence des conditions opratoires ..................................................................... 12

    2.5.1 Vitesse dcoulement ............................................................................................. 12

    2.5.2 Pression transmembranaire ................................................................................... 12

    2.5.3 Concentration ......................................................................................................... 12

    2.5.4 Temprature ........................................................................................................... 12

    2.5.5 Temps ..................................................................................................................... 12

    3 Prsentation du pilote .............................................................................................. 13

    3.1 Schma de principe ................................................................................................ 14

    3.2 Description 15

    3.3 Nomenclature Installation ..................................................................................... 17

    3.4 Caractristiques ..................................................................................................... 18

    4 Utilisation du pilote .................................................................................................. 18

    4.1 Prparation de la solution ..................................................................................... 18

    4.2 Mise en route de lappareil .................................................................................... 19

    4.3 Autres cas de fonctionnement ............................................................................... 20

    4.4 Procdure darrt de lappareil ............................................................................. 20

    4.5 Utilisation de lchangeur tubulaire ...................................................................... 20

    5 Manipulations .......................................................................................................... 21

    5.1 Dtermination de la permabilit de la membrane leau .................................. 21

    5.2 Sparation de petites molcules par nanofiltration .............................................. 21

    5.3 Nettoyage (prvoir 30 minutes) ............................................................................ 21

    6 Exploitation des rsultats .......................................................................................... 21

    6.1 Pour le fonctionnement en eau ............................................................................. 21

    6.2 Pour le fonctionnement en purification ................................................................. 21

  • TP Nanofiltration 3

    1 Introduction gnrale

    Suite aux diffrentes crises nergtiques et conomiques, le dveloppement des

    biotechnologies a pris de lessor. En particulier, il sagit de recycler, transformer ou

    rcuprer la majeure partie de ce qui est considr comme sous-produit de lindustrie. A ce

    titre, de nombreux tableaux sont consacrs aux procds de sparation par membrane et

    plus particulirement lultrafiltration.

    Son principe est de sparer un fluide contenant des macromolcules en deux

    effluents (figure 1):

    un effluent enrichi en macromolcules : le rtentat, un effluent appauvri en celles-ci : le permat.

    Figure 1 : principe de fonctionnement de la sparation membranaire

    La sparation seffectue sous leffet dun gradient de pression grce une membrane qui

    joue le rle dun tamis molculaire. Ce procd de purification (pour l'eau par exemple) ou

    de concentration (caill de fromages) utilis depuis longtemps sur des bases empiriques, a

    pris un essor nouveau grce la fabrication de membranes en aluminium ou synthtiques,

    aux pores de plus en plus fins (figure 2), adaptables chaque technique et mme la base

    de nouvelles techniques.

    Figure 2 : gamme de filtration

  • 4 TP Nanofiltration

    1.1 La microfiltration

    Le diamtre des pores de la membrane est de 0,1 m 1 m, taille infrieure celle des

    bactries. Cette technique permet la dpollution de milieux liquides, en particulier les

    effluents des industries agroalimentaires.

    Certaines industries laitires prparent aussi du lait frais dbarrass des micro-organismes

    par ultrafiltration. Le lait entier cru est d'abord crm, la crme obtenue est pasteurise et

    dgaze 85-90C. Le lait crm est micro filtr, toutes les bactries sont arrtes par le

    filtre. La crme et le microfiltrat sont ensuite homogniss ensemble ; le mlange est

    refroidi. Le rendement est de l'ordre de 95,5 %. Le lait ainsi obtenu a une DLC de 15 jours

    4C. Commercialis sous le nom de lait frais microfiltr, il prsente les qualits

    organoleptiques du lait frais. C'est une alternative positive au lait UHT traditionnel qui

    prsente un got modifi par le traitement thermique.

    1.2 L'ultrafiltration

    L'ultrafiltration est une filtration travers une membrane pores plus fins. La technique

    ncessite la mise en uvre de pressions leves. L'ultrafiltration sur membrane permet

    d'amliorer le rendement des procds classiques puisqu'elle retient des particules de 0,006

    m, et de lancer sur le march de nouveaux ingrdients ou additifs. Les membranes sont

    minrales ou organiques. Lintrt de lultrafiltration rside dans le fait quelle ne fait pas

    intervenir de changement dtat ou de raction : elle est non destructrice. Ds lors elle

    savre nergtiquement conomique et particulirement adquate pour le traitement de

    composs labiles comme les biomolcules.

    La filire lait reprsente 75 % des installations d'ultrafiltration dans le monde.

    L'ultrafiltration est utilise pour la concentration des protines du lactosrum et de la

    casine, pour la pr-concentration en fromagerie, o le rendement est augment de 10 %, et

    pour la mise au point de produits nouveaux dans le domaine des produits frais : laits

    ferments, crmes desserts

    L'ultrafiltration fait son entre la ferme ; elle permet de pr-concentrer le lait pour le

    fromage et d'obtenir un jus lactos concentr pouvant tre utilis sur place pour

    l'alimentation du btail.

    La filire boisson utilise la microfiltration et l'ultrafiltration dans la fabrication des jus de

    fruits ; le rendement s'lve de 10 %, les cots de production sont abaisss de 30 %.

    L'ultrafiltration sert aussi clarifier les vins et la bire. La filtration de la bire est un norme

    march potentiel, mais le traitement devant se faire moins de 5C pose problme car les

    flux de permation des membranes sont trs faibles cette temprature.

    Se mettent en place :

    la filire des ovoproduits et la filire des produits obtenus partir du sang animal. Le plasma concentr par ultrafiltration permet d'obtenir des concentrs de protines

    ; l'hmoglobine hydrolyse par des enzymes peut aussi tre concentre par

    ultrafiltration ;

    la filire des protines vgtales permet d'obtenir des protines spcifiques de soja. L'industrie sucrire met au point une nouvelle gnration de produits dulcorants

    partir de vgtaux tels que bl, betterave, chicore ;

    la filire des produits de la mer. La chane "surimi" et ses drivs utilise l'ultrafiltration. L'ultrafiltration permet d'obtenir des produits alimentaires utiliss en

  • TP Nanofiltration 5

    tant que tels. Elle est aussi l'origine de drivs pr

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