Effect of volatile organic impurities on permeation flux and selectivity during bioethanol dehydration by vapour permeation

Déshydratation de bioéthanol par procédés membranaires : Effet de la présence d’impuretés organiques volatiles sur les transferts de matière

Marwen Moussa (1) , Violaine Athès (2) , Najla Kassaji (1) , Isabelle Souchon (1)

1 GMPA - Génie et Microbiologie des Procédés Alimentaires
2 AgroParisTech

This work was aimed to study the performance of a new hydrophilic hallow-fiber and asymmetric polyimide membrane in dehydrating grape marc bioethanol using a vapor permeation pilot-plant. Grape marc bioethanol with variable concentrations in volatile organic compounds (VOC) was used. Concentration in water, ethanol and VOC were determined in permeate and retentate phases in order to calculate membrane selectivity and flux. Mass transfer mechanisms were then analyzed by taking into account the thermodynamic properties of the different molecules and the properties of membrane materials. Results showed that continuous dehydration of grape marc bioethanol up to 0.3% w/w of residual water was possible using the membrane module studied, in conformity with the UE regulation. Moreover, it was shown that this new membrane was able to reduce the amount of methanol in grape marc bioethanol during its dehydration. Taken together with advantages in term of energy consumption and CO2 emission, these promising results highlight the positioning of this membrane process with regard to the traditional techniques used for ethanol dehydration in the world industry (azeotropic distillation, dehydration on molecular sieves). Key words: grape marc bioethanol, dehydration, vapour permeation, selectivity, flux.

Ce travail est axé sur l’étude du potentiel de trois types de membranes de déshydratation : organique en polyimides, minérale en silicium et hybride (technologie HybSi) pour la déshydratation de l’éthanol jusqu’à une teneur supérieure ou égale à 99,7 % m/m en éthanol. La démarche expérimentale a consisté dans un premier temps à établir le fonctionnement optimal du procédé préalablement à l’étude de l’influence des conditions opératoires sur les performances du procédé de déshydratation, en mode de perméation de vapeur et de pervaporation. Les essais de déshydratation ont ensuite été réalisés en utilisant des solutions hydro-alcooliques modèles à différentes concentrations, additionnées de composés organiques volatils. Les performances des membranes testées ont été caractérisées afin de comprendre les mécanismes de transfert de matière et le rôle des composés organiques du milieu sur la sélectivité et le flux membranaires.

Mots clés: grape marc bioethanol; dehydration; vapour permeation; selectivity; flux

Mots clés: Déshydratation; Bioéthanol; Perméation de vapeur; Pervaporation; sélectivité des transferts

Domaines: Ingénierie des aliments; Génie chimique

Marwen Moussa, Violaine Athès, Najla Kassaji, Isabelle Souchon. Déshydratation de bioéthanol par procédés membranaires : Effet de la présence d’impuretés organiques volatiles sur les transferts de matière. XIIIe Congrès de la Société Française de Génie des Procédés, Nov 2011, Lille, France. ⟨hal-01627342⟩