Comparative study of some pervaporation membranes for bioethanol dehydration
Etude comparative d'une sélection de membranes de déshydratation de bioéthanol par pervaporation
Résumé
According to the EU regulation EN NF 15376, bioethanol needs to be dehydrated prior to its use as a fuel.
Hydrophilic membrane pervaporation is largely described as a promising alternative to molecular sieves
and azeotropic distillation, the ordinary techniques for ethanol dehydration. Three major types of
pervaporation membranes have been studied in the literature: organic (polymeric) membranes, inorganic
membranes and hybrid membranes.
Extensive research works have been focused on membrane overall performances (flux and selectivity).
However, most of these studies did not systematically distinguish the contribution of the intrinsic
parameters, i.e. membrane permeance or permeability (sorption-diffusion through the membrane) from
that of driving force in the total flux determined. Moreover, in most cases, experiments were performed
using ethanol that has undergone several distillations to remove volatile organic compounds impurities.
Ethanol obtained from agricultural residues may contain high amount of volatile impurities. For example,
the fermentation of grape marc produces bioethanol that contains methanol and some long chain alcohols.
Such impurities can modify the performances of pervaporation membranes.
This work aimed to study the performances of four pervaporation membranes: inorganic (Me-Si®),
hybrid (Hyb-Si®) and two polymeric (PVA) membranes. These membranes were compared in terms of
flux, permeance and selectivity using pure, binary (ethanol+water), ternary (ethanol+water+methanol)
and complex (grape marc bioethanol) mixtures. Results show that, for a given membrane, permeance was
not constant as often stated in the literature, but varied depending on operating conditions and mixture
composition. Emphasis has been put on drag and competition effects involved between molecules. These
key phenomena induced changes in membrane permeance and selectivity depending on feed mixture
complexity.
Keywords : Permeance, Membrane, Pervaporation, Dehydration, Bioethanol
Ce travail vise à mieux comprendre l'effet des impuretés organiques sur les mécanismes de transport dans le cas de membranes de pervaporation utilisées pour la déshydratation de bioéthanol. Quatre membranes ont été étudiées : une minérale en silicium méthylé (Me-Si®), une hybride (Hyb-Si®) et deux polymériques en poly vinyl-alcool (PVA). Les performances des membranes ont été caractérisées en termes de flux, de perméance et de sélectivité en utilisant des composés purs, en mélange binaire (éthanol+eau), en mélange ternaire (éthanol+eau+méthanol) et en mélange dit complexe (bioéthanol d'origine vinique) contenant des alcools supérieurs. Les résultats de cette étude ont montré que pour une membrane donnée, la perméance n'est pas un paramètre constant comme c'est souvent évoqué dans la littérature et qu'elle varie selon les conditions opératoires et selon la composition de la solution à traiter. De plus, la présence d'impuretés organiques comme le méthanol entraine des modifications dans la perméance et la sélectivité membranaire en raison des interactions entre les espèces présentes dans le bioéthanol : phénomènes de compétition et de transport facilité. L'impact de ces interactions sur la perm-sélectivité membranaire varie selon la nature de la membrane.
Domaines
Sciences de l'ingénieur [physics]
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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