Étude comparative des procédés d'électrodialyse et d'électrodéionisation : application à la fabrication d'acide lactique

Comparative study of electrodialysis and electrodeionisation processes : Application to lectic acid production

• Auteur / Autrice : Frédéric Schab
• Direction : Georges Grévillot, Laurence Muhr
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 25/06/2007
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences du génie chimique (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : François Lapicque
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Georges Grévillot, Laurence Muhr, François Lapicque, Wolfgang Hoell, Daniel Sacco, Laurent David
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Wolfgang Hoell, Daniel Sacco

Mots clés

Mots clés contrôlés

Membranes échangeuses d'ions

Électrodialyse

Procédés chimiques

Lactique, Acide

Mots clés libres

Électrodialyse

Électrodéionisation

Membrane bipolaire

Acide faible

Acide lactique

Modèle

Simulation

Lactic acid

Electrodeionisation

Electrodialysis

Model

Simulation

Résumé

Le présent travail porte sur l’étude comparative des procédés d’électrodialyse et d’électrodéionisation. Les possibilités d’application des procédés électro-membranaires à la production d’acide lactique par voie fermentaire sont investiguées. Deux axes de recherche sont choisis : le premier consiste à extraire de manière continue le lactate de sodium hors du milieu de fermentation. Pour cela, un empilement d’électrodialyse ne comportant que des membranes anioniques est couplé au fermenteur : environ 95 % des ions lactate sont extraits lors de l’opération. Par comparaison avec une fermentation témoin en mode batch, aucune inhibition de la fermentation n’est observée, et la productivité est multipliée par 13. Le deuxième axe de recherche consiste à convertir le lactate de sodium en acide lactique : un taux de purification comparable à celui obtenu en échange d’ions est recherché. Un procédé continu d’électrodéionisation à membranes bipolaires permettant d’atteindre 99,9 % de taux de conversion est élaboré pour le traitement de produit dilué. Est présentée finalement la modélisation mathématique d’un compartiment d’électodéionisation : les points expérimentaux sont fortement similaires aux points recalculés

This work deals with the comparative study of electrodialysis and electrodeionization. The possibilities to integrate the electro-membrane processes in the lactic acid fermentive production lines are investigated. Two main research ways are chosen : the first one lies in the continuous extraction of natrium lactate out of the fermentation middle. For this, an electrodialysis stack of only anionic membranes is coupled with the fermenter : approximately 95 % of lactate are removed during the operation. By comparison with a standard fermentation in batch mode, no inhibition is observed, and the productivity is increased by 13. The second way is to convert the natrium lactate in lactic acid : a high purity rate is seeked. A continuous electrodeioniation process including bipolar membranes, leading to 99,9% conversion rate, is elaborated for the treatment of diluted solutions. Finally is presented the mathematic calculation of an electrodeionization compartment : experimental points and calculated values are very similar