Dynamic characterization and modelling of mass transfers during vapour induced phase separation process

Caractérisation dynamique et modélisation des transferts de matière au cours du procédé de séparation de phase induite par absorption de vapeurs d'eau

• Auteur / Autrice : Warit Werapun
• Direction : Jean-Pierre Desfours, Denis Bouyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Montpellier 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie infrarouge proche

Modèles mathématiques

Transfert de masse

Séparation (technologie)

Mots clés libres

Séparation de phase

Transferts de matière

Modélisation

Procédé VIPS

Spectroscopie proche infrarouge

Résumé

Les membranes poreuses à base de polymère synthétique peuvent être élaborées suivant différents procédés, qui font intervenir (i) un changement de température (TIPS), (ii) un séchage (dry cast), ou la mise en contact d'une solution de polymère avec un non-solvant, usuellement de l'eau. Dans ce dernier cas, la solution peut être directement immergée dans le bain de non-solvant (wet process) ou bien exposée à des vapeurs de non-solvant (VIPS). Cette thèse a pour objectif d'étudier les cinétiques de transferts (solvant et non-solvant) au cours du procédé VIPS, lesquelles influencent fortement les morphologies des membranes. Différents systèmes polymère/solvant/non-solvant ont été étudiés. Les cinétiques de transfert ont été suivies expérimentalement via des analyses gravimétrique, de spectroscopie proche InfraRouge et de spectroscopie Raman, réalisées in-situ et en ligne. La simulation numérique des transferts a également été réalisée afin de suivre les profils de concentration au sein de la matrice polymère au cours du temps. Les résultats numériques ont été validés par les analyses expérimentales et confrontés aux analyses morphologiques des membranes formées.

Polymeric membranes can be prepared using different phase separation processes (i) temperature induced phase separation (TIPS) (ii) dry cast (iii) non solvent induced phase separation (NIPS). In the latter case, the demixion of the solution can be achieved by a direct immersion in a non solvent bath (wet process) or by the exposure to non solvent vapours (vapour induced phase separation process - VIPS). The aim of this work was to study the mass transfert phenomena (solvent evaporation and non-solvent absorption) during the VIPS process. Different polymer/solvent/non-solvent systems were studied. Dynamic characterizations were conducted using gravimetric measurements, and spectroscopic methods (near infrared and raman spectroscopy). Numerical simulation of the mass transfers was realised in order to draw with time the concentration profiles in the bulk polymer solution. Numerical results have been validated by in-situ experimental data et discussed in relation with the obtained membrane morphology.