Cyclic membrane gas separation processes

par Lei Wang

Thèse de doctorat en Génie des Procédés et des Produits

Sous la direction de Éric Favre et de Jean-Pierre Corriou.

Le président du jury était Daniel Tondeur.

Le jury était composé de Hervé Duval.

Les rapporteurs étaient Xuan Mi Meyer, José Sanchez.

  • Titre traduit

    Séparation membranaire de composés gazeux en régime cyclique


  • Résumé

    Ce travail traite une investigation systématique des performances du procédé membranaire cyclique par séparation gazeuse. Premièrement, l'état de l'art du procédé membranaire cyclique, les problèmes techniques et la modélisation du transfert à travers la membrane ont été exposés. Deuxièmement, les études théoriques et expérimentales existantes sur le procédé cyclique sont passées en revue. Selon la durée de pression haute et sa fraction dans un cycle, ce genre d'opération est divisé en deux classes: classes courte et longue. D'après cette classification, une analyse systématique de l'intérêt potentiel de la classe courte par rapport aux performances d'une opération en régime permanent a été accomplie par des simulations et optimisations numériques. Par ailleurs, afin d'améliorer la performance, l'usage du MMM dans un tel procédé a été discuté. En parallèle à l'étude sur la classe courte, une nouvelle conception du procédé cyclique de classe longue a été proposée. Les avantages spectaculaires par rapport aux procédés membranaires classiques ont été mis en évidence à l'aide de nos simulations et optimisations. Finalement, une validation expérimentale a été effectuée afin de fournir un support solide à cette nouvelle conception


  • Résumé

    This study deals with a systematic investigation of the performance of cyclic membrane gas separation processes. First, a state of the art of membrane separation processes, including material challenges and mass transfer modeling issues is proposed. In a second step, a review of the different theoretical and experimental studies performed on cyclic processes is reported. With respect to the length of the high pressure stage and its fraction in one cycle, these operations are classified into short and long classes. Based on this classification, a systematic analysis of the potential interest of short class compared to steady-state operation performances has been achieved by means of numerical simulation and optimization. In order to improve the performance, the use of MMM in such a process has been further discussed. In parallel with the short class study, a design of novel long class has been proposed. Spectacular advantages with respect to classical membrane-based processes have been highlighted by means of our simulation and optimization studies. Finally, an experimental verification has been performed in order to provide a solid support to this novel process


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