Eco-conception d’une machine de nettoyage à sec par intégration d’un procédé membranaire pour la déshydratation du solvant

Eco-design of a dry cleaning machine by integration of a pervaporation stage for solvent dehydration

• Auteur / Autrice : Oleksandr Dimitrov
• Direction : Pierrette Guichardon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Physique des fluides
• Date : Soutenance le 17/12/2019
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique, Modélisation et Procédés Propres (M2P2) (Marseille, Aix-en-Provence) - Laboratoire de Mécanique- Modélisation et Procédés Propres / M2P2
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierrette Guichardon, Denis Roizard, Boris Kosoy, Ilham Mokbel, Isabelle Raspo, Sylvain Marc
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Denis Roizard, Boris Kosoy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Extraction par solvant

Mots clés libres

Nettoyage à sec

Déshydratation du solvant

Séparation membranaire

Équilibre de phases

Éco-conception

Dry cleaning

Solvent dehydration

Membrane separation

Phase equilibria

Eco-design

Résumé

La présente thèse porte sur l’éco-conception d’une machine de nettoyage à sec par intégration d’un procédé membranaire pour la déshydratation du solvant. Ce solvant, appartenant à la famille des « solvants verts », a été développé afin de remplacer le toxique perchloroéthylène. Après les cycles de lavage, le solvant contient des différentes fibres, colorants ainsi que de l’eau. Lorsque la teneur en eau est relativement grande (aux alentours de 10%wt), le solvant provoque le rétrécissement des textiles et il est primordial de le déshydrater. Les machines actuelles de nettoyage à sec sont équipées par un distillateur batch. Dû à ses limitations, il n’est pas possible de séparer l’eau et le solvant de manière efficace. Dans ce contexte, un procédé membranaire a été proposé en tant qu’une solution alternative.Pour ce procédé membranaire, une étude expérimentale a été réalisée. Lors de cette étude, la faisabilité de la déshydratation du solvant a été prouvée. De plus, une très haute efficacité énergétique et de séparation a été observée. Afin de caractériser le mélange eau-solvant, une étude thermodynamique a été également menée. Les résultats expérimentaux et théoriques ont permis d’obtenir les données importantes des équilibres de phases qui n’ont pas été publiées auparavant. Ces données ont servi pour caractériser le transport membranaire ainsi qu’estimer tous les paramètres indispensables pour la conception de l’étape de déshydratation.

The present thesis covers the eco-design of a dry cleaning machine by integration of a membrane process for solvent dehydration. This solvent belongs to the family of “green” solutions and has been developed to replace the hazardous perchloroethylene. After washing cycles, the solvent contains fibers, colorants and water. The presence of water represents an issue because relatively high water concentrations (about 10%wt) in solvent can shrink the textiles. Hence, the solvent should imperatively be dehydrated. The current dry cleaning machines are equipped with a simple one-stage distillation. Due to this limitation, the water can not be efficiently separated from the solvent. As an alternative solution, an implementation of the membrane process was proposed.The experimental investigation was carried out for the membrane process. It has proven the feasibility of the solvent dehydration and has demonstrated an extremely high separation and energy efficiency. In order to characterize water-solvent mixture, an in-depth thermodynamic study was performed. The experimental and theoretical results allowed to obtain valuable phase equilibria data that have not previously been documented. These data have served to correctly characterize the membrane transport and to estimate all the required parameters for further dehydration stage design.