Modèles mathématiques des procédés de séparation membranaire

Mathematical modelling of membrane separation processes

• Auteur / Autrice : Viacheslav Perfilov
• Direction : Vlastimil Fila, José G. Sanchez Marcano, Ivo Vankelecom
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 03/12/2018
• Etablissement(s) : Montpellier en cotutelle avec Technical University of chemistry and technology (Prague), KU Leuven (1970-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Karel Bouzek
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vlastimil Fila, José G. Sanchez Marcano, Ivo Vankelecom, Karel Bouzek, Denis Roizard, Vladimir Jiřičný, Petr Zámostný, Denis Bouyer, Bart Van der Bruggen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Denis Roizard, Vladimir Jiřičný

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioréacteurs

Vibrations

Membranes (technologie)

Modèles mathématiques

Mots clés libres

Modélisation mathématique

Distillation membranaire à contact direct

Distillation membranaire avec balayage gazeux

Bioréacteurs membranaires anaérobiques

Mathematical modelling

Direct contact membrane distillation

Sweeping gas membrane distillation

Anaerobic membrane bioreactors

Résumé

Dans cette thèse ont été développés des modèles mathématiques pour les procédés de distillation membranaire à contact direct (DCMD) et avec balayage gazeux (SGMD) ainsi qu’un modèle sur l’hydrodynamique des bioréacteurs membranaires anaérobiques (AnMBRs) équipés d’un système de vibration membranaire induite (MMV). Les modèles pour la DCMD et la SGMD permettent de simuler le comportement des modules plats ou à fibres creuses sous différentes conditions opératoires, sans avoir recours aux données expérimentales ou à des équations empiriques pour les transferts de masse et de chaleur. Les modèles ont été validés avec des résultats expérimentaux et de la littérature et ont permis de déterminer l'influence de différents paramètres opérationnels et de la géométrie des modules sur les performances des procédés. Le modèle développé pour les AnMBRs équipés du système MMV permet d’étudier l’effet de la vibration membranaire sur l’hydrodynamique du réservoir. L’analyse paramétrique a permis d’étudier l’effet de la fréquence et de l’amplitude des vibrations sur la vitesse du fluide et la fraction volumique des solides dans le réservoir. Dans ce travail il a été démontré que les modèles proposés pourront être potentiellement appliqués à des études expérimentales préliminaires, l’optimisation des conditions opératoires, la conception des modules membranaires ainsi que pour l’estimation des coûts des procédés.

In this work have been developed general predictive models for direct contact membrane distillation (DCMD) and sweeping gas membrane distillation (SGMD) as well as a hydrodynamic model for anaerobic membrane bioreactors (AnMBRs) equipped with the induced membrane vibration (MMV) system. The DCMD and SGMD models allow simulating hollow fibre and flat sheet configurations under wide range of process conditions without empirical mass and heat transfer coefficients or laboratory experiments. The models have been validated with experimental and literature data. Indeed, the influence of operating conditions and membrane geometric characteristics on the process performance has been investigated. The model for AnMBRs with MMV studies the effect of the membrane vibration on the hydrodynamics of the AnMBR tank. The parametric study allows knowing, the effects of the vibration frequency and amplitude on the fluid velocity and volume fraction of solids. The conducted studies prove that all the proposed models would be potentially applied for the pre-experimental study, optimization of process conditions, design of membrane modules as well as for the further cost estimation of the processes.