Sur le procédé de fractionnement par CO2 supercritique en colonne garnie à contre-courant : étude fondamentale et appliquée

On the supercritical CO2 fractionation in counter-current packed column

• Auteur / Autrice : Aymeric Fabien
• Direction : Christelle Crampon, Elisabeth Badens
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement
• Date : Soutenance le 29/11/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de l'environnement (Aix-en-Provence)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique, Modélisation et Procédés Propres (M2P2) (Marseille, Aix-en-Provence) - Laboratoire de génie chimique (Toulouse ; 1992-....) - Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINAM) - Micro et nanomédecines translationnelles (Angers)
• Jury : Président / Présidente : Sylvain Faure
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Perrut, Séverine Camy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Dalmazzone, Selma Guigard
• DOI : 10.70675/1866f1c6z5ce4z4535z93bcz704b2f6939a6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génie chimique

Mots clés libres

Procédés propres

CO2 supercritique

Fractionnement

Modélisation

Engorgement

Propriétés interfaciales

Green process

Supercritical CO2

Fractionation

Modeling

Flooding

Interfacial properties

Résumé

Le fractionnement par CO2 supercritique est un procédé visant la séparation de différents composés présents au sein d’une alimentation liquide. Le développement de cette technologie apporte des réponses aux problématiques environnementales et techniques actuelles. L’objectif de ce travail est d’améliorer notre compréhension de ce procédé. Une étude fondamentale sur la séparation de mélanges éthanol-eau a été réalisée en faisant varier les paramètres opératoires : la pression (10 MPa et 15 MPa), la température (313 K et 333 K) et le rapport du débit de solvant sur le débit d’alimentation (de 8 à 80). Différentes modélisations ont été comparées aux résultats expérimentaux montrant certaines pistes d’amélioration de ces outils. Des mesures de la tension interfaciale et de l’angle de contact sur de l’acier inoxydable de ces mélanges éthanol-eau en atmosphère CO2 sous pression ont également été réalisées (313 K et 333 K ; de 0,1 MPa à 15 MPa). La tension critique de surface de l’acier inoxydable et le travail d’adhésion de ces mélanges sur ce matériau ont ainsi pu être estimés. Le couplage des essais de fractionnement supercritique et des mesures des propriétés aux interfaces a en outre permis d’initier un lien entre ces dernières et les phénomènes d’engorgement à travers un nombre sans dimension.

The supercritical CO2 fractionation is a process which aims at separating different components of a liquid mixture. The development of this technology provides answers to current environmental and technical issues. The objective of this work is to improve our understanding of this process. A fundamental study on the separation of ethanol-water mixtures was carried out by varying the operating parameters: the pressure (10 MPa and 15 MPa), the temperature (313 K and 333 K), and the solvent over feed flow rate ratio (from 8 to 80). Different models have also been compared to these experimental results highlighting avenues for improving these tools. Measurements of interfacial tension and contact angle on stainless steel of these ethanol-water mixtures in a CO2 atmosphere under pressure were also performed (313 K and 333 K; from 0,1 MPa to 15 MPa). The critical surface tension of stainless steel and the work of adhesion of these mixtures on this material were thus estimated. The coupling of supercritical fractionation tests and measurements of the properties at the interfaces made it possible to initiate a link between the latter and the flooding phenomena through a dimensionless number.