Thèse soutenue

Séparation de sucres et d'acides organiques par chromatographie préparative avec des résines anioniques fortes : conception d’un procédé à trois fractions par modélisation

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Auteur / Autrice : Wuyang Zhong
Direction : Patrick PerréJulien Lemaire
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des procédés
Date : Soutenance le 08/02/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne)
référent : CentraleSupélec (2015-....)
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Marie-Odile Nicolas-Simonnot
Examinateurs / Examinatrices : Laurence Muhr, Nabil Grimi, Claire Fargues
Rapporteurs / Rapporteuses : Laurence Muhr, Nabil Grimi

Mots clés

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Résumé

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Cette étude porte sur l'utilisation d'une résine anionique forte pour séparer des molécules biosourcées par chromatographie préparative. Deux sucres (glucose et xylose) et cinq acides organiques (acides formique, acétique, lactique, succinique et citrique) ont été étudiés, en tant que produits communs issus de l'hydrolyse de la biomasse lignocellulosique ou de procédés biotechnologiques. Les principaux objectifs de ce travail sont i) l’acquisition d’une meilleure compréhension des mécanismes de rétention et ii) le développement d'un outil de simulation prédictif, pour aider à la conception et à l'optimisation de procédés de chromatographie multi-colonne, plus particulièrement à trois fractions.Une approche combinée d'expériences (élution simple et analyse frontale) et de modélisation (formulation continue non linéaire et hors équilibre) a été utilisée pour atteindre cet objectif. Un modèle de rétention plus prédictif, appelé "modèle hybride", a été développé pour les acides organiques, en combinant une adsorption compétitive de type Langmuir avec de l'échange d'ions. De plus, un modèle continu, résolu par la méthode CE/SE (conservation element / solution element), a été utilisé pour mieux prédire l'élution et la dispersion des composés.Les propriétés du lit et les coefficients de dispersion axiale et de vitesse de transfert ont été estimés en effectuant des élutions simples avec des solutions pures. Les isothermes d'adsorption ont été établis pour chaque composé par analyse frontale, afin d'estimer les coefficients d'équilibre correspondants. Ensuite, des élutions simples avec un mélange binaire ont été réalisés pour valider notre modèle hybride de rétention.Finalement, ce modèle hybride a d’abord été utilisé pour simuler et optimiser un procédé multi-colonne à deux fractions bien connus, appelé ISMB (Improved Simulated Moving Bed). Le résultat remarquable de ce travail de modélisation, a été de pouvoir ensuite concevoir un nouveau procédé à trois fractions plus efficaces que le procédé habituel utilisant deux ISMB en cascade, à la fois en termes de productivité et de facteur de dilution.