STPI : Séparations réactives

Découvrir les phénomènes de transfert au service de la réaction chimique et de la séparation

La séparation fluide-fluide est au centre des préoccupations de ce thème du département STPI. Cette recherche concerne aussi bien la compréhension des phénomènes locaux de transfert de matière multi-constituants que la conception de séparations réactives par le développement de méthodologies permettant la mise en oeuvre et la caractérisation de technologies intensifiées au service de la réaction chimique et de la séparation. Les recherches liées à cette thématique ont donné lieu à 4 thèses soutenues et 3 en cours. Par ailleurs cette activité a été soutenue par 2 projets ANR (Gascogne, Inverto), 5 contrats industriels (IFPEN, Rhodia, Veolia, CIMV, Fabre) et un projet AMI ADEME TOTAL.

Déterminer les paramètres requis pour des procédés de séparations optimaux

Séparations réactives

Les appareils multifonctionnels constituent un volet important de l’intensification des procédés. Les recherches sont focalisées sur l’association au sein d’un même appareil des fonctions de réaction et de séparation. Les couples suivants ont été abordés : la distillation réactive, l’absorption réactive et plus récemment l’extraction réactive. La distillation réactive qui continue d’être un axe fort de recherche orienté vers l’opérabilité des colonnes réactives est étudiée sous deux approches. La première concerne la diagnostabilité et la contrôlabilité de la distillation réactive [1] (Thèse F. Mayra) en collaboration étroite avec le département PSI et la seconde concerne l’élaboration d’interne catalytique innovant [2] (Thèse J. Leveque). L’absorption réactive a été étudiée dans le contexte du captage de CO2 en post traitement (ANR Gascogne) [3]. Un modèle de non-équilibre, adapté aux systèmes multiconstituants électrolytiques et réactifs a été développé pour la représentation des colonnes d’absorption réactive et pour modéliser une unité d’élimination sélective des gaz acides. Les équations généralisées de Maxwell-Stefan sont utilisées pour quantifier les interactions multiconstituants lors de la diffusion [4]. Ce modèle a été validé sur un pilote conçu au laboratoire et sur lequel plusieurs formulations différentes de mélanges de solvant ont été testées. L’outil de simulation validé devient un outil de prédiction de l’efficacité des unités réelles de captage par l’absorption réactive. Des recherches ont été initiées sur l’extraction réactive (Thèse B. Mizzi) avec un double objectif : transposer la méthodologie développée en distillation réactive à l’extraction réactive et comparer l’extraction réactive et la distillation réactive sur la séparation d’une molécule bio-sourcée issue d’une filière fermentaire.

Améliorer l’efficacité énergétique des procédés

Séparations

• Des études plus orientées « produit » ont été menées en distillation. Un premier thème est la valorisation de la ligno-cellulose qui a été envisagée par deux filières différentes : dégradation de la lignicellulose par torréfaction (ANR INVERTO) et la seconde par attaque acide (contrat CIMV). Il s’agit ici de mettre au point toute la séquence de séparation permettant de récupérer des molécules d’intérêt et ensuite de traiter l’optimisation de la purification et du recyclage des acides. Ainsi, l’objectif de minimiser la consommation énergétique de la distillation a conduit à la création d’un thème qui prend de plus en plus d’ampleur dans le département : l’efficacité énergétique dans les procédés de séparation. Les premiers développements concernent les colonnes à distiller. Une étude a été menée sur les colonnes à cloison (DWC) en développant une méthode de pré design originale et en mettant en oeuvre le premier et unique pilote académique français (thèse Nguyen). Cette activité va continuer à être développée au travers d’une thèse Solvay qui sera consacrée à l’étude des colonnes à cloison appliquée et à la distillation des mélanges fortement non idéaux. L’extraction solide-liquide est envisagée dans le cas de la valorisation de produits végétaux. Ce thème a fait l’objet d’un BQR (rubiaext) intra INPT et se poursuit actuellement dans le cadre d’une collaboration internationale (thèses L. Saqalli, N. Gardha).