Offre de thèse
Etude de contacteurs membranaires pour l'extraction liquide-liquide, application à la purification de composés phénoliques
Date limite de candidature
31-05-2024
Date de début de contrat
01-10-2024
Directeur de thèse
RODE Sabine
Encadrement
Directrice de thèse : RODE Sabine - LRGP - Professeur Université de Lorraine - sabine.rode@univ-lorraine.fr Co-directrice de thèse : CESARI Laëtitia - LRGP - Maitre de Conférences Université de Lorraine - laetitia.cesari@univ-lorraine.fr
Type de contrat
école doctorale
équipe
Axe 2 - PRIMO - Procédés Réacteurs IntensificationMembrane Optimisationcontexte
L'extraction liquide-liquide est une opération unitaire très répandue dans l'industrie, notamment dans l'hydrométallurgie, pour la récupération de métaux, et en pétrochimie, pour la séparation de composés azéotropiques ou ayant des températures d'ébullition voisines. De façon plus générale, l'extraction liquide-liquide est utilisée dans l'industrie chimique pour permettre la séparation de mélanges réactifs ou de composés thermosensibles, ne pouvant être distillés. La mise en œuvre de l'extraction liquide-liquide est souvent complexes, à la fois d'un point de vue physico-chimique, par le choix des solvants, et d'un point de vue hydrodynamique, par la limitation du domaine opératoire des installations, lié au contact direct des phases. Les contacteurs membranaires sont une technologie innovante et prometteuse dans la mise en œuvre d'opérations d'extraction liquide-liquide . Les procédés afférents sont désignés par le terme pertraction, contraction des termes perméation et extraction. Les deux phases liquides étant séparées par une membrane microporeuse, les phénomènes d'émulsification, d'entrainement et d'engorgement sont évités. D'autres atouts des contacteurs membranaires sont liés à leur flexibilité d'utilisation et leur faible consommation d'énergie et de solvant 1–3. Cependant, l'ajout d'une membrane implique une résistance au transfert supplémentaire. Les membranes sont généralement déployées sous forme de fibres creuses, car cette géométrie permet de générer une grande surface d'échange par unité de volume de contacteur, conduisant à des installations particulièrement compactes. La transition énergétique conduit actuellement à l'essor de procédés thermochimiques permettant la valorisation de la biomasse ligno-cellulosique. Le mélange des produits obtenus, appelé bio-huile, contient des composés biochimiques d'intérêt, par exemple des composés phénoliques. Ces composés peuvent ainsi être obtenus, non plus en partant de dérivés pétrolés, mais en valorisant des ressources renouvelables. La récupération et la séparation des composés d'intérêt dans les bio-huiles est un enjeu majeur de leur valorisation. Afin de garantir leur intégrité chimique, il est nécessaire d'opérer dans des conditions douces, non compatibles avec la distillation mais parfaitement adaptés à l'extraction liquide-liquide par des solvants organiques ou aqueux.spécialité
Génie des Procédés, des Produits et des Moléculeslaboratoire
LRGP - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés
Mots clés
contacteur membranaire à fibres creuses, extraction liquide liquide, intensification, composés phénoliques
Détail de l'offre
Bien qu'étant une opération unitaire très répandue dans l'industrie, l'extraction liquide-liquide présente une mise en œuvre souvent complexe, à la fois d'un point de vue physico-chimique, par le choix des solvants, et d'un point de vue hydrodynamique, par la limitation du domaine opératoire des installations, lié au contact direct des phases.
La pertraction est une technologie innovante et prometteuse où deux phases liquides sont mises en contact à travers une membrane, limitant ainsi les effets d'émulsification, d'entrainement et d'engorgement. Cependant, l'ajout d'une membrane entre les deux phases implique une résistance au transfert supplémentaire. Avec sa flexibilité d'utilisation et sa grande surface d'échange, le contacteur membranaire semble être l'atout idéal afin d'améliorer la technologie d'extraction liquide-liquide.
L'objectif de ce travail de thèse est donc d'étudier l'intérêt de la pertraction, notamment via l'utilisation d'un contacteur membranare. La faisabilité de cette technologie sera analysée à travers son application pour l'extraction de composés phénoliques issus de biohuiles. Le travail de recherche comprend plusieurs parties :
- l'étude du système thermodynamique et physicochimique et le choix des matériaux.
- l'étude du procédé d'extraction, des débits, de la géométrie, des transferts et de la perte de charge.
- la quantification du potentiel d'intensification de la pertraction pour l'extraction des composés phénoliques.
A la lumière de ces conclusions, une démarche générique permettant la quantification du potentiel d'intensification de la pertraction dans les procédés d'extraction liquide-liquide sera proposée.
Keywords
hollow fiber membrane contactor, liquid-liquid extraction, intensification, phenolic compounds
Subject details
Although liquid-liquid extraction is a widespread unit operation in industry, its implementation is often complex, both from a physical and chemical point of view, due to the choice of solvents, and from a hydrodynamic point of view, due to the limited operating range of the installations, linked to the direct contact of the phases. Pertraction is an innovative and promising technology in which two liquid phases are brought into contact through a membrane, thus limiting the effects of emulsification, entrainment and clogging. However, the addition of a membrane between the two phases implies additional transfer resistance. With its flexibility of use and large exchange surface area, the membrane contactor appears to be the ideal asset for improving liquid-liquid extraction technology. The aim of this thesis is therefore to study the benefits of pertraction, in particular through the use of a membrane contactor. The feasibility of this technology will be analyzed through its application to the extraction of phenolic compounds from bio-oils. The research work comprises several parts: - study of the thermodynamic and physicochemical system and choice of materials. - study of the extraction process, flow rates, geometry, transfers and pressure drop. - quantification of the potential for intensifying pertraction for the extraction of phenolic compounds. In the light of these conclusions, a generic approach to quantifying the potential for intensification of shrinkage in liquid-liquid extraction processes will be proposed.
Profil du candidat
Le futur doctorant doit être titulaire d'un master (diplôme de master ou d'ingénieur) Les compétences recherchées pour ce projet concernent les aspects méthodologiques du génie des procédés en général et du génie des séparations en particulier ainsi que la maîtrise de programmation et d'outils de modélisation et de simulation du domaine (matlab, fortran, aspen ou proII). Des compétences en matière de développement expérimentaux et techniques analytiques seront appréciées.
Pour toute thèse proposée au sein de l'Ecole Doctorale, le futur doctorant devra bien être titulaire d'un master (diplôme de master ou d'ingénieur français ou étranger, …) avec au moins une mention AB.
Dans tous les cas (diplôme de master ou d'ingénieur français ou étranger, …) le dossier doit comporter :
• le CV du candidat et lettre de motivation
• les notes obtenues au diplôme conférant le grade de master, mention 'Assez Bien' requise au minimum et copie du diplôme s'il est disponible
• 2 lettres de recommandations émanant du Responsable de la filière de formation et du tuteur de stage de fin d'études
• des éléments tangibles sur l'initiation à la recherche (mémoire de recherche, publication, ...).
Le dossier complet de candidature doit être envoyé à la direction de thèse par les adresses messageries des directeurs de thèses : sabine.rode@univ-lorraine.fr
et laetitia.cesari@univ-lorraine.fr
Candidate profile
The future PhD student must hold a master's degree (master's or engineering diploma). The skills required for this project concern methodological aspects of process engineering in general and separation engineering in particular as well as mastery of programming and modelling and simulation tools in the field (Matlab, Fortran, aspen or ProII). Skills in experimental development and analytical techniques will be appreciated.
All applicants to the Doctoral School SIMPPÉ must have successfully completed a Master degree or its equivalent with a grade comparable to or better than the French grade AB (corresponding roughly to the upper half of a graduating class). In all cases (French or foreign Master degree, engineering degree, etc.) the counsel of the doctoral school will examine the candidate's dossier, which must include:
• CV and letter of motivation
• the grades obtained for the Master (or equivalent) degree and a copy of the diploma if it is available
• 2 letters of recommendation, preferably from the director of the Master program and the supervisor of the candidate's research project
• written material (publications, Master thesis or report, etc.) related to the candidate's research project.
The complete application file must be sent to the thesis supervisors by email : sabine.rode@univ-lorraine.fr and laetitia.cesari@univ-lorraine.fr
Référence biblio
Anquetil, J. et al. Contacteurs membranaires ceramiques pour l'extraction liquide-liquide. (2017).
Toure, M. Etude des conditions de mise en oeuvre de la pertraction pour l'extraction et la purification de métaux d'intérêt.
Pierre, F. X., Souchon, I. & Marin, M. Recovery of sulfur aroma compounds using membrane-based solvent extraction. Journal of Membrane Science 187, 239–253 (2001).