Brevet FR2604638A1 — publié le 19880408

"Dispositif à membranes, comprenant un dispositif de condensation" L'invention concerne un dispositif membranes qui sont empilées dans un carter à distance les unes des autres et forment ensemble un tube intérieur central continu, en vue de séparer une ou plusieurs matières d'un mélange de matières, ce mélange étant amené à l'espace intérieur du carter comportant les membranes, les matières à séparer étant alors, par l'intermédiaire de raccordements, collectées sur le tube intérieur et évacuées, et le mélange de matières appauvri de ces matières séparées étant alors évacué à nouveau du carter. Une unité d'empilage de membranes de ce genre a été décrite dans son principe dans le DE-OS 28 11 826. Le fractionnement de mélanges liquides représente un procédé de séparation par membranes qui, par différence d'avec d'autres procédés de séparation par membranes, présente comme particularité le changement de phase, de la phase liquide à la phase vapeur, des constituants qui ont passé par perméation à travers la membrane. La force propulsive pour le transport de matière à travers la membrane est une pression partielle, à maintenir dans la chambre recevant le perméat, qui est inférieure à celle qui s'exerce sur la face antérieure de la membrane. La pression régnant dans la chambre à perméat influe fortement sur le flux de perméat et sur la sélectivité de la membrane. En général, lors d'une augmentation de la pression du côté du perméat, il se manifeste un amoindrissement de flux et de sélectivité. Très loin de la pression de vapeur d'équilibre thermodynamique, il ne se produit pour de basses pressions qu'une très faible variation du taux de perméation. Dans ce cas, la perméation est commandée par le transport à travers la membrane. Si la pression dans la chambre à perméat se rapproche de la pression de vapeur des constituants purs, le flux diminue rapidement. A partir de ce point, le flux de perméat est influencé de façon croissante par le taux de vaporisation dans la chambre à vapeur. La différence de pression partielle est obtenue en règle générale par établissement d'un vide ou au moyen d'un courant porteur. L'action de séparation résulte des différences de perméabilité de la membrane à l'égard des constituants individuels du mélange. Le perméat est, selon une proposition ressortant du DE-OS 3 441 190, condensé dans un condenseur de perméat monté à la suite de la cellule de membranes, évacué, et l'enthalpie nécessaire pour la vaporisation est obtenue en étant retirée au courant d'amenée. En vue de maintenir un état stable, cette chaleur doit être amenée de l'exté- rieur. Avec ce type de transport du perméat l'on ne peut cependant pas obtenir une puissance de sépa- ration des membranes qui puisse se Justifier du point de vue économique, étant donné que non seulement les pertes de pression sont élevées en raison de la longueur de l'unité, mais aussi, avec l'unité de condensation montée à la suite, la pression dans la chambre à perméat ne peut guère se commander. I1 est certes connu également d'utiliser des tubes avec une membrane microporeuse qui est placée concentriquement dans un carter d'amenée de liquide, la vapeur provenant de ce liquide pénétrant à travers la membrane (DE-OS 3 445 415). La vapeur se diffuse alors et se refroidit sur la face intérieure du tube à membrane, exclusivement en raion de pertes de chaleur par évapo- ration, jusqu'à la condensation. Il n'est pas possible ici d'avoir une prise d'influence directe sur la conden- sation, c'est-à-dire sur la commande de celle-ci. L'objectif qui est à la base de l'invention consiste dès lors à réaliser le dispositif du type indiqué ci-dessus de telle manière qu'il permette d'améliorer ou commander la puissance de séparation de chaque membrane d'une unité d'empilage de membranes, et en même temps de réduire les pertes de pression et d'économiser de l'énergie. En particulier, ce dispositif doit convenir pour séparer et enrichir un constituant à partir de mélanges de liquides, par exemple pour obtenir, par extrac- tion, de l'éthanol pur. L'invention concerne à cet effet un dispositif à membranes, du type général indiqué dans le préambule,qui est caractérisé en ce que, dans le tube intérieur formé par les membranes, il est prévu une installation de condensation. On a indiqué ci-dessous des modes de réalisation avantageux et des domaines d'application intéressants de l'invention. C'est ainsi que l'on peut prévoir: - de disposer dans le tube intérieur une surface de refroidissement, permettant de régler la pression et/ou la température sur la longueur du tube intérieur; - de monter un chauffage sur ou dans l'enveloppe extérieure du carter; - d'appliquer le dispositif pour séparer de l'éthanol de moûts de fermentation ou pour extraire de l'eau des substances nocives. L'avantage particulier de l'invention consiste en ce que le fractionnement de mélanges liquides est constitué avec un refroidissement situé intérieurement pour condenser immédiatement la vapeur du perméat directement à la suite des membranes, ce qui permet de commander la différence de pression partielle, visée par exemple par l'intermédiaire de formation de gradients de température ou équilibre de température. En même temps l'on a la possibilité de prévoir une amenée de chaleur de l'extérieur, par l'intermédiaire, par exemple, de serpentins chauffants, qui peuvent être logés également dans l'enveloppe du carter du fractionnement de mélanges liquides et avec lesquels on peut produire, également visé, un profil de température. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et du dessin annexé représentant un exemple de réalisation de l'invention. La figure unique de ce dessin est une vue en coupe, représentée de façon tout à fait schématique, d'un fractionnement de mélanges liquides conforme à l'invention. Pour le fractionnement de mélanges liquides grâce au dispositif conforme à l'invention, l'on doit établir, dans la chambre à perméat 10, un vide agissant comme force propulsive. Des essais ont montré que la puissance de séparation des membranes est d'autant plus grande que le vide établi est plus bas directement à l'arrière de la membrane. Cela signifie que la vapeur de perméat arrivant dans la chambre à perméat 10 doit être transportée avec une perte de pression aussi faible que possible ou - étant donné que cela ne peut que mal se réaliser - doit être condensée directement à l'arrière des membranes 1. Comme base on se sert d'un module de plaques 11. Le module 11 comporte comme structure des poches à membranes 1 rondes, avec un tube central 12, recevant le perméat, dans lequel est inséré un serpentin de refroidissement 3 assurant la condensation. Grâce à la structure ronde du carter, on peut également réaliser facilement une amenée de chaleur par l'intermédiaire de serpentins chauffants 8 mis en forme d'enroulement de l'extérieur, et qui peuvent être logés également dans la paroi 9 du carter. La figure montre un module de plaques en tant que fractionnement de mélanges liquides à plaques. Les membranes 1 sont collées des deux côtés sur des disques porteurs 13, qui comportent des canaux de passage menant au tube central 12 à perméat. Dans ce tube 12 est placé le serpentin de refroidissement 3, parcouru par un agent de refroidissement et servant de condenseur de la vapeur du perméat. Le fractionnement de mélanges liquides est mis en route en établissant un vide au moyen de la pompe à faire le vide 4. Le vide constitue en même temps une isolation idéale envers la chambre 5 recevant le milieu brut. Le vide est maintenu grâce à la conden- sation de la vapeur du perméat sur le serpentin de refroidissement 3. La température de l'agent de refroi- dissement est prévue de telle manière que le perméat se présente à l'état liquide et peut s'écouler vers le bas par une sortie 6. Le rétentat (milieu brut 7 appauvri du perméat) est évacué par la conduite de sortie 14 branchée sur la face inférieure du carter 11. La perte de température du milieu brut 7 en circulation qui se produit par suite de la perméation avec vaporisation peut être compensée au moyen du serpentin chauffant 8. L'agent de chauffage est introduit en affluant par la conduite d'amenée 15 et est évacué par la conduite de sortie 16 sur la face supérieure du carter 11. Un autre avantage consiste en ce qu'il n'y a pas, entre la surface de refroidissement et la paroi intérieure du tube à perméat, d'écarteurs gênants qui entraînent des pertes de pression et des pertes de chaleur indésirables. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Dispositif à membranes, qui sont empilées dans un carter à distance les unes des autres et forment ensemble un tube intérieur central continu, en vue de séparer une ou plusieurs matières d'un mélange de matières, ce mélange étant amené à l'espace intérieur du carter comportant les membranes, les matières à séparer étant alors, par l'intermédiaire de raccordements, collec- tées sur le tube intérieur et évacuées, et le mélange de matières appauvri de ces matières séparées étant alors évacué à nouveau du carter, dispositif caractérisé en ce qu'une installation de condensation (3) est montée dans le tube intérieur (12). ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le tube intérieur (12) il est prévu une surface de refroidissement, permettant de régler la pression et/ou la température sur la longueur du tube intérieur (12). ) Dispositif selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que sur ou dans l'enveloppe extérieure (9) du carter il est prévu un chauffage (8). 4 ) Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 3 pour séparer de l'éthanol de moûts de fermentation ou pour extraire de l'eau des substances nocives.