Study of transfer mechanisms of organic solutes in reverse osmosis. Application to the reuse of condensates generated by the concentration of distillery stillage
Etude des mécanismes de transfert de molécules organiques en osmose inverse. Application au recyclage des condensats issus de la concentration des vinasses de distilleries
Résumé
Reverse osmosis seems to be interesting to treat distilleries condensates and recycle them into alcoholic fermentation. It would retain the organic molecules who inhibit fermentation. However, the retention mechanisms of these molecules are still poorly understood and the optimization of the process remains empirical.
Methods of liquid and gaseous chromatography have been developed and/or improved to quantify inhibitor compounds and a fermentation test has been developed. The membranes the most appropriate as well as a spiral-wound pilot membrane have been selected to conduct the study.
The molecules and membranes have been characterized more accurately: the first with molecular descriptors, the second by zeta potential and angles of contact measurements. Because of these properties, phenyl-2-ethanol, butyric acid and furfural adsorb heavily on the membranes. The acetic acid dissolves in interstitial water.
These interactions partially explain the transfer of solutes in the process, but other phenomena have to be considered: diffusion in the membrane, permeate flux, competitions between molecules.
The use of membrane ESPA2 at 10 bar and natural pH can lead to a fermentable permeate up to a volume reduction factor of 8.
A model was developed to take into account the interactions and represent the industrial process. The adsorption constants are obtained experimentally while the diffusion coefficient is adjusted.
Methods of liquid and gaseous chromatography have been developed and/or improved to quantify inhibitor compounds and a fermentation test has been developed. The membranes the most appropriate as well as a spiral-wound pilot membrane have been selected to conduct the study.
The molecules and membranes have been characterized more accurately: the first with molecular descriptors, the second by zeta potential and angles of contact measurements. Because of these properties, phenyl-2-ethanol, butyric acid and furfural adsorb heavily on the membranes. The acetic acid dissolves in interstitial water.
These interactions partially explain the transfer of solutes in the process, but other phenomena have to be considered: diffusion in the membrane, permeate flux, competitions between molecules.
The use of membrane ESPA2 at 10 bar and natural pH can lead to a fermentable permeate up to a volume reduction factor of 8.
A model was developed to take into account the interactions and represent the industrial process. The adsorption constants are obtained experimentally while the diffusion coefficient is adjusted.
L'osmose inverse semble un procédé intéressant pour traiter les condensats de distilleries et les recycler en fermentation alcoolique. Il permettrait de retenir les molécules organiques inhibitrices de la fermentation. Cependant, les mécanismes de rétention de ces molécules sont encore mal connus et l'optimisation du procédé reste très empirique.
Des méthodes de chromatographies liquides et gazeuses ont été développées et/ou améliorées pour quantifier les composés inhibiteurs et un test de fermentation a été mis au point. Les membranes les plus adaptées ainsi qu'un pilote à membrane spiralée ont été sélectionnés pour réaliser l'étude.
Les molécules et les membranes ont été caractérisées plus finement : les premières par des descripteurs moléculaires, les secondes par mesures de potentiels zêta et d'angles de contact. Du fait de ces propriétés, le phényl-2-éthanol, l'acide butyrique et le furfural s'adsorbent fortement sur les membranes. L'acide acétique se dissout dans l'eau interstitielle.
Ces interactions expliquent partiellement le transfert des solutés au cours du procédé, mais d'autres phénomènes sont en jeu : la diffusion dans la membrane, la densité de flux de perméat, les compétitions entre molécules.
L'utilisation de la membrane ESPA2 à 10 bar, à pH naturel permet d'obtenir un perméat fermentescible jusqu'à un facteur de réduction volumique de 8.
Un modèle a été développé pour prendre en compte les interactions et représenter le traitement industriel. Les constantes d'adsorption sont obtenues expérimentalement tandis que le coefficient de diffusion est ajusté.
Des méthodes de chromatographies liquides et gazeuses ont été développées et/ou améliorées pour quantifier les composés inhibiteurs et un test de fermentation a été mis au point. Les membranes les plus adaptées ainsi qu'un pilote à membrane spiralée ont été sélectionnés pour réaliser l'étude.
Les molécules et les membranes ont été caractérisées plus finement : les premières par des descripteurs moléculaires, les secondes par mesures de potentiels zêta et d'angles de contact. Du fait de ces propriétés, le phényl-2-éthanol, l'acide butyrique et le furfural s'adsorbent fortement sur les membranes. L'acide acétique se dissout dans l'eau interstitielle.
Ces interactions expliquent partiellement le transfert des solutés au cours du procédé, mais d'autres phénomènes sont en jeu : la diffusion dans la membrane, la densité de flux de perméat, les compétitions entre molécules.
L'utilisation de la membrane ESPA2 à 10 bar, à pH naturel permet d'obtenir un perméat fermentescible jusqu'à un facteur de réduction volumique de 8.
Un modèle a été développé pour prendre en compte les interactions et représenter le traitement industriel. Les constantes d'adsorption sont obtenues expérimentalement tandis que le coefficient de diffusion est ajusté.
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