Analyse Procédé de quelques opérations génériques

Dans le chapitre 2, la méthodologie d’audit énergétique de procédés a été décrite en détail. Cette méthodologie est générique et peut s’appliquer sur tous les secteurs industriels. Pour montrer sa généralité, et en particulier sa première étape, une « Analyse Procédé » de certaines opérations génériques sera présentée dans ce chapitre. Ces opérations peuvent L’opération de concentration de produits liquides est appliquée dans les procédés de fabrication de différents types de produits, comme le lait, le lactosérum, les effluents provenant de l’Industrie Agro Alimentaire (IAA), la métallurgie, la chimie, et d’autres secteurs industriels. Il s’agit donc d’une opération générique qui peut s’appliquer à plusieurs types de produits. Il est nécessaire de modéliser cette opération selon les critères de qualité des produits, et de la productivité des systèmes de fabrication, en vue de déterminer les Meilleurs Procédés de Transformation (MPT) disponibles. La qualité du produit sortant d’une opération de concentration se mesure par le taux de concentration en matières sèches, donné par l’équation (3.1). Cependant, la concentration du produit à l’entrée s’avère importante aussi. Les deux données de concentration (entrée, sortie) étant variables d’un produit à un autre, et d’une usine à une autre, l’étude doit prendre en considération alors la quantité d’eau éliminée. Cette quantité est donnée par l’équation (3.2).Le critère de qualité demandé est alors fixé par la concentration finale requise et la concentration initiale. Il s’agit à présent de déterminer le(s) critère(s) de productivité. Ce(s) dernier(s) est(sont) fixé(s) par le débit de produit entrant qui, en le combinant aux taux de concentration d’entrée et de sortie, donnera le débit d’eau éliminée requis pour assurer le critère de productivité. Une fois les critères de qualité et de productivité fixés, il faut déterminer les méthodes de transformation existantes pouvant respecter ces critères. Dans le cas de la concentration, deux méthodes existent et sont largement utilisées dans l’industrie : la filtration membranaire [BOU06] et l’évaporation [LEL92].

Concentration par membranes

Une membrane est une barrière matérielle qui permet le passage sélectif de certains composés du fluide à traiter, sous l’action d’une force motrice comme un gradient de pression, un potentiel électrique ou un potentiel chimique [AIM04]. Selon le type de la membrane (film polymère, céramique ou métallique), l’application peut varier de la concentration en protéines pour des produits alimentaires par exemple, à la concentration en matières sèches comme pour des effluents ou autres produits. Les technologies de séparation membranaire sont nombreuses : la microfiltration, la NanoFiltration (NF), l’ultrafiltration, l’Osmose Inverse (OI), l’électrodialyse, la pervaporation, et la perméation gazeuse. Cette partie de l’étude traite de la concentration en matières sèches.  La performance de la filtration par membrane peut être mesurée par le Facteur de Réduction Volumique (FRV) donné par l’équation (3.3). Dans le cas d’une concentration en matières sèches, le FRV peut être calculé aussi à partir des concentrations initiales en supposant que les pertes en matières sèches à travers la membrane sont nulles, et aussi que le volume total est conservé. Par la suite, le FRV peut être calculé par l’équation (3.4). Pour déterminer l’utilité de la séparation membranaire pour une application donnée, il faut vérifier que cette méthode de transformation permet de respecter la qualité du produit et la productivité du système de production. Comme ces critères dépendent souvent de l’application et/ou du site de production, il s’agit de déterminer un critère général. Ce critère n’est autre que le facteur de concentration, permettant de mesurer la performance de la technologie par rapport aux critères de qualité et de productivité. En effet, selon les technologies membranaires, les FRV peuvent varier [AIM04]. L’OI et la NF (les deux technologies principalement utilisées pour la concentration en matières sèches) peuvent atteindre des FRV de 3 et de 4 respectivement. Par la suite, pour une opération de concentration dont le FRV est inférieur ou égal à 4, les technologies membranaires peuvent respecter les critères de qualité de produit.