institut national des sciences appliquees de rouen

196 Pages·2011·3.56 MB·French

INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE ROUEN
THESE
Présentée en vue de l’obtention du titre de
Docteur de l’Institut National des Sciences Appliquées de Rouen
Discipline : Physique-Mécanique
Spécialité : Génie des Procédés
par
Moamer EHTASH
PURIFICATION DES EAUX POLLUEES PAR DU PHENOL DANS
UN PERTRACTEUR A DISQUES TOURNANTS
Soutenue publiquement le lundi 11 juillet 2011
Composition du jury :
Rapporteurs M. KARSHEVA, UTCM Sofia (Bulgarie)
K. DIMITROV, Polytech'Lille
Examinateurs S. ALEXANDROVA, ENSGTI, Pau
J.C. BUVAT, INSA de Rouen
V. ROLLET, Université de Caen
Président du jury B. TAOUK, INSA de Rouen
Directeur de thèse A. SABONI, Université de Pau et des pays de l’Adour
Co-Directeur de thèse M.C. FOURNIER-SALAUN, Université de Rouen

Remerciements

J’adresse tout d’abord mes remerciements, bien évidement, à Monsieur Abdellah
SABONI pour m’avoir proposé ce sujet de thèse au sein du laboratoire LSPC, et de
l’attention qu’il a porté à mon travail. Au cours de ces années de travail, il m’a permis
malgré sa distance géographique de me conseiller dans mes travaux de recherche ainsi que
pour l’écriture de ce manuscrit.
Je remercie également Madame Marie-Christine FOURNIER-SALAUN pour son aide
précieuse et son soutien permanent tout au long de ces années. Je la remercie également
pour m’avoir conseillée, encouragée et soutenue tout au long de la thèse avec patience et
disponibilité. Ainsi que la confiance qu’elle a pu m’accorder.
J’adresse mes sincères remerciements à Madame Maria KARSHEVA (Université of
Chemical Technology and Metallurgy) à Sofia et Monsieur Krasimir DIMITROV, MCF-HDR
(à l’université des Sciences et Technologies Polytech’Lille) pour l’intérêt qu’ils ont portés à
cette thèse en acceptant d’en être les rapporteurs ; ainsi que Madame Silvia
ALEXANDROVA, Professeur à l’université de Pau et des pays de l’Adour, Monsieur Jean-
Christophe BUVAT, Professeur ENSAM à l’INSA de Rouen, Madame Véronique ROLLET,
MCF à l’université de Caen et Monsieur Béchara TAOUK, Professeur à l’INSA de Rouen
pour l’honneur qu’ils me font en acceptant de faire partie du jury de thèse.
Merci à l’ensemble des acteurs du laboratoire en particulier Jean-Pierre HEBERT et
Alain CRESSENT pour leur aide qui a contribué au bon déroulement des expérimentations.
Je n’oublie pas Sylvie POUBELLE et Giovanna DELAMARE pour leur bonne humeur. Et je
tiens également à remercier l’intégralité des membres du laboratoire ainsi que tous les
thésards qui ont pu y séjournés, pour leur sympathie et leur accueil.
Enfin, je tiens à remercier l’état libyen pour le financement qu’il m’a apporté tout au
long de ces années de thèse.

A mes parents,
A Noiji,
A mes enfants,
A tous ceux qui m’ont nourri de leur savoir.

Résumé
Ce travail se situe dans le cadre des recherches du laboratoire sur un procédé d’extraction et
desextraction, qui implique trois phases liquides, deux phases aqueuses et une phase
organique. La faisabilité d’un tel procédé passe par le choix de la phase organique et par
l’étude des équilibres mis en jeu lors du processus d’extraction.
Le principal objectif concerne : la récupération et la concentration de phénol contenu dans
une solution aqueuse, en utilisant un pertracteur à disques tournants alternatifs en régime
batch, semi-batch et continu. Par un mécanisme du transfert de matière entre les phases, le
phénol passe de la phase aqueuse d’alimentation vers la phase organique puis de la phase
organique vers la phase aqueuse réceptrice.
La faisabilité de la méthode est testée en mode fermé. Nous étudions l’influence de certains
paramètres : tels que la concentration du phénol, la variation de pH de la phase
d’alimentation, la vitesse de rotation des disques et le volume de la phase organique, sur
l’évolution du transfert du phénol entre les phases. Une solution aqueuse à pH 2, ayant une
concentration en phénol égale à 50, 100 ou 300 mg.L-1, est mise en contact avec de l’huile de
colza, qui est elle-même en contact avec une solution aqueuse à pH 13. Les résultats montrent
qu’au bout de six heures de fonctionnement, 70% à 99% du phénol contenu initialement dans
la solution aqueuse à pH 2, se trouve dans la phase aqueuse à pH 13.
Afin de récupérer et de concentrer le phénol dans la phase réceptrice, nous avons réalisé des
expériences dans le pertracteur fonctionnant en mode semi-ouvert et en mode ouvert.
En système semi-ouvert, l’influence de trois paramètres est étudiée : la concentration initiale
de phénol, la vitesse de rotation des disques et le débit de la phase d’alimentation. En système
ouvert, seul l’influence du débit à la phase aqueuse est analysée.
Enfin, grâce à la modélisation basée sur la théorie du double film, nous avons estimé l’ordre
de grandeur des coefficients de transferts de matière partiels pour différentes vitesses de
rotation en système fermé.
Mots-clés
Pertraction ; Membrane liquide volumique ; Transfert de matière ; Disques tournants
alternatifs ; Huile de colza ; Phénol ; Modélisation

Abstract
This work is focused on a pertraction process, coupling extraction and stripping steps in the
same apparatus and involving three liquid phases, two aqueous phases and one organic phase.
The process feasibility requires the choice of a appropriate organic phase (membrane) and a
phase equilibria studies.
The main objective was recovery and concentration of phenol contained in dilute aqueous
solutions using a rotating discs pertractor in batch, semi-batch and continuous mode. The
phenol is transferred from the feed phase (aqueous phase) through the membrane (organic
phase) in the receiving phase (aqueous phase).
The feasibility of the method is tested in a batch system. We studied the influence of some
parameters such as the phenol concentration, the feed pH, the discs rotational speed and the
volume of the organic phase. An aqueous solution at pH 2 (feed) with a phenol concentration
equal to 50, 100 and 300 mg.L-1, is placed in contact with rapeseed oil (liquid membrane),
that is itself in contact with an aqueous solution at pH 13 (receiving phase). The obtained
results show that after 6 hours, 70% to 99% of phenol initially contained in the aqueous
solution at pH 2, is transferred in the aqueous phase at pH 13.
To concentrate phenol in the receiving phase, we performed experiments in semi-batch and
continuous mode.
In semi-batch system, the influence of three parameters is studied: the feed concentration, the
discs rotation speed and the feed flowrate. In open system, (continuous mode), only the
influence of the aqueous phases flowrates is analyzed.
Finally, using mass transfer model based on a double film theory, we estimate the partial
mass transfer coefficients for three phases at different rotation speeds in batch system.
Keyword
Pertraction ; Bulk liquid membrane ; Mass transfer ; Alternative rotating discs contactor ;
Rapeseed oil ; Phenol ; Modeling