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Cette manipulation a pour objectif de comprendre le fonctionnement d'un module d'osmose inverse et d'étudier l'influence de la pression et du débit sur le ...



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Compte rendu
TP Pilote : Osmose Inverse | |
Licence Professionnelle
« Maîtrise des Pollutions et Nuisances » [pic] Rédigé par les étudiants : BENDIF Lakhdar
CHAISE Laetitia
DHIVERT Elie
GILIBERT Marine
JACOB Sabine
LACHAMP Laetitia Avril 2007
SOMMAIRE I/ Objectif du TP 3 II/ Principe du TP 3 III/ MANIPULATIONS 6 1) Phase préparatoire : préparation d'une eau osmosée 6 A/ Recherche de l'équilibre du système 6 B/ Mesures de conductivité et de température 6 C/ Influence de la pression et du débit sur la conductivité 10 2) Réalisation du processus de dessalinisation de l'eau de mer 15 3) RECAPITULATIF 20 A/ Première partie : eau osmosée 20 B/ Deuxième partie : eau saline 21 C/ Comparaison eau osmosée et eau saline : 22 D/ Conclusion générale 23 ANNEXES 24 ANNEXE 1 : préparation d'une eau osmosée (recherche de l'équilibre)
24
ANNEXE 2 : préparation d'une eau osmosée (influence de la pression)
25
ANNEXE 3 : préparation d'une eau osmosée (influence du débit) 25
ANNEXE 4 : dessalinisation d'une eau (influence de la pression et du
débit) 26 I/ Objectif du TP
Cette manipulation a pour objectif de comprendre le fonctionnement
d'un module d'osmose inverse et d'étudier l'influence de la pression et du
débit sur le rendement de l'installation.
Pour cela, deux grandes manipulations sont effectuées :
( La production d'une eau osmosée (c'est-à-dire appauvrie en ions) à
partir d'eau provenant du réseau de distribution.
( La dessalinisation d'une solution de NaCl de concentration connue
préparée dans l'eau osmosée provenant de la manipulation précédente :
principe de désalinisation d'une eau de mer Au cours de ces manipulations, des gammes de débit et de pression sont
réalisées et la température et l'évolution de la conductivité sont mesurées
régulièrement.
Risques :
- Port de la blouse et des lunettes obligatoire
- Pilote sous pression : surveiller le manomètre
- Risque électrique : Alimentation 220 Volts
Danger d'électrocution dû au contact de l'eau et de l'électricité.
II/ Principe du TP ( Définition Osmose inverse L'osmose inverse est définie comme étant un procédé de séparation en
phase liquide. Cette technique permet de purifier l'eau contenant des
matières en solution de l'ordre de 10-6 à 10-7m de diamètre. Elle repose
sur un système de filtration par membrane permsélective. L'application
d'une différence de pression, permet de séparer les molécules d'eau et les
ions de petites tailles moléculaires des ions que l'on veut retenir sur la
membrane. La force motrice du phénomène est un gradient de pression qui
concentre les ions du coté des hautes pressions (concentrat) et qui
récupère l'eau traité du coté des basses pressions (perméat).
Le but de ce processus est d'obtenir deux solutions :
- Le perméat correspondant à une solution traitée (solvant pur)
- Le concentrat correspondant à une solution contenant les ions qui
sont restés bloqués sur la membrane (solution concentrée en ion). Ce procédé est principalement utilisé pour la purification de l'eau et la
dessalinisation de l'eau de mer correspondant aux deux manipulations
réalisées au cours de ce TP. ( Présentation du pilote : PILOTE D'OSMOSE INVERSE TE 200 VA1 : Vanne d'arrêt de l'alimentation en eau naturelle
VA2 : Vanne d'arrêt de l'échangeur de chaleur sur le circuit du concentrat
VS1 : Vanne de sortie de la cuve d'alimentation
VS2 : Vanne de sortie de cuve du perméat
VS3 : Vanne de sortie de cuve du concentrat
VR1 : Vanne de réglage by pass de la pompe d'alimentation
VR2 : Vanne de réglage de sortie du concentrat Principe de fonctionnement simplifié :
La cuve d'alimentation du pilote d'osmose inverse peut contenir 50,5L
de solution à traiter. L'alimentation en eau naturelle s'effectue par
l'ouverture de la vanne VA1.
Le débit d'alimentation est contrôlé par la vanne VR2 et la pression
par la vanne VR1. Cette pression appliquée doit être nettement supérieure à
la valeur de la pression osmotique de la solution à traiter.
On distingue ici deux flux : le perméat et le concentrat respectivement
représentés en vert et en rouge. Comme nous pouvons voir sur la photo du
pilote ci-dessus, le perméat est dirigé vers la cuve de réception du
perméat et le concentrat est envoyé dans la cuve de réception du concentrat
après passage dans le système de réfrigération (Flux d'eau de ville dans
l'échangeur de chaleur du concentrat par la vanne VA2).
Selon la position de la vanne VS2, le perméat peut être soit récupéré,
soit renvoyé dans la cuve d'alimentation avec le concentrat pour reformer
la solution initiale. Ce pilote permet donc soit de faire recirculer la
solution afin de réaliser des séries de mesure en circuit fermé (sans tenir
compte de l'eau utilisée dans le circuit de refroidissement) soit de
réaliser un traitement de cette solution dans le but de le récupérer.
Cependant, lors du traitement d'une eau, les 50,5 litres de solution
présents dans la cuve d'alimentation au départ ne pourront pas être traités
car le pilote ne fonctionne pas à un volume inférieur à un volume déterminé
par le détecteur de niveau de sécurité de la cuve. La solution restante
dans la cuve d'alimentation peut être évacuée dans le réseau d'eaux usées
par la vanne VS1.
III/ MANIPULATIONS 1) Phase préparatoire : préparation d'une eau osmosée Lors de la mise en fonctionnement du système, réalisée en suivant la
procédure correspondante à ce pilote, 50,5 Litres d'eau du réseau sont
versés dans la cuve d'alimentation.
Le débit d'alimentation de la membrane est réglé à 500 L/h et la pression à
10 bars. Ces deux valeurs correspondent aux conditions opératoires de
fabrication de l'eau osmosée. A/ Recherche de l'équilibre du système
Cette étape consiste à obtenir l'équilibre du système correspondant à
la stabilisation de la température. En effet, le passage de l'eau à travers
la membrane entraîne un fort dégagement de chaleur transmise à la solution.
En parallèle, la température de l'eau est diminuée par un système de
refroidissement (eau courante issue du réseau). Malgré ce dispositif, la
température de l'eau augmente tout de même et atteint une température de
stabilité de l'ordre de 30°C. Cependant, nous nous plaçons à 38°C en
fermant de moitié la vanne de refroidissement. Ceci permet de limiter le
gaspillage de l'eau car une température de 30°C est atteinte lorsque la
vanne de refroidissement est complètement ouverte ce qui est à l'origine de
l'utilisation d'une grande quantité d'eau. Remarques : Les performances du système, et plus particulièrement de
la membrane, varient avec la température. Travailler à température stable
permet donc d'obtenir des résultats reproductibles.
Les différentes manipulations réalisées durant ce TP nous ont montré
l'importance de la température sur la conductivité. Ce paramètre étant
difficile à garder stables, les conductivités ne sont pas facilement
comparables. Aussi, nous avons ramené les valeurs de conductivité à 25°C
en utilisant la formule de conversion suivante : Conductivité
T=Conductivité 25°C [1+0,02*(T-25°C)] avec T= Température de la solution
lors de l'analyse de la conductivité. Ceci nous permet également d'établir
des rendements de traitement. B/ Mesures de conductivité et de température
Pour rechercher l'équilibre du système, on met en marche le pilote de
manière à permettre la circulation de l'eau.
Afin de pouvoir connaître le rendement épuratoire du pilote, nous
mesurons la conductivité de l'eau du robinet avant la mise en
fonctionnement du système et celle de l'eau dans le concentrat et dans le
perméat toutes les 5 minutes de manière à voir l'évolution en fonction du
temps pendant le fonctionnement du pilote.
Les mesures ont commencé 5 minutes après l'allumage du pilote et la vanne
de refroidissement a été fermée au bout de 80 minutes de mesures afin
d'atteindre la température de 38°C plus rapidement. Celle-ci a ensuite été
fermée de manière à ce que la température reste stable à la température
voulue.
RESULTATS : L'eau du robinet utilisée et versée dans la cuve d'alimentation a une
conductivité de 430µS/cm et une température de 16,3°C soit une conductivité
de 520,58µS/cm à 25°C d'après la formule de conversion.
Les valeurs numériques obtenues sont données en annexe 1 et sont
représentées sous la forme de graphiques.
Graphique 1-a : Variations
de la conductivité
et de la température
dans le perméat Graphique 1-b : Variations de
la conductivité et de la
température dans le
concentrat INTERPRETATIONS - La température désirée (environ 38°C) est atteinte au bout de 90 minutes
dans le concentrat. Nous pouvons remarquer que la température dans le
concentrat est supérieure à la température du perméat. Ceci a été vérifié
par l'utilisation d'un second thermomètre que nous avions à disposition.
Ces différences de température peuvent être dues au fait que l'eau parcours
une distance plus importante que le concentrat entre le passage dans la
colonne et le point de prélèvement et qu'il arrive à un faible débit d'où
de plus grandes pertes de chaleur. Par ailleurs, la mesure de la
température est effectuée par prélèvemen
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