Osmose inverse

Osmose Inverse


1. Présentation du procédé   -   2. Calcul de la pression osmotique


1. Présentation du procédé

⇒ L'osmose inverse est un procédé de séparation membranaire à l'échelle moléculaire en phase liquide.

La séparation s'opère par perméation à travers une membrane permsélective sous l'action d'un gradient de pression.  Elle se fait donc sur des critères physiques; il y a absence de produit chimique. Le procédé s'opère habituellement à température ambiante et est facilement automatisable et modulable: la surface de la membrane est adaptable. 

Schéma du procédé d'osmose inverse (d'après Aimar P. et al., 2010)

L'osmose est un processus naturel: les espèces se déplacent du milieu dilué au milieu concentré (schéma a). Si une pression est appliquée au niveau du compartiment de la solution concentrée, le transfert entre les deux compartiments va diminuer jusqu'à s'annuler. Quand le flux s'annule, la pression appliquée est appelée pression osmotique (schéma b).

Si la pression appliquée devient supérieure à la pression osmotique, le flux s'inverse: les espèces se déplacent du milieu le plus concentré au milieu le moins concentré c'est le phénomène d'osmose inverse (schéma c).

Les particularités du procédé d'osmose inverse sont les suivantes:

  • Seuil de coupure: 10-7 mm = 0,1 nm. Ce procédé est le seul qui permette la rétention des ions et donc également des antibiotiques, des virus ou des bactéries type Escherichia Coli (1 µm).
  • Membrane: pas de pores, membrane dense.
  • Pression opératoire > 30 bars. Mais attention: la pression opératoire maximum est d'environ 80 bars. Les membranes ne résistent pas à des pressions supérieures.

La capacité de production de ce procédé est d'environ 6 000 m3/j et la capacité maximale en service est de 375 000 m3/j au Koweït (d'après Tata-Ducru F., 2009).

Un des paramètres importants dans le procédé d'osmose inverse est la pression osmotique qui se calcule avec la formule suivante:

$\displaystyle \pi$ = i * R * T * C

avec:

  • $\displaystyle \pi$ = pression osmotique (Pa)
  • i = nombre d'ions
  • R = constante des gaz parfaits = 8,314 J/mol/K = 0,08 L.atm/mol/K
  • T = température (K)
  • C = concentration molaire (mol/m3)

 

2. Calcul de la pression osmotique

Le calcul de la pression osmotique dans le cas de la saumure est donné ci-après:

avec M: masse molaire (g/mol); Cm: concentration massique (g/L); C: concentration molaire (mol/L)

  • M (Cl) = 35,5 g/mol et Cm (Cl) = 160 g/L donc C (Cl) = Cm / M = 160 / 35,5 = 4,50 mol/L
  • M (Na) = 23 g/mol et Cm (Na) = 104 g/L donc C (Na) = Cm / M = 104 / 23 = 4,52 mol/L

Donc:

  • La concentration totale est égale à C (total) = 4,50 + 4,52 = 9,02 mol/L.
  • T = 15°C
  • R = 0,08 L.atm/mol/K

$\displaystyle \pi$ = 0,08 * (15+273) * 9,02 = 208 atm

On remarque que la pression osmotique est très élevée donc la pression à appliquer doit être supérieure à 208 atm ce qui n'est pas faisable à cause de la membrane: à cette pression, elle serait trop fragile et ne résisterait pas.

L'osmose inverse ne peut donc pas être appliquée dans notre cas d'étude

 

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