Membrane contactor for BaSO4 precipitation : Numerical simulation and experimental results

Abstract

This thesis deals with the study of liquid/liquid tubular membrane contactors. The principle of this process is the following: component A flows through the membrane device inlet to mix/react with component B which comes from the membrane pores. The development of a numerical model showed that mixing between A and B was obtained by diffusion. The use of smaller membrane diameter increased the efficiency of the mixing process. As a consequence, hollow fiber membrane devices were further used for the experimental investigation. The BaSO4 precipitation was chosen as a model reaction. The BaSO4 crystals were analyzed for their size and morphology. Moreover,the conversion rate was measured for several process parameters.Les recherches que nous présentons dans ce mémoire portent sur les contacteurs membranaires en phases liquide/liquide appliqués à la précipitation. Le principe du contacteur à membrane, pour une réaction chimique, est le suivant : un réactif A circule tangentiellement à la surface de la membrane et un réactif B est introduit à travers les pores de la membrane. Le mélange et la réaction entre A et B se produisent à l'intérieur du module membranaire.Un modèle numérique a été développé pour simuler l'écoulement et l'évolution des concentrations des réactifs. Les simulations montrent que l'utilisation de fibres creuses de faible rayon interne permet d'optimiser le mélange. A partir de ces résultats, un pilote a été conçu utilisant des modules fibres creuses pour une réaction modèle : la précipitation de BaSO4 à partir d'une solution de BaCl2 (A) et de K2SO4 (B). L'analyse d'images des cristaux obtenus permet de déterminer leur morphologie, leur taille et le taux de conversion du produit