Stabilization of liquid-liquid interface in membrane contactors: application to the selective extraction of oxygenated terpenes from citrus essential oils
Stabilisation de l'interface liquide-liquide dans un contacteur membranaire : Application à l'extraction sélective de terpènes oxygénés d'huile essentielle d'agrumes
Résumé
Citrus essential oils are an abundant and inexpensive source of oxygenated terpenes, which are highly valuable molecules in particular for the flavor and fragrance industry. Their industrial liquid-liquid extraction can potentially be intensified by the use of membrane contactors which eliminate the need for a decantation step and afford a broader choice of solvents. However, the low interfacial tension between the citrus oils and the hydro-alcoholic solvents typically used for extraction makes interface stabilization very challenging. In fact, it requires such a tight process control that the use of membrane contactors is currently not feasible on industrial scale. The aim of this work was therefore to propose solutions to facilitate the interface stabilization in membrane contactors. Practically, this consists in the broadening of the pressure difference range between the two phases must be controlled. A pressure difference of 0.5 bar was selected as a minimum to apply this technology at industrial scale. This means that the breakthrough pressure ΔPc, i.e. the pressure difference above which the non wetting phase passes through the membrane, has to be above 0.5 bar. Two approaches were investigated: firstly, to select the best suited solvent, and secondly to identify membranes with small maximum diameter of pores and appropriate surface properties. In conclusion, this study afforded the identification of membranes in PTFE and grafted ceramic for which the pressure difference between the two phases can be controlled in a relatively broad window of 0.5 bar. It represents a significant advance compared to commercially available Liqui-Cel® modules in polypropylene.
Les huiles essentielles d'agrumes sont une source abondante et peu chère de terpènes oxygénés, molécules à haute valeur ajoutée pour l'industrie des arômes et des parfums notamment. Le procédé industriel employé pour leur extraction, de type liquide-liquide peut potentiellement être intensifié par l'utilisation de contacteurs membranaires, qui permettent de s'affranchir de l'étape de décantation et d'élargir le choix des solvants. Cependant, la faible tension de surface entre les huiles essentielles et les solvants hydro-alcooliques rend difficile la stabilisation de l'interface dans la membrane. En l'état actuel, les contacteurs membranaires sont inenvisageables pour cette application à l'échelle industrielle. L'objectif est de proposer des solutions afin de faciliter la stabilisation de l'interface. On souhaite élargir la fenêtre dans laquelle la différence de pression entre les deux phases doit être contrôlée, une différence de 0,5 bar étant choisie comme minimum pour l'application à plus grande échelle. Cela signifie que la pression critique ΔPc (au-dessus de laquelle la phase non mouillante traverse la membrane) doit être supérieure à 0,5 bar. Deux pistes ont été explorées : travailler d'une part sur le choix du solvant, et d'autre part sur la sélection de la membrane en fonction du diamètre maximal des pores ainsi que de ses propriétés de surface. En conclusion, cette étude a permis d'identifier des membranes en PTFE et céramique greffée pour lesquelles la différence de pression entre les deux phases peut être contrôlée dans une fenêtre relativement large de 0,5 bar. C'est une avancée considérable par rapport aux modules commerciaux Liqui-Cel® en polypropylène.
Mots clés
Domaines
Génie des procédés
Loading...