La microfluidique au service de l’intensification de la distillation : conception, caractérisation et optimisation d’un outil de laboratoire continu

Abstract

De nombreuses études sont désormais orientées sur la mise en œuvre d’une succession d'opérations en continu aux petites échelles. Bien que la miniaturisation des réacteurs soit actuellement bien maîtrisée, il existe encore des domaines peu explorés comme, par exemple, les microséparateurs continus qui sont essentiels pour contrôler, analyser et optimiser les procédés microfluidiques. La miniaturisation de la distillation se heurte à de nombreuses limitations principalement le fait qu’aux petites échelles, la gravité s’efface au profit des forces de surface. Plusieurs études ont essayé de miniaturiser la distillation et se répartissent principalement en trois catégories : microdistillation discontinue, continue de taille intermédiaire et continue sur puce. Cependant, la caractérisation de l'écoulement et les phénomènes qui régissent l'opération de la microdistillation n'ont pas encore été complètement étudiés. Cette étape est un prérequis essentiel pour l'optimisation du dispositif. Par conséquent, l'objet de ce travail est le développement d'une microdistillation performante utilisant des débits allant de 150 à 500 μL/h. Un nouveau « design », offrant deux avantages principaux par rapport à ceux reportés dans la littérature, a été proposé. Tout d'abord, il est apte à traiter des débits plus élevés, tout en maintenant une différence de pression gaz-liquide inférieure à la pression capillaire. Deuxièmement, ce « design » permet une augmentation significative de l’aire interfacialegaz-liquide, améliorant ainsi le transfert de matière entre le gaz et le liquide. La caractérisation hydrodynamique de la colonne de microdistillation a été envisagée en mesurant la distribution des temps de séjour. Cet outil microfluidique offre de meilleures performances que celles de la littérature(30 étages/m contre 15 étages/m). L'impact de plusieurs paramètres opératoires sur les performances de séparation de l'outil développé a été également étudié.