Perspectives d'utilisation de la pervaporation dans le traitement de l'alcool de fermentation

Abstract - Prospective uses of pervaporation in the treatment of fermentation alcohol
Pervaporation is a membrane separation process for liquid mixtures which consists in selectively vaporizing a part of a mixture through a dense polymeric membrane by means of a vacuum or an inert gas stream. This is made possible by the selective sorption of the polymeric film, of which one side is in contact with the liquid and the other in contact with a gas phase of low vapor pressure.
In this paper, we envisage different process schemes involving pervaporation for the production of anhydrous alcohol from the fermentation medium. The most interesting way would be the extraction of alcohol in the pure form through a membrane infinitely selective to alcohol. However, such a film does not yet exist and its manufacture seems to be very problematical in the present state of membrane science.
The enrichment in alcohol using some available alcohol selective barriers can be envisaged, but their performance is not good enough to allow a one-step enrichment from 5 wt % to about 80 wt % alcohol.
Existing membranes would be sufficient to dehydrate a mixture at 80 %-90 % alcohol economically. The most efficient membrane presently existing would allow dehydration from 90 % to 99.5 % alcohol with an energy requirement of about 320 KJ per kilogramme of pure alcohol.
Finally, one could a continuous extraction of alcohol from the fermenter by pervaporation in order to increase the yield of sugar conversion. Nevertheless, a distillation step would still be necessary as there is no good membrane adapted to this intermediate concentration range.
The energy requirements of different process schemes are discussed and compared with those of the conventional distillation process

Résumé - Les différentes possibilités d'utilisation de la pervaporation dans la production de l'alcool anhydre à partir du milieu de fermentation ont été envisagées. La voie la plus intéressante serait l'extraction de l'alcool sous forme pure à travers une membrane infiniment sélective vis-à-vis de l'éthanol. Cependant, une telle pellicule n'existe pas encore et sa mise au point semble très difficile dans l'état actuel des connaissances sur les membranes.
L'enrichissement en alcool est envisageable avec certaines parois sélectives à l'alcool disponibles sur le marché mais leur sélectivité n'est pas suffisante pour permettre un enrichissement en une seule étape jusqu'à une teneur de l'ordre de 80 %. Par contre, un mélange à cette composition serait économiquement déshydraté à l'aide des membranes existantes.
Le film actuellement le plus performant permettrait une déshydratation de 10 à 0,5 % en teneur aqueuse avec un coût énergétique de l'ordre de 320 KJ / Kg d'éthanol pur.
La déshydratation de l'alcool à 80 % obtenu par distillation serait aussi une option intéressante (750 KJ / Kg d'alcool anhydre).
Enfin, on pourrait envisager une régulation en continu de la teneur en alcool dans le fermenteur à une concentration optimale par pervaporation avec une membrane sélective à l'alcool. Cependant, une distillation intermédiaire serait nécessaire, car l'on ne dispose pas encore de parois suffisamment sélectives dans la gamme des concentrations intermédiaires