Conception et optimisation d'un procédé de décomposition thermique de solutions d'acide peracétique

Abstract

L'acide peracétique (PAA) est un peroxyde organique de formule chimique CH_3 COOOH. Il peut être employé comme désinfectant, agent de blanchiment ou initiateur de polymérisation. Son principal atout réside dans son caractère désinfectant : la désinfection par l'acide peracétique ne génère pas de sous-produits nocifs, à l'inverse de l'eau de javel. Néanmoins, le PAA reste un composé nuisible à l'environnement, corrosif, irritant et inflammable, ce qui le rend dangereux. Actuellement, la seule voie de traitement des déchets d'acide peracétique est l'incinération. Cette procédure n'est en aucun cas avantageuse, sa seule fonction est de détruire le PAA. Dans une optique de valorisation responsable, il est essentiel de mettre en place un réel processus de décomposition des déchets de solution d'acide peracétique.

Dans ce contexte, l'entreprise Revatech, réputée pour son expertise dans le domaine du traitement des déchets industriels dangereux et non dangereux, a décidé de prendre en charge le traitement de ce composé à grande échelle. Ce manuscrit présente le travail réalisé en collaboration avec l'entreprise : un procédé de décomposition de solution de PAA est élaboré.

Tout d'abord, une étude de la thermodynamique et de la cinétique réactionnelle est menée sur base d'expériences en laboratoire et de données issues de la littérature. Les résultats fournissent les données nécessaires à la modélisation du procédé en vue de son extrapolation à l'échelle industrielle , telles que l’enthalpie de la réaction de décomposition de H_2 O_2, 80 kJ/mol et l’énergie d’activation de cette réaction 88kJ/mol. De plus, différents impacts sur le procédé sont mis en avant : les principales variables opératoires sont le rapport massique entre les réactifs et la manière d'ajout des réactifs. Ensuite, un modèle mathématique est réalisé via le logiciel Matlab et validé par les résultats expérimentaux. Après cette validation, pour pouvoir exécuter le traitement à grande échelle, les échanges de chaleur et la procédure du traitement sont finalement étudiés. Il est défini que l'utilisation d'une double enveloppe de refroidissement est nécessaire et que le traitement doit s'effectuer par ajout successif d'un des réactifs dans l'autre pour un meilleur contrôle de la décomposition.

La finalité de ce travail est la présentation d'un procédé discontinu de décomposition d'un volume de 400 L de solution d'acide peracétique dans un réacteur "fed batch" muni d'une double enveloppe de refroidissement. Ce procédé permet d'obtenir une solution contenant moins de 30 mg/L de peroxydes organiques : cette solution pourra en partie être traitée dans une station d'épuration biologique.