A theoretical and experimental study of the crossflow microfiltration process of silica particles in an aqueous suspension

Authors

  • Arlindo Soares Räder,

    1. Laboratory of Membrane Separation Processes (LASEM), Chemical Engineering Department, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Rua Professor Luiz Englert, s/no 90040-040 Porto Alegre, RS, Brazil
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  • Isabel Cristina Tessaro,

    1. Laboratory of Membrane Separation Processes (LASEM), Chemical Engineering Department, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Rua Professor Luiz Englert, s/no 90040-040 Porto Alegre, RS, Brazil
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  • Ligia Damasceno Ferreira Marczak

    Corresponding author
    1. Laboratory of Membrane Separation Processes (LASEM), Chemical Engineering Department, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Rua Professor Luiz Englert, s/no 90040-040 Porto Alegre, RS, Brazil
    • Laboratory of Membrane Separation Processes (LASEM), Chemical Engineering Department, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Rua Professor Luiz Englert, s/no 90040-040 Porto Alegre, RS, Brazil.
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Abstract

This work presents a theoretical and experimental analysis of a crossflow microfiltration process of silica particles in suspension. The silica suspensions were 0.001 M of NaCl with a pH of 6 (to maintain a constant ionic force within the medium to produce a stable silica particle suspension) for three different concentrations of silica particles: 100, 300, and 500 mg L−1. The membrane used in the crossflow microfiltration experiments was a commercial polymeric membrane, microporous, asymmetric with a nominal pore diameter of 0.2 µm, manufactured by OSMONICS (Minnetonka, MN). The experiments were performed in a bench scale crossflow microfiltration system with a flat rectangular membrane cell. The permeate flux was obtained as a function of the transmembrane pressure, the crossflow velocities, and the silica particles concentration. The mathematical model describing the process takes into account the variation of the physical properties of the suspension (dynamic viscosity and mass diffusivity) with the silica concentration. The experimental data are used to predict the maximum silica concentration at the membrane surface as a function of the operating conditions.

Abstract

Ce travail présente une analyse théorique et expérimentale d'un processus de microfiltration par écoulement transversal de particules de silice en suspension. Les suspensions de silice étaient de 0,001 M de NaCl avec un pH de 6 (pour maintenir une force ionique constante dans le milieu afin de produire une suspension de particules de silice stable) pour trois concentrations différentes de particules de silice : 100, 300 et 500 mg L−1. La membrane utilisée dans les expériences de microfiltration par écoulement transversal était une membrane polymérique commerciale, microporeuse et asymétrique avec un diamètre de pore nominal de 0,2 µm fabriquée par OSMONICS. Les expériences ont été réalisées dans un système de microfiltration par écoulement transversal en banc d'essai avec une cellule à membrane rectangulaire et plate. Le flux de perméation a été obtenu comme fonction de la pression transmembranaire, des vélocités de l'écoulement transversal et de la concentration des particules de silice. Le modèle mathématique qui décrit le processus prend en compte la variation des propriétés physiques de la suspension (viscosité dynamique et diffusivité de masse) avec la concentration de silice. Les données expérimentales sont utilisées pour prédire la concentration de silice maximale à la surface de la membrane comme fonction des conditions de fonctionnement.

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