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Comparaison de deux types d'écoulements (tangentiel plan et tourbillonnaire) dans des modules d'ultrafiltration. Influence de la contrainte pariétale

Authors


Abstract

Cette étude est consacrée à l'évaluation des performances d'un nouveau procédé de séparation par membrane constitué d'une cellule annulaire munie d'une entrée tangentielle unique à sa base. Pour cela, nous avons comparé les flux de perméation de ce module, siège d'un écoulement tourbillonnaire non entretenu, à ceux obtenus avec un module à écoulement tangentiel plan classique. L'ultrafiltration de suspensions modèles de bentonite nous a permis de comparer les performances des deux modules pour différentes conditions opératoires. Les influences du débit, du nombre de Reynolds et du gradient pariétal de vitesse à la surface de la membrane ont été étudiées; ce dernier paramètre apparaǐt comme le critère le plus approprié pour mettre en parallèle les deux géométries. En effet, il prend en considération la nature de l'ecoulement et plus particullèrement la contrainte de cisaillement à la surface měme de la membrane qui régit le transfert de solvant au travers de cette dernière. Dans certaines conditions, le module à écoulement tourbillonnaire permet d'atteindre des flux de perméation augmentés de plus de 30% par rapport à ceux obtenus avec un module tangentiel plan classique. L'étude de la consommation énergétique de ces deux cellules permet de confirmer l'intérět des écoulements tourbillonnaires pour la conception de nouvelles géométries de modules de séparation par membrane.

Abstract

This work consists of evaluating the performances of a new membrance separation process: an annular, swirling, decaying flow induced by a tangential inlet. For this purpose, we have compared the permeation flux obtained in swirling flow with that of a crossflow. We ultrafiltered a model suspension of bentonite in order to compare the performances of the two modules for different operating conditions. Parameters such as flow rate, Reynolds number and wall velocity gradient were studied, and this last one appears to be a significant hydrodynamic parameter to compare the performances of the two configurations. Indeed, this parameter takes into account the flow field nature and, more precisely, the shear stress at the membrane surface. Improvement of the permeation flux induced by the swirling, decaying flow in comparison with that observed in cross-flow can reach more than 30% under specific conditions. The study of the energy consumption of these two cells allows us to confirm the interest of the swirling, decaying flow in order to design new types of membrane separation modules.

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