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Issue
Lait
Volume 79, Number 3, 1999
Page(s) 347 - 354
DOI https://doi.org/10.1051/lait:1999330
Lait 79 (1999) 347-354
DOI: 10.1051/lait:1999330

Wall shear stress: effective parameter for the characterisation of the cross-flow transport in turbulent regime during skimmed milk microfiltration

Geneviève Gésan-Guiziou, Georges Daufin, Evelyne Boyaval and Olivier Le Berre

Laboratoire de recherches de technologie laitière, Inra, 65, rue de Saint-Brieuc, 35042 Rennes cedex, France

(Received 2 July 1998: accepted 6 October 1998)

Abstract - Some experimental evidence is accumulating in the literature which shows that the mean cross-flow velocity is not an effective parameter for the characterisation of the cross-flow transport in membrane separation processes. The aim of this work was to determine the most appropriate parameters (among the wall shear stress,τw, the wall shear rate, γ, the Reynolds number, Re, and the mean cross-flow velocity, v) that should be used to assess the limiting and critical fluxes in turbulent regime. The experiments were applied to skimmed milk microfiltration (MF) using a tubular ceramic membrane (0.1 μm mean pore diameter) for the separation of casein micelles from the solluble proteins. These experiments were conducted with several membrane geometries (seven or 19 channels, 40 or 85.6 cm long) and several rigs. Unlike Re and v. τW made it possible to assess the limiting and critical permeation fluxes in milk MF (0.1 μm), whatever the membrane geometry. It was consequently concluded to be an effective parameter to account for cake filtration and to study the cross-flow filtration scale-up. The wall shear rate, calculated by assuming the turbulence damped at the membrane surface and the flow laminar, was not suitable for the assessment of the limiting and critical fluxes in turbulent regime. © Inra / Elsevier, Paris.


Résumé - La contrainte de cisaillement à la membrane : paramètre pertinent pour caractériser l'écoulement tangentiel en régime turbulent durant la microfiltration tangentielle de lait écrémé
L'objectif de ce travail est de montrer que la contrainte de cisaillement à la membrane est un paramètre approprié pour caractériser l'écoulement tangentiel dans les opérations de séparations par membranes en régime turbulent. Les expériences de microfiltration tangentielle de lait écrémé sur une membrane de 0,1 micromètre de diamètres de pores (séparation micelles de caséines / protéines du lactosérum) ont été réalisées avec différentes géométries de membranes et différents pilotes de filtration en utilisant la circulation du perméat à cocourant du rétentat. A la différence du nombre de Reynolds et de la vitesse moyenne d'écoulement tangentielle. la contrainte de cisaillement à la membrane permettait de déterminer les flux de permeation limite et critique quelle que soit la géométrie de la membrane (nombre de canaux, diamètre hydraulique, longueur). Cette grandeur était donc pertinente pour rendre compte des performances des séparations sur membranes et pour étudier les changements d'échelle. Le taux de cisaillement à la membrane, calculé en faisant l'hypothèse d'un écoulement laminaire à la surface de la membrane, n'était pas approprié à l'évaluation des flux de permeation critique et limite en régime turbulent. Des études complémentaires devront être réalisées pour déterminer la possible pertinence de ce paramètre vis-à-vis de la caractérisation de l'écoulement tangentiel. © Inra / Elsevier. Paris.


Key words: wall shear stress / hydrodynamics / critical permeation flux / cross-flow microfiltration / skimmed milk

Mots clés : contrainte de cisaillement / hydrodynamique / flux de permeation critique / microfiltration tangentielle / lait écrémé

Corresponding author: Geneviève Gésan-Guiziou gesan@labtechno.roazhon.inra.fr