Etude de l'amélioration des performances des procédés membranaires par des vortex de Dean

Study of enhancement of membrane processes by use of Dean vortices

• Auteur / Autrice : Rodolphe Moll
• Direction : Françoise Charbit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Membranes (technologie)

Tourbillons (mécanique des fluides)

Eau -- Épuration

Tuyaux -- Incrustations

Hydrodynamique

Ultrafiltration

Simulation par ordinateur

Résumé

Ce travail porte sur des fibres creuses hélicoïdales, où l'écoulement de Dean apparaît, ce qui permet d'augmenter la contrainte de cisaillement à la paroi. A l'échelle laboratoire l'utilisation de membranes hélicoïdales tressées permet d'améliorer le flux limite. La simulation numérique a permis de caractériser l'écoulement en déterminant l'influence de la vitesse, de la géométrie et des proportions perméées. Il apparaît que la contrainte de cisaillement à la paroi varie le long du périmètre d'une section, alors que les quantités perméées restent constantes. Il est montré que la meilleure configuration est celle à deux fibres par tresse choisie pour nos expérimentations. Des modules de taille industrielle ont été fabriqués et testés. Un pilote automatisé est utilisé pour réaliser des essais de filtration à grande échelle, dans des conditions maîtrisées, puis lors de deux campagnes sur site (une eau souterraine puis une eau de surface). Les modules n'ont montré aucun vieillissement prématuré, mais l'influence de l'hydrodynamique est moins importante que lors d'essais réalisés en conditions limites.

This work concerns fouling reduction by means of helical hollow fibres in which Dean flow appears. The wall shear stress is stronger than in a straight fibre. It was already shown that the use of helical membranes increases limiting flux. The most advantageous configuration is a lengthened helix resulting of woven fibres. Such a geometry was never studied before. The computational fluid dynamics allowed to characterize the flow in woven hollow fibres through the influence of velocity, geometric parameters and permeated flux. When pure solvent is considered, the wall shear stress is found varying along the perimeter of a section, whereas the filtration rate remains constant. The best configuration for woven fibres is that with two fibres per strand and was chosen for experimental campaigns. Various modules of industrial size were manufactured and tested. An automated pilot was used in order to carry out tests at large scale filtration, initially under controlled conditions, then on two in-situ campaigns. The modules have not shown any premature ageing, though influence of hydrodynamics seems less important than that obtained under limiting conditions.