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Title: Strategia sperimentale per la progettazione ottimale di unità di ultrafiltrazione per il recupero di biopimeri alimentari da soluzioni molto viscose
Other Titles: Experimental Strategy for the Optimal Design of Ultrafiltration Units for the Recovery of Food Biopolymers from Highly‐Viscous Solutions
Authors: Sebastiani, Ilio
Keywords: Ultrafiltrazione;Processi a membrana;Alginati;Pectine;Reologia;Flow regime;Modelling;Permeation flux;Pectin;Rejection coefficient;Rheology;Sodium alginate;Ultrafiltration;AGR/15
Issue Date: 14-Mar-2008
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato di ricerca 20. ciclo
Abstract: 
Questa tesi di dottorato ha riguardato l’identificazione di un appropriato modello
matematico del processo di recupero per ultrafiltrazione (UF) di due biopolimeri di
interesse alimentare (alginato di sodio e pectina) da soluzioni acquose molto viscose in
un impianto da banco, appositamente allestito e provvisto di un modulo tubolare
ceramico. All’aumentare della concentrazione di entrambi i soluti nel retentato (cBR ) a 7‐
10 kg m‐3, il flusso di permeazione limite (JP∞) si riduceva a valori di 25‐40 dm3 m‐2 h‐1,
indipendenti dalla velocità superficiale nel modulo (vS). Si è verificato che la variazione di
pendenza nel diagramma JP∞‐log(cBR) corrispondeva alla transizione fra regime di moto
turbolento e laminare. Ricorrendo a due regressioni empiriche adimensionali fra i numeri
modificati di Sherwood, Reynolds e Schmidt, valide nei regimi di flusso anzidetti, è stato
possibile sia simulare abbastanza bene alcuni test di validazione condotti in modalità
batch nell’impianto da laboratorio, sia ricostruire i valori di JP∞ rilevati da altri ricercatori
usando moduli commerciali tubolari ceramici od in polietersulfone. Queste regressioni
empiriche potrebbero essere utilizzate come equazioni di progetto per ulteriori esercizi di
scaling‐up dei processi di UF esaminati, mentre la strategia sperimentale qui delineata
permetterebbe di determinare facilmente i parametri basilari per progettare od
ottimizzare unità di UF.

This PhD thesis was directed to identify a comprehensive mathematical model of the
ultrafiltration (UF) recovery of a couple of target food biopolymers (i.e. sodium alginate
and pectin) from highly‐viscous model solutions using a laboratory‐scale plant,
appropriately assembled and equipped with a ceramic UF tubular module. As the
concentration of both solutes in the retentate (cBR) increased up to 7‐10 kg m‐3, the limiting
permeation flux (JP∞) decreased to values of 25‐40 dm3 m‐2 h‐1, that were quite
independent of the feed superficial velocity (vS). It was proved that the change in slope of
the plot JP∞‐vs.‐log(cBR) was due to the transition from turbulent to laminar flow regime.
By resorting to two dimensionless empirical regressions among the modified Sherwood,
Reynolds and Schmidt numbers, valid in the laminar or turbulent flow regime, it was
possible to achieve quite a satisfactory simulation of a few independent validation tests
performed in the batch mode in the laboratory‐scale plant, as well as to reconstruct the JP∞
values observed by other authors using commercial ceramic or polyethersulphone
tubular modules. Thus, use of such empirical regressions might be recommended as
design tools for further scaling‐up exercises of these UF processes, whereas the
experimental strategy here set up may be used to assess the basic parameters for
designing or optimising UF units.
Description: 
Dottorato di ricerca in Biotecnologia degli alimenti
URI: http://hdl.handle.net/2067/2049
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