PROCESSOS DE SEPARAÇÃO POR MEMBRANAS

Apresentação em tema: "PROCESSOS DE SEPARAÇÃO POR MEMBRANAS"— Transcrição da apresentação:

1 PROCESSOS DE SEPARAÇÃO POR MEMBRANAS
• Servem tanto para separação como para concentração • Se aplicam a moléculas e a partículas finas Os seguintes processos, operados por pressão, podem ser empregados para separar componentes de meios fermentados: - Microfiltração - Ultrafiltração - Osmose inversa - Diafiltração

2 Algumas vantagens destes processos são:
Emprego de moderadas ou mesmo baixas temperaturas Baixo efeito químico e mecânico prejudiciais Não envolvem mudança de fase Boa seletividade, em muitos casos Concentração e purificação pode ser alcançada em uma etapa Fácil ampliação de escala e flexibilidade

3 1. Microfiltração (MF) Processo mais “próximo” da filtração convencional Indicado para retenção de materiais em suspensão e emulsão Pressão de força motriz é da ordem de 3 bar O solvente e todo material solúvel permeiam a membrana Apenas material em suspensão ou emulsão é retido Principais aplicações: esterilização de líquidos e gases, purificação de fluidos

4 2. Ultrafiltração (UF) Membranas com poros menores que da MF
Serve para purificar e fracionar soluções contendo macromoléculas Pressão de força motriz de 2 a 10 bar As membranas apresentam distribuição de tamanho de poro, logo, são caracterizadas por uma “curva de retenção nominal” Pequenos solutos podem passar pela membrana, mas macrossolutos e colóides são retidos Nanofiltração (NF): para solutos menores que UF

5 B = 15 kD

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7 Osmose

8 3. Osmose inversa (OI) Usa membranas permeáveis à água mas não aos sais inorgânicos e pequenas moléculas orgânicas Membranas de poros menores que UF, necessitando maiores pressões. Alta pressão faz a água atravessar a membrana no sentido da solução mais concentrada para a menos concentrada Outros solventes podem atravessar a membrana semipermeável (ex. álcool)

9 4. Diafiltração (DI) Membranas possuem características de MF e de UF
Consiste em adicionar continuamente um solvente puro ou solução tampão na solução a ser processada em vazão equivalente à vazão de permeado que sai do sistema. Processo separa mistura de solutos com base, sobretudo, no tamanho molecular Usada para purificar um determinado soluto numa solução onde os contaminantes têm diâmetro menor que o soluto de interesse Para solutos iônicos, usa-se a eletrodiafiltração

10 Características das membranas de acordo com o processo de filtração
- Pressão empregada - Tamanho do poro da membrana - Exemplos de partículas separáveis

11 10-4 – 10-3 10-1 – 101 10-3 – 10-2 10-2 – 10-1 Pressão (bar) Microfiltração < 1 Osmose Reversa Ultrafiltração Nanofiltração • Bactéria, gordura Proteinas Lactose Minerais (sais) Água Retido (concentrado) Permeado (filtrado) Entrada Tamanho de poro da membrana (μm)

12 Tipos de membranas

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15 Filtração tangencial A solução ou suspensão escoa paralelamente à superfície da membrana, enquanto o permeado é transportado transversalmente à esta As membranas possuem poros maiores que UF Macrossolutos passam pela membrana Solvente e soluto(s) passam pela membrana por convecção através dos poros Processo também emprega pressão

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17 Tipos de sistemas de filtração tangencial

18 Filtro tipo cartucho espiral. Macrossolutos retidos
Membrana Macrossolutos retidos Separador de membrana Solventes e Microssolutos Retido Alimentação Permeado

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21 Sistema de filtração tangencial tipo placa

22 Sistema de filtração tangencial tipo placa

23 Equacionamento para FT
Microfiltração na qual o meio escoa tangencialmente à superfície do material filtrante Seu desempenho é caracterizado por duas variáveis: fluxo de filtrado e coeficiente de retenção de sólidos em suspensão ou solutos. O fluxo de filtrado (J) varia de 50 a 100 L/h.m2 e é definido por: J = Qf / A onde: Qf é a vazão de filtrado (L/h) A é a área da membrana (m2) O coeficiente de retenção (R) é definido pela equação: R = 1 – (Cf / Cr) onde: Cf é a conc. de solutos ou sólidos no filtrado Cr é a conc. de sólidos ou soluto no retido

24 Tais parâmetros são influenciados por:
Concentração de polarização, que é um gradiente de concentração próximo à membrana Solução: alteração da velocidade tangencial, da pressão ou do pH. “Fouling”, que é o bloqueio ou estreitamento dos poros pelos solutos ou sólidos (“sujamento”) Para minimizar estes efeitos: usar velocidade de escoamento entre 0,2 e 0,5 m/s (filtro placa) ou 2 e 5 m/s (filtro tubular) e pressão transmembrana (PTM) entre 100 e 500 kPa.

25 A velocidade de escoamento (ve) é dada por:
ve = a / At onde: a é a vazão de alimentação de meio (m3/h) At é a área da seção transversal do canal de escoamento (m2) A pressão transmembrana (PTM) é dada por: PTM = (Pa + Pr) - Pf 2 onde: Pa é a pressão de alimentação (N/m2) Pr é a pressão do retido (N/m2) Pf é a pressão do filtrado (N/m2)

26 Os dois fenômenos citados mais a resistência da própria membrana de filtração aumentam a resistência à passagem do fluxo de filtrado, sendo este, portanto, representado por: J = PTM µ (Rm + Rcp + Rf) Onde  é a viscosidade do fluido de alimentação Rm é a resistência da membrana Rcp é a resistência devido à conc. de polarização Rf é a resistência devido ao “fouling”

27 Considerações finais As variáveis de um processo de filtração são as mesmas em qualquer escala. Definindo-se em laboratório a velocidade tangencial de alimentação, a pressão de transmembrana e a capacidade de filtração (J), faz-se a ampliação de escala em função do volume a ser processado.

28 Sistemas de Osmose Reversa Dulcosmose®
Este processo é usado para dessalinizar soluções aquosas. Usando membranas de alta performance, é possível hoje remover mais de 99% de todos os sais de uma solução aquosa.