SEPARAÇÃO POR MEMBRANAS

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

1 SEPARAÇÃO POR MEMBRANAS
Profa. Kelly Tafari Catelam Operações Unitárias Tecnologia em Biocombustíveis IFSP Matão

2

3 Principais processos de separação por membranas
Microfiltração: Utilizado para separação de sólidos em suspensão e bactérias. Ultrafiltração: Utilizado para separar sólidos em suspensão, bactérias, vírus e compostos orgânicos de elevado peso molecular. Nanofiltração: Remoção de compostos orgânicos de baixo peso molecular e íons bivalentes dissolvidos. Osmose reversa: Separação espécies de baixo peso molecular

4

5

6

7

8

9

10 Para tratamento de água:

11 Características dos Processos de Separação por Membranas
MF Pressão – 0,3 a 1,7 bar; Diâmetro dos poros – 0,1 a 3,0 mm; UF Pressão – 0,7 a 6,9 bar; Separação de substâncias com peso molecular de até 1000 g/mol (Daltons).

12 Características dos Processos de Separação por Membranas
NF Pressão  3,4 bar; Separação de compostos com peso molecular variando de 250 a 1000 g/mol; Também é eficiente para separação de sais, geralmente bivalentes; OR Possibilita a remoção da maioria dos compostos orgânicos e íons; Pressão  3,4 a 69 bar; Taxa de rejeição  99%

13 Materiais das membranas
As membranas podem ser orgânica ou inorgânicas; Membranas poliméricas são mais amplamente utilizadas; Membranas cerâmicas são restritas aos processos de microfiltração e ultrafiltração.

14 Polímeros utilizados na Fabricação de Membranas

15 Membranas Inorgânicas
Materiais inorgânicos apresentam maior estabilidade química e térmica em comparação aos polímeros; A utilização de membranas inorgânicas ainda é limitada, restringindo-se aos processos de MF e UF; Podem ser obtidas a partir de quatro tipos de materiais: Cerâmicos; Metálicos; Vítreos; Zeolíticos.

16 Membranas Hidrofílicas e Hidrofóbicas
Em função do material polimérico utilizado as membranas podem ser: Membranas hidrofílicas  apresentam afinidade pela água; Membranas hidrofóbicas  não tem afinidade pela água. Do ponto de vista de tratamento de água e efluentes aquosos é ideal que a membrana seja hidrofílica; Esta característica resulta em um menor potencial para depósito de materiais sobre a superfície da membrana.

17 Representação do ângulo de contato utilizado para verificar o caráter das membranas

18

19 Membranas poliméricas

20 Membranas cerâmicas

21 Depósitos e outros efeitos de adsorção
As interações entre soluto-membrana e soluto-soluto podem resultar na: Formação de depósitos; Adsorção física do soluto sobre a membrana; Precipitação química. Estes processos podem afetar de forma negativa a capacidade de separação das membranas.

22 Formação de depósitos A redução de fluxo de permeado através das membranas pode ser resultado: Da formação de torta sobre a membrana; Da ocorrência de depósitos adsorvidos; Do entupimento dos poros. Em muitos exemplos práticos a resistência causada pela camada de polarização de concentração parece ser pouco significativa.

23 Efeito da formação de torta em membranas de MF e UF

24 Depósito adsorvido A adsorção de materiais orgânicos sobre a superfície das membranas é um parâmetro de controle do seu desempenho; Substâncias húmicas e outros materiais que ocorrem naturalmente podem apresentar um grande efeito sobre a capacidade de produção; Os efeitos sobre o fluxo de permeado é mais significativo do que os resultantes da ação de argilas e outros colóides inorgânicos;

25 Efeitos das substâncias orgânicas no fluxo de permeado

26 Depósito adsorvido As características que determinam a propensão à formação de depósitos são: Afinidade pelo material da membrana; Peso molecular; Grupos funcionais presentes; Conformação das moléculas.

27 Formação de biofilmes É um problema crítico nos processos de separação por membranas; Refere-se à formação de uma camada viscosa sobre a superfície da membrana, resultante do acúmulo de microrganismos; É um processo resultante dos mecanismos de adesão e crescimento.

28 Formação de biofilmes Adesão: Crescimento:
Mecanismo responsável pela fixação dos microrganismos na superfície da membrana; Crescimento: Após a sua fixação os microrganismos se multiplicam utilizando os nutrientes que são transportados para superfície da membrana.

29 Formação de biofilmes Normalmente, a formação de biofilme é mais problemática que a ocorrência de depósitos coloidais ou a incrustação. A razão para isto é que os microrganismos se multiplicam em progressão geométrica, podendo resultar em danos severos à membranas; Mesmo para águas com baixa contagem de microrganismos a formação de biofilme é inevitável

30 Condições associadas ao biofilme
A presença de sólidos em suspensão em combinação com o biofilme pode resultar na formação de depósitos; Isto irá conduzir à perda da eficiência do sistema; O biofilme estabelecido serve como uma fonte de microrganismos para o sistema;

31

32 Problemas ocasionados devido à formação de biofilmes
Em qualquer situação a ocorrência de biofilme reduz o desempenho do sistema; Os seus efeitos são mais pronunciados em sistemas de NF e OR;

33 Ela é baseada na capacidade e limitação de cada processo:
Projetos de Sistemas A seleção de um projeto para uma determinada aplicação não é uma tarefa difícil; Ela é baseada na capacidade e limitação de cada processo: Separação de sólidos suspensos; Separação de compostos orgânicos com elevado peso molecular; Separação de espécies dissolvidas

34 Projetos de Sistemas A capacidade de produção das membranas é uma informação vital para o desenvolvimento do projeto; Esta informação deve ser obtida por meio de ensaios piloto, principalmente para sistemas de MF e UF, ou mediante consulta ao fornecedor das membranas; Com base nestes dados é possível determinar o número de membranas a serem utilizadas;

35 Projetos de Sistemas Uma vez definido o número de membranas e módulos a serem utilizados deve-se fazer a especificação dos demais componentes, Os vasos de pressão ou módulos de membranas e membranas não são os únicos componentes de um sistema de separação por membranas.

36 Projetos de sistemas Para que qualquer sistema possa operar de modo adequado são necessários: Válvulas de controle e bloqueio; Instrumentos de medição: Pressão e pressão diferencial; Tensão e corrente elétrica; Temperatura; Vazão; pH; Condutividade; Nível de tanques.

37 A escolha dos materiais a ser utilizados também é importante
Projeto de Sistemas Um componente essencial para o funcionamento do sistema são as bombas utilizadas: Unidade de pré-tratamento; Alimentação do sistema; Limpeza e sanitização; Dosagem de produtos químicos. A escolha dos materiais a ser utilizados também é importante

38 Projetos de Sistemas O dimensionamento de um sistema de separação por membrana requer o conhecimento dos seguintes parâmetros: Vazão a ser tratada ou produzida; Características da alimentação e do produto; Capacidade de produção das membranas; Taxa de rejeição de contaminantes;

39 As informações relativas à capacidade das membranas são obtidas com os fornecedores ou por meio de ensaios piloto; Os dados sobre a capacidade do sistema são os parâmetros de projeto definidos para cada situação; A partir da escolha do arranjo a ser utilizado são desenvolvidas as relações necessárias para a definição das condições de operação

40 Com base nas condições de operação do sistema é possível obter as características dos principais componentes: Área de membrana; Número de módulos; Número de vasos de pressão; Vazão da bomba de alimentação

41 Aplicação de Membranas na Tecnologia de Óleos Vegetais
Recuperação do solvente Degomagem Remoção de pigmentos Remoção de ceras Separação de ácidos graxos Produção enzimática de lipídios estruturados específicos

42 Aplicações em Biocombustíveis
Aplicação de microfiltração com membranas cerâmicas no processo de separação de biodiesel e glicerina Análise do teor de glicerol no processo de produção de biodiesel etílico de óleo de soja por ultrafiltração com membranas cerâmicas. Transcrição de biodiesel de alta qualidade obtido por meio de tecnologia de biodiesel de alta qualidade obtido por meio de tecnologia de membrana Estudo do processo de separação em membranas cerâmicas – aplicação Para separação de etanol-glicerina

43 OBRIGADA!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!