Aula 2 c ultrafiltração
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Operações Unitárias: nanofiltração, ultrafiltração, microfiltração e osmose reversa Profª. Camila Ortiz Martinez UTFPR Campo Mourão Introdução Definição Eliminar componentes indesejáveis Meio filtrante: membrana semipermeável Membranas de microfiltração, nanofiltração, ultrafiltração e osmose reversa Meios filtrantes: MEMBRANAS Classificação porosidade (retenção), espessura, composição Taxa de fluxo: resistência membrana, e camadas, saturação Membranas densas: osmose reversa e a nanofiltração (<2 nm) Mecanismo de separação baseia-se na diferença dos coeficientes de solubilidade e difusão entre o solvente e o soluto Diferença entre a pressão osmótica e a aplicada Membranas porosas: Microfiltração: > 50 nm Ultrafiltração: entre 2 e 50 nm Filtração tangencial x filtração direta 10.000 x < FILTRAÇÃO Filtração convencional ou direta: todo o fluxo de solvente que alimenta a membrana permeia através dela ( teor de sólidos). Filtração tangencial: parte do fluxo que alimenta a membrana é permeado e parte é eliminado em uma corrente denominada concentrado. A filtração tangencial é utilizada em sistemas que lidam com uma quantidade elevada de sólidos que podem obstruir em questão de segundos os poros das membranas bloqueando o fluxo. Microfiltração Suspensão: 0.05 - 10 um Uso: remover sólidos em suspensão e também bactérias (vírus), turbidez Fluxos: filtros “dead end” ou “crossflow” Aplicação: separar partículas dispersas Colóides, glóbulos de gordura Recuperação de biomassa Clarificação Ultrafiltração Pressões acima de 145 psi (10 bar), 4000 a 8000 x 103 Pa Uso: concentração do retido, fracionamento de solutos Aplicação: fracionamento de leite e soro de leite e no fracionamento protéico, remoção de lactose e sais, queijos (> rendimento, valor nutricional, padronização sólidos), purificação de água para consumo humano, pré-tratamento de águas Concentra sólidos suspensos e solutos de peso molecular maior do que 1.000 solutos orgânicos e sais de baixo peso molecular = permeado Sacarose, extrato de tomate, pectina, ptnas Bactérias, vírus e outros patogênicos Pressão: substâncias capturadas são retidas na superfície da membrana e a água produzida (denominada filtrado ou permeado) é retirada do interior das fibras 50 – 1000 fibras, 1 m de comprimento e 0,001 – 1,2 mm de diâmetro, com membranas de 250 um de espessura Vista em corte esquemático das membranas de fibras ocas Corte esquemático de fibra oca ultra cheia de água filtrada Poros 0,01 micron sobre a membrana de uma fibra oca com partículas retidas Vista em corte das membranas de ultrafiltração Vista lateral de um cartucho de fibra oca contendo as membranas de ultrafiltração Osmose Movimento baseado na diferença de potencial químico NaCl > Término = - perda de pressão de difusão pela membrana, ou - coluna em elevação de água salgada exerce pressão hidrostática suficiente para limitar outras difusões Osmose reversa Pressão osmótica + perda de pressão da difusão pela membrana > Pressão: + rápida Osmose reversa Membrana semipermeável que retém o sal e componentes nocivos à saúde (até 99,9% de cloreto de sódio) Íons monovalentes ou polivalentes, bactérias, materiais org. Ela acontece quando duas soluções, de concentrações diferentes são separadas por uma membrana semipermeável Uso (< peso molecular, > pressão; 5-10x > UF): Separação de sais, monossacarídeos, compostos aromáticos concentrar e purificar sucos de frutas, enzimas, licores, óleos vegetais, concentrar clara de ovo, soro de leite, café (secagem), xaropes, aromatizantes, ptnas, ácido cítrico clarificar vinho e cerveja, limpeza de efluentes, desmineralizar e purificar a água (bebidas), ou dessalinizar Remoção do álcool (cerveja, cidras) Vantagem sobre a evaporação. Desvantagens (conc. máxima de 30% sólidos) Nanofiltração Pressão: < do que na osmose reversa: < diferença da pressão osmótica) Permeado: íons monovalentes, água, e soluções orgânicas de baixo peso molecular, tais como álcool. Retenção de espécies iônicas maiores, incluindo íons bivalentes e multivalentes, e moléculas mais complexas (grandes: ptnas) Remove cálcio e magnésio, mas não é tão eficiente na remoção de dessalinização deixando passar um pouco de cloro Uso: desmineralização, remoção de cores e dessalinização Aplicação: muito utilizada para dessalinização de alimentos lácteos, dessalinização parcial do soro, dessalinização de corantes, redução ou alteração de cor em produtos alimentícios e concentração de alimentos Indústria de Laticínios Segmento Queijo Produto de entrada Soro salgado Permeado Água residual salgada Concentrado Resultados/Be nefícios Soro desalinizado concentrado Redução dos custos de transportes bem como recuperação de lactose e sólidos protéicos de soro. Indústria Alimentos & Bebidas Segmento Produtos Padaria Permeado Água & minerais sais Concentrado Resultados/Benef ícios Gelatina Gelatina desalinizada para melhoria das propriedades de formação de estrutura e melhorar a limpidez da cor. Indústria Farmacêutica Segmento Produto entrada Indústria Remédios de Antibióticos puros de Permeado Concentrado Antibióticos Produto residual concentrados, salgado desalinizados Resultados/Bene fícios Aumento do valor de produto farmacêutico. Atividade Industrial Segmento Têxteis Produto entrada Mix de Pasta de Resultados/Ben efícios Permeado Concentrado Corantes Corantes desalinizados Água, sais, DBO, para um produto DQO e cor de maior valor agregado. Não existe uma tecnologia melhor do que a outra e sim a tecnologia que mais se adapta ao objetivo da separação. Conjunto Aplicação Microfiltração: tratamento de água (clarificação), tratamento de efluentes (MBR), esterilização de cervejas e vinhos, purificação de ar. Ultrafiltração: tratamento de água (clarificação), tratamento de efluentes (polimento), purificação de proteínas, separação de pigmentos, produção de queijos, separação de emulsões, produção de enzimas. Nanofiltração: abrandamento de água, clarificação de sucos e bebidas, concentração de metais pesados ou valiosos. Osmose Reversa: dessalinização de água do mar, produção de água ultrapura para uso farmacêutico, separação de solventes orgânicos. Trabalho Apresentação oral (20 – 25 minutos) Definição, princípio de funcionamento, equipamento, e aplicação 12/09: Troca iônica 19/09 Eletrodiálise 26/09 Pervaporação 03/10 Tipos de membranas:
