Operações Unitárias: nanofiltração, ultrafiltração, microfiltração e osmose reversa. Profª. Camila Ortiz Martinez UTFPR Campo Mourão

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Cecília Borja de Paiva
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1 Operações Unitárias: nanofiltração, ultrafiltração, microfiltração e osmose reversa Profª. Camila Ortiz Martinez UTFPR Campo Mourão

2 Introdução Definição Eliminar componentes indesejáveis Meio filtrante: membrana semipermeável Membranas de microfiltração, nanofiltração, ultrafiltração e osmose reversa

3 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 x < Filtração tangencial x filtração direta

4 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.

5 Microfiltração Suspensão: 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

6 Ultrafiltração Pressões acima de 145 psi (10 bar), 4000 a 8000 x 10 3 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 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

7 Pressão: substâncias capturadas são retidas na superfície da membrana e a água produzida (denominada filtrado ou permeado) é retirada do interior das fibras 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

8 Corte esquemático de fibra oca ultra cheia de água filtrada

9 Poros 0,01 micron sobre a membrana de uma fibra oca com partículas retidas

10 Vista em corte das membranas de ultrafiltração

11 Vista lateral de um cartucho de fibra oca contendo as membranas de ultrafiltração

pela membrana, ou - coluna em elevação de água salgada

12 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

13 Osmose reversa Pressão osmótica + perda de pressão da difusão pela membrana > Pressão: + rápida

14 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)

15 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

16 Indústria de Laticínios Segmento Produto de entrada Permeado Concentrado Resultados/Be nefícios Queijo Soro salgado Água residual salgada Soro desalinizado concentrado Redução dos custos de transportes bem como recuperação de lactose e sólidos protéicos de soro.

17 Indústria Alimentos & Bebidas Segmento Permeado Concentrado Resultados/Benef ícios Produtos Padaria Água & sais minerais Gelatina Gelatina desalinizada para melhoria das propriedades de formação de estrutura e melhorar a limpidez da cor.

18 Indústria Farmacêutica Segmento Produto entrada de Permeado Concentrado Resultados/Bene fícios Indústria Remédios de Antibióticos puros Produto residual salgado Antibióticos concentrados, desalinizados Aumento do valor de produto farmacêutico.

19 Atividade Industrial Segmento Produto entrada de Permeado Concentrado Resultados/Ben efícios Têxteis Mix de Pasta Corantes Água, sais, DBO, DQO e cor Corantes desalinizados para um produto de maior valor agregado.

20 Não existe uma tecnologia melhor do que a outra e sim a tecnologia que mais se adapta ao objetivo da separação. Conjunto

22 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.

23 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:

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