processo de separaçao por membranas

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Processos de separação por membranas
Processamento Industrial de Alimentos
Grupo 4:
Lídia de Castro
Diego Carvalho
Introdução: 
O que são e para que servem os processos de separação por membranas? 
Mas o que é uma membrana exatamente?
Informações gerais:
Em relação:
Aos Custos
Ao Mercado
A limpeza e manutenção
A classificação...
Tipos de membranas:
As membranas podem ser classificadas de acordo com a sua natureza e estrutura ou morfologia:
De acordo com a sua natureza:
Biológicas (vivas ou não vivas) 
Sintéticas (orgânicas ou inorgânicas)
De acordo com a estrutura: 
Simétricas (porosas ou não porosas)
Assimétricas.
Tipos de membranas:
Como ocorre a separação? 
Força motriz: o gradiente de potencial químico e/ou o gradiente de potencial elétrico. 
A maioria dos processos ocorrem em condições isotérmicas.
Tipos de processos de separação por membrana
Microfiltração
Ultrafiltração
Osmose inversa
Pervaporação 
Diafiltração 
Tipos de processos de separação por membrana
Tipos de processos de separação por membrana
Microfiltração
Características do processo de microfiltração;
Aplicações;
Microfiltração
Ultrafiltração
Características do processo de ultrafiltração;
Aplicações
Vantagens e desvantagens
Pequenos solutos podem 
passar pela membrana, 
mas macrossolutos 
e colóides são retidos
Ultrafiltração
Ultrafiltração
Vantagens:
Remove efetivamente todas as moléculas orgânicas (>99%);
Remove pirógenos, vírus e partículas;
Não risco de incrustação e risco limitado de obstrução;
Baixo uso de água e energia e baixa manutenção.
Desvantagens:
Quase nenhuma remoção de íons, gases e orgânicos de baixo peso molecular.
Ultrafiltração
Fatores que influenciam de forma positiva a ultrafiltração:
O aumento da pressão induzida ao efluente faz o caudal do permeado aumentando a velocidade a que o processo ocorre;
Aumento da temperatura faz com que a viscosidade seja menor ao caudal do permeados seja maior.
Ultrafiltração
Osmose reversa ou inversa
 o processo de forçar a solução de uma região de alta concentração de soluto(hipertônico) através de uma membrana para uma região de baixa concentração de soluto(Hipotônico), através da aplicação de uma pressão externa que exceda a pressão osmótica.
O processo de tratamento remove grande parte dos componentes orgânicos e até 99% dos sais dissolvidos.
As membranas retêm partículas cujo diâmetro varia entre 1 e 10 Å.
Também podem ser isoladas bactérias, vírus e outros tipos de sólidos dissolvidos, purificando a água.
A membrana industrial é uma barreira semipermeável composta de polímeros, por exemplo, acetato de celulose ou poliamida.
Os principais problemas relacionados à perda de eficiência e redução da vida útil das membranas de osmose reversa estão associados à deposição de material em suspensão, incrustação e /ou degradação por agentes oxidantes ou microorganismos.
Áreas de aplicação da osmose reversa
Irrigação: Um dos problemas da agricultura é a acumulação de sais no solo em função da irrigação com água de rios ou poços. A partir de certo patamar os sais tornam-se nocivos às plantações. A Osmose Reversa é capaz de remover este excesso de sais de forma economicamente viável.
Alimentação de caldeiras: Caldeiras exigem água puríssima, pois a evaporação da água causa a incrustação da superfície dos tubos pelos sólidos presentes na mesma, reduzindo a transferência de calor, aumentando o consumo de combustível e o risco de explosões. 
Recuperação de águas residuais na indústria.
Concentração de sucos, proteínas e vinho na indústria alimentícia.
Áreas de aplicação da osmose reversa
 purificação da água clorada vinda da rede pública para ser utilizada nos equipamentos de hemodiálise. 
Dessalinização da água do mar para consumo humano e para outros processos. 
Com uma capacidade de dessalinizar 800 mil metros cúbicos de água por dia e uma potência que ascende a 2,7 GW, a unidade IWPP, localizada na cidade de Jubail (Arábia Saudita) é a maior planta industrial do mundo para dessalinização de água do mar e produção de energia.
 Fonte:Marafiq
Pervaporação
A pervaporação é um processo de separação por membranas no qual misturas líquidas são fracionadas devido a sua vaporização parcial através de uma membrana não porosa. A força motriz para a transferência de massa no processo é a diferença na pressão de vapor dos solutos. Na pervaporação, ao contrário de outros processos com membrana, ocorre mudança de fase, sendo o permeado obtido na fase vapor e recuperado por condensação.
Mecanismo de transporte 
Inicialmente ocorre a sorção dos componentes que possuem maior afinidade com a membrana. Nesta etapa, devem ser considerados alguns parâmetros como solubilidade que representam uma medida de “afinidade” do componente pelo material polimérico que constitui a membrana.
A próxima etapa corresponde à difusão na membrana; este mecanismo considera parâmetros como coeficiente de partição e coeficiente de difusão, além do gradiente de concentração (potencial químico) nas superfícies da membrana. 
A terceira e última etapa corresponde a dessorção dos componentes na forma de vapor; nesta etapa as moléculas que chegam à “jusante” da membrana deparam-se com uma pressão mais baixa que sua pressão de vapor e por isso vaporizam.
Métodos para a provocar remoção do permeado
Utilização de uma bomba de vácuo no lado permeado, fazendo com que a pressão relativa seja menor que a pressão de saturação dos componentes;
Passagem de gás inerte no lado permeado da membrana de forma transversal ao fluxo;
Aumento de temperatura da alimentação. Neste caso, o aumento de temperatura provocará um aumento do coeficiente de atividade dos componentes e facilitará a passagem dos compostos menos solúveis na solução de alimentação para a forma vapor. Porém a perda da seletividade.
Aplicações da pervaporação 
Desidratação de solventes orgânicos: é a área de aplicação mais difundida do processo de pervaporação, podendo se subdividir em desidratação de misturas binárias, desidratação de misturas orgânicas multicomponentes e remoção de água de misturas reacionais.
Remoção de compostos orgânicos voláteis (COV), principalmente quando se trata de Efluentes com baixa concentração de compostos a serem removidos.
Separação orgânico-orgânico : tanto para separar misturas azeotrópicas, quanto impurezas orgânicas de compostos orgânicos.
A pervaporação representa uma alternativa viável à obtenção de concentrados de aroma de café.
A possibilidade de operar à temperatura ambiente é importante pois evita a degradação de compostos aromatizantes termossensíveis, além de diminuir custos de energia.
Esta técnica tem sido apontada como uma alternativa à recuperação e concentração de compostos orgânicos voláteis de meios líquidos, o que indica a potencialidade da sua utilização para a recuperação de componentes de aromas.
Tratamento de Efluentes na indústria de laticínios 
90% do volume de leite processado é considerado resíduo, apresentando-se sob a forma de soro de queijo, o que em muitos casos é desperdiçado e destinado a corpos receptores com cargas orgânicas. 
O alto percentual de água presente na sua composição inviabiliza economicamente sua desidratação, e o fato de ser perecível agrava o problema, impossibilitando seu armazenamento prolongado, direcionando as pesquisas para seu aproveitamento na produção de biogás, etanol e proteínas concentradas.
Sistema Tradicional Utilizado para Tratamento de Soro de Queijo
Neste sistema de tratamento, o soro de queijo é enviado ao sistema de tratamento de efluentes, passando por uma separação da gordura, através de flotador, um decantador para decantação de sólidos suspensos, e após, direcionado às lagoas de fermentaçãopara redução de DQO e DBO. 
Como desvantagens deste tratamento destacam-se a baixa eficiência ambiental, a falta de retorno econômico e o desperdício de componentes importantes à nutrição humana, como proteínas, minerais, lactose e gordura. 
Como vantagens do sistema destacam-se o baixo investimento no sistema.
DQO – Demanda química de oxigênio 
DBO – Demanda bioquímica de oxigênio 
Parâmetros indispensáveis nos estudos de caracterização de esgotos sanitários e de efluentes industriais.
LODO ATIVADO
O tratamento de soro de queijo através de lodo ativado consiste em um crescimento de massa biológica em contato com a matéria orgânica do soro de queijo na presença de oxigênio. O sistema utiliza soro de queijo diluído para reduzir a concentração de carboidratos evitando assim a formação de bulking.
Como vantagem do sistema, cita-se o consumo da lactose do soro de queijo, juntamente com os demais componentes de sua carga orgânica, apresentando menor impacto ambiental se comparado com o sistema tradicional.
 o sistema não gera retorno financeiro, e apresenta problemas em altas concentrações de carboidratos, sendo que falhas em sua eficiência podem aumentar o tempo de retenção hidráulica do soro no sistema, de 6 para mais de 36 dias, reduzindo significativamente o fluxo do sistema, aumentando a necessidade cúbica de armazenamento do soro, gerando aumentos de investimentos.
Processos de Separação por Membranas
Através da ultrafiltração, o processo de separação por membranas permite a permeação da água, lactose e minerais, reduzindo a carga orgânica do efluente líquido. O permeado, rico em lactose pode ser concentrado em membranas de nanofiltração, permeando somente água e sais.
O permeado, livre de lactose, proteínas, e gorduras, então poderá ser destinado ao sistema de tratamento de efluentes tradicional, através de lagoas.
Alternativas para o aproveitamento de soro de queijo em diferentes sistemas
Aproveitamento dos resíduos de laticínios para a produção de concentrada proteica 
O soro de queijo após ser extraído dos tanques de qualhada do laticínio, a uma temperatura média de 34 °C, é submetido a módulos de membranas com cut off específicos(peso molecular de corte), a fim de reter proteínas e gordura. O concentrado retido pode ser utilizado para elaboração de concentrado protéico.
Produção da proteína do soro do leite 
 (Whey protein)
A quantidade de proteína pode variar de 35% a 95%. Obviamente, quanto maior a concentração de proteínas, mais vezes tem que ser filtrado, aumentando os custos.
Whey protein concentrado(wpc) - possui menos de 88% de proteína e pequenas quantidades de carboidratos e gorduras.
Whey protein isolado(wpi) - possui mais de 88% de proteína. Baixíssima quantidade de carboidrato e gordura.
Whey protein hidrolisado – as partículas de proteína passam por um processo de quebra, tornando sua absorção mais fácil pelo nosso organismo.
Os dois métodos básicos para processar a whey protein são: Filtração (micro/ultra) e Troca iônica . 
Troca iônica 
Este processo funciona separando a proteína baseado na carga elétrica. Dois reagentes são usados para conseguir isso: ácido clorídrico e hidróxido de sódio. A carga das proteínas se junta à carga dos reagentes. Esse processo custa cerca de 1/5 (80% mais barato) do que a filtração. Porém ela provoca a desnaturação de muitas proteínas.
Filtração 
A membrane da microfiltração tem cerca de um micrometro, o que é bem pequeno. Na ultrafiltração, a membrana tem 4 vezes menos esse tamanho, cerca de 250 nanometros ou 0.25 micrometro.
Cross Flow Microfiltration Whey Protein
processo de extração chamado Cross Flow Microfiltration (CFM), é muito superior à troca iônica. Como já foi falado, os reagentes da troca iônica desnaturam algumas proteínas e aminoácidos. No entanto, com a CFM, temos um pouco menos concentração de proteína pois utiliza filtros de cerâmica para separar a proteína da solução. 
A grande vantagem desse processo inclui:
mínimo de proteína desnaturada;
microfrações da proteína são preservadas;
obtenção da proteína sem usar química;
essa proteína contém mais cálcio e menos sódio;
não danifica os componentes que ajudam o sistema imunológico (alpha lactalbumina, imunoglobulinas, GMPs)
Bibliografia 
Utilização de osmose rever para o tratamento de águas – faculdade de tecnologia de garça(farei).
Técnicas de filtração [MEES, 2004].
http://lyceumonline.usf.edu.br/salavirtual/documentos/1524.pdf
https://www.marafiq.com.sa/en/operations/opr_iwppjub.aspx#a
Agência Embrapa de Informação Tecnológica - Processo de pervaporação
https://nutrata.com.br/como-e-feito-o-whey-protein/