Aula 2 c ultrafiltracao

Prévia do material em texto

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
Vista em corte esquemático das membranas de fibras ocas
 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
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
Término = - perda de pressão de difusão pela membrana, ou 
- coluna em elevação de água salgada exerce pressão 
hidrostática suficiente para limitar outras difusões
NaCl
>
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
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.
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.
Indústria Farmacêutica
Segmento
Produto de
entrada
Permeado Concentrado
Resultados/Bene
fícios
Indústria de
Remédios
Antibióticos
puros
Produto residual
salgado
Antibióticos
concentrados,
desalinizados
Aumento do
valor de produto
farmacêutico.
Atividade Industrial
Segmento
Produto de
entrada
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.
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 ultra-
pura 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: