Profa. Kelly Tafari Catelam
Operações Unitárias
Tecnologia em Biocombustíveis
IFSP Matão
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
Para tratamento de água:
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
molecular de até 1000 g/mol (Daltons).
peso
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%
Materiais das membranas
 As membranas
inorgânicas;
podem
ser
orgânica
ou
 Membranas poliméricas são mais amplamente
utilizadas;
 Membranas
cerâmicas são restritas
processos de microfiltração e ultrafiltração.
aos
Polímeros utilizados na Fabricação de Membranas
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.
Membranas Hidrofílicas e Hidrofóbicas
 Em
função do material
membranas podem ser:
polimérico
utilizado
as
 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.
Gota de água


Membrana Hidrofílica

Membrana Hidrofóbica
- Ângulo de contato
Representação do ângulo de contato utilizado para
verificar o caráter das membranas
Membranas poliméricas
Membranas cerâmicas
Depósitos e outros efeitos de adsorção
 As interações entre soluto-membrana e solutosoluto 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.
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.
Efeito da formação de torta em membranas de MF e UF
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;
Efeitos das substâncias orgânicas no fluxo de
permeado
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.
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.
Formação de biofilmes
 Adesão:
 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.
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
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;
Problemas
biofilmes
ocasionados
devido
à
formação
de
 Em qualquer situação a ocorrência de biofilme
reduz o desempenho do sistema;
 Os seus efeitos são mais pronunciados em
sistemas de NF e OR;
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
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;
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.
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.
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
Projetos de Sistemas
 O dimensionamento de um sistema
separação
por
membrana
requer
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;
de
o
 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
 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
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
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
OBRIGADA!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!