UTILIZAÇÃO DE MEMBRANAS NOS PROCESSOS DE SEPARAÇÃO DE MISTURAS

Nas indústrias químicas, as etapas de separação, concentração e purificação são operações essenciais em diferentes processos. Em busca de novas tecnologias, o processo de separação por membranas (PSM) têm-se apresentado com uma alternativa promissora frente aos processos convencionais de separação de misturas. O PSM já possui aplicações em diferentes indústrias, como na indústria química, alimentícia e farmacêutica, com destaque na área biotecnológica.

As membranas apresentam algumas vantagens quando comparadas aos processos de separação de misturas clássicos, como:

  • Custo energético menor que os processos térmicos;
  • Alta seletividade;
  • Operação em condições brandas de pressão e temperatura;
  • Operação em batelada ou em fluxo contínuo;
  • Ampliação de escala simples;
  • Facilidade de hibridização com outros processos.

Definição e classificação das membranas

Através dos PSMs é possível realizar o fracionamento de solutos dissolvidos em correntes líquidas e gasosas. A membrana é definida como uma barreira seletiva permeável, que restringe a transferência de massa entre duas fases fluidas. O escoamento da corrente fluida em relação à membrana pode ocorrer no sentido tangencial ou convencional (perpendicular). A maioria destes processos faz uso do escoamento tangencial por apresentar maior conservação da membrana e menor formação de incrustações.

Representação do sistema de duas fases fluidas separados por uma membrana com escoamento (a) convencional e (b) tangencial.

As membranas podem ser classificadas, de modo geral, de acordo com a sua natureza e estrutura. Quanto à sua natureza, as membranas dividem-se em biológicas e sintéticas (orgânicas ou inorgânicas). Em relação a estrutural, as membranas podem ser simétricas (porosas ou não porosas) e assimétricas.

Grande parte das membranas comerciais normalmente são produzidas com polímeros. O acetato de celulose foi o primeiro material a ser utilizado nos PSM, entretanto, apresenta limitações relacionadas a variações de pH e de temperatura. Posteriormente, com o desenvolvimento da tecnologia, outros polímeros passaram a ganhar destaque pelas melhorias significativas a nível de resistência mecânica, química e térmica das membranas, tais como polisulfona, polipropileno, poliamida e o poliacrilonitrilo.

Membranas baseadas em materiais inorgânicos, como alumina, zircónio, sílica e hematite, têm se destacado no mercado. Estas membranas, apesar de terem custo elevado e pouca flexibilidade em relação às membranas orgânicas poliméricas, apresentam maior vida útil e permitem operar em intervalos maiores de pH e temperatura.

Tipos de PSM

Os PSMs podem ser classificados de acordo com o mecanismo de atuação e o tamanho das partículas retidas em Microfiltração (MF), Ultrafiltração (UF), Nanofiltração (NF), Osmose Inversa (OI), Diálise (D) Eletrodiálise (ED), Permeação de Gases (PG) e Pervaporação (PV), conforme esquematizado na figura abaixo.

Classificação geral dos PSMs quanto à força motriz e ao mecanismo de ação.

Aplicabilidade

As membranas possuem grande aplicabilidade na área médica, como por exemplo na hemodiálise, onde a membrana artificial desempenha o papel dos rins. A aplicação das membranas no processo de dessalinização das águas dos mares para consumo humano já se encontra em estágio bem desenvolvido em grande parte do mundo, em especial no Oriente Médio.

Algumas das aplicações na indústria de alimentos estão relacionadas a concentração de leite e proteínas, clarificação e concentração de sucos de frutas, clarificação e desalcoolização de cerveja e vinho, recuperação de efluentes, desmineralização de água, entre outros processos. Os PSM são muito versáteis e apresentam um grande potencial de desenvolvimento, pois se trata de uma tecnologia relativamente nova e ainda há muito a ser estudado.

REFERÊNCIAS

Membranas

A eficiência das membranas de ultrafiltração

Aplicações de tecnologias de membranas na indústria de laticínios

Escolhendo a Membrana Correta

O que é Hemodiálise e como é feita