Pervaporação - Pervaporation

Pervaporação (ou separação pervaporativa) é um método de processamento para a separação de misturas de líquidos por vaporização parcial através de uma membrana não porosa ou porosa .

Teoria

O termo pervaporação é uma combinação das duas etapas do processo: (a) permeação através da membrana pelo permeado , então (b) sua evaporação para a fase de vapor. Este processo é utilizado por várias indústrias para diversos processos, incluindo purificação e análise , devido à sua simplicidade e natureza em linha .

A membrana atua como uma barreira seletiva entre as duas fases: a fase de alimentação líquida e o permeado da fase de vapor. Ele permite que os componentes desejados da alimentação líquida sejam transferidos por meio de vaporização . A separação de componentes é baseada em uma diferença na taxa de transporte de componentes individuais através da membrana.

Normalmente, o lado a montante da membrana está à pressão ambiente e o lado a jusante está sob vácuo para permitir a evaporação do componente seletivo após a permeação através da membrana. A força motriz para a separação é a diferença nas pressões parciais dos componentes nos dois lados e não a diferença de volatilidade dos componentes na alimentação

A força motriz para o transporte de diferentes componentes é fornecida por uma diferença de potencial químico entre a alimentação / retido líquido e o permeado de vapor em cada lado da membrana. O retentado é o restante da alimentação que sai da câmara de alimentação da membrana, que não é permeada através da membrana. O potencial químico pode ser expresso em termos de fugacidade , dada pela lei de Raoult para um líquido e pela lei de Dalton para um gás (ideal). Durante a operação, devido à remoção do permeado da fase de vapor, a fugacidade real do vapor é menor do que o previsto com base no permeado coletado (condensado).

A separação de componentes ( por exemplo, água e etanol) é baseada na diferença na taxa de transporte de componentes individuais através da membrana. Este mecanismo de transporte pode ser descrito utilizando o modelo de difusão em solução, baseado na taxa / grau de dissolução de um componente na membrana e sua velocidade de transporte (expressa em termos de difusividade) através da membrana, que será diferente para cada componente e tipo de membrana que leva à separação.

Formulários

A pervaporação é eficaz para diluir soluções contendo vestígios ou pequenas quantidades do componente a ser removido. Com base nisso, as membranas hidrofílicas são usadas para a desidratação de álcoois contendo pequenas quantidades de água e as membranas hidrofóbicas são usadas para a remoção / recuperação de vestígios de orgânicos de soluções aquosas .

A pervaporação é uma alternativa eficiente de conservação de energia para processos como destilação e evaporação . Permite a troca de duas fases sem contato direto.

Os exemplos incluem desidratação de solvente: desidratação dos azeótropos etanol / água e isopropanol / água, remoção contínua de etanol de fermentadores de levedura , remoção contínua de água de reações de condensação, como esterificações para aumentar a conversão e a taxa de reação, espectrometria de massa de introdução de membrana , remoção de solventes orgânicos de águas residuais industriais, combinação de destilação e pervaporação / permeação de vapor e concentração de compostos de sabor hidrofóbico em soluções aquosas (usando membranas hidrofóbicas)

Recentemente, várias membranas de pervaporação organofílicas foram introduzidas no mercado. Membranas de pervaporação organofílica podem ser usadas para a separação de misturas orgânico-orgânicas, por exemplo: redução do teor de aromáticos em fluxos de refinaria, quebra de azeotrópicos , purificação de meios de extração, purificação de fluxo de produto após extração e purificação de solventes orgânicos

Materiais

As membranas hidrofóbicas são frequentemente polidimetilsiloxano com base onde o mecanismo de separação real é baseado no modelo de difusão de solução descrito acima.

As membranas hidrofílicas estão mais amplamente disponíveis. O sistema de membrana de pervaporação de maior sucesso comercial até agora é baseado em álcool polivinílico . Mais recentemente, também se tornaram disponíveis membranas à base de poliimida . Para superar as desvantagens intrínsecas dos sistemas de membrana polimérica, as membranas cerâmicas foram desenvolvidas na última década. Essas membranas cerâmicas consistem em camadas nanoporosas no topo de um suporte macroporoso. Os poros devem ser grandes o suficiente para permitir a passagem das moléculas de água e reter quaisquer outros solventes que tenham um tamanho molecular maior, como o etanol. Como resultado, uma peneira molecular com um tamanho de poro de cerca de 4 Å é obtida. O membro mais amplamente disponível desta classe de membranas é aquele baseado no zeólito A.

Alternativamente a esses materiais cristalinos, a estrutura porosa das camadas de sílica amorfa pode ser adaptada para a seletividade molecular. Essas membranas são fabricadas por processos químicos sol-gel . A pesquisa em novas membranas cerâmicas hidrofílicas tem se concentrado em titânia ou zircônia . Muito recentemente, um avanço na estabilidade hidrotérmica foi alcançado através do desenvolvimento de um material híbrido orgânico-inorgânico.

Veja também

• Transferência de massa

Referências

Leitura adicional

• Fontalvo Alzate, Javier (2006). Projeto e desempenho do processo de pervaporação de fluxo bifásico e destilação híbrida . Technische Universiteit Eindhoven, Holanda: JWL boekproducties. ISBN 978-90-386-3007-6.
• Matuschewski, Heike (2008). MSE - membranas modificadas em pervaporação organofílica para separação de aromáticos / alifáticos . www.desline.com: Dessalinização.
• Eslami, Shahabedin; Aroujalian, Abdolreza; Bonakdarpour, Babak; Raeesi, Ahamdreza (2008). "Acoplamento do sistema de Pervaporação com o Processo de Fermentação" (PDF) . Congresso Internacional de Membrana e Tecnologia de Membrana (ICOM2008) Honolulu, Havaí, EUA .