Los procesos basados en membranas son el futuro de la separación de fluidos industriales verdes con bajo costo operativo y productos finales de alta calidad.
- En general, los procesos basados en membranas se dividen en dos tipos: procesos de separación de membranas impulsados por presión, tales como sistemas de filtración de membrana convencionales como microfiltración (MF), ultrafiltración (UF), nanofiltración (NF) y sistemas de ósmosis inversa (RO).
- Mientras que el otro tipo son los procesos de separación por membrana impulsados térmicamente, como las soluciones de destilación por membrana (MD), pervaporación (PV) y permeación de vapor (VP).
- Las soluciones basadas en membranas impulsadas térmicamente son excelentes alternativas a la destilación térmica convencional, ya que pueden lograr una mayor eficiencia de separación a temperaturas más bajas, mientras que la destilación térmica no logra la eficiencia de separación deseada en muchas aplicaciones debido a los azeótropos.
Destilación por membranas (MD)
La destilación por membrana (DM) se considera una de las principales técnicas emergentes para la separación de solutos volátiles del agua. MD es un proceso de separación basado en membrana impulsada térmicamente, en el que se utiliza una membrana hidrofóbica porosa para la separación. MD tiene la capacidad de usar fuentes de calor económicas y de bajo grado, una planta más pequeña y costos de capital más bajos que los procesos de destilación convencionales.
En MD, la membrana no está involucrada en los fenómenos de transporte debido a sus propiedades selectivas. El material polimérico microporoso actúa como barrera física entre dos fases y sostiene las interfaces donde el calor y la materia se intercambian simultáneamente.
El gran ángulo de contacto del agua con la membrana hidrofóbica evita que el agua líquida penetre en los poros y el vapor de agua se transporta a través de la membrana en respuesta a un cambio en la presión parcial debido a un gradiente térmico.
En MD, la membrana no está involucrada en los fenómenos de transporte debido a sus propiedades selectivas. El material polimérico microporoso actúa como barrera física entre dos fases y sostiene las interfaces donde el calor y la materia se intercambian simultáneamente.
El gran ángulo de contacto del agua con la membrana hidrofóbica evita que el agua líquida penetre en los poros y el vapor de agua se transporta a través de la membrana en respuesta a un cambio en la presión parcial debido a un gradiente térmico.
En MD, la membrana no está involucrada en los fenómenos de transporte debido a sus propiedades selectivas. El material polimérico microporoso actúa como barrera física entre dos fases y sostiene las interfaces donde el calor y la materia se intercambian simultáneamente.
El gran ángulo de contacto del agua con la membrana hidrofóbica evita que el agua líquida penetre en los poros y el vapor de agua se transporta a través de la membrana en respuesta a un cambio en la presión parcial debido a un gradiente térmico.
Destilación por membrana al vacío (VMD)
VMD es una variante significativa del proceso MD. VMD es potencialmente la configuración MD más eficiente, ya que no hay pérdidas de calor a través de la membrana y la resistencia a la transferencia de masa se reduce al mínimo. VMD se considera una mejor opción que DCMD para la desalinización de altas concentraciones de sal en la alimentación, ya que el ensuciamiento de la membrana en VMD suele ser bajo y puede controlarse mediante lavado químico o con agua. La principal ventaja de VMD es la pérdida de calor por conducción relativamente baja en comparación con DCMD.
Separación de sólidos disueltos
- Membranas porosas
- Membranas hidrofóbicas
En VMD, la alimentación acuosa se pone en contacto con un lado de una membrana microporosa hidrofóbica. Mientras que el otro lado de la membrana se mantiene al vacío. La naturaleza hidrófoba de la membrana evita la penetración de la solución acuosa en los poros, lo que da como resultado una interfaz vapor-líquido en la entrada de cada poro. La fuerza impulsora de las moléculas de vapor para pasar a través de los poros es la diferencia de presión de vapor entre ambos extremos del poro de la membrana debido a la presión de vacío aplicada en el lado del permeado de la membrana. Esta diferencia de presión creada entre los dos lados de la membrana mejora la transferencia de masa total en comparación con DCMD. Luego, los vapores que pasan a través de la membrana se condensan en un condensador externo.
Tipos de membranas de pervaporación
Los tipos de membranas hidrofílicas, hidrofóbicas y organofílicas se pueden usar en PV según el tipo de alimentación:
- Las membranas hidrófilas se utilizan para separar el agua de los disolventes orgánicos. Estas membranas eliminan básicamente el agua presente en pequeñas concentraciones en las mezclas azeotrópicas. Las aplicaciones de tales membranas incluyen la deshidratación de mezclas azeotrópicas como etanol/agua, isopropanol/agua y deshidratación de dimetilformamida (DMF) y acetona con un contenido de agua inferior al 10%.
- Las membranas hidrófobas se utilizan para la eliminación de compuestos orgánicos (compuestos orgánicos volátiles) que están presentes en concentraciones muy bajas en soluciones acuosas.
- Las membranas organofílicas pueden extraer compuestos orgánicos de soluciones acuosas y separar mezclas orgánicas binarias o de múltiples componentes, como las que comprenden compuestos polares no polares, isómeros y aromáticos alicíclicos.
En el proceso fotovoltaico, la solución de alimentación se mantiene a una temperatura y presión específicas que aseguran una fase líquida durante la operación (es decir, temperatura inferior al punto de ebullición y presión superior al punto de burbujeo de la alimentación). Se requiere una membrana densa no porosa para realizar el proceso de separación selectiva de un compuesto específico de la mezcla y así controlar la eficiencia del proceso fotovoltaico. Los componentes que penetran a través de una membrana selectiva de permanente no porosa se vaporizan en algún lugar dentro de la membrana hasta alcanzar el otro lado, es decir, el lado del permeado. El lado del permeado se mantiene normalmente al vacío para garantizar una gran fuerza impulsora. Los componentes que han permeado (el “permeado”) se condensan y se recogen de nuevo en una fase líquida.
Uso Separación de agua de sólidos disueltos. Base técnica
- Membranas porosas
- Membranas hidrofóbicas
- Driving force is the differential pressure between the aqueous feed stream the vapor stream under vacuum, resulting in high flux.
En VMD, la alimentación acuosa se pone en contacto con un lado de una membrana microporosa hidrofóbica. Mientras que el otro lado de la membrana se mantiene al vacío. La naturaleza hidrófoba de la membrana evita la penetración de la solución acuosa en los poros, lo que da como resultado una interfaz vapor-líquido en la entrada de cada poro. La fuerza impulsora de las moléculas de vapor para pasar a través de los poros es la diferencia de presión de vapor entre ambos extremos del poro de la membrana debido a la presión de vacío aplicada en el lado del permeado de la membrana. Esta diferencia de presión creada entre los dos lados de la membrana mejora la transferencia de masa total en comparación con DCMD. Luego, los vapores que pasan a través de la membrana se condensan en un condensador externo.
Use Separation of water from dissolved solids. Technical Basis
- Porous Membranes
- Hydrophobic Membranes
- La fuerza impulsora es la presión diferencial entre la corriente de alimentación acuosa y la corriente de vapor al vacío, lo que da como resultado un alto flujo.
Pervaporación (PV)
En PV, el componente del espejo en la corriente de alimentación se separa del grueso mediante transporte preferencial a través de una barrera semipermeable mediante su vaporización parcial. La separación de mezclas líquidas azeotrópicas, de punto de ebullición cercano, isoméricas o sensibles al calor, la recuperación de compuestos orgánicos volátiles (COV), la separación orgánica/orgánica, la recuperación de concentraciones traza de contaminantes orgánicos de efluentes industriales y la deshidratación de solventes son las principales áreas de aplicación del proceso fotovoltaico. .
El principal interés de la fotovoltaica es que la separación no se basa en el equilibrio termodinámico entre la fase vapor y líquida, como ocurre en la destilación. Esto significa que la concentración del permeado no está definida por el equilibrio vapor-líquido sino por la permeabilidad de los compuestos a través de la membrana, que depende de su solubilidad y velocidad de difusión en la membrana.
La fuerza impulsora para la separación es la diferencia en las presiones de vapor de los componentes en los dos lados de la membrana que se mantiene continuamente por el vacío aplicado en el lado del permeado de la membrana. La selectividad de la separación viene dada por las diferentes velocidades de transporte de las moléculas a través de la membrana como resultado de las diferentes solubilidades y difusividades de los componentes.
El principal interés de la fotovoltaica es que la separación no se basa en el equilibrio termodinámico entre la fase vapor y líquida, como ocurre en la destilación. Esto significa que la concentración del permeado no está definida por el equilibrio vapor-líquido sino por la permeabilidad de los compuestos a través de la membrana, que depende de su solubilidad y velocidad de difusión en la membrana.