Ultrafiltración

Procesos de Membrana

Actualmente existen varios procesos que emplean una membrana para lograr una separación dada. Estos procesos se pueden caracterizar en forma general en base a:

• La fuerza impulsora del proceso
• El tipo de membrana que emplean
• El rango de tamaño de partícula que retienen sus membranas

De acuerdo al tipo de fuerza impulsora los principales procesos demembrana se pueden clasificar de la siguiente forma:

• Gradiente de presión:
- Ultrafiltración (UF)
- Microfiltración (MF)
- Osmosis inversa (OI)
• Gradiente de concentración:
- Diálisis (D)
• Gradiente de voltaje
- Electrodiálisis (ED)

Microfiltración Ultrafiltración Osmosis inversa Diálisis
Fuerza impulsora Presión Presión Presión Concentración
Presión de operación (Kpa) 100-500100-500 700-20,000 -
Tipo de membrana Microporosa simétrica Microporosa asimétrica Semipermeable asimétrica Diálisis simétrica
Flux l/m²h 50-1000 10-200 1-20 -
Rango de retención
Especie Peso molecular D Tamaño nm
Hongos 103-104 X
Levaduras 103-104 X
Bacterias 300-104 X X
Coloides 300-103 X X X
Virus 30-300 X X
Proteínas 104-106 2-10 X X
Polisacárido 104-106 2-10 XX
Enzimas 104-106 2.5 X
Antibióticos 300-103 0.6-1.2 X
Azúcar 200-400 0.8-1 X
Ac. Orgánico 100-500 0.4-0.8 X
Ion inorgánico 10-100 0.2-0.4 X




La parte central de los procesos de membrana es al membrana misma. En general la membrana debe reunir algunas características importantes.

• Alta permeabilidad hidráulica, es decir, permitir altos flujos permeablesbajo gradientes de presión razonables.
• Un peso molecular de corte preciso, es decir, retener especies de determinado peso molecular, pero permitir el paso de las de menor peso molecular.
• Buena resistencia mecánica, química y térmica.
• Baja tendencia a desarrollar incrustaciones.
• Facilidad de limpieza.
• Capacidad de esterilización.
• Larga vida activa.

Los materiales que seutilizan en la fabricación de membranas generalmente son derivados de polímeros naturales como la celulosa o de polímeros sintéticos. Recientemente se han desarrollado membranas de materiales cerámicos y metálicos. En la tabla siguiente se muestran algunos materiales y las características de las membranas.

Microfiltración Ultrafiltración Osmosis i. Diálisis PH Tmax
Materiales
Acetato de celulosaX X X X 3-10 75
Poliamida X X X 2-12 -
Polisulfona X X X 1-14 130
Polietrafluro X 1-14 140
Etileno
Polipropileno X 1-14 130
Cerámica X 1-13 140
Poliéster X X - 150
Estructura
% de porosidad superficial 30-70 1-10 - 10-20
Tamaño de poro 0.1-1 m 1-20 nm - .3-3 nm

Las membranas pueden ser construidas para separar líquidos de sustancias disueltas osuspendidas de un amplio rango de tamaño mas pequeños que los normalmente procesados por los filtros estandar.

Una teoría del funcionamiento de una membrana semipermeable es que el solvente se disuelve en la membrana en el lado de mas alta concentración o más alta presión parcial y es liberado en el otro lado donde la concentración es mas baja.

La tendencia natural es que el solvente fluyaen dirección necesaria para igualar las concentraciones. Aunque, si se aplica cierta presión en la solución mas concentrada, llamada presión osmótica, se puede forzar al solvente a viajar en dirección de la solución mas concentrada a la mas diluida.


Para el caso del solvente puro en el lado de baja presión de la membrana, la relación osmótica es:



 es el coeficiente de actividadx es la fracción mol
V es el volumen parcial molal


Ultrafiltración

La ultrafiltración (UF) es un proceso de membrana. Es un proceso físico-químico de separación en el cual una solución presurizada fluye sobre una membrana porosa y depende de la habilidad de la membrana permeable para diferenciar entre solutos de diferentes tamaños.

Esta operación es utilizada en la etapa de...