Separación por membranas Descripción Una membrana es una barrera semipermeable que permite el paso de ciertos componentes y restringe el paso de otros. Para realizar una separación se pueden usar distintos procesos: procesos: a) Concentración: se elimina el disolvente para quedarse con el componente deseado. b) Purificación: proceso en el que se eliminan las impurezas no deseadas. c) Fraccionamiento: la mezcla se separa en dos o más componentes. La filtración por membranas membranas es una tecnología a presión que se utiliza para llevar a cabo separaciones líquidas varias, es un proceso físico en el que las sustancias se separan mediante membranas. Existen cuatro tipos de proceso en función del tamaño de las partículas/moléculas que deben eliminarse: la , la , la y la . En general, la etapa de separación por membranas se puede representar como el esquema de la figura 1, en el que un alimento o un componente entra al sistema de membrana con una cierta concentración Co, y luego se permea (se difunde y logra pasar), obteniéndose una corriente de permeado (P), con una concentración Cp del componente en cuestión. Obviamente, hay partes retenidas que no pasan por la membrana, que es S y con cierta concentración Cs.
Fig.1: Unidad básica de separación por membranas.
Mecanismos
Fig.2: Selectividad de los diferentes procesos de membranas. La es especialmente adecuada para procesos de deshidratación, concentración/separación de sustancias, o tratamiento de residuos líquidos. Es muy útil para concentrar sólidos disueltos o en suspensión, por una parte, y obtener un rechazo líquido que contiene una muy baja concentración de sólidos disueltos por otra. La es un proceso de fraccionamiento selectivo que se utiliza habitualmente para el fraccionamiento de leche, suero y proteínas. Concentra sólidos en suspensión y solutos de peso molecular mayor a 1000. Por su parte, el rechazo líquido contiene solutos orgánicos de bajo peso molecular y sales. La es una de las separaciones más profundas, en las que puede retenerse partículas como el azúcar. Suele aplicarse para desmineralizado, remoción de color, y desalinización. La es un proceso de flujo de baja presión a través de membrana para la separación de coloides y partículas suspendidas en el rango de 0.05 – 10 micrones. La microfiltración se utiliza para fermentaciones, clarificación de caldo y clarificación y recuperación de biomasa.
Ventajas y desventajas Ventajas
Consumo relativamente bajo de energía Diseño específico de membrana para cada necesidad Es un proceso con una alta calidad de filtrado No requiere aditivos (floculantes o sustancias que ayudan a filtrar).
Desventajas
Costo relativamente alto de las membranas Corta vida útil Problemas de limpieza en las membranas, lo que puede provocar saturación.
Modelo matemático La selectividad es el punto de partida y el objetivo principal de la separación. (1) En el caso de separación de líquidos, la retención es:
=1−
Donde: : ó. : ó ó. : ó . (2) En el caso de separación de solutos o gases, el factor de separación para una mezcla de componentes A y B viene dado como: / =
⁄ ⁄
Donde: / : ó. , : . , : ó. (3) Una baja permeabilidad requiere mayor área de membrana y mayor gasto energético. = −
Donde: : . : .
: .
Aplicaciones La aplicación de las diversas técnicas de filtración por membranas en la industria alimentaria abarca infinidad de campos. Entre los más comunes se pueden citar la concentración de clara de huevo, la Clarificación y preconcentración de jugos de frutas, la concentración y extracción de cenizas de gelatina porcina, vacuna o de hueso, la clarificación de la salmuera de carne para la remoción de bacterias y reuso de la salmuera, la Concentración de proteínas de vegetales y plantas tales como soja, canola y avena y la desalcoholización de vino y cerveza.
Industria láctea: la filtración por membrana es una parte valiosa del proceso de producción, especialmente en la manufactura de ingredientes lácteos. Sus aplicaciones pueden dividirse en tres categorías: aplicaciones a leche, aplicaciones a suero y otras aplicaciones como el clarificado de salmuera de queso.
Industria del azúcar : la filtración por membranas se puede utilizar para clarificar el jugo no procesado sin utilizar clarificadores primarios, eliminando así muchos problemas ambientales y mejorando la calidad y el rendimiento de otros métodos tradicionales. Las membranas también pueden clarificar, fraccionar y concentrar varias soluciones de azúcar en el proceso de producción.
Industria química: muchos procesos químicos utilizan la filtración por membranas para desalar, diafiltrar y purificar tintes, pigmentos y abrillantadores ópticos, limpiar las corrientes de aguas residuales y de lavado, la concentración y deshidratación de minerales como arcilla caolínica, dióxido de titanio y carbonato de calcio, la clarificación de cáusticos, la producción de polímeros o la recuperación de metales.
Industria farmacéutica: la cosecha de células o recuperación de biomasa es un paso importante en un proceso de fermentación, especialmente al manufacturar productos como los antibióticos. La filtración mejora la producción y reduce la tarea del operario y el costo de mantenimiento. Las membranas son también una parte estándar de las líneas de producción industrial de enzimas al concentrar enzimas previamente a otros procesos.
