Osmosis Inversa Llancaqueo Cristina

7/24/2019 Osmosis Inversa Llancaqueo Cristina

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UTN Facultad Regional del Neuqun

Ctedra: Refinacin de petrleo.

Profesor: Hctor Bec.

!lu"na: #lancaqueo H. Cristina Beln

!$o %&'(


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El fenmeno de la smosis secaracteriza por un flujo de solvente (lamayora de las veces agua) a travs deuna membrana bajo la accin de un

gradiente de concentracin, figura 21

PR)NC)P)* +, #! *-*-)-


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!e basa en la circulacin forzada del aguaa travs de una membranasemipermeable

!i la presin ejercida es superior a la

presin osmtica, la membrana actuacomo barrera para las sales y"omolculas, rec#az$ndolas

!e obtienen dos corrientes% &na libre desales ('ermeado) y la otra concentrada ensales (ec#azo)

PR)NC)P)* +, #! *-*-)- )N/,R-!


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efinicin% *a presin osmtica puede definirse como la

presin +ue se debe aplicar a una solucin para detener elflujo neto de disolventes a travs de una membranasemipermeable

*a presin osmtica de una solucin es directamente

proporcional a la concentracin del soluto%

donde% - presin osmtica en atmsferas

i - n.mero de iones disociados en el caso de un electrolito/ - concentracin molar en mol"lt - constante de de los gases (0,02 latmmol131)4 - temperatura absoluta en 53

PR,-)0N *-0T)C!


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En la smosis la transferencia de solvente y desoluto se #ace por medio de lasolubilizacin"difusin de las especiesmoleculares a travs de la membrana densa,semipermeable bajo el efecto de un gradiente deconcentracin

En el caso de la smosis inversa la transferenciase #ace bajo un gradiente de presin

!on las molculas de solvente las +ue setransfieren preferentemente acompa6adas poralgunas molculas de soluto, en funcin de laselectividad de la membrana

,C!N)-*- +, TR!N-F,R,NC)!


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'ara el caso de un slo soluto, el flujo de solvente est$dado por la relacin siguiente%

con%71 (8g m2s1) - flujo de solvente a travs de la membrana1 (m2s1) - coeficiente de difusin del solvente a travs de

la membrana/1 (8g m9) - concentracin media del solvente en la

membrana:1 (m9 mol1) - volumen molar parcial del solvente;< (m) - espesor de la membrana;('a) - diferencia de presin osmtica de un lado y de otro

de la membrana;'('a) - gradiente de presin ejercido sobre la membrana

,C!N)-*- +, TR!N-F,R,NC)!


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'ara el soluto la ecuacin de transferencia es lasiguiente%

con%72 (8g m2s1) - flujo de soluto a travs de la membrana2 (m2 s1) - coeficiente de difusin del soluto en la

membrana

/2m (8gm9) - concentracin del soluto en la membrana/2s (8gm9) - concentracin de soluto en la solucin de

un lado y del otro de la membrana= - /2m"/2s - coeficiente de distribucin de soluto entre

la solucin y la membrana

,C!N)-*- +, TR!N-F,R,NC)!


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!i las propiedades de la membrana son

independientes de la presin aplicada y de laconcentracin de las soluciones

/onsideremos a#ora el caso de concentracionesmedias de las soluciones aguas arriba yaguas abajo de la membrana definidas por los

trminos /o y /p

,C!N)-*- +, TR!N-F,R,NC)!


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'ara las membranas altamente selectivas,es decir, cuando /p >> /o, se puedee


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#!- ,BR!N!-

*as principales membranas comerciales desmosis inversa son%e"1ranas de acetato de celulosa.e"1ranas en polia"ida.e"1ranas de polisulfona.

e"1ranas co"puestas.


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!on las primeras membranas utilizadas en smosis inversa Este tipo de polmero seobtiene al sustituir a los grupos A= de la celulosa por grupos acetato

*as ventajas del acetato de celulosa son%'ermeabilidad y selectividad altas!e montan con relativa facilidadEl material de base, la celulosa, es barato*a adsorcin de protenas es baja y por esto la tendencia al taponamiento en algunasaplicaciones tambin

*os inconvenientes son%!ensibilidad a la temperatura +ue no puede pasar de 90 5/ en funcionamientocontinuo*a sensibilidad al p=, particularmente a los p= b$sicos (operacin entre 9 y )!ensibilidad al cloro por encima de 1 mg"lEs sensible al compactamiento bajo el efecto de la presin, lo +ue se traduce en unadisminucin de los flujos!ensibilidad a los microorganismos, ya +ue puede ser degradada por estos*os principales suplidores de estas membranas son% ?@/A, AB, 3?**E,A!CAD/!, '/, C**'AE, B?F*D

e"1ranas de acetato de celulosa


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'resentan un funcionamiento mejorado con las ventajassiguientes%&na mejor estabilidad +umicaCejor estabilidad trmicaCejor estabilidad mec$nica

e todas formas, estas membranas presentan un desarrollolimitado debido a los inconvenientes siguientes%!on muy sensibles a los o


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Ellas se caracterizan por+ue contienen al grupo !A9relativamente estable 'resentan ventajas con respecto a lasmembranas descritas anteriormente%Estabilidad trmica #asta los HI 5/esistencia al p= dentro de un rango de 1 a 19@uena resistencia al cloro, entre I0 y 200 mg"l seg.n la

duracin de la e


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!on membranas asimtricas en donde el espesor de la capa activaes muy inferior al de las membranas precedentes

*as ventajas son%

Cuy buenas caractersticas de permeabilidad y de selectividad&na buena resistencia al p= dentro de una gama de 2 a 11@uena resistencia a la temperatura, de J0 a K0 5/, seg.n las

condiciones de utilizacin

*a membrana de este tipo m$s usada es la F*C4E/ F490 !e tratade una membrana compuesta +ue se obtiene al depositar una capade poliamida (0,2 Lm) sobre un soporte de polisulfona de J0micrones de espesor

?dem$s de F*C4E/, otros fabricantes de estas membranas son%&A' ('?900 y /100), 4A?M ('E/1000)

e"1ranas co"puestas


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El comportamiento de las membranas de

smosis inversa se define en base a supermeabilidad y a su selectividad

*a selectividad de una membrana desmosis inversa depende esencialmente de su

naturaleza +umica

C*P*RT!),NT* +, #!- ,BR!N!-


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Cuc#os criterios se deben tomar en cuenta a la

#ora de seleccionar un mdulo%gimen de flujo (flujo laminar turbulento)

Facilidad de desmontaje y de cambio de lasmembranas defectuosas

Facilidad de limpieza

Decesidad o no de una prefiltracin en funcindel producto a tratar

#*- 0+U#*-


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#os "dulos tu1ulares/enta2as +es3enta2as

N &n pretratamiento simplificadodebido al di$metro relativamentegrande de los tubos +ue permitetratar a fluidos relativamentecargados de partculas

N Facilidad de limpieza +umica ymec$nica

N &na tecnologa simple +uepermite un reemplazo f$cil de los

tubos desgastados

N /onsumo de energa alto amedida +ue el di$metro del tuboaumenta

N 'oca capacidad de las

instalaciones debido a unasuperficie pe+ue6a comparada conel volumen ocupado por losmdulos

N :olumen muerto alto

N /osto elevado de lasinstalaciones


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dulos de fi1ras 4uecas

/enta2as +es3enta2as

N !on muy compactos, tienenla relacin superficie deintercambio"unidad de volumenm$s elevada de todos los

sistemas e


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#os "dulos planos

!e presentan en forma de placas unitarias de cartuc#os &no de los par$metros m$simportantes de estas membranas es elespesor entre las membranas +ue permite la

circulacin del fluido&n espesor bajo dificulta la limpieza y e


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#os "dulos planos

/enta2as +es3enta2as

N !on sistemas modulares f$cilmenteadaptables por el usuario

N El usuario puede cambiar l mismo

las membranasN El pretratamiento de la solucin atratar es simple

N !e identifican r$pidamente a lasmembranas defectuosas

N !istemas poco compactos de 100 aJ00 m2"m9

N &na inversin relativamente alta


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#os "dulos espirales

!on los mdulos de la .ltima generacinesultan de OenrollarP a las membranasplanas y de espaciadores sobre ellas

mismas Estos rollos son luegointroducidos en un tubo de presin Eln.mero de rollos puestos en serie en untubo determina la capacidad del mdulo


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#os "dulos espirales/enta2as +es3enta2as

N !on muy compactos% 900 a 1000m2"m9

N @ajo volumen muerto

N Cejor resistencia al taponamiento+ue los mdulos de fibras #uecas

N 'osibilidad para el usuario decambiar l mismo las membranas

N /osto de reemplazo de las

membranas moderado

N Decesidad de pretratamiento conlos l+uidos turbios

N ificultad de limpieza cuando los

mdulos est$n sucios


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Es+uema 4pico


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*a presin de funcionamiento% debe ser superior a

la presin osmtica *a selectividad de unamembrana de smosis inversa aumenta alaumentar la presin, por lo +ue se puede ajustarla presin en funcin de la tasa de retencindeseada

:elocidad de circulacin% se fija con el objeto deminimizar el fenmeno de la polarizacin,responsable de una disminucin del flujo de

solvente

4emperatura de operacin% es impuesta por laresistencia de las membranas y de los mdulos

Condiciones operati3as

#as sales que nor"al"ente presentan incon3enientes son


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/alidad del agua cruda% El agua cruda presenta un

contenido de sales variable seg.n su procedencia *apresin osmtica es funcin del tipo y concentracin delas sales presentes &na alta concentracin re+uerir$ enconsecuencia un mayor esfuerzo en la separacin, es

decir una mayor presin de operacin

/onversin 'roduccin% elacin porcentual delcaudal de agua tratada, respecto del caudal alimentado

El aumento de esta representa un mayoraprovec#amiento del agua a costa de una mayorconcentracin de sales en el rec#azo

,scogencia de las condiciones operati3as#as sales que nor"al"ente presentan incon3enientes son

Ca-*( 5 CaC*6 -i*%Hierro 7frrico89 !lu"inio9

Bario9 ,stroncio9anganeso.

*a precipitacin esdependiente del '= delmedio y su efecto secontrola por acidificacindel agua de alimentaciny"o un adecuado

antiescalante

'uede ser coloidal y"oreactiva *a primera nopresenta problemas paralas membranas en espiral

*a !lice reactiva

permanece disuelta #astaalcanzar su punto desaturacin, a partir del cualcomienza a precipitar*a dosificacin continua deun antiescalante especificoen el agua de alimentacinpermite operar con valoresde sobresaturacin

!on elementos importantesa cuantificar en el agua atratar dado el gran riesgo defouling y precipitacin +ueestos presentan ?lgunos de estos

colaboran con la formacinde otro tipos de fouling , talcomo el ?luminio y =ierro+ue act.an comocatalizadores depolimerizacin de la slice


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? modo de Ejemplo%


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*a escogencia de la presin de operacin

debe ser el resultado de una optimizacinentre el costo del consumo energtico y elcosto de la superficie de las membranas autilizar

El segundo factor de consumo de energa esla velocidad de circulacin del fluido +ue debe

ser la adecuada para minimizar el fenmenode la polarizacin de concentracin

Consideraciones econ"icas

,,P#*- +, !P#)C!C)0N +, #! 0-*-)-


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esalinizacin del agua de mar y de aguas salobres

'roduccin de agua ultrapura

ndustria agroalimentaria

?bastecimiento de aguas para usos industriales y consumo de

poblaciones

4ratamiento de efluentes municipales e industriales para el controlde la contaminacin y"o recuperacin de compuestos valiososreutilizables

En la industria de la alimentacin, para la concentracin dealimentos (jugo de frutas, tomate, lec#e, etc)

En la industria farmacutica y microbiologa, para la separacin deprotenas (i$lisis) , eliminacin de virus, etc

,,P#*- +, !P#)C!C)0N +, #! 0-*-)-)N/,R-!


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*a desalinizacin del agua de mar y de lasaguas salobres #a tenido un desarrolloimportante en el Ariente Cedio

*as aguas salobres son a+uellas en las cu$les

la concentracin de sales varia entre 1 a 10g"l El consumo energtico es en estos casosde 2 a 9 8Q#"m9

*as aguas de mar cuya concentracin de sal

esta entre 9I y I0 g"l consumen entre I a 8Q#"m9 Este consumo de energa #ace +ueel proceso compita con otros como laevaporacin

+esalini;acin del agua de "ar < de aguassalo1res


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E


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Este proceso permite mantener las cualidadesorganolpticas de los productos tratados y adem$s

consume poca energa

&no de los primeros sectores en el cual este proceso seimpuso es el de la industria lec#era, para el tratamiento del

lactosuero

Atros sectores industriales +ue #an adoptado esta tcnicapara concentrar son% jugo de tomate, jugo de frutas, etc

&na aplicacin reciente de la smosis inversa es ladesalco#olizacin de la cerveza y del vino

)ndustria agroali"entaria

S rec#a an las membranas de


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RSu rec#azan las membranas deAsmosis nversaT


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RSu rec#azan las membranas deAsmosis nversaT


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*a decisin de instalar un sistema deintercambio inico o un sistema de smosisinversa depende de numerosos factoreseconmicos, incluyendo costos de inversin y

operativos, como as tambin re+uerimientosde disposicin de +umicos y agua derec#azo

*os factores econmicos +ue afectan elan$lisis incluyen +umicos, resinas,membranas, energa elctrica, #oras #ombre,mantenimiento y bienes de capital

=*-*-)- )N/,R-! * )NT,RC!B)*)*N)C*>

)NT,RC!B)* )*N)C* *-*-)- )N/,R-!


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)NT,RC!B)* )*N)C* *-*-)- )N/,R-!

'osee bajo costo de inversin 'osee alto costo de inversin

'osee un bajos costo operativo y demantenimiento

'osee mayor costo operacional y demantenimiento

/asi no tiene costos por consumo energtico El costo energtico depende de la presin deoperacin

El agua producida tiene una calidad constante El agua producida tiene una calidad constante

Generacin de efluentes durante laregeneracin del proceso

E


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