pervaporación

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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

OPERACIONES UNITARIAS AGROINDUSTRIALES

DARÍO PAVÓN VARGAS 06/07/2011

PERVAPORACIÓN

La pervaporación es una operación con membranas selectivas para la separación de líquidos.

Cuando una membrana de pervaporación toma contacto con una mezcla líquida, tanto las

especies más permeables en el permeado, y las especies menos permeables en el alimento, se

pueden concentrar. Entre las ventajas que presenta este método está un consumo de calor latente

inferior al requerido en destilación y que no está limitada termodinámicamente para la separación

de azeótropos. Las principales aplicaciones de la pervaporación se centran en la deshidratación de

compuestos orgánicos, eliminación de compuestos orgánicos de disoluciones acuosas y

separación de mezclas orgánicas; para la industria alimentaria: recuperación de compuestos

aromáticos, deshidratación de productos de fermentación, disminución de la concentración de

alcohol en vinos, cervezas y licores.1

En esta operación las fases en contacto con la membrana son un líquido y un gas. Los

componentes del líquido tienden a atravesar la membrana y pasar a la fase gas, por lo que se

establece como fuerza impulsora para este cambio, una diferencia de presiones entre ambos lados

de la membrana. Para que un componente se transporte es necesario que su presión parcial en el

gas sea inferior a su presión de vapor a la temperatura de trabajo, para ello se consigue dicha

fuerza impulsora de tres maneras: haciendo vacío en el lado del vapor, precalentar el alimento, lo

que conlleva a un aumento de la presión de vapor y finalmente hacer pasar un gas inerte

barriendo la zona de vapor, lo que provoca un efecto de arrastre de los componentes en la

membrana.2

La pervaporación funciona mediante ósmosis inversa, es decir que se produce un paso solamente

del solvente desde una zona de alta concentración hacia una zona de baja concentración. Esto selogra aumentando la presión del lado de mayor concentración. En la pervaporación se tienen tres

etapas fundamentales: adsorción de los componentes de la mezcla líquida en la membrana,

difusión de los compuestos adsorbidos a través de la membrana y desorción en el lado del

permeado.3

El mecanismo aceptado para el transporte en membranas no porosas es el de Solución-difusión. El

transporte de masa en la membrana generalmente es controlado por la velocidad, que

generalmente es gobernada por la primera ley de Fick. . Mediante la introducción del coeficiente

de partición (K) de la membrana / alimentación, y de la membrana / permeado, las

concentraciones de las especies en las caras de la membrana se puede expresar en sus

1 P Shao and R Huang, “Polymeric membrane pervaporation,” Journal of Membrane Science 287, no. 2

(January 2007): 162-179.2

Francisco Rodríguez (editor) et al., Ingeniería de la industria alimentaria. Vol. II: Operaciones de procesado

de alimento., vol. II, 1st ed., Ciencias químicas (Editorial Síntesis, S.A., n.d.).3 María Belén Martino and Melania Massón, “Revisión del Proceso de Pervaporación,” Universidad

Tecnológica Nacional , 2008,

http://www.edutecne.utn.edu.ar/cytal_frvm/CyTAL_2008/Trabajos%20y%20Prologo/versi%C3%B3n%20cor

relativa%20PDF/TFA013%20Revisi%C3%B3n%20del%20proceso%20de%20pervaporaci%C3%B3n%20-

%20Actas.pdf.



concentraciones en la alimentación y en el permeado, respectivamente, y la primera ley de Fick,

por lo tanto se convierte en:

Donde D es el coeficiente de difusión, N es el flujo de permeado, representado por la cantidad de

alimento sobre el área en un intervalo de tiempo; tanto el coeficiente de difusión y de distribución

son constante y si la concentración transmembranaria (ΔC) se toma como la fuerza motriz para el

transporte de masa, la permeabilidad de la especie en la membrana se puede definir como:

Claramente, la permeabilidad es un índice que mide la capacidad de transporte de una membrana

de una especie.

Los esfuerzos de investigación en pervaporación se dedican a la búsqueda de materiales del

membrana que maximicen las diferencias en estos parámetros (coeficiente de difusión D,coeficiente de reparto K, y por lo tanto la permeabilidad P) de modo que la separación deseada se

puede llevado a cabo de manera eficiente.

La teoría solución-difusión de la teoría es sólo válida para la penetración a través de membranas

no-hinchadas. Cuando las membranas se utilizan para separación de compuestos orgánicos ocurre

generalmente una hinchazón, y tanto el coeficiente de partición y de difusión depende de la

concentración. Por lo tanto, la teoría debe ser modificada para adaptarse a las membranas de

pervaporación hinchadas.

Las membranas usadas en los procesos de pervaporación son clasificadas según la naturaleza de la

separación a realizar. Membranas hidrófilas: se utilizan para separar el agua de las soluciones

orgánicas. Estos tipos de membranas son hechas de polímeros con vidrio y un ejemplo es el

alcohol polivinílico (PVA). Membranas organofílicas: Se usan para recuperar los compuestos

orgánicos de soluciones. Estas membranas se hacen de elastómero. La naturaleza flexible de éstos

polímeros los hacen ideal para permitir el paso del compuesto orgánico. Los ejemplos incluyen el

nitrilo, caucho del butadieno, entre otros.

Figura 1. Esquemas generales de una unidad de pervaporación a vacío (izquierda) y con arrastre de

vapor (derecha)

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