Pervaporación
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5/7/2018 Pervaporación - slidepdf.com
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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.
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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)