Direct Contact Membrane Distillation
- Introducción
- Función del Proceso
- Ventajas y Desventajas
- Aplicaciones industriales del Proceso
1) Introducción
La destilación por membrana (MD en inglés) es un proceso de transporte conducido térmicamente que utiliza membranas hidrofóbicas. La fuerza de conducción en el método es la diferencia de presión de vapor entre los dos lados de los poros de la membrana, permitiendo masa y transferencia de calor de los componentes de la solución volátil (e.g. agua). La simplicidad de la MD junto con el hecho de que puede usar calor residual y/o fuentes de energía alternativas, tales como energía solar y geotérmica, habilita la MD para ser combinada con otros procesos en sistemas integrados, haciéndola una técnica de separación prometedora.
Figura 1. Calor residual potencial para el sector industrial en la UE (%). valoración preliminar de calor residual potencial en las principales industria de la UE (2017).
2) Process Function
Figura 2. Esquema simplificado del proceso MD.
La fuerza de conducción para el proceso de MD es dada por la diferencia de presión de vapor que se genera por una diferencia de temperatura que cruza la membrana. Ya que la fuerza de conducción no es una fuerza de conducción térmica pura, la MD puede ser ejecutada a mucha menos temperatura (30-60°C) que la destilación térmica convencional. La naturaleza hidrofóbica de la membrana previene la entrada de moléculas al agua debido a las tensiones superficiales. Esto último no aplica para los vapores de agua a través suyo, los cuales crean una diferencia de presión y viajan a través del sistema de poro de la membrana, condensando sobre el lado fresco de la membrana. el proceso remueve ca 80% de agua desde la solución de alimento y puede ser resumido en tres pasos: (1) formación de una brecha de vapor en la interfaz membrana-solución caliente de alimento; (2) transporte de la fase de vapor a través del sistema de microporos; (3) condensación del vapor en la interfaz del lado frío de la membrana-solución de permeado.
La forma en la que la diferencia de presión de vapor es creada a través de la membrana se determina por la configuración del módulo de MD. En la configuración más comúnmente usada, la destilación por contacto directo con membrana (DCMD), el lado de permeado se compone de un líquido de condensación (a menudo agua limpia) que está en contacto directo con la membrana. Alternativamente, el solvente evaporado puede ser colectado sobre la superficie de condensación que puede ser separada de la membrana a través de un espacio de aire (AGMD) o un vacío (VMD), o pude ser descargada vía gas de barrido inerte, frío (SGMD).
Figura 3. Configuraciones MD.
La selección de la membrana es el factor más crucial en el rendimiento de la separación por MD. Hay dos tipos comunes de configuraciones de membrana:
- Membrana de Fibra Hueca preparada principalmente de polipropileno (PP), fluoruro de polivinilideno (PVDF) y PVDF – politetrafluoroetileno (PTFE), material compuesto.
- Membrana de hoja plana preparada principalmente de PP, PTFE y PVDF
Figura 4. Consumos de Energía Eléctrica (SEC) de tecnologías de Tratamiento de Salmuera en KWh/m3 versus su Capacidad TDS Máxima en mg/L (ppm). En series, tenemos Flash de Múltiples Etapas (MSF), Destilación de Efecto Múltiple (MED), Compresión Mecánica de Vapor (MVC), Electrodiálisis/Electrodiálisis Inversa (ED/EDR), Ósmosis Forzada (FO), destilación por Membrana (MD). La FO y la MD pueden hacer uso de calor residual por hasta un 90% de su Demanda de Energía Térmica.
3) Ventajas y desventajas
Ventajas
- Requerimientos de baja energía
- No muy afectada por la Polarización de Concentración
- ricamente 100% de rechazo de componentes no volátiles, sin límite de concentración de alimento
Además, en comparación con la RO, la MD es menos susceptible a las limitaciones de flujo causadas por polarización de concentración. Muy bajas temperaturas de alimentación pueden producir razonablemente tasas altas de agua de producto y puede ser más práctica considerando la naturaleza de algunas impurezas del agua (e.g., problemas de incrustación a alta temperatura). Teóricamente, la MD ofrece 100% de retención para sustancias disueltas no volátiles, por lo cual no tiene límite en la concentración de suministro.
Desventajas
- Relativamente alto consumo de energía (a pesar de que la fuente de energía es de bajo grado de temperatura)
- Relativamente altos costos del módulo
- Bajo flujo en comparación con otras membranas accionadas por presión
- Los tensioactivos o contaminantes anfifílicos pueden causar que la membrana se humecte (fugas de alimento salino a través de la membrana, contaminando el permeado)
4) Aplicaciones industriales del proceso
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Destilación por Membrana