Membranas de cerâmica: Altas densidades de empacotamento da área de filtração melhoram o desempenho da membrana

Foram desenvolvidas novas membranas cerâmicas tubulares que proporcionam uma alta densidade de empacotamento da área de filtração. Esses novos elementos filtrantes de membrana de cerâmica foram comprovados em estudos de caso em aplicações de tratamento de efluentes oleosos. Steffen Heidenreich e Winfried Michell da Pall Filtersystems GmbH descrevem as descobertas.

Os elementos filtrantes de membrana de cerâmica Schumasiv fabricados pela Pall Corporation têm sido usados ​​com sucesso em diferentes aplicações por muitos anos. Exemplos são a separação óleo-água de condensados ​​de compressores, banhos desengordurantes, lubrificantes refrigerantes e águas de lavagem, filtração de águas de processo, recuperação de catalisador em processos químicos, separação de biomassa em águas residuais e várias aplicações para clarificação de bebidas. As membranas Schumasiv estão disponíveis como elementos filtrantes tubulares mono e multicanal. Eles têm um corpo de suporte feito de α-alumina pura, a fase quimicamente estável da alumina. As membranas são feitas de alumina, zircônia ou titânio, dependendo do tamanho dos poros. Devido a uma estrutura multicamadas de graduação fina com um suporte grosseiro revestido com várias camadas de tamanho de poros decrescentes, membranas com uma ampla gama de tamanhos de poros são fabricadas cobrindo toda a faixa de micro e ultra filtração de 2 a 0,005 μm. Na Figura 1, a estrutura de uma membrana de ultrafiltração de 0,05μm é mostrada como exemplo. As membranas cerâmicas apresentam excelente resistência à abrasão e a fluidos quimicamente agressivos. Além disso, possuem alta resistência mecânica, boa resistência térmica e alta eficiência de separação. Os elementos filtrantes Schumasiv mono e multicanal estão disponíveis com diferentes diâmetros dos canais de fluxo de 2,8 a 16 mm. Isso permite seu uso em uma ampla variedade de aplicações com diferentes concentrações de sólidos. Os elementos filtrantes de membrana Schumasiv têm um comprimento de até 1,5 m. Os diâmetros externos dos elementos de filtro multicanal são tipicamente 25,4 mm (19 canais com diâmetro de canal de 3,3 mm), 41 mm (19 canais com diâmetro de canal de 6 mm ou 37 canais com diâmetro de canal de 3,6 mm) e 52 mm (19 canais com diâmetro de canal de 8 mm ). A Figura 2 mostra alguns exemplos de elementos filtrantes com diferentes geometrias. Os elementos filtrantes de membrana de cerâmica são instalados em caixas de módulo (consulte a Figura 3). As carcaças padrão podem ter até 27m2 de área de filtragem por carcaça. Os elementos filtrantes são facilmente instalados com anéis de vedação. Devido à sua resistência na faixa de pH de 1 a 14, as membranas cerâmicas podem ser limpas com produtos químicos agressivos, solventes orgânicos, água quente ou vapor. Além disso, as membranas cerâmicas podem ser regeneradas por retrolavagem com altas pressões e têm uma longa vida útil.

A fim de reduzir o tamanho e o custo de um sistema de filtragem, foram desenvolvidos novos elementos filtrantes de membrana de cerâmica com uma alta densidade de compactação da área de filtração.

Ao aumentar a densidade de empacotamento da área de filtração, uma superfície de membrana maior por elemento filtrante pode ser alcançada sem alterar o diâmetro externo e o comprimento dos elementos filtrantes existentes. Isso permite um aumento na taxa de filtração em sistemas de membrana existentes, substituindo os elementos de filtro de membrana de cerâmica existentes. Uma redução no número de elementos filtrantes e correspondentemente no tamanho e custos do sistema de filtragem para novas instalações também será demonstrada nos estudos de caso.

A superfície da membrana por elemento filtrante foi aumentada por um empacotamento mais denso dos canais de fluxo. Uma geometria hexagonal da seção transversal dos canais de fluxo foi selecionada para permitir um empacotamento muito denso como um favo de mel. O contorno hexagonal dos canais de fluxo permite elementos de filtro de membrana de cerâmica com uma densidade de empacotamento muito alta da superfície da membrana. Em comparação com a geometria redonda usual dos canais de fluxo, foi alcançado um aumento da área de filtragem por elemento filtrante em 50 por cento. Por exemplo, a área de filtração de um elemento filtrante de membrana multicanal com diâmetro externo de 41 mm e comprimento de 1,2 m foi aumentada de 0,5 m2 para 0,75 m2. O número de canais de fluxo aumentou neste caso de 37 (canais redondos com diâmetro de 3,6 mm) para 61 canais (canais hexagonais com diâmetro hidráulico de 3,1 mm) por elemento (Figura 4). A melhoria de um empacotamento mais denso da superfície de filtração resulta em um maior fluxo de permeado por elemento filtrante.