Temat:W. Wydzielanie produktów biotechnologicznych metodą perwaporacji.
Karolina Jakołcewicz, Grupa IV
Perwaporacja (lub perwapolacja, proces membranowy) - technika rozdziału mieszanin ciekłych związków chemicznych, wykorzystująca przeważnie polimerowe membrany nieporowate określane potocznie jako gęste. Rozpoczęto także stosowanie membran ceramicznych, o średnicy porów poniżej 5 nm. Jest to proces alternatywny do odwróconej osmozy. Wymaga zastosowania niższych ciśnień. Podstawą rozdziału są różnice zdolności składników mieszaniny do penetrowania nieporowatej błony półprzepuszczalnej i różnice w ich lotności.
W procesie perwaporacji stosuje się najczęściej membrany:
Hydrofilowe wykonane np. z:
Polimerów alkoholu poliwinylowego
Octanu celulozy
Hydrofobowe wykonane np. z:
Poli(chlorku winylu)
Polietylenu
Polidimetylosiloksanu
Polipropylenu
Meoda perwaporacji doskonale zdaje egzamin podczas izolacji składników lotnych (np. kwasów organicznych) z płynu hodowlanego bądź składników smakowo zapachowych, odwadniania rozpuszczalników organicznych, rozdzielania mieszanin azeotropowych (rozdział w perwaporacji nie zależy od równowagi ciecz-para). Szczególnie interesujące są zastosowania perwaporacji w usuwaniu alkoholu bądź jego odwadnianiu, co ma zastosowanie zarówno podczas prowadzenia fermentacji alkoholowej (tzw. Fermentacja ekstraktywna) jak i podczas producji piwa, wina oraz alkoholu bezwodnego. Perwaporację wykorzystuje się również do rozdziału mieszanin związków organicznych, różniących się polarnością (np. metanol - eter metylowo t-butylowy, czy węglowodory aromatyczne - węglowodory alifatyczne). W związku z koniecznością stosowania paliw odnawialnych, perwaporacja od kilku lat znajduje zastosowanie jako najtańsza i najmniej skomplikowana metoda stosowana do odwadniania etanolu.
Perwaporacja w porównaniu z innymi metodami jest wysoce selektywna, efektywna dla roztworów rozcieńczonych, przyjazna środowisku, przy produkcji bezwodnego etanolu pozwala obniżyć koszty o 25-50% w porównaniu z destylacją z dodatkiem czynnika azeotropującego głównie dzięki mniejszym wymaganiom energetycznym.
Perwaporacja należy do membranowych metod rozdzielania mieszanin. W tej metodzie ciekła mieszanina podlegająca rozdziałowi styka się z ciągłą (nieporowatą) membraną polimerową, po drugiej stronie której, w przestreni parowej, panuje ciśnienie mniejsze od ciśnienia pary nasyconej odpowiedającego aktualnemu składowi i temperaturze mieszaniny ciekłej.
Perwaporacja polega na realizacji przepływu nadawy z jednej strony nieporowatej liofilowej cienkiej membrany i odparowaniu penetrantu z drugiej strony membrany, gdzie najczęściej przepływa gaz (perwaporacja z gazem nośnym), bądź na stosowaniu podciśnienia (perwaporacja próżniowa). Proces perwaporacji jest związany z przemianą fazową oraz transportem masy przez membranę. Siłą napędową procesu jest różnica potencjałów składników chemicznych po obu stronach membrany, wynikająca z różnicy ich ciśnień. Selektywność rozdziału z zastosowaniem perwaporacji polega natomiast na różnicy rozpuszczalności składników nadawy w membranie oraz różnicy w szybkości dyfuzji przez membranę.
Nadawa - ilość surowca jednorazowo umieszczona w maszynie w celu jego przetworzenia.
Retentat - strumień zawierający te same składniki, które tworzą permeat, wzbogacony o składniki zatrzymane na membranie
Permeat (filtrat) - rozpuszczalnik i znikome ilości substancji rozpuszczonych
Literatura
W. Bednarski , A. Reps red.: Biotechnologia żywności. WNT, Warszawa 2003, str. 192-193
http://pl.wikipedia.org/wiki/Perwaporacja
http://pl.wikipedia.org/wiki/Azeotrop
http://www.chem.uw.edu.pl/people/AChajewski/sprze.htm
http://www.uwm.edu.pl/kiap/dydaktyka/techniki_membranowe.pdf
http://www.ichtj.waw.pl/ichtj/market/m-pol/dep_06/membrane.htm
http://www.ch.pwr.wroc.pl/dtp/pw/publikacje/p98/krakow.html