Modelização de separações por membrana através de métodos de refinamento de malha

Aplicou-se um modelo que conjuga a polarização da concentração e o transporte numa membrana para simular a ultrafiltração de soluções aquosas de PEG-3400. O problema incorpora o modelo de fricção binária desenvolvido a partir de uma modificação da equação de Maxwell-Stefan-Lightfoot. Desenvolveu-se um método numérico adaptativo eficiente para resolver simultaneamente as duas partes do modelo (camada de polarização e membrana). A resolução numérica do sistema algébrico-diferencial permitiu a ilustração adequada do fenómeno de rejeição aparente de soluto (em soluções aquosas de PEG-3400) assim como da queda de pressão em função do fluxo. Por outro lado, possibilitou a previsão adequada da influência de parâmetros físico-químicos e das condições de operação nesses fenómenos de rejeição, para além da correcta formação dos perfis de concentração e de fluxo quer na zona da camada de polarização como da membrana. A comparação com valores experimentais de ultrafiltração possibilita a validação do modelo no caso específico das soluções de PEG-3400. Os resultados de simulação dependem significativamente das características de resistência, Rm, da membrana que manifestam uma grande variabilidade de ensaio para ensaio e que influenciam o valor do coeficiente de equilíbrio, Keq

A simulation study on the transport phenomena in ultrafiltration

A coupled model of concentration polarization and membrane transport is used to study the crossflow ultrafiltration of PEG-3400 solutions. For the intramembrane transport, the model incorporates the binary friction model (BFM) derived by Kerkhof [4] and that is a modification of the Maxwell-Stefan-Lightfoot equation. Good agreement between model predictions and experimental data (apparent rejections and pressure drops as function of the flux) has been obtained. A value of 0.49 for the equilibrium partition coefficient K, the only adjustable parameter, was found. The model predictions also enabled us to study the effects of circulation velocity and partition coefficient on the apparent rejection and to get an insight into the concentration profiles in the polarization layer and in the membrane