Configurações multiestágio de destilação por membrana de contato direto para recuperação de água residual de tingimento têxtil

Abstract

No presente trabalho foram estudadas configurações da destilação por membrana de contato direto multiestágio utilizando soluções de quatro classes de corante têxtil (preto reativo, preto disperso, preto direto e preto ácido) e membranas comerciais de PVDF. Foram conduzidos experimentos com as configurações em série, paralelo contracorrente e paralelo concorrente, utilizando as mesmas variáveis operacionais (Talimentação = 60ºC, Tpermeado = 20ºC, Qalimentação = 1,5L/min, Qpermeado = 0,7L/min e tempo de experimento = 4h). Foram avaliados produção de permeado e três critérios energéticos (eficiência térmica, consumo específico de energia e GOR). Os melhores resultados de vazão mássica de produto obtidos foram para o corante preto reativo na configuração em série (?=62,37 g.h-1 ) e para o corante preto direto na configuração em paralelo concorrente (?=53,22 g.h-1 ). A análise energética demonstrou que a configuração em série se mostrou melhor. Visando a proposição de estratégias para incremento do fluxo de permeado, a configuração em série foi estudada com o uso de diferentes membranas (PVDF e PP). Esta proposta se mostrou mais eficiente quando comparada com apenas PVDF, sendo que o melhor resultado foi para o corante preto ácido (39,2% a mais de produto para a unidade com apenas PVDF). Também, foi avaliada a inserção de uma terceira unidade na configuração em série, cujos testes foram realizados com as soluções de corantes preto reativo e preto direto. Observou-se um acréscimo pequeno na quantidade de permeado de 5,7% para o corante preto reativo e de 8,5% para o direto, fato atribuído à elevação da temperatura do permeado e consequente redução da força motriz da operação. Posteriormente, foi avaliado a variação da condição operacional de vazão de permeado (1,5 L/min e 2,0 L/min) na configuração em série, com a solução de corante preto reativo. As variações de vazão se mostraram eficientes pois apresentaram aumentos de 18,3% e 26%, respectivamente. Por fim, foi também avaliada a adição de uma terceira unidade na configuração em paralelo concorrente usando o corante preto reativo, obtendo-se um valor 72,7% de vazão mássica de permeado maior que obtido para a mesma solução com duas unidades. Uma vez que todas as propostas e unidades multiestágio demonstraram ganhos de produtividade, ficou evidente que a contribuição desse trabalho para a DM aplicada à efluentes têxteis está baseada no aumento de produto final e em um melhor aproveitamento energético que a DMCD-MS proporciona.

Abstract: In the present work, configurations of multistage direct contact membrane distillation (MSDCMD) were studied, using solutions of four classes of textile dye (reactive black, dispersed black, direct black, and acid black) and commercial PVDF membranes. Experiments were carried out with the configurations in series, parallel countercurrent, and parallel concurrent, using the same operational variables (Tfeed = 60ºC, Tpermeate = 20ºC, Qfeed = 1,5L/min, Qpermeate = 0,7L/min and experiment time = 4h. Permeate production and three energy criteria (thermal efficiency, specific energy consumption and GOR) were evaluated. The best permeate flux was obtained for the reactive black solution in the series configuration (?=62.37 g.h-1 ) and the direct black in the concurrent parallel configuration (?=53.22 g.h-1 ). In the energetic analysis, the series configuration was better. Aiming at proposing strategies to increase the permeate flux, the series configuration was studied using different membranes (PVDF and PP). This proposal was more efficient when compared with only PVDF, and the best result was for the acid black solution (with 39.2% more product for the same dye with only PVDF), due to the better characteristics than the PP membrane has. Also, the addition of a third unit in the series configuration was evaluated, whose tests were carried out with the solutions of reactive black and direct black. There was an increase in the amount of permeate was low: 5.7% for the reactive black and 8.5% for the direct black, a fact attributed to the rise in the temperature of the permeate and the consequent reduction in the driving force of the operation. Later, the variation of the permeate flow operating condition (1.5 L / min and 2.0 L / min) in the series configuration was evaluated with the reactive black solution. Flow variations become efficient as the compaction is 18.3% and 26% respectively. Finally, the addition of a third unit in the parallel configuration was also evaluated using the reactive black dye, obtaining a value of 72.7% of the same permeate mass flow rate greater than the compound for the solution with two units. Since all proposals and multistage units demonstrated productivity gains, it was evident that the contribution of this work to the DM applied to textile effluents is based on the increase of the final product and on better energy use that the DMCD-MS offers.