Modos de operação

Existem três modos de operar em processos de membranas: concentração, purificação e diafiltração, sendo a concentração o processo mais utilizado.

2.7.1 Concentração e purificação

A concentração é um modo de operação em que o produto de interesse é retido pela membrana, enquanto que os outros produtos que se pretendem separar permeiam a mesma membrana. No caso da purificação, o produto de interesse permeia a membrana (sendo

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recolhido no permeado), enquanto que os restantes solutos presentes ficam retidos promovendo-se a separação. A concentração poderá ser efetuada de forma contínua ou descontínua, com recirculação de concentrado ou com recirculação total ( recirculação de concentrado e permeado) [16].

2.7.1.1 Modo de operação em contínuo

Na operação em contínuo, esquematizada na Figura 2-8, parte da corrente do concentrado é reaproveitada para o tanque de alimentação do módulo. O modo em contínuo é normalmente empregue em processos de UF à escala industrial, com áreas de membrana superiores a 100 m2 [16].

Figura 2-8 Ultrafiltração em modo contínuo [14]

2.7.1.2 Modo de operação em descontínuo

A operação em descontínuo, constitui o modo de operação mais comum em instalações laboratoriais e à escala piloto [16]. Nesta operação o permeado é recolhido continuamente e a corrente de concentrado é reintroduzida no tanque de alimentação. Uma vez que não há adição de alimentação, o processo decorre em regime transiente.

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2.7.2 Processo de Diafiltração

A diafiltração é uma técnica que utiliza uma membrana de ultrafiltração para remover completamente, substituir ou reduzir a concentração de sais ou solventes a partir de soluções que contêm proteínas, péptidos, ácidos nucleicos e outras biomoléculas. O processo utiliza filtros de membrana permeáveis (poroso) para separar os componentes de soluções e suspensões com base no seu tamanho molecular. Uma membrana de ultrafiltração retém as moléculas que são maiores do que os poros da membrana, enquanto as moléculas pequenas, tais como sais, solventes e água, que são 100% permeáveis, passam livremente através da membrana [15].

2.7.2.1 Benefícios da Diafiltração

As técnicas convencionais utilizadas para a remoção de componentes indesejáveis podem ser eficazes mas tem limitações. Por exemplo, os procedimentos de diálise podem demorar vários dias, requerendo grandes volumes de água para o equilíbrio. Com a diafiltração, a remoção de sais ou solventes, pode ser realizada de forma rápida e convenientemente. Outra grande vantagem de diafiltração é que a amostra está concentrada no mesmo sistema, minimizando o risco de perda de amostra, ou contaminação [15].

Existem várias maneiras de realizar diafiltração: em modo contínuo ou em modo descontínuo. Ainda que o resultado possa ser o mesmo, o tempo e o volume requerido para completar o processo pode variar consideravelmente. É importante entender as diferenças entre os métodos utilizados e quando escolher um sobre o outro [15].

2.7.2.2 Diafiltração contínua

A técnica de diafiltração contínua (diafiltração também referida como o volume constante) envolve a lavagem dos sais originais (ou de outras espécies de baixo peso molecular) no concentrado (amostra), através da adição de água. Como resultado, o volume e a concentração do produto retido não se altere durante o processo de diafiltração. A água utilizada para a diafiltração, leva os sais para fora do sistema e a condutividade fica reduzida.

A quantidade de água adicionada é normalmente referida em termos de “volumes de diafiltração”. Um volume de diafiltração (DV) é o volume do concentrado, quando é iniciada a diafiltração. Para uma diafiltração contínua, a água é adicionada ao reservatório à mesma taxa do permeado recolhido.

As moléculas que são maiores do que certos sais e solventes, mas que são ainda menores do que os poros da membrana, são também retirados do concentrado. A permeabilidade destas moléculas, no entanto, pode ser inferior a 100%. Nesses casos, será necessário mais água, isto é, mais do que uma DV, para lavar completamente uma molécula parcialmente permeável através da membrana, em comparação com uma molécula permeável

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100%. Tipicamente, quanto maior for a molécula, menor é a permeabilidade e maior o volume de lavagem requerido [16].

2.7.2.3 Diafiltração descontínua

A diafiltração descontínua consiste em diluir a amostra primeiro com água para um volume pré-determinado. A amostra diluída é então concentrada de volta ao seu volume original por ultrafiltração. Este processo é repetido até que os indesejados sais, solventes, ou moléculas mais pequenas sejam removidos [15].

2.7.2.3.1 Diafiltração contínua ou descontínua: qual a melhor técnica?

Quando se decide qual a técnica a usar e em que parte do processo se deve realizar a diafiltração, considera-se os seguintes fatores:

 Volume da amostra inicial, concentração e viscosidade  Concentração da amostra final necessária

 Estabilidade da amostra em várias concentrações  O tempo total de processamento

 Tamanho do reservatório disponível  Economia

A escolha de qual o método a utilizar deve ser baseada em vários critérios, sendo uma delas a escala. O que se faz em escala laboratorial pode ser muito diferente da escala do processo, especialmente se o processo é automatizado. Em escala laboratorial, a diafiltração descontínua é muitas vezes usado para simplificar enquanto que a diafiltração contínua requer uma bomba ou outro equipamento que adicione a solução de diafiltração com uma taxa constante. Ambas as técnicas podem ser automatizadas para aplicações de processo.

O processo de concentração e de diluição de uma solução podem afetar as interações moleculares que resultam em desnaturação ou agregação, assim como a subsequente precipitação e perda de produto. É necessário avaliar o efeito da concentração do produto para determinar onde a diafiltração é mais adequada.

A diafiltração contínua oferece uma vantagem sobre a diafiltração descontínua em que a concentração de concentrado permanece constante por isso, é muitas vezes vista como um processo mais suave em relação à estabilidade do produto [15].

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