BR0211851B1 - elemento de separaÇço. - Google Patents

Description

"ELEMENTO DE SEPARAÇÃO"

A presente invenção se relaciona a elementos de separaçãoúteis para separar vários componentes de fluídos. Maisespecificamente, a presente invenção se relaciona a umaestrutura seladora para prover selagem para elementos deseparação adjacentes.

0 uso de sistemas de separação de fluidos por pressão ébem conhecido. Em tais sistemas, uma mistura de fluidospassa através de uma superfície de membrana adaptada paraatuar como barreira seletiva, permitindo que algunscomponentes da composição fluida passem mais rapidamenteque outros.

Arranjos de fibra vazada e membrana enrolada em espiralsão usados comumente em processos comerciais paraseparação de fluido. O uso de membrana enrolada emespiral é vantajoso pelo fato de proporcionar uma grandeárea de'· contato de membrana enquanto permite um vaso deconfinamento de pequenas proporções. Um modo padrão desuprir membranas enroladas em espiral para uso comercialse encontra na forma de elementos de membrana quecompreendem uma seção de tubo ou conduite de permeatoem torno do qual a membrana é enrolada. Estes elementosde membrana podem ser usados isoladamente ou conectadosem série interconectando as seções de conduite depermeato. 0 modo usual de usar elementos de membranaenrolados em espiral é contê-los isoladamente ouconectados em vasos de confinamento para formar módulosde separação de fluido. Os módulos, por sua vez, podemser nasados isoladamente ou interconectadosconvenientemente em série e/ou em arranjos paralelos paraprover o tratamento desejado.Membranas enroladas em espiral são tipicamente formadasenrolando uma ou mais folhas de material de membranaem torno de um conduite central contendo furos pararecuperar um fluxo de permeato central. Espaçadores ououtros dispositivos podem ser usados para manter canaisde alimentação/ retentato através dos quais a mistura dealimentação passa e sendo separada em componentes depermeato ou retentato que passam através da superfície demembrana. Exemplos de elementos enrolados em espiral sãoprovidos nas U.S. Nos 5.538.642 e 5.681.467.

Quando múltiplos elementos de membrana são usados emsérie em um único módulo, é desejável selar os elementosadjacentes entre si, e particularmente os correspondentestubos de permeato adjacentes para impedir o fluxo defluido de alimentação para dentro do tubo de permeato.Tipicamente isto é realizado com o uso de um arranjo deselo deslizante como o descrito na U.S. N0 5.851.267de Schwartz. Em tal arranjo de selagem deslizante,um tubo de interconexão é recebido nas extremidades detubos de permeato adjacentes de elementos de separaçãoadjacentes. O tubo de interconexão define um par deranhuras espaçadas nas extremidades que recebe e retémum O'ring: Os 01rings são arranjados para segregaros fluidos de permeato e retentato aplicando pressãoradial entre as extremidades externas do tubo inter-conectado e as superfícies internas dos respectivos tubosde permeato.

A patente U.S. N0 5.581.267 adicionalmente descreve umpar de capas terminais localizadas nas respectivasextremidades do elemento de separação. Cada capa terminaldefine uma abertura interna para receber o tubo depermeato do elemento de separação e um anel de fixaçãoexterno para prender os elementos de separação adjacentesentre si. Um 01 ring é retido no anel de fixação paraprover selagem na periferia radial externa das capasterminais. O selo fica entre as capas terminaisadjacentes e provê selagem para impedir que o fluxo dealimentação ou retentato ao longo das paredes do vaso depressão entre elementos de separação adjacentes.Estruturas adicionais de capa terminal estão mostradasna publicação Japonesa N0 11207156, onde a capa terminalinclui um tubo de interconexão integral tendo umaestrutura seladora disposta em cada extremidade parainserir no tubo de permeato adjacente. Uma estruturasimilar está mostrada na U.S. N0 6.224.767. A publicaçãoJaponesa N0 112 67467 também mostra um tubo deinterconexão com selos em ambas extremidades.

Um outro método para interconectar tubos está mostradona patente Japonesa N0 2000015064. Neste conjunto,um tubo de interconexão tendo uma variedade de diâmetrosinternos é usado para controlar a perda de pressãono tubo de retentato.

Cada um destes métodos requer um tubo de interconexãodo mesmo tipo com diâmetro relativamente menor que dotubo de permeato. Os tubos de interconexão são inseridosnas extremidades de tubos de permeato adjacentes,resultando em perda de pressão. Adicionalmente, coma inserção de tubos de interconexão, os O'ring sãosubmetidos à deformação ou escapam das ranhuras,resultando emuma selagem defeituosa. Em certasinstalações de tubos de interconexão deste tipo, sabe-secomo adicionar lubrificante ao O'ring para facilitar suainstalação. O lubrificante pode provocar problemas decontaminação para o fluxo de permeato.

De acordo com a presente invenção, provê-se um elementode separação adaptado para ser ligado a um elemento deseparação adjacente para ser colocado em um módulo deseparação. O elemento de separação compreende um corpo deseparação de permeato definindo um canal de permeato emcomunicação fluida com um primeiro lado do citado corpode separação para coletar permeato. O elemento deseparação adicionalmente compreende um tubo de permeatoem comunicação fluida com o canal de permeato. O tubo depermeato se estende entre as primeira e segundaextremidades. Um elemento de separação adicionalmentecompreende um canal de retentato em um segundo lado docorpo de separação de permeável. O elemento de separaçãoadicionalmente compreende uma superfície seladoraconectada ao tubo e adaptada para engatar um membroselador e comprimir axialmente o membro selador entrea superfície seladora e uma superfície seladora deelementos de separação adjacentes. Isto impede o fluxo defluido a partir do canal de retentato para dentro do tubode permeato na extremidade do tubo de permeato.

Por conseguinte, trata-se de um objetivo da presenteinvenção prover uma estrutura seladora entre elementos deseparação adjacentes que reduz o número de superfíciesseladoras, daí reduzindo o risco de contaminar o fluxo depermeato.

Trata-se de um outro objetivo da presente invenção proveruma estrutura seladora entre elementos de separaçãoadjacentes conectados ao tubo de permeato axialmentecomprimido para prover uma conexão à prova de fluidoentre os tubos de permeato dos elementos de separaçãoadj acentes.

Trata-se de um outro objetivo da presente invenção proveruma estrutura seladora que elimine torção ou deslizamentoda estrutura seladora durante instalação dos elementos de separação no módulo de separação.

Trata-se de um outro objetivo da presente invenção proveruma estrutura seladora que reduz a possibilidade dedeformação da estrutura seladora durante instalação doselementos de separação no módulo de separação.

Trata-se de um outro objetivo da presente invenção fixara posição da estrutura seladora em função do movimento domódulo de separação ou estrutura seladora duranteoperação.

Trata-se de um outro objetivo da presente invenção prover uma estrutura seladora que não restrinja o fluxo defluido no tubo de permeato.

Trata-se de um outro objetivo da presente invenção proveruma estrutura seladora que não reduza a extensão efetiva dos elementos de separação.

Trata-se de um outro objetivo da presente invenção proverum arranjo de fixação entre elementos de separaçãoadjacentes que prenda os elementos de separação eprovenha uma predeterminada compressão axial da estruturaseladora.

Trata-se de um outro objetivo da presente invençãoeliminar a necessidade de um lubrificante na estruturaseladora para facilitar instalação dos elementos deseparação, daí eliminando um potencial de contaminaçãopara o fluxo de permeato.

Trata-se de um outro objetivo da presente invenção proveruma estrutura seladora para aumentar a vida útil daestrutura seladora.

Trata-se de um outro objetivo de pelo menos umaconfiguração da presente invenção prover um arranjo defixação entre elementos de separação adjacentes queprovenha indicação auditiva ou táctil de que os elementosestão completamente presos um ou outro.

Trata-se de um outro objetivo de pelo menos umaconfiguração da presente invenção embutir a superfícieseladora para proteger a superfície seladora durantemanuseio dos elementos de separação, antes da instalação.Trata-se de um outro objetivo de pelo menos umaconfiguração da presente invenção prover uma ranhura parareceber e reter a estrutura seladora para evitar umaperda não-intencional da estrutura seladora.

Trata-se de um outro objetivo de uma configuraçãoda presente invenção prover um adaptador de interface depermeato que inclua a mesma estrutura seladora usadaentre elementos de separação adjacentes.

Outros objetivos e vantagens da presente invenção deverãoser prontamente apreciados à medida que a invenção sejamelhor entendida através da descrição detalhada que sesegue em conexão com os desenhos em anexo, onde:a figura 1 é uma vista em corte transversal de um módulode separação parcialmente interrompido da configuraçãopreferida da presente invenção;a figura 2 é uma vista explodida de uma capa terminalpreferida de acordo com a presente invenção e mostrandoo tubo de permeato;

a figura 3 é uma vista em perspectiva mostrando uma outraconfiguração preferida da capa terminal;

a figura 4 é uma vista em perspectiva, parcialmenteinterrompida, mostrando um outro conjunto de capaterminal preferida;

a figura 5 é uma vista em corte transversal, parcialmenteinterrompida, mostrando um arranjo preferido da estruturaseladora;

a figura 6 é uma vista de extremidade de uma configuraçãopreferida de um conjunto de capa terminal; e

a figura 7 é uma vista em perspectiva, parcialmenteexplodida, de um elemento de separação preferido.Um módulo de separação está geralmente indicado por 10na figura 1. 0 módulo 10 inclui uma pluralidade deelementos de separação geralmente indicados por 12.0 elemento de separação 12pode compreender qualquer bemconhecido elemento de separação que tenha uma superfíciepermeável a um componente em um fluxo de fluido eimpermeável a um outro componente em um fluxo de fluido.Os elementos de separação adequados 12 podem usar ummaterial de separação efetivo em qualquer arranjo paraprover um canal ou canais adequados para passagem dofluido contendo os componentes permeável e impermeável emum lado do material de separação para coletar componentespermeáveis a partir do lado oposto do material deseparação. Canais adequados para permeato e retentatopodem ter uma configuração radial, espiral, ou qualqueroutra em que passe um fluido contendo os fluidospermeável e impermeável na direção axial de fora paradentro e na direção axial para fora do elemento deseparação. Exemplos de configurações aplicáveis incluemconfigurações de fibras vazadas e enroladas em espiral.0 fluxo através dos elementos de separação é arranjadopreferivelmente de modo a haver um fluxo coaxial como fluxo permeável na porção central (ou seja, ao longo doeixo geométrico A, como mostrado na figura 7)do elemento. As setas na figura 1, mostram a direção defluxo dos respectivos fluidos. No entanto, a presenteinvenção pode ser usada com elementos de separação, ondeum ou ambos fluxos passam axialmente através doselementos a partir de portas de entrada e saídadeslocadas do centro. Elementos de separação adequadosdeste tipo em uma variedade de configurações são bemconhecidos por aqueles habilitados na técnica.Como melhor mostrado na figura 7, os arranjos mais preferidos para o elemento de separação 12 compreendem umelemento enrolado em espiral 12 tendo uma pluralidade defolhas de membrana 14. Uma folha de canal de retentato 16separa cada folha de membrana 14. A folha de canal deretentato 16 compreende uma folha de malha, como é bem conhecido na técnica, para prover separação entre folhasadjacentes 14. A folha de canal de retentato 16 defineo canal de retentato. Cada canal de retentato se encontraem comunicação fluida com o canal de retentato de umelemento de separação adjacente 12.

Cada folha 14 é enrolada em torno de um tubo de retentato18. 0 tubo de retentato 18 inclui uma pluralidade defuros 20. Os furos 20 se destinam a receber o permeato epermitir que o permeato entre no tubo de permeato 18.A porção radial mais externa dos elementos de separação sobre as folhas 14 pode incluir uma cobertura.A cobertura pode compreender uma camada impermeável quedeve impedir que qualquer material de retentato oualimentação passe para o lado de fora do elemento deseparação 12 e entre o elemento de separação 12 e o vaso de pressão 24. Tais tampas são bem conhecidas na técnica.A cobertura pode compreender qualquer revestimentoadequado, tal como fibra de vidro, epóxi, ou qualqueroutra camada suficiente de material impermeável no ladode fora das folhas 14. Outras coberturas aplicáveis incluem aquelas descritas na U.S. N0 6.066.254.

Cada folha 14 define um canal de permeato em comunicaçãofluida com um primeiro lado da folha 14. 0 canal depermeato é definido por uma folha de canal de permeato 22disposta no lado interno da folha 14. A folha de canal depermeato 22 compreende uma folha de malha como é bemconhecido na técnica para prover separação da folha 14.

Cada folha 14 é dobrada em torno da folha de canal depermeato 22 de um modo normal bem conhecido na técnica eé preso ao tubo de permeato 18. Uma extremidade aberta dafolha 14 é presa ao tubo de permeato 18 nos fuso 20.Assim, a folha de canal de permeato 22 definindo o canalde permeato se encontra em comunicação fluida com osfuros 20 para permitir que fluido flua para dentro docanal de permeato para fluir através do canal de permeatoe através dos furos 20 para dentro do tubo de permeato18. Exemplos de elementos de separação, com estaestrutura geral, são comercialmente disponíveis a partirda Fim_Tec Corporation "BW30-400".

"Os canais de permeato coletam permeato separado parapassar através do canal de permeato e os canais deretentato distribuem ou coletam retentato paracomunicação com os canais de retentato. O canal depermeato se comunica com os furos 20 que permite fluxopara dentro do tubo de permeato 18.

Como melhor mostrado na figura 1, o módulo 10adicionalmente inclui um vaso de pressão 24. Cada um doselementos de separação 12 está contido dentro do vaso depressão 24. Mais especificamente, o vaso de pressão 24define uma abertura interna 25. Os elementos de separação12 estão localizados na abertura interna 25. Emboratambém possa haver somente um elemento 12 no vaso depressão 24, até 7 ou 8 elementos de separação 12conectados em série poderão estar contidos em um vaso depressão típico 24. 0 vaso de pressão 24 é fechado complacas terminais 26. Ambas extremidades do vaso depressão 24 incluem uma placa terminal 26. Como mostradona figura 1, a placa terminal 26 preferivelmente deve sercircular e incluir aberturas de alimentação 28 conectadasa um tubo de alimentação 30. Também, uma placa terminal26 inclui uma abertura ou porta 32. A placa terminal 26na outra extremidade do vaso de pressão 24 inclui umaabertura para descarga de retentato (não mostrado)similar à abertura de alimentação 30. A abertura dedescarga de retentato permite ao retentato sair do vasode pressão 24. Ambas placas terminais 26 são equipadascom uma saída de permeato. Tipicamente, a segunda dasduas saídas de permeato é plugada de modo que o fluxo dopermeato somente saia por uma extremidade do vaso depressão 24, como mostrado na figura 1.

Como descrito acima, é comum que os vasos de pressão 24,do tipo descrito aqui, tenham uma entrada de alimentaçãoe uma saída de retentato. No entanto, deve ser apreciadoque também poderão ser usadas múltiplas entradas dealimentação, múltiplas saídas de retentato, e múltiplassaídas de permeato.

Cada um dos elementos de separação 12 inclui uma capaterminal geralmente indicada por 34 em cada extremidade.Cada capa terminal 34 inclui um cubo interno geralmenteindicado por 36. 0 cubo interno 36 define uma superfícieterminal de cubo interno 38. A superfície terminal decubo interno 38 preferivelmente é uma superfície plana.0 cubo interno 36 também inclui uma abertura anular 40.

A abertura anular 40 se destina a receber o tubo depermeato 18. Embora a abertura anular 40 possa sercilíndrica, em algumas configurações o diâmetro internoda abertura anular 40 é cônica para facilitar a conexãoda capa terminal 34 com o tubo de permeato 18, como serámostrado em detalhes mais adiante. Adicionalmente,a abertura anular e o tubo de permeato 18, emborapreferivelmente de seção circular, podem assumir qualquerconfiguração geológica adequada.

Como melhor mostrado na figuras 2-4 e 6, uma pluralidadede nervuras ou raios 42 se estende radialmente para foraa partir de um cubo interno 36. As nervuras 42 atuam comoestrutura antitelescópica. Especificamente, as nervuras42 engatam as extremidades das folhas 14 para evitar queestas deslizem (efeito telescópico) uma sobre a outra.Assim, as nervuras 42 confinam as folhas 14 entre elas.As nervuras 42 também deixam uma trajetória de fluxosuficiente para alimentação ou retentato sair de umelemento de separação 12 e entrar no elemento deseparação adjacente 12.

Em uma configuração preferida, como mostrado nas figuras3 e 6, cada nervura pode incluir um f lange 44. Umaprojeção 46 se estende para fora a partir do flange 44.A projeção 4 6 passa sobre uma nervura 4 2 de uma capaterminal adjacente, como mostrado na figura 6. Maisespecificamente, cada nervura pode definir um canal ourecesso 47 na superfície de borda externa da mesma.A projeção 46 passa sobre uma superfície que se estendepara fora da nervura 42 e para dentro do canal 47.A projeção 46 assim fica retida no canal 47. Quandovárias projeções 46 passam simultaneamente para dentrodos respectivos canais 47 pode ser observada umaindicação auditiva e física para informar queas respectivas capas terminais estão fixadas na posição,como será descrito mais a diante.

A capa terminal 34 adicionalmente inclui um cubo externogeralmente indicado por 48. 0 cubo externo 48 define umasuperfície de cubo externo 50. Uma estrutura de fixaçãogeralmente indicada por 52 está adicionalmente dispostana capa terminal 34. A estrutura de fixação 52 adaptadapara prender a capa terminal 34 em uma capa terminal 34de um elemento de separação adjacente 12 é mostrada nafigura 1. A estrutura de fixação 52 é preferivelmentedisposta na superfície de cubo externo 50. A estrutura defixação 52 compreende uma pluralidade de projeções erecipientes disposta em torno da superfície de cuboexterno 50. As projeções e recipientes podem assumir umavariedade de formas. Como mostrado na figura 2,as projeções compreendem uma pluralidade de ressaltos 54.Cada ressalto 54 tem uma seção interna relativamente fina56 e uma porção de cabeça externa 58. A porção de cabeça58 sendo mais grossa que a seção interna 56.Os recipientes compreendem aberturas 60 na superfície decubo externo 50. Como mostrado, as aberturas 60 têm umaárea central 62. A área central 62 é grande o suficiente para permitir que a cabeça 58 do ressalto 54 passe pelaabertura 60. Um canal é formado sob a superfície de cuboexterno 50 para receber a cabeça 58 do ressalto 54.A abertura 60 inclui seções laterais 64. A seção lateral64 tem uma largura menor que da área central 62. As seções laterais 64 permitem que a seção interna 56do ressalto 54 passe através de si, no entanto sempermitir que a cabeça 58 passe.

Por conseguinte, para fixar capas terminais deste tipo,capas terminais são alinhadas de modo que as cabeças 58dos ressaltos 54 fiquem alinhadas com as áreas centrais62 das aberturas 60 das capas terminais adjacentes 34.As capas terminais 34 são pressionadas até as respectivassuperfícies de cubo 50 engatarem. As capas terminais 34são então giradas uma contra outra quer no sentido-horário ou anti-horário até que as seções internas 56 dosressaltos 54 encostem nas extremidades de qualquer uma asseções laterais 64 das aberturas 60. Uma vez nestaposição, as capas terminais não poderão ser deslocadasaxialmente uma da outra. A desmontagem da conexão decapas terminais 34 é realizada simplesmente girando ascapas terminais 34 na direção oposta até as cabeças 58 sealinharem com a área central 62 da abertura. As capasterminais 34, nesta posição, podem se movimentaraxialmente uma em relação à outra para desmontar um elemento de separação 12 do elemento de separaçãoadjacente 12. Também, as capas terminais 34 da figura 2dos elementos de separação adjacentes 12 têm estruturasde fixação 52 idênticas. Assim, uma capa terminal 34 comestrutura de fixação 52 idêntica é colocada em ambasextremidades do elemento de separação 12.

Uma estrutura de fixação alternativa 52 está mostrada nafigura 4. Como mostrada na figura 4, as projeçõescompreendem uma pluralidade de pegadores em forma de L66. Os pegadores em forma de L 66 provêem uma ranhura 68em sua parte traseira. As ranhuras 68 compreendemrecipientes para receber as pernas mais externas dospegadores em forma de L 66. Assim, as capas terminais dopegador em forma de L são recebidas atrás das ranhuras 68assim fixando axialmente as capas terminais adjacentes 34uma em relação à outra.

Como mais bem mostrado na figura 4, uma das capas terminais 34 inclui um flange anular externo 70. 0 flangeanular externo 70 se estende para fora a partir da capaterminal além da superfície de cubo externo 50. 0 flangeprotege de danos o selo de tubo de permeato durantemanuseio do elemento de separação 12. A outra capaterminal 34 mostrada na figura 4, inclui um recessoanular externo 72. 0 recesso anular externo 72 se destinaa receber o flange anular ~ externo 70 da capa terminaloposta 34. Como mostrado na figura 1, uma ou mais pernasexternas dos pegadores em forma de L 66 em uma capaterminal 34 podem incluir uma projeção 74. Similarmente,a perna externa dos pegadores 66 em forma de L na capaterminal 34 adjacente inclui pequenos recessos 76 parareceber as projeções 74. 0 propósito da projeção é dea mesma ser recebida no recesso 76, quando as capasterminais 34 estiverem fixadas, provendo um retornoauditivo e físico da fixação das capas terminais 34.

A superfície de cubo externo 50 de uma das capasterminais 34 (capa terminal à esquerda) tendo o flangeanular externo 70, se estende ligeiramente à frente dasuperfície mais externa das nervuras 42. A capa terminaladjacente 34 inclui um recesso 78 em cada nervura próximaà extremidade mais externa. 0 recesso 78 permite quesuperfície do cubo mais externo 50 da capa terminaladjacente 34 seja recebida no recesso. Ou seja, o recesso78 provê uma folga para a superfície de cubo externo 50da capa terminal adjacente 34.Para montar as capas terminais 34 com esta configuração,elementos de separação 12 devem ser construídos tendo umacapa terminal do tipo descrito que tem um flange anularexterno 7 0 em uma extremidade, e uma capa terminal 34do tipo que tem um recesso anular externo 72 na outraextremidade. Elementos de separação adjacentes 12 ficamaxialmente alinhados e pressionados de modo que a pernaexterna do pegador em forma de L 66 engate a ranhura 68.As capas terminais giram uma em relação â outra (nosentido horário como mostrado na figura 4) até o pegadorem forma de L topar a ranhura 68. Em certasconfigurações, a projeção 74 engata o recesso 76 provendouma indicação física e auditiva que as capas terminaisestão presas. Em certas configurações, como mostrado nasfiguras 3 e 6, a projeção 46 (ver somente a figura 3) noflange 44 da nervura 42 engata o canal 47 definido pelasnervuras 42 de uma capa terminal adjacente, como mostradona figura 6, para prover retorno auditivo e físico de queas capas terminais estão presas.A conexão entre capas terminais adjacentes 34 está melhormostrada na figura 1. Com as respectivas capas terminais34 na posição fixada, o flange anular 70 envolveo recesso anular 72. Assim, o flange anular 70 provê umsuporte à conexão entre capas terminais adjacentes eajuda a flexionar dois elementos de separação adjacentesentre si, particularmente durante instalação doselementos de separação no vaso de pressão 24.Embora sejam providas duas estruturas de fixaçãopreferidas 52, deve ser apreciado que qualquer estruturaadequada também poderá ser usada para fixar asrespectivas capas terminais 34. Por exemplo, conectoresdo tipo de pressão com cabeça de conexão aumentada podemser inseridos nos furos de uma capa terminal adjacente.Alternativamente, dedos que se estendem axialmente podemser incorporados à capa terminal que se defletemradialmente sobre conjuntos da capa terminal adjacente.As capas terminais são presas em conjunto, quandoprojeções dos dedos pegam por trás as correspondentesprojeções da capa terminal adjacente. Ainda uma outraalternativa consiste de usar uma ou mais roscas parafixar os conjuntos de um modo roscado. Prefere-se que a estrutura de fixação seja tal que possa prover umapredeterminada força mínima na estrutura seladora entreos tubos de permeato adjacentes 18, a ser mostrada maisadiante. Preferivelmente, a estrutura de fixação tambémdeve permitir que a força de selagem aumente em resposta às forças axiais aplicadas nos elementos de separação 12pelo fluxo axial do fluido através do módulo 10. Taisforças surgem naturalmente devido à queda de pressãoinduzida por fluxo dentro da folha de canal de retentato16 do elemento de separação.

Como mostrado na figura 1, as capas terminais incluem umaranhura de 0'ring 8 0 para receber um 01ring 82. 01ring 82provê uma selagem entre a superfície mais externa da capaterminal 34 e a superfície interna do vaso de pressão 24.A selagem 84 impede que o fluxo de fluido de alimentaçãoe retentato passe a capa terminal na área da selagem.0'ring 82 está mostrado na superfície externa da capaterminal 34. Deve ser apreciado que, no entanto, o 0'ring82 pode prover uma selagem entre as superfícies de cuboexternas 50 de capas terminais adjacentes. Se a selagem

O'ring é provida na superfície de cubo externo, o fluidode alimentação e retentato será impedido de escapar doelemento de separação 12 através da capa terminal nasuperfície de cubo externo. Neste caso, um 0'ring 82entre a capa terminal e o vaso de pressão pode ou não serusado. Deve ser apreciado também que o 0'ring é umadentre muitas configurações de selagem adequada. SelosV-cup e de seis lóbulos, tal como Multiseal da PrecisionAssociates Inc são alternativas provadas.

Um importante aspecto da presente invenção é prover umaselagem melhorada entre os tubos de permeato 18 deelementos de separação adjacentes 12. Deseja-se proveruma selagem confiável entre os tubos de permeato 18de elementos de separação adjacentes 12 para impedirqualquer contaminação a partir do fluxo de fluido dealimentação ou retentato no tubo de permeato 18na conexão.

Geralmente, a estrutura seladora compreende umasuperfície seladora conectada ao tubo de permeato 18 e auma selagem. A superfície seladora é adaptada paraengatar um membro selador e comprimir axialmente o membroselador entre a superfície seladora de um primeiroelemento de separação 12 e a superfície seladora de umelemento de separação adjacente 12. Como usado nesta,a superfície seladora pode ser conectada ao tubo depermeato quer como elemento integrante do próprio tubo,ou como um segundo membro, como um cubo interno da capaterminal 34 diretamente adjacente ao tubo de permeato 18e que poderá ser conectado ao mesmo. A conexão tambémpoderá ser fixada em certas configurações, como quandoo cubo interno for soldado por rotação ao tubo depermeato. A conexão também poderá não ser fixada, quando o cubo interno engatar um segundo membro selador(não mostrado) na interface entre o tubo de permeato ea abertura do cubo interno.

Em um arranjo preferido da estrutura seladora comomostrado nas figuras 2 e 5, a superfície seladoracompreende uma primeira superfície terminal de tubo depermeato 84 e uma segunda superfície terminal de tubo depermeato 86. Ou seja, o tubo de permeato 18 se estendeentre a primeira superfície terminal 84 e a segundasuperfície terminal 86. A primeira superfície terminal 84 e a segunda superfície terminal 86 têm uma seçãotransversal circular. A primeira superfície terminal 84 ea segunda superfície terminal 86 são geralmente planas.Pelo menos uma dentre as primeira e segunda superfíciesterminais 84, 86 incluem uma ranhura anular 88. Como pode ser visto nas figuras 2 e 5, a ranhura anular se encontrana primeira superfície terminal 84. A ranhura anular 88se destina a receber e reter um membro selador.Preferivelmente, como mostrado em vista explodida nafigura 2, o membro selador compreende um 0'ring 90.A largura da ranhura 88 é ligeiramente menor que da seçãotransversal do 0'ring 90. Desta maneira, o 0'ring 90 seráligeiramente comprimido na ranhura 88. Alternativamente,o diâmetro interno do 0'ring pode ser ligeiramente menorque o diâmetro interno da ranhura 88. Desta maneira,o 0'ring ficará ligeiramente estendido na ranhura.Um ajuste por fricção será assim provido para retero 0'ring na ranhura 88. Também, a profundidade da ranhura88 deve ser ligeiramente menor que da seção transversaldo 0'ring 90. Isto permite que o 0'ring 90 se estendana ranhura 88 para engatar a segunda superfície terminal86 do elemento de separação adjacente 12. Embora umaranhura 88 seja preferida para reter o 0'ring 90 naorientação adequada, deve ser apreciado que dentro doescopo da presente invenção, õ membro selador também podeser retido na posição adequada usando métodosalternativos, como por exemplo, usando um adesivoadequado. Neste caso, a ranhura 88 pode ser eliminada, eresultando que ambas superfícies seladoras 84, 86 ficamplanas em toda sua extensão. 0 0'ring 90 também pode serpreso a uma das superfícies terminais 84, 86.

Alternativamente, pequenas nervuras se estendendo dasparedes laterais da ranhura podem ser empregadas paracriar regiões onde a largura efetiva de ranhura é menorque a seção transversal do 0'ring 90. Adicionalmente,embora um 0'ring 90 seja o membro selador preferido, deveser apreciado que qualquer estrutura seladora poderá serusada dentro do escopo da presente invenção, por exemploum selo de compressão ou um selo tendo uma seção não-circular. Selos de seção transversal não-circular incluemselo de 4 lóbulos tal como Par4 da Parker HannifinCorporation, selo de 6 lóbulos tal como Multiseal daPrecision Associates Inc,Tetraseal da Goshen RubberCompany, "Press_In_Place" da Parker Hannifin Corporation,e outros selos bem conhecidos como U-Cup e V-Cup.Como mostrado na figura 5, as capas terminais 34 sãopresas nos respectivos tubos de permeato 18 de modo apermitir que a primeira superfície terminal 84 doprimeiro tubo de permeato 18 contacte a superfícieterminal 86 do segundo tubo de permeato. Neste arranjo,uma selagem a prova de fluido entre o cubo interno 3 6 ea superfície externa do tubo de permeato 18 não serácrítica. Assim, o cubo interno 36 pode ser preso àsuperfície externa do tubo de permeato de qualquermaneira, incluindo por exemplo, ajuste friccional com usode adesivos, soldagem por compressão, soldagem comsolvente. Na verdade, qualquer maneira de conectar o cubointerno 3 6 ao tubo de permeato 18 está incorporada noescopo da presente invenção. Alternativamente, nestaconfiguração, a capa terminal 34 poderá ser presadiretamente às extremidades das folhas 14 ou à cobertura.Na configuração preferida, as capas terminais 12 sãounitariamente formadas a partir de um material capaz deser soldado por rotação ao tubo de permeato ou ao tubo deinterface de permeato, como será mostrado mais adiante.Tais materiais incluem ABS (acrilonitrila-butadieno-estireno), ou qualquer outro termoplástico, polisulfonaPVC ou similares. Outros materiais adequados incluemquaisquer compostos de duas partes moldados por reação outermofixos, tal como uretanos ou epóxis.

Para completar a selagem, do tipo descrito acima, entreos tubos de permeato 18 de elementos de separaçãoadjacentes 12, são obtidos dois elementos 12. A primeirasuperfície terminal 84 do tubo de permeato 18 do primeiroelemento de separação 12 compreende a superfíciegeralmente plana tendo uma ranhura 88. O O'ring 90 éligeiramente comprimido e colocado na ranhura 88.Os primeiro e segundo elementos de separação 12 sãocolocados adjacentes de modo que as respectivas capasterminais fiquem alinhadas, permitindo que a estruturaseladora seja cooperativa, como descrito acima.O O'ring 90 é axialmente comprimido entre as respectivasprimeira e segunda superfícies terminais 84, 86. dostubos de permeato adjacentes 18. A estrutura de fixação52 prende as capas terminais 34, e por conseguinteo elemento de separação adjacente 12. 0 0'ring 90 impedeque qualquer fluido nos fluxos de alimentação ouretentato entre no tubo de permeato 18 na junção entreos elementos de separação adjacentes 12. Posicionadasapropriadamente as capas terminais 34 nos tubos depermeato 18, uma predeterminada força axial pode atuar noO'ring 90 para prover uma selagem apropriada entre ostubos de permeato adjacentes 18.Em uma configuração preferida alternativa, como mostradonas figuras 1 3 e 4, as superfícies terminais de cubointerno 38 das capas terminais 34 provêem uma superfícieseladora. Como descrito acima, as superfícies terminaisde cubo interno 3 0 das capas terminais 34 são geralmentesuperfícies planas. Uma das superfícies terminais de cubointerno 3 8 em uma capa terminal 34 preferivelmente incluiuma ranhura 92 para receber um 0' ring 94. Quando estearranjo for usado, uma selagem a prova de fluido deve sercompletada entre o cubo interno 36 e a superfície externado tubo de permeato 18. Mais especificamente, a aberturaanular 4 0 do cubo interno 3 6 deve ser conectada e seladacom a superfície externa do tubo de permeato 18.O arranjo a prova de fluido é necessário para impediro fluxo de fluido de alimentação ou retentato entre ocubo interno 3 8 e a superfície externa do tubo depermeato 18. 0 método preferido para completar estearranjo a prova de fluido é soldar por rotação o cubointerno 36 ao tubo de permeato 18. Para facilitar estaconexão, a abertura anular 4 0 do cubo interno 3 6 pode sercônica. Métodos adicionais para prover conexão a prova defluido entre o cubo interno 3 6 e o tubo de permeato 18estão contemplados no escopo da presente invenção.Por exemplo, o cubo interno 3 6 pode ser soldado comsolvente ao tubo de permeato. Alternativamente, tambémpoderão ser usados adesivos adequados. Adicionalmente,uma selagem impermeável a fluido pode ser completadausando um membro selador adequado entre o cubo interno 3 6e o tubo de permeato 18. Qualquer método de selagemadequado assim poderá ser usado para prover uma selagementre o cubo interno 36 e o tubo de permeato 18.

Como mostrado acima, embora uma ranhura 92 seja preferidapara reter o 0'ring 94 na orientação apropriada, deve serapreciado que no escopo da presente invenção, o membroselador também poderá ser retido na posição apropriada usando métodos alternativos, por exemplo usando umadesivo adequado. Neste caso, a ranhura 92 poderá sereliminada e as superfícies terminais de cubo interno 38serão planas em toda sua extensão. O 0'ring 94 poderáentão ser preso a uma das superfícies terminais de cubointerno 38. Adicionalmente, embora um 0'ring 94 sejao membro selador preferido, deve ser apreciado que outrosmembros seladores adequados," como por exemplo uma selagempor compressão, poderão ser usados dentro do escopo dapresente invenção.

Para completar a selagem do tipo descrito entre tubos depermeato 18 de elementos de separação adjacentes 12, sãoobtidos dois elementos 12. As superfícies terminais decubo interno 3 8 de capas terminais 34 de elementos deseparação adjacentes compreendem superfícies geralmenteplanas. Uma das superfícies terminais de cubo interno 38inclui a ranhura 92. As capas terminais 34 são presas nosrespectivos tubos de permeato 18 para prover uma conexãoa prova de fluido entre as capas terminais 34 e os tubosde permeato 18. Preferivelmente, as capas terminais 34 são soldadas por rotação nos respectivos tubos depermeato 18. 0 0'ring 94 é ligeiramente comprimido ecolocado na ranhura 92. Os primeiro e segundo elementosde separação 12 são colocados adjacentes de modo que asrespectivas capas terminais 34 fiquem alinhadaspermitindo que a estrutura de fixação seja cooperativa,como descrito acima. As capas terminais 34 são presas nosrespectivos tubos de permeato 18 para permitir quea superfície terminal de cubo interno 3 8 da primeira capaterminal 34 contate a superfície terminal de cubo interno38 da capa terminal 34, como melhor mostrado na figura 1.O 0'ring 94 é comprimido axialmente entre a superfícieterminal de cubo interno 38 da primeira capa terminal 34e a superfície terminal de cubo interno 3 8 da segundacapa terminal adjacente 34. A estrutura de fixação 52fixa as capas terminais adjacentes 34 e, por conseguinte,os elementos de separação adjacentes 12. Novamente,posicionando apropriadamente as capas terminais 34 dostubos de permeato 18, uma predeterminada força axialpoderá atuar no 0'ring 94 para prover uma selagemapropriada entre as superfícies terminais de cubo internoadjacentes 38. A combinação de 0'ring 94 selandosuperfícies terminais de cubo interno 38 junto com umaconexão a prova de fluido entre cubos internos 3 6 e tubosde permeato 18 impede a entrada de qualquer fluido nosfluxos de alimentação ou retentato no tubo de permeato 18na junção entre os elementos de separação adjacentes 12.Provendo uma selagem entre as superfícies terminais decubo interno 38 de capas terminais 34 de elementos deseparação adjacentes 12, obtêm-se certas vantagens.Em primeiro lugar, as capas terminais 34 podem serposicionadas nos tubos de permeato de modo que assuperfícies terminais 84, 86 de tubos de permeatoadjacentes não se contatem. Em segundo lugar,as superfícies terminais de cubo interno 3 8 provêem umamaior superfície onde se localiza o membro selador.Finalmente, a montagem axial da superfície terminal detubo 86 em relação à estrutura de fixação 52 é menoscrítica.Deve ser apreciado que os meios seladores descritos aquipodem ser usados em combinação com outros meios paramelhorar ainda mais a integridade do módulo.O módulo 10 também inclui um adaptador de interface deelemento geralmente indicado por 96. O adaptador deinterface 96 está conectado à capa terminal externa 34 doelemento de separação mais externo 12 no vaso de pressão24, como melhor mostrado na figura 1. 0 adaptador deinterface 96 se destina a prover uma selagem a prova defluido entre os tubos de permeato 18 do primeiro elementode separação 12, e em algumas configurações do últimoelemento de separação, no vaso de pressão 24 e um tubo deinterface de permeato 98. Esta conexão permite a saída dopermeato e em certas configurações, e sua entrada no vasode pressão 24 sem se contaminar com fluido de alimentaçãoou retentato no vaso de pressão 24.

O adaptador de interface 96 compreende uma capa terminal34 com qualquer uma das configurações descritas acima emostradas nas figuras 1-4. A capa terminal 34 incluiestrutura de fixação 52, como descrito acima. A capaterminal 34 é conectada a um tubo de interface depermeato 98. O tubo de interface de permeato 98 doadaptador de interface 96 não tem qualquer furo, como ostubos de permeato 18 descritos acima. Ainda, o tubo depermeato 98 não se conecta a nenhuma folha 14. 0 tubo deinterface de permeato 98 é conectado ao cubo interno 3 6da capa terminal de uma maneira qualquer, como aquelamostrada acima para conectar o tubo de permeato 18 como cubo interno 36.

Em uma configuração preferida, mostrada na figura 1,o tubo de permeato 98 é conectado ao cubo interno 3 6 dacapa terminal 34 de maneira adequada a prova de fluido,tal como por soldagem por rotação. Novamente, e comomostrado acima, o cubo interno 3 6 pode ser cônico parafacilitar o processo de soldagem por rotação.

A superfície terminal de cubo interno 3 8 épreferivelmente plana. A superfície terminal de cubointerno 38 engata um O'ring 94 contido na ranhura 92em uma superfície terminal de cubo interno 3 8 de uma capaterminal adjacente 34. As capas terminais 34 são então presas da maneira estabelecida acima. Desta maneira,um 0'ring 94 é mantido comprimido axialmente, entrea capa terminal 34 do último elemento de separação 12 ea capa terminal 34 do adaptador de interface. Isto provêuma montagem a prova de fluido entre o tubo de permeato18 do último elemento de separação 12 e o tubo deinterface de permeato 98.

Embora a superfície terminal de cubo interno 3 8 da capaterminal 34 do adaptador de interface 96 seja mostradaplana em toda sua extensão, deve ser apreciado que estasuperfície terminal de cubo interno também pode incluiruma ranhura para receber um 0'ring. Neste caso, prefere-se que a superfície terminal de cubo interno 38 da capaterminal adjacente 34 do elemento de separação 12 sejaplana. Adicionalmente, embora mostrada na figura 1,a selagem completada entre as superfícies terminais decubo interno 38 de capas terminais adjacentes 34, deveser apreciado que a selagem poderá ser completada entreuma das superfícies terminais 84, 86 do tubo de permeato18 e a superfície terminal 100 do tubo de interface depermeato 98. Isto se faz, provendo uma ranhura em uma dassuperfícies terminais 84 e 86 do tubo de permeato 18 ouna superfície terminal 100 do tubo de interface depermeato 98. A selagem então é completada da maneiraestabelecida acima para prover uma selagem diretamenteentre as superfícies terminais 84, 86 de tubos depermeato 18 dos elementos de separação adjacentes 12.

Um conector de permeato é geralmente indicado por 102.0 conector de permeato 102 se estende através da aberturaou porta de permeato 32 na placa terminal 26. 0 conectorde permeato 102 inclui uma primeira seção tubular 104.

A primeira seção tubular 104 tem um diâmetro internomuito próximo do diâmetro externo do tubo de interface depermeato 98. A superfície interna da primeira seçãotubular 104 inclui uma ranhura anular 106 para receberum 0'ring 108. 0 0'ring 108 provê uma selagem à prova defluido entre a superfície interna da primeira seçãotubular 104 e a superfície externa do tubo de interfacede permeato 98. Desta maneira, impede-se a entrada defluido de alimentação ou retentato no tubo de interfacede permeato 98 nesta conexão.

0 conector de permeato 102 adicionalmente inclui umasegunda seção tubular 110. A segunda seção tubular 110 éparte integrante com a primeira seção tubular 104 e temum diâmetro relativamente menor que da primeira seçãotubular 104. Uma parede 112 conecta as primeira e segundaseções tubulares 104, 110. A segunda seção tubular 110se estende através da abertura de permeato 32 na placaterminal 26. A segunda seção tubular 110 adicionalmente inclui uma abertura roscada 114. A abertura roscada 114se destina a receber um tubo roscado para levar opermeato para fora do vaso de pressão 24.

Uma capa terminal 34 do tipo que tem um tubo de interfacede permeato 98 é preferivelmente usada em ambas extremidades do módulo 10. Ou seja, a primeira capaterminal 34 no primeiro elemento de separação 12 incluium tubo de interface de permeato 98 se estendendo damesma, e a última capa terminal 34 no último elementoinclui, como mostrado na figura 1, um tubo de interface de permeato 98 se estendendo da mesma. Quando apenas ummódulo 10 for usado, o tubo de interface de permeato naprimeira extremidade, não mostrada, será inserido noconector de permeato 102 montado com um plugue ou tuboroscado na abertura 114. A segunda extremidade se encontra como mostrada na figura 1. Este arranjo permiteum fluxo de alimentação ou retentato através das folhas14 na direção da seta na figura 1. O permeato fluiatravés do tubo de permeato 18 na direção da seta nafigura 1. Quando o fluxo de alimentação ou retentato passar, a seguir, através do módulo 10, a concentração deimpurezas se concentra no fluxo. Assim, um retentatorelativamente concentrado sai do módulo 10 no lado opostoao da abertura de alimentação 28.

Em certas configurações ou processos, pode ser desejávelproceder a uma separação adicional do retentato. Nestecaso, o retentato saindo do módulo 10 pode serdirecionado para o tubo de alimentação 30 de um móduloadjacente 10. Neste caso, pode ser também desejávelconectar os tubos de permeato dos primeiro e segundomódulos. Para realizar isto, ambas placas terminais 26 doprimeiro módulo incluem aberturas de retentato. Cadaextremidade do elemento de separação mais externo 12 deveconter um tubo de interface de permeato 98 conectadoao conector de permeato 102. Um dos conectores depermeato 102 do primeiro módulo 10 deve ser conectadoao conector de permeato do próximo módulo adjacente 10por um tubo adequado conectado à abertura roscada.Se dois módulos 10 forem usados, o conector mais extremo102 será plugado como descrito acima. Neste caso, o fluxode permeato deverá sair dos módulos conectados somentepor uma extremidade.

Para construir um único módulo 10, provê-se um vaso depressão, obtendo-se um primeiro elemento de separação 12.Uma capa terminal 34 do primeiro elemento de separação 12é conectada a uma outra capa terminal 34 tendo um tubo deinterface de permeato 98. Este conjunto então desliza naabertura 25 do vaso de produção 24 até que o primeiroelemento de separação 12 esteja suficientemente no vasode pressão 24. Um segundo elemento de separação então épreso ao primeiro elemento de separação 12, girandoo segundo elemento de separação 12 em relação ao primeiroelemento de separação 12. Preferivelmente, provê-seum retorno quer auditivo ou físico para indicar que asrespectivas capas terminais 34 estão presas entre si.Esta fixação também completa a selagem entre tubos depermeato adjacentes 18. Este processo é repetido atéo último elemento de separação ser instalado na abertura25 do vaso de pressão 24. Então uma capa terminal tendoum outro tubo de interface de permeato 98 é presa na capaterminal 34 do último elemento de separação 12. A placaterminal 26, com o conector de permeato 102 disposto naporta de permeato 32, então é anexada ao vaso de pressão24 de uma maneira bem conhecida. A primeira seção tubular104 do conector de permeato 102 é disposta na superfícieexterna do tubo de interface de permeato 98 e o 0' ring108 provê uma selagem entre estes componentes.Na primeira extremidade do vaso, a abertura 114 é montadacom um plugue roscado e um tubo de permeato é conectadoà abertura de retentato 28. Na segunda extremidade dovaso, um tubo 116 é roscado na abertura 114 e um tubo dealimentação 30 é conectado à abertura de alimentação 28.Com a conexão entre elementos de separação 12 e como adaptador de interface com elemento 96 feitos destamaneira, uma selagem mais confiável poderá ser providanas conexões com os tubos de permeato. O número deselagens necessário para fazer esta conexão também seráreduzido. Adicionalmente, a compressão axial da selagempela estrutura de fixação 52 provê um arranjo se selagemmais confiável. Finalmente, a compressão axial do selo émelhorada com uma força que surge naturalmente a partirda queda de pressão de fluxo induzido com a folha decanal de retentato 16.

As configurações descritas aqui são representativas deformas preferidas da invenção, e pretendem ser somenteilustrativas ao invés de definitivas para a invenção.Obviamente, muitas modificações e variações da presenteinvenção serão possíveis à luz dos ensinamentos acima.Por conseguinte, deve ser entendido que, dentro do escopodas reivindicações em anexo, a invenção poderá serpraticada de outras formas diferentes das especificamentedescritas.

Claims (6)

1. Elemento de separação compreendendo:um corpo de separação permeável compreendendo umamembrana (14) definindo um canal de permeato (22) noprimeiro lado do corpo de separação permeável, parareceber permeato que passa através da dita membrana, e umcanal de retentato (16) em um segundo lado do corpo deseparação permeável;um tubo de permeato (18) estendendo-se ao longo de umeixo geométrico entre um primeiro e um segundo extremos eem comunicação fluida com o dito canal de permeato (22);primeira e segunda capas terminais (34) dispostas emtorno dos respectivos extremos do dito tubo de permeato(18) com o dito corpo de permeato posicionado entre osmesmos;sendo que cada capa terminal (34) compreende um cuboexterno (48) definindo uma superfície de cubo externo(50), um cubo interno (36) definindo uma superfície decubo interno (38), e uma pluralidade de nervuras (42)estendendo-se radialmente para fora do cubo interno (3 6)para o cubo externo (48), e sendo que o dito cubo interno(3 6) é fixado concentricamente em torno do dito tubo depermeato (18), o elemento de separação (12) sendocaracterizado pelo fato de compreender: uma superfície seladora (84) disposta concentricamente emtorno do dito tubo de permeato (18) e adaptada paraaxialmente comprimir um membro selante (90) entre a ditasuperfície seladora (84) e uma superfície seladora (86)de um elemento de separação adjacente axialmenteposicionado;uma estrutura de fixação (52) incluindo uma pluralidadede projeções (54) e recipientes (60) dispostos em tornoda superfície de cubo externo (50) que são adaptados paraliberavelmente engatar com correspondentes recipientes eprojeções de um elemento de separação axialmenteposicionado, esendo que a estrutura de fixação (52), quando travada comum elemento de separação axialmente posicionado, provêuma força de compressão axial sobre a dita superfícieseladora (84) e um membro selador (90) para evitar fluxode fluido entre o dito canal de retentato (16) e o ditocanal de permeato (22).

2. Elemento de separação, de acordo com a reivindicação-1, caracterizado pelo fato de a dita superfície seladora(84) compreender uma ranhura anular (88/92) adaptada parareceber um membro selador (90).

3. Elemento de separação, de acordo com a reivindicação-2, caracterizado pelo fato de incluir um membro selador(90) compreendendo um selo de O-ring disposto na ditaranhura anular (88/92).

4. Elemento de separação, de acordo com a reivindicação-2, caracterizado pelo fato de a dita superfície de cubointerno (38) compreender uma ranhura anular (92) quedefine a dita superfície seladora (84).

5. Elemento de separação, de acordo com a reivindicação-2, caracterizado pelo fato de o primeiro extremo do ditotubo de permeato (18) incluir uma ranhura anular (88) quedefine a dita superfície seladora (84).

6. Elemento de separação, de acordo com a reivindicação-1, caracterizado pelo fato de o dito cubo interno (36)ser soldado por rotação em torno do dito tubo de permeato (18).