BR102015017416A2

BR102015017416A2 - módulo de filtro para filtração sem saída e de fluxo cruzado

Info

Publication number: BR102015017416A2
Application number: BR102015017416A
Authority: BR
Inventors: Heinz Thomas Geiser; Martin Zeiler; Nick Yoward; Ulrich Fischer; Wolfgang Diemer
Original assignee: Pall Corp
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2016-02-02
Also published as: CN105311966A; EP2979740A1; US20160030888A1; SG10201505246SA; JP2016030257A

Abstract

módulo de filtro para filtração sem saída e de fluxo cruzado. é proposto um módulo de filtro para processos de filtração sem saída e de fluxo cruzado, especialmente para uso nos campos da indústria alimentícia e de bebidas, da indústria química, da indústria farmacêutica, na biotecnologia e em aplicações ambientais, compreendendo o módulo de filtro: um elemento de armação compreendendo duas faces substancialmente planas definindo a primeira e a segunda aberturas em dois lados opostos seus; um primeiro e um segundo meio de filtração na forma de um material em folha, tendo cada meio de filtração um primeiro lado e um segundo lado; sendo o primeiro e o segundo meio de filtração fixáveis de um modo estanque a fluidos ao elemento de armação e cobrindo totalmente a sua primeira e segunda aberturas, respectivamente, um espaço definido e delimitado pelo elemento de armação e pelos dois meios de filtração, sendo os segundos lados dos meios de filtração dispostos de modo a estarem voltados para o espaço; e compreendendo o elemento de armação uma ou mais seções de armação comportando uma ou mais portas proporcionando um trajeto para o fluxo de fluido do espaço ao exterior do módulo de filtro.

Description

“MÓDULO DE FILTRO PARA FILTRAÇÃO SEM SAÍDA E DE FLUXO CRUZADO” CAMPO DA INVENÇÃO

[001 ]A presente invenção se refere a um módulo de filtro para uso em um processo de filtração sem saída ou de filtração de fluxo cruzado.

[002] A presente invenção se refere ainda a conjuntos de módulos de filtro compreendendo dois ou mais módulos de filtro inventivos montados na forma de uma pilha.

[003] Um outro aspecto da presente invenção consiste em um dispositivo de filtração que compreende um ou mais dos módulos de filtro inventivos e/ou uma ou mais das pilhas de módulos de filtro inventivos.

[004] Um outro aspecto ainda da presente invenção se refere a um método para a montagem de uma multiplicidade de módulos de filtro para formar uma pilha.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[005] Processos de filtração sem saída e de fluxo cruzado são usados em numerosos campos de fluidos de processamento, especialmente nos campos da indústria alimentícia e de bebidas, na indústria química, na indústria farmacêutica, na biotecnologia e em aplicações ambientais.

[006] Os processos de filtração podem ser processos em grande escala como partes de processos de produção ou então processos em pequena escala em laboratórios.

[007] Os módulos de filtro para estes campos de aplicação são amplamente conhecidos.

[008] Na publicação PCT WO 2006/044711 A1 são divulgados elementos de separação que servem para purificar, segregar, e/ou concentrar uma variedade de fluidos e/ou de componentes de fluidos. Os elementos de separação incluem membranas permeáveis que são termicamente ligadas aos dois lados de um elemento estrutural polimérico que inclui um elemento semelhante a uma placa para sustentar as membranas. O espaço delimitado pelas membranas e pelo elemento estrutural é dividido em uma multiplicidade de canais devido a uma multiplicidade de canais no elemento semelhante a uma placa que serve de suporte e ligação das membranas. Uma multiplicidade de elemento de separação pode ser montada em forma de uma pilha e vedada umas contra as outras para formar um módulo de separação.

[009] WO 00/47307 A1 descreve um dispositivo de separação de fluxo cruzado compreendendo um canal de alimentação, uma multiplicidade de passagens para o permeado isoladas entre si e estendendo-se perpendicularmente à direção do fluxo de alimentação e um meio poroso, tipicamente uma membrana, posicionada entre uma região de cisalhamento do canal de alimentação e as passagens para o permeado. O dispositivo de separação é projetado para operar a altas velocidades de cisalhamento. O fluxo de permeação e/ou a pressão de transmembrana em cada passagem para o permeado é individualmente controlado.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[010] Nos dois tipos de processos de filtração, isto é, na filtração sem saída e na filtração de fluxo cruzado, é importante se prover módulos de filtro que possam ser facilmente manipulados e opcionalmente regenerados, se eles não tiverem sido projetados como módulos de uso único ou descartáveis.

[011jO objetivo da presente invenção consiste em satisfazer as exigências acima e em propor um módulo de filtro que permita que seja melhorada a economia dos processos de filtração.

[012] Este objetivo é atingido com um módulo de filtro conforme definido na reivindicação 1.

[013] A estrutura básica do módulo de filtro inventivo compreende um elemento de armação que compreende duas faces opostas substancialmente planas definindo aberturas em lados opostos do módulo de filtro. As aberturas são totalmente cobertas pelo material em folha do meio de filtração. Os segundos lados do meio de filtração são orientados para serem voltados para o espaço previsto no interior do elemento de armação.

[014] É preferível que o elemento de armação seja formado integralmente em forma de um componente de uma peça.

[015] As duas faces do elemento de armação de lados opostos seus podem ser dispostas em paralelo.

[016] O elemento de armação como um todo pode ter uma configuração substancialmente plana.

[017] Quando um módulo é usado na produção em larga escala, é importante a densidade de compactação, assim como os custos de fabricação para um módulo, especialmente quando se calculam os custos por metro quadrado da superfície de filtração proporcionada por um módulo.

[018] Uma orientação paralela das duas faces é preferida quando se deseja uma densidade de compactação elevada dos módulos de filtro. Isto permite uma configuração plana do elemento de armação e do módulo de filtro como um todo, especialmente com uma pequena espessura ou uma altura total medida perpendicularmente ao meio de filtração.

[019] O módulo de filtro inventivo pode ser usado com direção do fluxo de fluido de fora para dentro ou de dentro para fora. Quando usado em uma direção de fora para dentro, os primeiros lados dos meios de filtração operam como um lado a montante, os segundos lados como o lado a jusante e o espaço previsto no interior do módulo serve como um espaço para o filtrado ou para o permeado. Quando usado em uma direção de dentro para fora, os segundos lados formam os lados a montante dos meios de filtração e os primeiros lados operam como os seus lados a jusante. O espaço previsto no interior do módulo então recebe o não filtrado.

[020]0 elemento de armação pode ser fabricado de uma ampla variedade de materiais, incluindo, mas sem limitação, material de plástico, cerâmica e metal, sendo, em muitos casos, o material de plástico o material preferido.

[021 ]Os elementos de armação podem ser projetados para prover os módulos de filtro inventivos como módulos auto-suficientes, o que simplifica o manuseio dos módulos, quando se montam, por exemplo, uma multiplicidade de módulos de filtro em um conjunto para formar uma pilha.

[022] Tipicamente, os meios de filtração serão fixados ao elemento de armação. Os meios de filtração são, de preferência, fixados ao elemento de armação de um modo estanque a fluido, isto é, vedados contra ele, de preferência por soldagem dos meios ao elemento de armação. Deste modo, um módulo de filtro pode ser obtido que pode ser individualmente testado para integridade depois da montagem e antes que ele sema construído em uma pilha ou montado em um dispositivo de filtração.

[023] A presente invenção propõe um módulo de filtro com numerosas vantagens e permite especialmente uma filtração por fluxo cruzado com altas taxas de fluxo e uma queda de pressão minimizada. Isto é obtido, pois não há nenhuma necessidade de se defletir a direção do fluxo do fluxo de fluido da extremidade de entrada para a extremidade de saída do módulo de filtro, o que permite comprimentos de trajeto curtos e minimiza o volume morto.

[024] Os módulos de filtro de acordo com a presente invenção podem ser facilmente projetados e fabricados em uma configuração robusta resistente a pressão.

[025] Além disso, o módulo de filtro inventivo permite uma alta densidade de compactação no interior de um dispositivo de filtração e, além disso, uma pré-montagem de uma multiplicidade de módulos de filtro em uma pilha de módulos de filtro com uma geometria precisa de canais de fluxo entre módulos de filtro adjacentes.

[026] Além disso, os módulos de filtro, de acordo com a presente invenção podem ser facilmente projetados em forma de módulos descartáveis.

[027] De acordo com um outro aspecto da presente invenção, a capacidade de filtração pode ser facilmente aumentada até o nível necessário dispondo-se dois ou mais módulos de filtro inventivo em uma pilha conforme definido na reivindicação 9. 9.

[028] O conjunto dos módulos de filtro da presente invenção na forma de pilhas é possível sem se usar gaxetas ou elementos de vedação separados, o que não somente simplifica o manuseio como também melhora a confiabilidade da pilha deste modo formada.

[029] Os módulos de filtro da presente invenção permitem ainda a integração dos distribuidores de entrada e de saída em uma pilha pré-montada.

[030] De acordo com um outro aspecto da presente invenção, o dispositivo de filtração pode ser previsto conforme apresentado na reivindicação 12.

[031 ]Os módulos de filtro de acordo com a presente invenção permitem o projeto de um dispositivo de filtração com canais abertos e que incorpora os módulos de filtro inventivos. Tal sistema de canais abertos pode ser usado para o processamento de fluidos extremamente viscosos assim como de suspensões não previamente filtradas contendo uma grande quantidade de partículas e/ou partículas que têm um grande tamanho de partícula (50 pm ou mais, por exemplo).

[032] Ainda de acordo com um outro aspecto da presente invenção, é proposto um método para a montagem eficiente dos módulos de filtro inventivos em uma pilha. Tal método é definido na reivindicação 15.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[033] Os meios de filtração preferidos para serem usados para a fabricação de módulos de filtro da presente invenção são membranas. As membranas que são especialmente adequadas para uso nos módulos de filtro inventivos são descritas em WO 2006/044711 A1 que é integralmente incorporado ao presente documento a título de referência. Podem ser usadas como meios de filtração de acordo com a presente invenção tanto membranas sustentadas como membranas sem sustentação.

[034] O espaço provido no interior do elemento de armação e delimitado pelos meios de filtração é, de preferência, projetado em forma de um espaço unitário, isto é, todas as partes do espaço estão em conexão por fluido entre si e existem condições de pressão substancialmente uniformes dentro do espaço.

[035] O trajeto do fluxo do fluido para o não filtrado entre os módulos de filtro adjacentes em uma pilha podem ser dotados com uma área da seção transversal substancialmente continuamente reduzida. Deste modo, as condições de pressão, especialmente a queda de pressão ao longo do trajeto do fluxo de fluido podem ser substancialmente constantes e obtém-se uma taxa de fluxo de fluido substancialmente constantes. Além disso, esta característica permite que se adapte a seção transversal à taxa de fluxo reduzida do não filtrado ao longo do comprimento do trajeto de fluxo.

[036] Em outras aplicações específicas, tais como em filtração de fluido cruzado de uma única passada de fluidos em que é observado um aumento substancial da viscosidade ao longo do trajeto do fluxo de fluido da entrada para a extremidade de saída do módulo de filtro, é importante o controle das forças de cisalhamento criadas. Os módulos de filtro da presente invenção podem ser facilmente adaptadas para satisfazer tal exigência provendo uma área de seção transversal que aumenta substancialmente continuamente do trajeto de fluxo de fluido do não filtrado [037] Uma adaptação da área da seção transversal do trajeto de fluxo de fluido pode ser efetuada de diferentes modos: [038] Selecionando-se um elemento de armação com um arranjo com um formato semelhante a uma cunha das duas faces proporciona um trajeto de fluxo de fluido entre dois módulos de filtro adjacentes em uma pilha com uma área da seção transversal que diminui ou aumenta substancialmente continuamente do trajeto de fluxo de fluido para o não filtrado, dependendo da direção do fluxo de fluido em relação ao elemento de armação. Estas modificações do módulo de filtro inventivo mostram uma altura dos trajetos de fluxo de fluido que diminui ou aumenta em uma direção perpendicular à superfície dos meios de filtração.

[039] Mes assim, o elemento de armação pode continuar a ser provido com seções de armação que contêm a porta que tem uma espessura ou altura total substancialmente invariável ao longo do seu comprimento total (configuração plana).

[040] Uma outra maneira de se prover uma área da seção transversal para os trajetos de fluxo de fluido que diminui ou aumenta substancialmente de modo contínuo consiste em se fazer variar a largura dos trajetos de fluxo de fluido em uma direção paralela à superfície dos meios de filtração.

[041] Além disso, os dois modos de se modificar a área da seção transversal dos trajetos de fluxo defluido podem ser combinados entre si.

[042] Caso seja desejável um perfil baixo, isto é, uma altura total baixa, dos módulos de filtro, limita-se a seção transversal das portas previstas nas seções de armação do elemento de armação. Portanto, pode ser desejável se aumentar o comprimento do trajeto de fluxo de fluido e de modo análogo o comprimento das seções de armação contendo as portas, de modo tal, que possa ser obtida a área da seção transversal total aumentada por uma multiplicidade de portas.

[043] Embora os módulos de filtro da presente invenção possam também ser usados na filtração sem saída e de fluxo cruzado, tipicamente, um módulo de filtro especificamente projetado para operar em uma filtração sem saída apresentará uma relação do comprimento de trajeto de fluxo do não filtrado para a largura do módulo de filtro em uma direção perpendicular ao trajeto de fluxo de não filtrado superior a 1, ao passo que um módulo de filtro especificamente projetado para a filtração de fluxo cruzado apresentará uma relação do comprimento do trajeto de fluxo do não filtrado para a largura do módulo de filtro em uma direção perpendicular ao trajeto de fluxo de não filtrado inferior a 1.

[044] É preferível que pelo menos um dos meios de filtração do módulo de filtro da presente invenção seja estruturado do lado a montante na área adjacente ao elemento de armação [045] Em uma modalidade preferida, pode ser incorporado um elemento estrutural dentro do espaço de filtrado/permeado do módulo de filtro, servindo este elemento estrutural para deformar o material em folha dos meios de filtração, estruturando assim simultaneamente o mesmo.

[046] É mais preferível que o elemento estrutural compreenda elementos de guia que deformem até um certo ponto o material em folha dos meios de filtração, de modo tal, que são obtidos canais de fluxo do lado a montante dos meios de filtração direcionando o fluxo de fluido do não filtrado em uma direção definida pelos elementos de guia. Estes canais de fluxo podem proporcionar um fluxo defluido uniforme do não filtrado substancialmente em todo o lado a montante dos meios de filtração. Esta característica maximiza o tempo de vida útil do módulo de filtro inventivo. Embora o elemento estrutural possa ser fabricado de uma variedade de materiais, incluindo materiais plásticos, cerâmica e metal, é preferido o material plástico.

[047] Os elementos de guia que criam os canais de fluxo do lado a montante do filmei são limitados, de preferência, na sua área da seção transversal perpendicular à direção do fluxo de fluido do não filtrado de um modo tal, que a área da seção transversal prevista para os trajetos de fluxo de fluido na extremidade de entrada do módulo de filtro é reduzida no máximo de aproximadamente 30% ou menos, É mais preferível que a área da seção transversal dos elementos de guia de um módulo de filtro atinja de aproximadamente 1% a aproximadamente 20%, sendo mais preferível de aproximadamente 1% a aproximadamente 10% da área da seção transversal prevista por um módulo de filtro para o fluxo de fluido na extremidade de entrada. O mais preferível é que a área da seção transversal dos elementos de guia seja limitada a aproximadamente 1% a aproximadamente 5%, [048] Dentro dos limites mencionados acima, é facilmente aceitável a redução da superfície disponível dos elementos de filtração.

[049] As áreas de seção transversal mencionadas preferidas dos elementos de guia se aplicam a módulos de filtro que têm uma área da seção transversal substancialmente uniforme ou uma área da seção transversal dos trajetos de fluxo de fluido que se reduz da extremidade de entrada para a extremidade de saída do módulo de filtro.

[050] No caso de ser desejado um aumento da área da seção transversal para os trajetos de fluxo de fluido da extremidade de entrada para a extremidade de saída, as mesmas recomendações se aplicam, no entanto em relação à área da seção transversal por um módulo de filtro na extremidade de saída em vez de na extremidade de entrada.

[051] Nas aplicações em que a área da seção transversal do trajeto de fluxo do fluido não filtrado for projetada para aumentar ou diminuir da extremidade de entrada para a extremidade de saída, pode se fazer variar a geometria dos elementos de guia ao longo do comprimento dos trajetos de fluxo para prover tal efeito.

[052] É preferível que a redução ou o aumento da área da seção transversal seja provido pela modificação da altura da área da seção transversal conforme medida em uma direção perpendicular à superfície do meio de filtração.

[053] Tipicamente, as faces do elemento de armação que define as aberturas serão previstas em uma configuração com formato de uma cunha, conforme mencionado acima. Tal redução ou aumento da área da seção transversal é limitada, de preferência, a aproximadamente 20%.

[054] É preferível que a direção de fluxo definida pelos elementos de guia seja orientada obliquamente, especialmente na perpendicular ao fluxo de fluido do filtrado/permeado no espaço unitário de filtrado/permeado. Tal arranjo tem a vantagem de que as aberturas de entrada e de saída para o não filtrado, o filtrado/permeado e opcionalmente para o retentado possam ser facilmente dispostas em uma carcaça e sejam ainda facilmente acessíveis para serem conectadas ou desconectadas do ambiente de produção.

[055] Em muitos casos, a porta em uma seção de armação do elemento de armação proverá uma saída para o filtrado/permeado. É preferível que o módulo de filtro compreenda duas seções de armação dispostas em extremidades opostas que servem como portas, como saídas para o filtrado/permeado, por exemplo. Em uma série de casos, o elemento de armação terá um formato retangular.

[056] É preferível que as seções de armação dos elementos de armação que contêm as portas sejam projetadas para se estender além dos primeiros lados dos meios de filtração fixados aos elementos de armação.

[057] Deste modo, os elementos de armação dos dois módulos de filtro adjacentes montados em uma pilha podem ser diretamente conectados entre si, e de preferência, de modo vedante, ao passo que as primeiras superfícies dos meios de filtração dos módulos adjacentes estão suficientemente espaçadas para formar entre elas um canal para o fluxo de fluído.

[058] Alternativamente, podem ser usados elementos espaçadores separados para conectar os elementos de armação de módulos de filtro adjacentes para proporcionar uma distância suficiente entre os primeiros lados dos meios de filtração dos módulos de filtro.

[059] É preferível que as faces planas do elemento de armação compreendam uma área de contorno à qual podem ser fixadas de modo vedante as margens dos meios de filtração.

[060] De acordo com uma modalidade preferida, as seções de armação que compreendem as portas compreenderão porções de borda que são mais espessas do que a porções que conectam estas seções de armação. Em uma configuração empilhada, as seções de armação mais espessas proporcionam um espaçamento dos meios de filtração de dois elementos de filtração vizinhos na pilha, o que proporciona um trajeto de fluxo de fluido para o não filtrado. Em tais configurações preferidas não há a necessidade de se prover elementos espaçadores adicionais entre dois módulos de filtro adjacentes, o que novamente facilita a montagem de uma multiplicidade de módulos de filtro para formar uma pilha.

[061] Além disso, as porções de borda mais espessas podem ser conectadas entre si de um modo estanque a fluidos, coladas ou soldadas entre si, por exemplo.

[062] Opcionalmente, o elemento espaçador e o elemento estrutural podem ser formados em forma de um elemento unitário, o que facilita a montagem do módulo de filtro.

[063] Os trajetos de fluxo dos módulos de filtro inventivos do não filtrado e do filtrado/permeado têm, opcionalmente, uma configuração reta que minimiza o consumo de energia de um processo de filtração.

[064] Uma outra opção consiste em se prover trajetos de fluxo curvos para o não filtrado, o que leva a turbulências que impedem uma sedimentação prematura do material em partículas e prolongam o tempo de vida útil de um módulo. Os trajetos de fluxo de fluido para o filtrado/permeado têm, de preferência, uma configuração reta.

[065] Em uma outra modalidade preferida, o módulo de filtro compreende do lado a montante dos meios de filtração estruturas que dão origem a uma vorticidade ou turbulências (denominados vórtices de Dean) no fluxo de fluido do não filtrado. A vorticidade ou turbulências impede uma sedimentação prematura e a deposição de material em partículas do lado a montante dos meios de filtração especialmente na adjacência da extremidade de alimentação para o não filtrado. Deste modo pode ser prolongada a vida útil de um módulo de filtro e pode ser obtida uma deposição reduzida e mais uniforme de material em partículas sobre a superfície disponível dos meios de filtração.

[066] Embora estas estruturas previstas no lado a montante dos meios de filtração possam ser projetadas em forma de unidades separadas, vantajosamente as estruturas podem ser fixadas aos meios de filtração, de modo a facilitar o manuseio, podendo ainda ser mais preferivelmente formadas em uma unidade como uma estrutura de superfície dos meios de filtração.

[067] As estruturas que criam vorticidade ou turbulências do lado a montante dos meios de filtração são especialmente efetivas quando posicionados adjacentes à extremidade de alimentação do módulo de filtro que frequentemente pode consistir em uma área adjacente a uma parte do elemento de armação.

[068] As estruturas que criam a vorticidade ou turbulências, que quer estejam na forma de elementos estruturais separados ou na forma de uma estrutura de superfície dos meios de filtração, incluem, de preferência, uma multiplicidade de cristas que se estendem, de preferência, em uma direção oblíqua à direção do fluxo de fluido do não filtrado.

[069] As cristas da estrutura que cria vorticidade ou turbulências podem, além disso, ser ligeiramente curvas, sendo, de preferência, uma porção média das cristas, posicionada a uma maior proximidade da extremidade de entrada do módulo de filtro do que as demais partes das cristas.

[070] 0 meio de filtração é, de preferência, selecionado de membranas e meios de filtração laminados, e o meio de filtração pode opcionalmente incorporar um elemento espaçador.

[071 ]Os segundos lados dos meios de filtração são, de preferência, sustentados em uma configuração espaçada entre si por um elemento espaçador. O elemento espaçador conserva uma área da seção transversa! livre no espaço que facilita a conservação de um fluxo de fluido uniforme.

[072] Embora o elemento espaçador possa ser fabricado de uma variedade de materiais, incluindo materiais plásticos, cerâmica e metal, é preferido o material plástico.

[073] No entanto, ao contrário dos ensinamentos da publicação PCT WO 2006/044711 A1, a presente invenção não exige que se fixem os meios de filtração ao elemento espaçador. Portanto pode ser previsto um espaço unitário no interior do elemento de armação.

[074] Quando o módulo de filtro é operado na direção de fora para dentro o filtrado/permeado no espaço no interior do elemento de armação que então serve como o espaço para o filtrado/permeado apresentará um padrão de fluxo de fluido uniforme mesmo no caso de uma queda de pressão através dos meios de filtração aumente com o tempo devido à deposição do material em partículas do lado a montante dos meios de filtração e/ou deposição do material dentro dos poros dos meios de filtração causando a sua contaminação.

[075] O fluxo de fluido uniforme dá suporte a um uso mais uniforme dos meios de filtração dando origem a um período de vida útil prolongado do módulo de filtro até o ponto no tempo em que a regeneração ou substituição do módulo de filtro for necessária.

[076] Opcionalmente, o meio de filtração pode ser projetado para incorporar o elemento espaçador e/ou o elemento estrutural provendo os canais de fluxo de fluido para o não filtrado em forma de estrutura unitária.

[077] O elemento de armação e o elemento espaçador podem ser ambos moldados por injeção, opcionalmente, em forma de um componente integral em uma peça. O elemento espaçador pode compensar as forças de pressão exercidas durante a operação de filtração e funcionar como uma espécie de estrutura de tirante. Isto simplifica muito o projeto do elemento de armação como uma estrutura auto-sustentadora.

[078] A presente invenção se refere ainda a um conjunto de módulos de filtro compreendendo dois ou mais módulos de filtro conforme foram descritos acima.

[079] O conjunto de módulos de filtro tem, de preferência, os módulos de filtro dispostos em uma pilha com uma distância predeterminada entre os lados a montante dos meios de filtração dos módulos de filtro sucessivo da pilha. Deste modo podem ser formadas áreas de seção transversal uniformes para os trajetos de fluxo de fluido entre módulos de filtro empilhados.

[080] É preferível que os módulos de filtro de uma pilha sejam fixados um ao outro para formar uma pilha auto-sustentada, ao passo que os módulos de filtro individuais não precisam ser necessariamente projetados com uma estrutura auto-suportada.

[081 ]Os elementos de armação de dois módulos de filtro subsequentes podem incluir elementos estruturais que permitem uma junta por encaixe dos dois módulos de filtro sucessivos na pilha.

[082] É preferível que tais elementos estruturais possam ser uma parte das seções de armação e compreendam as portas, servindo, por exemplo, como aberturas de saída para o filtrado dos módulos de filtro.

[083] A distância entre as superfícies a montante de dois módulos de filtro sucessivos em uma pilha podem ser providos por meio de uma estrutura de suporte ou espaçador que pode opcionalmente incorporar a estrutura que provê vorticidade ou turbulências do lado a montante dos meios de filtração. A estrutura de suporte pode opcionalmente incluir elementos de guia que proporcionam canais de fluxo para o fluido que corre pela primeira superfície.

[084] Alternativamente, porções de borda do elemento de armação, de preferência as seções de armação que compreendem as portas, podem ser projetadas tendo uma espessura maior, servindo assim para proporcionar uma distância suficiente entre as superfícies a montante dos módulos de filtro adjacentes.

[085] Em uma pilha a estrutura de suporte e/ou o espaçador e/ou os elementos de guia podem ser projetados de modo tal, que os canais para o fluxo de fluido para o não filtrado providos têm uma área da seção transversal que diminui ou aumenta ao longo do trajeto de fluxo de fluido.

[086] É preferível que a redução ou o aumento da área da seção transversal seja provida predominantemente por uma redução ou aumento da altura da seção transversal conforme ele é medida em uma direção perpendicular à superfície do meio de filtração. A redução ou o aumento da altura dos trajetos do fluxo de fluido podem ser providos por um arranjo com formato em cunha das duas faces do elemento de armação coberto pelos meios de filtração.

[087] Reduzindo-se ou aumentando-se a altura dos canais para o fluxo de fluido para o não filtrado, a área da seção transversal pode ser modificada sem que se altere a área superficial dos meios de filtração disponível ao longo do trajeto de fluxo de fluido. Deste modo, é obtido um desempenho de filtração superior em comparação a uma redução ou aumento baseados em uma modificação pela variação da largura do trajeto de fluxo de fluido determinado paralelamente à superfície dos meios de filtração.

[088] A redução ou o aumento da área da seção transversal é, de preferência, limitado a aproximadamente 20%.

[089] Uma estrutura de suporte ou espaçador que se estende através do lado a montante dos meios de filtração pode ser útil, especialmente para módulos de filtro que devem ser retrolavados, de modo a impedir que os lados a montante dos dois módulos de filtro sucessivos durante a retrolavagem entrem em contato um com outro o que podería afetar o efeito de retrolavagem em tal área.

[090]Os módulos de filtro montados em uma pilha têm, de preferência, um formato poligonal, especialmente tetragonal, sendo mais especificamente retangular, e compreendem uma saída para o filtrado/permeado de um lado, sendo mais preferível dos dois lados opostos do elemento de armação que é/são diferentes dos lados que definem as extremidades de entrada e de saída.

[091 ]A pilha pode ser dotada com porções de parede externa superior e inferior cobrindo os módulos de filtro mais alto e o mais baixo dentro de uma distância predefinida. As porções externas de parede podem ter um projeto plano e compreender, de preferência, nas suas superfícies não voltadas para a pilha de módulos de filtro cristas de reforço. Tal projeto aumenta a robustez da pilha de filtros e conserva uma geometria estável dos trajetos de fluxo de fluido do não filtrado mesmo nos casos em que são necessárias pressões elevadas de alimentação durante a operação de filtração. Esta medida, além disso, dá suporte a uma característica uniforme de fluxo de fluido para o não filtrado na pilha.

[092] Além disso, a pilha pode ser dotada com uma câmara de entrada recebendo o não filtrado de uma abertura de entrada. A câmara de entrada cobre, de preferência, todas as extremidades de entrada dos módulos de filtro de uma pilha e podem estar em conexão direta por fluido com as extremidades de alimentação ou entrada dos módulos de filtro. A câmara de entrada serve para distribuir uniformemente o não filtrado que entra em todos os trajetos defluxo do não filtrado da pilha de módulos de filtro. Opcionalmente, a câmara de entrada pode compreender um elemento de distribuição de fluxo de fluido que produz a deflexão de partes do fluxo de fluido do não filtrado que entra.

[093] De modo análogo, a pilha quando usada na filtração de fluxo cruzado pode ser dotada com uma câmara coletora de retentado oposta à extremidade da pilha onde é prevista a câmara de entrada.

[094] Os elementos de guia que deformam parcialmente os meios de filtração podem ser projetados de modo tal, quando os módulos de filtro são montados em uma pilha, que os elementos de guia de módulos de filtro adjacentes voltados um para o outro podem fazer seções de meios de filtração entrarem em contato uns com os outros, fixando-os em contato uns com os outros. Deste modo, podem ser criados canais de fluxo de fluido paralelos que são substancialmente separados entre si.

[095] Um outro aspecto da presente invenção se refere a um dispositivo de filtração que compreende uma carcaça que contém um ou mais módulos de filtro e/ou conjuntos de módulos de filtro da presente invenção.

[096] A carcaça tipicamente provê uma câmara de coleta de filtrado/permeado em conexão por fluido com o(s) espaço(s) para o filtrado/permeado do um ou mais módulos de filtro. Uma câmara coletora de filtrado/permeado é disposta pelo menos em uma extremidade dos módulos de filtro.

[097] O dispositivo de filtração pode compreender uma câmara de entrada, incluindo opcionalmente, um distribuidor de alimentação de não filtrado proporcionando uma distribuição homogênea do não filtrado para os módulos de filtro ou para os conjuntos de módulos de filtro. O distribuidor de alimentação de não filtrado constituído, de preferência, no interior do câmara de entrada pode estar em conexão direta por fluido com a extremidade de alimentação ou entrada de todos os módulos de filtro. O distribuidor de alimentação pode compreender um inserto que divide o fluxo de fluido do não filtrado em uma multiplicidade de correntes individuais.

[098] No caso em que o dispositivo de filtração é projetado para a filtração de fluxo cruzado, é preferível que seja provida uma câmara coletora para o retentado recebendo o retentado de todas as extremidades de retentado ou de saída dos módulos de filtro. É preferível que a carcaça do dispositivo de filtração proporcione a câmara coletora para o retentado.

[099] Tipicamente, a carcaça provê uma entrada de alimentação, uma saída de filtrado, e opcionalmente uma saída de retentado.

[0100] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o dispositivo de filtração compreende uma entrada de alimentação da carcaça e a saída de retentado em extremidades opostas da carcaça.

[0101] De acordo com uma outra modalidade da presente invenção, o dispositivo de filtração compreende uma saída de filtrado/permeado somente no lado dianteiro da carcaça, facilitando assim a substituição dos módulos de filtro ou das pilhas de módulos de filtro. O dispositivo de filtração pode ser configurado, por exemplo, de modo tal, que para a substituição da pilha de módulos de filtro, basta remover somente uma tampa dianteira que incorpora a saída para o filtrado/permeado. A pilha de módulos de filtro pode ser removida e uma nova pode ser inserida na carcaça como uma gaveta. A carcaça que inclui as câmaras de entrada e de saída, assim como a tubulação que conecta a entrada de alimentação e a saída de retentado opcional, pode ser mantida permanentemente conectada e montada de modo estacionário no ambiente da operação.

[0102] É preferível que para uso em tais dispositivos de filtração, a pilha de módulos de filtro esteja totalmente vedada na extremidade oposta à extremidade que prevê as saídas para o filtrado/permeado, por meio de uma placa de extremidade, por exemplo. A placa de extremidade pode constituir uma parte da pilha de módulos de filtro. Além disso, uma câmara de coleta de filtrado/permeado pode também ser prevista como uma parte da pilha de módulos de filtro.

[0103] Em modalidades preferidas do dispositivo de filtração inventivo, a seção transversal da entrada de alimentação é menor do que as seções transversais combinadas das saídas para o retentado e o filtrado. É preferível que a relação da seção transversal da entrada de alimentação para as seções transversais combinadas da saída para o retentado e da saída para o filtrado seja de aproximadamente 1:2 ou menos.

[0104] Os módulos de filtro ou as pilhas de módulos de filtro inventivos podem ser soldados às tampas de extremidade que podem constituir uma parte da carcaça do dispositivo de filtração e proporcionar câmaras coletoras para o filtrado, conforme será explicado mais detalhadamente abaixo.

[0105] A presente invenção se refere ainda a um método para a montagem de uma multiplicidade de módulos de filtro inventivos para formar uma pilha conforme definido na reivindicação 15.

[0106] O método inventivo para montagem de uma multiplicidade de módulos de filtro inventivos pode ser conduzido de acordo com uma primeira variante em que os módulos de filtro são posicionados individualmente um depois do outro na ferramenta de montagem, e um por um são conectados à pilha até então montada. Em uma primeira sequência o primeiro módulo de filtro é colocado sobre a ferramenta de montagem, em seguida o segundo é colocado sobre o primeiro e o primeiro e o segundo módulos de filtro são conectados entre si, formando, de preferência, uma ligação com vedação entre os dois módulos pelo menos na área dos seus elementos de armação que representam as seções de armação que contêm as portas. Em uma outra sequência um outro módulo de filtro é colocado sobre esta pilha preliminar e conectado à pilha preliminar, novamente, de preferência, de um modo com vedação. Este procedimento continua até que todos os módulos de filtro da multiplicidade de módulos de filtro seja montada na pilha tenham sido montados e conectados.

[0107] De acordo com uma outra variante do método inventivo, dois ou mais dos módulos de filtro a serem montados em uma pilha são colocados sobre a ferramenta de montagem e conectados, de preferência de um modo com vedação, em uma única etapa entre si para formar uma pilha preliminar. Este procedimento é repetido até que todos os módulos de filtro da multiplicidade de módulos de filtro tenham sido montados para formar uma pilha. Duas ou mais pilhas preliminares podem ser formadas e montadas e conectadas entre si em uma etapa subsequente.

[0108] Em uma outra variante ainda do método inventivo todos os módulos de filtro da multiplicidade de módulos de filtro são colocados sobre a ferramenta de montagem e conectados entre si em uma única etapa. Novamente a conexão dos módulos de filtro é efetuada de tal modo que sejam vedadas as faces laterais que incluem as seções de armação que contêm as portas. Isto pode ser obtido de diversos modos.

[0109] De acordo com um aspecto, os elementos de armação são conectados diretamente entre si, e de acordo com um outro aspecto pode ser usado um elemento interposto para cobrir uma face da pilha que inclui as seções de armação que compreendem as portas e para engatar de modo com vedação com os módulos de filtro da pilha.

[0110] No caso dos módulos de filtro serem diretamente conectados entre si, é preferido se dotar as seções de armação que formam uma face lateral da pilha onde devem ser conectados os elementos de armação de um modo com vedação, com saliências que podem ser deformadas para formar uma vedação entre módulos de filtro adjacentes.

[0111] De acordo com um outro aspecto preferido, as saliências podem ser projetadas para proporcionar uma conexão por encaixe entre elementos de filtração adjacentes, pelo menos em uma direção.

[0112] Embora a presente invenção se refira especialmente às modalidades preferidas que seguem, é evidente, tendo-se em vista a descrição do presente pedido que a invenção não é absolutamente limitada a tais modalidades. 1. Um módulo de filtro para uso em um processo de filtração sem saída ou de fluxo cruzado, sendo que compreende: um elemento de armação que compreende duas faces substancialmente planas que definem primeira e segunda aberturas em lados opostos seus; um primeiro e um segundo meio de filtração na forma de um material em folha, tendo cada um dos meios de filtração um primeiro e um segundo lado; sendo o primeiro e o segundo meio de filtração fixáveis de um modo estanque a fluidos ao elemento de armação e cobrindo totalmente a sua primeira e a sua segunda abertura, respectivamente; um espaço definido e delimitado pelo elemento de armação e pelos dois meios de filtração, sendo estes segundos lados dos meios de filtração dispostos de modo a estarem voltados para o espaço; e compreendendo o elemento de armação uma ou mais seções de armação compreendendo uma ou mais portas proporcionando um trajeto de fluxo de fluido do espaço para o exterior do módulo de filtro. 2. O módulo de filtro da modalidade 1, sendo o espaço definido pelo elemento de armação e pelos dois meios de filtração projetado em forma de um espaço unitário. 3. O módulo de filtro das modalidades 1 ou 2, sendo um elemento estrutural contido neste espaço, compreendendo elementos de guia para deformar os meios de filtração, formando assim canais de fluxo para direcionar o fluxo de fluido de não filtrado em uma direção predefinida, de preferência, substancialmente uniforme, sendo esta direção, de preferência, obliquamente orientada em relação ao lulu no interior do espaço, sendo o espaço projetado, de preferência, como um espaço para o filtrado. 4. O módulo de filtro da modalidade 3, tendo os canais de fluxo formados uma configuração reta ou curva. 5. O módulo de filtro da modalidade 3 ou 4, tendo os canais de fluxo para o não filtrado uma área da seção transversal que vai diminuindo na direção do fluxo, reduzindo-se, de preferência, a altura dos canais de fluxo conforme medidos em uma direção perpendicular à superfície dos meios de filtração até aproximadamente 20% ao longo do comprimento do trajeto de fluxo. 6. O módulo de filtro de qualquer uma das modalidades 1 a 5 estando um elemento espaçador contido no espaço que sustenta o primeiro e o segundo meio de filtração em uma configuração espaçada entre si, compreendendo, opcionalmente, o elemento espaçador os elementos de guia e sendo configurado para servir adicionalmente como um elemento estrutural. 7. O módulo de filtro de qualquer uma das modalidades 1 a 6, sendo provida, pelo menos na superfície de um dos meios de filtração que servem como uma superfície a montante, uma estrutura para criar turbulências no fluxo de fluido do não filtrado. 8. O módulo de filtro da modalidade 7, incluindo a estrutura na superfície a montante do pelo menos um dos meios de filtração cristas que se estendem em uma direção orientada obliquamente à direção do fluxo de fluido do não filtrado, sendo, de preferência, esta direção orientada substancialmente perpendicularmente à direção do fluxo de fluido, tendo as cristas opcionalmente uma configuração ligeiramente curva, sendo, de preferência, uma porção média das cristas posicionada a uma distância menor da extremidade de entrada do módulo de filtro do que as demais partes das cristas. 9. O módulo de filtro da modalidade 7 ou 8, sendo a estrutura na superfície a montante de pelo menos um dos meios de filtração fixada ao meio de filtração ou faz parte dele. 10. O módulo de filtro de qualquer uma das modalidades 1 a 9, sendo as seções de armação do elemento de armação que compreende uma porta uma saliência que se projeta para fora, constituídas por um material, de preferência, termoplástico, sendo opcionalmente, a saliência na forma de um flange, sendo este flange projetado, de preferência, para proporcionar uma junta em encaixe com uma seção de armação de um módulo de filtro subsequente posicionado adjacentemente. 11.0 módulo de filtro de qualquer uma das modalidades 1 a 10, sendo os meios de filtração selecionados de meios de membranas e de meios de filtração laminados, incorporando, opcionalmente, as membranas e meios de filtração laminados respectivos o elemento espaçador. 12. Um conjunto de módulos de filtro compreendendo dois ou mais módulos de filtro de qualquer uma das modalidades 1 a 11, sendo os módulos de filtro dispostos em uma pilha tendo uma distância predefinida entre os primeiros lados respectivos dos meios de filtração de módulos de filtro sucessivos da pilha, sendo, de preferência, as seções de armação que comportam uma porta posicionadas em uma ou mais faces laterais comuns da pilha, sendo, opcionalmente, à distância predeterminada entre os meios de filtração tal, que se formam canais de fluxo com áreas da seção transversal substancialmente uniformes. 13. O conjunto de módulos de filtro da modalidade 12, sendo as primeiras superfícies de dois módulos de filtro sucessivos na pilha sustentados por uma estrutura de suporte nos seus primeiros lados que proporcionam um trajeto aberto para o fluxo de fluido, compreendendo opcionalmente este estrutura de suporte elementos de guia que proporcionam canais de fluxo para o fluido que corre ao longo da primeira superfície. 14. O conjunto de módulos de filtro da modalidade 12 ou 13, sendo a extremidade de entrada para o não filtrado e a extremidade de saída para o retentado dispostas em extremidades oposta dos módulos de filtro, proporcionando assim um trajeto de fluxo de fluido para o não filtrado não defletido, de preferência, reto ou curvo através da pilha. 15. O conjunto de módulos de filtro da modalidade 14, tendo os módulos de filtro um formato poligonal, especialmente tetragonal, mais especificamente retangular, e compreendendo uma saída para filtrado em um lado do elemento de armação, sendo mais preferível de dois lados opostos do elemento de armação, que é/são diferentes dos lados que definem as extremidades de entrada e saída para o não filtrado e o retentado, respectivamente. 16. Um dispositivo de filtração compreendendo uma carcaça que compreende um ou mais dos módulos de filtro de acordo com qualquer uma das modalidades 1 a 11 e/ou um ou mais dos conjuntos de módulos de filtro de acordo com qualquer uma das modalidades 12 a 15, compreendendo a carcaça do dispositivo de filtração a entrada para o não filtrado, uma entrada para o filtrado e, opcionalmente, uma saída para o retentado. 17. O dispositivo de filtração da modalidade 16, compreendendo o dispositivo de filtração um espaço de alimentação, compreendendo, opcionalmente um distribuidor de alimentação de não filtrado em conexão por fluido com a entrada para não filtrado que proporciona um fluxo de alimentação de não filtrado substancialmente homogênea para os módulos de filtro e/ou para os conjuntos de módulos de filtro, compreendendo, opcionalmente, este distribuidor de alimentação de não filtrado um inserto que distribui o fluxo de fluido do não filtrado no espaço de alimentação. 18. O dispositivo de filtração da modalidade 16 ou 17, sendo os módulos de filtro projetados como módulos de filtro de fluxo cruzado, incluindo a carcaça do dispositivo de filtração uma câmara coletora de retentado em conexão por fluido com a saída do retentado, compreendendo, de preferência, a carcaça do dispositivo de filtração a entrada de alimentação e a saída de retentado em partes opostas da carcaça. 19. O dispositivo de filtração de qualquer uma das modalidades 16 a 18, sendo a seção transversal da entrada de alimentação menor do que seções transversais combinadas dos canais de alimentação dos módulos de filtro, sendo, de preferência, a relação da seção transversal da entrada de alimentação da carcaça para as seções transversais combinadas dos canais de alimentação dos módulos de filtro de aproximadamente 1:2 ou menos. 20. Um método para a montagem de uma multiplicidade de módulos de filtro de qualquer uma das modalidades 1 a 11 para formar uma pilha, compreendendo o método: o posicionamento de um primeiro módulo de filtro sobre uma ferramenta de montagem, o posicionamento de um segundo módulo de filtro sobre o primeiro módulo de filtro e alinhado com ele; a conexão dos dois módulos de filtro para formar uma pilha; opcionalmente, o posicionamento, uma ou mais vezes, de um módulo de filtro adicional sobre a pilha e a conexão do módulo de filtro recém-posicionado à pilha até então formada; ou alternativamente, o posicionamento de dois ou mais, até todos os módulos de filtro desta multiplicidade de módulos de filtro sobre a ferramenta de montagem, a conexão da multiplicidade de módulos de filtro posicionados para formar uma pilha em uma etapa; o posicionamento dos módulos de filtro eventualmente estantes da multiplicidade de módulos de filtro sobre a pilha até então montada e a conexão deles à mesma em uma etapa; opcionalmente, a repetição desta etapa até todos os módulos de filtro terem sido montados em uma pilha, sendo preferível que, durante o posicionamento dos módulos de filtro, as seções de armação que compreendem uma porta sejam posicionadas em uma ou mais faces laterais da pilha. 21. O método da modalidade 20, em que a conexão dos módulos de filtro inclui a soldagem ou a coiagem direta de módulos de filtro de modo vedado entre si. 22. O método da modalidade 20 ou 21, em que a conexão dos módulos de filtro inclui a fixação, de modo vedado, de uma ou mais faces laterais da pilha que incluem as portas, a um elemento interposto, compreendendo o elemento interposto aberturas que correspondem às posições das portas. 23. O método de qualquer uma da modalidade 20 ou 21, incluindo os módulos de filtro da multiplicidade de módulos de filtro saliências que se estendem para fora das suas seções de armação que compreendem uma porta, sendo opcionalmente as saliências das seções de armação projetadas para servir para o ajuste da posição de dois módulos de filtro adjacentes um em relação ao outro e/ou sendo as projeções deformadas para conectar, com vedação, os dois módulos de filtro adjacentes.

[0113] A presente invenção será descrita mais detalhadamente abaixo por meio de modalidades específicas, não sendo as suas características, no entanto, consideradas como limitação à presente invenção.

DESCRIÇÃO SUCINTA DOS DESENHOS

[0114] A Figura 1A mostra um módulo de filtro de acordo com a presente invenção em uma vista de cima;

[0115] As Figuras 1B a 1G mostram seções transversais do módulo de filtro da Figura 1A e diversas variantes ao longo das linhas IB - IB, IC - IC, ID - ID e ΙΕ - IE, respectivamente;

[0116] As Figuras 2A e B mostram duas alternativas de um elemento de armação do módulo de filtro da Figura 1;

[0117] A Figura 3A mostra um conjunto de módulos de filtro da Figura 1 montados como uma pilha;

[0118] A Figura 3B mostra uma representação detalhada em seção transversal de uma parte da pilha da Figura 3A ao longo da linha IIIB - IIIB;

[0119] A Figura 4 mostra um dispositivo de filtração de acordo com a presente invenção;

[0120] As Figuras 5A a C mostram seções transversais de tres variantes do dispositivo de filtração da Figura 4;

[0121 ]As Figuras 6A e B mostram duas outras seções transversais de um outro dispositivo de filtração inventivo;

[0122] A Figura 6C mostra uma modificação do dispositivo de filtração da Figura 6A;

[0123] A Figura 6D representa uma modificação do módulo de filtro incluído em um dispositivo de filtração análogo ao da Figura 6A;

[0124] As Figuras 7A a 7D mostram as etapas de montagem de uma outra modalidade do dispositivo de filtração inventivo e seus componentes;

[0125] As Figuras 8A a 8D mostram um módulo de filtro inventivo alternativo, também montado em uma pilha; e [0126] As Figuras 9A a 9C mostram um outro módulo de filtro inventivo alternativo, também montado em uma pilha.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

[0127JA Figura 1A mostra um módulo de filtro 10 de acordo com a presente invenção visto de cima, ao passo que as Figuras 1B a 1G mostram uma seção transversal do módulo de filtro 10 e suas variantes ao longo das linhas IB - IB, IC -IC, ID - ID e ΙΕ - IE, respectivamente.

[0128JO módulo de filtro 10 compreende um elemento de armação 12 retangular, um primeiro e um segundo meio de filtração 14, 16 de um material em folha e um elemento espaçador 18. O elemento de armação 12 compreende duas faces opostas substancialmente planas definindo primeira e segunda aberturas (neste caso: superior e inferior) 20a, 20b.

[0129]De acordo com a presente invenção, os meios de filtração são selecionados, de preferência, de membranas, incluindo membranas assimétricas assim como de meios de filtração laminados.

[0130] 0s meios de filtração 14, 16 cobrem totalmente tanto a abertura superior como a inferior 20a, 20b do elemento de armação 12 e estão fixados ao elemento de armação 12 de um modo estanque a fluido, por uma costura de solda 21, por exemplo.

[0131] O elemento de armação 12 e os meios de filtração 14, 16 formam um espaço unitário para o filtrado 22 que pode compreender o elemento espaçador 18. Embora os meios de filtração 14, 16 estejam em contato com o elemento espaçador 18 e sejam sustentados pelo mesmo, os meios de filtração 14, 16 tipicamente não estão ligados ao elemento espaçador 18.

[0132] O elemento de armação 12 retangular compreende duas partes de armação opostas ou bordas 26, 28, servindo pelo menos uma delas como uma seção de armação que compreende uma multiplicidade de portas. As portas ou aberturas proporcionam uma saída para o filtrado ou para o permeado quando o módulo de filtro é operado em um modo de fora para dentro. Na modalidade do módulo de filtro inventivo 10 mostrado na Figura 1A assim como nas Figuras 1B e 1C, as duas bordas 26, 28 compreendem as aberturas 30, 32, de modo que o filtrado possa ser drenado nas duas bordas 26, 28 do espaço para o filtrado 22.

[0133] As bordas opostas 26, 28 que compreendem as portas 30, 32 do elemento de armação são mantidas nas suas posições espaçadas entre si e conectadas entre si por seções transversais 34, 35 do elemento de armação 18.

[0134] A espessura das seções transversais 34, 35 é, de preferência, inferior à espessura das seções de armação 26, 28 que compreendem as portas 30, 32. Quando diversos módulos de filtro 10 são dispostos em uma pilha, as seções de armação 26, 28 podem então proporcionar uma distância suficiente entre as superfícies a montante dos meios de filtração 14, 16 e nas seções transversais 34 e 35, respectivamente, de módulos de filtro 10 adjacente, definindo assim um trajeto de fluxo de fluido correndo paralelo às seções de armação 26, 28 de uma seção transversal 34 (extremidade de entrada) para a outra seção transversal 35 (extremidade de saída).

[0135] O elemento espaçador 18 é composto pro diversas tiras 19 que se estendem de uma borda 26 para a borda 28 oposta do elemento de armação 12. As tiras 19 são dispostas em paralelo com intervalos 27 entre duas tiras 19 adjacentes. Os intervalos 27 são, de preferência, posicionados de modo tal, que proporcionam um trajeto de fluxo se estendendo de uma das saídas para filtrado 30 em uma seção de armação 26 para a saída para filtrado correspondente 32 em uma outra seção de armação 28 na extremidade oposta do elemento de armação 12. É preferível que as tiras 19 possam ser conectadas entre si em uma direção lateral. É mais preferível que o elemento espaçador 18 possa ser conectado ao elemento de armação 12, para formar um componente unitário, por exemplo.

[0136] As tiras 19 compreendem uma multiplicidade de saliências 23 projetadas para dar suporte aos meios de filtração 14, 16 durante a operação do módulo de filtro 10. Além disso, o elemento espaçador 18 compreende elementos estruturais 25 que se estendem além das pontas das saliências 23. Os elementos estruturais ou de guia 25 deformam os meios de filtração 14, 16 de modo a proporcionais estruturas semelhantes a canais 38 nas superfícies respectivas a montante dos meios de filtração 14, 16 para direcionar o fluxo de fluido do primeiro lado dos meios de filtração 14, 16, do superior, por exemplo.

[0137] Tipicamente, os elementos de guia, conforme mostrado para os elementos de guia 25 na Figura 1A não se estenderão completamente da extremidade de entrada 34 para a extremidade de saída 35, mas terão início e fim em uma posição um pouco recuada dentro do elemento de armação 12. Deste modo, será facilitada a fixação do meio de filtração ao elemento de armação 12 por uma costura de soldagem 21, por exemplo.

[0138] Tipicamente, a distância da qual os elementos de guia estão recuados das extremidades de entrada e de saída é de aproximadamente 5 mm ou mais, sendo mais preferível de aproximadamente 10 mm ou mais. Mesmo assim, os elementos de guia se estendem, de preferência, por aproximadamente 80% ou mais do comprimento dos trajetos de fluxo de fluido de um módulo que se estendem da extremidade de entrada para a de saída.

[0139] Os meios de filtração 14, 16 podem compreender, no seu primeiro lado que serve como lado a montante, estruturas que criam turbulências orientadas obliquamente, de preferência, transversais ao fluxo de fluido. Um exemplo de tais estruturas é esquematicamente mostrado nas linhas tracejadas em forma de cristas curvas 31 cuja porção média é posicionada a uma proximidade maior da extremidade de entrada 34 do que as suas demais partes.

[0140] Ao longo do trajeto de fluxo de fluido dos canais 38, podem ser providas diversas das cristas 31 para aumentar o efeito de criação de turbulências. Estas turbulências podem servir para retardar a deposição do material em partículas na superfície a montante dos meios de filtração e proporcionar um uso mais uniforme dos meios de filtração.

[0141 ]A Figura 1C mostra uma seção transversal do módulo de filtro 10 ao longo da linha IC - IC da Figura 1A que é paralela à direção do fluxo de fluido do não filtrado em um processo de filtração de fora para dentro. No interior do espaço unitário para o filtrado 22, o filtrado é direcionado pelos intervalos 27 entre as tiras 19 em uma direção transversal ao fluxo de fluido do não filtrado para as portas 30, 32.

[0142]A Figura 1D mostra uma seção transversal ao longo da linha ID - ID da Figura 1A que se encontra a uma proximidade maior da entrada de alimentação 34 do módulo de filtro 10 do que a linha IB - IB. Os meios de filtração 14, 16 são dispostos e sustentados pelas saliências 23 a uma distância menor do que na representação da Figura 1B ao passo que os elementos de guia 25 têm a mesma altura, de modo que se obtém uma seção transversal maior dos canais de fluxo de fluido na entrada de alimentação.

[0143] A Figura 1E mostra uma seção transversal ao longo da linha ΙΕ - IE de uma disposição alternativa em que a seção transversal dos elementos de guia 25 foi aumentada, o que dá origem a um efeito análogo ou acumulado de variação da área em seção transversal dos canais de fluxo de fluido previstos para o não filtrado.

[0144] Tipicamente, a variação da área de seção transversal dos trajetos de fluxo de fluido será substancialmente continua da entrada de alimentação 34 para a saída para o retentado 35, sendo menos preferida uma variação escalonada.

[0145] Mesmo assim, nas Figuras 1F e 1G, são mostradas outras modificações do elemento espaçador para um módulo de filtro 10 em uma seção transversal ao longo da linha ID - ID. Nestas variantes as saliências de sustentação 23’ e 23”, respectivamente, para os meios de filtração têm uma seção transversal em ziguezague e sinusoidal, respectivamente, por meio da qual pode ser reduzida a massa do elemento espaçador 18.

[0146] Além disso, as saliências 23, 23’ e 23” podem ser projetadas tendo áreas de contato menores para a sustentação dos meios de filtração 14, 16. A seção transversal das saliências pode então tem em parte um formato aproximadamente triangular (não mostrado). Esta característica resulta em uma drenagem melhorada dos meios de filtração 14, 16, o que proporciona um uso mais efetivo no processo de filtração.

[0147] Os elementos de guia 25’ e 25” novamente se estendem além das saliências 23’ e 23”, respectivamente, e deste modo deformam os meios de filtração para formar canais de fluxo de fluido nos seus primeiros lados.

[0148] Em geral, os elementos de guia não precisam ser previstos no arranjo simétrico conforme mostrado para os elementos de guia 25, 25’ e 25”.

[0149] Em uma disposição alternativa, podem ser previstos elementos de guia somente de um lado do elemento de armação. Do outro lado do elemento de armação, o meio de filtração é somente sustentado por saliências como as saliências 23, 23’ e 23” e permanece indeformado.

[0150] Os elementos de guia são então projetados, de preferência, para se salientarem além do elemento de armação. É mais preferível que a altura dos elementos de guia seja tal, que eles coloquem o meio de filtração deformado em contato com o meio de filtração não deformado de um outro módulo de filtro adjacente que é sustentado somente por saliências.

[0151] No caso em que for desejada uma junta em encaixe entre módulos de filtro adjacentes, a altura dos elementos de guia pode ser ainda maior e do lado do elemento de armação oposto àquele que inclui os elementos de guia, podem ser previstas indentações para dentro das quais se estendem os elementos de guia de um módulo de filtro adjacente. Isto pode dar origem a uma estabilidade mecânica melhorada de uma pilha de uma multiplicidade de módulos de filtro.

[0152] Em um outro arranjo alternativo, são previstos elementos de guia dos dois lados do elemento de armação, no entanto, somente em cada segunda posição. Na posição em que é omitido um elemento de guia, saliências sustentam o meio de filtração e/ou pode ser prevista uma indentação. Os elementos de guia de um módulo de filtro adjacente podem colocar o meio de filtração que eles deformam em contato com um meio de filtração não deformado de um módulo de filtro adjacente e se estender eventualmente para dentro de uma indentação prevista no módulo de filtro adjacente.

[0153] Alternativamente, o elemento de armação 12 do módulo de filtro 10 inclui a elemento espaçador 36 que é mostrado detalhadamente na Figura 2A.

[0154JO elemento espaçador 36 do elemento de armação da Figura 2A tem uma estrutura unitária e proporciona também elementos estruturais ou de guia 39 que deformam os meios de filtração 14, 16, formando assim canais de fluxo para o não filtrado direcionando o fluxo de fluido do não filtrado do lado a montante dos meios de filtração 14, 16 em uma direção da entrada de alimentação 34 para a saída 35 perpendicularmente aos canais de fluxo de fluido 37 dentro do espaço para o filtrado/permeado 22 quando o módulo de filtro é operado no modo de fora para dentro. No caso em que o elemento de armação 12 tem saídas para filtrado/permeado 30, 32 em seus lados opostos, o fluxo de fluido do filtrado pode ser dirigido em duas direções opostas dentro do espaço para o filtrado 22.

[0155]Os elementos de guia 39 são regularmente interceptados na direção longitudinal estendendo-se da entrada de alimentação 34 para a saída 35, de preferência em posições em que os canais de fluxo de fluido 37 se estendem entre as seções de armação que compreendem as saídas para o filtrado/permeado 30, 32. Fica deste modo facilitada a drenagem do espaço para o filtrado/permeado. Isso, no entanto, não tem nenhum efeito perceptível sobre as características de fluxo de fluido do não filtrado do lado a montante dos meios de filtração, uma vez que os canais de fluxo de fluido criados pela deformação dos meios de filtração permanecem substancialmente inalterados.

[0156JO elemento espaçador 36 compreende uma multiplicidade de perfurações (não mostradas) regularmente distribuídas levando da superfície superior do elemento espaçador 36 para a sua superfície inferior, proporcionando um espaço para filtrado unitário 22 no interior do elemento de armação 12.

[0157]Alternativamente, o elemento de armação 12 pode incluir um elemento espaçador 42 conforme mostrado na Figura 2B. O elemento espaçador 42 novamente compreende elementos estruturais ou de guia 39 em suas superfícies opostas, em um arranjo análogo ao arranjo mostrado na Figura 2A para o elemento espaçador 36. Ao contrário do elemento espaçador 36 da Figura 2A o elemento espaçador 42 compreende um número menor de aberturas 44, adjacentes, por exemplo, às seções de armação 26, 28 que levam do seu lado superior ao inferior e assim continuam proporcionando um espaço unitário 22 no interior do módulo de filtro 10.

[0158] Para prover condições de pressão substancialmente uniformes dentro do espaço para filtrado 22 delimitado pelo elemento de armação 12 e os meios de filtração 14, 16 é preferível que o elemento espaçador 42 seja provido nas duas superfícies com uma camada de drenagem, um material em folha não tecido, por exemplo (não mostrado).

[0159] Os elementos de guia podem servir para reforçar o elemento espaçador do módulo de filtro e/ou o elemento de armação, especialmente quando projetados como fazendo parte integrante dele. Tipicamente, é preferível se prever os elementos de guia afastado entre si de uma distância lateral, correspondendo de aproximadamente 10 vezes a aproximadamente 50 vezes a espessura do elemento espaçador (medida nas duas saliências opostas). Para um elemento de armação em que a espessura do elemento espaçador medida nas saliências 23 é de aproximadamente 1,5 mm, uma distância lateral entre elementos de guia paralelos adjacentes pode se encontrar dentro da faixa de aproximadamente 10 mm a aproximadamente 40 mm. Com um tal projeto se obterá uma nítida estabilização do elemento espaçador e/ou do elemento de armação, conservando, ao mesmo tempo, uma área superficial suficiente dos meios de filtração que participam ativamente em um processo de filtração.

[0160] A Figura 3A mostra um conjunto de módulos de filtro 50 preferido de acordo com a presente invenção onde os módulos de filtro 52, 54 com os meios de filtração 56 são empilhados uns sobre os outros.

[0161] Na Figura 3A, o conjunto ou pilha 50 de módulos de filtro 52, 54 é disposto de modo tal, que o fluxo de fluido 58 do não filtrado atravessa o lado a montante (primeiro lado) dos meios de filtração 56 dos módulos de filtro 52, 54 em uma direção que é perpendicular ao fluxo de fluido do filtrado/permeado 60 em uma operação de fora para dentro dos módulos de filtro.

[0162] Os elementos de armação 62, 64 dos módulos de filtro 52, 54 são projetados de modo tal, que eles proporcionam simultaneamente um espaçamento entre os meios de filtração 56 de módulos de filtro 52, 54 sucessivos e incorporam saídas para filtrado/permeado 66, 68, de preferência, nas duas extremidades opostas dos módulos de filtro 52, 54 correspondentes às seções de armação que compreendem as portas. As saídas para filtrado/permeado 66, 68 são dispostas de modo tal, que resulta um fluxo de fluido de filtrado/permeado que é dirigido perpendicularmente ao fluxo de fluido do não filtrado 58.

[0163] As saídas 66, 68 dos módulos de filtro 52, 54 são projetadas de modo tal que na pilha 50 é obtida uma configuração escalonada com uma junta em encaixe, facilitando a montagem da pilha 50. Mais especificamente, os elementos de armação 62, 64 dos módulos de filtro 52, 54 compreendem saliências 70, 72 que se estendem lateral e verticalmente das seções dos elementos de armação 62, 64 que incorporam as saídas 66, 68 e propicia a junta em encaixe quando montados na configuração escalonada.

[0164] As saliências 70, 72 conforme mostrado na Figura 3A estão afastadas entre si na direção lateral e na vertical por intervalos.

[0165JA Figura 3B mostra a seção transversal ao longo da linha IMB - IIIB da Figura 3A de parte da pilha de módulos de filtro 52, 54.

[0166JA Figura 3B mostra claramente a disposição escalonada dos módulos de filtro 52, 54 com as saliências 72 dos elementos de armação 64 dos módulos de filtro 54 se estendendo além da periferia externa dos elementos de armação 62 dos módulos de filtro 52.

[0167]Quando todos os módulos de filtro 52, 54 estiverem montados para formar uma pilha, eles podem ser fixados a uma placa de soldagem quente comum 80 que fixa uma pilha de módulos de filtro 52, 54 individuais em uma unidade. A placa de soldagem quente serve ao mesmo tempo para vedar a face da pilha 50 de módulos de filtro 52, 54.

[0168] Como uma alternativa à vedação da face da pilha 50 por meio da placa de soldagem quente 80, as saliências 70, 72 poderíam ser projetadas tendo dimensões maiores na direção lateral e vertical, evitando-se assim a formação de intervalos. As saliências 70, 72 podem então ser usadas para soldar os módulos de filtro 52, 54 entre si e opcionalmente prover simultaneamente uma vedação nesta face da pilha 50. A placa de soldagem quente 80 pode então ser omitida.

[0169] Para se prover meios para a drenagem do filtrado/permeado 60 dos módulos de filtro 52 individuais, 54, a placa de soldagem quente inclui aberturas 82 que estão posicionadas correspondendo às saídas para o filtrado/permeado 66, 68, de modo que o filtrado/permeado 60 possa ser coletado em uma câmara comum para o filtrado/permeado 84 que pode ser prevista em uma coberta de extremidade 86. A coberta de extremidade 86 se estende, de preferência, sobre toda uma face dianteira da pilha de módulos de filtro 52, 54.

[0170] Os módulos de filtro individuais 52, 54 compreendem os elementos de armação 62, 64 tendo elementos espaçadores 88, 90 formados integralmente que sustentam as membranas 56 dos módulos de filtro 52, 54 individuais do seu lado a jusante (segundo lado).

[0171] Os elementos espaçadores 88, 90 compreendem saliências 91 e elementos de guia 92, de modo a sustentar as membranas 56 e deformar os meios de filtração 56 para formar canais de fluxo de fluido 94 para o não filtrado, respectivamente.

[0172] Na parte superior da Figura 3B, o módulo de filtro 54 é mostrado em um estado em que a membrana 56 não está ainda vedada contra o elemento de armação 64. O elemento de armação é dotado com uma área de vedação 96 que inclui uma saliência 97 e nos seus dois lados indentações 98. Quando se forma uma vedação 78 ligando a membrana 56 ao elemento de armação 64, o material da saliência 97 é fundido e deformado, de modo a encher as indentações 98. Fica assim facilitada a formação de uma vedação plana e lisa. É preferível que o material fundido das saliências 97 penetre nos meios de filtração 56.

[0173] Na Figura 4, é mostrada uma primeira modalidade de um dispositivo de filtração 100 da presente invenção em uma representada parcialmente cortada aberta compreendendo uma carcaça 102 e uma pilha 104 de módulos de filtro 106.

[0174] A carcaça 102 é composta por diversas partes incluindo uma carcaça central parcialmente tubular 108 compreendendo a pilha 104 e proporcionando uma câmara de entrada 110 assim como um espaço de coleta para o retentado 112. A câmara de entrada serve como um distribuidor para a alimentação do não filtrado e é disposta em uma extremidade da pilha 102 oposta à extremidade onde é previsto o espaço de coleta para o retentado 112.

[0175] A carcaça 108 pode compreender partes planas de parede 120 que cobrem dois lados opostos da pilha 102 paralelos ao primeiro e ao último dos módulos de filtro 106 da pilha 102.

[0176] Para a estabilização das partes planas de parede 120 na sua geometria plana, as partes planas de parede 120 podem ser dotadas nas suas superfícies externas com cristas 122. Deste modo os canais de fluxo 114, 114’ e 114”, respectivamente, conservam a sua geometria durante a filtração quando grandes forças de pressão atuam sobre as partes planas da parede 120 (veja as Figuras 5A a 5C).

[0177] Numa direção perpendicular nas duas extremidades da pilha 102, são previstos espaços para a coleta do filtrado 114, 116, que opcionalmente podem ser formados em forma de partes separadas com formato de cobertas 118, 120 e são soldados à parte de carcaça 108 que compreende a pilha 104 de módulos de filtro 106.

[0178] A Figura 5A mostra a seção transversal do dispositivo de filtração 100 ao longo da linha V - V da Figura 4. Na Figura 5A é evidente a função da câmara de entrada 110 para distribuir uniformemente o fluxo de fluido do não filtrado aos diversos módulos de filtro 106. A câmara de coleta do retentado 112 recebe o retentado dos diversos módulos de filtro 106 e provê uma saída de descarga. Os canais de fluxo de fluido 114 entre módulos de filtro 106 adjacentes têm a mesma área de seção transversal em todo o seu comprimento que se estende da câmara de entrada 110 até o espaço para a coleta do retentado 112.

[0179] Na Figura 5B, a área de seção transversal do trajeto de fluxo de fluido 114’ para o não filtrado se reduz continuamente da entrada 110 para a saída 112 do dispositivo de filtração 100 devido ao fato de que as faces planas dos elementos de armação que definem a primeira e a segunda aberturas são dispostas em um ângulo agudo resultando em uma seção transversal em formato de cunha.

[0180] A configuração mostrada na Figura 5C atinge o resultado oposto, uma vez que as faces planas dos elementos de armação que definem a primeira e a segunda abertura são dispostas de modo tal, que a seção transversal do trajeto de fluxo de fluido 114” para o não filtrado constantemente aumenta da entrada para a saída do dispositivo de filtração. Isto pode ser vantajoso em aplicações em que a viscosidade do não filtrado aumenta substancialmente ao longo dos trajetos de fluxo de fluido 114” das extremidades de entrada dos módulos de filtro 106 para a sua saída.

[0181] As Figuras 6A e 6B mostram uma modificação do dispositivo de filtração das Figuras 4 e 5 na forma de um dispositivo de filtração 150 em duas representações em seção transversal.

[0182JO dispositivo de filtração 150 compreende uma carcaça tubular 152 contendo uma pilha 154 de módulos de filtro 156.

[0183] A carcaça proporciona uma entrada 158 para a introdução do não filtrado em uma câmara de distribuição de alimentação 160. Na extremidade oposta da pilha 154 a carcaça proporciona uma câmara de coleta para o retentado 162 e uma saída para o retentado 164.

[0184] Os módulos de filtro 156 são projetados tendo trajetos de fluxo de fluido 157 retos para o não filtrado que se estendem da entrada ou câmara de distribuição de alimentação 160 até a câmara de coleta para o retentado 162.

[0185] Em uma orientação perpendicular nas duas extremidades da carcaça tubular 152, os espaços para a coleta do filtrado 166, 168 são previsto em comunicação por fluido com duas saídas para filtrado 170, 172 previstas como parte das duas tampas 174, 176 em extremidades opostas da carcaça cilíndrica 152. Os espaços para a coleta do filtrado 166, 168 podem ser vedados contra a pilha 154 ou fixados com vedação a ela e fazer parte integrante dela.

[0186] O primeiro e o último dos módulos de filtro 156 da pilha 154 são revestidos com elementos de cobertura 180, 182. Os elementos de cobertura 180, 182 têm um corpo parcialmente cilíndrico com uma superfície plana que está voltada para os módulos de filtro 156 da pilha 154.

[0187JA superfície oposta de formato cilíndrico se apoia contra a parede da carcaça tubular 152. Assim, a geometria do arranjo dos módulos de filtro 156 da pilha 154 e dos trajetos de fluxo de fluido 157 permanece essencialmente inalterada, mesmo se uma pressão elevada atua sobre os mesmos durante a operação de filtração.

[0188]A Figura 6C continua mostrando uma modificação do dispositivo de filtração inventivo 150 das Figuras 6A e 6B na forma de um dispositivo de filtração 190.

[0189JO dispositivo de filtração 190 tem uma estrutura análoga à do dispositivo de filtração 150, e, consequentemente, foram usados os mesmos números de referência para partes análogas.

[0190] Deste modo, o dispositivo de filtração 190 compreende uma carcaça tubular 152 que contém uma pilha 192 de módulos de filtro 156.

[0191] A carcaça proporciona uma entrada 158 para material de alimentação não filtrado para dentro de uma câmara de distribuição de alimentação 160. Na extremidade oposta da pilha 192, a carcaça 152 proporciona uma câmara de coleta de retentado 162 e uma saída para o retentado 164.

[0192] Em uma orientação perpendicular em uma extremidade da carcaça tubular 152 é previsto um espaço para a coleta de filtrado 166 em comunicação por fluido com a saída para filtrado 170. O espaço para a coleta de filtrado 166 pode ser ligado com vedação à pilha 154 e fazer parte integrante dela.

[0193] Na parte oposta ao espaço para a coleta do filtrado 166 a pilha 192 termina em uma placa de cobertura 195, vedando aquela superfície da pilha 192. A carcaça 152 termina na extremidade oposta à saída para o filtrado 170 com uma tampa fechada 196.

[0194] Na configuração da Figura 6C a carcaça 152 pode ser permanentemente conectada à tampa 196.

[0195] Este tipo de dispositivo de filtração 190 pode ser montado de modo estacionário em um ambiente de produção, e, no caso de se tornar necessária a substituição da pilha 192, somente a tampa 174 precisa ser removida para se obter acesso à pilha 192 e remover facilmente a mesma da carcaça 152 e substituí-la com uma nova pilha 192, sendo então remontada a tampa 174 sobre a carcaça e o dispositivo de filtração 190 está novamente pronto para operação.

[0196] A Figura 6B é ainda ilustrativa para uma seção transversal ao longo da linha VIB - VIB da modalidade da Figura 6C. A modalidade da Figura 6B é dotada com trajetos de fluxo de fluido 194 retos que se estendem da câmara de entrada 160 à câmara para a coleto do retentado 162.

[0197] A Figura 6D mostra o dispositivo de filtração 200 com uma pilha 202 de módulos de filtro 204 de acordo com a presente invenção que em muitos detalhes se assemelham à pilha de módulos de filtro 154 da Figura 6A.

[0198] No entanto, a principal diferente consiste no desenho dos módulos de filtro 204 que ao contrário dos módulos de filtro 156 da Figura 6A proporcionam trajetos de fluxo de fluido 206 de formato curvo para o não filtrado. Os trajetos de fluxo de formato curvo ou canais de fluxo 206 criam turbulências em todo o comprimento do trajeto de fluxo, o que serve para reduzir a tendência de deposição do material em partículas e a contaminação do meio de filtração, aumentando, assim, o tempo de vida útil do módulo de filtro 200.

[0199] A Figura 7 representa nos seus desenhos individuais 7A a 7D, as diversas partes de um dispositivo de filtração 250 inventivo (Figura 7D) e a sequência de etapas a serem seguidas de acordo com uma variante do método inventivo para a montagem de uma multiplicidade de módulos de filtro e a posterior incorporação da pilha deste modo formada na carcaça.

[0200] A Figura 7A mostra uma pilha 260 formada por uma multiplicidade de módulos de filtro 52, 54, da Figura 3A e 3B.

[0201] Como os módulos de filtro 52, 54 já foram mostrados e descritos nas Figuras 3A e 3B com alguns detalhes, pode-se consultar estes desenhos e a descrição relativa a eles.

[0202JA pilha 260 tem duas faces laterais opostas 262, 264 formadas substancialmente pelas saliências 70, 72 que incorporam as saídas 66, 68 que proporcionam um trajeto de fluxo de fluido do espaço de cada um dos módulos de filtro 52, 54 ao exterior da pilha.

[0203]Duas outras faces laterais opostas 266, 268 representem o lado a montante e a jusante da pilha 260, sendo a face a montante 266 voltada, em operação, à entrada de alimentação do não filtrado e sendo a face a jusante 268 voltada para a câmara para a coleta do retentado e para a saída para o retentado.

[0204] A pilha 260 de módulos de filtro 52, 54 pode ser formada dispondo-se somente a multiplicidade de módulos de filtro 52 e 54 alternadamente um sobre o outro até ser atingida a altura total da pilha 260. Neste ponto, não há nenhuma necessidade de se fixar os módulos de filtro 52, 54 entre si, uma vez que o posicionamento em degraus das saliências 70, 72 dos módulos de filtro 52, 54 já proporciona uma orientação precisa dos módulos de filtro adjacentes de um em relação ao outro, por meio de uma junta em encaixe.

[0205] Em uma etapa seguinte, conforme mostrado na Figura 7B, as placas superior e inferior 270, 272 são dispostas sob a parte inferior e na parte superior da pilha 260.

[0206] A pilha suplementada 260 conforme mostrado na Figura 7B está agora pronta para receber as outras partes que, quando completamente montadas, compõem o dispositivo de filtração 250 completo.

[0207] A Figura 7C mostra diversas dessas partes, mais exatamente um elemento interposto 274, uma coberta lateral 276, uma coberta de extremidade 278 e uma coberta de distribuidor/coletor 280.

[0208JO elemento interposto 274 pode ser posicionado nas faces laterais opostas 262 e 264, sendo as linhas 282 de aberturas previstas neste elemento interposto 264 dispostas alinhadas com as aberturas para saída 66, 68 das saliências 70, 72 dos módulos de filtro 52 e 54.

[0209JO elemento interposto 274 pode ser soldado às faces laterais 262, 264, vedando-se estas faces contra o meio ambiente como um todo.

[0210]A coberta lateral 276 pode ser montada na parte superior e inferior da pilha 260 e pode ser projetada para substituir as placas de extremidade 270, 272 ou para ser fixada às mesmas.

[0211 ]A estrutura saliente semelhante a uma grade 284 da coberta lateral 276 é projetada para resistir à pressão substancial exercida na sua posição na parte superior e na parte inferior da pilha 260 durante a operação do dispositivo de filtração 250.

[0212] As cobertas de extremidade 278 podem ser posicionadas nas duas faces 262 e 264, ou diretamente, ou sobre o elemento interposto 274 proporcionando em seu interior espaço para coleta para o retentado e uma saída para o retentado 286.

[0213] Nas duas faces opostas restantes, são montadas cobertas de distribuidor/coletor 280 para proporcionar uma entrada de alimentação com uma câmara de distribuição de alimentação e com uma saída para o retentado, respectivamente. Quando usada como uma coberta de distribuidor, a coberta 280 inclui, de preferência, um elemento de distribuição de fluxo de fluido 281 que serve para distribuir uniformemente o fluido que entre aos diversos trajetos de fluxo de fluido para não filtrado da pilha 260.

[0214] Uma outra modalidade do dispositivo de filtração de acordo com a presente invenção é descrita em conexão com as Figuras 8A a 8C.

[0215] A Figura 8A mostra uma pilha 300 de uma multiplicidade de módulos de filtro 302 de formato idêntico e que tem uma disposição em geral retangular.

[0216] Os módulos de filtro 302 compreendem elementos de armação 303 que compreendem em seus lados opostos seções de armação 304, 306 que compreendem em seu interior portas que levam ao espaço interior de cada um dos módulos de filtro 302 (não mostrados detalhadamente) conforme foi descrito em conexão com as Figuras 1 e 2. Na representação da Figura 8A, estas seções de armação 304, 306 estão localizadas na parte superior e na parte inferior da pilha 300.

[0217] As seções de armação 304, 306 que compreendem as portas têm uma espessura maior do que as seções de armação transversais 308, 310 que conectam e conservam afastadas as seções de armação 304, 306 que estão localizadas na pilha 300 em faces laterais opostas, sendo as seções transversais 308 localizadas no lado da entrada e sendo as seções transversais 310 localizadas do lado da saída da pilha 300.

[0218] Os elementos de armação 303 dos módulos de filtro 302 compreendem nas suas seções transversais 308, 310 protuberâncias 312, 314, 316 que servem, durante a montagem da pilha 300, para posicionar corretamente a multiplicidade de módulos de filtro 302 uns sobre os outros.

[0219] Os módulos de filtro 302 estão vedados um contra o outro em suas seções de armação 304, 306 de um modo estanque a fluidos, ao passo que as faces laterais onde estão localizadas as seções de armação transversais 308, 310 permanecem abertas e proporcionam a entrada de alimentação e a saída necessárias da pilha 300.

[0220] A Figura 8B mostra uma coberta de distribuidor de alimentação 318 que pode estar posicionado na face da pilha 300 que inclui as seções de armação transversais 308, e uma coberta semelhante ou mesmo idêntica pode ser colocada na face lateral da pilha 300 que inclui as seções transversais 310 dos elementos de armação 303 que servem como uma coberta de coletor para o retentado em aplicações de filtração de fluxo cruzado.

[0221 ]A coberta do distribuidor de alimentação 318 inclui um elemento estrutural 319 que serve para distribuir substancialmente uniformemente o fluxo de fluido que entra na coberta 318 a uma multiplicidade de módulos de filtro 302. A coberta 318 quando serve como uma coberta coletora para o retentado não precisa necessariamente ter os elementos estruturais 319.

[0222]Sobre a face dianteira 320 e sobre a face traseira 322 da pilha 300, podem ser fixadas cobertas laterais 322 conforme mostrado na Figura 8C que incluem na sua estrutura interior uma configuração semelhante a uma grade 324 que pode ser coberta em parte por elementos de superfície curvos 326 que reforça ainda mais a coberta lateral 322.

[0223] Em extremidades opostas da coberta lateral 322, são prevista empunhaduras 328, 330 o que facilita a manipulação da pilha quando está transformada em um dispositivo de filtração completo. É mostrado na Figura 8D um dispositivo de filtração que foi praticamente completado e que inclui a pilha 300 da Figura 8A, as cobertas distribuidoras/coletoras 318 assim como as duas cobertas laterais 322.

[0224] A parte superior da pilha 300 e as suas cobertas de extremidade inferior que recebem o filtrado ou o permeado que sai das seções de armação 304, 306 dos módulos de filtro 302 ainda devem ser fixados, o que pode ser projetado do mesmo modo como na coberta de extremidade 278 conforme mostrado na Figura 7C.

[0225] A principal diferença do projeto da pilha 300 e dos seus módulos de filtro 302 em comparação com a pilha 260 da Figura 7A consiste na relação diferente de largura para comprimento dos módulos de filtro 302 de formato retangular.

[0226] Como os módulos de filtro 302 são fixados com vedação entre si ao longo das suas seções de armação 304, 306 as cobertas de distribuição/coleta 318, as cobertas laterais 322 e as cobertas de extremidade podem ser ligadas com vedação à pilha somente ao longo das suas periferias que entram em contato com a pilha 300. A pilha 300 de módulos de filtro 302 é totalmente operável quando dotada com estes componentes, uma vez que eles servem como uma carcaça com as conexões necessária de entrada e de saída.

[0227] Quando se liga com vedação a multiplicidade de módulos de filtro em uma pilha entre si é preferível não se usar nenhum elemento de vedação. A fixação dos módulos de filtro entre si para formar uma pilha pode ser efetuada de diversos modos, incluindo, mas sem limitação, solda, ligação por adesivo, uma conexão por grampos e semelhante.

[0228] Um modo preferido de se ligar os módulos de filtro para formar uma pilha é se ligar diretamente os módulos de filtro entre si nas suas seções de armação que compreendem as portas.

[0229] Para facilitar este tipo de ligação, os elementos de armação do módulo de filtro incluem, de preferência, flanges que se projetam para fora da seção de armação que contém as portas. Um tipo preferido de elemento de armação para os módulos de filtro inventivos é mostrado nas Figuras 9A a 9C na forma de um elemento de armação 360.

[0230] 0 elemento de armação 360 tem um formato substancialmente retangular com duas seções de armação 362 localizadas em extremidades opostas do elemento de armação 360 que contém as portas 382 (veja a Figura 9B) que proporciona uma comunicação por fluido de um interior do módulo de filtro com o seu exterior.

[0231 ]0 elemento de armação 360 é uniformemente formado com um elemento espaçador 364 compreendendo um corpo em formato de placa 366 com elementos estruturais 368 servindo em suas superfícies opostas como elementos de guia. O elemento espaçador 364 compreende algumas aberturas 370, adjacentes às seções de armação 362, por exemplo, levando do lado superior para o inferior do corpo 366 e deste modo proporcionando um espaço unitário no interior do módulo de filtro.

[0232]As seções de armação 362 são conectadas entre si por seções de armação transversais 372 que definem a extremidade de entrada e a extremidade de saída do módulo de filtro a ser formado. A espessura das seções transversais 372 do elemento de armação é menor do que a espessura das seções de armação 362 que compreendem as portas. Fica assim provido um afastamento suficiente para o fluxo de fluido quando o elemento de armação 360 tiver sido equipado com os meios de filtração nas suas duas aberturas opostas 374.

[0233] Para facilitar a montagem da pilha de módulos de filtro, os elementos de armação 360 compreendem nas suas seções transversais 372 protuberâncias, conforme mostrado na Figura 8A ou garras prendedoras 380 que se estendem para fora a partir dos elementos de armação 360.

[0234] Para se prover condições de pressão substanciaimente uniformes dentro do espaço para o filtrado delimitado pelo elemento de armação 360 e pelos meios de filtração a serem fixados a ele, é preferível que o elemento espaçador 364 seja dotado nas suas duas superfícies com uma camada de drenagem, um material em folha não tecido, por exemplo (não mostrado).

[0235] As seções de armação 362 que compreendem as portas 382 são dotadas ao longo do seu comprimento total com um flange saliente 384, 385 que na modalidade mostrada tem uma seção transversal curva. É preferível que os flanges salientes 384, 385 sejam orientados com a sua seção transversal curva em direções opostas. Isto permite o uso de cobertas laterais de formato idêntico proporcionando câmaras de coleta para o fíltrado/permeado nas duas extremidades da pilha.

[0236JA Figura 9C mostra uma pilha 390 de uma multiplicidade de módulos de filtro 392 em uma representação parcial, incorporando cada um dos módulos de filtro 390 um elemento de armação 360.

[0237]As seções de armação 362 da multiplicidade de módulos de filtro 392 formam uma face lateral da pilha 390, recebendo os flanges 384, 385 a borda inferior da seção de armação do elemento de armação do módulo de filtro 392 adjacente. Quando a pilha 390 tiver sido montada, os flanges 384, 385 podem ser aquecidos e deformados para se fixar com vedação à borda inferior do módulo de filtro subsequente, formando, assim, uma vedação estanque a fluidos.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Módulo de filtro para uso em um processo de filtração sem saída ou em um de fluxo cruzado, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um elemento de armação compreendendo duas faces substancialmente planas definindo a primeira e a segunda abertura em seus lados opostos; um primeiro e um segundo meio de filtração na forma de um material em folha, tendo cada elemento de filtração um primeiro lado e um segundo lado; sendo o primeiro e o segundo meio de filtração fixáveis de um modo estanque a fluido ao elemento de armação e cobrindo totalmente as suas primeiras e segundas aberturas, respectivamente, um espaço definido e delimitado pelo elemento de armação e pelos dois meios de filtração, sendo os segundos lados dos meios de filtração dispostos para estarem voltados para o espaço; e compreendendo o elemento de armação uma ou mais seções de armação comportando uma ou mais portas que proporcionam um trajeto para o fluxo de fluido deste espaço para o exterior do módulo de filtro.

2. Módulo de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o espaço definido pelo elemento de armação e os dois meios de filtração são projetados em forma de um espaço unitário.

3. Módulo de filtro, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que um elemento estrutural está contido neste espaço, compreendendo o elemento estrutural elementos de guia para deformar os meios de filtração para assim formar os canais de fluxo para direcionar o fluxo para o fluido não filtrado em uma direção predefinida, de preferência, substancialmente uniforme, sendo a direção, de preferência, de orientação oblíqua ao fluxo do fluido no interior do espaço, sendo o espaço projetado, de preferência, como um espaço para o filtrado.

4. Módulo de filtro, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que os canais de fluxo formados têm uma configuração reta ou curva.

5. Módulo de filtro, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, CARACTERIZADO pelo fato de que os canais de fluxo para o não filtrado têm uma área da seção transversal que se reduz na direção do fluxo, reduzindo-se, de preferência a altura dos canais de fluxo medida em uma direção perpendicular à superfície dos meios de filtração até aproximadamente 20% ao longo do comprimento do trajeto de fluxo.

6. Módulo de filtro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que um elemento espaçador está contido no espaço sustentando o primeiro e o segundo meios de filtração em uma configuração de afastamento, opcionalmente, compreendendo os elementos de guia e sendo configurado para servir adicionalmente como um elemento estrutural.

7. Módulo de filtro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que as seções de armação do elemento de armação comportam uma porta que compreende uma projeção dirigida para fora de um material, de preferência, termoplástico, sendo opcionalmente, esta projeção na forma de um flange, sendo, de preferência, este flange projetado para proporcionar uma junta por encaixe com uma seção de armação de um outro módulo de filtro posicionado adjacentemente.

8. Módulo de filtro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que os meios de filtração são selecionados de membranas e meios de filtração laminados, incorporando, opcionalmente, as membranas e os meios de filtração laminados o elemento espaçador.

9. Conjunto de módulos de filtro, compreendendo dois ou mais dos módulos de filtro de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que os módulos de filtro são dispostos em uma pilha com uma distância predefinida entre os primeiros lados respectivos dos meios de filtração dos módulos de filtro sucessivos da pilha, contendo, de preferência, as seções de armação uma porta são posicionadas em uma ou mais faces do lado comum da pilha, sendo, opcionalmente, a distância predeterminada entre os meios de filtração tal, que canais de fluxo sejam formados tendo áreas de seção transversal substancialmente uniformes.

10. Conjunto de módulos de filtro, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que as primeiras superfícies de dois módulos de filtro sucessivos na pilha são sustentados por uma estrutura de suporte nos seus primeiro lados proporcionando um trajeto aberto para o fluxo de fluido, compreendendo o elemento de suporte opcionalmente elementos de guia proporcionando canais de fluxo para o fluido que corre ao longo da primeira superfície.

11. Conjunto de módulos de filtro, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a extremidade de entrada para o não filtrado e a extremidade de saída para o retentado são dispostos em extremidades opostas dos módulos de filtro, proporcionando, assim, um trajeto para o fluxo do fluido não defletido, de preferência reto ou curvo para o não filtrado através da pilha.

12. Dispositivo de filtração, compreendendo uma carcaça comportando um ou mais dos módulos de filtro de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8 e/ou um ou mais conjunto de módulos de filtro de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a carcaça do dispositivo de filtração compreende uma entrada para o não filtrado, uma saída para o filtrado, e opcionalmente uma saída para o retentado.

13. Dispositivo de filtração, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende um espaço de alimentação, opcionalmente compreendendo um distribuidor de alimentação de não filtrado na conexão por fluido com a entrada de não filtrado proporcionando um fluxo de alimentação substancialmente homogêneo para os módulos de filtro e/ou para os conjuntos de módulos de filtro, compreendendo, opcionalmente, o distribuidor de alimentação de não filtrado um inserto que distribui o fluxo de fluido do não filtrado no espaço de alimentação.

14. Dispositivo de filtração de acordo com a reivindicação 12 ou 13, CARACTERIZADO pelo fato de que a seção transversal da entrada de alimentação é menor do que as seções transversais combinadas dos canais de alimentação dos módulos de filtro, sendo, de preferência, a relação da seção transversal da carcaça para as seções transversais combinadas dos canais de alimentação dos módulos de filtro de aproximadamente 1:2 ou menos.

15. Método para a montagem de uma multiplicidade de módulos de filtro de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, para formar uma pilha, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: posicionar um primeiro módulo de filtro na parte superior de uma ferramenta de montagem, posicionar um segundo módulo de filtro sobre o primeiro módulo de filtro e alinhado com ele; conectar os dois módulos de filtro para formar uma pilha; opcionalmente, posicionar uma ou mais vezes um outro módulo de filtro sobre a pilha e conectar o módulo de filtro recém-posicionado à pilha formada até então; ou alternativamente, posicionar dois ou mais, até todos os módulos de filtro da multiplicidade de módulos de filtro, sobre a ferramenta de montagem; conectar a multiplicidade de módulos de filtro posicionados para formar uma pilha em uma etapa; posicionar eventualmente os módulos de filtro restantes da multiplicidade de módulos de filtro sobre a pilha até então montada e conectar os mesmos a ela em uma etapa; opcionalmente, repetir esta etapa até que todos os módulos de filtro tenham sido montados em uma pilha, sendo, de preferência, durante o posicionamento dos módulos de filtro, as seções que comportam uma porta posicionadas em uma ou mais faces laterais comuns da pilha.