BR112016016600B1 - Membrana tubular, e, método e aparelho para produzir uma membrana tubular - Google Patents

Abstract

membrana tubular, e, método e aparelho para produzir a mesma. uma membrana tubular compreende um tubo de suporte (8) feito de uma ou mais fitas flexíveis (5) de material de suporte poroso que foram enroladas helicoidalmente em um formato de tubo com arestas de fita sobrepostas (6) que foram vedadas uma à outra, e uma camada de membrana semipermeável feita de material de formação de membrana sobre uma parede interna do tubo de suporte (8). pelo menos uma crista helicoidal que se projeta para dentro é provida na dita parede interna do tubo de suporte (8), cuja crista helicoidal é coberta com ou faz parte da camada de membrana (15).

Description

[001] A invenção se refere ao campo de membranas tubulares dotipo que compreende um tubo de suporte que é construído de uma ou mais fitas flexíveis de material de suporte poroso, que foi enrolado de modo helicoidal em um formato de tubo com arestas de fita sobrepostas que foram vedadas uma à outra, e com uma camada de membrana semipermeável feita de material que forma membrana sobre uma parede interna do tubo de suporte. Este tipo específico de membrana tubular deve ser referido como membrana tubular enrolada helicoidalmente.

[002] Tais membranas tubulares enroladas helicoidalmente, bemcomo um método e aparelho para produzi-las são conhecidas, por exemplo, da GB 1.325.672. Esta publicação descreve enrolar de modo helicoidal sobre uma seção de enrolamento de um mandril uma ou mais fitas fibrosas porosas para produzir um tubo de camada única ou de diversas camadas e fundir de modo contínuo como um lubrificante líquido, uma membrana semipermeável sobre o interior do tubo formado sobre o mandril. A fundição é feita IN SITU de uma só vez, quer dizer, quando a membrana tubular é formada sobre o mandril. Para isto a fundição tem lugar ao longo de uma seção de fundição do mandril ao lado da seção de enrolamento do mandril. Depois da fundição uma raspagem contínua tem lugar, na qual o material que forma membrana fica igualmente distribuído com uma espessura de camada desejada sobre a parede interna do tubo de suporte. A raspagem é também feita IN SITU de uma vez, quer dizer, quando a membrana tubular é formada sobre o mandril. Para isto a raspagem tem lugar ao longo da seção de raspagem do mandril que fica junto à seção de fundição do mandril.

[003] As membranas tubulares enroladas helicoidalmente feitasassim têm superfícies interiores substancialmente lisas, redondas, que atuam como camada de separação e são adequadas para serem usadas, por exemplo, em módulos de fluxo transversal para processos de filtração. Fluido a ser filtrado é alimentado para uma das extremidades exteriores das membranas tubulares. Permeado escoa através da camada de membrana enquanto solutos e/ou partículas presentes no fluido são rejeitadas e drenadas como material retido. Em tais membranas tubulares lisas um fluxo principalmente laminar tem lugar ao longo da superfície interior da camada de membrana. Este fluxo laminar é referido como a “camada limite” e não fica (bem) misturado com o fluxo principal de fluido através da membrana tubular.

[004] As limitações mais significativas para desempenhos defiltração de tais membranas tubulares são polarização de concentração junto à camada de membrana, a acumulação de torta ao longo da camada de membrana e incrustação na camada de membrana. Polarização de concentração é definida como a acumulação de solutos rejeitado junto à camada de membrana, que resulta em concentrações mais altas de solutos estarem presentes aí. As concentrações dos solutos rejeitados junto à camada de membrana podem aumentar até 100 vezes. Quando as concentrações dos solutos ficam muito altas, um gel pode mesmo começar a precipitar sobre a camada de membrana. Este gel então ajuda a formação de uma torta sólida.

[005] A única maneira na qual os solutos rejeitados podem sair dacamada de membrana é por meio de retrodifusão abaixo do gradiente de concentração. A velocidade de retrodifusão dos solutos da camada limite para o fluxo principal é governada pela difusividade destes solutos, e pela espessura da camada limite. Uma vez que a difusividade dos solutos rejeitados é fisicamente determinada, este parâmetro não pode ser influenciado. A espessura da camada limite, contudo, pode ser manipulada mudando a velocidade do fluxo transversal e/ou influenciando os desenhos de fluxo dentro das membranas tubulares, como promovendo turbulências locais de fluxos secundários.

[006] Para esta finalidade já é bem conhecido do estado da arte, colocar intensificadores de turbulência e indutores de fluxo secundário dentro de membranas tubulares para modificar aí os desenhos de fluxo e, em particular, ajudar a reduzir a espessura da camada limite.

[007] Por exemplo, era conhecido colocar insertos de espirahelicoidal dentro de membranas tubulares. Os enrolamentos destes insertos de espira então vêm se situar contra a camada de membrana e como isto formar cristas sobre ela. Estas cristas provocam turbulências e fluxos secundários para ocorrerem na frente e atrás delas, misturando assim a camada limite e ajudando a minimizar polarização de concentração, acumulação de torta i incrustação ao longo da camada de membrana.

[008] O uso de tais insertos de espira helicoidal, contudo, tem adesvantagem que os insertos de espira podem somente ser trazidos através de membranas tubulares depois de primeiro terem sido esticados elasticamente em uma tal medida que se tornarão mais esbeltos do que o diâmetro interior das próprias membranas tubulares. Em seguida eles precisam ser cuidadosamente puxados através das membranas tubulares, enquanto permanecendo naquelas posições esticadas tal que não possam danificar as camadas de membrana vulneráveis. Somente então os incertos de espira podem ser liberados, tal que eles possam reassumir sua posição original e com isto virem se situar contra as camadas de membrana das membranas tubulares. Como se pode imaginar isto é uma operação consumidora de tempo, difícil, que não pode ser realizada em grandes números em uma escala industrial, particularmente para tubos de membrana de diâmetro menor.

[009] No artigo “Hydrodynemic aspects of filtration antifouling byhelically corrugated membranes” em nome de L. Broussous, P. Schmidtz, H. Boisson, E. Prouzet e A. Labot no Journal ‘Chemical Engineering Science” 55 (2000) 5049-5057 é mencionada uma geometria de membrana tubular cerâmica com uma estampagem em relevo helicoidal na superfície de membrana para manter um nível elevado de turbulência junto à superfície durante filtração. Para a produção de tal membrana tubular de tipo cerâmica, durante uma primeira etapa um tubo de suporte cerâmico macroporoso precisa ser extrudado. A estampagem em relevo é coextrudada com o tubo de suporte cerâmico. Para isto, um cabeçote de extrusão especial é necessário, com uma parte interior rotativa. Em seguida, o tubo de suporte cerâmico corrugado extrudado precisa ser cozido em um forno. Somente depois disto, em uma etapa final, o tubo de suporte cerâmico corrugado cozido precisa ser provido com uma camada de membrana sobre sua parede interna.

[0010] Uma desvantagem disto é que é necessário um processo de extrusão relativamente complexo. Além disto, ele é limitado a tubos suporte cerâmicos que são relativamente caros para fabricar. Finalmente pareceu que apenas corrugações gradualmente inclinadas poderiam ser obtidas como estampagem em relevo na superfície de membrana com este método de fabricação, conduzindo a apenas uma redução limitada das camadas limite e assim a apenas um aumento limitado em desempenhos.

[0011] A presente invenção busca superar uma ou mais das desvantagens acima mencionadas ou prover uma alternativa útil. Em particular a invenção busca prover uma membrana tubular que inclui adicionalmente meios melhorados para promover turbulências locais e fluxos secundários, e que possa ser fabricada em uma maneira econômica, em um método de produção industrial, com a ajuda de um aparelho adequado.

[0012] Este objetivo é alcançado por meio de uma membrana tubular de acordo com a reivindicação 1. Esta membrana tubular é do tipo enrolado helicoidalmente, como definido acima, quer dizer que compreende um tubo de suporte que foi feito de uma ou mais fitas flexíveis de material de suporte poroso, que foram enroladas helicoidalmente em um formato de tubo com arestas de fita sobrepostas que foram vedadas uma à outra. Uma camada de membrana semipermeável feita de material de formação de membrana está presente sobre uma parede interna do tubo de suporte. De acordo com a invenção, pelo menos uma crista helicoidal que se projeta para dentro é provida na parede interna do tubo de suporte. Esta crista helicoidal é coberta com ou faz parte da camada de membrana.

[0013] De acordo com a invenção tornou-se, pela primeira vez, possível prover membranas tubulares enroladas helicoidalmente com uma crista helicoidal integral. Pareceu que para este tipo de membranas tubulares enroladas helicoidalmente é mesmo possível fazer estas cristas helicoidais IN SITU de uma só vez, com as outras etapas de enrolamento e fundição necessárias para fabricação das membranas tubulares. Para isto a invenção provê um método de produção vantajoso, e aparelho com o qual as membranas tubulares inovadoras enroladas helicoidalmente com crista helicoidal integrada podem facilmente ser fabricadas em uma escala industrial, em uma maneira econômica. Este método e aparelho serão tratados em mais detalhe abaixo.

[0014] Uma vez que a crista é coberta com, ou faz parte da camada de membrana ela, de maneira vantajosa, obteve as mesmas propriedades de superfície como a superfície lisa restante da camada de membrana, e assim não restringe permeação ou retenção da membrana.

[0015] A crista pode receber dimensões axial e radial grandes o suficiente para obter as turbulências desejadas e fluxos secundários na camada limite, enquanto ao mesmo tempo não obstruir de maneira significativa a seção transversal da membrana, e assim não conduzir a um seu bloqueio. Para isto a crista preferivelmente tem uma espessura de entre 0,1 a 10 mm e/ou uma espessura de entre 1-30% do diâmetro interior da membrana tubular.

[0016] A crista pode receber uma forma helicoidal com um passo grande o suficiente para impedir o fluido de começar a escoar sobre cristas adjacentes sem as turbulências desejadas e fluxos secundários começarem a ocorrer. Para isto, aqui crista helicoidal preferivelmente tem um passo entre 550 mm.

[0017] A adição de tal crista helicoidal a este tipo de membranas tubulares enroladas helicoidalmente pareceu resultar na ocorrência de turbulências e fluxos secundários apenas na frente e atrás das cristas helicoidais. Estas turbulências e fluxos secundários ajudam a manter a camada limite bem misturada com o restante do fluido que escoa através da membrana tubular. A ocorrência das turbulências e fluxos secundários dentro da camada limite na superfície da camada de membrana conduz a uma camada limite mais fina, menos polarização de concentração e menos formação de torta. Isto possibilita fluxos permeados mais altos comparados a membranas cilíndricas lisas sem tais cristas helicoidais, embora a custo de uma queda de pressão algo mais alta. De fato, pareceu mesmo que os desempenhos deste tipo de membranas tubulares enroladas helicoidalmente pode ser aumentado com mais de 50%. Tais fluxos operacionais mais altos podem conduzir a economias de capital importantes devido a menos área de membrana ser requerida e/ou poder também contribuir para um consumo específico de energia mais baixo (kWh por metro cúbico de fluido tratado durante filtração). Estas vantagens pareceram passar por toda a faixa de filtração baseada em membrana tubular, desde microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração até osmose reversa, todas elas podem se beneficiar da invenção.

[0018] Em uma modalidade particular a crista helicoidal foi feita de material semiporoso ou semipermeável. Isto tem a vantagem que não somente as propriedades de superfície da crista são as mesmas que a camada de membrana, mas que o permeado é capaz de escoar através de toda a crista. A crista não forma assim um obstáculo para o próprio fluxo de permeado.

[0019] Em uma modalidade adicional, a crista pode ser feita em sua totalidade de um mesmo ou material de membrana similar como a camada de membrana semipermeável. Isto pode, por exemplo, PES, PSF, PVDF, PP ou PA ou misturas deles. A crista então de maneira vantajosa pode ser feita em uma etapa de fundição com a fabricação da camada de membrana.

[0020] Na alternativa a crista pode também ser feita de um mesmo ou material de suporte poroso similar como a(s) fita(s) flexível(is) a partir do qual o tubo de suporte é formado. Este pode, por exemplo, ser um não tecido de PP, PET, PA, PBT ou misturas deles. A crista então de maneira vantajosa pode ser feita de uma só vez com o enrolamento helicoidal da(s) fita(s) para forma de tubo e em seguida ser coberta com a camada de membrana.

[0021] Modalidades preferidas adicionais da membrana tubular estão descritas nas subreivindicações dependentes.

[0022] A invenção também se refere um método para produzir tal membrana tubular enrolada helicoidalmente com crista helicoidal integral de acordo com a reivindicação 7. Este método compreende a etapa de fazer um tubo de suporte a partir de uma ou mais fitas flexíveis de material de suporte poroso tendo as fitas helicoidalmente enroladas com arestas de fita sobrepostas em um formato de tubo ao redor de uma seção de enrolamento de um mandril. Com isto o tubo de suporte gira de maneira contínua e move para frente em relação ao mandril enquanto as arestas de fita sobrepostas são vedadas uma à outra. Em uma próxima etapa uma camada de membrana semipermeável de membrana de material que forma membrana é feita sobre uma parede interna do tubo de suporte. De acordo com a invenção, embora pelo menos uma crista helicoidal que se projeta para dentro seja formada na parede interna do tubo de suporte. Esta crista helicoidal durante a fabricação do tubo de suporte e camada de membrana fica coberta com, ou faz parte da camada de membrana.

[0023] Em uma modalidade particular a crista, durante a sua formação, fica guiada através de uma ou mais ranhuras helicoidais no mandril. Isto, de maneira vantajosa, torna possível utilizar o um e o mesmo mandril para o processo de produção.

[0024] Em uma modalidade preferida a etapa de fazer a camada de membrana compreende uma deposição de um lubrificante líquido do material que forma membrana na parede interna do tubo de suporte guiando o tubo de suporte sobre uma seção de fundição do mandril. Durante esta etapa, a seção de fundição é alimentada com material que forma membrana pressurizado. Como uma próxima etapa, pode ter lugar uma raspagem do material depositado que forma membrana ao longo da dita parede interna do tubo de suporte guiando-o sobre uma seção de raspagem do mandril. Durante esta raspagem a crista integralmente formada é guiada através de uma primeira da dita uma ou mais ranhuras helicoidais que para isto está presente na seção de raspagem do mandril.

[0025] Em uma primeira modalidade a crista é fundida e raspada do material que forma membrana sobre uma camada de membrana anteriormente fundida e raspada, ou é fundida e raspada junto com a fundição e raspagem da camada de membrana. Durante esta fundição e raspagem a crista ao longo das seções de fundição e raspagem do mandril, a crista tem a liberdade de correr através de uma ranhura helicoidal que é provida na seção de raspagem do mandril.

[0026] Em uma segunda modalidade a crista é formada por uma crista conformada em tira flexível que é enrolada helicoidalmente junto com a(s) fita(s) ao redor da seção de enrolamento do mandril. Esta crista conformada em tira preferivelmente e feita de material poroso. Para esta segunda modalidade a crista conformada em tira pode ou já estar presente sobre e conectada à fita, e assim automaticamente fica enrolada helicoidalmente junto com a fita ao redor da seção de enrolamento do mandril, ou ser suprida como uma parte separada da seção de enrolamento do mandril e aí fique enrolada helicoidalmente junto com a fita e vedada à fita. Durante este enrolamento helicoidal da crista conformada em tira junto com a fita ao redor da seção de enrolamento do mandril, a crista conformada em tira ganha liberdade para correr através de uma ranhura helicoidal que é provida na seção de enrolamento do mandril.

[0027] Modalidades preferidas adicionais do método de produção estão descritas nas subreivindicações dependentes.

[0028] A invenção também se refere a um aparelho para produzir tal membrana tubular enrolada helicoidalmente com crista helicoidal integral de acordo com a reivindicação 13. De acordo com a invenção, este aparelho compreende um mandril que é provido com uma ou mais ranhuras helicoidais em sua parede circunferencial exterior para guiar a pelo menos uma crista helicoidal que se projeta através para dentro durante a sua conformação sobre a parede interna do tubo de suporte. Se a crista é feita durante a fase de enrolamento, uma primeira e uma segunda ranhura helicoidal precisam estar presentes em ambas, na seção de enrolamento e de raspagem do mandril. Se a crista é feita durante a fase de fundição/raspagem, apenas uma ranhura helicoidal precisa estar presente na seção de raspagem do mandril.

[0029] Modalidades preferidas adicionais do aparelho estão descritas nas subreivindicações dependentes.

[0030] A invenção deve ser explicada em mais detalhe abaixo com referência aos desenhos que acompanham, nos quais:A figura 1 mostra de maneira esquemática uma primeira modalidade de um aparelho para produzir membranas tubulares de acordo com a invenção;A figura 2 mostra uma seção longitudinal de uma membrana tubular feita com o aparelho da figura 1;A figura 3 mostra de maneira esquemática uma segunda modalidade de um aparelho para produzir membranas tubulares de acordo com a invenção;A figura 4 mostra uma seção longitudinal de uma membrana tubular feita com um aparelho da figura 3;A figura 5 mostra de maneira esquemática uma terceira modalidade de um aparelho para produzir membranas tubulares de acordo com a invenção;A figura 6 mostra uma seção longitudinal de uma membrana tubular feita com o aparelho da figura 5;A figura 7 mostra de maneira esquemática uma quarta modalidade de um aparelho para produzir membranas tubulares de acordo com a invenção;A figura 8 mostra em uma vista lateral e em perspectiva de uma variante das seções de fundição e raspagem do mandril da figura 1;A figura 9 mostra uma seção longitudinal de uma variante de uma membrana tubular de acordo com a presente invenção com duas cristas.

[0031] Na figura 1 o aparelho para produção de membranas tubulares enroladas helicoidalmente compreende um mandril. Este mandril compreende uma seção de enrolamento 1, uma seção de fundição 2 e uma seção de raspagem 3. Uma fita flexível 5 de material de suporte poroso é suprida de meios de alimentação adequados, por exemplo, um carretel (não mostrado) no sentido da seção de enrolamento 1. Esta fita 5 que é formada de uma ou mais camadas de material poroso tecido e não tecido, por exemplo, um poliéster, é enrolada helicoidalmente com arestas de fita sobrepostas 6 em uma a forma de tubo ao redor da seção de enrolamento 1. As arestas de fita sobrepostas 5 são vedadas uma à outra por meio de meios de vedação adequados 7 que, por exemplo, podem ser meios de vedação ultrassônicos. Assim, um tubo de suporte vedado enrolado helicoidalmente 8 é formado.

[0032] Uma correia sem fim acionada 9 que corre ao redor do tubo de suporte 8 junto à extremidade da seção de enrolamento 1 é provida como o meio de acionamento para girar de forma contínua e mover para frente o tubo de suporte 8 em uma velocidade desejada sobre as seções de mandril 1-3.

[0033] Um canal 12 corre através do centro da seção de enrolamento 1 e conecta na seção de fundição 2 a um número de aberturas de saída 13 divididas ao redor de sua circunferência. As aberturas de saída 13 abrem em um espaço de alimentação circunferencial que se situa entre a seção de fundição 2 e o tubo de suporte 8. Meios de alimentação (não mostrado) que conduzem a um suprimento de um lubrificante de material que forma membrana conectam ao canal 12. Os meios de alimentação são projetados para alimentar um lubrificante de material que forma membrana 14, por exemplo, um polímero, sob pressão para o espaço. Aí o material que forma membrana 14 é depositado sobre a parede interna do tubo de suporte 8. Em seguida, quando o tubo de suporte 8 com o material que forma membrana 14 depositado sobre ele é forçado para mover girando para a frente ao longo da seção de raspagem 3, o material que forma membrana 14 automaticamente fica raspado para uma camada de membrana 15. Em uma etapa final a membrana tubular assim formada pode ser curada ou lixiviada em um fluido adequado quente ou frio, por exemplo, por meio de inversão de fase ou coagulação e/ou secada ao ar.

[0034] Para obter uma membrana tubular com diâmetro interior d1 do tubo suporta 8 e um diâmetro interior d2 da camada de membrana 15, as seções do mandril recebem as dimensões a seguir. A seção de enrolamento 1 é feita cilíndrica e tem um diâmetro Dw que corresponde substancialmente ao diâmetro interior d1 do tubo suporta 8 a ser formado. A seção de raspagem 3 é também cilíndrica e tem um diâmetro Dd que corresponde substancialmente ao diâmetro interior d2 da camada de membrana 15 a ser formada. A seção de fundição 2 tem um diâmetro Dc que é menor do que o diâmetro Dd da seção de raspagem 3, bem como menor do que o diâmetro Dw da seção de enrolamento 1.

[0035] De acordo com a invenção, a seção de raspagem 3 é provida com uma ranhura helicoidal de montante 20 que se estende sobre todo o comprimento da seção de raspagem 3 e sobre uma extremidade conecta ao espaço ao redor da seção de fundição 2. Durante a fundição e raspagem da camada de membrana 15 a ranhura helicoidal 20 automaticamente e ao mesmo tempo funde/raspa uma crista 21 de material que forma membrana. O lubrificante extrudado da seção de fundição 2 é assim não meramente raspado igualmente ao longo de todo o perímetro, mas também forma a crista 21. Devido ao movimento de rotação para frente do tubo de suporte ao longo da seção de raspagem 3, esta crista 21 segue uma linha que espirala helicoidalmente contínua ao longo da parede interna do tubo de suporte 8. Ver figura 2. Durante reprodução, esta crista 21 se mantém correndo através da ranhura helicoidal 20 durante o movimento de rotação para frente do tubo de suporte 8 ao longo de toda a seção de raspagem 3. Isto fornece à crista 21 tempo suficiente para ser completamente fundida e raspada integralmente com o restante da camada de membrana 15. Assim, não apenas a camada de membrana 15 é fundida e raspada sobre o tubo de suporte 8, mas também a crista helicoidal 21. A crista helicoidal 21, como se fosse fazer parte da camada de membrana 15 uma vez que é feita em uma só vez do mesmo material e, assim, forma um conjunto integral com ela.

[0036] A forma da seção transversal e dimensões da crista 21 podem ser escolhidas facilmente como desejado, pela forma e dimensões da ranhura 20. O passo da crista helicoidal 21 a ser formada deve ser dependente do passo da ranhura helicoidal 20. A velocidade na qual o tubo de suporte 8 move girando para frente sobre o mandril precisa ser cuidadosamente ajustada, tal que ela corresponda à velocidade na qual a crista helicoidal 21 corre através da ranhura helicoidal 20.

[0037] Na figura 3 uma segunda modalidade está mostrada do aparelho, na qual, partes similares receberam os mesmos numerais de referência. Neste momento uma fita 5' é suprida para a seção de enrolamento 1 que já compreende uma crista integralmente conectada à ou formada 21' sobre ela. Esta crista 21' é feita do mesmo ou de um tipo de material poroso similar como o restante da fita 5. Além disto, na figura 3, a seção de enrolamento 1 é provida com uma ranhura helicoidal a jusante 30.

[0038] Durante enrolamento a crista 21' corre através da ranhura helicoidal a jusante 30 e assim se torna tipicamente enrolada helicoidalmente juntamente com o restante da fita 5' ao redor da seção de enrolamento 1 para o tubo de suporte conformado em tubo 8. Quando o tubo de suporte 8 com sua crista integral 21' passa em seguida ao longo da seção de fundição 2 e seção de raspagem 3, a camada de membrana 15 fica fundida e raspada com uma espessura de camada uniforme sobre ambas, a parede interna do tubo de suporte 8 bem como sobre as cristas 21'. Isto pode ser visto na figura 4.

[0039] O passo em que a crista helicoidal 21' se torna enrolada ao redor da seção de enrolamento 1 é igual ao passo em que a fita 5' fica enrolada e é assim dependente da largura da fita 5'e da quantidade de superposição das arestas de fita 6. O passo das ranhuras helicoidais 20, 30 é feito para corresponder com este passo da crista enrolada helicoidalmente 21. Além disto, é observado que a ranhura helicoidal a jusante 20 é ligeiramente dimensionada maior do que a ranhura helicoidal de montante 30, tal que a camada de membrana 15 pode ser fundida e raspada com a espessura de camada desejada sobre a crista 21.

[0040] Na figura 5 uma terceira modalidade está mostrada. Neste momento a fita 5 é suprida junto com uma crista conformada em tira separada distintiva 50 no sentido da seção de enrolamento 1. Esta crista conformada em tira 50 é feita de um tipo similar de material poroso como a fita 5. Durante enrolamento, a crista conformada em tira 50 corre através da ranhura helicoidal a jusante 30. Na seção de enrolamento 1, agora não apenas as arestas de fita sobrepostas 6 ficam vedadas uma à outra pelo primeiro meio de vedação 7, mas também a crista conformada em tira 50 fica vedada à fita 5 pelo segundo meio de vedação 51. Por sua seção de fundição e raspagem, o aparelho da figura 5 é mantido o mesmo como na figura 3. Da figura 6 a membrana tubular pode ser vista, a qual é produzida com o aparelho da figura 5.

[0041] Na figura 7 uma quarta modalidade está mostrada. Neste momento nenhuma ranhura helicoidal é provida no mandril. Em vez disto, na extremidade livre da seção de raspagem, uma abertura de bocal/saída 70 é provida, a qual conecta ao canal 12 para alimentar material que forma membrana pressurizado para a abertura de bocal/saída 70. Quando o tubo de suporte rotativo o que move para frente 8 com sua camada de membrana já fundida e raspada 15 passa esta abertura de bocal/saída 70, uma crista que se projeta para dentro fica automaticamente formada sobre a camada de membrana 15. Em seguida curando, lixiviando e/ou secando a membrana tubular assim formada, um tipo similar como mostrado na figura 2 pode ser obtido, quer dizer, uma com uma crista helicoidal semipermeável de material que forma membrana dentro de um tubo de suporte enrolado helicoidalmente.

[0042] Além das quatro modalidades acima inúmeras variantes são possíveis. Por exemplo, as dimensões e formas da crista helicoidal podem ser variadas facilmente. O perfil da crista pode, por exemplo, ser feito triangular, retangular, semicircular, ou de qualquer outra forma. Pareceu que com o aparelho e método mostrados e descritos, membranas tubulares tendo diâmetros que se situam entre 5-12 mm podem ser produzidas de maneira eficiente em escala industrial. É observado, contudo, que diâmetros de entre 1-25 mm também são julgados possíveis. Os comprimentos de diversas seções do mandril podem ser feitos mais longos ou mais curtos sempre que desejado. Também é observado que o mandril com suas diversas seções pode ser feito de uma ou mais partes. Na figura 8 uma parte de um mandril está mostrada, a qual compreende principalmente a seção de fundição e raspagem 2 e 3, bem como meios de conexão 80 para conectá-lo a uma seção de enrolamento. Com isto a seção de fundição 2 é feita algo mais longa e compreende a pluralidade de aberturas de saída 13 para suprir material que forma membrana ao espaço de alimentação em um seu segmento a jusante, enquanto algumas aberturas de saída adicionais 81 são providas em um segmento de montante junto ao início da ranhura helicoidal 20. Assim, pode ser mais bem garantido que material que forma membrana suficiente é alimentado na seção de fundição 2 para também ter formada a crista. Ao invés de meramente formar uma crista helicoidal, é também possível formar uma pluralidade de cristas dentro da membrana tubular enrolada helicoidalmente. Para isto, é suficiente prover um número complementar de ranhuras helicoidais dentro da seção de raspagem da primeira modalidade, ou prover um número complementar de ranhuras helicoidais dentro da seção de enrolamento e raspagem da segunda ou terceira modalidade enquanto suprindo uma fita com um número complementar de cristas, ou prover um número complementar de aberturas de bocais/saída na extremidade livre da seção de raspagem da quarta modalidade. As respectivas cristas podem mesmo receber diferentes dimensões e formas. Por exemplo, a figura 9 mostra uma modalidade com duas pistas helicoidais que têm um mesmo passo p1, p2, das quais uma primeira crista 90 tem uma altura maior h1 do que uma altura h2 de uma segunda crista 91. Assim, pareceu que turbulências e fluxos secundários podem ser induzidos, os quais podem mesmo conduzir a uma razão adicional melhorada de fluxo-energia de permeado.

[0043] Assim, uma membrana tubular enrolada helicoidalmente é provida, a qual pode ser feita em uma só vez em um aparelho adequado, enquanto ao mesmo tempo tendo uma crista helicoidal porosa ou semipermeável formada sobre ela, que faz com que ocorram turbulências e fluxos secundários mais vantajosos durante filtração, e assim conduzir a razões de energia de fluxo de permeado consideravelmente mais altas. As membranas tubulares de acordo com a invenção podem ser feitas facilmente, de maneira rápida, em baixo custo, em uma maneira automatizada. Aparelhos presentes para formar membranas tubulares lisas enroladas helicoidalmente podem facilmente ser transformados em alguns de acordo com a invenção, simplesmente colocando neles um mandril ranhurado helicoidalmente. As membranas tubulares de acordo com a invenção podem ser usadas de maneira vantajosa por todos os tipos de processos de filtração, como filtração de água de despejo, filtração de cerveja, filtração de laticínios, etc.

Claims (14)

1. Membrana tubular, compreendendo:um tubo de suporte (8) feito de uma ou mais fitas flexíveis (5) de material de suporte poroso que foi enrolado helicoidalmente em um formato de tubo com arestas de fita (6) sobrepostas que foram vedadas uma à outra; em que o tubo de suporte (8) define um canal de fluido (12);uma camada de membrana semipermeável (15) feita de material (14) que forma membrana que é depositado sobre uma parede interna do tubo de suporte (8) ao longo do canal de fluido;caracterizada pelo fato de que:pelo menos uma crista helicoidal (21) que se projeta para dentro da parede interna do tubo de suporte (8), cuja crista helicoidal (21) é coberta com ou faz parte da camada de membrana (15); eem que a crista helicoidal (21) que se projeta para dentro, se projeta para dentro da seção transversal da membrana para promover turbulências e fluxos secundários.

2. Membrana tubular de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a crista (21) foi feita do mesmo material (14) poroso ou semipermeável como o tubo de suporte (8).

3. Membrana tubular de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a crista (21) foi feita do mesmo material (14) semipermeável que a camada de membrana (15).

4. Membrana tubular de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a crista é uma crista conformada em tira flexível (50) vedada à fita (5) e tendo sido enrolada helicoidalmente junto com ela.

5. Membrana tubular de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que duas ou mais das ditas cristas helicoidais (90, 91) são providas se estendendo espaçadas uma da outra ao longo da dita parede interna.

6. Método para produzir uma membrana tubular como definida na reivindicação 1, compreendendo as etapas de:fazer um tubo de suporte (8) a partir de uma ou mais fitas flexíveis (5) de material (14) de suporte poroso ao ter a (s) fita (s) (5) helicoidalmente enroladas com arestas de fita (6) sobrepostas em um formato de tubo ao redor de uma seção de enrolamento (1) de um mandril, com o tubo de suporte (8) continuamente girando e movendo para frente em relação ao mandril, enquanto as arestas de fita (6) sobrepostas são vedadas uma à outra, e em que o tubo de suporte (8) define um canal de fluido (12); efazer uma camada de membrana semipermeável (15) de material (14) que forma membrana, depositando o material (14) que forma membrana sobre uma parede interna do tubo de suporte (8) ao longo do canal de fluido (12);caracterizado pelo fato de que:pelo menos uma crista helicoidal (21) que se projeta para dentro é formada na parede interna do tubo de suporte (8), em que a crista helicoidal (21) que se projeta para dentro, se projeta para dentro da seção transversal da membrana para promover turbulências e fluxos secundários, cuja crista helicoidal (21) durante a fabricação do tubo de suporte (8) de camada de membrana (15) fica coberta com ou faz parte da camada de membrana (15).

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a crista (21) durante a sua formação é guiada através de uma ou mais ranhuras helicoidais (20, 30) no mandril.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a etapa de fazer a camada de membrana (15) compreende:depositar um lubrificante líquido do material (14) que forma membrana na parede interna ao guiar o tubo de suporte (8) sobre uma seção de fundição (2) do mandril, cuja seção de fundição (2) é alimentada com material (14) que forma membrana pressurizada; eraspar o material (14) depositado que forma membrana ao longo da dita parede interna do tubo de suporte (8) guiando-os sobre uma seção de raspagem (3) do mandril,em que, durante a dita raspagem (3), a crista (21) é guiada através de uma primeira (20) da dita uma ou mais ranhuras helicoidais (20, 30) que para isto está presente na seção de raspagem (3) do mandril.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que durante a dita fundição e raspagem da camada de membrana (15), a crista (21) é fundida de material (14) que forma membrana semipermeável para ou junto com a camada de membrana (15).

10. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que, precedendo a dita fundição e raspagem da camada de membrana (15), a crista (21) é formada por uma crista conformada em tira flexível (50) que é enrolada helicoidalmente junto com a(s) fita(s) (5) ao redor da seção de enrolamento (1) do mandril, eem que, durante o dito enrolamento, a crista conformada em tira (50) é guiada através de uma segunda (30) da dita uma ou mais ranhuras helicoidais (20, 30) que para isto está presente na seção de enrolamento (1) do mandril.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a crista conformada em tira (50) é alimentada para a seção de enrolamento (1) separada da fita (5) e fica vedada à fita (5) ao longo da seção de enrolamento (1).

12. Aparelho para produzir uma membrana tubular como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, compreendendo:um mandril que tem pelo menos uma seção de enrolamento (1) e uma seção de fundição (2);meios de alimentação para alimentar a(s) fita(s) (5) para a seção de enrolamento (1),meios de acionamento (9) para girar de maneira contínua e mover para frente o tubo de suporte (8) em relação ao mandril;meios de vedação (7) posicionados ao longo da seção de enrolamento (1) para vedar as arestas de fita sobrepostas uma à outra; emeios de alimentação para alimentar a seção de fundição (2) com material (14) que forma membrana pressurizado;caracterizado pelo fato de que:uma ou mais ranhuras helicoidais (20, 30) são providas no mandril para guiar a pelo menos uma crista helicoidal (21) que se projeta para dentro durante a sua formação sobre a parede interna do tubo de suporte (8).

13. Aparelho de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o mandril compreende uma seção de raspagem (3) para raspar o material (14) depositado que forma membrana ao longo da dita parede interna do tubo de suporte (8) guiando-o sobre esta seção de raspagem (3), eem que uma primeira (20) de uma ou mais ranhuras helicoidais (20, 30) está presente na seção de raspagem (3) do mandril.

14. Aparelho de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que uma segunda (30) de uma ou mais ranhuras helicoidais (20, 30) está presente na seção de enrolamento (1) do mandril.

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