BRPI0719042A2 - Sistema de separação - Google Patents

Description

"SISTEMA DE SEPARAÇÃO" CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere geralmente à separação de fluido e, mais particularmente, à separação de fluido por cartuchos de membrana múltiplos ou módulos colocados dentro de um vaso de pressão.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Uma variedade de processos comerciais confia no uso de técnicas de separação de fluidos para separar um ou mais componentes fluidos desejáveis de uma mistura. Em particular, vários processos tais podem envolver a separação de misturas líquidas, a separação de vapores ou gases de líquidos, ou a separação de gases misturados.

Por exemplo, na produção de gás natural, é geralmente necessário para o produtor tirar dióxido de carbono de gás natural a fim de cumprir exigências reguladoras do governo. Também é geralmente desejável em muitos processos químicos que o hidrogênio seja removido e recuperado de fluxos de processo gasosos.

O uso de membranas para separações de fluido alcançou popularidade maior sobre outras técnicas de separação conhecidas. Tais separações de membrana geralmente estão baseadas em permeabilidades relativas de vários componentes da mistura fluida, resultando em um gradiente de forças motrizes, como pressão, pressão parcial, concentração e temperatura. Tal permeação seletiva resulta na separação da mistura fluida em porções comumente chamadas "retido", por exemplo, geralmente composto de componentes lentamente permeáveis, e "permeado", por exemplo, geralmente composto de componentes de migração rápida.

Membranas de separação de gás são comumente fabricadas de uma ou duas formas: chapa plana ou fibra oca. As chapas planas são combinadas geralmente com um elemento de enrolar em espiral, considerando que as fibras ocas geralmente são empacotadas juntas até certo ponto semelhantes a um trocador de calor de casco e tubo.

Em arranjos típicos de enrolar em espiral, duas chapas planas de membrana com um espaçador no meio são unidas, por exemplo, coladas ao longo de três dos seus lados para formar um envelope, i.e., uma "folha" que está aberta em uma extremidade. Muitos destes envelopes estão separados através de espaçadores de alimentação e embrulhados ao redor de um mandril ou caso contrário, embrulhados ao redor de um tubo de permeado com as extremidades abertas dos envelopes faceando o tubo de permeado. Gás de alimentação entra ao longo de um lado da membrana e passa pelos espaçadores de alimentação que separa os envelopes. Como o gás se desloca entre os envelopes, compostos altamente permeáveis penetram ou migram para dentro do envelope. Essas compostos permeados têm só uma saída disponível: elas têm que se deslocar para dentro do envelope para o tubo de permeado. A força motriz para tal transporte é a pressão diferencial entre a baixa pressão de permeado e a alta pressão de alimentação. Os compostos permeados entram no tubo de permeado, como por orifícios que atravessam o tubo. Os compostos permeados se deslocam então pelo tubo para unir os compostos permeados de outros tubos. Componentes do gás de alimentação que não penetram ou migram para dentro dos envelopes deixam o elemento vazado do lado oposto ao lado de alimentação.

Em elementos de fibra ocos, são embrulhadas fibras ocas muito finas ao redor de um tubo central em um padrão altamente denso. Em tal padrão de envoltura, ambas as extremidades da fibra terminam em um pote de permear em um lado do elemento. Fluxos de gás de alimentação sobre e entre as fibras, e alguns componentes do gás de alimentação penetram ou migram das fibras. Tais componentes se deslocam então dentro da fibra até que alcancem o pote de permear onde mistura com componentes permeados de outras fibras. Os componentes coletados dentro do pote de permear deixam o elemento por um conduto ou tubo. Componentes do gás de alimentação que não penetram ou migram das fibras alcançam o tubo central do elemento, o qual está tipicamente perfurado semelhante ao tubo de permeado no elemento de enrolar em espiral. Neste caso, porém, o tubo central é para coleta de resíduo ou retido, e não coleta de permeado.

Como será apreciado, cada tipo de elemento tem algumas

vantagens. Por exemplo, elementos enrolados em espirais podem geralmente controlar pressões mais altas, são mais resistentes a infringir as regras e podem ter uma história longa em serviço em gás natural a seu favor. Em contraste, elementos de fibra oca têm geralmente densidade de acondicionamento mais alta. Consequentemente, uma instalação baseada em fibra oca é geralmente mais vantajosa para membranas com baixa permeabilidade.

De qualquer modo, as membranas, uma vez produzidas em elementos, são geralmente formadas em módulos ou cartuchos, por exemplo, um tubo que contém uma pluralidade de elementos de separação de membrana. Módulos podem ser usados isoladamente ou, mais comumente, interconectados em arranjos seriais ou paralelos ou em filas. Geralmente, uma instalação pode ter de pelo menos dois até várias centenas de módulos em fila. Cada módulo tem um fluxo de entrada (por exemplo, alimentação), uma saída ou fluxo residual que contêm as substâncias que não atravessaram o elemento de separação de membrana, e um fluxo de permeado que contém as substâncias as quais passam, por exemplo, penetre no elemento de separação de membrana.

Muitas de tais aplicações de separação requerem pressões bastante altas. Em muitos exemplos as pressões em tais processos estão na gama de 35 kg/cm2 a 210 kg/cm2 (500 psi para 3000 psi). Lidando com tais pressões, além de ter densidades de parede suficientes, é necessário ter boa vedação de pressão. As várias correntes de fluxos de processo (por exemplo, alimentação, fluxos de permeado e residuais) devem permanecer adequadamente separadas. Qualquer mistura destes fluxos diminui a eficiência do processo.

Configurações de vaso de pressão para separação de gás de membrana enrolada em espiral atuais são um produto da indústria de osmose inversa onde tais configurações foram o padrão por muitos anos. Este conceito de vaso foi projetado para aplicações onde filamento enrolado em tubos plásticos poderia ser incorporado facilmente, por exemplo, o diâmetro interno do tubo de plástico poderia ser fabricado facilmente nas dimensões exatas como a bobina de membrana foi enrolada em um mandril. A indústria de membrana de gás precisou modificar a

configuração de vaso de osmose inversa padrão para ficar de acordo ou para satisfazer as exigências de processo. Por exemplo, tubos maiores de permeado ou condutos podem ser incorporados em algumas configurações de vaso para controlar melhor os maiores fluxos de permeado possíveis Adicionalmente, para satisfazer as exigências de operação de pressão alta típica associada à indústria de processamento de gás e o arredondamento justo e a especificação de diâmetro exigido para acondicionamento eficiente de módulos múltiplos,foi empregada tubulação de aço com o diâmetro interno da tubulação de aço afiada a um acabamento de superfície apropriadamente alto, por exemplo, 125 RMS ou menos.

Além disso, uma configuração de tração de extremidade, como usado no processamento de osmose inverso, também foi utilizado tipicamente nas aplicações de separação de membrana de gás. Tais configurações de tração de extremidade resultam no coletor permeado estendendo-se para fora das extremidades dos tubos de pressão. Assim, tais configurações geralmente resultam em um deslizamento de membrana que é feita mais longa que o desejado ou em uma redução no comprimento dos tubos de membrana usados nisso, com uma redução correspondente na capacidade da unidade.

Uma das dificuldades em construir tais deslizamentos de membrana é a necessidade de assegurar que o coletor permeado se alinhe para cima perfeitamente com as conexões de flange na extremidade do tubo de pressão da membrana. Aumentando o número de módulos em uma instalação aumenta o número de conexões de flange que devem se alinhar adequadamente a um coletor permeado assim aumentando a dificuldade de interconectar módulos individuais.

Além disso, um problema comum associado ao uso de membranas em espiral é que cada módulo contendo as membranas é geralmente exigido ser usinado a uma tolerância íntima para assegurar boa vedação de pressão. Como resultado, o custo para cada módulo pode ser aumentado significativamente.

Devido à demanda aumentada para gás do produto como gás natural adocicado e gases purificados como hidrogênio e dióxido de carbono, o mercado atual para sistemas de membrana de separação de gás mudou-se em direção a instalações maiores. Uma aproximação para conhecer tal demanda aumentada é incorporar módulos de membrana que têm um diâmetro aumentado para acomodar taxas de fluxo de fluido mais altas. Alternativamente, tais instalações maiores podem incorporar mais módulos de membrana por deslizamento para atender às especificações de processo. Porém, o número de módulos de membrana carregado em um deslizamento individual é controlado pela altura e limites de espaço no local de instalação e as limitações de peso e estruturais de deslizamentos individuais e fundações de deslizamentos.

Adicionalmente, cada um dos módulos de membrana carregados em um deslizamento individual exige alguma separação física para acomodar instalação dos módulos de membrana individuais. Geralmente, são construídas instalações de separação de membrana usando vários módulos de separação de membrana que são empilhados verticalmente para formar um deslizamento e criar a área de membrana exigida para processar um fluido. Este projeto requer muitas conexões externas para alimentar cada módulo de membrana individual e remover o fluido processado. Como resultado, embalar tais sistemas grandes podem apresentar um problema por causa da necessidade para acomodar portas de entrada, saída e de penetração de cada módulo.

Adicionalmente são construídas tais derrapagens individuais usando aço estrutural para apoiar cada conjunto de módulos de membrana. Entretanto, tais apoios de aço estruturais acrescentam peso ao sistema de membrana global e aumentam a área exigida para instalar cada deslizamento individual. Consequentemente, tais sistemas maiores são mais pesados e mais caros para fabricar devido à quantidade de materiais necessários para produzir os apoios de aço estruturais, como também, tubos individuais para cada módulo. Tais sistemas maiores também são mais complexos devido ao número aumentado de conexões entre os módulos de membrana e coletores comuns usados para liberar e remover fluidos do deslizamento.

Portanto, há uma necessidade e uma demanda para sistemas de separação que incorporam um número aumentado de cartuchos de membrana ou módulos em uma determinada área. Em particular, há uma necessidade e uma demanda de sistemas de separação que incorporem cartuchos de membrana múltiplos em um único vaso de pressão.

Há também uma necessidade e uma demanda de sistemas de separação tendo conexões de fluxo de fluido de processo simplificadas. Adicionalmente, por exemplo, há uma necessidade e uma demanda de sistemas de separação que permitam alimentar saída de fluxo para, remoção de fluxo residual, e remoção de fluxo penetração a partir de muitos cartuchos de membrana em um número reduzido de locais.

Há uma necessidade adicional e uma demanda de sistemas de separação que são menos caros para se produzir.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO Um objetivo geral da invenção é prover sistemas de separação que têm um ou mais de uma pegada de deslizamento reduzida, peso reduzido e conexões de processo simplificadas.

Um objetivo mais específico da invenção é superar um ou mais dos problemas descritos acima.

O objetivo geral da invenção pode ser atingido, pelo menos em parte, por um sistema de separação para uso em separação de uma alimentação de fluido por cartuchos de membrana múltiplos dispostos dentro de um vaso de pressão. Conforme uma configuração, tal um sistema de separação inclui um vaso de pressão alongado que tem uma entrada de fluxo de alimentação, uma saída de fluxo residual e pelo menos uma saída de fluxo de penetração. Disposto dentro do vaso de pressão estão uma primeira montagem de chapa de tubo definindo um primeiro reservatório de penetração, um primeiro reservatório de fluido colocado entre a primeira montagem de chapa de tubo e uma primeira extremidade do vaso de pressão, e uma pluralidade de montagens de cartucho de membrana que se estendem entre a primeira extremidade do vaso de pressão e uma segunda extremidade do vaso de pressão. A primeira montagem de chapa de tubo inclui um primeiro par de chapas de tubo que definem o primeiro reservatório de permeado entre as mesmas, e pluralidade de primeiras luvas colocadas entre o primeiro par de chapas de tubo. O primeiro reservatório de permeado está em comunicação fluida com o pelo menos um fluxo de saída de permeado. Pelo menos um das montagens de cartucho de membrana inclui um cartucho de membrana e um primeiro adaptador de permeado unido a uma primeira extremidade do cartucho de membrana. O primeiro adaptador de permeado está disposto dentro de um das primeiras luvas e está em comunicação fluida com o primeiro reservatório de fluido e o primeiro reservatório de permeado.

A técnica anterior geralmente não provê sistemas de separação tendo um desliza de pegada suficientemente reduzido e/ou os quais incorporem um número desejavelmente aumentado de cartuchos de membrana ou módulos por uma determinada área. Além disso, a técnica anterior geralmente não provê sistemas de separação que têm um número suficientemente reduzido de conexões de corrente de fluxo de processo.

Adicionalmente, a técnica anterior geralmente não provê sistemas de filtrações que tenham capacidade de processo suficientemente aumentada, que sejam desejavelmente menos incômodos e/ou menos caros para serem fabricados.

A invenção inclui adicionalmente um vaso de pressão incluindo um alojamento comprido que contém um primeiro reservatório de fluido adjacente a uma primeira extremidade do alojamento, um segundo reservatório de fluido adjacente a uma segunda extremidade do alojamento, um primeiro reservatório de permeado adjacente ao primeiro reservatório de fluido definido por uma primeira montagem de chapa de tubo, um segundo reservatório de permeado adjacente ao segundo reservatório de fluido definido por uma segunda montagem de chapa de tubo, e uma câmara de cartucho disposta entre o primeiro reservatório de permeado e o segundo reservatório de permeado. O vaso de pressão inclui adicionalmente uma entrada de fluxo de alimentação, uma saída de fluxo residual, pelo menos uma primeira saída de fluxo de permeado m comunicação fluida com o primeiro reservatório de permeado, e pelo menos uma segunda saída de fluxo de permeado em comunicação fluida com o segundo reservatório de permeado.

A primeira montagem de chapa de tubo inclui uma primeira chapa de tubo, uma segunda chapa de tubo e uma pluralidade de primeiras luvas dispostas entre elas. A segunda montagem de chapa de tubo inclui uma terceira chapa de tubo, uma quarta chapa de tubo e uma pluralidade de segundas luvas dispostas entre elas. A pluralidade de segundas luvas corresponde à pluralidade das primeiras luvas.

O vaso de pressão contém adicionalmente uma pluralidade de montagens de cartucho de membrana dispostos dentro do alojamento alongado e estendendo-se entre o primeiro reservatório fluido e o segundo reservatório fluido. Cada montagem de cartucho de membrana inclui um primeiro adaptador de permeado, um cartucho de membrana disposto dentro de um tubo de pressão de membrana, e um segundo adaptador de permeado. O primeiro adaptador de permeado é unido a uma primeira extremidade do cartucho de membrana e está disposto dentro de um das primeiras luvas. O primeiro adaptador de permeado está em comunicação fluida com a primeira extremidade do cartucho de membrana, o primeiro reservatório de fluido e o primeiro reservatório de permeado. O segundo adaptador de permeado é unido a uma segunda extremidade fim do cartucho de membrana e está disposto dentro de uma segunda luva correspondente. O segundo adaptador de permeado está em comunicação fluida com a segunda extremidade do cartucho de membrana, o segundo reservatório fluido e o segundo reservatório de permeado.

A invenção ainda inclui adicionalmente um sistema de separação incluindo um vaso de pressão que tem uma entrada de fluxo de alimentação, uma saída de fluxo residual, e pelo menos duas saídas de fluxo de permeado. O vaso de pressão contém um reservatório de alimentação em comunicação fluida com a entrada de fluxo de alimentação, um primeiro reservatório de permeado definido por uma primeira montagem de chapa de tubo e em comunicação fluida com pelo menos uma primeira saída de fluxo de permeado, uma câmara de cartucho, um segundo reservatório de permeado definido por uma segunda montagem de chapa de tubo e em comunicação fluida com pelo menos uma segunda saída de fluxo de permeado, e um reservatório residual em comunicação fluida com a saída de fluxo residual.

A primeira montagem de chapa de tubo inclui uma primeira chapa de tubo, uma segunda chapa de tubo e uma pluralidade de primeiras luvas dispostas entre elas. A segunda montagem de chapa de tubo inclui uma terceira chapa de tubo, uma quarta chapa de tubo e uma pluralidade de segundas luvas dispostas entre elas. A pluralidade de segundas luvas corresponde à pluralidade das primeiras luvas.

O sistema de separação contém adicionalmente uma pluralidade de montagens de cartucho de membrana dispostas dentro do vaso de pressão e estendendo-se entre o primeiro reservatório de fluido e o segundo reservatório de fluido. Cada montagem de cartucho de membrana inclui um primeiro adaptador de permeado incluindo uma pluralidade das primeiras portas de descarga de permeado em comunicação fluida com o primeiro reservatório de permeado, um segundo adaptador de permeado incluindo uma pluralidade de segundas portas de descarga de permeado em comunicação fluida com o segundo reservatório de permeado, e um cartucho de membrana incluindo um tubo de passagem de permeado que se estende de uma primeira extremidade para uma segunda extremidade do cartucho de membrana. O primeiro adaptador de permeado está disposto dentro de

uma das primeiras luvas e está em comunicação fluida com o reservatório de alimentação. O primeiro adaptador de permeado é unido à primeira extremidade do cartucho de membrana e, mais adicionalmente, unido à uma primeira extremidade do tubo de passagem de permeado. O segundo adaptador de permeado está disposto dentro de uma segunda luva correspondente e está em comunicação fluida com o reservatório residual. O segundo adaptador de permeado é unido à segunda extremidade do cartucho de membrana e é unido adicionalmente a uma segunda extremidade do tubo de passagem de permeado. A invenção também compreende um adaptador de permeado

para uso dentro de um vaso de pressão. O adaptador de permeado inclui uma porção dianteira, uma porção de parte de trás e uma porção de corpo que se estendem entre a porção dianteira e a porção traseira, A porção de corpo define um orifício cego central para receber uma extremidade de um tubo de passagem de permeado de um cartucho de membrana, uma pluralidade de portas de descarga de permeado que se estendem radialmente a partir do orifício cego central para uma superfície externa da porção de corpo, e uma pluralidade de portas de fluido estendendo-se paralelas ao orifício cego central a partir da porção dianteira para a porção traseira do adaptador de permeado. As portas de fluido são colocadas entre portas de descarga de permeado adjacentes.

Como usado aqui, os termos "orifício cego central" ou "orifício cego" se referem a uma passagem formada parcialmente, mas não completamente por um objeto a partir de uma primeira extremidade para uma segunda extremidade do objeto. A segunda extremidade do objeto forma ou atua como uma tampa ou uma vedação que efetivamente fecha uma extremidade da passagem e impede fluidos de entrar ou sair da segunda extremidade do objeto. A invenção compreende adicionalmente um sistema de

separação incluindo um vaso de pressão comprido, uma pluralidade de montagens de cartucho de membrana colocadas dentro do vaso de pressão e estendendo-se a partir de uma primeira extremidade do vaso de pressão, e pluralidade de coletores de permeado que se estendem pelo vaso de pressão perpendicular à pluralidade de cartuchos de membrana. O vaso de pressão inclui uma entrada de fluxo de alimentação, uma saída de fluxo residual e uma pluralidade de saídas de fluxo de permeado. Pelo menos um das montagens de cartucho de membrana inclui um primeiro adaptador de permeado e um cartucho de membrana, o primeiro adaptador de permeado unido à primeira extremidade do cartucho de membrana. Cada coletor de permeado está em comunicação fluida com uma primeira saída de fluxo de permeado, uma segunda saída de fluxo de permeado, e pelo menos uma montagem de cartucho de membrana. Os coletores de permeado podem incluir uma pluralidade de entalhes adaptadores para receber um ou mais primeiros adaptadores de permeado correspondentes. O coletor de permeado também pode incluir uma porção interna de coletor colocada dentro do vaso de pressão a qual é presa podendo ser liberada à primeira saída de fluxo de permeado e à segunda saída de fluxo de permeado.

Outros objetivos e vantagens serão aparentes àqueles

qualificados na técnica, a partir da descrição detalhada seguinte, considerada junto com as reivindicações anexas e desenhos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

FIG. 1 é uma vista em perspectiva de um sistema de separação conforme uma configuração.

FIG. 2 é uma vista lateral secional transversal do sistema de separação mostrada na FIG. 1.

FIG. 3 é uma vista de detalhe da seção 3 mostrada na FIG 2.

FIG. 4 é uma vista de extremidade secional transversal do sistema de separação mostrada na FIG. 1.

FIG. 5 é uma vista em perspectiva de uma luva para uso na montagem da chapa de tubo mostrada na FIG. 3.

FIG. 6 é uma vista secional transversal de uma montagem de cartucho de membrana para uso no sistema de separação mostrado na FIG. 1. FIG. 7 é uma vista em perspectiva dianteira de um adaptador

de permeado conforme uma configuração.

FIG. 8 é uma vista secional transversal tomada pela linha 8-8, do adaptador de permeado mostrado na FIG. 7.

FIG. 9 é uma vista traseira do adaptador de permeado mostrado na FIG. 7.

FIG. 10 é uma vista lateral secional transversal de um sistema de separação de acordo com outra configuração.

FIG. 11 é uma vista de extremidade de um sistema de separação de acordo com uma configuração adicional. FIG. 12 é uma vista de extremidade de um sistema de separação de acordo com outra configuração.

DESCRIÇÃO DETALHADA A presente invenção provê um sistema de separação para uso em separação de um fluido de alimentação por uma pluralidade de cartuchos de membrana ou módulos dispostos dentro de um vaso de pressão. Como descrito em maiores detalhes abaixo, a invenção provê sistemas de separação que têm melhorado acondicionamento e reduzido exigências espaciais. Além disso, de acordo com certas configurações, a invenção provê sistemas de separação que estão mais leves e menos caros para fabricar. Adicionalmente, conforme algumas configurações, a invenção provê sistemas de separação que têm simplificado e/ou um reduzido numero de conexões de fluxo de processo.

Aqueles especialistas na técnica guiados pelos ensinamentos providos aqui, apreciarão que a presente invenção pode ser praticada ou pode ser configurada por, em ou com sistemas de separação que têm uma variedade de estruturas específicas diferentes. Como representativa, a FIG. 1 ilustra um sistema de separação, geralmente designado pelo numerai de referência 10, conforme uma configuração. Enquanto sistemas de separação, conforme a invenção, podem ter vários usos, acredita-se que a invenção tem utilidade particular para uso dentro ou com a separação de um ou mais gases de uma mistura de gases. Porém, será entendido que a prática maior da invenção não é necessariamente limitada para usar a separação de gases a partir de uma mistura de gases. Por exemplo, outras separações fluidas como separações líquidas por processamento de osmose inversa pode, se desejado, também ser praticado empregando sistemas de separação conforme a invenção.

Voltando à FIG. 1, um sistema de separação inclui um vaso de pressão 12. O vaso de pressão 12 está adequadamente na forma de um alojamento alongado que tem geralmente um centro cilíndrico ou seção de centro cilíndrica tubular 14. A seção de centro 14 do vaso de pressão 12 geralmente pode ser construída para ter qualquer tamanho satisfatório para alojar uma pluralidade desejada de montagens de cartucho de membrana. Uma pessoa qualificada na técnica e guiada pelos ensinamentos aqui providos apreciará que o diâmetro interno dos vasos de pressão, conforme a invenção pode ser ajustado para acomodar várias condições de operação e processo para alcançar um fluxo desejado por montagem de cartucho de membrana e atender à especificação de produto exigida.

De acordo com uma configuração, a seção de centro 14 do vaso de pressão 12 pode ter um diâmetro interno de 0.6 m (2 pés) a 6.1 m (20 pés). De acordo com outra configuração a seção de centro 14 do vaso de pressão 12 pode ter um diâmetro interno de 1.8 m (6 pés) a 6.1 m (20 pés). Em uma configuração adicional, a seção central 14 do vaso de pressão 12 pode ter um diâmetro interno de 1.8 m (6 pés) a 4.3 (14 pés).

Cada uma da primeira extremidade 16 e/ou uma segunda extremidade 18 do vaso de pressão 12 pode ser terminado com uma cabeça hemisférica ou semi-hemisférica 20 e 21, respectivamente. A cabeça 20 e/ou a cabeça 21 podem incluir uma passagem para indivíduo, 22 e 23, respectivamente, para prover acesso ao interior do vaso de pressão 12. Alternativamente, uma da primeira ou segunda extremidades 16 e 18 podem ser fechadas respectivamente, à atmosfera como por via de uma orla cega (não mostrado) que forma uma cobertura de extremidade sólida a uma das primeira ou segunda extremidades, 16 e 18, respectivamente, do vaso de pressão 12.

A pessoa qualificada na técnica, e guiada pelos ensinamentos providos aqui, apreciará que vasos de pressão de acordo com a invenção podem ser construídos de vários materiais adequados, como vários metais ou metal de liga, desejavelmente pelo menos relativamente inerte aos materiais de fluxo de fluidos que passam através. Por exemplo, aço inoxidável na forma de uma placa que tem uma espessura de 5 a 15,25 cm (2 a 6 polegadas) pode ser rolado ou caso contrário pode ser usado para formar o vaso de pressão 12 de acordo com uma configuração. Alternativamente, vasos de pressão podem ser construídos, de acordo com a invenção, de outros materiais metálicos como, por exemplo, alumínio, e/ou aço de carbono aço inoxidável. De acordo com algumas configurações, o vaso de pressão 12 pode resistir a pressões até 15.2 MPa (2200 psi).

O vaso de pressão 12 inclui uma entrada ou porta de fluxo de alimentação 24 adjacente ou perto da primeira extremidade do vaso de pressão 16 e uma saída ou porta de fluxo residual 26 adjacente a segunda extremidade 18 do vaso de pressão FIG. 1 descreve ambos a entrada do fluxo de alimentação 24 e a saída do fluxo residual 26 orientado verticalmente. Entretanto, uma pessoa com habilidade na técnica, e guiada pelos ensinamentos providos aqui, entenderá e apreciará que a entrada de fluxo de alimentação 24 e/ou a saída de fluxo residual 26 podem ser dispostas adequadamente em qualquer lugar sobre a circunferência do vaso de pressão 12 adjacentes à respectiva primeira extremidade do vaso de pressão desejado 16 e/ou a segunda extremidade do vaso de pressão 18.

Em outra configuração, ambos, a entrada do fluxo de alimentação 24 e a saída do fluxo residual 26 podem estar adjacentes à primeira extremidade do vaso de pressão 16 ou à segunda extremidade do vaso de pressãol8. Em uma configuração adicional, o vaso de pressão 12 pode incluir múltiplas entradas de fluxo alimentador e/ou saídas de fluxo residual localizadas sobre a circunferência do vaso de pressão adjacente à primeira extremidade do vaso de pressão 16 e/ou à segunda extremidade do

vaso de pressão 18.

O vaso de pressão 12 inclui adicionalmente pelo menos uma primeira saída de fluxo de permeado ou porta 28 adjacente ou próximo da primeira extremidade do vaso de pressão 16. Por exemplo, com referencia à FIG. 1, o vaso de pressão 12 inclui quatro primeiras saídas de fluxo de permeado, 25, 27, 28 e 29, respectivamente. Adicionalmente ou alternativamente, o vaso de pressão 12 pode incluir pelo menos uma segunda saída de fluxo ou porta 30 adjacente ou se próxima da segunda extremidade do vaso de pressão 18. Por exemplo, o vaso de pressão 12 ilustrado na FIG. 1 também inclui quatro segundas saídas de fluxo de permeado, três das quais são visíveis 30, 31 e 33, respectivamente. As segundas saídas de fluxo de permeado são colocadas de maneira semelhante às primeiras saídas de fluxo de permeado, 25, 27, 28 e 29, respectivamente. A pessoa qualificada na técnica, e guiada pelos ensinamentos aqui providos, entenderá e apreciará que o número de primeiras e/ou segundas saídas de fluxo de permeado, 28 e 30, respectivamente, podem variar, dependendo da aplicação particular e/ou de especificação de processo.

Aquela pessoa qualificada na técnica, e guiada nisto pelos ensinamentos providos, entenderá adicionalmente e apreciará que as primeiras e/ou secundas saídas de fluxo de permeado, 28 e 30, respectivamente, possam ser dispostas em locais escolhidos apropriados sobre a circunferência da pressão vaso 12 e radialmente estendendo-se daí, como mostrado na FIG. 1. Em particular, FIG. 1 mostra as primeiras saídas de fluxo de permeado 28 e as segundas saídas de fluxo de permeado 30 como se estendendo a partir do vaso de pressão 12 perpendicular à entrada do fluxo de alimentação 24 e à saída do fluxo residual 26.

Voltando à FIG. 2, o sistema de separação 10 inclui adicionalmente uma montagem da primeira chapa de tubo 32 disposta dentro de um vaso de pressão 12 adjacente à primeira extremidade do vaso de pressão 16. A primeira montagem de chapa de tubo define um primeiro reservatório 34 disposto entre a primeira extremidade do vaso de pressão 16 e a primeira montagem de chapa de tubo 32 e um primeiro reservatório de permeado 36. O primeiro reservatório 34 fluido está em comunicação fluida com a porta de entrada de fluxo de alimentação 24 e o primeiro reservatório de permeado 36 está em comunicação fluida com pelo menos uma saída de fluxo de permeado 28.

Em uma configuração, o primeiro reservatório de fluido 34 pode ser um reservatório de alimentação e o segundo reservatório 46 fluido pode ser um reservatório residual. Alternativamente, o primeiro reservatório de fluido 34 pode ser um reservatório residual e o segundo reservatório de fluido 46 pode ser um reservatório de alimentação.

Como mostrado em detalhes na FIG. 3, a primeira montagem de chapa de tubo 32 inclui um primeiro par de chapas de tubo 38 que incluem uma primeira chapa de tubo 40 e uma segunda chapa de tubo 42, que definem o primeiro reservatório de permeado 36 entre elas. A primeira montagem de chapa de tubo 32 inclui adicionalmente uma pluralidade de primeiras luvas 50 dispostas entre a primeira chapa de tubo 40 e a segunda chapa de tubo 42. A primeira chapa de tubo 40 tem uma pluralidade de primeiras aberturas 54 formadas através delas e a segunda chapa de tubo 42 tem uma pluralidade de segundas aberturas 58 formadas através delas.

Cada primeira luva 50 tem uma primeira extremidade 52 disposta dentro e estendendo por uma das primeiras aberturas 54 na primeira chapa de tubo 40 e uma segunda extremidade 56 disposta dentro e estendendo pela segunda abertura correspondente 58 na segunda chapa de tubo 42 que forma uma pluralidade de primeiros canais 60 que se estendem pela primeira montagem de chapa de tubo 32.

As primeiras aberturas 54 e as segundas aberturas correspondentes 58 podem ser organizadas em qualquer padrão satisfatório, ordem ou arranjo. Por exemplo, como ilustrado na FIG. 4, as primeiras aberturas 54 em chapa de tubo 40 podem ser formadas dentro de uma matriz do tipo favo de mel. Adequadamente, a segunda chapa de tubo 42 teria uma matriz do tipo favo de mel correspondente às segundas aberturas 58. Conforme algumas configurações, as primeiras e segundas aberturas 54 e 58, respectivamente, podem ser dispostas tal que as primeiras luvas 50 são organizadas de forma semelhante até certo ponto àquela de um trocador de calor.

As primeira e segunda chapas de tubo, 40 e 42, respectivamente, são mantidas em lugar e a uma distância adequada ou desejada uma da outra pelas primeiras luvas 50. Por exemplo, de acordo com uma configuração, as primeiras luvas 50 podem ser configuradas para manter uma distância entre a primeira chapa de tubo 40 e a segunda chapa de tubo 42 de 10,2 cm (4 polegadas) para 91,4 cm (36 polegadas.) Conforme outra configuração, as primeiras luvas 50 podem ser configuradas para manter uma distância entre a primeira chapa de tubo 40 e a segunda chapa de tubo 42 de 15,2 cm (6 polegadas) para 45,7 cm (18 polegadas). Conforme uma configuração adicional, as primeiras luvas 50 podem ser configuradas para manter uma distância entre a primeira chapa de tubo 40 e a segunda chapa de tubo 42 de 17,8 cm (7 polegadas).

Adequadamente, como mostrado na FIG. 3, as primeiras luvas 50 são soldadas ou caso contrário, permanentemente unidas à primeira chapa de tubo 40 e à segunda chapa de tubo 42 como por uma junta estrutural e de vedação 61. As primeiras luvas 50 geralmente criam um sistema de apoio estrutural que reage a cargas nas primeira e segunda chapas de tubo, 40 e 42, respectivamente, criado por pressões diferenciais dentro do vaso de pressão 12.

De acordo com algumas configurações, as primeiras e segundas chapas de tubo, podem ser construídas 40 e 42, respectivamente, ou podem ser fabricadas de um material metálico como, por exemplo, alumínio, aço de carbono, aço inoxidável ou uma combinação dos mesmos. Semelhantemente, as primeiras luvas 50 podem ser construídas ou podem ser fabricadas de um material metálico como, por exemplo, alumínio, aço de carbono, aço imaculado ou uma combinação dos mesmos. A primeira montagem de chapa de tubo 32 pode incluir adicionalmente membros de apoio estrutural (não mostrado) estendendo entre a primeira chapa de tubo 40 e a segunda chapa de tubo 42 e colocada entre, ao redor ou próximo a luvas adjacentes 50 para prover estabilidade estrutural adicional à primeira montagem de chapa de tubo 32. Tais membros de apoio estrutural podem ser construídos, por exemplo, de tubo de aço de carbono 80 que tem um diâmetro de 5 cm (2 polegadas).

De acordo com algumas configurações, o vaso de pressão 12 também pode incluir uma segunda montagem de chapa de tubo 44 disposta dentro do vaso de pressão 12 adjacente à segunda extremidade do vaso de pressão 18. A segunda montagem de chapa de tubo 44 define um segundo reservatório de fluido 46 disposto entre a segunda montagem de chapa de tubo 44 e a segunda extremidade do vaso de pressão 18 e um segundo reservatório de permeado 48. O segundo reservatório de fluido 46 está em comunicação fluida com a saída de fluxo residual 26 e o segundo reservatório de permeado 48 está em comunicação fluida com pelo menos uma segunda saída de fluxo de permeado 30.

Como será entendido e será apreciado pela pessoa qualificada na técnica, e guiada pelos ensinamentos providos, a segunda montagem de chapa de tubo 44 pode ser construída de uma maneira semelhante à primeira montagem de chapa de tubo 32, como mostrado nas FIGS. 2 e 3. Em particular, como ilustrado na FIG. 2, a segunda montagem de chapa de tubo 44 pode incluir um segundo par de chapas de tubo os quais incluem uma terceira chapa de tubo 62 e uma quarta chapa de tubo 64 que define o segundo reservatório de permeado entre elas 48. A segunda montagem de chapa de tubo 44 inclui adicionalmente uma pluralidade de segundas luvas 66 colocadas entre a terceira chapa de tubo 62 e a quarta chapa de tubo 64. A terceira chapa de tubo 62 tem uma pluralidade de terceiras aberturas formadas através delas e a quarta chapa de tubo 64 tem uma pluralidade quartas aberturas correspondentes formadas através delas.

Cada segunda luva 66 tem uma primeira extremidade colocada dentro e estendendo por uma das terceiras aberturas na terceira chapa de tubo 62 e uma segunda extremidade disposta dentro e estendendo pela quarta abertura correspondente na quarta chapa de tubo 64 que forma uma pluralidade de segundos canais 68 que se estendem pela segunda montagem de chapa de tubo 44. Como mostrado na FIG. 2, a pluralidade dos primeiros canais 60 correspondem à pluralidade dos segundos canais 68.

FIG. 5 ilustra, em maiores detalhes, uma luva 110 de acordo com uma configuração preferida e como descrita adicionalmente, a qual permite vantajosamente ou caso contrário permite que material de permeado seja levado em um reservatório de permeado associado. A luva 110 inclui uma primeira extremidade 12, uma segunda extremidade 114 e uma porção de corpo 116 que estende entre a primeira extremidade 112 e a segunda extremidade 114. A porção de corpo 116 está adequadamente na forma de um tubo ou de estrutura oca como forma um dos primeiros canais 60 que se estende pela primeira montagem de chapa de tubo 32 ou um dos segundos canais 68 que se estende pela segunda montagem de chapa de tubo 44, como mostrado na FIG. 2.

A porção do corpo 116 da luva 110 inclui pelo menos uma

abertura de saída de permeado 118 formada através disso para permitir que material de permeado seja levado em um reservatório de permeado associado. Por exemplo, como ilustrado na FIG. 5, a luva 110 pode incluir três aberturas de saída de permeado 118 formadas pela porção do corpo 116. Essas pessoas qualificadas na técnica, e guiadas nisto pelos ensinamentos aqui providos, entenderão e apreciarão, entretanto, que a luva 110 pode incluir duas, três, quatro ou mais aberturas de saída de permeado 118 para acomodar especificações de processo desejadas.

A porção de corpo 116 da luva 110 inclui adicionalmente uma primeira área de vedação 113 colocada entre a primeira extremidade 112 e a pelo menos uma abertura de saída de permeado 118 e/ou uma segunda área de vedaçãoll5 disposta entre a segunda extremidade 114 e a pelo menos uma abertura de saída de permeado 118 para conter ou manter um adaptador associado de permeado dentro da luva.

A primeira área de vedação 113 pode incluir encaixe de clipe de retenção 120 formado ou cortado em uma superfície interna 111 da luva que contém ou mantém um adaptador associado de permeado dentro da luva. A segunda área de vedação 115 também pode incluir um encaixe de clipe de retenção 121 formado ou cortado na superfície interna 111 da luva que contém ou mantém um adaptador de permeado associado dentro da luva 110.

Alternativamente ou adicionalmente, a porção de corpo 116 da luva 110 pode incluir pelo menos um furo, abertura ou corte (não mostrado) formados ou cortados na porção do corpo 16 da luva 110 geralmente associado com a primeira e/ou segunda área de vedação, 113 e 115, respectivamente, por receber um alfinete que contém ou mantém um adaptador de permeado dentro da luva 110.

Voltando à FIG. 2, o sistema de separação 10 inclui uma pluralidade de montagens de cartucho de membrana 70 dispostas dentro do vaso de pressão 12 e estendendo-se entre a primeira extremidade do vaso de pressão 16 e a segunda extremidade do vaso de pressão 18. Conforme algumas configurações, pelo menos uma porção das montagens do cartucho de membranas 70 estão dispostas dentro de uma câmara de cartucho 72 disposto entre a primeira montagem de chapa de tubo 32 e a segunda montagem de chapa de tubo 44.

O sistema de separação 10, como mostrado na FIG. 2, é geralmente conhecido ou chamado sistema de passagem única. Na prática, um fluido é alimentado para o primeiro reservatório de fluido 34 pela entrada de fluxo alimentador 24. As passagens de fluidos nas montagens de cartucho de membrana 70, em que componentes seletos do fluido penetram por elementos de separação de membrana contidos dentro da montagem de cartucho de membrana 70 e são coletados no primeiro reservatório de permeado 36 e/ou o segundo reservatório de permeado 48 e são removidos do sistema de separação via o pelo menos uma primeira saída de fluxo de permeado 28 e/ou o pelo menos uma segunda saída de fluxo de permeado 30. Componentes residuais ou de não permeado da saída de fluido deixam o cartucho de membrana 70 e são coletadas no segundo reservatório de fluido 46. O fluido residual ou de não permeado é removido do sistema de separação pela saída de fluxo residual 26.

FIG. 6 ilustra, em maiores detalhes, uma montagem de cartucho de membrana 210 conforme algumas configurações. A montagem de cartucho de membrana 210 inclui um cartucho de membrana 212 o qual pode conter um ou mais elementos de separação 222. O cartucho de membrana 212 ilustrado na FIG. 6, por exemplo, inclui cinco elementos de separação de membrana 222 que são unidos seqüencialmente ou em série. Será entendido e será apreciado por uma pessoa qualificada na técnica, e guiada nisto pelos ensinamentos providos aqui, que o número de elementos de separação de membrana 222 empregados em particular em montagens de cartucho de membrana 210 geralmente é dependente de aplicação.

Elementos de separação de membrana individuais 222 podem ser interconectados por uma braçadeira ou outra conexão selecionada ou acoplando, como designado pelo numerai de referência 224. Uma conexão satisfatória ou acoplamento 224 para interconectar elementos de separação de membrana individuais 222 é descoberta, por exemplo, no Pedido de patente americana 5851267.

Cada elemento de separação de membrana 222 inclui um tubo de permeado central 226 que, quando os elementos de separação de membrana 222 são interconectados formam, pelo menos em parte, um tubo de passagem de permeado geralmente disposto centralmente 228 que se estende pelo cartucho da membrana 212 de uma primeira extremidade 216 para uma segunda extremidade 220. Os tubos de permeado centrais 226 incluem uma pluralidade de perfurações 230 para receber fluido que penetra pelos elementos de separação de membrana 222.

Conforme algumas configurações preferidas, o cartucho de membrana 212 pode incluir vantajosamente um tubo de pressão de membrana 232 que provê apoio para as montagens de cartucho de membrana 210 e impede que os cartuchos de membrana 212 caiam. Adicionalmente, o tubo de pressão de membrana 232 geralmente veda um lado alimentador dos elementos da separação de membrana 222 de um lado residual do elemento de separação de membrana 222.

O tubo de pressão de membrana 232 pode estar na forma de um tubo cilíndrico que aloja ou contém os elementos de separação de membrana 222. O tubo de pressão de membrana 232 pode ser construído de vários materiais metálicos, como, por exemplo, alumínio, aço de carbono, e/ou aço inoxidável, ou materiais não-metálicos como, por exemplo, materiais de polímero reforçados de fibra de carbono. Conforme certas configurações, o tubo de pressão de membrana 232 é construído de materiais de peso leve e pode resistir a pressões de 3,5 a 7,0 kg/cm (50 a 100 psi).

A montagem do cartucho de membrana 210 inclui um primeiro adaptador de permeado 214 unido à primeira extremidade 216 do cartucho de membrana 212. O primeiro adaptador de permeado pode ser adicionalmente unido a uma primeira extremidade 234 do tubo de passagem de permeado 228.

De acordo com algumas configurações, a montagem de cartucho de membrana 210 pode incluir adicionalmente um segundo adaptador de permeado 218 unido a uma segunda extremidade 220 do cartucho de membrana 212. O segundo adaptador de permeado 218 pode ser unido adicionalmente a uma segunda extremidade 238 do tubo de passagem de permeado 228.

De acordo com algumas configurações, a câmara de cartucho 72, como mostrado na FIG. 2, pode incluir uma pluralidade de prateleiras ou apoios intermediários 73 para prover apoio a montagem de cartucho de membrana 70. Tais prateleiras evitam que a porção da montagem do cartucho de membrana 70 disposta dentro da câmara do cartucho 72, caia, o que alivia ou elimina tensão nas junções entre o cartucho de membrana 70 e o primeiro membro e/ou os segundos adaptadores de permeado. De acordo com algumas configurações, que empregam

montagens de cartucho de membrana 210, como ilustrado na FIG. 6, o tubo de pressão de membrana 232 evita que a porção de montagem do cartucho de membrana 210 dentro da câmara de cartucho, caia, o que alivia ou elimina tensão nas junções entre a membrana que cartucho 212 e o primeiro e/ou segundo adaptadores de permeado, 214 e 218, respectivamente. Em tais incorporações, prateleiras ou apoios intermediários podem ser opcionalmente removidos.

As prateleiras 73 podem ser posicionadas a intervalos dentro da câmara do cartucho 72 e podem estender-se horizontalmente por uma largura da câmara do cartucho 72. Por exemplo, as prateleiras podem ser construídas por tubos tendo seção transversal redonda ou quadrada ou por barras de ângulo que estão dispostas pela largura da câmara de cartucho a intervalos de 1.2 a 1.8 metro (4 a 6 pés).

Alternativamente, as prateleiras podem estender-se para baixo o correspondente a um comprimento da câmara do cartucho 72 (não mostrado). Por exemplo, as prateleiras podem ser construídas de metade de tubos que tendo uma seção de corte transversal semicircular ou triangular que se estende a partir de uma primeira extremidade para uma segunda extremidade da câmara de cartucho, por exemplo, da primeira montagem da chapa de tubo 32 para a segunda montagem da chapa de tubo 44, como mostrado na FIG. 2.

FIGS. 7-9 ilustram, em maiores detalhes, um adaptador de permeado 310 conforme uma configuração preferida e, como descrita mais adiante aqui, vantajosamente permite, ou diferentemente, permite que material de permeado seja levado fora de um cartucho de membrana em um reservatório de permeado associado. O adaptador de permeado 310 tem ou inclui uma porção dianteira 312, uma porção traseira disposta opostamente 314 e uma porção de corpo traseira 316 que se estende entre a porção dianteira 312 e a porção traseira 314. A porção do corpo define um orifício cego central 318 para receber uma extremidade de um tubo de passagem associado, como, por exemplo, a primeira extremidade 234 ou a segunda extremidade 238 para o tubo de passagem de permeado 228, mostrado na FIG. 6. Como talvez possa ser visto melhor nas FIGS. 7 e 9, a porção traseira 314 forma uma vedação ou tampa tal por que o orifício cego central 318 não se estenda completamente através do adaptador de permeado 310.

A porção de corpo 316 do adaptador de permeado 310 inclui adicionalmente pelo menos uma porta de descarga 320 colocada aí e disposta nisso e estendendo-se radialmente do orifício central cego 318 para uma superfície externa 322 da porção do corpo 316. Por exemplo, como mostrado na FIG. 8, o adaptador de permeado 310 pode incluir três portas de descarga de permeado 320 dispostas sobre e estendendo-se radialmente do orifício cego central 318. As pessoas qualificadas na técnica, e guiadas pelos ensinamentos providos, entenderão e apreciarão que o adaptador de permeado 310 pode incluir menos que ou mais que três portas de descarga de permeado 320 dependendo do tamanho do adaptador e/ou do processo em que o adaptador de permeado 310 é empregado.

De volta à FIG. 7, a porção de corpo 316 do adaptador de permeado 310 inclui adicionalmente uma seção de centro 324 que é cortada por baixo para formar um segmento circular de permeado 326 para receber materiais de permeado da porta de descarga 320. Adequadamente, a porção de corpo 316 do adaptador de permeado 310 inclui um primeiro encaixe de vedação 328 adjacente à porção dianteira 312 que contém um primeiro anel-O e um segundo encaixe de vedação 330 adjacente à porção traseira 314 que contém um segundo anel-O. Uma vez que o adaptador de permeado 310 está disposto dentro de uma luva associada, como, por exemplo, uma das primeiras luvas 50 ou uma das segundas luvas 66, mostradas na FIG. 2, o primeiro anel-O colocado no primeiro encaixe de vedação 328 forma uma vedação entre o adaptador de permeado 310 e a luva associada em que a seção central 324 do adaptador de permeado 310 está isolado de uma câmara de cartucho associada como, por exemplo,câmara de cartucho 72, como mostrado na FIG. 2. Adicionalmente, uma vez que o adaptador de permeado 310 está disposto dentro da luva associada, o segundo anel-O colocado no segundo encaixe de vedação 330 forma uma vedação entre o adaptador de permeado 310 e a luva associada por meio da qual a seção central 324 do adaptador de permeado 310 está isolada de um reservatório de fluido associado como, por exemplo, o primeiro reservatório de fluido 34 ou o segundo reservatório de fluido 46, como mostrado na FIG. 2. Adicionalmente, uma vez que o adaptador de permeado 310

está disposto dentro de uma luva associada como, por exemplo, luva 110, como mostrado na FIG. 5, as aberturas de descarga de permeado 320 do adaptador de permeado 310 são, pelo menos parcialmente, alinhadas com as aberturas de saída de permeado 118 da luva associada 110. Na prática, o adaptador de permeado 310, uma vez unido a

uma respectiva extremidade de um tubo de passagem de permeado associado, coloca um cartucho de membrana associado, tal como, por exemplo, cartucho de membrana 212 como mostrado na FIG. 6, em comunicação fluida com um reservatório de permeado associado via o orifício cego central 318, as portas de descarga 320 e o segmento circular de permeado 326. Adicionalmente, a porção traseira 314 do adaptador de permeado 310 é colocado em comunicação fluida com um reservatório de fluido associado como, por exemplo, ao primeiro reservatório de fluido 34 ou ao segundo reservatório de fluido 46, como mostrado na FIG. 2, e a porção dianteira 312 do adaptador de permeado 310 é colocado em comunicação fluida com uma extremidade do cartucho de membrana associado como, por exemplo, à primeira extremidade 216 ou à segunda extremidade 220 do cartucho da membrana 212, como mostrado na FIG. 6.

Voltando à FIG. 7, o adaptador de permeado 310 inclui

adicionalmente uma porta de fluido 332 estendendo-se paralela ao orifício cego central 318 da porção dianteira 312 para a porção traseira 314 do adaptador de permeado 310 e disposta entre as portas de descarga de permeado adjacentes 320. Por exemplo, como mostrado na FIG. 8, o adaptador de permeado 310 pode incluir três portas de fluido 332. Uma pessoa qualificada na técnica, e guiada pelos ensinamentos providos, entenderá e apreciará que o adaptador de permeado 310 pode incluir menos que ou mais que três portas de fluido 332 dependendo do tamanho do adaptador e/ou do processo no qual o adaptador de permeado 310 é empregado. Na prática, as portas de fluido 332 estão em comunicação fluida com um reservatório de fluido associado como, por exemplo, ao primeiro reservatório de fluido 34 ou ao segundo reservatório de fluido, como mostrado na FIG. 2 e estão em comunicação fluida com uma extremidade de um cartucho de membrana associado como, por exemplo, à primeira extremidade 216 ou à segunda extremidade 220 do cartucho de membrana 212, como mostrado na FIG. 6.

Na prática, recorrendo à FIG. 6, um fluido a ser separado é alimentado à uma porção traseira 242 do primeiro adaptador de permeado 214. O fluido passa através das primeiras portas de fluido 244 na primeira extremidade 216 do cartucho de membrana 212. Componentes selecionados do fluido penetram pelos elementos de separação da membrana 222 e são coletados dentro do tubo de passagem de permeado 228. Os componentes penetrados são levados para dentro do primeiro e/ou segundo adaptadores de permeado, 214 e 218, pelo tubo de passagem de permeado 228 onde eles são descarregados do primeiro e/ou segundo adaptadores de permeado em um reservatório de permeado associado por portas de descarga de permeado, como é mostrado na FIG. 7. Componentes residuais ou de não permeado no fluido são concebidos na segunda extremidade 220 do cartucho de membrana 212 dentro do segundo adaptador de permeado 218 onde eles encerram uma porção traseira 246 do segundo adaptador de permeado 218 através das segundas portas de fluido 248.

Em uma configuração alternativa, como mostrado na FIG. 10, um sistema de separação 410 inclui um vaso de pressão 412 que contém um primeiro reservatório de fluido 414 adjacente a uma primeira extremidade 416 do vaso de pressão 412, um segundo reservatório de fluido 418 adjacente a uma segunda extremidade 420 do vaso de pressão 412, uma primeira montagem de chapa de tubo 422 adjacente ao primeiro reservatório de fluido 414, uma segunda montagem de chapa de tubo 424 adjacente ao segundo reservatório de fluido 418 e uma câmara de cartucho 426 disposta entre a primeira montagem de chapa de tubo 422 e a segunda montagem de chapa de tubo 424.

O primeiro reservatório de fluido 414 contém uma placa divisória 428 que se estende a partir da primeira extremidade 416 do vaso de pressão 412 para a primeira montagem de chapa de tubo 422. A placa divisória 428 define uma câmara de alimentação 430 em comunicação fluida com uma entrada de fluxo de alimentação 432 e uma câmara residual 434 em comunicação fluida com uma saída de fluxo residual 436. Conforme certas configurações, o segundo reservatório de fluido 418 pode estar em comunicação fluida com pelo menos uma porta de fluxo de fluido 446.

As primeira e segunda montagens de chapa de tubo, 422 e 424, respectivamente, definem um primeiro reservatório de permeado 438 e um segundo reservatório de permeado 440, respectivamente. O primeiro reservatório de permeado 438 está em comunicação fluida com pelo menos uma primeira saída de fluxo de permeado (não mostrado) e o segundo reservatório de permeado 440 está em comunicação fluida com pelo menos uma segunda saída de fluxo permanente (não mostrado).

A câmara de cartucho 426 inclui pelo menos uma primeira montagem de cartucho de membrana 442 e pelo menos uma segunda montagem de cartucho de membrana 444. A pelo menos uma primeira montagem de cartucho de membrana 442 e a pelo menos uma segunda montagem de cartucho de membrana 444 pode ser construída tal como descrito e mostrado na FIG. 6. A pelo menos uma primeira montagem de cartucho de membrana 442 se estende a partir da montagem da primeira chapa de tubo 422 para a montagem da segunda chapa de tubo 424 e está em comunicação fluida com a câmara de alimento 430, o primeiro reservatório de permeado 438, o segundo reservatório de permeado 440, e o segundo reservatório de fluido 418. A pelo menos uma segunda montagem de cartucho de membrana 444 se estende a partir da primeira montagem da chapa de tubo 422 para a segunda montagem da chapa de tubo 424 e está em comunicação fluida com a câmara residual 431, o primeiro reservatório de permeado 438, o segundo reservatório de permeado 440 e o segundo reservatório de fluido 418.

Na prática, um fluido é alimentado à câmara de alimentação 430 via uma entrada de fluxo de alimentação 432, e passa dentro de pelo menos uma primeira montagem de cartucho de membrana 442. Componentes selecionados do fluido penetram por elementos da membrana dispostos dentro o pelo menos uma primeira montagem de cartucho de membrana 442 e são coletados no primeiro reservatório de permeado 438 e/ou no segundo reservatório de permeado 440. Os componentes residuais ou de não permeado do fluido deixam a pelo menos uma primeira montagem de cartucho 442 e são coletados no segundo reservatório de fluido 418, também conhecido como um reservatório de reciclagem. O fluido residual ou de não permeado passa do segundo reservatório de fluido 418 para a pelo menos uma segunda montagem de membrana 444. Componentes selecionados do fluido residual penetram por elementos de membrana disponíveis dentro da pelo menos uma segunda montagem de cartucho de membrana 444 e são coletadas no primeiro reservatório de permeado 438 e/ou no segundo reservatório de permeado 440. O fluido restante que contém componentes de não permeado deixa pelo menos uma segunda montagem de cartucho de membrana 444 na câmara residual 434 onde é afastado do vaso de pressão 412 pela saída de fluxo residual 436. Um sistema de separação 410 operado desta maneira é geralmente conhecido ou chamado de um sistema de dupla-passagem. De acordo com algumas configurações, a placa divisória 428

pode ser montada dentro da primeira câmara de fluido 414 usando uma dobradiça ou fixador móvel semelhante tal que a placa divisória 428 pode ser movida para permitir acesso ao interior do vaso de pressão 412 tal uma via uma passagem para indivíduo 446 formada na primeira extremidade 416 do vaso de pressão 412. De acordo com outra configuração, a placa divisória 428 pode ser montada de forma a ser liberada dentro do primeiro reservatório de fluido 414 onde a placa divisória pode ser removida do primeiro reservatório fluido 414 para permitir acesso à primeira montagem de chapa de tubo 422 e/ou converter o sistema de separação 410 de um sistema de dupla-passagem para um sistema de única-passagem como descrito aqui acima.

O sistema de separação 410, de acordo com algumas configurações, pode incluir adicionalmente uma placa divisória tal como similar à placa divisória 428 colocada dentro do segundo reservatório de fluido 418 estendendo-se a partir da segunda extremidade 420 do vaso de pressão para a segunda montagem de chapa de tubo 424. Em uma tal configuração, a placa divisória 428 dentro do primeiro reservatório de fluido 414 pode definir primeira e segunda câmara de alimentação (por exemplo, câmaras 430 e 434, respectivamente) e a placa divisória dentro do segundo reservatório de fluido 418 pode definir primeiro e segundo reservatórios residuais opostos. A pelo menos uma primeira montagem de cartucho de membrana 442 se estende a partir da primeira montagem de tubo 422 para a segunda montagem de tubo (por exemplo, câmara 430), o primeiro reservatório de permeado 438, o segundo reservatório de permeado 440, e a primeira câmara residual oposta. A pelo menos uma segunda montagem de cartucho de membrana 444 se estende da primeira montagem de chapa de tubo 422 para a segunda montagem de chapa de tubo 424 e está em comunicação fluida com a segunda câmara de alimentação (por exemplo, câmara 434), o primeiro reservatório de permeado 438, o segundo reservatório de permeado 440, e a segunda câmara residual oposta. A primeira câmara residual está em comunicação fluida com uma primeira porta de fluxo de fluido 448 e a segunda câmara residual está em comunicação fluida com uma segunda porta de fluido (por exemplo, porta de fluxo de fluido 446). Uma sistema de separação 410 operado desta maneira geralmente permite ou provê uma virada para baixo de 50% (i.e., uma redução de 50% no volume de gás tratado dentro do sistema) quando o fluido é alimentado para uma das primeiras e segundas câmaras de alimentação (por exemplo, câmaras 430 e 434).

De acordo com algumas outras configurações, a placa divisória 428 pode estender-se pela primeira montagem de chapa de tubo 422 e definem os primeiro e segundo reservatórios de permeado nesse caso. Adicionalmente, ou alternativamente, uma placa divisória, semelhante à placa divisória 428, disposta dentro do segundo reservatório de fluido 418 pode estender-se pela segunda montagem de chapa de tubo 424 e pode definir primeiro e segundo reservatórios nisso.

De acordo com algumas configurações adicionais, duas ou mais placas divisórias, tais como, por exemplo, semelhantes à placa divisória 428, podem ser colocadas dentro do primeiro reservatório de fluido 414 para definir três ou mais câmaras de fluido na primeira extremidade 416 do vaso de pressão 412. Adicionalmente ou alternativamente, duas ou mais placas divisórias, como, por exemplo, semelhantes à placa divisória 428, podem ser dispostas dentro dos segundos reservatórios de fluidos 418 para definir três ou mais câmaras de fluido na segunda extremidade 420 do vaso de pressão 412.

De forma opcional, sistemas de separação conforme configurações selecionadas, como mostrado nas FIGS. 2 ou 10, podem incluir adicionalmente pelo menos uma porta de condensação (não mostrado) em comunicação fluida com uma câmara de cartucho associada, como a câmara de cartucho 72 mostrada na FIG. 2 ou a câmara de cartucho 426 mostrada na FIG. 10.

Em outra configuração, como mostrado na FIG. 11, um sistema de separação 510 inclui um vaso de pressão alongado 512 incluindo uma entrada de fluxo de alimentação (não mostrado), uma saída de fluxo residual (não mostrado) e pluralidade de saídas de fluxo de permeado 514. O sistema de separação 510 inclui adicionalmente uma pluralidade de montagens de cartucho de membrana 516 que se estendem de uma primeira extremidade para uma segunda extremidade do vaso de pressão 512. As montagens de cartucho de membrana 516, construídas como, por exemplo, mostrado na FIG. 6, inclui pelo menos um primeiro adaptador de permeado 518, construído como descrito e mostrado nas FIGS. 7-9, unido a um cartucho de membrana (não mostrado).

O sistema de separação 510 inclui adicionalmente uma pluralidade coletores 520 que se estendem pelo vaso de pressão 512 perpendicular à pluralidade de montagens de cartucho de membrana 516. Cada coletor de permeado 520 está em comunicação fluida com uma primeira saída de fluxo de permeado 522, uma segunda saída de fluxo de permeado 524, e pelo menos uma montagem de cartucho de membrana 516. Cada um da pluralidade de coletores de permeado 520 pode incluir uma pluralidade de entalhes de adaptador 526 para receber uma ou mais montagens de cartucho de membrana 516. Na prática, um entalhe de adaptador de membrana 526 recebe um adaptador de permeado 518 unido a uma montagem de cartucho de membrana correspondente 516.

De acordo com algumas configurações, o sistema de separação 510 pode incluir adicionalmente um reservatório de permeado (não mostrado) tendo pelo menos uma saída de fluxo de permeado para coletar o que permeou a partir da pluralidade de coletores de permeado 520. Tal reservatório de permeado pode estar na forma de um anel que circunda ou cerca o sistema de separação 510 tal que a primeira e segunda saídas de permeado, 522 e 524, respectivamente, de cada coletor de permeado 520 está em comunicação fluida com o reservatório de permeado. Na pratica, fluxos de permeado individuais da pluralidade de coletores de permeado 520 são combinados dentro do reservatório de permeado e tal fluxo de permeado combinado pode ser tirado do sistema de separação 510 usando um número reduzido de saídas de fluxo de permeado.

Em uma configuração adicional, como mostrado na FIG. 12, um sistema de separação 610 inclui um vaso de pressão alongado 612 incluindo uma entrada de fluxo de alimento (não mostrado), uma saída de fluxo residual (não mostrado) e uma pluralidade de saídas de fluxo de permeado 614. O sistema de separação inclui adicionalmente uma pluralidade de montagens de cartuchos de membrana 616 que estendem de uma primeira extremidade a uma segunda extremidade do vaso de pressão 612. As montagens de cartucho de membrana 616 incluem pelo menos um primeiro adaptador de permeado 618 preso a um cartucho de membrana (não mostrado).

O sistema de separação 610 inclui uma pluralidade de coletores de permeado 620 que se estendem pelo vaso de pressão 612 perpendicular à pluralidade de montagens de cartucho de membrana 616.

Cada coletor de permeado 620 inclui uma porção de coletor interna 622 disposta dentro do vaso de pressão 612. A porção de coletor interno 622 de cada coletor de permeado 620 é preso de forma que se pode soltar a uma primeira saída de fluxo de permeado 624 e/ou uma segunda saída de fluxo 626. Uma primeira extremidade 628 de pelo menos uma montagem de cartucho de membrana 616 é presa de forma que se pode soltar a uma porção de coletor interno 622 de um coletor de permeado associado 620.

Cada coletor de permeado 620 inclui adicionalmente um primeiro par de orlas de face elevada 630 e/ou um segundo par de orlas de face elevada 632. O primeiro par orlas de face elevada 630 prende de forma a poder soltar a porção de coletor interno 622 de um dos coletores de permeado 620 a uma primeira saída de fluxo de permeado 624 e o segundo par de orlas de face elevadas 632 prende de forma a poder soltar a porção de coletor interno 622 a um segundo fluxo de saída de permeado correspondente 626.

De acordo com algumas configurações, o sistema de separação 610 pode incluir adicionalmente um reservatório de permeado semelhante ao reservatório descrito acima junto com o sistema de separação 510.

Como descrito acima, a invenção provê um sistema de separação que incorpora uma pluralidade de montagens de cartucho de membrana dentro de um vaso de pressão que permite penetrar para ser transmitido da pluralidade de cartuchos de membrana em um ou mais reservatórios de permeado dentro do vaso de pressão onde o fluxo de permeado pode ser removido do sistema de separação por pelo menos uma porta de saída de fluxo. Assim, a invenção permite alimentar liberação de fluxo, remoção de fluxo residual, e remoção de fluxo de permeado formar uma quantidade de cartuchos de membrana em um número reduzido de locais.

Como detalhado aqui, melhorias e benefícios realizáveis pela prática incluem, um sistema de separação que produz ou resulta em acondicionamento melhorado no nível de deslizamento custo e peso da instalação reduzidos devido à eliminação de tubulações ou conexões de fluxo para cartuchos de membrana individual ou módulos, e flexibilidade aumentada relativo às configurações de fluxo sem requerer substituições significativas de hardware.

A invenção ilustrativamente descrita aqui pode ser adequadamente praticada na ausência de qualquer elemento, etapa, parte, componente ou ingrediente que não esteja especificamente descoberto aqui.

Enquanto na descrição detalhada precedente desta invenção ela foi descrita em relação a certas configurações preferidas, e muitos detalhes foram fixados a título de ilustração, será aparente para aqueles qualificados na técnica que a invenção é suscetível a configurações adicionais e que, alguns dos detalhes descritos aqui podem ser variados consideravelmente sem sair dos princípios básicos da invenção.

Claims (10)

1. Sistema de separação (10), caracterizado pelo fato de que inclui: um vaso de pressão alongado (12) tendo uma entrada de fluxo de alimentação (24), uma saída de fluxo residual (26) e pelo menos uma saída de fluxo de permeado (28); uma primeira montagem de chapa de tubo (32) colocada dentro do vaso de pressão (12) e definindo um primeiro reservatório de permeado (36) entre os mesmos, a primeira montagem de chapa de tubo (32) incluindo um primeiro par de chapas de tubo (38) e uma pluralidade de primeiras luvas (50, 110) colocadas entre os mesmos, o primeiro reservatório de permeado (36) em comunicação fluida com pelo menos uma saída de fluxo de permeado (28); um primeiro reservatório de fluido (34) colocado dentro do vaso de pressão (12) entre uma primeira extremidade (16) do vaso de pressão (12) e a primeira montagem de chapa de tubo (32); e uma pluralidade de montagens de cartucho de membrana (70,210) colocada dentro do vaso de pressão (12) e estendendo-se entre a primeira extremidade (16) e a segunda extremidade (18) do vaso de pressão (12), pelo menos uma montagem de cartucho de membrana (70, 210) incluindo um primeiro adaptador de permeado (214, 310) e um cartucho de membrana (212), o primeiro adaptador de permeado (214, 310) unido a uma primeira extremidade (216) do cartucho de membrana (212) e disposto dentro de uma das primeiras luvas (50, 110), o primeiro adaptador de permeado (214, 310) em comunicação fluida com o primeiro reservatório de fluido (34) e o primeiro reservatório de permeado (36).

2. Sistema de separação (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma montagem de cartucho de membrana (70, 210) inclui adicionalmente um tubo de passagem de permeado (228) estendendo-se a partir da primeira extremidade (216) do cartucho de membrana (212) para uma segunda extremidade (220) do cartucho de membrana (212).

3. Sistema de separação (10) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o primeiro adaptador de permeado (214, 310) inclui: uma porção frontal (312); uma porção traseira (314); e uma porção de corpo (316) estendendo-se entre a porção frontal (312) e a porção traseira (314), a porção de corpo (316) definindo um orifício cego central (318) para receber uma primeira extremidade (234) do tubo de passagem de permeado (228), uma pluralidade de primeiras portas de descarga de permeado (320) estendendo-se radialmente a partir do orifício cego central (318) para uma superfície externa (322) da porção de corpo (316), e uma pluralidade de portas de fluido (332) estendendo-se paralelas ao orifício cego central (318) a partir da porção frontal (312) para a porção traseira (314) e colocada entre as primeiras portas de descarga de permeado adjacentes (320).

4. Sistema de separação (10) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que cada primeira luva (50, 110) inclui uma pluralidade de primeiras aberturas de saída de permeado (118) pelo menos parcialmente alinhadas com a pluralidade de primeiras portas de descarga de permeado (320) do primeiro adaptador de permeado (214, 310) colocado aí.

5. Sistema de separação (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente uma segunda montagem de chapa de tubo (44) colocada dentro de um vaso de pressão (12) e definindo um segundo reservatório de permeado (48) entre os mesmos, a segunda montagem de chapa de tubo (44) incluindo um segundo par de chapas de tubo (62, 64) e uma pluralidade de segundas luvas (66, 110) colocadas entre os mesmos, a pluralidade de segundas luvas (66, 110) correspondendo à pluralidade de primeiras luvas (50, 110).

6. Sistema de separação (10) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente um segundo reservatório de fluido (46) colocado dentro do vaso de pressão (12) entre a segunda extremidade (18) do vaso de pressão (12) e a segunda montagem de chapa de tubo (44).

7. Sistema de separação (10) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma montagem de cartucho de membrana (70, 210) inclui adicionalmente um segundo adaptador de permeado (218, 310) unido a uma segunda extremidade (220) do cartucho da membrana (212), o segundo adaptador de permeado (218, 310) colocado dentro da segunda luva correspondente (66, 110) e em comunicação fluida com o segundo reservatório de permeado (48) e o segundo reservatório de fluido (46).

8. Sistema de separação (10) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o segundo adaptador de permeado (218, 310) inclui: uma porção frontal (312); uma porção traseira (314); e uma porção de corpo (316) estendendo-se entre a porção frontal (312) e a porção traseira (314), a porção de corpo (316) definindo um orifício cego central (318) para receber uma segunda extremidade (238) do tubo de passagem de permeado (228), uma pluralidade de segundas portas de descarga de permeado (320) estendendo-se radialmente a partir do orifício cego central (318) para uma superfície externa (322) da porção de corpo (316), e uma pluralidade de portas de fluido (332) estendendo-se paralelas ao orifício cego central (318) a partir da porção frontal (312) para a porção traseira (314) e colocada entre as primeiras portas de descarga de permeado adjacentes (320).

9. Sistema de separação (10) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que cada segunda luva (66, 110) inclui uma pluralidade de segundas aberturas de saída de permeado (118) pelo menos parcialmente alinhadas com a pluralidade de segundas portas de descarga (320) do segundo adaptador de permeado (218, 310) colocado aí.

10. Sistema de separação (510, 610), caracterizado pelo fato de que inclui: um vaso de pressão alongado (512, 612) incluindo uma entrada de fluxo de alimentação, uma saída de fluxo residual e uma pluralidade de saídas de fluxo de permeado (514, 614); uma pluralidade de montagens de cartucho de membrana (516,616) colocados dentro e estendendo-se a partir de uma primeira extremidade para uma segunda extremidade do vaso de pressão (512, 612), em pelo menos uma montagem de cartucho de membrana (516, 616) incluindo um primeiro adaptador de permeado (518, 618) e um cartucho de membrana, o primeiro adaptador de permeado (518, 618) unido à primeira extremidade do cartucho de membrana; e uma pluralidade de coletores de permeado (520, 620) estendendo-se através do vaso de pressão (512, 612) perpendicular à pluralidade de montagens de cartuchos de membrana (516, 616), cada coletor de permeado (520, 620) em comunicação fluida com uma primeira saída de fluxo de permeado (522, 622), uma segunda saída de fluxo de permeado (524,624) e pelo menos uma montagem de cartucho de membrana (516,616).