ES2225653T3 - Descolmatacion de un filtro de fibras huecas que funciona en modo frontal. - Google Patents
Descolmatacion de un filtro de fibras huecas que funciona en modo frontal.Info
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Abstract
Procedimiento de descolmatación de un filtro de fibras huecas que funciona en modo frontal, comprendiendo el filtro un cuerpo (1) de filtro que sujeta las fibras huecas (9) en posición vertical, siendo el líquido a filtrar introducido en el volumen del cuerpo (1) de filtro por la parte inferior, siendo el filtrado retirado por la parte superior del filtro, comprendiendo el procedimiento de descolmatación una retro-inyección de gas en las fibras huecas (9), caracterizado porque comprende igualmente una puesta en circulación de líquido de descolmatación en el volumen del cuerpo (1) de filtro, haciéndose esta circulación de líquido desde arriba hacia abajo del cuerpo de filtro.
Description
Descolmatación de un filtro de fibras huecas que
funciona en modo frontal.
La invención se refiere a un procedimiento de
descolmatación de un filtro de fibras huecas que funciona en modo
frontal. Se refiere igualmente a un dispositivo de filtración que
permite la aplicación de este procedimiento.
La invención permite mejorar los rendimientos de
este tipo de equipo de separación de sólidos/líquido.
En la filtración frontal de una suspensión que
contiene partículas sólidas de pequeñas a muy pequeñas dimensiones,
la separación de sólidos/líquido se puede efectuar por medio de
medios filtrantes en forma de fibras huecas orgánicas bajo la acción
de una presión suficiente para asegurar la transferencia del líquido
del exterior de las fibras hacia el interior de ellas.
Las fibras utilizadas, ensambladas paralelamente
en haces en un cuerpo de filtro, están dispuestas de manera que se
puede recuperar en un solo circuito la totalidad del líquido
filtrado. Por el contrario, los sólidos depositados sobre la
superficie externa de las fibras permanecen en posición hasta que su
acumulación implica una pérdida de carga que disminuye igualmente la
presión de filtración con una bajada en consecuencia de la
producción de líquido filtrado. Cuando la producción de líquido
filtrado alcanza un umbral inferior de referencia, se debe proceder
a la descolmatación de las fibras. Esta descolmatación requiere una
detención de la separación de sólidos/líquido para implantar una
técnica apropiada de descolmatación que debe permitir retirar de la
superficie de las fibras las partículas depositadas sobre ellas,
después de retirar del cuerpo de filtro la totalidad de los sólidos
en una purga general del sistema. Las fibras descolmatadas son
entonces capaces de retomar su función de separación de
sólidos/líquido. Es por lo tanto un modo de funcionamiento
secuencial que reúne una fase de filtración, una fase de
descolmatación y una fase de purga de filtro.
Los filtros de fibras huecas orgánicas están
implantados desde hace más de veinte años en diversos campos en los
que existen necesidades de separación de sólidos/líquido. Presentan
la ventaja de una superficie filtrante grande con una obstrucción
despreciable.
Las fibras orgánicas están disponibles en
diversos materiales (PVA o alcohol polivinílico, PS o polisulfona,
etc.) y se obtienen mediante extrusión en las siguientes dimensiones
aproximadas:
- diámetro externo entre 0,3 y 3 mm,
- diámetro interno entre 0,15 y 2 mm,
- longitudes según demanda, hasta varios
metros.
Las fibras son ensambladas en gavillas o haces de
varios millares de fibras de igual longitud. Pueden estar sujetas
por un extremo y obturadas por el otro extremo que queda libre.
Pueden asimismo estar sujetas por sus dos extremos que quedan
abiertos. Los dos extremos de las fibras pueden estar opuestos
(fibras rectas) o situados al mismo nivel (fibras en U).
Las fibras son porosas, con diámetros de poro
d_{p} que permiten la detención total de las partículas más finas
presentes en el fluido a tratar (típicamente, d_{p} es mayor o
igual que 0,1 \mum). En medio líquido, una medida de "presión de
punto de burbuja" permite alcanzar esta dimensión media d_{p},
siendo la presión de aire del punto de burbuja tanto más alta cuanto
que d_{p} es pequeño.
Los haces o gavillas de fibras se montan como una
unidad o en paralelo en las carcasas adecuadas o cuerpos de filtro
susceptibles de asegurar la admisión bajo presión (menor o igual que
3 bar), por abajo o por arriba, de un fluido a filtrar. Los cuerpos
de filtro permiten asegurar igualmente la retirada del fluido
filtrado, entendiéndose que existe en el cuerpo de filtro, por su
diseño, un aislamiento total del circuito de suministro de fluido a
filtrar y del circuito de retirada de fluido filtrado.
Por encima de la referencia inferior de
producción de líquido filtrado, la descolmatación de este tipo de
filtro se efectúa bien por retro-inyección de
líquido filtrado durante un período de tiempo suficiente para
provocar el desprendimiento de las partículas sólidas de la
superficie de las fibras o bien por retro-inyección
de gas bajo presión durante un período de tiempo equivalente (véase
la patente US-4540490). La
retro-inyección significa que, durante un corto
espacio de tiempo, un fluido líquido o gaseoso circula en sentido
inverso al sentido normal de filtración, por lo tanto desde el
interior de las fibras hacia el exterior de ellas bajo la acción de
una presión mecánica suficiente. En el caso de una
retro-inyección de líquido, esta presión puede ser
débil, media o fuerte. En el caso de una
retro-inyección de gas (aire o nitrógeno, por
ejemplo), esta presión debe ser superior a la presión de punto de
burbuja de las fibras, que depende del diámetro de poro d_{p}.
En el modo de descolmatación por
retro-inyección de gas, para un cuerpo de filtro en
posición vertical, se produce entonces la ascensión de las burbujas
de gas sobre la cara externa de las fibras que se encuentran en una
fase líquida que contiene los sólidos desplazados desde la
superficie de las fibras. La purga de la mezcla de sólidos/líquido
contenida en el cuerpo de filtro, que sigue a la fase de
descolmatación, se facilita mediante un posicionamiento vertical del
cuerpo de filtro y mediante un montaje de las fibras en el que sólo
la parte superior de ellas está sujeta en el cuerpo, quedando libre
la parte inferior. Este tipo de purga se dificulta mediante
cualquier otro montaje.
Este modo de descolmatación se debe realizar en
un mínimo de tiempo, con poca frecuencia, a la vez que se provoca
una eliminación máxima de los sólidos depositados sobre las fibras.
En el caso contrario, da como resultado una pérdida de productividad
y una colmatación residual que, acumulada secuencia tras secuencia,
requiere a largo plazo una limpieza química de las fibras. Tal
limpieza química es limitadora y produce efluentes secundarios. A
título indicativo, la limpieza se debe efectuar una vez al día. Toda
la pericia del operario consiste por lo tanto en controlar bien la
filtración (mediante sus parámetros específicos) y la descolmatación
por retro-inyección.
La adherencia de las partículas sobre la
superficie de las fibras depende de numerosos parámetros. Se pueden
citar principalmente:
- la naturaleza de las partículas y la naturaleza
de las fibras (interacciones
partícula-superficie),
- la composición salina del líquido que contiene
las partículas (siendo la salinidad débil favorable para la
adherencia de las partículas sobre las fibras) o la característica
química particular del mismo líquido (pH),
- la presión mecánica de filtración (favoreciendo
las presiones elevadas la incrustación o la penetración de las
partículas en las fibras porosas).
La adherencia complementaria de partículas sobre
una primera capa de partículas, que depende de los mismos
parámetros, conduce a una estructura de tipo "pastel".
La retirada de las partículas o del pastel
depositado sobre la superficie de las fibras es entonces el
resultado de acciones mecánicas diversas que se ejercen entre la
superficie de las fibras y la primera capa de partículas, inducidas
mediante el paso forzado de un fluido líquido o gaseoso, además de
mediante la ascensión de burbujas de gas en el seno del haz de
fibras en el último caso.
La retirada de las partículas o del pastel rotos
durante la purga es tanto más eficaz cuanto que es rápida y existe
al nivel de las fibras una cierta libertad de movimiento.
La presente invención ha sido concebida para
permitir una retirada particularmente eficaz y rápida de las
partículas o del pastel depositados sobre la superficie de las
fibras huecas.
Tiene por objeto un procedimiento de
descolmatación de un filtro de fibras huecas que funciona en modo
frontal, comprendiendo el filtro un cuerpo de filtro que sujeta las
fibras huecas en posición vertical, siendo introducido por abajo en
el volumen del cuerpo de filtro el líquido a filtrar, siendo
retirado el filtrado por arriba del filtro, comprendiendo el
procedimiento de descolmatación una retro-inyección
de gas en las fibras huecas, caracterizado porque comprende
igualmente la puesta en circulación de líquido de descolmatación en
el volumen del cuerpo de filtro, haciéndose esta circulación de
líquido desde arriba hacia abajo del cuerpo de filtro.
Ventajosamente, dicha puesta en circulación de
líquido de descolmatación consiste en hacer circular el líquido a
filtrar que queda en el cuerpo de filtro gracias a un circuito
acoplado en paralelo sobre el cuerpo de filtro.
El líquido de descolmatación puede circular con
un caudal que permite el arrastre temporal de burbujas del gas
retro-inyectado en las fibras huecas.
Preferentemente, la fase de descolmatación es
debida a la superación de un valor de referencia elegido de entre
una referencia de caudal de filtración mínimo y una referencia de
volumen acumulado de filtrado máximo.
Según un modo particular de implantación, la fase
de descolmatación comprende las etapas siguientes:
- detención de la introducción del líquido a
filtrar en el cuerpo de filtro,
- seguidamente, puesta a una presión exterior de
la parte superior del filtro,
- seguidamente, retro-inyección
de gas en las fibras huecas a una presión superior a la presión de
punto de burbuja, y
- puesta en circulación simultánea del líquido de
descolmatación.
El gas retro-inyectado se puede
elegir de entre aire, nitrógeno y los otros gases neutros.
Ventajosamente, el procedimiento comprende una
etapa suplementaria final que consiste en vaciar el cuerpo de
filtro.
La presente invención tiene también por objeto un
dispositivo de filtración que comprende un filtro de fibras huecas
que funciona en modo frontal, comprendiendo el filtro un cuerpo de
filtro que sujeta las fibras huecas en posición vertical,
comprendiendo el cuerpo de filtro medios de introducción del líquido
a filtrar en el volumen del cuerpo de filtro, estando situados estos
medios de introducción en la parte inferior del cuerpo de filtro,
comprendiendo el filtro medios de retirada del filtrado y de
retro-inyección de un gas de descolmatación situados
en la parte superior del cuerpo de filtro, caracterizado porque el
dispositivo comprende un circuito de ayuda a la descolmatación de
las fibras huecas, permitiendo este circuito una introducción de
líquido de descolmatación en la parte superior del volumen del
cuerpo de filtro y su retirada por la parte inferior del cuerpo de
filtro.
Preferentemente, las fibras huecas están sujetas
únicamente por sus extremos superiores.
El cuerpo de filtro puede comprender un difusor
que permite distribuir el líquido a filtrar en el volumen del cuerpo
de filtro. Tal difusor presenta la ventaja de provocar una apertura
parcial "en paraguas" del haz de fibras, que favorece una
distribución homogénea del líquido introducido sobre las fibras y
evita una acumulación localizada de las partículas sobre algunas
fibras periféricas.
Preferentemente, el circuito de ayuda a la
descolmatación es un circuito acoplado en paralelo sobre el cuerpo
de filtro y que permite hacer circular, en el transcurso de una fase
de descolmatación, el líquido a filtrar que queda en el cuerpo de
filtro. Este circuito de ayuda a la descolmatación puede comprender
una válvula de apertura/cierre, por ejemplo de membrana, y una bomba
que puede ser elegida de entre las bombas de tipo centrífugo,
peristáltico y de vórtice.
La invención se comprenderá mejor y otras
ventajas y características se pondrán de manifiesto de la lectura de
la descripción que viene a continuación, dada a modo de ejemplo no
limitativo, acompañada de los dibujos adjuntos, de los cuales:
la figura 1 es una vista esquemática en corte
vertical de un dispositivo de filtración según la invención,
representado en fase de filtración,
la figura 2 es una vista esquemática en corte
vertical del dispositivo de filtración que corresponde a la figura 1
pero representado en fase de descolmatación.
El dispositivo de filtración representado en la
figura 1 comprende un cuerpo 1 de filtro en forma de cilindro
vertical cerrado por sus extremos. Su extremo inferior comprende un
orificio 2 acoplado a un conducto 3 de introducción de líquido a
filtrar. Su extremo superior comprende un orificio 4 acoplado a un
conducto 5 de retirada de filtrado. El conducto 5 está equipado con
una válvula 17. Entre la válvula 17 y el orificio 14 de retirada, un
conducto 18, equipado con una válvula 19, está conectado al conducto
5.
La parte superior del cuerpo 1 de filtro está
provista de una placa 6 que divide el cuerpo de filtro en una cámara
7 de retirada, orientada hacia el orificio 4 de retirada, y una
parte 8 más importante llamada volumen del cuerpo de filtro. La
placa 6 sujeta un haz de fibras huecas 9 de las que solamente se han
representado algunas. Las fibras están obturadas por su extremo
inferior. La superficie exterior de las fibras huecas está también
en contacto con el líquido a filtrar que se introduce en el volumen
8 del cuerpo de filtro cuando se abre la válvula 10 de admisión. El
interior de las fibras huecas 9 se comunica con la cámara 7 de
retirada.
La parte inferior del cuerpo 1 de filtro
comprende un difusor 11 de fluido que entrega un flujo de líquido
homogéneo sobre las fibras huecas 9. Siendo las fibras flexibles y
estando sujetas únicamente por su extremo superior, el flujo de
líquido a filtrar provoca la apertura parcial "en paraguas" del
haz de fibras.
El filtro según la invención implica además un
circuito acoplado en paralelo sobre el cuerpo de filtro. Este
circuito está constituido principalmente por un conducto 12
acoplado, por la parte inferior, sobre el conducto 3 de introducción
de líquido a filtrar, entre el orificio 2 y la válvula 10 de
admisión. El conducto 12 está acoplado, por la parte superior, sobre
el cuerpo 1 de filtro, justo por debajo de la placa 6. Está equipado
con una bomba 13 y con una válvula 14. La bomba 13 puede ser de tipo
centrífugo, peristáltico o de vórtice. La válvula 14 es, por
ejemplo, una válvula de membrana.
Una tubería 15 de ventilación equipada con una
válvula 16 está acoplada en la parte superior del cuerpo 1 de
filtro, justo por debajo de la placa 6.
En la fase de filtración, la bomba 13 se detiene
y las válvulas 14, 16 y 19 se cierran. Abriéndose la válvula 10, el
líquido a filtrar se introduce por el conducto 3 en el cuerpo 1 de
filtro. El filtrado procedente del interior de las fibras huecas 9
desemboca en la cámara 7 de retirada para ser retirado por el
conducto 5.
conducto 5.
La orden de descolmatación de las fibras huecas
puede estar supeditada a dos referencias particulares: una
referencia de caudal de filtración mínimo o una referencia de
volumen acumulado de filtrado. Esta segunda referencia permite
controlar la cantidad de sólidos depositados por unidad de
superficie filtrante.
Una u otra referencia de descolmatación
provoca:
- la detención de la admisión del fluido a
filtrar mediante el cierre de la válvula 10,
- el cierre de la válvula 17,
- la apertura de la ventilación del cuerpo de
filtro mediante la apertura de la válvula 16,
- la apertura de la válvula 19 para la
retro-inyección de un gas (del aire o del nitrógeno)
mediante el conducto 18 y la porción de conducto 5 conectado al
orificio 4, estando el gas a una presión ligeramente superior a la
presión de burbuja,
- la apertura de la válvula 14 y la puesta en
marcha de la bomba 13 para la recirculación del volumen muerto de
fluido en el cuerpo 1 de filtro.
La retro-inyección de gas y la
recirculación del fluido son dos operaciones que son ventajosamente
simultáneas.
Se produce entonces, en el cuerpo de filtro y en
el circuito de derivación, una circulación de una mezcla de
líquido-sólido-gas. La bomba 13
permite la obtención, en el cuerpo de filtro y a nivel de las
fibras, de una velocidad media de descenso del líquido y de los
sólidos de aproximadamente 4 a 5 cm/seg. Existe, en el cuerpo de
filtro, a nivel de las fibras huecas, un desplazamiento de las
burbujas de gas que puede ser temporalmente de ascenso o de descenso
de acuerdo con el tamaño de las burbujas. Hay rozamiento o golpes
entre partículas entre las partículas libres y las partículas
todavía adheridas a la superficie de las fibras. Se produce una
agitación de las fibras entre ellas como consecuencia de las
diversas circulaciones de fluidos.
Todas estas consecuencias implican un mejor
desprendimiento de las partículas de la superficie de las fibras
bajo la acción de diversas restricciones (o gradientes) debidas al
líquido y/o al gas, bajo la acción de los rozamientos entre
partículas.
Después de un tiempo suficiente de descolmatación
(algunos minutos), la purga del cuerpo de filtro se efectúa en las
condiciones conocidas por el experto en la técnica mediante el
vaciado del cuerpo de filtro. La fase de filtración se reanuda
después del rellenado del cuerpo de filtro con el líquido a
filtrar.
Con relación a las técnicas de descolmatación de
la técnica conocida mencionadas anteriormente, será evidente que la
invención permite reducir la frecuencia de la descolmatación química
de un día a una semana, lo que muestra la eficacia de la
invención.
Claims (15)
1. Procedimiento de descolmatación de un filtro
de fibras huecas que funciona en modo frontal, comprendiendo el
filtro un cuerpo (1) de filtro que sujeta las fibras huecas (9) en
posición vertical, siendo el líquido a filtrar introducido en el
volumen del cuerpo (1) de filtro por la parte inferior, siendo el
filtrado retirado por la parte superior del filtro, comprendiendo el
procedimiento de descolmatación una retro-inyección
de gas en las fibras huecas (9), caracterizado porque
comprende igualmente una puesta en circulación de líquido de
descolmatación en el volumen del cuerpo (1) de filtro, haciéndose
esta circulación de líquido desde arriba hacia abajo del cuerpo de
filtro.
2. Procedimiento de descolmatación según la
reivindicación 1, caracterizado porque dicha puesta en
circulación de líquido de descolmatación consiste en hacer circular
el líquido a filtrar que queda en el cuerpo (1) de filtro gracias a
un circuito (12) acoplado en paralelo sobre el cuerpo (1) de
filtro.
3. Procedimiento de descolmatación según la
reivindicación 1, caracterizado porque el líquido de
descolmatación circula con un caudal que permite el arrastre
temporal de burbujas de gas retro-inyectado en las
fibras huecas (9).
4. Procedimiento de descolmatación según la
reivindicación 1, caracterizado porque la fase de
descolmatación es consecuencia de la superación de un valor de
referencia elegido de entre una referencia de caudal de filtración
mínimo y una referencia de volumen acumulado de filtrado.
5. Procedimiento de descolmatación según la
reivindicación 1, caracterizado porque la fase de
descolmatación comprende las etapas siguientes:
- detención de la introducción del líquido a
filtrar en el cuerpo (1) de filtro,
- seguidamente, puesta a una presión exterior de
la parte de arriba del filtro,
- seguidamente, retro-inyección
del gas en las fibras huecas (9) a una presión superior a la presión
de punto de burbuja, y
- puesta en circulación simultánea del líquido de
descolmatación.
6. Procedimiento de descolmatación según la
reivindicación 1, caracterizado porque el gas retro-
inyectado se elige de entre aire, nitrógeno y los otros gases neutros.
inyectado se elige de entre aire, nitrógeno y los otros gases neutros.
7. Procedimiento de descolmatación según
la
reivindicación 1, caracterizado porque comprende una etapa suplementaria final que consiste en vaciar el cuerpo (1) de filtro.
reivindicación 1, caracterizado porque comprende una etapa suplementaria final que consiste en vaciar el cuerpo (1) de filtro.
8. Dispositivo de filtración que comprende un
filtro de fibras huecas que funciona en modo frontal, comprendiendo
el filtro un cuerpo (1) de filtro que sujeta las fibras huecas (9)
en posición vertical, comprendiendo el cuerpo (1) de filtro medios
(2) de introducción del líquido a filtrar en el volumen del cuerpo
(1) de filtro, estando situados estos medios (2) de introducción en
la parte inferior del cuerpo (1) de filtro, comprendiendo el filtro
medios (4) de retirada del filtrado y de
retro-inyección de un gas de descolmatación situados
en la parte superior del cuerpo (1) de filtro, caracterizado
porque el dispositivo comprende un circuito (12) de ayuda a la
descolmatación de las fibras huecas (9), permitiendo este circuito
una introducción de líquido de descolmatación en la parte superior
del volumen del cuerpo (1) de filtro y su retirada por la parte
inferior del cuerpo de filtro.
9. Dispositivo de filtración según la
reivindicación 8, caracterizado porque las fibras huecas (9)
están sujetas como una unidad por sus extremos superiores.
10. Dispositivo de filtración según la
reivindicación 8, caracterizado porque el cuerpo (1) de
filtro comprende un difusor (11) que permite distribuir el líquido a
filtrar en el volumen del cuerpo de filtro.
11. Dispositivo de filtración según la
reivindicación 8, caracterizado porque la parte superior del
cuerpo (1) de filtro está unida a una ventilación.
12. Dispositivo de filtración según la
reivindicación 8, caracterizado porque el circuito de ayuda a
la descolmatación es un circuito (12) acoplado en paralelo sobre el
cuerpo (1) de filtro y que permite hacer circular, en el transcurso
de una fase de descolmatación, el líquido a filtrar que queda en el
cuerpo (1) de filtro.
13. Dispositivo de filtración según la
reivindicación 12, caracterizado porque el circuito de ayuda
a la descolmatación comprende una válvula (14) de apertura/cierre y
una bomba (13).
14. Dispositivo de filtración según la
reivindicación 13, caracterizado porque la bomba (13) se
elige de entre las bombas de tipo centrífugo, peristáltico y de
vórtice.
15. Dispositivo de filtración según la
reivindicación 13, caracterizado porque la válvula (14) es
una válvula de membrana.
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