ES2243491T3 - Metodo de recubrimiento mediante un gel para la produccion de menbranas huecas de filtrado. - Google Patents
Metodo de recubrimiento mediante un gel para la produccion de menbranas huecas de filtrado.Info
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Abstract
Método de recubrimiento de membranas de fibras huecas en un cabezal, caperuza o extremo de un módulo que comprende las siguientes etapas: (a) reunir una serie de membranas de fibras huecas conjuntamente; (b) insertar los extremos de las membranas en un contenedor, poseyendo el gel viscosidad suficiente para no ascender por capilaridad a las fibras significativamente y densidad suficiente para no flotar en la parte superior del líquido de fijación a colocar en el recipiente por encima del líquido de recubrimiento fugitivo; (c) colocar líquido de fijación en el recipiente sobre el gel, cuyo líquido de fijación rodea cada membrana y luego pasa a ser un sólido conectado de manera estanca al exterior de cada membrana pero sin bloquear las cámaras de las mismas; (d) seprara el gel del líquido de fiación después de que éste ha solidificado; y (e) efectuar la unión del líquido de fijación solidificado a la cubeta de un cabezal, caperuza o extremo de un módulo en una posición en la que los extremos abiertos de las membranas pueden encontrarse en comunicación de fluido con un canaldelíquido líquido que han atravesado o permeado del cabezal.
Description
Método de recubrimiento mediante un gel para la
producción de membranas huecas de filtrado.
La presente invención se refiere a métodos para
el recubrimiento de membranas de fibras huecas de filtrado en un
cabezal o soporte y se refiere asimismo a cabezales o soportes de
membranas de fibras huecas con recubrimiento.
Para filtrar o permitir la permeación con
membranas de fibras huecas, se deben fijar en un cabezal o soporte
un gran número de delgadas fibras huecas de manera que las
superficies externas de cada una de ellas queden completamente
estanqueizadas con respecto al exterior de dicho cabezal o soporte,
pero que las cámaras internas o pasos de las fibras estén abiertos a
un espacio interno de dicho cabezal o soporte. El espacio interno
del cabezal o soporte es conectado a continuación a una fuente de
succión o de presión para crear una presión transmembrana a través
de las paredes de las membranas.
En la Patente USA Nº 5.639.373, los extremos de
una serie de fibras separadas entre sí están sumergidos en un
líquido con capacidad de desplazamiento o "fugitivo", tal como
una cera, hasta que dicho líquido "fugitivo" se solidifica
alrededor de aquéllas. Un líquido de fijación, tal como una resina,
es vertido a continuación sobre el líquido fugitivo y se deja
endurecer alrededor de las membranas. El líquido fugitivo es
eliminado a continuación, por ejemplo, por calentamiento o por
disolución, dejando las cámaras o pasos de las membranas abiertas al
espacio previamente ocupado por dicho líquido fugitivo. En la
Patente USA Nº 6.042.677, se utiliza un procedimiento similar pero
el conjunto de las fibras es retenido en un lecho de material
pulverulento y se utiliza en lugar del líquido fugitivo
solidificado.
En la Patente USA Nº 5.922.201, se realiza una
fibra hueca continua formando una tela de manera tal que las
longitudes adyacentes de las fibras están separadas entre sí y no
tienen extremos abiertos. Un borde de la tela es insertado en un
recipiente de resina líquida que es centrifugada o sometida a
vibración en su curado para favorecer el flujo hacia adentro de los
espacios situados entre las fibras. Después de que la resina se ha
curado, el bloque de resina y fibras es cortado para separar la tela
en tramos individuales de fibras que tienen extremos abiertos. El
bloque de resina es encolada a continuación o fijada a través de
juntas al resto del soporte o cabezal. La utilización de una
centrifugadora y la necesidad de fijar posteriormente el bloque ya
curado de resina al resto de dicho soporte o cabezal aumentan los
costes y complejidad del método. Además, los extremos de las fibras
se pueden averiar cuando dichas fibras son cortadas mientras son
encajadas en la resina.
En la solicitud de Patente europea Nº EP 0 931
582, se utiliza un tubo elástico como cabezal o soporte. Se corta
una abertura en el tubo y se constituye un reborde alrededor de la
abertura. Los extremos abiertos de las membranas de fibras huecas
son insertados separados en una línea dentro de la abertura
efectuando tracción en primer lugar de la abertura para abrirla y
dejándolo que se cierre sobre las membranas. Se vierte resina
líquida sobre los extremos de las membranas, quedando retenida en su
lugar por el reborde
hasta que efectúa su curado. La tensión superficial impide que la resina fluya hacia afuera de la abertura en espacios entre fibras adyacentes pero solamente una capa única de fibras queda aplicada como recubrimiento en cada abertura.
hasta que efectúa su curado. La tensión superficial impide que la resina fluya hacia afuera de la abertura en espacios entre fibras adyacentes pero solamente una capa única de fibras queda aplicada como recubrimiento en cada abertura.
Los inventores han observado que varias
dificultades aparecen con el método de la Patente USA Nº 5.639.373.
Una de dichas dificultades es que el líquido "fugitivo"
asciende por las fibras por capilaridad hasta una cierta altura de
capilaridad. A efectos de asegurar una unión satisfactoria en el
exterior de las fibras, el líquido de fijación es aplicado a una
profundidad que supera, en la distancia requerida, la altura de
capilaridad del líquido fugitivo. Con fibras de gran diámetro, por
ejemplo, unos 2,0 mm de diámetro exterior, la altura de capilaridad
es de unos 2 a 10 mm. Esto requiere un cierto exceso de líquido de
fijación que debe ser utilizado con un cierto incremento de costes,
pero la cantidad en exceso de líquido de fijación es controlable.
Con fibras de menor diámetro, por ejemplo, 1,0 mm de diámetro
exterior o menos, la altura de capilaridad del líquido fugitivo
puede ser de 5 a 20 mm. Particularmente, para estas alturas de
capilaridad, el exceso de grosor requerido del líquido de fijación
se hace significativo y poco deseable.
Otra dificultad con el método de la Patente USA
Nº 5.639.373 es que las fibras están organizadas en una relación
separada antes de su inserción en el líquido fugitivo. Esto se
realiza porque el líquido fugitivo, una vez solidificado, mantiene
las fibras en la relación que existe cuando éstas están situadas en
el líquido fugitivo. Si bien una capa muy profunda del líquido de
fijación puede separar de manera adecuada una disposición al azar de
fibras fijadas en el líquido fugitivo solidificado, la separación
previa de las fibras es una solución preferente aunque añade una
fase al proceso de la Patente USA Nº 5.639.373.
Otra dificultad adicional del proceso de la
Patente USA Nº 5.639.373 es que el líquido fugitivo es
frecuentemente difícil de manipular. Los líquidos fugitivos
solidificados que se disuelven con disolvente generan problemas de
manipulación de disolvente y de eliminación del mismo, y limitan la
elección del material de la cubeta del permeado a aquellos que no
reaccionan con el disolvente. Los líquidos fugitivos solidificados
que se tienen que fundir son realizados de manera típica en una cera
de manera que su temperatura de fusión es baja. No obstante, las
ceras reaccionan con muchos materiales de la cubeta que son, por
otra parte, adecuados y pueden también producir reacciones menores
controlables pero poco deseables con las resinas de fijación
utilizables. Por estas razones, las cubetas del permeado que se
utilizan con el proceso de la Patente USA 5.639.373 están realizadas
típicamente en plásticos reforzados con fibra de vidrio que tienen
un precio elevado.
Finalmente, en ciertos casos, se presentan
dificultades en el recubrimiento de los mencionados cabezales o
soportes con "torsión de fibras". En la torsión de fibras, el
líquido de fijación sube en las fibras en 1 a 2 cm antes de
endurecer y une dos (o incluso unas cuantas) fibras entre sí en una
distancia corta por encima de la parte superior del cabezal. Por
esta razón, un lado de la base de la fibra puede estar fijado a otra
fibra mientras que el otro lado de la base de la fibra no está
contenido en el líquido de fijación solidificado. Bajo la acción de
una aireación intensa o manipulación física de las membranas
(típicamente, de forma no intencionada durante la expedición o
mantenimiento o intencionadamente como parte de una eliminación
física de posos), la base de la fibra puede ser doblada hacia su
lado no retenido. La fibra puede sufrir averías si se desprende de
la resina que la une a una fibra adyacente. En particular, en el
caso de que se utilicen membranas de tipo combinado (tales como una
trenza dotada de recubrimiento tal como se describe en la Patente
USA Nº 5.472.607 o una membrana de polisulfonas con recubrimiento de
PVDF), la capa externa se puede pegar a la resina mientras que el
resto de la fibra se desprende. Dado que el recubrimiento externo
contiene de manera típica los poros más reducidos, se crea una
defecto en la fibra. Los inventores han observado torsión de las
fibras con el método de la Patente USA Nº 5.639.373 pero creen que
probablemente se encuentre presente en todos los métodos de la
técnica anterior que se han descrito. Los inventores esperan que la
torsión de fibras deje de ser preocupación con cabezales
centrifugados, si bien en estos casos el coste y complejidad de la
centrifugación son por su parte un problema. Como resumen, los
inventores han observado muchos campos en los que se puede mejorar
la tecnología de recubrimiento de membranas, incluido el proceso de
la Patente USA Nº 5.639.373.
Es un objetivo de la presente invención mejorar
la técnica conocida. Estos objetivos se consiguen mediante la
combinación de características, etapas funcionales o ambas que
forman parte de las reivindicaciones.
En diferentes aspectos, la invención da a conocer
un método para el recubrimiento de membranas de fibras huecas de
filtrado en un soporte o cabezal, de acuerdo con las modificaciones
1 a 14. Una serie de membranas de fibras huecas se recogen entre sí
y sus extremos abiertos se pueden insertar en un gel en un
contenedor. El gel tiene suficiente viscosidad y tensión superficial
de manera que no sube por capilaridad en las fibras de manera
significativa y tiene suficiente densidad para permanecer por debajo
de un líquido de fijación, de manera típica, una resina sin curar,
que se coloca por encima del gel. El líquido de fijación rodea cada
una de las membranas, y a continuación pasa a ser un sólido
conectado con características de estanqueidad al exterior de cada
una de las membranas, pero que no bloquea las cámaras o pasos de las
membranas.
Las membranas tienen preferentemente diámetros
externos de aproximadamente 1 mm o menos, por ejemplo, comprendidos
entre 0,5 y 0,7 mm. La serie de membranas de fibras huecas se puede
disponer antes de su recubrimiento al azar en un haz. Si se disponen
al azar antes del recubrimiento, la densidad de la colocación y el
material de gel y la membrana se seleccionan preferentemente y de
manera tal que el gel tiende a dispersar las membranas y crea una
disposición deseable de gran proximidad entre sí. El líquido de
fijación humedece asimismo las membranas y además las separa unas de
otras. Dado que los extremos de las membranas están solamente
retenidas de forma parcial por el gel, el líquido de fijación puede
rodearlos y separar las membranas aunque algunas de ellas
inicialmente establecen contacto entre sí en el gel. De manera
alternativa, las membranas pueden ser dispuestas previamente de
manera que se encuentren con gran proximidad entre sí antes de
insertar sus extremos abiertos en el gel, particularmente si se
desea una separación predeterminada.
Preferentemente, el método de recubrimiento es
llevado a cabo en el cabezal o soporte. Las cubetas del cabezal o de
soporte se preparan en el material que es sustancialmente no
reactivo con el líquido o gel de fijación. Esto comprende de manera
típica una amplia gama de materiales en los que el ABS es preferente
a causa de su coste reducido, duración y facilidad de moldeo o
construcción con una estructura o forma deseada. Las cubetas de los
cabezales de soporte son preparadas con una abertura a un espacio
interno que define un canal para el líquido permeado. El gel es
situado en la cabecera en el espacio reservado para el canal de
permeado. Los extremos abiertos de las membranas son insertados a
continuación en el gel. El líquido de fijación es colocado sobre el
gel. Cuando el líquido de fijación se solidifica, cierra
simultáneamente de forma estanca las superficies externas de las
membranas y forma un tapón en la abertura de la cubeta del cabezal
completando el canal para el permeado. Después de haberse
solidificado el líquido de fijación, el gel es eliminado. El líquido
de fijación solidificado permanece unido a la cubeta del cabezal en
una posición en la que los extremos abiertos de las membranas se
pueden encontrar en comunicación de fluido con el canal para el
permeado. El espacio inicialmente ocupado por el gel pasa a ser
parte del canal para el permeado después de la eliminación del
gel.
Preferentemente, el líquido de fijación es una
resina que continúa su curado después de haberse solidificado y una
parte sustancial del gel puede fluir en forma de gel hacia afuera
del cabezal mientras la resina efectúa su curado. El gel restante
puede ser eliminado por disolución del mismo o por medios mecánicos
tales como una corriente de agua. Además, el gel puede ser y
preferentemente es tixotrópico, y se puede eliminar en parte por
vibración del gel a estado líquido. Un gel tixotrópico puede ser
vibrado también para ayudar a la colocación del gel de manera
regular en el cabezal. El gel es también soluble en el disolvente
que no disuelve el líquido de fijación solidificado. El disolvente
es preferentemente agua y el gel puede también ser eliminado en
parte disolviéndolo en el disolvente. El gel puede también ser
calentado para ayudar a su colocación en el cabezal o posteriormente
para eliminarlo.
A continuación se describirá una realización
preferente de la presente invención con referencia a la figura 4,
mientras que las figuras 1-3 muestran diferentes
cabezales que se pueden utilizar para comprender la invención. En
los dibujos:
La figura 1 es una sección parcial de un cabezal
terminado.
La figura 2 es una sección parcial de un cabezal
parcialmente terminado.
La figura 3 es una sección parcial de otro
cabezal parcialmente terminado.
La figura 4 es una sección parcial de un cabezal
parcialmente terminado según la presente invención.
Las figuras muestran cabezales (17) para un
módulo de membranas que contiene membranas de filtrado de fibras
huecas (10). Las membranas (10) tienen de manera típica dimensiones
de poro de la gama de microfiltración o ultrafiltración,
preferentemente entre 0,003 y 10 micras, y más preferentemente entre
0,01 y 1,0 micras. Cada una de las membranas (10) tiene un extremo
abierto (12) en el que la cámara o paso de la membrana (10) está
abierto a cualquier espacio adyacente. Las membranas (10) pueden ser
realizadas, por ejemplo, en acetato de celulosa, polipropileno,
polietileno, polisulfona o un complejo de PVDP y partículas
calcinadas de alfa-alúmina. Para conseguir una área
grande, las membranas (10) tienen preferentemente diámetros externos
en la gama de valores de 0,2 mm a 2,0 mm.
La figura 1 muestra un cabezal completo (17). Las
membranas (10) son retenidas en relación de gran proximidad entre sí
en un tapón de un líquido de fijación, tal como una resina (14), que
encierra uno o varios canales (16) para el líquido permeado en una
cubeta (18) del cabezal. La cubeta (18) del cabezal está realizada
de manera típica por moldeo en un material plástico. La resina (14)
rodea cada una de las membranas (10) como mínimo en una parte de su
longitud en la resina (14). Esto estanqueíza la superficie externa
de cada una de las membranas (10), de manera que no puede entrar
agua por el canal de permeado (16) excepto la que pasa por las
paredes de las membranas (10) hacia adentro de sus cámaras o pasos.
Los extremos abiertos (12) de las membranas (10) se prolongan hacia
adentro del canal de líquido permeado (16) y ponen las cámaras o
pasos de las membranas (10) en comunicación de fluido con el canal
de líquido permeado (16). Un tubo (20) para el líquido permeado sale
de la cubeta (18) del cabezal y se acopla con una tuerca (22) para
conectar el canal (16) de líquido permeado con una fuente de presión
negativa. Con las membranas (10) sumergidas en agua, la presión
negativa en el canal (16) para el líquido permeado y las cámaras o
pasos de las membranas (10) hace pasar el líquido permeado ya
filtrado a través de las paredes de las membranas. De manera
alternativa, el agua situada alrededor de la parte externa de las
membranas (10) puede ser sometida a presión para hacer pasar el agua
a través de las paredes de las membranas (10). Según otra
alternativa, el agua de alimentación puede ser sometida a presión
haciéndola pasar a las cámaras o pasos de las membranas (10) para
obligar al líquido permeado filtrado hacia el exterior de las
membranas (10) en cuyo caso el canal de líquido permeado (16) pasa a
ser un canal de alimentación.
La figura 2 muestra un cabezal (17) en su
montaje. La cubeta (18) del cabezal está dispuesta con su lado
abierto hacia arriba sobre una mesa y es llenada hasta unos 10 ó 20
mm con un gel (30). El gel (30) tiene una viscosidad suficientemente
reducida para su colocación en una capa en el fondo de la cubeta
(18) del cabezal y para tener características de autonivelado una
vez está situado dentro de la cubeta (18), pero suficiente
viscosidad para no subir por capilaridad por las membranas (10) o
para su desplazamiento temporal de manera significativa cuando la
resina (14) es colocada sobre el mismo más adelante. El
desplazamiento temporal del gel (30) se puede también minimizar
colocando la resina (14) sobre el gel (30) en capas, de manera
típica de un grosor de 10 cm cada una de ellas. Las viscosidades
típicas para el gel (30) están comprendidas entre 300 y 600 poise.
El gel (30) es también más denso que la resina (14) de manera que la
resina (14) flota sobre el gel (30).
Un gel preferente (30) es polimetilacrilato
diluido con polipropilén glicol o glicerina para conseguir la
viscosidad deseada. Muchos geles (30), incluyendo polimetilacrilato
diluido con propilén glicol o glicerina, pueden ser también diluidos
con agua para conseguir, si ello es necesario, una viscosidad muy
reducida, pero ello no es preferente porque las fibras hidrofílicas
pueden provocar que el agua salga del gel (30) y suba por
capilaridad por las membranas (10). El agua reacciona también de
manera adversa con respecto a algunas resinas, tales como las
resinas de poliuretano, lo cual no es deseable. Otros geles (30)
pueden ser también utilizados, incluyendo geles que no son
tixotrópicos. Los geles preferentes (30), que comprenden
polimetilacrilato diluido con cantidades apropiadas de propilén
glicol o glicerina tal como se ha indicado anteriormente, son
aquellos que permanecen estables en cualquier calor generado por la
resina de curado (14), que son solubles en agua, tixotrópicos, y que
se pueden hacer de manera que tengan características dependientes de
la viscosidad tal como se explica en esta descripción. También se
podrían utilizar materiales tixotrópicos tales como arcillas
tixotrópicas.
En caso necesario, la temperatura del gel (30) se
puede aumentar para reducir la viscosidad del gel (30) sin provocar
cambio de fase. Esto hace que el gel fluya más fácilmente hacia
adentro de la cubeta (18) del cabezal y mejora las características
de autonivelación del gel (30). De manera similar, dicho gel (30)
puede ser calentado más adelante para hacer que fluya más fácilmente
hacia afuera de la cubeta (18) del cabezal. Un incremento de
temperatura de 5ºC a 10ºC, por ejemplo, puede provocar una
disminución de 10-20% en la viscosidad de polimetil
acrilato diluido con cantidades apropiadas de propilén glicol o
glicerina. Dado el efecto de calor en la viscosidad, existe la
posibilidad de que el calor de la resina (14) en el curado de ésta
pueda afectar de manera perjudicial la viscosidad del gel (30).
Según la experiencia de los inventores, no obstante, el calor de
curado no provoca problemas con resinas con tiempo moderado de
curado sin necesidad de enfriar la resina, por ejemplo, mediante
sumideras de calor, circulación forzada de aire o refrigeración.
La cubeta (18) del cabezal está realizada
preferentemente en un plástico ABS que es relativamente poco caro,
se moldea fácilmente o se construye en la forma apropiada de modo
fácil, no reacciona apreciablemente con la mayor parte de geles (30)
y se une bien a la mayor parte de resinas (14).
El gel (30) es bombeado hacia adentro de la
cubeta (18) del cabezal, preferentemente con una bomba de engranajes
o una bomba de desplazamiento positivo. Con una tobera que tenga con
anchura tan grande como la abertura de la cubeta (18) del cabezal,
el gel (30) puede ser colocado a una profundidad que, de modo
general, es regular, no siendo necesario conseguir una superficie
superior completamente lisa. Un gel tixotrópico (30) puede ser
también sometido a vibración para licuarlo temporalmente dejándolo
luego que recupere la forma, pero este proceso no es necesario de
forma típica.
Un grupo (24) de membranas (10) queda constituido
con una serie de capas de membranas (10), habiéndose mostrado seis
capas. Se conocen en la técnica métodos para la formación de dicho
grupo de membranas (24), habiéndose descrito como mínimo en la
Patente USA Nº 5.639.373. Otro método adecuado que utiliza un
adhesivo para formar un grupo se describe más adelante. Las
membranas (10) están dispuestas con gran proximidad entre sí de
manera
regular o al azar dentro de una capa, y las capas están separadas por separadores (26) que tienen el grosor deseado, de manera típica entre 0,5 y 1 veces el diámetro externo de las membranas (10). El grupo (24) es retenido de forma conjunta por una banda (28) arrollada alrededor de las membranas (10) y separadores (26) y las membranas pueden ser también fijadas a los separadores con adhesivo. También se pueden realizar grupos (24) con otras formas. Por ejemplo, se pueden realizar grupos cilíndricos arrollando una o varias capas de membranas (10).
regular o al azar dentro de una capa, y las capas están separadas por separadores (26) que tienen el grosor deseado, de manera típica entre 0,5 y 1 veces el diámetro externo de las membranas (10). El grupo (24) es retenido de forma conjunta por una banda (28) arrollada alrededor de las membranas (10) y separadores (26) y las membranas pueden ser también fijadas a los separadores con adhesivo. También se pueden realizar grupos (24) con otras formas. Por ejemplo, se pueden realizar grupos cilíndricos arrollando una o varias capas de membranas (10).
El grupo (24) es insertado en la cubeta (18) del
cabezal de manera que los extremos abiertos (12) de las membranas
(10) sean insertadas dentro del gel (30) hasta una profundidad de
unos 5 a 10 mm. La resina líquida (14) es vertida a continuación
hasta alcanzar la profundidad deseada, típicamente de 20 a 50 mm, y
preferentemente cubriendo los separadores (26). Los separadores (26)
no penetran preferentemente dentro del gel (30). Las resinas
adecuadas (14) comprenden el poliuretano, epoxi, epoxi de goma y
resina de siliconas. Una o varias resinas (14) pueden ser también
utilizadas en combinación y aplicadas en una o varias capas para
conseguir los objetivos de la resistencia y proporcionar un
interfaz suave con las membranas (10) que no tienen bordes
cortantes. La resina (14) puede ser también insoluble en agua,
duradera en una solución de cualesquiera productos químicos que
tengan probabilidades de encontrarse presentes en el agua al filtrar
y sin reactividad con el material de la membrana.
La resina líquida (14) puede descender por
capilaridad en las membranas (10) de forma ligera, pero el gel (30)
impide que la resina (14) alcance las cámaras o pasos de las
membranas (10). La resina líquida (14) rodea las membranas (10) y a
continuación efectúa su curado sellando las partes externas de las
membranas (10) con respecto a la cubeta (18) del cabezal. El gel
(30) es retirado a continuación para dejar un canal de líquido
permeado (16) (tal como se ha mostrado en la figura 1) entre la
resina (14) y las paredes de la cubeta (18) del cabezal. Las cámaras
o pasos de las membranas (10) quedan en comunicación de fluido con
el canal (16) para el líquido permeado. Además, dado que el gel (30)
no reacciona apreciablemente con la resina (14), la superficie de
fondo de la resina (14) permanece sin alteración, como mínimo cuando
la resina (14) es poliuretano y polimetilacrilato diluido con
cantidades apropiadas de propilenglicol o bien el gel (30) es
glicerina.
El gel (30) es eliminado por una o varias
evacuaciones en estado de gel, opcionalmente con la ayuda de calor o
vibración, con una corriente en acción mecánica y con disolución,
preferentemente con agua. En un método preferente, se hace una
abertura en el canal de permeado, tal como la abertura para la
entrada del tubo (20) del líquido permeado, que se ha mostrado en la
figura 1. Se inserta un pequeño tubo de vacío o de salida en la
cubeta (18) del cabezal para impedir que se forme vacío en la cubeta
(18) del cabezal, lo que podría inhibir o impedir la salida del gel
(30). La cubeta (18) del cabezal es inclinada a continuación para
verter el gel (30) por la abertura, encontrándose el gel (30)
todavía en estado de gel. Estas etapas pueden empezar después de que
la resina (14) se ha solidificado pero antes de estar completamente
curada y continúa mientras se efectúa el curado de la resina (14). A
lo largo de un tiempo de curado de varias horas, se puede recoger
más o menos desde la mitad hasta las tres cuartas partes del gel
(30). El primer gel recogido (30) es más fácilmente reciclado y, de
acuerdo con ello, es deseable hacer máxima la cantidad de gel (30)
que se ha recogido por simple flujo del mismo hacia afuera del
cabezal (18). A continuación, el módulo terminado es colocado en un
depósito de manera tal que las membranas (10) quedan sumergidas en
agua. Se aplica vacío al canal (16) del líquido permeado para la
permeación del agua durante unos 20 minutos. Esto arrastra
mecánicamente las partículas de gel (30), particularmente pequeños
tapones de gel (30) de las cámaras o pasos de las membranas (10). A
continuación, cualquier cantidad de gel restante (30) es disuelta y
eliminada, lo que se puede realizar disolviendo el gel (30) con
líquido permeado durante los procesos de prueba o de arranque antes
de que el módulo sea puesto en línea. De manera alternativa o de
forma adicional, un tubo que lleva agua a presión, aire a presión o
ambos se puede insertar a través de la abertura y hacia adentro del
gel (30) para ayudar a desplazar el gel (30) o parcialmente
licuarlo. Asimismo de forma alternativa o adicional, se puede
proceder al vibrado de un gel tixotrópico (30) para reducir su
viscosidad e incrementar su capacidad de flujo.
La figura 3 muestra un cabezal (17) en su
montaje. El cabezal de la figura 2 es preferente con respecto al de
la figura 1, especialmente para fibras que tienen un diámetro
externo de 1 mm aproximadamente o menos. En el cabezal de la figura
2, las membranas (10) están dispuestas en un haz (32) y retenidas de
manera suelta por una abrazadera desmontable (34). La abrazadera
(34) es en general de la misma forma que la abrazadera (17), que es
típicamente rectangular o circular. El haz (32) es producido por
arrollado de material de fibras sobre un tambor y a continuación
cortando el material para crear membranas individuales (10), pero
sin disponer expresamente las membranas (10) en una rejilla o
matriz. Los extremos abiertos (12) de las membranas (10) son
colocados en el gel (30) en una cubeta (18) del cabezal tal como se
ha descrito anteriormente. La abrazadera (34) es retirada a
continuación y la resina (14) es vertida en la cubeta (18) del
cabezal. Después del curado de la resina (14), se retira el gel (30)
tal como se ha descrito anteriormente.
En esta segunda realización, no hay separadores
para obligar a las membranas (10) a una disposición de gran
proximidad entre sí. No obstante, el gel (30) tiende a extender las
membranas (10) al ser insertadas éstas dentro del gel (30). No
obstante, existe la posibilidad de que la resina (14) pueda no fluir
entre las membranas adyacentes (10), no efectuando el sellado
completo de dichas membranas (10). No obstante, al seleccionar las
resinas, materiales de las membranas, diámetro de las membranas,
profundidad de la resina (típicamente de 20 a 50 mm) y la densidad
de llenado que permite que la resina (14) humidifique cada una de
las membranas (10), se consigue un recubrimiento satisfactorio. La
resina (14) humecta las membranas (10) con suficiente fuerza para
separar dichas membranas (10) por lo menos en una parte de la
profundidad de la resina (14). Dado que el gel (30) no es sólido,
resiste pero no impide que las membranas (10) se desplacen y sean
separadas por la resina (14). Se conocen en esta técnica los
factores o selecciones que ayudan a una humectación completa. Por
ejemplo, la Patente USA Nº 4.605.500 da a conocer factores
o
selecciones apropiados para recubrir un haz al azar de membranas de fibras huecas dentro de una resina.
selecciones apropiados para recubrir un haz al azar de membranas de fibras huecas dentro de una resina.
En esta segunda realización, la densidad de
llenado (definida como sección transversal de las membranas -10-
dividida por el área de la sección transversal llenada por las
membranas -10-) oscila preferentemente de 15 a 30%. La membrana por
fuera del diámetro es preferentemente de 1 mm o menos, típicamente
de 0,5 mm a 0,7 mm. La resina de poliuretano tiene buenas
características de humectación con membranas de PVDF si bien también
son apropiadas las resinas de epoxi, epoxi en forma de goma y goma
de siliconas. Con estos parámetros, las profundidades de la resina
(14) de 20 a 50 mm dan como resultado un recubrimiento fiable y
libre de defectos.
La figura 4 muestra un cabezal (17) montado de
acuerdo con una tercera realización de la invención. En esta
realización, las membranas (10) están dispuestas en un segundo grupo
(124) que tiene una serie de membranas (10) rodeadas por un adhesivo
solidificado (100) cerca de los extremos (12) de las membranas (10).
Los extremos (12) de las membranas (10) se prolongan más allá del
adhesivo. Las membranas (10) están separadas en general y rodeadas
individualmente por adhesivos solidificados (100) si bien, con una
suficiente profundidad de una resina adecuada (14) es permisible,
pero no preferente, que las membranas (10) establezcan contacto
entre sí en el adhesivo solidificado (100), a condición de que la
densidad de llenado general no sea demasiado elevada,
preferentemente no superior a 25% aproximadamente. Preferentemente,
las membranas (10) están íntimamente próximas entre sí de manera
regular o al azar dentro de capas separadas más o menos por un
grosor deseado, típicamente de 1/4 a 3/4, y de manera más típica
entre 1/3 y ½, del diámetro externo de las membranas (10). El
adhesivo (100) es insoluble en agua, duradero en una solución de
cualesquiera productos químicos que se encuentren probablemente
presentes en un sustrato a filtrar y sustancialmente no reactivo con
el material o resina (14) de la membrana.
La unión entre el adhesivo (100) y las membranas
(10) es más débil que todos los materiales de las membranas (10) y
todas las uniones entre materiales de dichas membranas (10). Por lo
tanto, si una membrana (10) es extraída del adhesivo (100), la unión
entre el adhesivo (100) y la membrana (10) se rompe antes de que la
membrana (10) sufra averías. Asimismo, el adhesivo (100) es, de
manera preferente, suficientemente blando, flexible y no frágil a
efectos de amortiguar las membranas (10) cuando salen del cabezal
(17). Un adhesivo preferente (100) es un adhesivo de fusión en
caliente de polietileno realizado mediante una mezcla de copolímeros
de vinil acetato de etileno. La mezcla de componentes adhesivos es
escogida preferentemente utilizando técnicas conocidas por los
técnicos en la materia para conseguir las características
anteriormente descritas. Otros adhesivos, que no ascienden por
capilaridad por las membranas (10) de manera apreciable antes de su
curado, tienen las características de unión a las membranas (10) que
se han descrito anteriormente, amortiguan las membranas y por lo
demás no son reactivos con dichas membranas (10), el sustrato a
filtrar y la resina (14) podrían ser también utilizados. Por
ejemplo, se podrían utilizar resinas de epoxi de curado rápido,
densas, con óxido de aluminio u otros aditivos para hacer la resina
de epoxi curada más flexible.
El segundo grupo (124) está formado por una serie
de capas de membranas. Se forma una capa colocando un número deseado
de membranas (10) sobre una superficie dotada de recubrimiento o
cubierta con una tira de material que no se adhiere al adhesivo
(100). Las membranas (10) pueden haber sido cortadas a una cierta
longitud y tener extremos abiertos o pueden ser continuas tal como
en una tela o una serie de bucles de fibras. Las membranas (10) se
colocan preferentemente de manera que queden separadas entre sí al
azar o, más preferentemente, con anchuras regulares. Una tira de
adhesivo (100) de unos 2-3 cm de anchura es colocada
sobre las membranas (10) cerca de cualquier lugar en el que los
extremos de las membranas (10) serán dotadas de recubrimiento de
acuerdo con la presente realización, pero dejando espacio para que
los extremos abiertos (12) de las membranas (10) se prolonguen más
allá del adhesivo (100). Se puede realizar una ranura en la
superficie debajo de la cual se dispondrá del adhesivo (100), si es
necesario, para permitir que el adhesivo rodee las membranas (10).
Opcionalmente, el adhesivo puede ser nuevamente fundido con una
plancha para ayudar al adhesivo a rodear cada una de las membranas
pero el adhesivo se solidifica nuevamente antes de que pueda
ascender de manera apreciable por las membranas por capilaridad.
Después de haber realizado un número determinado de capas, éstas son
colocadas conjuntamente en las bandas de adhesivo (100) para formar
el segundo grupo (124). Las capas pueden ser simplemente engrapadas
entre sí o encoladas con más adhesivo (100). Si las membranas (10)
son dotadas de recubrimiento utilizando un material de tipo
"fugitivo", dichas membranas (10) son preferentemente cortadas
para abrirlas antes de que las capas sean colocadas conjuntamente en
el segundo grupo (124) si no se han cortado para su apertura antes
de ser constituidas en capas. Con variaciones menores en el proceso
anteriormente descrito, se puede producir un grupo de membranas (10)
para cabezales (17) de diferentes tamaños. Por ejemplo, un grupo de
membranas (10) para un cabezal circular (17) puede ser realizado por
enrollado de una o varias hojas de membranas (10) formando un
cilindro si se utiliza un adhesivo suficientemente flexible o
dimensionando cada hoja como una sección o "rebanada" de un
cilindro.
El segundo grupo (124) puede ser dotado de
recubrimiento utilizando diferentes técnicas. Por ejemplo, el
segundo grupo (124) puede ser colocado en un contenedor que mantenga
una cierta profundidad de resina (14). El segundo grupo (124) es
sumergido en la resina (14) de manera tal que los extremos de las
membranas (10) están cubiertos por la resina (14) y el adhesivo
(100) es parcialmente sumergido en la resina (14), de manera típica
aproximadamente hasta la mitad. La resina (14) se prolonga desde la
periferia del adhesivo (100) hacia los extremos de las membranas que
sobresalen desde un primer lado del adhesivo (100). La resina (14)
rodea cada una de las membranas (10) por lo menos en una parte de su
longitud en la resina (14) entre el adhesivo (100) y el extremo de
cada membrana (10). Cuando la resina (14) se solidifica, se conecta
produciendo un sellado al exterior de cada membrana (10) pero no
establece contacto con las membranas donde salen por encima del
adhesivo (100). Preferentemente, los extremos de las membranas (10)
habrán sido colocados en el líquido de fijación sin abrir. El bloque
del líquido de fijación solidificado es cortado para abrir los
extremos de las membranas (10). El líquido de fijación solidificado
es unido a una cubeta de cabezal en una posición en la que los
extremos abiertos de las membranas pueden encontrarse en
comunicación de fluido con un canal de permeado del cabezal.
Tal como se ha mostrado en la figura 4, el
segundo grupo (124) es dotado de recubrimiento dentro de un material
fugitivo. De manera más preferente, el segundo grupo (124) es dotado
de recubrimiento en un gel fugitivo (30) de manera general tal como
se ha descrito anteriormente. El segundo grupo (124) es insertado
dentro de la cubeta (18) del cabezal de manera tal que los extremos
abiertos (12) de las membranas (10) están insertados dentro del gel
(30) hasta una profundidad aproximada de 5 mm. El adhesivo (100) no
es insertado dentro del gel (30). La resina líquida (14) es vertida
a continuación hasta una profundidad deseada que rodea la periferia
del adhesivo (100), y preferentemente se extiende de manera
aproximada a la mitad de la altura con referencia a la parte
superior del adhesivo (100), pero no rebosa sobre la parte superior
del adhesivo para establecer contacto con las membranas (10) por
encima (o segunda cara) del adhesivo (100).
Utilizando cualquiera de los métodos de
recubrimiento antes explicados, el adhesivo (100) continúa rodeando
las membranas (10) en el punto en el que quedan retenidas en primer
lugar por el cabezal (17). Esto proporciona una interfaz más suave
con las membranas (10) en este punto e impide que la resina (14)
pueda provocar la torsión de las fibras.
Lo que se ha descrito son realizaciones
preferentes de la invención. En particular, y sin limitación, los
métodos pueden ser adaptados al recubrimiento de módulos dotados de
envolvente, por ejemplo, módulos en los que las membranas (10) están
contenidas en un recipiente que se puede someter a presión. Para
estos módulos, una caperuza o extremo del módulo es la cubeta (18)
para líquido permeado, un gel fugitivo (30) es moldeado hacia
adentro o retirado del módulo a través de la caperuza o extremo del
módulo, y se dispone un orificio de acceso en el lateral del módulo
para el bombeo de la resina (14) hacia adentro del módulo por encima
del nivel del gel (30).
Claims (17)
1. Método de recubrimiento de membranas de fibras
huecas en un cabezal, caperuza o extremo de un módulo que comprende
las siguientes etapas:
- (a)
- reunir una serie de membranas de fibras huecas conjuntamente;
- (b)
- insertar los extremos de las membranas en un contenedor, poseyendo el gel viscosidad suficiente para no ascender por capilaridad a las fibras significativamente y densidad suficiente para no flotar en la parte superior del líquido de fijación a colocar en el recipiente por encima del líquido de recubrimiento fugitivo;
- (c)
- colocar líquido de fijación en el recipiente sobre el gel, cuyo líquido de fijación rodea cada membrana y luego pasa a ser un sólido conectado de manera estanca al exterior de cada membrana pero sin bloquear las cámaras de las mismas;
- (d)
- separar el gel del líquido de fijación después de que éste ha solidificado; y
- (e)
- efectuar la unión del líquido de fijación solidificado a la cubeta de un cabezal, caperuza o extremo de un módulo en una posición en la que los extremos abiertos de las membranas pueden encontrarse en comunicación de fluido con un canal de líquido líquido que han atravesado o permeado del cabezal.
2. Método, según la reivindicación 1, en el que
el gel tiene una viscosidad comprendida en una gama de 300 a 600
poise.
3. Método, según la reivindicación 1 ó 2, en el
que los extremos de las membranas son abiertos antes de que dichos
extremos sean insertados en el gel.
4. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que
- (a)
- el contenedor es la cubeta del cabezal, caperuza o extremo de un módulo y el gel es colocado en la cubeta del cabezal, caperuza o extremo del módulo antes de que los extremos abiertos de las membranas sean insertados dentro del gel
- (b)
- el líquido de fijación solidificado es fijado a la cubeta del cabezal, caperuza o extremo de un módulo por solidificación del líquido de fijación en la cubeta del cabe-zal
- (c)
- el gel es separado del líquido de fijación después de que dicho líquido de fijación se ha solidificado por eliminación del gel de la cubeta del cabezal, caperuza o extremo del módulo y
- (d)
- el espacio inicialmente ocupado por el gel pasa a ser parte del canal de líquido que ha atravesado o permeado después de la retirada del gel
5. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que las membranas de fibras
huecas tienen un diámetro exterior de un
milímetro
aproximadamente o menos.
aproximadamente o menos.
6. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones interiores, en el que las membranas de fibras
huecas son recogidas en conjunto formando un haz en el que están
dispuestas al azar.
7. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el gel es soluble en agua y
el gel es retirado en parte por disolución de dicho gel en agua.
8. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que las membranas están
dispuestas en un grupo de membranas con poca separación entre sí
antes de la inserción de sus extremos abiertos dentro del gel.
9. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el gel es calentado para
ayudar a la colocación del mismo en el cabezal.
10. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el gel es calentado para
ayudar a retirar el mismo.
11. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el líquido de fijación es una
resina que continúa efectuando su curado después de que se ha
solidificado y una cantidad sustancial del gel es retirada mientras
la resina efectúa su cu-
rado.
rado.
12. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el gel es tixotrópico y es
retirado por lo menos parcialmente por vibración del mismo hasta
adquirir un estado menos viscoso.
13 Método, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el gel es tixotrópico y es
sometido a vibración para ayudar a la colocación del mismo en el
contenedor.
14. Método de recubrimiento de membranas de
fibras huecas en un cabezal que comprende las siguientes etapas:
- (a)
- reunir una serie de membranas de fibras huecas conjuntamente;
- (b)
- insertar los extremos de las membranas en un material tixotrópico de un contendedor poseyendo el material tixotrópico suficiente viscosidad para no ascender por capilaridad por las fibras significativamente y densidad suficiente para no flotar en la parte superior del líquido de fijación a colocar en el contenedor por encima del material tixotrópico;
- (c)
- colocar líquido de fijación en el contenedor por encima de un material tixotrópico, cuyo líquido de fijación rodea cada una de las membranas y a continuación pasa a ser un sólido conectado de forma estanca al exterior de cada membrana pero sin bloquear las cavidades de las membra-nas;
- (d)
- separar el material tixotrópico del líquido de fijación después de que el líquido de fijación ha solidificado; y
- (e)
- efectuar la unión del líquido de fijación solidificado a la cubeta de un cabezal, caperuza o extremo de un módulo en una posición en la que los extremos abiertos de las membranas se pueden encontrar en comunicación de fluido con un canal para el líquido que ha atravesado o permeado del cabezal, caperuza o extremo de un módulo.
15. Método, según la reivindicación 14, en el que
los extremos de las membranas son abiertos antes de que dichos
extremos de las membranas sean insertados en el material
tixotrópico.
16. Método, según la reivindicación 15, en el
que
- (a)
- el contenedor es la cubeta del cabezal, caperuza, o extremo de un módulo y el material tixotrópico es colocado en la cubeta del cabezal, caperuza o módulo antes de que los extremos abiertos de las membranas sean insertados en el material tixotrópico;
- (b)
- el líquido de fijación solidificado es fijado a la cubeta del cabezal, caperuza o extremo del módulo por solidificación del líquido de fijación en la cubeta del cabezal;
- (c)
- el material tixotrópico es separado dellíquido de fijación después de que el líquido de fijación ha curado o solidificado, al retirar el material tixotrópico de la cubeta del cabezal, caperuza o extremo de un módulo y;
- (d)
- el espacio inicialmente ocupado por el material tixotrópico pasa a ser parte del canal de líquido que ha atravesado o permeado después de la eliminación del material tixotrópico
17. Método, según la reivindicación 16, en el que
el material tixotrópico es eliminado por lo menos en parte por
vibración del mismo hasta adquirir un estado menos viscoso.
18. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 17, en el que el material tixotrópico es
sometido a vibración para ayudar a la colocación de dicho material
tixotrópico en el contenedor.
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