ES2265337T3 - Contactor de membranas de fibras huecas. - Google Patents
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Abstract
Un contactor de fases fluido-fluido, sustancialmente fabricado de polímeros termoplásticos perfluorados, para poner en contacto un primer fluido con un segundo fluido, que comprende: a) un haz de una pluralidad de membranas de fibras huecas de polímeros termoplásticos perfluorados que tienen un primer y un segundo extremo, teniendo dichas membranas una superficie externa y una interna, comprendiendo dicha superficie interna un lumen, seleccionándose dichas membranas del grupo que consiste en: membranas de fibras huecas que tienen una superficie interna porosa con piel, una superficie externa porosa y una estructura soporte porosa entre ellas, membranas de fibras huecas que tienen una superficie interna no porosa con piel, una superficie externa porosa y una estructura soporte porosa entre ellas, membranas de fibras huecas que tienen una superficie externa porosa con piel, una superficie interna porosa y una estructura soporte porosa entre ellas, y membranas de fibras huecas que tienen una superficie externa no porosa con piel, una superficie interna porosa y una estructura soporte porosa entre ellas, b) cada extremo de dicho haz se encapsula con un cierre de polímero termoplástico perfluorado estanco a los líquidos que forma una estructura unitaria en el extremo con una carcasa circundante de polímero perfluorado en la que los extremos de las fibras están abiertos al flujo de fluidos.
Description
Contactor de membranas de fibras huecas.
La invención se refiere a un contactor de
membranas de fibras huecas para separaciones de fases y para otras
aplicaciones de contacto entre fases. El contactor se fabrica de
materiales polímeros termoplásticos perfluorados, tiene una alta
densidad de empaquetamiento que proporciona una elevada área de
contacto útil, y la capacidad de funcionar con líquidos de baja
tensión superficial.
Los contactores líquido-gas se
usan para transferir una o más sustancias solubles de una fase a
otra. Ejemplos de contactores convencionales son las torres
empacadas, las columnas de platos y las columnas de paredes
humectadas. En estos sistemas, la absorción gaseosa de uno o más
componentes de la corriente gaseosa se consigue dispersando el gas
en forma de burbujas en torres empacadas y columnas de platos en un
flujo en contracorriente a la corriente líquida. La eficiencia de la
absorción se controla, aparte de consideraciones de solubilidad, por
el caudal relativo de los flujos y el área superficial efectiva de
las burbujas del flujo de gas. En los contactores de paredes
humectadas, la corriente gaseosa fluye pasando por un flujo
descendente de líquido sobre la pared interior de un tubo vertical.
La desorción con un gas se usa para transferir un gas disuelto en un
líquido a la corriente gaseosa. Contactores similares se usan para
la desorción con un gas.
Los contactores convencionales tienen varias
deficiencias. La principal entre éstas es el hecho de que los flujos
individuales de gas y líquido no pueden variarse independientemente
en amplios intervalos. Las columnas de platos son propensas a
problemas tales como el goteo a bajos caudales de gas y la
inundación a altos caudales de líquido. Las torres empacadas pueden
inundarse a caudales altos. El uso de bajos caudales de líquido en
una torre empacada conduciría a la canalización y a un área
superficial efectiva reducida. El espumado o la excesiva formación
de espuma pueden conducir a la ineficiencia del proceso. Los
contactores de paredes humectadas tienen intrínsecamente bajos
coeficientes de transferencia de materia y pueden inundarse a altos
caudales de gas. El desarrollo de contactores de membranas ha
superado estas deficiencias.
Los contactores de membranas son dispositivos a
través de los cuales fluyen dos fases de fluido separadas por una
membrana permeable al gas que se transfiere. Si se está usando una
membrana microporosa, el método preferido para impedir que el
líquido entre en los poros y los rellene descansa en la
característica no humectante del material de la membrana y en el
tamaño de poro. La transferencia de gas se produce entonces a través
de los poros rellenos de gas al o desde el líquido, dependiendo de
si el procedimiento es absorción o desorción. Si se usa una membrana
no porosa, la transferencia de gas está controlada por la velocidad
de difusión en la capa no porosa de la membrana. En algunos casos,
tales como en la separación del oxígeno del agua ultrapura, la
desorción del gas se hace con vacío en lugar de un flujo de gas
desorbente. Aunque para este uso están disponibles otras geometrías
de membranas, las membranas de fibras huecas son idealmente
adecuadas como contactores.
Una membrana porosa de fibra hueca es un
filamento tubular que comprende un diámetro externo y un diámetro
interno con un espesor de pared porosa entre ellos. El diámetro
interno define la porción hueca de la fibra y se usa para
transportar uno de los fluidos. Para el denominado contacto por el
lado del tubo, la fase líquida fluye a través de la porción hueca,
algunas veces llamada lumen, y se mantiene separada de la fase
gaseosa, la cual rodea a la fibra. En el contacto por el lado de la
vaina, la fase líquida rodea el diámetro externo y la superficie de
las fibras y la fase gaseosa fluye a través del lumen.
Las superficies externa e interna de una
membrana de fibra hueca pueden estar con piel o sin piel. Una piel
es una capa superficial densa y fina integral con la subestructura
de la membrana. En membranas con piel, la principal porción de
resistencia al flujo a través de la membrana reside en la piel fina.
La piel de la superficie puede contener poros que conduzcan a una
estructura porosa continua de la subestructura, o puede ser una
superficie integral no porosa semejante a una película. En membranas
porosas con piel, la permeación se produce principalmente mediante
el flujo conectivo a través de los poros. Asimétrica se refiere a la
uniformidad del tamaño de poro a través del espesor de la membrana;
para fibras huecas es la pared porosa de la fibra. Las membranas
asimétricas tienen una estructura en la que el tamaño de poro es una
función de la posición a través de la sección transversal,
aumentando típicamente el tamaño gradualmente al atravesar desde una
superficie a la superficie opuesta. Otra manera de definir la
asimetría es la relación de los tamaños de poro en una superficie
con respecto a los de la superficie opuesta.
Los fabricantes producen membranas a partir de
una variedad de materiales, siendo los polímeros sintéticos la clase
más general. Una importante clase de polímeros sintéticos son los
polímeros termoplásticos, los cuales pueden hacerse fluir y
moldearse cuando se calientan y recuperar sus propiedades originales
de sólido cuando se enfrían. Cuando las condiciones de la aplicación
en la que se está usando la membrana se tornan más duras, los
materiales que se pueden usar son limitados. Por ejemplo, las
disoluciones basadas en disolventes orgánicos usadas para revestir
obleas en la industria de la microelectrónica disolverán o hincharán
o debilitarán a la mayoría de las membranas de polímeros comunes.
Los baños de extracción de alta temperatura de la misma industria
consisten en compuestos altamente ácidos y oxidantes, los cuales
destruirán las membranas fabricadas de polímeros comunes. Los
polímeros termoplásticos perfluorados tales como el
poli(tetrafluoroetileno-co-perfluoro(alquilviniléter))
(poli(PTFE-CO-PFVAE)) o el
poli(tetrafluoroetileno-co-hexafluoropropileno)
(FEP) no son adversamente afectados por las condiciones duras de
uso, de modo que las membranas fabricadas de estos polímeros
tendrían una decidida ventaja sobre las membranas de ultrafiltración
fabricadas de polímeros menos estables química y térmicamente. Estos
polímeros termoplásticos tienen ventajas sobre el
poli(tetrafluoroetileno) (PTFE), el cual no es un material
termoplástico, porque pueden moldearse o conformarse en
procedimientos del tipo estándar, tales como la excusión. Las
membranas de fibras huecas de polímeros termoplásticos perfluorados
pueden producirse en diámetros más pequeños que los posibles con
PTFE. Pueden fabricarse fibras con diámetros más pequeños, por
ejemplo en el intervalo de aproximadamente 350 micrómetros de
diámetro externo a aproximadamente 1450 micrómetros de diámetro
externo, en contactores que tengan un alta relación de área
superficial de membrana a volumen del contactor. Este atributo es
útil para producir equipos compactos, los cuales son útiles en
aplicaciones en las que el espacio es un lujo, tal como en las
plastas de fabricación de semiconductores.
Siendo químicamente inertes, los polímeros
poli(PTFE-CO-PFVAE) y FEP son
difíciles de conformar en membranas usando los métodos típicos de
moldeo en disolución ya que son difíciles de disolver en los
disolventes normales. Pueden fabricarse en forma de membranas usando
el procedimiento de separación de fases térmicamente inducida
(TIPS). En un ejemplo del procedimiento TIPS, se mezclan un polímero
y un líquido orgánico y se calientan en una extrusora a una
temperatura a la que el polímero se disuelva. Se conforma una
membrana por extrusión a través de una matriz de extrusión, y la
membrana extruida se enfría para formar un gel. Durante el
enfriamiento, la temperatura de la disolución de polímero se reduce
por debajo de la temperatura superior crítica de disolución. Ésta es
la temperatura a la cual o por debajo de la cual se forman dos fases
en la disolución homogénea calentada, una fase principalmente de
polímero y la otra principalmente de disolvente. Si se hace
adecuadamente, la fase rica en disolvente forma una porosidad
continua interconectada. A continuación, la fase rica en disolvente
se extrae y la membrana se seca.
Las membranas microporosas hidrófobas se usan
comúnmente para aplicaciones de contactores con una disolución
acuosa que no humedece la membrana. La disolución fluye por un lado
de la membrana y una mezcla gaseosa, preferiblemente a una presión
más baja que la disolución, fluye por el otro. Las presiones en cada
lado de la membrana se mantienen de modo que la presión del líquido
no supere la presión crítica de la membrana, y de modo que el gas no
borbotee en el líquido. La presión crítica, la presión a la cual la
disolución entraría en los poros, depende directamente del material
usado para fabricar la membrana, inversamente del tamaño de poro de
la membrana y directamente de la tensión superficial del líquido en
contacto con la fase gaseosa. Las membranas de fibras huecas se usan
principalmente debido a la capacidad para obtener una densidad de
empaquetamiento muy alta con tales dispositivos. La densidad de
empaquetamiento se refiere a la cantidad de superficie útil de
membrana por volumen de dispositivo. Se refiere al número de fibras
que pueden encapsularse en un contactor acabado. Asimismo, los
contactores pueden hacerse funcionar con la alimentación entrando en
contacto con la superficie interna o externa, dependiendo de cual
sea más ventajoso para la aplicación particular. Las aplicaciones
típicas de los sistemas de membranas de contacto son separar gases
disueltos en líquidos, "desgasificar"; o añadir una sustancia
gaseosa a un líquido. Por ejemplo, el ozono se añade a agua muy pura
para lavar las obleas de semiconductores.
Las membranas porosas para contactores son las
preferidas para muchas aplicaciones porque tienen una mayor
transferencia de materia que las membranas no porosas. Para
aplicaciones con líquidos que tienen bajas tensiones superficiales,
los poros de tamaño más pequeño serán capaces de funcionar a mayores
presiones debido a su resistencia a la intrusión. Las membranas no
porosas para contactores son las preferidas en los casos en los que
la presión de vapor del líquido es alta, o en los que un
funcionamiento a alta temperatura aumenta la presión de vapor. En
estos casos, la evaporación a través de una membrana porosa puede
dar lugar a una pérdida sustancial de líquido. Las membranas no
porosas también pueden ser las preferidas en aplicaciones a alta
presión, en las que la intrusión de una membrana porosa sería un
problema.
Los contactores de membrana también pueden ser
útiles en aplicaciones en las que, además de la transferencia de
fase de una especie desde una corriente de alimentación a una
segunda fase, se desea una reacción química entre esa especie y un
segundo reaccionante presente en la segunda fase. Los contactores de
membrana proporcionarían una alta área superficial para la
transferencia de materia y mantendrían el producto separado de la
corriente de alimentación.
Z. Qi y E.L. Cussier (J. Membrane Sci. 23 (1985)
333-345)) muestran que la resistencia de la membrana
controla la absorción de gases tales como amoníaco, SO_{2} y
H_{2}S en disoluciones de hidróxido de sodio. Esto parece verdad
en general en los contactores usados con ácidos y bases fuertes como
líquido de absorción. Para estas aplicaciones, una membrana más
porosa en el contactor, tal como una membrana microporosa, tendría
ventaja porque la resistencia de la membrana se reduciría. Esto
sería práctico si el líquido no entrara en los poros y aumentara la
resistencia. Con los materiales de muy baja tensión superficial
usados en la presente invención, esto sería posible sin revestir la
superficie de las fibras con un material de baja tensión
superficial, lo cual es una etapa añadida y compleja del
procedimiento de fabricación.
Los contactores de membrana tienen varias
ventajas respecto a los equipos convencionales. Los contactores de
membrana tienen una mayor área superficial por unidad de volumen que
las torres empacadas convencionales. Más importantemente, los
contactores de membrana no son perturbados por altos o bajos
caudales y no sufren los problemas puestos anteriormente de
manifiesto para los contactores convencionales. Esto es debido al
hecho de que en los contactores de membrana, los caudales pueden
controlarse independientemente porque las fases separadas no están
en contacto físico y no pueden influir unas en el flujo de las
otras. Los contactores de membrana también tienen la ventaja de que,
en condiciones de funcionamiento apropiadas, no se forman burbujas
en la corriente de líquido. Estas ventajas son útiles en
aplicaciones importantes.
Se está considerando crecientemente el
tratamiento del agua potable con ozono. El ozono tiene la capacidad
de eliminar todos los virus y no forma sustancias tales como los
trihalometanos, los cuales son subproductos del tratamiento con
cloro y de las sustancias naturales que puedan estar presentes,
tales como los ácidos húmicos o fúlvicos. Para aplicaciones que
requieran un aparato compacto, tal como en sitios remotos, sería
preferible la mayor eficiencia de un contactor de membrana al típico
difusor de burbujas pequeñas, el cual, para ser efectivo, requiere
una profundidad significativa del ozono en el agua.
En el procedimiento de fabricación de circuitos
integrados, se soporta un revestimiento fotorresistente sobre una
oblea de silicio que tiene que separarse después del procesado. La
oxidación es un método comúnmente usado para limpiar las obleas.
La patente de EE.UU. nº 5.082.518 describe un
ácido sulfúrico y un procedimiento oxidante para limpiar las obleas
semiconductoras. Un sistema de distribución de gas que comprende un
plato de borboteo con agujeros de difusión distribuye el ozono
directamente en un depósito de tratamiento que contiene ácido
sulfúrico. Este sistema tiene las desventajas de una menor
eficiencia de absorción del ozono en el agua debido a las grandes
burbujas de ozono producidas. El contactor de la presente invención
tiene la estabilidad química para funcionar directamente en
ambientes severos y mejoraría la eficiencia de la reacción de
limpieza suministrando una disolución de ozono exenta de
burbujas.
Ohml et al., J. Electrochem. Soc., vol.
140, nº 3, Marzo de 1993, pp. 804-810, describen la
limpieza de impurezas orgánicas de obleas de silicio a temperatura
ambiente con agua ultrapura inyectada con ozono. La patente de
EE.UU. 5.464.480 muestra que el ozono difundido a través de agua
desionizada a temperatura subambiente eliminará rápida y
efectivamente de las obleas los materiales orgánicos tales como los
fotorresistentes sin el uso de otros compuestos químicos. Se cree
que la disminución de la temperatura de la disolución permite una
concentración de ozono en la disolución suficientemente alta para
oxidar sustancialmente todo el material orgánico del agua a gases
insolubles. El medio para difundir un gas puede ser cualquier medio
que proporcione burbujas finas de ozono o de otros gases en el
depósito y distribuya uniformemente el gas por todo el depósito.
En la patente de EE.UU. 5.464.480,
preferiblemente, las burbujas que son proporcionadas por el difusor
son inicialmente de aproximadamente 25 a aproximadamente 40
micrómetros de diámetro. Preferiblemente, el difusor de gas está
fabricado de una mezcla de politetrafluoroetileno (PTFE) y
perfluoroalcoxiviniléter. Variando la temperatura y la presión con
las que se prepara la mezcla por métodos conocidos en la técnica se
forman membranas tanto porosas como no porosas. Los miembros
impermeables y permeables están preferiblemente compuestos de
aproximadamente 95% de PTFE y aproximadamente 5% de
perfluoroalcoxiviniléter. El miembro permeable y el impermeable
pueden unirse por cualquiera de los diversos métodos en tanto y
cuanto el resultado sea un miembro compuesto que no se desvencije
bajo las tensiones en el depósito. Preferiblemente, los miembros se
sellan juntos térmicamente, esencialmente fundiendo o fusionando los
miembros conjuntamente usando enlaces
carbono-carbono. Una vez que se ha formado el
miembro permeable, se hace un surco en el PTFE en la porción
superior del miembro. El difusor resultante tiene del orden de
aproximadamente 100.000 poros de un tamaño de aproximadamente 25 a
aproximadamente 40 micrómetros de diámetro, a través de los cuales
el gas puede permear hacia el interior del depósito de tratamiento.
El uso del surco en el difusor permite que el gas difunda hacia el
interior del depósito en forma de burbujas muy finas. En
aplicaciones para la industria de fabricación de semiconductores, un
dispositivo que suministrara ozono exento de burbujas disuelto
homogéneamente en agua ultrapura proporcionaría reacciones de
oxidación más eficientes porque la reacción no estaría localizada en
las burbujas. La disolución más homogénea proporcionaría una
reacción de limpieza más uniforme. Además, la alta relación de área
superficial a volumen intrínseca a los dispositivos de fibras huecas
daría un sistema compacto, adecuado para las operaciones con
semiconductores.
El oxígeno disuelto en agua ultrapura es otro
problema en la fabricación de dispositivos semiconductores. Para
impedir el crecimiento incontrolado de óxidos se requiere la
eliminación del oxígeno hasta menos que una parte por billón (ppb).
Los problemas potenciales asociados con el crecimiento incontrolado
de óxidos son la prevención del crecimiento epitaxial a baja
temperatura, la reducción del control preciso de películas de óxidos
compuerta y una resistencia de contacto acrecentada para los
agujeros VIA. Este crecimiento incontrolado puede ser superado
desorbiendo el oxígeno disuelto del agua ultrapura usada en el
procedimiento de fabricación hasta menos que 1 ppb. En tales
aplicaciones, son ventajas la alta densidad de empaquetamiento y la
limpieza asociadas con todos los contactores de polímeros
termoplásticos perfluorados.
La patente de EE.UU. 5.670.094 proporciona un
método para producir agua oxidada en la que un gas presurizado con
ozono generado mediante una descarga eléctrica tipo ozonizador se
disuelve en el agua a tratar por medio de una membrana de fibra
hueca, caracterizado porque la presión del agua en el interior de la
membrana se mantiene mayor que la presión del gas con ozono
suministrado por el exterior de la membrana de fibra hueca para
impedir que se mezclen burbujas minúsculas e impurezas en el agua
que se está tratando, y la concentración de ozono en el agua tratada
se controla sobre la base de la concentración de gas ozono. Este
método de referencia sólo describe membranas de PTFE y no contempla
el uso de un contactor de polímero termoplástico totalmente
perfluorado.
A los contactores de tubos huecos completamente
de PTFE comercialmente disponibles se les denomina como "tubos
huecos", probablemente porque son relativamente grandes. La
patente JP7213880A describe el procedimiento de fabricación de
fibras para fabricar tubos huecos de materiales compuestos de PTFE
para aplicaciones de ozonización. La primera etapa de este
procedimiento supone extruir una pasta de PTFE derivada de una
mezcla de polvo de PTFE y agentes lubricantes. Después que se ha
formado el tubo, los agentes lubricantes se extraen y el polvo se
sinteriza para dar un tubo sólido de PTFE ligeramente poroso. A
continuación, el tubo se estira longitudinalmente para hacerlo
poroso. Éste es diferente que las típicas membranas de láminas
planas de PTFE fabricadas por un procedimiento similar. Para generar
estructuras microporosas realmente finas, caracterizadas por una red
de nodo a fibrilas, la mayoría de las membranas de PTFE se fabrican
por estiramiento biaxial. Para las fibras huecas, el procedimiento
equivalente hubiera sido estirar la fibra radialmente. Probablemente
debido a la impracticabilidad de tal etapa, esta etapa de
estiramiento radial se pierde en el procedimiento descrito.
Consecuentemente, los poros de este tubo están sólo
"semiconformados", es decir, no alcanzaron la "red de nodo a
fibrilla" de la membrana de lámina plana. Para compensar esta
deficiencia, el tubo sufrió una segunda etapa de estratificar una
membrana regular microporosa de lámina plana sobre la parte superior
de la superficie externa del tubo poroso. Esta etapa supone
estratificar espiralmente sobre la superficie del tubo una larga
tira estrecha de membrana microporosa de PTFE. Este es un
procedimiento tedioso e intensivo en mano de obra. También, con la
membrana estratificada por el lado externo del tubo hueco, la
resistencia a la transferencia de materia en el flujo del lado del
tubo podría ser mayor en los casos en los que el fluido entrara
parcialmente en la capa soporte. Esta disposición disminuye el
potencial de usar la membrana como barrera para separar las dos
fases de fluido. Estas deficiencias se superan con las membranas de
fibras huecas de la presente invención.
Una ventaja en las aplicaciones de contacto es
que la muy baja tensión superficial de estos polímeros perfluorados
permite el uso de líquidos de baja tensión superficial. Por ejemplo,
los agentes reveladores altamente corrosivos usados en la industria
de fabricación de semiconductores pueden contener agentes reductores
de la tensión superficial tales como agentes tensioactivos. Estos
agentes reveladores no podrían desgasificarse con las membranas
microporosas típicas porque el líquido entraría en los poros a las
presiones usadas y permearía provocando la pérdida de disolución y
una excesiva evaporación. Además, el líquido que llena los poros se
añadiría enormemente a la resistencia a la transferencia de materia
del transporte de gas. La patente de EE.UU. 5.749.941 describe cómo
en la absorción de dióxido de carbono o de sulfuro de hidrógeno en
disoluciones acuosas que contengan un disolvente orgánico no se
pueden usar membranas convencionales de fibras huecas de
polipropileno o polietileno sin el uso de un aditivo a la disolución
para impedir las fugas. Aunque las membranas de
politetrafluoroetileno (PTFE) funcionarían en estas aplicaciones,
presumiblemente debido a su menor tensión superficial, son difíciles
de procesar en fibras huecas. Las membranas de la presente invención
se fabrican de polímeros que tienen propiedades de tensión
superficial similares al PTFE y se fabrican más fácilmente en forma
de membranas de fibras huecas de pequeño diámetro.
El documento WO 9853894 describe un
procedimiento para formar filtros de gases, compactos, de alto flujo
y resistentes al ensuciamiento, revistiendo una capa continua
ultrafina de un polímero no poroso permeable a los gases sobre una
superficie filtrante poniendo en contacto un lado del sustrato
microporoso con una disolución diluida de revestimiento de un
polímero, preferiblemente un copolímero amorfo de
perfluoro-2,2-dimetil-1,3-dioxol,
el cual es hidrófobo y hidrófobo y lipófobo. El tamaño de poro del
sustrato filtra el polímero de la disolución cuando el disolvente
fluye a su través, dejando una capa ultrafina de polímero. El
procedimiento es útil para revestir sustratos de fibras huecas y en
forma de láminas, particularmente fibras huecas múltiples
ensambladas en módulos. Se ha descrito que estas membranas son
útiles para aplicaciones de contactores. (S. Nemser, artículo
presentado en el congreso de La North American Membrane Society,
1998). Este método requiere una etapa de revestimiento separada y
compleja para producir una fibra no porosa para contactores. Además,
no se describe un contactor fabricado completamente de un material
termoplástico perfluorado.
El documento EP-0855212 describe
un módulo de membranas de fibras huecas que comprende un cuerpo del
módulo y un haz de membranas de fibras huecas que comprende una
pluralidad de membranas de fibras huecas, estando al menos un
extremo del haz ligado a y fijado sobre el cuerpo del módulo, en el
que las porciones ligantes del haz de membranas de fibras huecas y
del cuerpo del módulo comprenden una resina del tipo silicona y en
al menos una de las porciones ligantes se fija directamente sobre el
cuerpo del módulo una nervadura de refuerzo para reforzar las
porciones ligantes. Según el módulo de membranas de fibras huecas
descrito, son posibles el tratamiento por filtración a través de
membranas durante un largo período de tiempo de agua que contiene
ozono y el lavado repetido con agua que contiene ozono.
La presente invención proporciona un contactor
de fases fluido-fluido según la reivindicación 1.
Las realizaciones preferidas de dicho contactor se describen en las
reivindicaciones 2 a 12. Además, la presente invención proporciona
un método para fabricar un contactor de fases
fluido-fluido según la reivindicación 13.
En una primera realización de la presente
invención, se usa como barrera una fibra hueca altamente asimétrica
de polímero termoplástico perfluorado. La membrana está compuesta de
una superficie con piel sobre un diámetro y de una superficie porosa
sobre el otro diámetro. Preferiblemente, los poros de la superficie
porosa con piel están en el intervalo de 0,001 \mum a 0,05 \mum.
La superficie con piel y con poros más pequeños de la membrana
asimétrica está diseñada para que se encare con el flujo de líquido
y ofrezca la resistencia más alta a la intrusión de líquido. La piel
delgada ofrece una baja resistencia difusional, incluso los poros
pequeños ofrecen la mayor resistencia a la intrusión. Asimismo, la
superficie perfluorada tiene una baja energía interfacial, lo cual
aumenta más la resistencia a la intrusión de líquido.
En una segunda realización, se usa como barrera
una membrana microporosa de fibras huecas de polímero termoplástico
perfluorado. Estas membranas son útiles en aplicaciones en las que
se puede controlar la resistencia de la membrana a la transferencia
de materia, o la intrusión de líquido en los poros es un problema
menor.
En una tercera realización, la superficie con
piel de la membrana de fibras huecas de polímero termoplástico
perfluorado es no porosa.
Esta invención proporciona un contactor de
membranas de fibras huecas de polímero termoplástico completamente
perfluorado con estructuras unitarias en los extremos que tienen una
alta densidad de empaquetamiento y son capaces de funcionar con
líquidos que tienen una tensión superficial interfacial mayor que 20
mN/m a 20ºC. Se proporciona y describe un método de fabricación del
contactor.
El contactor está compuesto de un haz de
membranas de fibras huecas sustancialmente paralelas unidas
conjuntamente por ambos extremos y que tienen una(s)
estructura(s) unitaria(s) en los extremos con la
carcasa que contiene las fibras. Las membranas de fibras huecas de
polímero termoplástico perfluorado de esta invención se fabrican con
polímeros tales como
poli(tetrafluoroetileno-co-perfluoro(alquilviniléter)),
poli(tetrafluoroetileno-co-hexafluoropropileno),
o sus mezclas. El contactor tiene conexiones para la entrada y la
salida de fluidos para los dos fluidos a ser puestos en contacto.
Como se ilustra en la figura 1, el fluido 1 entra en el contactor 2
a través de los lúmenes 3 de las fibras por medio de la conexión 10,
atraviesa el interior del contactor mientras que está en los
lúmenes, en los que está separado del fluido 2 mediante la membrana,
y sale del contactor a través de los lúmenes de las fibras por la
conexión 20. El fluido 2 entra en la carcasa a través de la conexión
30 y llena sustancialmente el espacio entre la pared interna de la
carcasa y los diámetros externos de las fibras, y sale a través de
la conexión 40.
En la primera realización, las fibras son
membranas asimétricas con piel que tienen una superficie porosa con
piel sobre un diámetro y una superficie porosa sobre el otro
diámetro, comprendiendo la pared de las fibras entre ellos una
estructura porosa. El procedimiento para fabricar un contactor de la
primera realización a partir de polímeros termoplásticos
perfluorados asimétricos con piel usa membranas de fibras huecas
fabricadas por el procedimiento descrito en la solicitud de patente
de EE.UU. concurrente 60/117.854, presentada el 29 de enero de 1999.
Para usar con líquido por el lumen del líquido, el diámetro interno
se fabricará con piel, y para usar con líquido por el lado externo o
de la vaina de las fibras, el diámetro externo de las fibras se
fabricará con piel. Las fibras puestas conjuntamente están
estrechamente espaciadas sin que ninguna fibra se entrecruce o las
fibras tropiecen unas con otras tan fuertemente que no puedan
separarse por el flujo de líquido o de gas. Para el flujo de líquido
por el lumen, el cual es el modo preferido de operación para el
contacto líquido-gas, las fibras no tienen que estar
uniformemente separadas. Esto simplifica el procedimiento de
fabricación del contactor.
En la segunda realización, las membranas
microporosas de fibras huecas de polímeros termoplásticos
perfluorados se fabrican mediante un procedimiento descrito en la
solicitud de patente de EE.UU. 60/117.852, presentada el 29 de enero
de 1999. También podrían usarse membranas equivalentes fabricadas
por otro procedimiento. Los polímeros preferidos son polímeros
termoplásticos perfluorados, más específicamente
poli(tetrafluoroetileno-co-perfluoro(alquilviniléter))
(poli(PTFE-CO-PFVAE)),
poli(tetrafluoroetileno-co-hexafluoropropileno)
(FEP), o mezclas de estos polímeros, los cuales se disuelven en un
disolvente para dar una disolución que tiene una temperatura crítica
superior de disolución, y que cuando la disolución se enfría se
separa en dos fases por separación de fases
líquido-líquido. El Teflon® PFA es un ejemplo de
poli(tetrafluoroetileno-co-perfluoro(alquilviniléter))
en el que el grupo alquilo es principal o completamente el grupo
propilo. El FEP Teflon® es un ejemplo de
poli(tetrafluoroetileno-co-hexafluoropropileno).
Ambos son fabricados por DuPont, Wilmington, DE. Neoflon^{TM} PFA
(Daikin Industries) es un polímero similar al PFA Teflon® de DuPont.
En la patente de EE.UU. 5.463.006 se describe un polímero tipo
poli(tetrafluoroetileno-co-perfluoro(alquilviniléter))
en el que el grupo alquilo es principalmente el grupo metilo. Un
polímero preferido es Hyflon®
POLY(PTFE-CO-PFVAE)) 620,
obtenible de Ausimont USA, Inc., Thorofare, NJ.
En una realización preferida, el grupo alquilo
de dicho
poli(tetrafluoroetileno-co-perfluoro(alquilviniléter))
se selecciona del grupo que consiste en el grupo propilo, el grupo
metilo y mezclas de los grupos metilo y propilo.
En una tercera realización, las condiciones de
fabricación de membranas de la primera realización se ajustan para
producir una membrana asimétrica con piel con una piel no porosa. Un
método preferido es aumentar la cantidad de polímero usada en la
disolución usada para fabricar las membranas.
Las fibras se fabrican por el método de
separación de fases térmicamente inducida (TIPS), en el que el
polímero se disuelve en un disolvente a altas temperaturas y se
extruye a través de una matriz anular en el interior de un baño de
refrigeración. La fibra resultante en forma de gel se enrolla como
un arrollamiento continuo sobre un marco de acero con las fibras
sustancialmente paralelas y no tocándose. El marco y el
arrollamiento se colocan en un baño de extracción para separar el
disolvente de la fibra en forma de gel. Después de la extracción,
las fibras se recuecen sobre el marco durante 24 horas y a
continuación se enfrían. Las fibras se separan del marco y el
arrollamiento plano de fibras se vuelve a recocer para relajar las
fibras e impedir el encogimiento en la etapa de encapsular las
fibras y ligarlas. Las fibras se separan del horno de recocido y se
enfrían. A continuación, se reúnen en una haz cilíndrico y se
encapsulan y ligan en una única etapa.
La operación de encapsular es un procedimiento
para formar una lámina tubular que tiene cierres herméticos a los
líquidos alrededor de cada fibra. La lámina tubular o maceta separa
el interior del contactor final del ambiente. En la presente
invención, la maceta se liga térmicamente al depósito carcasa para
producir una estructura unitaria en los extremos. La estructura
unitaria en los extremos comprende la porción del haz de fibras que
está englobada en un extremo encapsulado, la maceta y la porción
final de la carcasa de polímero termoplástico perfluorado, cuya
superficie interna es congruente con la maceta y está ligada a ella.
Formando una estructura unitaria se produce un contactor más
robusto, con menos probabilidad de que tenga fugas o de que falle de
cualquier otra manera en la interfase de la maceta y la carcasa. El
procedimiento de encapsular y ligar es una adaptación del método
descrito en el documento
WO-A-00/44480.
La operación de encapsular y el ligado se hacen
en una única etapa. Para encapsular un extremo de una vez se usa un
bloque de calentamiento externo. Los cierres de los extremos de
polímeros termoplásticos perfluorados se fabrican preferiblemente de
poli(tetrafluoroetileno-co-perfluoro(alquilviniléter))
que tiene un punto de fusión de 250ºC a 260ºC. Un material para
encapsular preferido es la resina Hyflon® 940 AX, de Ausimont USA,
Inc., Thorofare, NJ. También es adecuado
poli(tetrafluoroetileno-co-hexafluoropropileno)
de baja viscosidad con bajas temperaturas al final de la fusión,
como se describe en la patente de EE.UU. 5.266.639. El procedimiento
supone calentar el material de encapsular en una copa de
calentamiento a alrededor de 275ºC hasta que la masa fundida se
torne transparente y esté exenta de burbujas atrapadas. Se hace una
cavidad en la masa fundida de material de encapsular que permanece
como una cavidad durante un tiempo suficiente para posicionar y
fijar el haz de fibras y la carcasa en el lugar. Subsiguientemente,
la cavidad se rellenará con el polímero termoplástico fundido en un
flujo impulsado por la gravedad.
Una estructura unitaria en el extremo, mediante
lo cual se quiere decir que las fibras y la maceta están ligadas a
la carcasa para formar una única entidad que solamente consiste en
materiales termoplásticos perfluorados, se prepara pretratando en
primer lugar las superficies de ambos extremos de la carcasa antes
de la etapa de encapsular y ligar. Esto se consigue ligando a la
carcasa el material de encapsular en estado fundido. Las superficies
internas de ambos extremos de la carcasa se calientan cerca de su
punto de fusión o justo en el punto de fusión e inmediatamente se
sumergen en una copa que contiene resina de encapsular en polvo
(poli(PTFE-CO-PFVAE)). Puesto
que la temperatura de la superficie de la carcasa es mayor que el
punto de fusión de las resinas de encapsular, la resina de
encapsular se funde entonces con la resina de la carcasa, una
condición para que se produzca el ligado. A continuación, la carcasa
se extrae y se pule con una pistola térmica para fundir cualquier
exceso de polvo sin fundir. Sin esta etapa de pretratamiento, las
superficies de la carcasa se desprenden con frecuencia de las
superficies de material de encapsular debido a la ausencia de
entremezclado entre las dos resinas.
La(s) estructura(s)
unitaria(s) en los extremos se corta(n) y se expone el
lumen de las fibras. Las superficies encapsuladas se pulen entonces
más usando una pistola térmica para separar por fusión cualquier
superficie encapsulada manchada o basta. Para refundir localmente y
reparar cualquier punto defectuoso puede usarse una pistola de
soldar, algunas veces con la ayuda de una gota de resina
fundida.
Figura 1. Es una ilustración de un contactor de
membranas de fibras huecas.
Figura 2a. Es una ilustración de una membrana de
fibra hueca enrollada alrededor de un marco.
Figura 2b. Es una ilustración que muestra un
arrollamiento plano rectangular de una membrana de fibra hueca.
Figura 3. Es una ilustración de un arrollamiento
plano rectangular conformado en un haz cilíndrico de fibras.
Figura 4. Muestra los resultados de ensayos de
desgasificación ejecutados como se describe en el ejemplo 3.
La membrana de fibra hueca asimétrica con piel
se produce mediante el procedimiento descrito en la solicitud de
patente de EE.UU. concurrente 60/117.854, presentada el 29 de enero
de 1999. Ese procedimiento se basa en el método de separación de
fases térmicamente inducida (TIPS) de fabricar estructuras y
membranas porosas. En primer lugar, se mezclan pelets de un polímero
termoplástico perfluorado, usualmente molidos hasta un tamaño más
pequeño que el suministrado por el fabricante, de 100 a 1000 \mum,
preferiblemente de 300 \mum, más preferiblemente suministrado como
un polvo o molido hasta formar un polvo, y un disolvente, tal como
un oligómero de clorotrifluoroetileno, hasta que la mezcla tenga una
consistencia de pasta o semejante. El polímero comprende entre
aproximadamente 12% y 75%, preferiblemente 30% y 60%, en peso de la
mezcla. Los polímeros preferidos son polímeros termoplásticos
perfluorados, mas específicamente
poli(tetrafluoroetileno-co-perfluoro(alquilviniléter))
(poli(PTFE-CO-PFVAE)) o
poli(tetrafluoroetileno-co-hexafluoropropileno)
(FEP), o mezclas de estos polímeros, los cuales se disuelven en un
disolvente para dar una disolución que tiene una temperatura
superior crítica de disolución, y que cuando la disolución se
enfría se separa en dos fases por separación de fases
líquido-líquido. El PFA Teflon® es un ejemplo de
poli(tetrafluoroetileno-co-perfluoro(alquilviniléter))
en el que el grupo alquilo es principal o completamente el grupo
propilo. El FEP Teflon® es un ejemplo de
poli(tetrafluoroetileno-co-hexafluoropropileno).
Ambos son fabricados por DuPont. Neoflon^{TM} PFA (Daikin
Industries) es un polímero similar al PFA Teflon® de DuPont. En la
patente de EE.UU. 5.463.006 se describe un polímero tipo
poli(tetrafluoroetileno-co-perfluoro(alquilviniléter))
en el que el grupo alquilo es principalmente el grupo metilo. Un
polímero preferido es Hyflon®
POLY(PTFE-CO-PFVAE)) 620,
obtenible de Ausimont USA, Inc., Thorofare, NJ.
El disolvente se selecciona de modo que, cuando
la disolución se extruya y enfríe, la formación de la membrana se
produzca por separación de fases líquido-líquido más
que por separación de fases sólido-líquido. Los
disolventes preferidos son polímeros saturados de bajo peso
molecular de clorotrifluoroetileno. Un disolvente preferido es
HaloVac® 60 de Halocarbon Products Corporation, River Edge, NJ. La
selección del disolvente la dicta la capacidad del disolvente para
disolver el polímero cuando se calienta para formar una disolución
con una temperatura superior crítica de disolución, pero que no
hierva excesivamente a esa temperatura. La extrusión de fibras es
denominada hilado y la longitud de la fibra extruida desde la salida
de la matriz hasta la estación de arrastre se denomina línea de
hilado. La pasta se dosifica a un cuerpo cilíndrico de extrusora
calentado en el que la temperatura se eleva por encima de la
temperatura superior crítica de disolución para que se produzca la
disolución. Para membranas de fibras huecas con piel en el interior,
la disolución homogénea se extruye a continuación a través de una
matriz anular directamente en un baño líquido de refrigeración sin
ningún hueco de aire. El diámetro del lumen se mantiene con una
presión constante de gas. El baño líquido de refrigeración se
mantiene a una temperatura por debajo de la temperatura superior
crítica de disolución de la disolución de polímero. El baño líquido
preferido no es un disolvente del polímero termoplástico, incluso a
la temperatura de excusión. Tras la refrigeración, la disolución
calentada y conformada experimenta separación de fases y se produce
una fibra en forma de gel. En el hilado vertical, la boquilla de la
matriz está ligeramente sumergida; es decir, la línea de hilado cae
en sentido descendente, en la dirección de un cuerpo que cae
libremente. En el hilado horizontal, en el que la línea de hilado
sale directamente en posición horizontal y se mantiene más o menos
en ese plano hasta al menos el primer rodillo guía, se usa una
matriz especialmente diseñada. La matriz está firmemente posicionada
junto a una pared aislada con la boquilla de la matriz penetrando a
través de un orificio que tiene un cierre hermético a los líquidos
en la pared aislante. En el lado opuesto de la pared aislante se
coloca en una cavidad una artesa para el flujo de líquido
refrigerante, de manera que mantenga la salida de la boquilla de la
matriz en un estado sumergido. El líquido refrigerante fluye por la
artesa y rebosa a una región de la artesa de menor profundidad,
manteniendo la salida de la boquilla de la matriz sumergida con un
flujo de líquido refrigerante. En ambos métodos, vertical y
horizontal, se usa un medio calentador de refuerzo y para el control
de la temperatura para elevar brevemente la temperatura de la
disolución en la boquilla de la matriz para impedir el enfriamiento
prematuro. En una etapa subsiguiente, el disolvente de la disolución
se separa por extracción y la membrana de fibra hueca resultante se
seca en condiciones de tensión para impedir el encogimiento y
colapso de la membrana. Opcionalmente, la fibra secada puede
termoconformarse entre 200ºC y 300ºC. Preferiblemente, la fibra se
termoconformará o recocerá en condiciones de tensión a una
temperatura cerca de la temperatura de fusión de la fibra, la cual,
para el polímero preferido de esta invención, está dentro de un
intervalo de 270ºC a 290ºC, preferiblemente de 275ºC a 285ºC, con el
intervalo más preferido de 278ºC a 282ºC. Con el fin de minimizar el
encogimiento durante la operación de encapsular, una etapa preferida
es una segunda etapa de recocido, sin condiciones de tensión, a
temperaturas similares. Los tiempos de recocido de estas etapas son
de 6 a 48 horas, más preferiblemente de 18 a 30 horas.
En la invención descrita en el documento USSN
60.117.854, la evaporación controlada del disolvente de al menos una
superficie de la fibra hueca cuando sale de la boquilla de la matriz
se combina con disoluciones de mayor contenido de sólidos polímeros
y el procedimiento de extrusión sumergida para producir membranas
asimétricas porosas de fibras huecas con piel en el diámetro interno
a partir de polímeros termoplásticos perfluorados. Para esta
realización, el lumen se mantiene con una presión constante de un
gas continuamente alimentado por el diámetro interno del lumen. En
esta realización, el disolvente sobrecalentado se evapora en el
interior del lumen tan pronto como emerge de la matriz. La pérdida
de disolvente provoca un aumento superficial de la concentración de
sólidos en la superficie interna del lumen. Cuando la masa fundida
se enfría, se forma una piel muy fina sobre la superficie del lumen,
mientras que el resto de la membrana forma una estructura
microporosa debido a que está sumergida en un baño de enfriamiento
que impide que el agente formador de poros se separe
instantáneamente de la superficie externa e impide la formación de
una piel sobre la superficie externa.
Para producir una membrana de fibra hueca
asimétrica con piel y de polímero termoplástico perfluorado, con la
piel sobre la superficie externa, el procedimiento descrito
anteriormente se adapta para que el lumen esté lleno con un líquido
para impedir la evaporación en la superficie interna y la superficie
externa se expone a la atmósfera en un espacio de aire muy corto
antes de entrar en el baño de refrigeración. El líquido que llena el
lumen puede ser un líquido que no hierva o se vaporice excesivamente
durante el procedimiento de extrusión. Los líquidos preferidos son
aceites minerales, aceites de silicona y ftalato de dioctilo, siendo
el líquido más preferido un polímero de un
clorotrifluorohidrocarburo saturado de bajo peso molecular.
Para producir una membrana microporosa de fibra
hueca de polímero termoplástico perfluorado, se usan las enseñanzas
de la solicitud serial de patente de EE.UU. número 60/117.852,
presentada el 29 de enero de 1999. Esta solicitud proporciona, para
aplicaciones que precisen altos caudales, membranas porosas de
fibras huecas exentas de piel, más específicamente membranas
microporosas a partir de polímeros termoplásticos perfluorados, más
específicamente
poli(tetrafluoroetileno-co-perfluoro(alquilviniléter))
(poli(PTFE-CO-PFVAE)) o
poli(tetrafluoroetileno-co-hexafluoropropileno)
(FEP) o mezclas de estos polímeros.
Se proporciona un procedimiento para producir
estas membranas. El procedimiento se basa en el método de separación
de fases térmicamente inducida (TIPS) de fabricar estructuras y
membranas porosas. En primer lugar, se mezclan pelets de un
polímero, usualmente molidos hasta un tamaño más pequeño que el
suministrado por el fabricante, de 100 a 1000 \mum,
preferiblemente de 300 \mum, más preferiblemente suministrado como
un polvo o molido hasta un polvo, y un disolvente, tal como un
oligómero de clorotrifluoroetileno, hasta que la mezcla tenga una
consistencia de pasta o semejante. El polímero comprende entre 12% y
35% en peso de la mezcla. El disolvente se selecciona de modo que,
cuando la disolución se extruya y enfríe, la formación de la
membrana se produzca por separación de fases
líquido-líquido más que por separación de fases
sólido-líquido. Los disolventes preferidos son
polímeros saturados de bajo peso molecular de clorotrifluoroetileno.
Un disolvente preferido es HaloVac® 60 de Halocarbon Products
Corporation, River Edge, NJ. La selección del disolvente la dicta la
capacidad del disolvente para disolver el polímero cuando se
calienta para formar una disolución con una temperatura superior
crítica de disolución, pero que no hierva excesivamente a esa
temperatura. La extrusión de fibras es denominada hilado y la
longitud de la fibra extruida desde la salida de la matriz hasta la
estación de arrastre se denomina línea de hilado. La pasta se
dosifica a un cuerpo cilíndrico de extrusora calentado en el que la
temperatura se eleva por encima de la temperatura superior crítica
de disolución para que se produzca la disolución. La disolución
homogénea se extruye a continuación a través de una matriz anular
directamente en un baño líquido de refrigeración sin que pase por
ningún hueco de aire. El baño líquido de refrigeración se mantiene a
una temperatura por debajo de la temperatura superior crítica de
disolución de la disolución de polímero. El baño líquido preferido
no es un disolvente del polímero termoplástico, incluso a la
temperatura de excusión. Tras la refrigeración, la disolución
calentada y conformada experimenta separación de fases y se produce
una fibra en forma de gel. En el hilado vertical, la boquilla de la
matriz está ligeramente sumergida; es decir, la línea de hilado cae
en dirección descendente, en la dirección de un cuerpo que cae
libremente. En el hilado horizontal, en el que la línea de hilado
sale directamente en posición horizontal y se mantiene más o menos
en ese plano hasta al menos el primer rodillo guía, se usa una
matriz especialmente diseñada. La matriz está firmemente posicionada
junto a una pared aislada con la boquilla de la matriz penetrando a
través de un orificio que tiene un cierre hermético para los
líquidos en la pared aislante. En el lado opuesto de la pared
aislante se coloca en una cavidad una artesa para el flujo de
líquido refrigerante, de manera que mantenga la salida de la
boquilla de la matriz en un estado sumergido. El líquido
refrigerante fluye por la artesa y rebosa a una región de la artesa
de menor profundidad, manteniendo la salida de la boquilla de la
matriz sumergida con un flujo de líquido refrigerante. En ambos
métodos, el vertical y el horizontal, se usa un medio calentador de
refuerzo y para el control de la temperatura, para elevar brevemente
la temperatura de la disolución en la boquilla de la matriz para
impedir el enfriamiento prematuro. En una etapa subsiguiente, el
disolvente de la disolución se separa por extracción y la membrana
de fibra hueca resultante se seca en condiciones de tensión para
impedir el encogimiento y colapso de la membrana. Opcionalmente, la
fibra secada puede termoconformarse a una temperatura de 200ºC a
300ºC.
El método de encapsular se describe en el
documento WO-A-00/44480. Esta
solicitud describe un método simplificado para fabricar un elemento
filtrante de membranas de fibras huecas de polímero termoplástico
perfluorado encapsuladas con un polímero termoplástico perfluorado.
El método comprende colocar verticalmente por el extremo cerrado una
porción de un haz de tramos de membranas de fibras huecas, con al
menos uno cerrado, en una cavidad temporal fabricada en un baño de
polímero termoplástico fundido mantenido en un recipiente, mantener
los tramos de las fibras en una posición vertical definida, mantener
el polímero termoplástico en estado fundido para que fluya a la
cavidad temporal, alrededor de las fibras y verticalmente por las
fibras, llenado completamente los espacios intersticiales entre las
fibras con el polímero termoplástico. Una cavidad temporal es una
cavidad que permanece como cavidad en el material de encapsular
fundido durante un tiempo suficiente para posicionar y fijar el haz
de fibras en su lugar y a continuación será rellenada por el
polímero termoplástico fundido. La naturaleza temporal de la cavidad
puede controlarse mediante la temperatura a la que se mantiene el
material de encapsular, la temperatura a la que se mantiene el
material de encapsular durante la colocación del haz de fibras y las
propiedades físicas del material de encapsular. Una cavidad temporal
también puede ser una cavidad en un polímero termoplástico sólido
que se llenará cuando el polímero termoplástico se caliente a una
temperatura suficientemente por encima de su temperatura de
ablandamiento o de fusión para que fluya, y se mantiene a esa
temperatura durante el tiempo necesario para llenar la cavidad. El
extremo de la fibra puede cerrase por sellado, taponamiento o, en
una realización preferida, conformándose en un bucle.
En la presente invención, las fibras se enrollan
alrededor de un marco metálico y se termoconforman en forma de un
arrollamiento rectangular plano, como se ilustra en la figura 2a, la
cual muestra la fibra enrollada alrededor de un marco, y en la
figura 2b, la cual muestra el arrollamiento rectangular plano
después del recocido y la separación del marco. Los extremos del
arrollamiento forman bucles, mostrados mediante 50 en la figura 2b,
que se cierran para impedir la entrada mediante el material de
encapsular fundido. El arrollamiento plano rectangular se conforma
en una forma sustancialmente cilíndrica como se ilustra en la figura
3, y se posiciona en una carcasa 2 de material termoplástico
perfluorado en la figura 1. Las fibras se mantienen temporalmente en
posición en la carcasa durante la operación de encapsular por medios
de sujeción. Ejemplos de tales medios se dan en el documento
WO-A-00/44480. El cilindro de fibras
puede formarse mediante, por ejemplo, bobinado sobre un núcleo o sin
un núcleo. La pared interna de la carcasa define el espacio para que
fluya el fluido con el que entrar en contacto por el diámetro
externo de las fibras, el lado de la vaina. En la presente
invención, la carcasa debe ser de una calidad de polímero
termoplástico perfluorado que tenga una temperatura de fusión de al
menos 15ºC-20ºC mayor que el material de encapsular.
La carcasa se pretrata con el material de encapsular de menor punto
de fusión calentando la carcasa a una temperatura mayor que la
temperatura de fusión del material de encapsular, pero inferior a la
temperatura de fusión del material de la carcasa. La carcasa
calentada se sumerge en un recipiente de material de encapsular en
forma de polvo. La mayor temperatura de la carcasa provoca que el
material de encapsular se funda con la carcasa de modo que se pueda
formar un fuerte ligamento en la subsiguiente etapa de encapsular y
ligar. Es crucial que el material de la carcasa tenga una
temperatura de fusión o de ablandamiento con el fin de ablandarse
cuando se caliente cerca del punto de fusión o de ablandamiento del
material de la carcasa. Sin limitar la invención, se cree que con el
fin de producir una estructura unitaria en los extremos, tiene que
haber una cierta cantidad de entremezclado de los polímeros de la
carcasa y de encapsular, lo cual sólo puede ocurrir si ambos están
a, por encima o muy cerca de sus respectivos puntos de fusión o de
ablandamiento. La porción de la carcasa pretratada y las fibras que
se desea estén en la región encapsulada se colocan en la cavidad
temporal sin que entren en contacto con el material de encapsular
fundido del interior. Durante el curso del tiempo, el material de
encapsular fluirá hacia arriba y alrededor de las fibras, y hacia
arriba y alrededor de la carcasa. Ligándose a la carcasa pretratada
formará una estructura unitaria en el extremo que tendrá una
durabilidad mejorada debido a que el pretratamiento elimina la
interfase entre materiales disimilares. Si la carcasa fuera de la
misma temperatura de fusión que el compuesto de encapsular, se
ablandaría excesivamente y se deformará durante la operación de
encapsular. Después que haya cesado el flujo de material de
encapsular, el baño fundido se enfría y el extremo encapsulado se
separa del recipiente de calentamiento. En el segundo extremo se
hace una segunda etapa de encapsular como la descrita. El exceso de
material de encapsular tipo polímero termoplástico se separa y los
extremos de la maceta se abren cortando a través del material de
encapsular perpendicularmente o en un ángulo menor que 90º al eje
largo.
Opcionalmente, puede hacerse una mata de fibras
disponiendo tramos individuales de fibras en una fila perpendicular
a la longitud de la fibra, estando los tramos de fibras separados
sustancialmente por distancias iguales, y uniendo los extremos
adyacentes de las fibras en cada extremo de las fibras con un medio
continuo, tal como una cinta. El medio continuo también puede sellar
los extremos o uno o ambos extremos se pueden sellar separadamente.
La mata puede entonces enrrollarse sobre un eje paralelo a los
tramos de las fibras, sobre un núcleo o sin un núcleo. La mata
enrollada se coloca a continuación en el cuerpo hueco como se
describió anteriormente. En ambos de estos métodos opcionales, la
operación de encapsular transcurre a continuación como se describió
anteriormente.
En una realización preferida, la primera etapa
de fabricar un contactor de fibras huecas de
(poli(PTFE-CO-PFVAE)) es
bobinar fibras huecas de
(poli(PTFE-CO-PFVAE)) en
forma de gel sobre un marco de acero para formar vueltas continuas
sobre ambos lados del marco. Las fibras en forma de gel son fibras
brutas, no extraídas, con el agente formador de poros (un aceite
tipo halocarburo) aún embebido en la estructura de la membrana. Las
fibras en forma de gel deben ser sustancialmente paralelas unas con
otras. Están estrechamente espaciadas, aún sin tocarse o sin
cruzarse unas con otras en sus respectivas sendas. Las fibras
enmarcadas se ponen entonces en un agente desengrasante para extraer
los agentes formadores de poros de la membrana. Después de 24 h de
extracción, los marcos con fibras enrolladas y extraídas se ponen en
un horno para recocer las fibras durante 24 h a una temperatura en
el intervalo de 270ºC a 290ºC, preferiblemente de 275ºC a 285ºC,
siendo el intervalo más preferido de 278ºC a 282ºC. Puesto que el
polímero tiene una amplia temperatura de fusión, algunas veces es
posible recocer a una temperatura ligeramente mayor que la
temperatura de fusión máxima o media. Los marcos con las fibras se
retiran y se enfrían. Después de enfriar, las fibras se separan del
marco. El haz o los haces de fibras dobladas en forma de vueltas se
ponen entonces de nuevo en el horno para recocer otras 24 h a la
misma temperatura. La primera etapa recuece las fibras a alta
temperatura bajo tensión, cuando la mayoría de las propiedades
mecánicas se conforman. La segunda etapa de recocido relaja a las
fibras, permitiendo que las fibras encojan hasta la longitud de
equilibrio sin ninguna tensión a la temperatura de recocido. Aunque
el encogimiento es muy pequeño, aproximadamente 5%, esta segunda
etapa de relajación es crítica ya que impide el encogimiento de las
fibras huecas durante la operación de encapsular, lo cual daría
lugar a módulos no integrales.
En el método de la presente invención, las
etapas de ligado y de encapsular se combinan en una única etapa. La
carcasa es usualmente un tubo de
(poli(PTFE-CO-PFVAE)). Es
importante que tenga una calidad de polímero con una temperatura de
fusión aproximadamente 15-25ºC mayor que la de la
resina de
(poli(PTFE-CO-PFVAE)), la
cual funde alrededor de 256ºC. Las macetas de polímero termoplástico
perfluorado se fabrican preferiblemente de un
poli(tetrafluoroetileno-co-perfluoro(alquilviniléter))
que tenga un punto de fusión de 250ºC a 260ºC. Un material de
encapsular preferido es la resina Hyflon® 940AX, de Ausimont USA,
Inc., Thorofare, NJ. También son adecuados
poli(tetrafluoroetileno-co-hexafluoropropileno)s
de baja viscosidad con bajas temperaturas al final de la fusión como
se describen en la patente de EE.UU. 5.266.639.
El Teflon® PFA funde a una temperatura
significativamente mayor, aproximadamente 310ºC, por lo tanto, es un
material adecuado para la carcasa. Sin embargo, el Teflon® FEP tiene
un punto de fusión demasiado bajo (250ºC) mientras que el PTFE, al
no ser un polímero termoplástico, no funde. Por lo tanto, ambos de
estos polímeros no se pueden usar como material para la carcasa
mediante el método preferido. El FEP podría usarse con materiales de
encapsular de menor punto de fusión, si tales fueran útiles o
deseados. El PTFE puede usarse si, por ejemplo, la superficie
interna tuviera que ser suficientemente rugosa o erosionada para
obtener un ligado satisfactorio con el material de encapsular
fundido. Las superficies internas de ambos extremos de la carcasa
tienen que pretratarse para que se produzca el proceso de ligado.
Las superficies internas de ambos extremos de la carcasa se
calientan hasta o cerca de su punto de fusión. En este estado,
visualmente, la carcasa se torna de una pared opaca a una como un
cristal transparente. Una vez se logra la claridad óptica, el
extremo calentado se sumerge inmediatamente en una copela que
contiene la resina de encapsular
(poli(PTFE-CO-PFVAE)) en
polvo. Puesto que la temperatura de la superficie de la carcasa es
mayor que el punto de fusión de las resinas de encapsular, la resina
de encapsular se fusiona entonces con la resina de la carcasa, una
condición para que se produzca el ligado. A continuación, la carcasa
se extrae y se pule con una pistola térmica para fusionar cualquier
exceso de polvo sin fundir. Sin esta etapa de pretratamiento, las
superficies de la carcasa se desprenden con frecuencia de las
superficies de material de encapsular debido a la ausencia de
entremezclado entre las dos resinas.
Un extremo se encapsula y se fabrica en una
estructura unitaria en el extremo de una vez. El procedimiento
supone calentar las resinas de encapsular en una copela de
calentamiento con un bloque de calentamiento u otra fuente de calor
a una temperatura en el intervalo de 265ºC a 285ºC, con un intervalo
preferido de 270ºC a 280ºC, hasta que la masa fundida se torne
transparente y esté exenta de burbujas atrapadas. Se inserta una
varilla en la masa fundida para crear una cavidad. A continuación,
la carcasa y el haz de fibras se insertan en la cavidad. Es
importante advertir que en este momento ni el haz de fibras ni la
carcasa tocan a la resina de encapsular. La resina fundida fluirá
por gravedad a o largo del tiempo para rellenar los huecos para
encapsular la fibra y ligarse a la carcasa simultáneamente.
Típicamente, este procedimiento dura 2 días para cada extremo del
haz.
Después que los extremos encapsulados se hayan
enfriado, a continuación se cortan y se expone el lumen de las
fibras. Las superficies encapsuladas se pulen entonces más usando
una pistola térmica para separar por fusión cualquier superficie
encapsulada manchada o basta. Para un módulo con un gran número de
fibras, tales como 2000 ó más, es bastante común que el módulo pueda
tener uno o dos defectos en las fibras o de encapsulado. Los
defectos de encapsulado son fáciles de observar, aparecen como
machas blancas entre una superficie del encapsulado mayormente
translúcida. Los defectos en las fibras tienen que aislarse mediante
el ensayo del punto de burbuja. Sin embargo, la reparación del
módulo es bastante simple. Se usa una pistola de soldar para
refundir la mancha defectuosa, algunas veces con la ayuda de una
gota de resina fundida. Los módulos adecuadamente encapsulados
tienen muy pocos defectos, normalmente una o dos manchas. Los
módulos impropiamente encapsulados tienen agujeros muy abiertos,
algunas veces con secciones de las fibras sin encapsular. Puede
usarse un método de encapsular alternativo. Este método se describe
en la solicitud de patente de EE.UU. 60/117.856, presentada el 29 de
enero de 1999.
En este método, puede fabricarse un sistema de
membranas de fibras huecas bobinando la longitud del sistema sobre
sí misma o sobre un mandrino. Si se escoge el mandrino, es
preferiblemente de sección transversal circular, sin embargo también
se pueden usar otras formas para la sección transversal, tales como
la oval, cuadrada, rectangular o poligonal.
La membrana de fibra hueca enrollada se dispone
en una única capa, siendo las espiras sustancialmente paralelas unas
a otras en contacto continuo, o separadas uniformemente, unas de
otras. Cuando se acumula sobre el mandrino la longitud apropiada de
membrana de fibra hueca, se aplican una o más tiras de una cinta a
la superficie externa de los segmentos de membrana de fibra hueca y
se posicionan a lo largo de la longitud del mandrino en una
orientación paralela a su eje de rotación y perpendicular a los ejes
centrales de los segmentos individuales de fibras huecas. La cinta
se extiende desde el primer segmento de membrana de fibra hueca
enrollado sobre el mandrino al último y preferiblemente se extiende
1 cm más allá de cada extremo del sistema de fibras. Los segmentos
de membranas de fibras huecas se cortan por el medio de la longitud
completa de la cinta tal que las membranas de fibras huecas
permanezcan unidas conjuntamente por la ahora tira de la cinta
partida por la mitad.
Una extrusora de un único husillo que alimenta
un polímero termoplástico sellante a una matriz de extrusión plana
doble produce dos perfiles extruidos de polímero semejantes a
cintas. Un tramo adecuado de un tubo de polímero termoplástico
perfluorado se monta sobre un mandrino bobinador desmontable
posicionado por debajo de la matriz de extrusión, siendo el eje
rotacional del mandrino paralelo a la línea que conecta las dos
salidas de la matriz de extrusión. Antes del bobinado del sistema y
de la formación de láminas tubulares, el tubo tiene que
precalentarse. Esta etapa es necesaria para obtener un buen ligado
entre la lámina tubular y el tubo. El tubo de polímero termoplástico
perfluorado calentado se hace rotar y se inicia la extrusión de las
cintas gemelas.
Tras la acumulación de aproximadamente media
vuelta de las perfiles extruidos de las cintas de polímero sobre el
tubo, el eje delantero del sistema de membranas de fibras huecas se
posiciona debajo y paralelo al tubo con el lado adhesivo de la tira
de la cinta extendido dando cara al tubo. A continuación, la cinta
se pone en contacto con el exterior de las láminas tubulares del
tubo y se enrolla sobre el tubo. Sobre el sistema de fibras huecas
se mantiene una ligera tensión para mantener las fibras en contacto
con los perfiles extruidos de polímero. La aplicación de los
perfiles extruidos de polímero puede terminarse después que el
dispositivo completo se haya enrollado alrededor del mandrino.
Alternativamente, las láminas tubulares pueden acumularse hasta un
diámetro mayor dependiendo de los requisitos del resto del
procedimiento de montaje del módulo. En este caso, la rotación del
mandrino bobinador continúa cuando se permite que las láminas
tubulares se enfríen. Las porciones de los extremos del haz de
fibras sellado pueden conformarse para exponer los lúmenes de las
fibras y puede realizarse un maquinado adicional para proporcionar
un medio para sellar el haz de fibras en el interior de una carcasa
adecuada o el haz de fibras puede contornearse para proporcionar
detalles adecuados para ligarlo termoplásticamente a los componentes
de una carcasa a presión del mismo o similar material resina, con el
fin de producir un módulo de fibras huecas.
En una configuración alternativa, puede usarse
una única maceta común para ambos extremos separados. Esta
configuración sería útil, por ejemplo, cuando por conveniencia sea
deseable tener la entrada y la salida en estrecha proximidad y para
reducir el espacio. Para ser encapsulado en una maceta común, el haz
de fibras debería estar conformado en forma de U o en otra forma
geométrica práctica para poner los extremos separados del haz en
estrecha proximidad. Una única operación de encapsular debería
hacerse de la manera descrita anteriormente, con las necesarias
adaptaciones precisadas para acomodar las dimensiones abarcadas por
los dos extremos del haz de fibras. La carcasa también puede estar
conformada en forma de U, con cada extremo terminado en la macera
común, aunque también podría usarse una carcasa recta lo
suficientemente larga. A continuación, se maquinaría la estructura
unitaria única en los extremos con los dos extremos del haz de
fibras encapsulados, o se moldearía para que fuera capaz de acomodar
conexiones para flujos separados. A continuación, se fabricarían
conexiones para flujos separados en cada extremo del haz de fibras,
de modo que el flujo de entrada pudiera entrar por uno de los
extremos del haz de fibras, y salir por el otro sin
entremezclado.
Se montan dos hebras de fibra en forma de bucles
en una tubería de polipropileno de 6,35 mm y de una longitud de
aproximadamente 2,54 cm. Para forzar el pegamento de aplicación en
caliente a través del extremo abierto de la tubería para encapsular
las fibras se usa una pistola para aplicar pegamentos en caliente.
Normalmente, el pegamento no rellena todos los espacios entre las
fibras. Para finalizar la operación de encapsular, el pegamento de
aplicación en caliente se aplica al otro extremo de la tubería. La
longitud de las fibras, desde el extremo de la zona de encapsular al
bucle debe ser 3,5 centímetros. Después de que el pegamento de
aplicación en caliente haya solidificado, la tubería se corta para
exponer los lúmenes de las fibras. El diámetro externo de las fibras
se mide con un microscopio. La tubería con el bucle de fibras se
monta en un dispositivo portaensayos. Se vierte alcohol isopropílico
(IPA) en el dispositivo portaensayos, se sella el dispositivo
portaensayos y la presión del gas se ajusta a 0,95 kg/cm^{2}. Se
registra el intervalo de tiempo para recoger una cantidad
establecida de permeado de IPA.
Cálculos con la muestra
Caudal de IPA =
V/(T*\pi*OD*N*L)
Tiempo de flujo (FT) del IPA = segundos para
recoger 500 mL de permeado de IPA; calculado a partir del tiempo
medido para recoger un volumen conveniente en el dispositivo
experimental descrito.
En la que:
- V = volumen de permeado
- T = tiempo
- OD = diámetro externo de la fibra
- N = número de fibras
- L = longitud total de una hebra de fibra expuesta
Se montan varias hebras de fibra en forma de
bucles en una tubería de polipropileno de 6,35 mm y aproximadamente
2,54 cm de longitud. Para forzar el pegamento de aplicación en
caliente a través del extremo abierto de la tubería para encapsular
las fibras se usa una pistola para aplicar pegamentos en caliente.
Normalmente, el pegamento no rellena todos los espacios entre las
fibras. Para finalizar la operación de encapsular, el pegamento de
aplicación en caliente se aplica al otro extremo de la tubería. La
longitud de las fibras, desde el extremo de la zona de encapsular al
bucle, es aproximadamente 76,2 cm. Después de que el pegamento de
aplicación en caliente haya solidificado, la tubería se corta para
exponer los lúmenes de las fibras. El diámetro externo de las fibras
se mide con un microscopio. La tubería con el bucle de fibras se
monta en un dispositivo portaensayos y se conecta a un recipiente
que contiene el fluido de ensayo y se une a un sistema generador de
presión, tal como un depósito de un gas presurizado. La presión en
el recipiente se eleva incrementalmente, por ejemplo en etapas de
0,70 kg/cm^{2}, y se fuerza al fluido de ensayo para que pase por
los lúmenes de las fibras. Cualquier intrusión del fluido de ensayo
se observa fácilmente como un oscurecimiento de las fibras porque
los poros de las fibras se llenan con el fluido de ensayo. La
presión de cada etapa se mantiene durante 20 minutos a menos que se
observe intrusión. Si no se observa ninguna intrusión, la presión se
eleva hasta el siguiente incremento y se continúa el ensayo.
Se montan dos hebras de fibra en forma de bucle
en una tubería de polipropileno de 6,35 mm y de aproximadamente 2,54
cm de longitud. Para forzar el pegamento de aplicación en caliente a
través del extremo abierto de la tubería para encapsular las fibras
se usa una pistola de aplicación en caliente. Normalmente, el
pegamento no rellena todos los espacios entre las fibras. Para
finalizar la operación de encapsular, el pegamento de aplicación en
caliente se aplica al otro extremo de la tubería. La longitud de las
fibras, desde el extremo de la zona de encapsular al bucle debe ser
3,5 centímetros. Después de que el pegamento de aplicación en
caliente haya solidificado, la tubería se corta para exponer los
lúmenes de las fibras. El diámetro externo de las fibras se mide con
un microscopio. La tubería con el bucle de fibras se monta en un
dispositivo portaensayos. El bucle de fibras encapsuladas se monta
en un portaensayos del punto de burbuja. El bucle se sumerge en un
recipiente de vidrio de IPA. La presión de aire se aumenta
lentamente en el lumen de las fibras. La presión a la que aparece la
primera burbuja en la superficie exterior de las fibras se registra
como el punto de burbuja visual.
Se empapan muestras de una membrana de fibra
hueca en isopropanol o en una mezcla de alcohol isopropílico y agua
de aproximadamente 50% en volumen. La muestra humectada se empapa a
continuación en agua para reemplazar el alcohol. La muestra
humectada con agua se sujeta mediante unas pinzas y se sumerge en un
recipiente de nitrógeno líquido. A continuación, la muestra se
separa y se quiebra rápidamente por doblado usando un par de pinzas.
Una muestra cortada de aproximadamente 2 milímetros se fija en un
adaptador de muestras con pintura de carbono conductora (Structure
Probé Inc., West Chester PA). La microscopía se hace con un
microscopio de barrido electrónico ISI-DS 130c
(International Scientific Instruments, Inc., Milpitas CA). Las
imágenes digitalizadas se adquieren mediante una tarjeta captadora
de imágenes ("frame grabber") de barrido lento y se
almacenan en formato.TIF.
Ejemplo
1
Pelets de Hyflon®
(POLY(PTFE-CO-PFVAE))
(poli(PTFE-CO-PFVAE)) en
polvo obtenido de Ausimont USA, Inc., Thorofare, NJ, se mezclaron
con HaloVac® 60 de Halocarbon Oil Inc., River Edge, NJ, para
producir una pasta con un 30% en peso de sólidos polímeros. La
mezcla pasta polímero/disolvente se introduce en el cuerpo
cilíndrico calentado de una extrusora de doble husillo
Baker-Perkins (Saginaw, MI) que tiene husillos de 29
mm, por medio de un bomba de cavidad progresiva Moyno (Springfield,
OH). Las temperaturas del cuerpo cilíndrico de la extrusora se
ajustaron entre 180ºC y 300ºC. Para dosificar la masa fundida en la
matriz especial para fibras huecas anteriormente mencionada se usó
una bomba para masas fundidas Zenith (Waltham, MA). El anillo tórico
de la matriz fue de aproximadamente 300 \mum. Para mantener la
porción hueca de la fibra, un regulador de bajo caudal volumétrico,
Brooks Instrument 8744 (Hatfield, PA), alimentaba aire a un caudal
controlado. La bomba de masas fundidas y la presión de aire se
ajustaron para producir una fibra con un espesor de pared de 150
\mum y un lumen de 540 \mum de diámetro a una velocidad de
rotación de 25 cm/s. Como baño de refrigeración se usó un aceite
mineral mantenido a 70ºC. Después de centrar el lumen, la matriz se
hizo funcionar en el método horizontal sumergido. La fibra se
arrastró con una serie de rodillos Godet. La fibra se extrajo con
1,1-dicloro-1-fluoroetano
(Florocarbon 141b, ICI) y subsiguientemente se secó.
Ejemplo
2
Pelets molidos de Hyflon®
(POLY(PTFE-CO-PFVAE))
(poli(PTFE-CO-PFVAE)) en
polvo obtenido de Ausimont USA, Inc., Thorofare, NJ, se mezclaron
con HaloVac® 60 de Halocarbon Oil Inc., River Edge, NJ, para
producir una pasta con un 40% en peso de sólidos polímeros. La
mezcla polímero/disolvente en forma de pasta se introdujo en el
cuerpo cilíndrico calentado de una extrusora de doble husillo
Baker-Perkins (Saginaw, MI) que tenía husillos de 29
mm. Las temperaturas del cuerpo cilíndrico de la extrusora se
ajustaron entre 180ºC y 285ºC. Para dosificar la masa fundida en la
matriz especial para fibras huecas anteriormente mencionada se usó
una bomba para masas fundidas Zenith (Waltham, MA). El anillo tórico
de la matriz fue de aproximadamente 300 \mum. Para mantener la
porción hueca de la fibra, un regulador de bajo caudal volumétrico,
Brooks Instrument 8744 (Hatfield, PA), alimentaba aire a un caudal
controlado. La bomba para masas fundidas y la presión de aire se
ajustaron para producir una fibra con un espesor de pared de 250
\mum y un lumen de 540 \mum de diámetro a una velocidad de
rotación de 50 cm/s. Como baño de refrigeración se usó ftalato de
dioctilo mantenido a 35ºC. Después de centrar el lumen, la matriz se
hizo funcionar en el método horizontal sumergido. La fibra se
arrastró con una serie de rodillos Godet. La fibra se extrajo con
1,1-dicloro-1-fluoroetano
(Genesolve 2000 Allied-Signal, NJ) y
subsiguientemente se secó. Las fibras no tuvieron ningún punto de
burbuja IPA observable hasta 7,00 kg/cm^{2}, y ningún flujo de IPA
medible. Estos resultados indican que la piel de la membrana fue no
porosa.
Ejemplo
3
Pelets de Hyflon®
(POLY(PTFE-CO-PFVAE)) 620
(Ausimont) se mezclaron con HaloVac® 60 de Halocarbon Oil Inc., para
producir una pasta con un 18% en peso de sólidos polímeros, la cual
se alimentó mediante una bomba Moyno en una extrusora de doble
husillo L/D = 13 Baker-Perkins
MPC/V-30 que trabajaba a 200 rpm en el modo
horizontal de hilado de fibras. Las condiciones de extrusión y de
operación se muestran más adelante en las tablas 1 y 2. Para
dosificar la masa fundida en la matriz para fibras huecas se usó una
bomba para masas fundidas Zenith. El anillo tórico de la matriz fue
de aproximadamente 400 \mum. Para mantener la porción hueca de la
fibra se usó como fluido del lumen aceite halohidrocarburo 1000N
calentado. La bomba para masas fundidas y el fluido del lumen se
ajustaron para producir una fibra con una pared de aproximadamente
200 \mum y un lumen de aproximadamente 500 \mum. El baño líquido
fue de ftalato de dioctilo. Después de centrar la aguja del lumen,
la matriz se sumergió en el líquido de enfriamiento aproximadamente
1,587 mm y la fibra se arrastró con una serie de rodillos Godet. La
fibra se extrajo con Genesolv® 2000, Allied-Signal,
Morristown, NJ, se secó y a continuación se recoció a 275ºC. En la
tabla 3 se dan los datos de caracterización de las fibras.
| Temperaturas del cuerpo cilíndrico de la extrusora (ºC) | Temperaturas (ºC) | ||||||
| Muestra nº | Zona 1 | Zona 2 | Zona 3 | Zona 4 | Temperatura | Cuerpo | Boquilla |
| de la masa | de la | de la | |||||
| fundida (ºC) | matriz | matriz | |||||
| 1 | 230 | 290 | 285 | 285 | 285 | 280 | 310 |
| 2 | 230 | 290 | 285 | 285 | 285 | 275 | 310 |
| 3 | 230 | 290 | 285 | 285 | 285 | 275 | 310 |
| 4 | 230 | 290 | 285 | 285 | 285 | 275 | 310 |
| 5 | 230 | 290 | 280 | 280 | 277 | 280 | 310 |
| 6 | 230 | 290 | 280 | 280 | 277 | 280 | 310 |
| 7 | 230 | 290 | 280 | 280 | 277 | 280 | 310 |
| 8 | 230 | 300 | 280 | 280 | 285 | 280 | 310 |
\vskip1.000000\baselineskip
| Muestra nº | Velocidad | Velocidad | Temperatura |
| de arrastre | de la bomba | del baño de | |
| (km/h) | del lumen (rpm) | refrigeración (ºC) | |
| 1 | 1,83 | 20 | 55 |
| 2 | 1,83 | 25 | 100 |
| 3 | 2,38 | 25 | 100 |
| 4 | 2,38 | 15 | 100 |
| 5 | 1,83 | 30 | 100 |
| 6 | 1,83 | 35 | 100 |
| 7 | 1,83 | 45 | 100 |
| 8 | 3,66 | 25 | 100 |
| Muestra nº | Diámetro | Espesor de | Punto de | Punto de | Tiempo de |
| externo \mum | la pared \mum | burbuja | burbuja | flujo (s) | |
| IPA visual | IPA visual | ||||
| (kg/cm^{2}) | medio (kg/cm^{2}) | ||||
| 1 | 940 | 191 | 1,12 | 2,77 | 1396 |
| 2 | 914 | 184 | 0,98 | 2,61 | 1028 |
| 3 | 826 | 165 | 1,05 | 2,63 | 916 |
| 4 | 749 | 210 | 1,33 | 2,84 | 1467 |
| Muestra nº | Diámetro | Espesor de | Punto de | Punto de | Tiempo de |
| externo \mum | la pared \mum | burbuja | burbuja | flujo (s) | |
| IPA visual | IPA visual | ||||
| (kg/cm^{2}) | medio (kg/cm^{2}) | ||||
| 5 | 1054 | 178 | 0,98 | 1,91 | 933 |
| 6 | 1080 | 172 | 0,74 | 1,91 | 783 |
| 7 | 1118 | 140 | 0,70 | 2,65 | 788 |
| 8 | 826 | 203 | 0,84 | 2,03 | 1295 |
Ejemplo
4
La resina de encapsular de Ausimont USA Inc.,
calidad 940AX, con un punto de fusión de 256ºC y un índice de
fluidez de la masa fundida de aproximadamente 200, se calentó y
fundió a 275ºC en una copela de calentamiento de aproximadamente
101,6 mm de ancho y 76,2 mm de profundidad. Después de
aproximadamente 24 h, la resina estaba completamente transparente y
no tenía ninguna burbuja atrapada. Para preparar los bucles de las
fibras sobre un marco de aproximadamente 30,48 cm de longitud de
usaron fibras huecas desgasificadas de un diámetro interno de 500
\mum y una pared de 150 \mum, fabricadas a partir de resina MFA
620 con una concentración de sólidos del 30% y HaloVac 60. Los
marcos de las fibras se extrajeron con Genesolv durante
aproximadamente 24 h. Los marcos se sacaron, se secaron con aire y a
continuación se recocieron a 280ºC durante 24 h. Los marcos se
sacaron del horno, se enfriaron y los bucles de las fibras se
desenrrollaron del marco. Los haces de fibras se pusieron de nuevo
en el horno y se recocieron durante otras 24 h. Los haces de fibras
se sacaron y se enfriaron. A continuación, se montó un haz con
aproximadamente 2000 fibras y se insertaron en una carcasa de PFA de
aproximadamente 25,4 cm de longitud, 5,08 cm de diámetro interno y
un espesor de pared de aproximadamente 6,35 mm. Los extremos de la
carcasa se pretrataron y se fusionaron con la resina en polvo MFA
904AX. Se hizo una depresión con una varilla en la copela de
encapsular. La carcasa y el haz de fibras se insertaron en la
cavidad y se dejaron allí durante 2 días. El haz de fibras
encapsulado se retiró cuidadosamente y la carcasa se invirtió para
tratar el otro extremo. Después de que ambos extremos estuvieran
encapsulados, el encapsulado se cortó para exponer los lúmenes. Las
superficies encapsuladas se pulieron entonces con una pistola
térmica para eliminar cualquier resina suelta. La integridad del
módulo se ensayó con IPA. Se encontró que una fibra tenía un
defecto. Para reparar el módulo y taponar ambos extremos de la fibra
se usó una pistola de soldar. El módulo se ensayó de nuevo y estaba
íntegro.
Se bombeó agua completamente saturada a través
del lado del lumen del módulo a un caudal de 100 mL/min. Del lado de
la vaina se hizo un vacío de 0,933 kg/cm^{2}. La temperatura del
agua fue 20ºC. Para medir la concentración de oxígeno a la entrada y
a la salida y determinar la eficiencia de la eliminación del
oxígeno, se usó una sonda de oxígeno. En la salida del módulo se
encontró que la concentración de oxígeno disminuyó desde la
concentración de saturación de 8,5 ppm a 0,9 ppm en aproximadamente
10-20 min. Así, la eficiencia de la eliminación fue
89%.
Ejemplo
5
En este ejemplo, se desgasificó agua usando una
membrana fabricada de una manera similar a la membrana del ejemplo
1. Se fabricó y enmacetó un haz de fibras en un soporte cilíndrico.
El diámetro interno de las fibras fue 500 \mum y la pared de las
fibras fue de aproximadamente 150 \mum. El número de fibras fue
aproximadamente 500 y la longitud del módulo fue aproximadamente 20
cm. Se bombeó agua a una temperatura de 20ºC a través de los lúmenes
de las fibras y se mantuvo un vacío de 60 Torr del lado de la vaina.
La concentración de oxígeno del agua se midió a la entrada y a la
salida de la membrana. El agua de entrada se desgasificó hasta una
concentración de 3,1 ppm usando un desgasificador Liquid Cel de
Hoechst. El caudal de bombeo fue 200 mL/min y la temperatura del
agua fue 20ºC. Del lado de la vaina se bombeó aire a presión
atmosférica. El caudal de aire fue aproximadamente 2 litros normales
por minuto. Se observó que la concentración de oxígeno en la salida
subió de 3,1 ppm a 6,8 ppm en un período de 10 min.
Ejemplo
6
Se usó el mismo módulo para medir la eficiencia
de la gasificación. En este modo, se bombeó agua a 20ºC a través del
lumen justo como antes excepto que el agua de alimentación se
desgasificó mediante un desgasificador liquid Cel de Hoechst. El
lado de la vaina se purgó con aire a baja presión por un extremo
mientras que el otro extremo se dejó abierto. Debido al bajo flujo
de gas, prácticamente no hubo ninguna caída de presión en el lado de
la vaina.
Para todos los fines prácticos, se asumió que la
presión absoluta del gas era 101,08 kPa. La concentración de oxígeno
de la alimentación y del agua de salida se midió a diferentes
caudales.
Los resultados se compararon con valores de la
bibliografía en la bibliografía de producto del desgasificador
Celgard Liquid Cel® (Hoechst Celanese, Charlotte, NC) y las
predicciones teóricas basadas en la solución de Leveque. El método
de análisis de datos se presenta más adelante.
El coeficiente de transferencia de materia se
calculó mediante la siguiente ecuación:
K = -(Q/A) \
\text{*} \
ln[C_{out}-C\text{*}/C_{in}-C\text{*}]
en la
que:
C_{out} es la concentración de oxígeno en el
líquido de salida [ppm].
C_{in} es la concentración de oxígeno en el
líquido de entrada [ppm].
C* es la concentración de oxígeno en el
equilibrio a la presión del gas en el lado de la vaina [ppm].
Q es el caudal [cm^{3}/s]
A es el área de membrana [cm^{3}].
El número de Sherwood se calcula como sigue:
Sh = K \
\text{*} \
D/D_{ab}
en la
que:
K es el coeficiente de transferencia de materia
[cm/s],
D es el diámetro interno de la fibra [cm], y
D_{ab} es la difusividad del oxígeno en agua
[cm^{2}/s].
El número de Graetz o de Peclet se calcula como
sigue:
Pe \ o \ Gr =
V \ \text{*} \
D^{2}/(L*D_{ab})
en la
que:
V es la velocidad de flujo en el interior del
lumen [cm/s], y
L es la longitud de la fibra [cm].
Los números de Sherwood y de Graetz son grupos
adimensionales usados para describir operaciones de transferencia de
calor y de materia. El número de Sherwood es un coeficiente de
transferencia de materia adimensional, y el número de Graetz es un
grupo adimensional que está relacionado con el inverso del espesor
de la capa límite. Usando el método de Leveque pueden
correlacionarse estos números adimensionales. Como se muestra en la
figura 4, en la región lineal la relación entre el número de
Sherwood y el número de Graetz se da como Sh =
1,64(Gr)^{0,33} para números de Graetz entre 5 y
1000. El método de Leveque se usa para describir problemas de
transferencia de calor o de materia en tubos. En este método, se
supone que la capa límite de concentración está confinada a un
delgada capa próxima a la pared del tubo. Yang y Cussler (AICHE J.
32(11) 1910-1916 (1986)) usaron este método
para correlacionar los coeficientes de transferencia de materia en
contactores de membranas de fibras huecas. Para el caso en el que el
líquido estaba fluyendo en el interior de las fibras, el número de
Sherwood siguió la relación Sh = A(Gr)^{b}, en la
que A = 1,64 y el exponente b = 0,33. Para este caso, a partir de la
bibliografía, ellos informaron de un intervalo para A de 1,62 a
1,86. Para un flujo de líquido por el exterior y transversal a las
fibras, Sh = C(Re)^{d}(Sc)^{e}, en
la que Re es el número de Reynolds, dv/\nu, en la que d = diámetro
de la fibra, v = velocidad del líquido, \nu = viscosidad
cinemática, y Sc es el número de Schmidt, la relación de la
viscosidad cinemática al coeficiente de difusión. C tiene un
intervalo de 0,32 a 1,38, d de 0,34 a 0,61 y e es 0,33.
S.R. Wickramasinghe et al. (J. Membrane
Sci 69 (1992) 235-250) analizaron el transporte de
oxígeno en un contactor de membranas de fibras huecas usando el
método de Leveque. Se usó un haz de membranas porosas de fibras
huecas. Ellos mostraron que una representación gráfica del número de
Sherwood vs el número de Graetz era lineal para altos valores del
número de Graetz, de acuerdo con las predicciones teóricas. Los
resultados para bajos números de Graetz se explicaron mediante la
polidispersidad de los diámetros de las fibras, que afecta a la
uniformidad del flujo a través de las fibras. Sus análisis mostraron
que, para bajos números de Graetz, el coeficiente de transferencia
de materia medio cae por debajo de la predicción teórica debido al
flujo desigual a través de las fibras. Concluyeron que la
transferencia de masa del oxígeno no era afectada por la resistencia
difusional a través de la membrana. A la inversa, se puede concluir
que una membrana que siga la predicción de la teoría de Leveque es
porosa, porque de lo contrario la resistencia a la difusión sería
demasiado alta para seguir la teoría.
Las membranas de este ejemplo se comportan como
membranas porosas porque siguen la porción lineal de la ecuación de
Leveque a altos números de Peclet.
Ejemplo
7
Se realizó un ensayo de intrusión con una
muestra de membrana producida a partir de una disolución con un 30%
de sólidos polímeros mediante un procedimiento similar al descrito
en el ejemplo 1. El diámetro externo de las fibras fue 750 \mum y
el diámetro interno fue 485 \mum. Como fluido de ensayo se usó
alcohol isopropílico (tensión superficial 20,93 mN/m a 25ºC - CRC
Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press). A 3,515 kg/cm^{2}
no se advirtió ninguna intrusión después de 30 minutos. Se advirtió
algo de intrusión a 4,215 kg/cm^{2}.
Ejemplo
8
Se preparó una membrana de fibra hueca
asimétrica y microporosa de
poli(tetrafluoroetileno-co-perfluoro
metil vinil éter)
((POLI(PTFE-CO-PFVAE))) con
una superficie externa con piel mediante el siguiente método:
Se preparó a temperatura ambiente una mezcla
pastosa de 16% en peso de
(POLI(PTFE-CO-PFVAE))
(Hyflon®
(POLY(PTFE-CO-PFVAE)) 620 de
Ausimont) en un oligómero de clorotrifluoroetileno (CTFE)
(Halocarbon Oil nº 60 de Halocarbon Products) y se usó para extruir
fibras huecas. La suspensión pastosa se alimentó vía una bomba
dosificadora (FMI modelo QV) en un sistema de extrusión que
consistía en una extrusora de doble husillo
(Baker-Perkins modelo MPC/V-30, L/D
= 13), una bomba para bombear masas fundidas (Zenith modelo HPB
5704), un filtro para masas fundidas y una matriz para fibras
huecas. Los dos husillos en el interior de la extrusora estaban
configuraros con elementos de alimentación tipo tornillo sin fin y
paletas de mezclado para proporcionar capacidad de mezclado y de
transporte de la mezcla fundida de
(POLI(PTFE-CO-PFVAE))/CTFE.
La velocidad del husillo usada fue 200 rpm. En este sistema, la
matriz para fibras huecas tiene un orificio con un diámetro interno
de 0,4064 mm y un espacio anular de 0,4318 mm. Se dosificó aceite
CTFE puro (de la misma calidad que en la suspensión pastosa) por el
canal central de la matriz vía una bomba dosificadora (Zenith modelo
FF 7298) y funcionó como el fluido para rellenar el lumen durante la
formación de la fibra hueca. Los puntos de consigna para las
temperaturas de las diversas zonas del sistema de extrusión variaron
de 230º a 205ºC. Durante este experimento, el caudal de impulsión de
la bomba para bombear masas fundidas fue aproximadamente 20 g/min y
el caudal de alimentación del aceite del lumen fue aproximadamente
10 g/min.
La mezcla fundida en forma de una fibra con el
lumen relleno de aceite se extruyó en dirección horizontal en un
baño de refrigeración que contenía un aceite mineral recirculando
(Britol 35 de Witco) que funcionaba como fluido de refrigeración. La
temperatura del aceite se mantuvo a aproximadamente 73ºC mediante el
uso de un medio externo de calentamiento. Entre la boquilla de la
matriz para fibras huecas y la entrada al baño de refrigeración se
mantuvo un espacio de aire de aproximadamente 6,350 mm. La fibra
enfriada se enrolló alrededor de una serie de rodillos Godet y se
arrastró a una velocidad lineal de 2,19 km/h. Esta fibra en forma de
gel con el lumen lleno de aceite tiene un diámetro externo de 800
\mum y un diámetro interno de 400 \mum.
Para separar el aceite CTFE de la fibra
enfriada, un tramo de la muestra de fibra se enrolló en múltiples
bucles alrededor de un marco metálico rectangular abierto y se
amordazó por ambos extremos. El marco se colocó en un equipo de
desengrase (Barón Blakeslee MLR-LE) que contenía
1,1-dicloro-1-fluoroetano
(Florocarbon 141b, ICI) durante aproximadamente 16 h. Seguidamente,
se permitió que la muestra del marco secara a temperatura ambiente y
a continuación se termoconformó en un horno a 275ºC durante
aproximadamente 10 min.
Un experto en la técnica de desarrollar y
producir membranas de fibras huecas será capaz de discernir las
ventajas de la presente invención. La discusión de la presente
invención no pretende presentar exhaustivamente todas las
combinaciones, sustituciones o modificaciones que sean posibles,
sino presentar métodos representativos para edificar al experto. Se
han dado ejemplos representativos para demostrar la reducción a la
práctica y no se han de tomar como limitantes del alcance de la
presente invención. El inventor busca cubrir los aspectos más
amplios de la invención de la manera más amplia conocida en el
momento en el que se hicieron las reivindicaciones.
Claims (20)
1. Un contactor de fases
fluido-fluido, sustancialmente fabricado de
polímeros termoplásticos perfluorados, para poner en contacto un
primer fluido con un segundo fluido, que comprende:
- a)
- un haz de una pluralidad de membranas de fibras huecas de polímeros termoplásticos perfluorados que tienen un primer y un segundo extremo, teniendo dichas membranas una superficie externa y una interna, comprendiendo dicha superficie interna un lumen, seleccionándose dichas membranas del grupo que consiste en:
- membranas de fibras huecas que tienen una superficie interna porosa con piel, una superficie externa porosa y una estructura soporte porosa entre ellas,
- membranas de fibras huecas que tienen una superficie interna no porosa con piel, una superficie externa porosa y una estructura soporte porosa entre ellas,
- membranas de fibras huecas que tienen una superficie externa porosa con piel, una superficie interna porosa y una estructura soporte porosa entre ellas,
- y membranas de fibras huecas que tienen una superficie externa no porosa con piel, una superficie interna porosa y una estructura soporte porosa entre ellas,
- b)
- cada extremo de dicho haz se encapsula con un cierre de polímero termoplástico perfluorado estanco a los líquidos que forma una estructura unitaria en el extremo con una carcasa circundante de polímero perfluorado en la que los extremos de las fibras están abiertos al flujo de fluidos,
- c)
- teniendo dicha carcasa una pared interna y una pared externa, en la que la pared interna define un volumen para el flujo de fluidos entre la pared interna y los lúmenes de las membranas de fibras huecas,
- d)
- teniendo dicha carcasa una primera entrada de fluidos para suministrar un primer fluido a dicho primer extremo del haz para que entre en contacto con un segundo fluido, y una conexión de salida del primer fluido para separar dicho primer fluido ya puesto en contacto de dicho segundo extremo,
- e)
- teniendo dicha carcasa una segunda conexión de entrada de fluidos para suministrar un segundo fluido, para que entre en contacto con dicho primer fluido, a dicho volumen formado entre la pared interna de la carcasa y las membranas de fibras huecas, y una segunda conexión de salida para separar dicho segundo fluido ya puesto en contacto.
2. El contactor según la reivindicación 1, que
tiene un diámetro externo de las membranas de fibras huecas en el
intervalo de 350 \mum a 1450 \mum.
3. El contactor según la reivindicación 1, en el
que los poros de la superficie porosa con piel están en el intervalo
de 0,001 \mum a 0,05 \mum.
4. El contactor según la reivindicación 1, en el
que en el párrafo b) dicho cada extremo de dicho haz se encapsula
con un cierre estanco a los líquidos de polímero termoplástico
perfluorado que forma una única estructura unitaria en el extremo
que comprende tanto el primer extremo del haz de fibras como el
segundo extremo del haz de fibras con una carcasa circundante de
polímero termoplástico perfluorado en la que las fibras de cada uno
de dichos extremos están abiertas separadamente al flujo de
fluidos.
5. El contactor según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, capaz de llevar a cabo una transferencia de
materia líquido-gas con un flujo de líquido por el
lumen con un número de Sherwood igual al número de Graetz elevado a
la 0,33 potencia multiplicado por un factor A, en el que A está en
el intervalo de 1,62 a 1,86, en un intervalo de números de Graetz de
5 a 1000.
6. El contactor según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, capaz de llevar a cabo una transferencia de
materia líquido-gas con un flujo de líquido por el
lumen con un número de Sherwood igual a 1,64 multiplicado por el
número de Graetz elevado a la 0,33 potencia en un intervalo de
números de Graetz de 5 a 1000.
7. El contactor según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, capaz de llevar a cabo una transferencia de
materia líquido-gas con un flujo de líquido a través
de la superficie externa de dichas membranas de fibras huecas con un
número de Sherwood igual a un factor C multiplicado por el número de
Reynolds elevado a la potencia d, multiplicado por el número de
Schmidt elevado a la potencia e, en el que C cae en el intervalo de
0,32 a 1,38, d cae en un intervalo de números de 0,34 a 0,61, y e es
0,33.
8. El contactor según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, capaz de llevar a cabo una transferencia de
materia líquido-gas con líquidos que tienen valores
de la tensión superficial mayores que 20 mN/m.
9. El contactor según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, capaz de llevar a cabo una transferencia de
materia líquido-gas, que tiene una presión de
intrusión de menos que 4,2 kg/cm^{2} con alcohol isopropílico.
10. Un contactor de fases
fluido-fluido según la reivindicación 1, fabricado
de polímeros termoplásticos perfluorados, que comprende:
- a)
- un haz que tiene un primer y un segundo extremo de una pluralidad de membranas microporosas de fibras huecas de un polímero termoplástico perfluorado, teniendo dichas membranas una superficie interna y una externa.
11. Un contactor según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, en el que dicho polímero termoplástico
perfluorado se selecciona del grupo que consiste en
poli(tetrafluoroetileno-co-perfluoro(alquilviniléter))
o
poli(tetrafluoroetileno-co-hexafluoropropileno).
12. El contactor según la reivindicación 11, en
el que el grupo alquilo de dicho
poli(tetrafluoroetileno-co-perfluoro(alquilviniléter))
se selecciona del grupo que consiste en los grupos propilo y metilo
y en mezclas de los grupos metilo y propilo.
13. Un método para fabricar un contactor de
fases fluido-fluido, sustancialmente fabricado de
polímeros termoplásticos perfluorados, para poner en contacto un
primer fluido con un segundo fluido, que comprende:
- a)
- formar un haz de una pluralidad de membranas de fibras huecas de polímeros termoplásticos perfluorados que tienen un primer y un segundo extremo, teniendo dichas membranas una superficie externa y una interna, comprendiendo dicha superficie interna un lumen, seleccionándose dichas membranas del grupo que consiste en:
- Membranas de fibras huecas que tienen una superficie interna porosa con piel, una superficie externa porosa y una estructura soporte porosa entre ellas,
- Membranas de fibras huecas que tienen una superficie interna no porosa con piel, una superficie externa porosa y una estructura soporte porosa entre ellas,
- Membranas de fibras huecas que tienen una superficie externa porosa con piel, una superficie interna porosa y una estructura soporte porosa entre ellas,
- Y membranas de fibras huecas que tienen una superficie externa no porosa con piel, una superficie interna porosa y una estructura soporte porosa entre ellas,
- b)
- posicionar dicho haz de fibras en una carcasa circundante de polímero termoplástico perfluorado que tiene una pared interna y una externa para formar un volumen para el flujo de fluidos entre la pared interna y las membranas de fibras huecas,
- c)
- encapsular cada extremo de dicho haz posicionado en dicha carcasa con un cierre de polímero termoplástico perfluorado estanco a los líquidos para formar una estructura unitaria en el extremo con dicha carcasa circundante de polímero termoplástico perfluorado,
- d)
- abrir los extremos de las fibras de ambas estructuras unitarias en los extremos para proporcionar un flujo de un fluido a través de los lúmenes de las fibras huecas,
- e)
- equipar a dicha carcasa con una primera entrada de fluidos para suministrar un primer fluido a dicho primer extremo del haz para que entre en contacto con un segundo fluido, y una conexión de salida del primer fluido para separar dicho primer fluido, ya puesto en contacto, de dicho segundo extremo,
- f)
- equipar a dicha carcasa con una segunda conexión de entrada de fluidos para suministrar un segundo fluido, para que entre en contacto con dicho primer fluido, a dicho volumen formado entre la pared interna de la carcasa y las membranas de fibras huecas, y una segunda conexión de salida para separar dicho segundo fluido ya puesto en contacto.
14. El método según la reivindicación 13, en el
que en el párrafo c) dicho cada extremo de dicho haz se encapsula
con un cierre estanco a los líquidos de un polímero termoplástico
perfluorado que forma una única estructura unitaria en el extremo
que comprende tanto el primer extremo del haz de fibras como el
segundo extremo del haz de fibras con una carcasa circundante de un
polímero termoplástico perfluorado en la que las fibras de cada uno
de dichos extremos están abiertas separadamente al flujo de
fluidos.
15. El método según las reivindicaciones 13 ó
14, en el que después de la etapa d) se añade una etapa para reparar
defectos que comprende reparar los defectos de la operación de
encapsular fundiendo dicho material de encapsular localmente cerca
del defecto para sellar dicho defecto.
16. Un método para fabricar un contactor de
fases fluido-fluido según la reivindicación 13 ó 15,
que comprende:
- a)
- formar un haz de una pluralidad de membranas microporosas de fibras huecas de polímeros termoplásticos perfluorados, teniendo dichas membranas una superficie interna y una externa, teniendo dicho haz un primer y un segundo extremo y siendo de una forma sustancialmente cilíndrica.
17. Uso del contactor según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 4, en el que el primer fluido es un líquido
y el segundo fluido es un gas.
18. Uso del contactor según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 4, en el que el primer fluido es un gas y
el segundo fluido es un líquido.
19. Uso según la reivindicación 17, en el que el
gas es una mezcla de gases que contiene ozono y el líquido es un
líquido acuoso.
20. Uso según la reivindicación 18, en el que el
gas es una mezcla de gases que contiene ozono y el líquido es un
líquido acuoso.
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