ES2268175T3 - Dispositivo para filtrar y separar fluidos. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo (10) para filtrar y separar fluidos (11) mediante membranas (13), especialmente, según el procedimiento de la ultrafiltración, la ósmosis inversa y la nanofiltración, que comprende una carcasa (14) básicamente resistente a la presión, en la que están dispuestas las membranas (13), una entrada (15) para el fluido (11) que se va a separar y que se conduce en el dispositivo (10) y salidas (16, 17) para el permeato (18) que sale del dispositivo (10), así como el retentado (19), estando configuradas las membranas (13) en forma de almohadillas de membrana y estando enrollada de manera superpuesta una pluralidad de membranas (13) en forma de una espiral (20) de varios elementos alrededor de un elemento tubular (27) que atraviesa básicamente el dispositivo (10) y presentando un extremo (130) de las respectivas almohadillas (13) de membrana un orificio (131) de salida del permeato que está unido a orificios (271) correspondientes de entrada del permeato del elemento tubular (27), caracterizado porque en el taladro interno (270) del elemento tubular (27) se aloja un dispositivo (21) colector y de salida del permeato en forma de barra que se puede introducir y sacar, desembocando los orificios (271) de entrada del permeato del elemento tubular (27) en orificios (210) de entrada del permeato, formados por ranuras axiales, del dispositivo (21) colector y de salida del permeato.
Description
Dispositivo para filtrar y separar fluidos.
La presente invención se refiere a un
dispositivo para filtrar y separar fluidos mediante membranas,
especialmente, según el procedimiento de la ultrafiltración, la
ósmosis inversa y la nanofiltración, que comprende una carcasa
básicamente resistente a la presión, en la que están dispuestas las
membranas, así como una entrada para el fluido que entra en el
dispositivo y que se va a separar y salidas para el permeato que
sale del dispositivo, así como el retentado, estando configuradas
las membranas en forma de almohadillas de membrana y estando
enrollada de manera superpuesta una pluralidad de membranas en
forma de una espiral multicapa alrededor de un elemento tubular que
atraviesa básicamente el dispositivo y presentando un extremo de las
respectivas almohadillas de membrana un orificio de salida del
permeato que está unido a orificios correspondientes de entrada del
permeato del elemento tubular.
Del documento
EP-A-1029583 se conoce un
dispositivo de este tipo. El dispositivo conocido presenta una
unidad propia de separación que está configurada como pieza
preconfeccionada de uso corriente y único, es decir, después de su
fabricación, en base a la técnica de enrollamiento de los elementos
de membrana y su fijación adecuada en el elemento tubular y el
recubrimiento ulterior de las espirales multicapas tras su
compactación hasta la posición final que toma o va a tomar, ésta ya
no se puede reparar en caso de averías, es decir, si la unidad de
separación se avería, ésta se saca del dispositivo y se elimina.
En el documento
EP-B-0289740 se describe otro
dispositivo conocido. En este dispositivo se conduce el medio que
se va a separar, por una pila de distintos elementos de membrana que
se rodean mediante elementos distanciadores, que están dispuestos
entre los elementos de membrana en cada caso y en los que se apoyan
los elementos de membrana. Los elementos de membrana están
configurados aquí en forma de las llamadas almohadillas de membrana
(membranas de almohadilla), bolsas de membrana, circulando en forma
de meandro el fluido que se va a separar, nombrado simplemente
también medio bruto, alrededor de los elementos de membrana,
dispuestos de manera apilada, desde la entrada del dispositivo
hasta la salida del dispositivo.
El propio permeato se acumula en el interior de
las almohadillas de membrana, se conduce hasta un orificio central
de salida de permeato de la almohadilla de permeato y desde aquí se
conduce a través de un tubo colector de permeato, que atraviesa
regularmente el dispositivo, y desde éste se lleva al exterior.
Resulta evidente que debido a la conducción en
forma de meandro del fluido, que se va a separar, alrededor de los
distintos elementos de membrana desde la entrada del dispositivo
hasta la salida del dispositivo, mediante lo que el fluido abandona
el dispositivo en forma concentrada, es decir, como retentado, tiene
lugar una caída considerable de la presión desde la entrada hasta
la salida, que va a ser mayor mientras mayor sea la cantidad de
membranas apiladas en el dispositivo. Por lo general, este tipo de
dispositivos sólo puede funcionar adecuadamente si se dispone de
energía suficiente para aplicar en la entrada del dispositivo una
presión muy alta sobre el medio que se va a separar. El
funcionamiento de este tipo de dispositivos, cuya función separadora
ha sido muy valorada en la práctica, es muy intensivo desde el
punto de vista energético. Sin embargo, es posible teóricamente
aumentar la capacidad de separación de estos dispositivos mediante
la ampliación de la cantidad de elementos de membrana por
dispositivo, pero con esto aumenta la demanda de energía para el
funcionamiento de estos dispositivos debido al principio antes
mencionado.
Se ha tratado de disminuir la demanda energética
de este tipo de dispositivos en caso de una superficie de membrana
igual, al no conducir, por ejemplo, el fluido en forma de meandro
desde la entrada hasta la salida del dispositivo a través de los
elementos de membrana, sino dejar que estos se cubran en paralelo de
manera consecutiva por el fluido, es decir, el recorrido del fluido
a través del dispositivo era básicamente lineal, disponiéndose los
elementos de membrana en la dirección de la corriente. Un
representante típico del dispositivo así construido está descrito,
por ejemplo, en el documento
EP-B-0707884. Aquí también se colocó
en el dispositivo, cuando fue necesaria una capacidad mayor de
separación, otro juego de elementos de membrana, dispuestos
básicamente en posición lineal respecto a la dirección de la
corriente, pudiéndose materializar de manera elegante en sí este
aumento de la superficie efectiva de la membrana por dispositivo
mediante una prolongación modular del dispositivo.
Este dispositivo en sí se distingue, en relación
con el dispositivo según el documento
EP-B-0284740, por mostrar realmente
una demanda de energía mucho menor con una capacidad de separación
supuestamente igual que la que muestra el dispositivo mencionado
primero.
Sin embargo, los dispositivos conocidos del
documento EP-B-0284740 y del
documento EP-B-0707884 presentan
una limitación en relación con la superficie de la membrana como tal
que se puede disponer en estos, debido a su forma y realización,
condicionada constructivamente en cada caso, respecto a la cantidad
de los elementos de membrana que se pueden colocar en el
dispositivo o en la carcasa del dispositivo, es decir, de toda la
superficie disponible de la membrana.
En aplicaciones determinadas de estos
dispositivos, por ejemplo, en barcos y embarcaciones de uso civil y
militar, no se puede renunciar, por una parte, a la necesidad de una
baja demanda de energía en el funcionamiento de este tipo de
dispositivo y, por la otra parte, a una alta eficiencia, es decir,
una alta capacidad de separación, y todo esto con la menor demanda
de espacio posible.
Es, por tanto, objetivo de la presente invención
crear un dispositivo que reúna en sí las ventajas de los tipos
antes mencionados de dispositivos de este tipo, pero con el
objetivo, especialmente, de disponer una superficie de membrana muy
grande en un dispositivo de este tipo y una resistencia hidráulica
baja en lo posible, que ejerce el dispositivo sobre un fluido, que
se va a separar y que se conduce a través del dispositivo,
presentando, además, el dispositivo una construcción muy sencilla y
pudiéndose realizar también con gastos más bajos que los de los
dispositivos mencionados hasta el momento, debiendo ser adecuado el
dispositivo para el intercambio con dispositivos actuales del tipo
conocido, sin que sea necesaria una demanda de espacio mayor que la
existente hasta ahora en caso de una demanda de energía menor y una
capacidad de separación mayor que las existentes hasta ahora.
Este objetivo se consigue, según la invención,
si en el taladro interno del elemento tubular se aloja un
dispositivo colector y de salida del permeato en forma de barra que
se puede introducir y sacar, desembocando el orificio de salida del
permeato del elemento tubular en orificios de entrada del permeato,
formados por ranuras axiales, del dispositivo colector y de salida
del permeato.
La ventaja de la solución, según la invención, y
a ésta se aspira también conforme al objetivo, radica básicamente
en que las ventajas del dispositivo conocido con la circulación
lineal del fluido a través del dispositivo y las membranas,
dispuestas en éste en la dirección lineal de la corriente, se pueden
unir con las de los dispositivos probados con la circulación
probada en forma de meandro a través del dispositivo o la
circulación en forma de meandro alrededor de los elementos de
membrana apilados.
La ventaja del dispositivo, según la invención,
radica también en que la construcción, según la invención, del
dispositivo crea casi un "canal abierto" para el fluido desde
la entrada hasta la salida del fluido y se puede colocar en el
dispositivo una superficie de membrana mayor que la superficie
cuadriplicada con dimensiones externas iguales del dispositivo,
según la invención, respecto a los dispositivos conocidos hasta la
fecha y arriba descritos.
Mediante la solución, propuesta según la
invención, se puede realizar también una construcción mucho más
sencilla del dispositivo en relación con la construcción del
dispositivo conocido, ya que no hay que tomar ninguna medida
constructiva especial para posicionar y estabilizar mecánicamente
las almohadillas de membrana, pues con la espiral de varios
elementos o varias capas mediante el enrollado en el dispositivo
tubular colector y de salida del permeato, que atraviesa
básicamente el dispositivo, es decir, mediante la curvatura,
realizada forzosamente de esta forma, de las almohadillas de
membrana se obtiene una estabilización propia de las almohadillas
de membrana. La longitud de las distintas almohadillas de membrana
se determina o se limita únicamente mediante la longitud del
dispositivo en su totalidad, es decir, en último lugar mediante la
carcasa del dispositivo, en el que se alojan las almohadillas de
membrana de varios elementos, enrolladas de manera superpuesta y en
forma de espiral. El espesor radial de la espiral de varios
elementos se determina únicamente mediante la cantidad de las
almohadillas de membrana, que forman la espiral de varios elementos,
y mediante la anchura de las distintas almohadillas de
membrana.
El fluido que se va a separar en el dispositivo,
puede circular transversalmente respecto a la espiral de varios
elementos, entre todas las almohadillas de membrana al mismo tiempo
desde la entrada hasta la salida del dispositivo y, precisamente,
en forma de un canal abierto para el fluido que se va a separar, y
rodear aquí simultáneamente toda la superficie a ambos lados de
cada almohadilla de membrana.
Al enrollarse de manera superpuesta la espiral
de varios elementos en un elemento tubular por separado, alojando
el elemento tubular en su taladro interno el mencionado dispositivo
colector y de salida del permeato, es decir, al confeccionarse la
unidad de separación de manera que únicamente sea necesaria
introducirla en el dispositivo colector y de salida del permeato en
forma tubular o extraerla de éste, se puede, por una parte,
aumentar la posibilidad de prefabricación de la unidad de separación
y, por la otra parte, sacar del dispositivo, en caso de averiarse
la espiral o las espirales, la unidad de separación sin grandes
gastos y sustituirla por otra unidad de separación capaz de
funcionar, sin que haya que desmontar el dispositivo colector y de
salida del permeato en forma de barra, que atraviesa el dispositivo
básicamente en dirección lineal o axial, o sin tener que
sustituirlo.
La almohadilla de membrana por separado presenta
aquí preferentemente un contorno rectangular, estando configurado
el orificio de salida del permeato en un lado, en un lado frontal.
Este tipo de configuración de la almohadilla de membrana tiene la
ventaja, respecto a almohadillas de membrana conocidas, en las que
el orificio de salida del permeato está formado, por lo general,
por un orificio de salida regularmente circular y en posición
transversal respecto a la superficie de membrana, que se tiene que
configurar en un proceso de trabajo por separado, después de
haberse fabricado la almohadilla de membrana. Este tipo de
almohadillas de membrana conocidas presenta a veces una pluralidad
de este tipo de orificios de salida del permeato, configurados de
forma transversal a la superficie de la membrana. La almohadilla de
membrana ventajosa, según la invención, que se puede usar aquí,
está cerrada únicamente en tres lados mediante soldadura y/o pegado
de los distintos elementos de membrana que forman la almohadilla de
membrana.
Es posible configurar el dispositivo de manera
que en éste se aloje preferentemente un juego de almohadillas de
membrana que forman la espiral de varios elementos, como la descrita
arriba. También es posible prever en el dispositivo una pluralidad
de juegos por separado de almohadillas de membrana, conectadas
linealmente una detrás de otra, que forman una espiral por separado
de varios elementos, según se ha descrito arriba. En este tipo de
configuración modificada es posible, por ejemplo, por cada recorrido
a través del dispositivo del medio, que se va a separar, en
correspondencia con el tipo seleccionado de los elementos de
membrana que forman los respectivos juegos de las espirales de
varios elementos, separar derivados diferentes del medio que se va
a separar, según la selección del tipo usado de las distintas
membranas.
Con el objetivo de garantizar una distancia,
constante en lo posible, de las distintas almohadillas de membrana
que forman la espiral de varios elementos, para garantizar un canal
lineal de flujo, en lo posible sin perturbaciones, resulta
ventajoso mantener separadas entre sí las almohadillas de membrana,
que forman la espiral de varios elementos, mediante una pluralidad
de elementos distanciadores que forman una segunda espiral de varios
elementos. Incluso, si las distintas almohadillas de membrana se
encuentran superpuestas casi juntas, tras la ejecución de la
espiral y su fijación correspondiente en esta posición, los
elementos distanciadores, dispuestos, de manera igual a las
almohadillas de membrana, en forma de espiral entre las almohadillas
de membrana, garantizan siempre un canal de flujo no posible de
cerrar para el medio que se va a separar.
Los elementos distanciadores están configurados
ventajosamente de manera que presentan una estructura en forma de
rejilla, de modo que los elementos distanciadores tocan las
respectivas almohadillas contiguas de membrana sólo en la
infinitesimal. Así está garantizado que los elementos distanciadores
mantengan baja de manera despreciable la resistencia a la corriente
ejercida sobre el fluido.
La estructura en forma de rejilla de los
elementos distanciadores se crea ventajosamente mediante una
pluralidad de primeros y segundos elementos en forma de barra que
se cruzan básicamente en ángulo recto, estando configurados los
primeros elementos en la sección transversal con un tamaño mayor que
el de los segundos elementos, y estando dispuestos u orientados los
primeros elementos, configurados más grandes en la sección
transversal, básicamente en posición paralela respecto a la
dirección de la corriente del medio que se va a separar, entre las
almohadillas de membrana y, por consiguiente, los segundos
elementos con la menor sección transversal, en posición transversal
respecto a esto, de manera que los segundos elementos, más pequeños
en la sección transversal, posibilitan que el fluido que se va a
separar, pueda circular sin problemas a través de las superficies
contiguas de los elementos de membrana y los segundos
elementos.
Con el objetivo de mantener lo más baja posible
la resistencia a la corriente que estos ejercen en la disposición u
orientación propuesta, según la invención, sus secciones
transversales tienen una estructura básicamente circular,
pudiéndose fabricar también el propio elemento distanciador, dado el
caso, de una pieza, a partir de un material elástico o
elastomérico, de modo que sea posible también, en caso de una
fabricación sencilla y económica, una adaptación sin problemas a
los elementos de membrana, enrollados de manera superpuesta, de la
espiral de varios elementos.
En el interior de los elementos de membrana está
dispuesto preferentemente entre los elementos de membrana que
forman la almohadilla de membrana, al menos un elemento intermedio
que, además de una función estabilizadora de la almohadilla de
membrana, tiene también una función de drenaje, es decir, que al
permeato que pasa a través de los elementos de membrana de la
almohadilla de membrana, le es más fácil circular hacia el orificio
de salida del permeato de la almohadilla de membrana.
Con el fin de permitirle al permeato que circule
aún mejor, es ventajoso prever como elemento intermedio un elemento
con una estructura similar al velo, de manera que el permeato pueda
circular no sólo a ambos lados de la superficie del elemento
intermedio, sino también en el propio elemento intermedio.
Para mantener la espiral a partir de una
pluralidad de almohadillas de membrana y una pluralidad de elementos
distanciadores según el proceso de enrollamiento en su forma final,
según lo dispuesto, que crea a continuación un cuerpo preformado
con una estructura básicamente circular en la sección transversal,
resulta ventajoso, asimismo, envolver la espiral en su contorno
externo con elementos en forma de hilo, pudiendo ser éste un único
elemento en forma de hilo que se enrolla en forma de una bobina
alrededor del cuerpo en espiral realizado. Pero también es posible
prever una pluralidad de elementos en forma de hilo que envuelva
respectivamente una zona determinada del cuerpo en espiral.
El elemento en forma de hilo se impregna o se
carga preferentemente de una resina o plástico endurecible, de
manera que el elemento en forma de hilo o los elementos en forma de
hilo se solidifican tras finalizar la envoltura de la espiral o de
todo el cuerpo en espiral.
De este modo se fija a continuación la espiral o
el cuerpo en espiral, tras la ejecución definitiva, en su posición
final constructiva deseada y se impide que recupere su posición
inicial básicamente plana mediante las fuerzas de retroceso,
presentes en las almohadillas de membrana y los elementos
distanciadores o los elementos intermedios en las almohadillas de
membrana.
Según otra configuración ventajosa del
dispositivo, las espirales de varios elementos (a partir de
almohadillas de membrana y elementos distanciadores), así como el
dispositivo colector y de salida del permeato están dotados a ambos
lados respectivamente de elementos de cierre que delimitan, de
manera resistente a la presión respecto a la carcasa, la espiral o
las espirales y el dispositivo colector y de salida del permeato y
en los que está prevista en cada caso al menos una salida para el
medio que se va a separar, y en cada caso al menos una salida para
el retentado. Los elementos de evacuación forman junto con la
carcasa la zona interna cerrada, resistente a la presión, del
dispositivo, a través de la que circula el fluido, que se va a
separar, desde la entrada hasta la salida, pasando linealmente a
ambos lados de las almohadillas de membrana enrolladas de manera
superpuesta en espiral.
En el dispositivo forma preferentemente la
espiral o forman las espirales, el dispositivo colector y de salida
del permeato, así como los elementos de evacuación una unidad de
separación que se puede insertar en la carcasa y sacar de ésta,
garantizándose así que en caso de averías, trabajos de mantenimiento
y otros trabajos de comprobación se pueda desmontar fácilmente la
unidad de separación del dispositivo o se pueda insertar en éste,
siendo necesario para esto desmontar únicamente de la carcasa del
dispositivo uno de los elementos de cierre que delimitan la unidad
de separación a ambos lados.
De esta forma está garantizado en esta
configuración del dispositivo un intercambio fácil de la unidad de
separación.
En este sentido resulta ventajoso configurar el
elemento tubular de material plástico, con lo que, por una parte,
se reducen en gran medida los costos de fabricación respecto a un
elemento tubular de metal y es posible también una hermeticidad
entre la superficie interna del elemento tubular y el orificio de
entrada del permeato del dispositivo colector y de salida del
permeato mediante la selección adecuada del material plástico del
elemento tubular, pudiéndose formar el orificio de entrada del
permeato mediante una ranura axial o una pluralidad de ranuras
axiales alrededor de ranuras dispuestas alrededor de la superficie
del dispositivo colector y de salida del permeato.
Para que en esta configuración del dispositivo,
el permeato, que sale por el orificio de salida del permeato de las
almohadillas de membrana, pueda entrar, pasando por el elemento
tubular, en el orificio de entrada del permeato del dispositivo
colector y de salida del permeato, el elemento tubular presenta
ventajosamente una pluralidad de agujeros radiales que están
unidos, por una parte, con los orificios de salida del permeato de
las almohadillas de membrana y, por la otra parte, con los orificios
de entrada del permeato del dispositivo colector y de salida del
permeato.
La invención se explica detalladamente sobre la
base de los siguientes dibujos esquemáticos con ayuda de un ejemplo
de realización. Muestran:
Fig. 1 en corte, el dispositivo según la
invención,
Fig. 2 en corte, la parte del dispositivo según
la figura 1, compuesta de las espirales que están formadas por
almohadillas de membrana y elementos distanciadores y están
enrolladas de manera superpuesta en un elemento tubular y en las
que se puede insertar el dispositivo colector y de salida del
permeato en forma de perno que atraviesa básicamente el
dispositivo,
Fig. 3 un corte a través de las espirales,
conforme a la línea C-D, según la figura 2, pero con
dispositivo colector y de salida del permeato, insertado en la zona
interna del elemento tubular respecto a la figura 2, en una escala
ampliada respecto a la figura 2, así como almohadillas de membrana,
aún no enrolladas de manera superpuesta, y elementos
distanciadores, dispuestos entre las almohadillas de membrana, para
explicar la construcción de la invención,
Fig. 4a una sección del elemento distanciador en
corte en una escala muy ampliada en la vista lateral,
Fig. 4b el elemento distanciador en una escala
muy ampliada en la vista superior,
Fig. 5 la almohadilla de membrana usada, según
la invención, con orificio de salida del permeato en un lado,
Fig. 6 una sección de un corte a lo largo de la
línea A-B de la figura 5, que muestra la
construcción de una almohadilla de membrana con elemento
intermedio, y
Fig. 7 una sección de un corte a lo largo de la
línea E-F de la figura 5, que muestra la
construcción de una almohadilla de membrana sin ningún elemento
intermedio.
En relación con la construcción del dispositivo
10 se hace referencia en primer lugar a las figuras 1 y 2. El
dispositivo 10 comprende una carcasa 14, resistente a la presión,
que está configurada aquí en las figuras como elemento en forma de
cilindro tubular. En dirección básicamente axial a la carcasa 14
está previsto un dispositivo colector 21 y de salida del permeato,
que atraviesa básicamente el dispositivo 10 y que tiene
adicionalmente también la función de un perno de presión que soporta
o mantiene unida la unidad de separación 110, lo que se trata
detalladamente más abajo.
Una parte de la unidad de separación 110 está
representada en la figura 2, presentando esta unidad de separación,
además del dispositivo colector 21 y de salida del permeato, que
atraviesa en forma de perno el dispositivo 10, elementos de cierre
25, 26 que no están representados en la figura 2 por motivos de
mayor compresión.
En el dispositivo colector 21 y de salida del
permeato está insertado un elemento tubular 27 por separado que se
puede sacar también del dispositivo colector 21 y de salida del
permeato.
En el elemento tubular 27 por separado, que
atraviesa, asimismo, básicamente el dispositivo 10, es decir, que
su longitud axial es de manera insignificante menor que la longitud
axial de la carcasa 14, está enrollada de manera superpuesta una
pluralidad de membranas, configuradas como almohadillas de membrana
13, en forma de una espiral 20 de varios elementos o varias capas,
véase también la figura 3. En la figura 1 y 2 está representada la
espiral 20 de varios elementos en su estado final enrollado de
manera superpuesta. La representación de la figura 3 muestra un
corte a través de la figura 2 a lo largo de la línea
C-D de la figura 2, pero en una escala mayor, y a
diferencia de lo representado en la figura 2, en caso del
dispositivo colector 21 y de salida del permeato insertado en el
elemento tubular 27 en su zona interna 270, la espiral 20 de
distintas almohadillas de membrana 13, aún no enrollada de manera
superpuesta. Las almohadillas de membrana, representadas en la
figura 3, representadas como línea continua, no están representadas
en escala. En una forma de realización ejecutada, las almohadillas
de membrana tienen, por ejemplo, una anchura de 950 mm y una
longitud de 755 mm, considerándose como longitud la longitud
efectiva de la almohadilla de membrana 13 en la dirección del
elemento tubular 27. Los datos anteriores sobre anchura y longitud
respecto a las almohadillas de membrana se basan únicamente en un
ejemplo posible de realización, pero se pueden prever también otras
anchuras y longitudes de las almohadillas de membrana 13 a partir
de la configuración diferente del dispositivo 10.
En el ejemplo de realización, mostrado en la
figura 3, la espiral 20 de varios elementos está compuesta de 18
almohadillas de membrana 13, aunque en este caso hay que señalar
también que la espiral 20 se puede crear, asimismo, mediante otra
cantidad de almohadillas de membrana 13.
Hay que señalar, además, que la representación
de la figura 3 se ha de ver únicamente de manera esquemática para
entender mejor el dispositivo 10. Por este motivo, las distintas
almohadillas de membrana 13 que forman la espiral 20 de varios
elementos, está representada aquí también en una representación casi
desarrollada.
Las almohadillas de membrana 13 tienen una
construcción como la representada en las figuras 5, 6, y 7, lo que
se trata detalladamente más abajo. En el estado final enrollado de
manera superpuesta de la espiral 20 de varios elementos, la espiral
20 toma una forma como la representada en las figuras 1 y 2 en la
vista lateral en corte.
Las almohadillas de membrana 13 de la espiral 20
de varios elementos están dispuestas relativamente respecto al
elemento tubular 27 con sus orificios 131 de salida del permeato de
tal modo, que los orificios 131 de salida del permeato están
orientados hacia los agujeros radiales 271 o desembocan en estos
agujeros, configurados en el elemento tubular 27, véase nuevamente
la figura 3. Es posible así que el permeato 18 que sale de los
orificios de salida del permeato de las membranas 13, pueda entrar
en los agujeros radiales 271 y a través de estos entrar en los
orificios 210 de entrada del permeato, posicionados en el taladro
interno 270 del elemento tubular 27, del dispositivo colector 21 y
de salida del permeato y desde aquí se puede conducir, dado que los
orificios 210 de entrada del permeato están configurados en forma de
ranuras axiales en los orificios 210 de entrada del permeato,
configurados en el dispositivo colector 21 y de salida del permeato,
hacia un canal anular, configurado en un extremo del dispositivo
colector 21 y de salida del permeato, y desde aquí hacia el
exterior, pasando por una salida 16 de permeato.
Sin embargo, también es posible, en lugar de los
orificios 210 de entrada del permeato por separado en forma de
ranura, prever entre el taladro interno 270 del elemento tubular 27
y el dispositivo colector 21 y de salida del permeato en forma de
perno, que atraviesa básicamente el dispositivo 10, un canal anular,
a través del que se conduce el permeato 18 hacia la salida 16 de
permeato.
En el ejemplo de realización, aquí descrito, del
dispositivo 10 están previstos, en correspondencia con las
dieciocho almohadillas de membrana 13, dieciocho agujeros radiales
271 en el elemento tubular 27. A lo largo del elemento tubular 27
por separado están previstos, en correspondencia con la longitud de
las almohadillas de membrana 13, una pluralidad de agujeros
radiales 271, dispuestos en serie en dirección axial, con el
objetivo de garantizar una salida, lo más uniforme posible, del
permeato 18 que abandona las almohadillas de membrana 13.
Una segunda espiral 22 de varios elementos se
crea mediante elementos distanciadores 23, dispuestos de manera que
las almohadillas de membrana 13, que forman la espiral 20 de varios
elementos, se mantienen separadas entre sí mediante una pluralidad
mencionada de elementos distanciadores 23 que crean la segunda
espiral 22 de varios elementos. En la figura 3 están representados
con líneas discontinuas los elementos distanciadores 23, a
diferencia de las almohadillas de membrana 13.
Los elementos distanciadores 23, que tienen
aproximadamente una longitud y anchura como las de las almohadillas
de membrana 13, presentan una estructura en forma de rejilla, véase
la figura 4a y 4b. Las representaciones de los elementos
distanciadores 23 en las figuras 4a y 4b están ampliadas para
explicar la construcción de los elementos distanciadores 23. La
estructura en forma de rejilla de los elementos distanciadores 23 se
crea mediante una pluralidad de primeros y segundos elementos 230,
231 que se cruzan básicamente en ángulo recto. Los elementos 230,
231 están configurados en forma de barras. Aquí los primeros
elementos 230 están configurados en la sección transversal con un
tamaño mayor que el de los segundos elementos 231. Los elementos
distanciadores 23 están dispuestos para la configuración de la
segunda espiral 22 de varios elementos en el dispositivo 10 o
relativamente respecto a la primera espiral 20 de varios elementos a
partir de almohadillas de membrana 13 de tal modo, que los primeros
elementos 230 de los elementos distanciadores 23 están orientados
básicamente en dirección axial respecto al elemento tubular 27 o al
dispositivo colector 21 y de salida del permeato, de manera que el
fluido 11 que se va a separar y que atraviesa la espiral 20 ó 22,
puede circular a lo largo de los segundos elementos 230, es decir,
crea una resistencia a la corriente, baja de manera despreciable,
para el fluido 11 que se va a separar.
Los primeros y segundos elementos 230, 231 de
los elementos distanciadores 23 presentan en el ejemplo de
realización, representado aquí en las figuras 4a y 4b, una
estructura básicamente circular. Son posibles también básicamente
otras formas de sección transversal, si se debe lograr, por ejemplo,
de manera dirigida una circulación turbulenta del fluido 11 que se
va a separar, al pasar por las almohadillas de membrana 13 a través
de la espiral 20 de varias elementos, como puede ser necesario en
casos especialmente deseados de uso del dispositivo. Los elementos
distanciadores 23 están compuestos de un material elástico, por
ejemplo, plástico, que puede ser un plástico elastomérico.
Si la primera espiral 20 de varios elementos a
partir de almohadillas de membrana 13 se lleva a su forma final,
véase la figura 1 y 2, los elementos distanciadores 23, dispuestos
entre las almohadillas de membrana 13, se ajustan a la superficie
de los elementos contiguos 133, 134 de membrana en cada caso de las
almohadillas contiguas 13 de membrana en cada caso, pero impiden
que los respectivos elementos 133, 134 de membrana de las
respectivas almohadillas de membrana 13 se superpongan directamente
y de esta forma creen un canal de flujo para el fluido 11 que se va
a separar, de manera que éste pueda entrar por el lado frontal en la
espiral 20 de varios elementos a partir de almohadillas de membrana
13, véase figura 1, a la derecha, y pueda volver a salir de la
espiral 20 de varios elementos tras superar toda la longitud de las
almohadillas de membrana 13, véase figura 1, a la izquierda. Al
preverse los elementos distanciadores 23, posicionados entre los
elementos de membrana de la primera espiral 20 de varios elementos,
que forman, asimismo, la segunda espiral 22 de varios elementos, se
garantiza siempre para el fluido 11 un canal de flujo, lo
suficientemente grande en la sección transversal del flujo.
Las espirales 20, 22 se fijan en su contorno
externo 24, véase la figura 2, si la primera y la segunda espiral
20, 23 de varios elementos, que estarían compuestas en el ejemplo
descrito aquí por treintaiseis elementos, es decir, dieciocho
almohadillas de membrana 13 y dieciocho elementos distanciadores 23,
se llevan a su posición enrollada final, véase la figura 1 y 2, es
decir, los elementos de membrana se encuentran superpuestos mediante
el posicionamiento intermedio respectivo de los elementos
distanciadores 23. Esto puede ocurrir, por ejemplo, al envolverse
las espirales 20, 22 por su contorno externo 24 con un elemento en
forma de hilo o una pluralidad de elementos en forma de hilo. Para
darle una resistencia mayor a las espirales 20, 22 en estado
enrollado, se pueden impregnar los elementos en forma de hilo con
una resina o plástico endurecibles. Mediante una aplicación
adecuada de calor o mediante el ajuste adecuado del proceso de
endurecimiento de la resina o el plástico se puede inducir, tras
envolverse las espirales 20, 22, un proceso de solidificación de los
elementos en forma de hilo. Es posible también envolver las
espirales 20, 22 por su contorno externo 24, por ejemplo, mediante
una banda de material elastomérico en forma de una bobina.
Un cuerpo, así fabricado, a partir de espirales
20, 22, como el representado, por ejemplo, en la figura 2, se
inserta a continuación en el dispositivo colector 21 y de salida del
permeato que atraviesa el dispositivo 10 en forma de perno. Este
cuerpo a partir de las espirales 20, 22 de varios elementos, así
como del elemento tubular 27 se dota a ambos lados de elementos de
cierre 25, 26 que delimitan ambos lados respectivamente, en los que
está previsto en cada caso al menos una entrada 15 para el medio 11
que se va a separar, y al menos una salida 17 para el retentado 19.
Con medios adecuados de obturación, así como manguitos de unión se
mantienen herméticos los elementos de cierre 25, 26 relativamente
respecto al elemento tubular 17, presentando los elementos de
cierre 25, 26 elementos de obturación, con los que estos se pueden
posicionar de manera resistente a la presión frente a la carcasa
14, véase la figura 1, después de haberse colocado en la carcasa 14
la unidad de separación 110 a partir de las espirales 20, 22, el
dispositivo 21 colector y de salida del permeato, así como los
elementos de cierre 25, 26.
Las almohadillas de membrana 13, usadas en el
dispositivo 10, presentan básicamente una estructura rectangular,
véase la figura 5.
Este tipo de almohadillas de membrana 13 se
describen, por ejemplo, en el documento
EP-B-0129663 y se pueden fabricar
de forma conocida.
Estas almohadillas de membrana 13 están
compuestas regularmente de dos elementos 133, 134 de membrana y
están fabricadas, por lo general, de un material polímero adecuado,
seleccionándose los polímeros de modo que se seleccionan conforme a
la tarea de separación que se va a realizar especialmente con el
dispositivo 10, es decir, en dependencia del fluido 11 que se va a
separar. Los dos elementos 133, 134 de membrana, véase también la
figura 6 y 7, están soldados en su borde 136 circunferencial de
manera conocida, por ejemplo, mediante tratamiento de ultrasonido o
se pega adecuadamente.
Lo especial en el caso de la almohadilla de
membrana 13, usada en relación con el dispositivo según la
invención, es que en la almohadilla de membrana 13, en uno de sus
lados frontales 132 está configurado el orificio 131 de salida del
permeato que se alinea con los agujeros radiales 271, arriba
descritos, del elemento tubular 27 de tal modo, que el permeato 18,
que sale de las almohadillas de membrana 13 por el orificio 131 de
salida del permeato, puede entrar en los agujeros radiales 271 del
elemento tubular 27. En el interior de las almohadillas de membrana
13, es decir, entre los elementos 133, 134 de membrana, que forman
la almohadilla de membrana 13, puede estar dispuesto al menos un
elemento intermedio 135, véase la configuración de la almohadilla de
membrana 13 según la figura 6. El elemento intermedio 135 puede
presentar una estructura similar al velo, mediante lo que el
permeato puede circular o salir más fácilmente hacia el orificio 131
de salida del permeato. Básicamente es posible también no prever
ningún elemento intermedio 135 entre los elementos 133, 134 de
membrana, véase la configuración de la almohadilla de membrana 13
según la figura 7.
- 10
- Dispositivo
- 110
- Unidad de separación
- 11
- Fluido
- 12
- 13
- Membrana/Almohadilla de membrana
- 130
- Extremo Almohadilla de membrana
- 131
- Orificio de salida del permeato
- 132
- Lado frontal
- 133
- Elemento de membrana
- 134
- Elemento de membrana
- 135
- Elemento intermedio
- 136
- Borde
- 14
- Carcasa
- 15
- Entrada
- 16
- Salida Permeato
- 17
- Salida Retentado
- 18
- Permeato
- 19
- Retentato
- 20
- Espiral (primera)
- 21
- Dispositivo colector y de salida del permeato
- 210
- Orificio de entrada del permeato (Dispositivo colector y de salida del permeato)
- 22
- Espiral (segunda)
- 23
- Elemento distanciador
- 230
- Primer elemento de rejilla en forma de barra
- 231
- Segundo elemento de rejilla en forma de barra
- 24
- Contorno externo (espirales)
- 25
- Elemento de cierre
- 26
- Elemento de cierre
- 27
- Elemento tubular
- 270
- Taladro interno
- 271
- Agujero radial
Claims (15)
1. Dispositivo (10) para filtrar y separar
fluidos (11) mediante membranas (13), especialmente, según el
procedimiento de la ultrafiltración, la ósmosis inversa y la
nanofiltración, que comprende una carcasa (14) básicamente
resistente a la presión, en la que están dispuestas las membranas
(13), una entrada (15) para el fluido (11) que se va a separar y
que se conduce en el dispositivo (10) y salidas (16, 17) para el
permeato (18) que sale del dispositivo (10), así como el retentado
(19), estando configuradas las membranas (13) en forma de
almohadillas de membrana y estando enrollada de manera superpuesta
una pluralidad de membranas (13) en forma de una espiral (20) de
varios elementos alrededor de un elemento tubular (27) que atraviesa
básicamente el dispositivo (10) y presentando un extremo (130) de
las respectivas almohadillas (13) de membrana un orificio (131) de
salida del permeato que está unido a orificios (271)
correspondientes de entrada del permeato del elemento tubular (27),
caracterizado porque en el taladro interno (270) del elemento
tubular (27) se aloja un dispositivo (21) colector y de salida del
permeato en forma de barra que se puede introducir y sacar,
desembocando los orificios (271) de entrada del permeato del
elemento tubular (27) en orificios (210) de entrada del permeato,
formados por ranuras axiales, del dispositivo (21) colector y de
salida del permeato.
2. Dispositivo (10) según la reivindicación 1,
caracterizado porque la almohadilla (13) de membrana presenta
un contorno rectangular, estando configurado en uno de sus lados
frontales (132) el orificio (131) de salida del permeato.
3. Dispositivo (10) según una de las
reivindicaciones o ambas 1 ó 2, caracterizado porque en éste
se aloja al menos un juego de almohadillas (13) de membrana que
forman la espiral (20) de varios elementos.
4. Dispositivo (10) según una o varias de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las almohadillas
(13) de membrana, que forman la espiral (20) de varios elementos,
se mantienen separadas entre sí mediante una pluralidad de
elementos distanciadores (23) que forman una segunda espiral (22) de
varios elementos.
5. Dispositivo (10) según la reivindicación 4,
caracterizado porque los elementos distanciadores (23)
presentan una estructura en forma de rejilla.
6. Dispositivo (10) según la reivindicación 5,
caracterizado porque la estructura en forma de rejilla se
forma mediante una pluralidad de primeros y segundos elementos (230,
231) en forma de barra que se cruzan básicamente en ángulo recto,
estando configurados los primeros elementos (230) en la sección
transversal con un tamaño mayor que el de los segundos elementos
(231).
7. Dispositivo (10) según la reivindicación 6,
caracterizado porque los primeros y segundos elementos (230,
231) presentan en la sección transversal una estructura básicamente
circular.
8. Dispositivo (10) según una o varias de las
reivindicaciones 4 a 7, caracterizado porque el elemento
distanciador (23) está compuesto de un material elástico o
elastomérico.
9. Dispositivo (10) según una o varias de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque en el interior,
entre los elementos (133, 134) de membrana, que forman la
almohadilla (13) de membrana, está dispuesto al menos un elemento
intermedio (135).
10. Dispositivo (10) según la reivindicación 9,
caracterizado porque el elemento intermedio (135) presenta
una estructura similar al velo.
11. Dispositivo (10) según una o varias de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la espiral (20;
22) se envuelve por su contorno externo (24) con un elemento en
forma de hilo.
12. Dispositivo (10) según la reivindicación 11,
caracterizado porque el elemento en forma de hilo se impregna
de una resina o plástico endurecible de modo que ésta se solidifica
tras finalizar la envoltura de la espiral (20; 22).
13. Dispositivo (10) según una o varias de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la espiral (20;
22) de varios elementos, así como el dispositivo (21) colector y de
salida del permeato están dotados a ambos lados respectivamente de
elementos (25, 26) de cierre que delimitan, de manera resistente a
la presión respecto a la carcasa (14), la espiral (20; 22) y el
dispositivo (21) colector y de salida del permeato y en los que
está prevista en cada caso al menos una salida (15) para el medio
(11) que se va a separar, y en cada caso al menos una salida (17)
para el retentado (19).
14. Dispositivo (10) según la reivindicación 13,
caracterizado porque básicamente la espiral (20; 22), el
dispositivo (21) colector y de salida del permeato, así como los
elementos (25, 26) de cierre forman una unidad (110) de separación
que se puede insertar en la carcasa (14) y sacar de ésta.
15. Dispositivo (10) según una o varias de las
reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque el elemento
tubular (27) está compuesto de un material plástico.
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