ES2284952T3 - Filtro de membrana, sistema que comprende y metodo que utiliza el mismo. - Google Patents
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Abstract
Filtro de membrana de filtración frontal que comprende un cuerpo envolvente (1) con una entrada de alimentación (2), una salida de filtrado (3) y al menos dos módulos de filtro de membrana (-4-, -4''-, -4''''-, -4''''''-) dispuestos en el cuerpo envolvente (1), en el que el fluido a filtrar se introduce por la entrada de alimentación (2) a los módulos de filtro de membrana (-4-, -4''-, -4''''-, -4''''''-), y la corriente de filtrado se descarga por la salida de filtrado (3), caracterizado porque: a) la entrada de alimentación (2) está localizada en el medio del cuerpo envolvente de filtro de membrana (1) y la salida de filtrado (3) consiste en salidas localizadas en los dos extremos del cuerpo envolvente de filtro de membrana (1), o b) la entrada de alimentación (2) consiste en entradas localizadas en los dos extremos del cuerpo envolvente de filtro de membrana (1) y la salida de filtrado (3) está localizada substancialmente en el medio del cuerpo envolvente de filtro de membrana (1).
Description
Filtro de membrana, sistema que comprende y
método que utiliza el mismo.
La presente invención se refiere a un filtro de
membrana de filtración frontal tal como se menciona en el preámbulo
de la reivindicación 1. La invención también se refiere a un sistema
que comprende y a un método que utiliza tal filtro de membrana de
filtración frontal.
Los filtros de membrana son ampliamente
conocidos en la práctica. En tales filtros de membrana del estado
de la técnica una pluralidad de módulos de membrana se disponen en
un cuerpo envolvente de tal manera, que en la dirección de flujo
permanecen substancialmente en dirección extendida. Un filtro de
membrana de esta clase se muestra en la figura 1. Claramente se
puede observar que las conexiones para la entrada de fluido a
filtrar y para la salida de filtrado de dichos filtros de membrana
conocidos están localizadas en los extremos del cuerpo
envolvente.
Sin embargo, estos filtros de membrana conocidos
presentan varios inconvenientes. El primero es que el flujo de
membrana a través de los diferentes módulos de membrana en el cuerpo
envolvente no es igual. La referencia (2) indica la entrada de
alimentación al cuerpo envolvente (1) y la referencia (3) la
descarga del filtrado. Para la filtración, la corriente de
alimentación se conducirá a través de los módulos de membrana (4),
(4'), (4''), (4''') al conducto de filtrado central (5). Por lo
tanto, la presión en el lado de la corriente de alimentación es
superior cerca de I e inferior cerca de II. Correspondientemente, la
presión en el lado del filtrado es inferior cerca de I y superior
cerca de II. El flujo de membrana se conduce mediante la diferencia
de presión local sobre la membrana (diferencia de presión
transmembrana, TMD) y corresponde a la presión de la corriente de
alimentación menos la contrapresión del filtrado. Debido a las
pérdidas de presión, esta TMD será claramente mayor cerca de I que
cerca de II. Estas diferencias de presión son causadas por las
reducciones de presión en contracorriente que tienen lugar en el
lado de la corriente de alimentación y en el lado del filtrado de
los módulos del filtro de membrana. Debido al flujo de membrana
irregular, los módulos terminales se obstruirán más y por
consiguiente estarán sujetos a una mayor carga mecánica. Las
membranas situadas más al centro inicialmente contribuirán menos a
la filtración. Además, dicho flujo de membrana irregular conducirá
al problema de que, durante la limpieza, no todos los módulos de
membrana serán limpiados igual de bien. Esto tiene un efecto
negativo en la productividad total de la instalación de filtración
de
membrana.
membrana.
Se hace especial referencia al documento WO
97/47375A que constituye al documento más cercano del estado de la
técnica. Esta publicación se refiere a un sistema de filtración
frontal como se indica en el preámbulo de la reivindicación 1 y
mantiene compensada la presión en el cuerpo envolvente del filtro.
Las entradas de alimentación están localizadas en los extremos del
cuerpo envolvente, mientras que entradas de alimentación
adicionales están localizadas entre dichos extremos. Sin embrago,
esto no mantiene la misma diferencia de presión en todos los
módulos de filtración de membrana del cuerpo envolvente. Por
consiguiente, el flujo no es igual a través de todos los módulos de
filtración de membrana, y como consecuencia de ello la obstrucción
será irregular. Como el lavado en contracorriente se efectuará con
una diferencia de presión irregular sobre los módulos de filtración
de membrana, el efecto del lavado en contracorriente también será
irregular.
También se hace referencia al documento ES
1048685 U. Esta publicación se refiere a la unión de elementos de
filtración mediante la utilización de conexiones especiales que
eliminan la necesidad de cuerpo envolventes para los elementos de
filtración. No se considera el modo de filtración frontal.
El objeto de la presente invención es
proporcionar un filtro de membrana mejorado que no presente las
desventajas anteriormente mencionadas. Un objeto particular de la
presente invención es proporcionar un filtro de membrana mejorado
que tenga un flujo de membrana uniforme. El objeto de la presente
invención es finalmente proporcionar un filtro de membrana que
simplifica la construcción y la operación en continuo de una
instalación que utiliza tales filtros de membrana.
Para alcanzar los objetivos anteriormente
mencionados, la presente invención proporciona un filtro de membrana
según la reivindicación 1. El filtro de membrana según la presente
invención presenta numerosas ventajas. La ventaja más importante es
una diferencia de presión uniforme en el lado de la corriente de
alimentación en relación al lado del filtrado, con independencia de
su posición en el cuerpo envolvente. Otra ventaja es la separación
espacial entre los conductos de alimentación y los conductos de
filtrado.
El filtro de membrana según la presente
invención se aplica en la filtración "frontal". Si, como puede
ser tomado en la práctica como punto de partida, todos los módulos
de membrana tienen un mismo descenso de presión, entonces todos los
módulos tendrán una misma presión transmembrana y por lo tanto un
mismo flujo de membrana. Esto proporciona una carga muy uniforme a
lo largo de toda la instalación. También en este caso, todos los
módulos de membrana exhibirán substancialmente el mismo grado de
obstrucción. Esto significa que los módulos de membrana se pueden
limpiar de manera más fidedigna. Una ventaja adicional de la
invención es que a causa de que la diferencia de presión del lado
de alimentación en comparación al lado del filtrado es igual, las
pérdidas de presión no contribuyen más a una distribución irregular
del flujo de membrana sobre los módulos individuales. Por lo tanto
no es necesario minimizar las pérdidas de presión de los módulos
individuales.
\newpage
Otra realización implica la disposición de
entradas de alimentación en ambos extremos del cuerpo envolvente
del filtro de membrana, y de la salida del filtrado en una posición
substancialmente en el medio del cuerpo envolvente del filtro de
membrana.
La invención también proporciona un sistema de
filtración en el que al menos se utiliza un filtro de membrana
según la invención. Preferentemente el sistema de filtración es
aquel que utiliza varios filtros de membrana según la invención.
Las respectivas entradas de alimentación se pueden entonces acoplar
a un conducto de alimentación común tal que el flujo se aproxima al
las respectivas cuerpo envolventes de filtro de membrana
sucesivamente.
A continuación la invención se explicará más
detalladamente haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Las
figuras representan realizaciones preferentes de la invención sin
limitar el alcance de la misma.
La figura 1 muestra un cuerpo envolvente de
filtro de membrana según el estado de la técnica anterior.
Las figuras 2, 2A, y 2B muestran un filtro de
membrana según una primera realización preferente.
La figura 3 muestra un filtro de membrana según
una segunda realización preferente de la invención.
La figura 4 muestra un cuerpo envolvente de
filtro de membrana según la presente invención durante el
lavado.
La figura 1 muestra un filtro de membrana (1)
según el estado de la técnica anterior, provisto de conexiones de
alimentación (2) y conexiones de salida de filtrado (3). El fluido a
filtrar circula a través de los módulos de membrana (4), (4'),
(4''), (4''') y se descarga a través del conducto de filtrado
(5).
Según la presente invención, una primera
realización preferente proporciona un filtro de membrana como el
que se muestra en la figura 2. El cuerpo envolvente (1) comprende
una pluralidad de módulos (4), (4'), (4''), y (4'''), y un conducto
de filtrado central (5). La corriente de alimentación se introduce a
través de la conexión de alimentación (2) y el filtrado se descarga
a través de la salida de filtrado (3). Aunque el conducto de
filtrado (5) de la realización está en continuo, éste puede
opcionalmente omitirse en la posición II. Cuando el fluido a
filtrar se introduce por la entrada (2), éste circulará a través de
los módulos de membrana (4') y (4), y (4'') y (4'''),
respectivamente, alcanzará el conducto de filtrado (5) y
posteriormente saldrá del cuerpo envolvente a través de (3). La
filtración se efectúa como resultado de la diferencia de presión
transmembrana entre el lado de alimentación y el lado de filtrado.
La diferencia de presión es la fuerza impulsora. Debido a las
pérdidas de presión en los módulos de membrana, la presión será
superior en el lado de alimentación cerca de II que cerca de I. Por
consiguiente, la presión será mayor en el conducto de filtrado cerca
de II que cerca de I. Esto resulta en una diferencia de presión
substancialmente constante en todo el filtro de membrana. Esto
proporciona un flujo de membrana muy constante en todo el filtro
de
membrana.
membrana.
La figura 2A muestra un sistema de filtración en
el que dos de los filtros de membrana mostrados en la figura (2)
están unidos el uno al otro. La corriente de alimentación se
introduce a través del conducto de alimentación central (6). La
flecha A indica la dirección del flujo de alimentación a través del
conducto de alimentación central (6). Inicialmente el flujo
alcanzará el filtro de membrana (1) y a continuación el filtro de
membrana (1'). Como el flujo de alimentación cerca de la posición
(7) será mayor que cerca de la posición (8), el diámetro del
conducto de alimentación (6) es preferentemente más largo en la
posición (7). Si los filtros de membrana (1) y (1') son idénticos,
el flujo cerca de la posición (7) será generalmente dos veces mayor
que cerca de la posición (8). Por consiguiente, cerca de la
posición (7) el diámetro del conducto de alimentación (6) será
preferentemente tanto mayor que cerca de la posición (8), que la
velocidad del flujo de la corriente de alimentación es
constante.
Puesto que en general, proporcionar un conducto
de alimentación central (6) de diferente diámetro que el del cuerpo
envolvente de filtro de membrana (1) es de difícil construcción
técnica, si el último está conectado directamente a éste, como se
muestra en la figura 2A, la conexión del cuerpo envolvente de filtro
de membrana al conducto de alimentación común (6) se realiza
preferentemente como se muestra en la figura 2B. De esta manera
resulta simple ajustar el diámetro según se desea. Por ejemplo, es
posible realizar el conducto de alimentación cerca de la posición
(9), según se muestra en la figura 2B, cónico (no mostrado) para una
transición gradual del diámetro mayor (no mostrado) cerca de (7')
al diámetro menor (no mostrado) cerca de (8').
Por supuesto, la invención no se limita al
sistema de filtración que únicamente combina dos filtros de membrana
(1) y (1') en un solo sistema de filtración. También es posible
combinar más filtros de membrana para obtener un sistema de
filtración con muchos filtros de membrana, por ejemplo, una
realización preferente en la que se combinan cuatro cuerpo
envolventes de filtro de membrana en un solo sistema de filtración.
Sin embrago, en tal caso será particularmente preferente adaptar el
diámetro del conducto de alimentación común (6) a la cantidad de
alimentación que circula a través de él, tal como se muestra en la
figura 2B.
La figura 3 muestra otra realización del filtro
de membrana según la presente invención, en la que las conexiones
de entrada de alimentación (2) se disponen en los extremos del
cuerpo envolvente de filtro de membrana (1), y la salida de
filtrado (3) en el medio del cuerpo envolvente de filtro (1). El
principio de funcionamiento de un filtro de membrana según la
figura 3 es substancialmente el mismo que el de la figura 2. Sin
embargo, la dirección del flujo a través de los módulos de membrana
se invierte.
La figura 4 muestra una realización en la que el
aparato de filtración según la figura 2 está siendo lavado. Para
ello, el agua de lavado se introduce cerca de la salida de filtrado
(3), circula por el conducto de filtrado (5) a través de los
módulos de membrana (4) y sale del aparato por la entrada de
alimentación (2). El sistema según se muestra en la figura 3 puede
limpiarse de manera similar inyectando filtrado en
contracorriente.
Para un experto en la materia es, además, obvio
que la dirección de la filtración puede ser invertida. En las
figuras 1-3 la filtración se produce desde el
interior hacia el exterior. Esto significa que la corriente de
alimentación está en el interior de la membrana, mientras que el
filtrado está en el exterior. Cuando se invierte el aparato de
filtración, la corriente de alimentación estará en el exterior y el
filtrado en el interior (véase figura 4). El lavado de la
instalación entonces se llevará a cabo en dirección inversa.
La invención se define mediante las
reivindicaciones y no se limita a las realizaciones mostradas en
las figuras.
Claims (6)
1. Filtro de membrana de filtración frontal que
comprende un cuerpo envolvente (1) con una entrada de alimentación
(2), una salida de filtrado (3) y al menos dos módulos de filtro de
membrana (-4-, -4'-, -4''-, -4'''-) dispuestos en el cuerpo
envolvente (1), en el que el fluido a filtrar se introduce por la
entrada de alimentación (2) a los módulos de filtro de membrana
(-4-, -4'-, -4''-, -4'''-), y la corriente de filtrado se descarga
por la salida de filtrado (3), caracterizado porque:
- a)
- la entrada de alimentación (2) está localizada en el medio del cuerpo envolvente de filtro de membrana (1) y la salida de filtrado (3) consiste en salidas localizadas en los dos extremos del cuerpo envolvente de filtro de membrana (1), o
- b)
- la entrada de alimentación (2) consiste en entradas localizadas en los dos extremos del cuerpo envolvente de filtro de membrana (1) y la salida de filtrado (3) está localizada substancialmente en el medio del cuerpo envolvente de filtro de membrana (1).
2. Sistema de filtración caracterizado
porque comprende al menos un filtro de membrana de filtración
frontal según la reivindicación 1.
3. Sistema de filtración, según la
reivindicación 2, caracterizado porque comprende filtros de
membrana de filtración frontal, según la reivindicación 1, estando
cada uno de ellos unidos con la correspondiente entrada de
alimentación a un conducto de alimentación común, de manera que el
flujo se aproxima a los correspondientes filtros de membrana
sucesivamente.
4. Sistema de filtración, según la
reivindicación 3, caracterizado porque el diámetro del
conducto de alimentación común disminuye en la dirección del
flujo.
5. Sistema de filtración, según la
reivindicación 4, caracterizado porque el diámetro disminuye
de manera que la velocidad de flujo del líquido a filtrar es
substancialmente constante en todo el conducto de alimentación
común.
6. Método de filtración de un líquido mediante
filtración frontal, caracterizado porque utiliza un filtro
de membrana de filtración frontal, según la reivindicación 1, o un
sistema de filtración, según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores 2 a 5.
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