ES2385554T3 - Aparato de filtración - Google Patents

Abstract

Un aparato de filtración que tiene una densidad de empaquetamiento de al menos 300 metros cuadrados (m2) de área de filtro de membrana activa por metro cúbico (m3) de volumen externo de dicho aparato de filtración y que tiene una lumbrera de entrada de alimentación (86; 162, 164), al menos una lumbrera de filtrado (88), y, si se requiere, al menos una lumbrera (166, 168) de producto retenido (retentato), en el que dicho aparato de filtración está hecho mediante un procedimiento que comprende: formar una pila de una multitud de capas separadoras permeables al fluido (112, 114, 116) y una multitud de capas de filtro de membrana (90, 107, 106), en el que dichas capas separadoras (112, 114, 116) se colocan alternativamente con dichas capas de filtro (90, 107, 106) en una dirección vertical y en el que secciones termoplásticas en la forma de una composición polímera termoplástica (TPC; 18; 58) se unen preliminarmente a dichas capas de filtro en cada borde de dichas capas de filtro que se extienden hasta dichas lumbreras en una configuración tal que cuando las secciones mencionadas son fundidas, el sellado de las capas separadoras situadas alternadamente en dicha lumbrera de entrada de alimentación (86; 162, 164), dicha al menos una lumbrera de filtrado (88) y la mencionada lumbrera de producto retenido (166, 168) es efectuado de tal manera que el líquido en dicha al menos una lumbrera de filtrado (88) no se mezcla con el líquido en la mencionada lumbrera de entrada de alimentación (86; 162, 164) y en la mencionada lumbrera de producto retenido (166, 168), en el que la mencionada composición polímera termoplástica (TPC; 18; 58) preliminarmente unida al borde de las capas del filtro tiene una superficie superior (20; 49) y una superficie inferior (22; 46) configuradas de tal manera que convergen una hacia la otra y forman una zona en punta (24; 20 48; 64) que, cuando se expone a energía calorífica de radiación o a energía no calorífica, absorbe la energía y se funde con preferencia sobre un cuerpo principal (26; 44) de la composición polímera termoplástica (TPC; 18; 58), y sellar por calor indirecto las mencionadas secciones termoplásticas en la mencionada lumbrera de entrada de alimentación (86; 162, 164) simultáneamente, en una de las mencionadas lumbreras de filtrado simultáneamente o en la mencionada lumbrera de producto retenido simultáneamente.

Description

Aparato de filtración.

Esta invención se refiere a un aparato de filtración de membrana para efectuar la filtración de una composición líquida en la que un líquido de alimentación se introduce en el aparato y una corriente de filtrado y, opcionalmente, una corriente de producto retenido (retentato), se retiran del aparato. Más particularmente, esta invención se refiere a un aparato de filtración de membrana de flujo tangencial o aparato de filtración de membrana de extremo muerto que se forma, y selectivamente se sella, mediante moldeo por inyección y sellado térmico indirecto de una composición polímera.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Antes de la presente invención, los líquidos se han filtrado dentro de una multitud de módulos de filtro que se apilan entre colectores o individualmente se sellan o sueldan a una placa colectora. Cada módulo incluye a una o más capas de filtro separadas mediante un número apropiado de capas separadoras, tales como tamices, para permitir el flujo de alimentación de líquido dentro del aparato, así como el flujo de filtrado del aparato. La filtración dentro del módulo se puede llevar a cabo como un proceso de filtración de flujo tangencial (TFF) en el que el líquido de alimentación entrante se hace fluir tangencialmente sobre una superficie de membrana para formar un producto retenido y un filtrado. Alternativamente, la filtración se puede llevar a cabo como un modo de extremo muerto (callejón sin salida) de otra manera identificado como una filtración de flujo normal (NFF) en la que todo el líquido de alimentación entrante se pasa a través de un filtro de membrana con retención de sólidos y otros residuos sobre el filtro de membrana. En este último modo sólo se recupera un filtrado.

En la actualidad, una corriente de filtrado se aísla de una corriente de alimentación dentro de un aparato de filtración de membrana mediante técnicas de sellado u obturación que utilizan adhesivos de encapsulación tales como epoxis, uretanos o siliconas, unión por disolvente o sellado térmico directo. En el caso de una aparato de filtración de flujo tangencial, una corriente de filtrado se aísla de una corriente de alimentación y una corriente de producto retenido. Los adhesivos no son deseables, ya que tienen compatibilidad química limitada, son una fuente de impurezas extraíbles significativa, limitan la posibilidad de utilizar todo el volumen dado de una unidad de filtro, ya que los adhesivos ocupan una cantidad dada de área del dispositivo, introducen dificultades de control del proceso, imponen limitaciones de resistencia de unión, imponen limitaciones de temperatura de uso y aumentan el tiempo de ciclo del proceso. El sellado térmico directo en el que un elemento de calentamiento se pone en contacto con un material que fluye para formar una junta de obturación es indeseable, ya que su uso impone una limitación mínima sobre el espesor del material que se va a sellar térmicamente. Esto da lugar a una reducción del número de capas que pueden estar presentes en un volumen dado del módulo de filtración, reduciendo por lo tanto indeseablemente la capacidad de filtración del módulo. Además, el sellado térmico directo es indeseable porque requiere múltiples etapas, impone limitaciones de compatibilidad de materiales, y típicamente utiliza un substrato para efectuar el sellado térmico directo de los elementos de filtración y puede causar daños en la membrana. La unión por disolventes no es deseable, ya que los solventes imponen cuestiones ambientales y variabilidad del proceso mientras que los polímeros potencialmente útiles están limitados por sus características de solvatación.

Además, el uso de materiales tales como materiales basados en poli-silicona o poliuretano, que absorben y/o adsorben una parte del flujo de alimentación que se filtra, es indeseable, ya que el material absorbido se resorberá en materiales filtrados posteriormente y los contamina.

La patente de EE.UU. 5.429.742 describe un cartucho de filtro que comprende un marco termoplástico en el que se moldean una multitud de membranas de filtración. El marco termoplástico se moldea para proporcionar vías de flujo que aseguren que el fluido entrante que se ha de filtrar pasará a través de una membrana antes de retirar el fluido filtrado del cartucho de filtro. El marco es suficientemente grueso para que se puedan formar las vías de flujo hacia y desde las membranas. Dado que las membranas adyacentes están separadas por elementos separadores relativamente gruesos, el área de la membrana por unidad de volumen del cartucho de filtro es indeseablemente baja.

El documento WO 00/24915 A describe una aparado de filtración para filtración TFF o NF, que está compuesto de una pila de capas de filtro y tamices y que, respectivamente, está provisto de una o más aberturas que forman lumbreras. Las aberturas del tamiz tienen una junta de estanqueidad hecha de material elastómero moldeado a lo largo de los bordes periféricos del mismo y la junta tiene un espesor mayor que el del tamiz , de tal manera que la junta se extiende por encima de al menos un lado de los tamices.

El documento US-A-4576715 describe un paquete de membranas que incluye un soporte poroso intercalado entre un par de estructuras de membrana. El paquete tiene un agujero y está obturado alrededor del agujero para evitar el paso de líquido contaminante dentro del soporte. El paquete de membranas está construido mediante la impregnación del soporte con un polímero capaz de fluir que se puede solidificar para dejar una capa delgada de polímero en cualquiera de las superficies del soporte. Las estructuras de membrana se sueldan por ultrasonidos al soporte.

El documento GB 2112293 A describe otro aparato de filtración en el que las porciones de las membranas que rodean los agujeros en las membranas están soldadas térmicamente a las porciones enfrentadas de placas adyacentes que incluyen agujeros.

Consecuentemente, sería deseable proporcionar un aparato de filtración multicapa que utilizara una multitud de elementos de filtración en los que las capas fueran selladas apropiadamente sin el uso de adhesivos, unión por disolventes o sellado térmico directo. Además, sería deseable proporcionar un aparato de filtración de extremo muerto o de flujo tangencial que contuviera un gran número de capas de filtración por volumen del aparato de filtración que se pudieran formar en una pila y que tuvieran una densidad de empaquetamiento de membrana activa respecto al volumen externo del filtro de al menos 300 m2/m3. Además, sería deseable proporcionar un aparato de filtración de extremo muerto o flujo tangencial que contuviera un gran número de capas de filtración por volumen del aparato de filtración que pudieran formarse dentro de una pila y que pudieran sellarse apropiadamente para definir trayectorias de flujo del líquido dentro de la pila. Además, sería deseable proporcionar tal aparato de filtración formado de un material que minimizara o eliminara la absorción (también la adsorción) y la subsiguiente desorción de un material que estuviera siendo filtrado. Tal aparato de filtración proporcionaría una alta capacidad de filtración y permitiría múltiples usos del aparato mientras minimizara o eliminara los problemas de contaminación del filtrado.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona un aparato de filtración termoplástico de acuerdo a la reivindicación 1 que tiene una densidad de empaquetamiento de al menos 300 m2 de área de membrana activa / m3 de volumen externo del aparato de filtración. Preferiblemente, el dispositivo está formado por composiciones que están sustancialmente libres de materiales extraíbles ya sea antes o después de la filtración. Como se usa aquí, la frase “sustancialmente libres de extraíbles” significa menos de 250 mg de contaminación extraída por m2 de material cuando se empapa con una solución de ensayo que contiene uno o más ácidos y luego se coloca en agua desionizada y se deja empapar para provocar la lixiviación de cualquier ácido adsorbido o absorbido.

El aparato de filtración se forma de una pila de membranas y separadores que están situados alternativamente a través de la altura vertical del aparato de filtración y se sellan de una forma descrita con más detalle a continuación.

Además, la presente invención proporciona un aparato de filtración formado de elementos de filtración que se sellan con una composición polímera termoplástica en una forma que promueve el sellado a una membrana porosa polímera mientras que evita la degradación térmica o mecánica de la membrana. El sellado selectivo de la membrana polímera porosa se efectúa en un proceso de dos etapas en el que un extremo de cada membrana se sella con una composición polímera termoplástica para asegurar la composición polímera termoplástica a la membrana. Las capas seleccionadas de las composiciones polímeras termoplásticas de las membranas situadas adyacentemente se sueldan entonces unas a otras con el objeto de definir unas rutas de flujo de fluido a través de la pila de las membranas y capas separadoras situadas alternativamente. Las rutas de flujo de fluido definidas garantizan que el fluido que se filtra pase a través de una membrana antes de ser retirado del aparato de filtración. El sellado se puede efectuar como una sola etapa en la que una pila de membranas y separadores situados alternativamente se someten a la energía de radiación que efectúa el calentamiento de las capas seleccionadas y así efectuar el sellado deseado. Alternativamente, se puede efectuar la soldadura de un conjunto de una membrana y un separador secuencialmente hasta que una pila deseada de separadores y membranas situados alternativamente se sueldan en la configuración deseada.

De acuerdo con esta invención, se proporciona un aparato de filtración de flujo tangencial (TFF) o de extremo muerto (NFF) que incluye una multitud de membranas separadas y una multitud de capas separadoras que tienen canales o aberturas que favorecen el flujo de líquido a su través. El aparato de filtración NFF está provisto de al menos una lumbrera de alimentación y al menos una lumbrera de filtrado.. El aparato de filtración de flujo tangencial está provisto de al menos una lumbrera de alimentación, al menos una lumbrera de filtrado y al menos una lumbrera de producto retenido. Las capas de membranas y las capas separadoras se alternan a través de la altura vertical del aparato de filtración en patrones seleccionados. La soldadura o sellado selectivo de las capas de membranas y las capas separadoras se efectúa en un proceso de dos etapas. En una primera etapa, se moldea una capa delgada de una composición polímera termoplástica sobre las porciones extremas de cada capa de membrana que puede comprender una membrana o una membrana compuesta, tal como una membrana soportada sobre una capa de tamiz. La composición polímera termoplástica se moldea en un patrón que efectúa el flujo de fluido deseado a través de los módulos. Las membranas y las capas separadoras así tratadas se apilan entonces de una manera en la que forman preliminarmente una lumbrera de alimentación, una lumbrera de filtrado y, en el caso de un módulo de flujo tangencial, una lumbrera de producto retenido. La etapa final del sellado térmico indirecto de la composición polímera termoplástico soldada preliminarmente a las capas de membranas se efectúa entonces selectivamente para formar canales de flujo de fluido que separan la alimentación y el producto retenido del filtrado dentro del módulo. En el caso de un aparato de filtración de flujo tangencial, el flujo de líquido dentro de la pila se asegura aislando la entrada de alimentación y la salida de producto retenido de la salida de filtrado. La parte exterior del aparato de filtración se forma entonces por moldeo de inserción. El moldeo de inserción se lleva a cabo mediante la colocación de la pila en un molde de inyección y la inyección de la composición polímera de moldeo dentro del molde para efectuar el sellado de una manera que asegure el flujo de líquido deseado dentro del aparato de filtración de membranas final, durante el uso. Las capas separadoras que reciben filtrado están aisladas mediante la composición plástica de una lumbrera de alimentación que se extiende dentro de la pila de manera que la alimentación debe pasar a través de una capa de membranas antes de entrar en una capa separadora de filtrado. Además, las capas separadoras adyacentes a la lumbrera de alimentación que están diseñadas para aceptar alimentación permanecen en comunicación de líquido con el canal de alimentación. Los canales que reciben ya sea producto retenido o bien filtrado también se extienden dentro de la pila. Los canales que aceptan producto retenido se aíslan de las capas separadoras de filtrado y están en comunicación de fluido con las capas separadoras que están también en comunicación de fluido con la lumbrera de alimentación. Los canales se pueden extender a través de las membranas o a través de pestañas termoplásticas que están soldadas al menos a una parte de la periferia de las membranas. La lumbrera o lumbreras que aceptan filtrado se aíslan de las capas separadoras que aceptan alimentación o concentración y están en comunicación de fluido con las capas separadoras que aceptan filtrado. La pila también está sellada de una forma tal que la alimentación líquida que entra a las capas separadoras de alimentación debe pasar a través de una membrana antes de entrar en una capa separadora de filtrado.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La Fig. 1 es una vista lateral de una estructura de membranas modificada de esta invención.

La Fig. 2 es una vista lateral de una estructura de membranas modificada alternativa de esta invención.

La Fig. 3 es una vista lateral de una estructura de membranas modificada alternativa de esta invención.

La Fig. 4 ilustra el flujo de fluido a través de un módulo de filtración de flujo tangencial de esta invención.

La Fig. 5 ilustra el flujo de fluido a través de un aparato de flujo tangencial de esta invención.

La Fig. 6 es una vista lateral de una membrana modificada utilizada para formar el aparato de filtración de esta invención.

La Fig. 7 es una vista lateral de dos membranas y una capa separadora utilizadas para formar los módulos de filtración mostrados en la Fig. 8.

La Fig. 8 es una vista lateral de los módulos de filtración de esta invención.

La Fig. 9 es una vista en sección transversal despiezada de los elementos de alojamiento y filtración utilizados para formar el aparato de filtración de esta invención.

La Fig. 10 es una vista en sección transversal que ilustra una posición final de los elementos de filtrado de esta invención antes de una etapa de formación final del aparato de filtración.

La Fig. 11 es una vista en sección transversal que ilustra la etapa final en la formación del aparato de filtración de esta invención.

La Fig. 12 es una vista en perspectiva de una sección transversal parcial de un aparato de filtración de esta invención.

La Fig. 13 es un gráfico que muestra los niveles extraíbles relativos de una variedad de composiciones polímeras.

La Fig. 14a es una vista lateral de una construcción de membranas útil para la fabricación de un módulo de filtración de esta invención.

La Fig. 14b es una vista lateral de una construcción de membranas útil para la fabricación de un módulo de filtración de esta invención.

La Fig. 14c es una vista superior de la construcción de membranas de las Figs. 14a y 14b.

DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES ESPECÍFICAS

La presente invención utiliza elementos de membrana de filtración que se pueden sellar o soldar selectivamente en una configuración apilada para efectuar la separación del filtrado de la alimentación o de la alimentación y el producto retenido (retentado). Los elementos de membrana de filtración comprenden una capa de membrana que tiene un borde de la misma unido a una composición polímera termoplástica. Preferiblemente, la composición polímera termoplástica unida tiene una superficie superior y una superficie inferior configuradas de tal manera que convergen una hacia la otra y forman un extremo o zona en punta. El extremo o zona en punta está configurado para que absorba la energía calorífica de radiación o una energía no-calórica, tal como energía ultrasónica, que se absorbe por el extremo y se convierte en energía térmica. Cuando se expone a tal energía, el extremo o punta se fusiona preferentemente antes con el cuerpo principal de la composición polímera termoplástica. Esta característica permite el control de la dirección en que fluye la composición polímera termoplástica fundida que, a su vez, permite controlar áreas selectivas de un aparato de filtración que se ha de sellar.

Los elementos de membrana de filtración se pueden soldar uno por uno entre sí o se pueden soldar unos a otros en una configuración deseada en un proceso de una etapa mientras se sitúan en una pila de los elementos de membrana de filtración de esta invención.

Los elementos de membrana de filtración útiles para formar el módulo de filtración de esta invención se forman modificando un extremo de una membrana de filtración mediante el sellado de una composición polímera termoplástica (TPC) en un borde o perímetro de la membrana de filtración. Las superficies (TPC) se pueden sellar a las superficies (TPC) adyacentes para efectuar el sellado en una forma que efectúa el sellado de los separadores situados alternativamente en una pila de membranas que se alternan con los separadores. El sellado se efectúa de modo que cualquier membrana dada se sella en un borde y se abre en un borde opuesto. Las membranas situadas adyacentemente separadas por una capa abierta tal como un tamiz se sellan en bordes opuestos. Esta disposición asegura que una corriente de alimentación que entre en una capa abierta en una pila de membranas pase a través de una membrana antes de ser recogida como filtrado. Operando de esta forma, se evita la mezcla del filtrado ya sea con una corriente de alimentación o con una corriente de producto retenido.

Referente a la Fig. 1, se muestra una estructura de membrana modificada útil para formar el módulo de filtración de esta invención cuando la membrana es una membrana de ultrafiltración 10 que tiene una piel 12 y una capa 14 más porosa que la piel 12. El extremo 16 está unido a una TPC 18 de tal manera que la membrana 10 se sella al extremo 16 mediante la TPC 18. La TPC 18 está configurada para tener una superficie superior 20 y una superficie inferior 22 que convergen para formar la punta 24. La punta 24 funciona para concentrar energía, tal como la energía de radiación o la ultrasónica, para efectuar la fusión de la punta 24 al cuerpo 26 de la TPC. Sin embargo, se debe entender que la TPC no tiene necesariamente superficies de convergencia y, por ejemplo, tiene un extremo plano o un extremo curvado o similares. Se prefiere una TPC que tenga superficies de convergencia, ya que tal configuración superficial efectivamente concentra la energía de radiación o ultrasónica en la punta de la TPC.

Referente a la Fig. 2, se muestra la construcción de un módulo de filtración alternativo de la presente invención que utiliza una membrana compuesta 30, en la que la membrana incluye una piel de baja porosidad o estructura porosa compacta 32, un volumen 34 que tiene más poros abiertos que la piel 32 y una capa de soporte 36 que está formada a partir de una capa más abierta, tal como de una fibra de polipropileno hilado. La membrana compuesta 30 incluye una primera sección moldeada 38 que se moldea sobre la superficie inferior 40 de la membrana compuesta 30 y una segunda sección moldeada 42 de la membrana compuesta 30. La segunda sección moldeada 42 incluye la superficie inferior 46 y una superficie superior 49 que convergen en la zona en punta 48. La superficie en punta 48 se funde preferentemente sobre el cuerpo 44 de la TPC cuando se expone a energía, tal como energía térmica de radiación o ultrasónica.

Referente a la Fig. 3, se muestra una membrana alternativa útil para formar el módulo de filtración de esta invención, en la que se muestra una membrana que presenta dificultades en la unión a la TPC de elección. La membrana compuesta 52 incluye una piel 55, un cuerpo poroso 54 y un suporte poroso 56 que está unido a la TPC 58. Puede ser difícil unir la piel 55 en virtud de su composición, tal como una capa llena de glicerina, o en virtud de su baja porosidad. Para mejorar la unión, se pueden colocar un tamiz poroso 60 en la superficie superior de la piel 55 para efectuar la absorción del TPC 58 fundido, para mejorar con ello la función de unión a la piel 55. La punta 64 funciona para concentrar energía, como se describió anteriormente, para efectuar el fundido selectivo de la TPC 58 fundiéndolo selectivamente a la TPC de la capa adyacente. Esta fusión selectiva impide el flujo de fluido pasada la punta 64.

Referente a la Fig. 4, se muestra un módulo de filtración que incluye un colector. Un elemento de filtración 40 está situado entre el colector 47 y el colector 11. El colector 47 está provisto de entrada 15 de alimentación y salida 17 de filtrado. El colector 11 está provisto de salida 21 de filtrado y salida 19 de producto retenido. Un conjunto de medios 28 de salida de filtrado está dispuesto sobre el colector 11, mientras que un segundo conjunto de medios 29 de salida de filtrado está dispuesto sobre el colector 47. Los medios 28 y 29 de salida de filtrado están conectados a las salidas 17 y 21 de filtrado mediante las rutas 46 de conducción de filtrado. El elemento 40 de filtración incluye agujeros 48 que comunican con los medios 15 de entrada de líquido y agujeros 50 que comunican con los medios 28 y 29 de salida de filtrado.

Referente a la Fig. 5, el elemento de filtración 40 incluye un separador 59 de filtrado, una capa 53 de filtro, un separador 60 de producto retenido y una capa 62 de filtro con un segundo separador de filtrado (no mostrado) y que puede contactar con las rutas 46 de conducción (Fig. 4). La alimentación líquida representada por flechas 61 pasa a través de los agujeros 48 en la capa 62 al separador 60. Una parte del líquido pasa horizontalmente a través del separador 60, como se representa mediante la flecha 64, y verticalmente a través del filtro 53, como se representa mediante la flecha 66. La porción restante del líquido entrante pasa hacia arriba, como se representa mediante la flecha 68, a través de los agujeros 48 en la capa 53 de filtro, los agujeros 48 en el separador 59 de filtración y hacia el siguiente elemento de filtración adyacente (no mostrado), en el que prosigue como se describió anteriormente con referencia al elemento 40 de filtración. El filtrado pasa dentro de los agujeros 50 y pasa en una dirección como muestran las flechas 70 y 72 hacia los medios 21 de salida del filtrado (Fig. 4). El agujero 48 se alterna con los agujeros 50. El producto retenido pasa a través del separador 60 de producto retenido, como se representa media la flecha 64, a través de los agujeros 50 y a los medios 19 de salida de producto retenido (Fig. 4).

Referente a la Fig. 6, se forma una capa de membranas de la construcción de filtración de esta invención a partir de elementos 80, 82 y 84 de membrana que están separados para formar una lumbrera 86 de alimentación y una lumbrera 88 de producto filtrado. El elemento 80 se forma a partir de la capa de membrana 90, una TPC 92, una capa separadora 94, una sección 96 de junta termoplástica y una sección 98 de junta termoplástica. El elemento de membrana 82 se forma a partir de la capa de membrana 107, la sección 98 de junta termoplástica, una capa separadora 100, una sección 102 de junta termoplástica y una sección 104 de junta termoplástica. El elemento de membrana 84 se forma a partir de una capa de membrana 106, una sección 108 de junta termoplástica y una sección 110 de junta termoplástica.

Referente a la Fig. 7, una capa separadora 112 está situada entre dos elementos de membrana 80. Una capa separadora 114 está situada entre dos elementos de membrana 82. Una capa separadora 116 está situada entre dos elementos de membrana 84.

Referente a la Fig. 8, las secciones 98 de junta termoplástica están unidas entre sí con una junta termoplástica 118. Las secciones 104 de junta termoplástica están unidas entre sí con una junta termoplástica 120. Las secciones 108 de junta termoplástica se unen entre sí con una junta termoplástica 122. Las secciones 110 de junta termoplástica están unidas entre sí con una junta termoplástica 124.

El sellado para la construcción de esta invención será descrito con referencia a las Figs. 9, 10 y 11. Una pila de los elementos de membrana y elementos separadores mostrados en la Fig. 8 están situados verticalmente con separadores 130 interpuestos entre los mismos. Las placas termoplásticas de los extremos 132, 134 y 136 están formadas a partir de un material termoplástico y un elastómero 140 termoplástico elástico. El elastómero 140 termoplástico elástico está adaptado para soldarse ya sea mediante sellado térmico o unión por ultrasonidos a las placas termoplásticas extremas 132, 134 y 136. Tales materiales se conocen bien e incluyen polímeros SANTOPRENE , preferiblemente de la versión 8000, disponibles en Advanced Elastomer Systems, L.P. en Akron, Ohio y polímeros SARLINK , preferiblemente la versión 4155, un elastómero termoplástico de polipropileno disponible en DSM Thermoplastic Elastomers, Inc. en Leominster, MA y polipropileno con un agente de hinchamiento (típicamente desde 0.5 a alrededor del 2.0%).

Además, el elastómero 140 termoplástico elástico se coloca para cooperar con una placa de presión (no mostrada) para ejercer presión a través de la altura vertical de la estructura de filtración de esta invención.

Como se muestra en la Fig. 10, la periferia de la pila de membranas y separadores se sella juntamente con un alojamiento 142 exterior termoplástico mediante colada o moldeo por inyección. En una etapa final, las estructuras 92 y 98 termoplásticas situadas adyacentemente (Fig. 8) se sueldan conjuntamente con un sellado por radiación

144. Los medios 144 de sellado pueden comprender un sellado por radiación, un sellado por ultrasonidos o por contacto directo. Los medios 144 de sellado se colocan suficientemente lejos de los separadores 146 y 148 para así evitar el sellado de las aberturas 150 y 152 para que se pueda efectuar la comunicación de fluido entre el conducto 86, los separadores 148 y los separadores 152, Además, el conducto 88 de filtración está en comunicación selectiva con los separadores 154 y 156. De esta forma, se evita la mezcla de alimentación, de producto retenido y de filtrado.

Referente a la Fig. 12, el aparato de filtración 160 tiene entradas 162 y 164 para alimentación de fluido, salidas 166 y 168 para el producto retenido y salidas 170 y 172 para filtrado. En la Fig. 12, las secciones transversales de diseño similar se refieren al mismo elemento. El aparato de filtración 160 incluye una concha exterior 174, un elastómero sellante 176, un Tamiz de alimentación 178, un tamiz 180 de filtrado y una membrana 182.

Como se puede apreciar, el diseño de los componentes de la presente invención y el método de soldarlos conjuntamente permite que se utilicen materiales más delgados para los componentes de lo que es posible con dispositivos sellados térmica y directamente. Ello también elimina la necesidad de adhesivos que también imponen un espesor mínimo entre los componentes. Esto da lugar a un incremento en el número de capas que pueden estar presentes en un volumen dado del módulo de filtración, aumentando así deseablemente la capacidad de filtración del módulo. La presente invención es capaz de proporcionar una densidad de empaquetamiento de al menos 300 metros cuadrados (m2) de área del filtro de membrana activa por metro cúbico (m3) de volumen externo de la mencionada estructura del filtro, algo que no ha estado disponible con los dispositivos de la técnica anterior.

Además, son deseables los componentes y el proceso para formarlos conjuntamente, ya que ello puede eliminar la necesidad de múltiples etapas de ensamblaje, permitiendo ensamblar un dispositivo multicomponente en una etapa. Alternativamente, ello permite reducir el número de subconjuntos y las etapas necesarias para fabricarlos, en comparación con otros procesos conocidos y elimina el potencial daño de la membrana que puede ocurrir con las técnicas de unión directas.

Además, el producto de la presente invención puede tener un nivel significativamente reducido de extraíbles en comparación con los dispositivos de la técnica anterior. Referente a la Fig. 13, los materiales utilizados en la construcción de los módulos de la presente invención, así como los utilizados en la construcción de los módulos de la técnica anterior, están ensayados para evaluar sus niveles de extraíbles con soluciones de limpieza típicas para tales dispositivos. Los ensayos fueron dirigidos a determinar la capacidad de un material a tomar o absorber materiales y posteriormente liberarlos. En uso, esto puede dar lugar a trasladar la contaminación desde un lote de producto al siguiente. Este fenómeno se conoce comúnmente en la industria como extraíbles.

Fueron hechas muestras de áreas superficiales idénticas de cada material individual a ensayar, hechas para producir muestras con áreas superficiales uniformes. Para los termoplásticos y materiales termoestables, fueron moldeados discos de dimensiones de 1,125 pulgadas (2,8575 cm) de diámetro por 0,25 pulgadas (1,27 cm) de espesor para producir 0,00185 metros cuadrados de área superficial. Para materiales de menos de 0,025 pulgadas (1,27 cm) de espesor, tales como las membranas, soportes no tejidos y tamices, se cortaron las muestras en discos circulares de 47 mm para producir 0,0035 metros cuadrados de área superficial.

Cada muestra fue empapada individualmente en 75 ml de una solución de ensayo de ácido acético / fosforoso durante 24 horas. La solución utilizada en este estudio era de 1,8% de ácido acético y de 1,1% de ácido fosfórico. Después del remojo, las muestras se lavaron brevemente con agua desionizada filtrada para eliminar cualquier solución residual de la superficie de las muestras. Entonces, cada muestra fue individualmente empapada en 50 ml de agua desionizada filtrada para extracción. Se tomaron muestras del agua después de 6 y 24 horas y se analizaron mediante cromatografía de iones para determinar el nivel de iones de acetato y fósforo. Los niveles de iones fueron normalizados a mg/m2. El nivel de iones de acetato y fósforo presentes después de los períodos de remojo descritos demuestra la liberación dentro del agua del ácido residual procedente del material de la estructura. Esto corresponde al nivel de contaminación que el material es capaz de liberar en uso. Los materiales adecuados son aquellos que tienen menos de 250 mg de contaminación extraída por m2 de material cuando se ensayan mediante el método de ensayo descrito antes. Los materiales más preferidos y los dispositivos fabricados a partir de ellos tenían menos de 200 mg de contaminación extraída por m2 de material cuando se ensayaron mediante el método de ensayo descrito antes.

La utilización de polipropileno con o sin agente de hinchamiento y elastómeros termoplásticos de polipropileno proporcionaron niveles de extracción aceptablemente bajos, mientras que el poliuretano (como se utilizaba en los módulos de la técnica anterior) no proporcionó niveles de extracción aceptablemente bajos.

Referente a las Figs. 14a, 14b y 14c, se muestra un conjunto alternativo de elementos de filtración que pueden utilizarse para formar el módulo de filtración de esta invención. Los elementos de filtración 190 y 192 están apilados verticalmente uno sobre el otro en capas alternativas. Cada elemento de filtración 190 y 192 incluye dos membranas 194 y 196, un tamiz poroso 198 y dos pestañas TPC 200 y 202 ó 204 y 206. El elemento de filtración 190 incluye dos pestañas TPC 207 que se fusionan entre sí cuando un elemento de calentamiento (no mostrado) se extiende a través de la lumbrera 208. El elemento de calentamiento se controla para fundir selectivamente las pestañas 207, haciendo que se fusionen conjuntamente. El elemento de filtración 192 está libre de pestañas 207 y la fusión de la TPC no se efectúa mediante el elemento de calentamiento. Así, en una pila de elementos de filtración 190 y 192 alternos, se proporcionan pasos alternos para que pase un líquido dentro de un elemento 192 de filtración. El elemento 192 de filtración está provisto con pestañas TPC en un extremo abierto como el mostrado, cuyo extremo opuesto del elemento 190 de filtración está exento de pestañas TPC. Así, los extremos opuestos (no mostrados) de los elementos de filtración 192 están bloqueados, mientras el extremo opuesto del elemento de filtración 190 está abierto a la comunicación con otra lumbrera (no mostrada).

Claims (3)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un aparato de filtración que tiene una densidad de empaquetamiento de al menos 300 metros cuadrados (m2) de área de filtro de membrana activa por metro cúbico (m3) de volumen externo de dicho aparato de filtración y que tiene una lumbrera de entrada de alimentación (86; 162, 164), al menos una lumbrera de filtrado (88), y, si se requiere, al menos una lumbrera (166, 168) de producto retenido (retentato), en el que dicho aparato de filtración está hecho mediante un procedimiento que comprende:

   formar una pila de una multitud de capas separadoras permeables al fluido (112, 114, 116) y una multitud de capas de filtro de membrana (90, 107, 106), en el que dichas capas separadoras (112, 114, 116) se colocan alternativamente con dichas capas de filtro (90, 107, 106) en una dirección vertical y en el que secciones termoplásticas en la forma de una composición polímera termoplástica (TPC; 18; 58) se unen preliminarmente a dichas capas de filtro en cada borde de dichas capas de filtro que se extienden hasta dichas lumbreras en una configuración tal que cuando las secciones mencionadas son fundidas, el sellado de las capas separadoras situadas alternadamente en dicha lumbrera de entrada de alimentación (86; 162, 164), dicha al menos una lumbrera de filtrado (88) y la mencionada lumbrera de producto retenido (166, 168) es efectuado de tal manera que el líquido en dicha al menos una lumbrera de filtrado (88) no se mezcla con el líquido en la mencionada lumbrera de entrada de alimentación (86; 162, 164) y en la mencionada lumbrera de producto retenido (166, 168), en el que la mencionada composición polímera termoplástica (TPC; 18; 58) preliminarmente unida al borde de las capas del filtro tiene una superficie superior (20; 49) y una superficie inferior (22; 46) configuradas de tal manera que convergen una hacia la otra y forman una zona en punta (24; 48; 64) que, cuando se expone a energía calorífica de radiación o a energía no calorífica, absorbe la energía y se funde con preferencia sobre un cuerpo principal (26; 44) de la composición polímera termoplástica (TPC; 18; 58), y

   sellar por calor indirecto las mencionadas secciones termoplásticas en la mencionada lumbrera de entrada de alimentación (86; 162, 164) simultáneamente, en una de las mencionadas lumbreras de filtrado simultáneamente o en la mencionada lumbrera de producto retenido simultáneamente.

2. 2.

   El aparato de filtración de la reivindicación 1, en el que el mencionado calentamiento se efectúa extendiendo un elemento de calentamiento radiante en una de las mencionadas lumbreras y activando los mencionados elementos de calentamiento para efectuar el calentamiento de todas las composiciones polímeras termoplásticas mencionadas de la mencionada lumbrera.

3. 3.

   El aparato de filtración de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el aparato de filtración está construido de materiales caracterizado por menos de 250 mg de contaminación extraída por metro cuadrado (m2) de material humedecido, en el que el nivel de contaminación extraída se obtiene remojando el material en una solución de ensayo de ácido fosforoso / acético, durante 24 horas, enjuagando mediante agua desionizada filtrada para eliminar cualquier solución residual de la superficie de las muestras, después se remojando en agua desionizada filtrada para la extracción con muestras del agua que se toman cada 6 y 24 horas y analizando el nivel de iones de acetato y fósforo mediante cromatografía iónica y los niveles de iones detectados se normalizan a mg/m2.