ES2708972T3 - Dispositivo para la separación de agua de una corriente de fluido que contiene agua - Google Patents
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Abstract
Dispositivo (1) para la separación de agua, en particular vapor de agua, de una corriente de fluido que contiene agua, en particular vapor de agua, que comprende al menos un cuerpo de membrana (3) permeable para agua, que delimita al menos un espacio interno de cuerpo de membrana (4), en el que el espacio interno de cuerpo de membrana (4) es adecuado para el paso de flujo con al menos un líquido hidrófobo (5) para la absorción de agua en particular vapor de agua, que entra desde la corriente de fluido a través del cuerpo de membrana (3) en el espacio interno de cuerpo de membrana (3), en el que el cuerpo de membrana (3) está realizado en forma de un cilindro hueco, caracterizado por que está dispuesto un equipo de alimentación (6) con al menos un canal de alimentación (10) dispuesto en el espacio interno de cuerpo de membrana (4) coaxial al eje longitudinal del cuerpo de membrana (3), atravesando el canal de alimentación (10) el espacio interno de cuerpo de membrana (4) al menos por una parte de la longitud del espacio interno de cuerpo de membrana (4), estando dispuesto un equipo de evacuación (7) en la zona de un espacio anular que rodea radialmente el al menos un canal de alimentación (10).
Description
DESCRIPCION
Dispositivo para la separacion de agua de una corriente de fluido que contiene agua
La invencion se refiere a un dispositivo segun la reivindicacion 1 para la separacion de agua, en particular vapor de agua, de una corriente de fluido, en particular corriente de gas, que contiene agua, en particular vapor de agua, que comprende al menos un cuerpo de membrana permeable para agua, que delimita al menos un espacio interno de cuerpo de membrana.
La separacion de agua de corrientes de fluido que contienen agua y por lo tanto la obtencion de agua protegiendo los recursos tiene cada vez mas importancia. En este contexto se sabe, por ejemplo, como separar vapor de agua de corrientes de gases de escape. El vapor de agua separado se convierte habitualmente mediante procesos de condensacion con refrigeracion intensiva en agua. Este principio puede estar realizado a traves de condensadores de superficie conectados en corrientes de gas de escape, por ejemplo, en las formas constructivas de transferidores de calor tubulares o transferidores de calor de placas.
Para la separacion de vapor de agua de corrientes de gases que contiene vapor de agua se propusieron ademas cuerpos de membrana permeables para vapor de agua, es decir, con selectividad de vapor de agua, en donde el vapor de agua desde la corriente de gas permea a traves del cuerpo de membrana en un espacio interno de cuerpo de membrana delimitado a traves del cuerpo de membrana. La fuerza propulsiva para la permeacion del vapor de agua a traves del cuerpo de membrana es una concentracion de vapor de agua aminorada en el espacio interno de cuerpo de membrana y/o un vacio que se aplica en el espacio interno de cuerpo de membrana y el salto de presion que resulta de esto, en particular salto de presion parcial de vapor de agua. El vapor de agua permeado en el espacio interno de cuerpo de membrana se transforma en agua liquida a traves de procesos de condensacion con refrigeracion intensiva.
El documento EP0532368 da a conocer un dispositivo para la separacion de, entre otros, vapor de agua de una corriente de gas que contiene vapor de agua, que comprende un grupo de membranas de fibra hueca permeable para vapor de agua.
Por consiguiente, los planteamientos conocidos por el estado de la tecnica para la separacion de agua de una corriente de fluido que contiene agua, en particular en cuanto a la demanda de refrigeracion necesaria para ello en el marco de la condensacion del vapor de agua es digno de mejoras.
La invencion se basa en el objetivo de indicar un dispositivo mejorado para la separacion de agua de una corriente de fluido que contiene agua.
El objetivo se resuelve segun la invencion mediante un dispositivo del tipo indicado al principio que se caracteriza, segun la invencion, por que en el espacio interno de cuerpo de membrana se encuentra al menos un fluido hidrofobo para la absorcion de agua, en particular vapor de agua, que entra desde la corriente de fluido a traves del cuerpo de membrana en el espacio interno de cuerpo de membrana.
La ensenanza tecnica de acuerdo con la invencion se refiere a un principio especial para la separacion de agua, en particular de vapor de agua, en general de moleculas de agua, de una corriente de fluido que contiene agua, en particular vapor de agua, en particular una corriente de gas que contiene vapor de agua. En particular la ensenanza tecnica de acuerdo con la invencion hace posible segun esto una separacion de vapor de agua de corrientes de gases que contienen vapor de agua, en particular de corrientes de gases de escape que contienen vapor de agua. El principio de acuerdo con la invencion puede realizarse con dispositivo de acuerdo con la invencion que va a describirse con mas detalle a continuacion.
El dispositivo de acuerdo con la invencion comprende al menos un cuerpo de membrana, que delimita al menos un espacio interno de cuerpo de membrana. El cuerpo de membrana esta formado por al menos un material permeable para moleculas de agua liquidas o en forma gaseosa y por lo tanto con selectividad de agua, en particular con selectividad de vapor de agua, como por ejemplo polietercetona sulfonada, abreviado SPEEK, polietersulfona sulfonada, abreviado SPES, o polieter amida en bloque, abreviado PEBAX, La configuracion del material que forma el cuerpo de membrana con selectividad de agua, en particular con selectividad de vapor de agua, permite la recuperacion de agua de elevada pureza, dado que los componentes no deseados de la corriente de fluido que contiene aguas no pueden llegar a traves del cuerpo de membrana al espacio interno de cuerpo de membrana. El material que forma el cuerpo de membrana puede ser poroso, es decir, puede presentar una estructura de poros abiertos, en particular al menos por secciones. El tamano de poro del material que forma el cuerpo de membrana se situa por regla general en un intervalo entre 1 y 50 nm, en particular en un intervalo entre 1 y 10 nm. Naturalmente el tamano de poro del material que forma el cuerpo de membrana puede situarse en casos excepcionales tambien fuera de los intervalos de tamano de poro mencionados. Fundamentalmente, sin embargo, tambien es concebible que el material que forma el cuerpo de membrana no sea poroso.
Dentro del cuerpo de membrana, es decir, en el espacio interno de cuerpo de membrana delimitado por del cuerpo de membrana se encuentra al menos un fluido hidrofobo, es decir, en particular al menos un liquido hidrofobo. El fluido hidrofobo es o comprende en general al menos una sustancia, que, debido a su disimilitud estructural, en particular quimica respecto al agua no pude mezclarse con agua, o solo de forma inadecuada. En el caso del fluido hidrofobo puede tratarse, segun esto, por ejemplo, de un liquido organico natural o sintetico, en particular de un aceite natural o mineral o sintetico.
El uso de aceites vegetales naturales, es decir, el uso de aceites vegetales, como fluido hidrofobo es conveniente, por ejemplo, cuando el agua recuperada del fluido hidrofobo se utiliza en el sector de la tecnica alimentaria. Una etapa adicional de tratamiento del agua recuperada de esta forma no es absolutamente necesaria en este caso, dado que los residuos de fluido hidrofobo, contenidos ligeramente en el agua recuperada dado el caso ni siquiera perjudican la idoneidad del agua recuperada como alimento o medio para el consumo.
El dispositivo de acuerdo con la invencion esta concebido normalmente de tal manera que el fluido hidrofobo fluye continuamente a traves del espacio interno de cuerpo de membrana, es decir, en particular, que el fluido hidrofobo circula a modo de circuito a traves del espacio interno de cuerpo de membrana. Mediante la posibilidad de una circulacion a modo de circuito del fluido hidrofobo a traves del espacio interno de cuerpo de membrana los costes operativos del dispositivo de acuerdo con la invencion, en particular en cuanto al fluido hidrofobo, son comparativamente reducidos, igualmente el dispositivo de acuerdo con la invencion esta disenado de tal modo para el funcionamiento de larga duracion.
El principio de acuerdo con la invencion para la separacion de agua, en particular de vapor de agua, de una corriente de fluido que contiene agua, en particular vapor de agua se basa en que el agua que ha entrado a traves del cuerpo de membrana, es decir, que ha permeado, en particular el vapor de agua que ha entrado a traves del cuerpo de membrana, es decir, que ha permeado, se acumula o se almacena en el fluido hidrofobo situado en el espacio interno de cuerpo de membrana. El fluido hidrofobo situado en el espacio interno de cuerpo de membrana sirve segun esto para la absorcion del agua o vapor de agua que entra a traves del cuerpo de membrana en el espacio interno de cuerpo de membrana, en general de las moleculas de agua que han entrado a traves del cuerpo de membrana en el espacio interno de cuerpo de membrana.
La fuerza propulsiva para la permeacion del agua o vapor de agua a traves del cuerpo de membrana es la absorcion de moleculas de agua en el fluido hidrofobo y la diferencia de concentracion (diferencia de concentracion de agua) originada por ello o mantenida entre la corriente de fluido que contiene agua o vapor de agua, de la cual el agua o el vapor de agua va a separarse, y el fluido hidrofobo. Existe segun esto una diferencia entre la concentracion de agua en la superficie de contacto fuera del cuerpo de membrana, es decir, la concentracion de agua de la corriente de fluido que fluye fuera del cuerpo de membrana, y la concentracion de agua en la superficie de contacto dentro del cuerpo de membrana, es decir, la concentracion de agua dentro del fluido hidrofobo situado en el espacio interno de cuerpo de membrana. La concentracion de agua (solubilidad) en la corriente de fluido que contiene agua o vapor de agua es en este sentido por lo general notablemente mas alta que la concentracion de (vapor) agua en el fluido hidrofobo, que de forma ideal se aproxima a cero. Por ello tambien es posible una separacion de agua o vapor de agua de corrientes de fluido que contienen agua o vapor de agua con concentraciones de (vapor) de agua relativamente reducidas.
Tal como se demuestra, ademas, la acumulacion o almacenamiento del agua o vapor de aguas en el fluido hidrofobo y por lo tanto la absorcion del agua o vapor de agua en el fluido hidrofobo, ademas, es decir, como alternativa o en particular puede estar respaldada de manera complementaria por un salto de presion, es decir, una diferencia de presion, entre la corriente de fluido que contiene agua o vapor de agua y el fluido hidrofobo. La diferencia de presion puede estar realizada, en particular, por una presion negativa dentro del espacio interno de cuerpo de membrana. Para la realizacion de la presion negativas dentro del espacio interno de cuerpo de membrana el dispositivo puede comprender un equipo de regulacion de presion, como por ejemplo una bomba de vacio.
El agua absorbida o contenida en el fluido hidrofobo, separada de la corriente de fluido que contiene agua o vapor de agua puede separarse del fluido hidrofobo por medio de principios de separacion quimicos y/ fisicos, en particular mecanicos y por lo tanto recuperarse. Para ello el dispositivo de acuerdo con la invencion comprende de manera conveniente al menos un equipo de separacion asociado al cuerpo de membrana, en particular conectado aguas abajo, para la separacion quimica y/o fisica, en particular mecanica del agua absorbida en el fluido hidrofobo del fluido hidrofobo.
Para realizar la diferencia anteriormente descrita entre la concentracion de agua fuera del cuerpo de membrana, es decir, la concentracion de agua de la corriente de fluido que fluye fuera del cuerpo de membrana, y la concentracion de agua dentro del cuerpo de membrana, es decir, la concentracion de agua dentro del fluido hidrofobo situado en el espacio interno de cuerpo de membrana, es conveniente cuando el fluido hidrofobo recorre el espacio interno de cuerpo de membrana, es decir, circula en particular en el o a traves del espacio interno de cuerpo de membrana en un circuito, en particular cerrado. Para ello el dispositivo de acuerdo con la invencion puede comprender al menos un equipo de alimentacion para la alimentacion del fluido hidrofobo en el espacio interno de cuerpo de membrana y al
menos un equipo de evacuacion para la evacuacion del fluido hidrofobo del espacio interno de cuerpo de membrana. El equipo de alimentacion como tambien el equipo de evacuacion pueden comprender equipos de transporte, como por ejemplo bombas, para la alimentacion o evacuacion del fluido hidrofobo in o del espacio interno de cuerpo de membrana.
A traves del equipo de alimentacion es posible segun esto una alimentacion de fluido hidrofobo, en particular continua, en el espacio interno de cuerpo de membrana. A traves del equipo de evacuacion es posible de manera correspondiente una evacuacion, en particular continua, de fluido hidrofobo desde el espacio interno de cuerpo de membrana posible. Entre el equipo de evacuacion y el equipo de alimentacion puede configurarse por tanto un circuito, en particular cerrado, pudiendo conducirse fluido hidrofobo conducido a traves del equipo de evacuacion del espacio interno de cuerpo de membrana hacia el equipo de alimentacion y a traves de este de vuelta al espacio interno de cuerpo de membrana. El cuerpo de membrana, es decir, en particular el espacio interno de cuerpo de membrana esta conectado segun esto en el circuito formado entre el equipo de evacuacion y el equipo de alimentacion. En el circuito formado entre el equipo de evacuacion y el equipo de alimentacion pueden estar conectados componentes funcionales adicionales del dispositivo de acuerdo con la invencion, como por ejemplo un equipo de separacion que se ha mencionado anteriormente.
En principio a traves del fluido hidrofobo que circula a modo de circuito a traves del espacio interno de cuerpo de membrana queda garantizado que pueda evacuarse del cuerpo de membrana fluido hidrofobo enriquecido con el agua o vapor de agua que entra desde la corriente de fluido que contiene agua o vapor de agua a traves del cuerpo de membrana en el espacio interno de cuerpo de membrana. De este modo en el espacio interno de cuerpo de membrana siempre se da una concentracion de (vapor) agua comparativamente reducida, es decir, al menos por debajo de la concentracion de (vapor) agua situada en la corriente de fluido que contiene agua, lo que puede repercutir positivamente en la configuracion y mantenimiento de la fuerza propulsiva anteriormente descrita que condiciona la entrada del agua o vapor de aguas desde el fluido que contiene agua o vapor de agua a traves del cuerpo de membrana en el espacio interno de cuerpo de membrana.
Para la configuracion de la fuerza propulsiva, que condiciona la permeacion de agua, en particular vapor de agua, desde la corriente de fluido que contiene agua, en particular vapor de agua a traves del cuerpo de membrana en el espacio interno de cuerpo de membrana es esencial que en la superficie del cuerpo de membrana dirigida a la corriente de fluido que contiene agua o vapor de agua se de una concentracion de (vapor) agua muy reducida.
La configuracion de un circuito correspondiente en el cual o a traves del cual circule el fluido hidrofobo, constructivamente puede llevarse a cabo por ejemplo estando realizado el cuerpo de membrana en forma de un cilindro hueco, pudiendo disponerse o estar dispuesto sobre o en la zona de un primer lado frontal del cuerpo de membrana un equipo de alimentacion para la alimentacion del fluido hidrofobo en el espacio interno de cuerpo de membrana, y pudiendo disponerse o estar dispuesto sobre o en la zona de un segundo lado frontal del cuerpo de membrana un equipo de evacuacion para la evacuacion del fluido hidrofobo del espacio interno de cuerpo de membrana. Esta forma de realizacion del dispositivo de acuerdo con la invencion haced posible segun esto un paso de flujo axial, y por lo tanto una circulacion axial del fluido hidrofobo a traves del cuerpo de membrana o a traves del espacio interno de cuerpo de membrana, en la que la alimentacion y evacuacion del fluido hidrofobo en o desde el espacio interno de cuerpo de membrana se realiza a traves de dispositivos de alimentacion o de evacuacion correspondientes dispuestos sobre o en la zona de los lados frontales respectivos del cuerpo de membrana. La alimentacion y evacuacion del fluido hidrofobo se realiza a este respecto normalmente a traves de los diferentes lados frontales, es decir, en particular enfrentados, del cuerpo de membrana. El mismo principio puede transmitirse naturalmente a cuerpos de membrana con otras geometrias, es decir, por ejemplo, a cuerpos de membrana configurados en forma de placas o en forma de esfera.
La configuracion de un circuito correspondiente en el que o a traves del cual circule el fluido hidrofobo puede estar realizado en cuanto a la construccion por ejemplo tambien estando realizado el cuerpo de membrana esta realizado en forma de un cilindro hueco, estando previsto un equipo de alimentacion con al menos un canal de alimentacion que atraviesa por secciones el espacio interno de cuerpo de membrana coaxial al eje longitudinal del cuerpo de membrana, estando previsto un equipo de evacuacion en la zona de un espacio anular que rodea radialmente den canal de alimentacion. En esta forma de realizacion del dispositivo de acuerdo con la invencion el fluido hidrofobo fluye a traves de un equipo de alimentacion, dispuesto normalmente sobre o en la zona de un primer lado frontal del cuerpo de membrana, inicialmente en al menos un canal de alimentacion que atraviesa el espacio interno de cuerpo de membrana axialmente, y por lo tanto dispuesto dentro del espacio interno de cuerpo de membrana. El fluido hidrofobo que sale del al menos un canal de alimentacion, normalmente en la zona de un segundo lado frontal del cuerpo de membrana enfrentado al primer lado frontal, en el espacio interno de cuerpo de membrana fluye a traves de un espacio anular que rodea el al menos un canal de alimentacion radialmente hacia un equipo de evacuacion, que en la presente memoria esta dispuesto normalmente, al igual que el equipo de alimentacion sobre o en la zona del primer lado frontal del cuerpo de membrana. La alimentacion y evacuacion del fluido hidrofobo puede realizarse en esta forma de realizacion del dispositivo de acuerdo con la invencion segun esto a traves del mismo lado frontal del cuerpo de membrana, lo que dado el caso hace posible una construccion del dispositivo de acuerdo con la invencion que, en comparacion, exige menos espacio constructivo. El mismo principio puede transmitirse
naturalmente asimismo al cuerpo de membrana con otras geometrias, es decir, por ejemplo, a cuerpos de membrana configurados en forma de placa o en forma de esfera. En particular siempre y cuando el agua que va a separarse de la corriente de fluido que contiene agua este en forma gaseosa, es decir, siempre que en el caso del agua que va a separarse de la corriente de fluido que contiene agua se trate de vapor de agua, es conveniente para la recuperacion del agua condensar el vapor de agua contenido en el fluido hidrofobo, es decir, transformar el agua presente en forma de vapor de agua en su forma gaseosa a su fase liquida. Para ello el dispositivo de acuerdo con la invencion comprende ventajosamente al menos un equipo de condensacion asociado al cuerpo de membrana, en particular conectado aguas abajo, para la condensacion del agua en forma gaseosa absorbida o contenida en el fluido hidrofobo. A traves del equipo de condensacion, que comprende normalmente al menos un equipo de enfriamiento para el enfriamiento del vapor de agua absorbido o contenido en el fluido hidrofobo a o por debajo de su temperatura de condensacion, puede realizarse segun esto una transformacion de vapor de agua, es decir, agua en forma gaseosa, a agua en forma liquida.
Es tambien concebible que ya dentro del cuerpo de membrana o en el fluido hidrofobo antes del enfriamiento tenga lugar la condensacion del vapor de agua. Esto va a explicarse mediante el siguiente ejemplo para una corriente de fluido que contiene vapor de agua con una temperatura de aproximadamente 70°C. En el caso de una corriente de fluido de este tipo puede producirse un porcentaje de vapor de agua de aproximadamente 30%, es decir, con una presion atmosferica (1 bar) se presenta una presion parcial de vapor de agua de 300 mbar. Condicionado por la permeacion del vapor de agua a traves del cuerpo de membrana en el espacio interno de cuerpo de membrana la temperatura del fluido hidrofobo situado en el espacio interno de cuerpo de membranas asciende asimismo a aproximadamente 70°C. En el espacio interno de cuerpo de membrana se aplica asimismo una presion de 1 bar. Dado que las moleculas de vapor de agua estan sometidas segun esto a una presion de 1 bar, estas se condensan dentro del fluido hidrofobo, es decir, el vapor de agua se fluidifica ya dentro del fluido hidrofobo antes del enfriamiento.
Siempre que tenga lugar una condensacion de vapor de agua en el fluido hidrofobo dentro del espacio interno de cuerpo de membrana un equipo de condensacion correspondiente debe reemplazarse por un equipo de enfriamiento o equipo de evacuacion de calor, a traves del cual se realiza un enfriamiento del fluido hidrofobo calentado. Al cuerpo de membrana puede estar asociado, en particular conectado aguas abajo, segun esto al menos un equipo de enfriamiento para el enfriamiento del fluido hidrofobo.
A traves de la condensacion del agua absorbida o contenida en el fluido hidrofobo o vapor de agua el fluido hidrofobo segun esto puede dividirse en una fase combinadas que contiene dos fases presentes separadas una de otra, es decir, una primera fase compuesta de fluido hidrofobo y una segunda fase compuesta de agua, fase combinadas de la cual la segunda fase compuesta de agua puede separase de manera sencilla. Naturalmente dependiendo de la miscibilidad respectiva de ambas fases entre si en una fase puede conservarse o estar un porcentaje minimo de la otra fase en cada caso.
De manera conveniente la presion dentro del equipo de condensacion puede aumentarse en comparacion con la presion dominante dentro del cuerpo de membrana con el fin de mantener la temperatura de condensacion del agua, o vapor de agua, absorbida o contenida en el fluido hidrofobo lo mas alta posible, de modo que, para la condensacion del agua, o vapor de agua, absorbida o contenida en el fluido hidrofobo, puede emplearse una fuente de enfriamiento con nivel de temperatura comparativamente alto. Este planteamiento en cuanto a la eficiencia energetica del dispositivo de acuerdo con la invencion o de la separacion del agua o vapor de aguas absorbida o contenida en la corriente de fluido de la corriente de fluido es ventajosa. El aumento de presion dentro del equipo de condensacion es en particular ventajoso, cuando la acumulacion o el almacenamiento del agua o vapor de agua en el fluido hidrofobo, y por lo tanto la absorcion del agua o vapor de agua en el fluido hidrofobo esta respaldada ademas por un salto de presion, es decir, una diferencia de presion, entre la corriente de fluido que contiene agua o vapor de agua y el fluido hidrofobo, que, tal como ya se ha mencionado, normalmente esta realizada mediante una presion negativa dentro del cuerpo de membrana o dentro del espacio interno de cuerpo de membrana. Tal como ya se ha mencionado anteriormente, el dispositivo de acuerdo con la invencion puede comprende de manera conveniente al menos un equipo de separacion para la separacion quimica y/o fisica, en particular mecanica del agua absorbida en el fluido hidrofobo del fluido hidrofobo, conectado aguas abajo del cuerpo de membrana, dado el caso del equipo de condensacion asociado o conectado aguas abajo del cuerpo de membrana. A traves del equipo de separacion se realiza la separacion del agua absorbida o contenida en el fluido hidrofobo del fluido hidrofobo. El fluido hidrofobo liberado del agua puede alimentarse de nuevo al cuerpo de membrana. El agua liberada del fluido hidrofobo y por lo tanto recuperada puede utilizarse para distintos fines fuera o dentro del dispositivo de acuerdo con la invencion. La separacion de agua liquida absorbida o contenida en el fluido hidrofobo del fluido hidrofobo puede realizarse en particular mecanicamente, es decir, mediante sedimentacion (sedimento o deposicion), de modo que el equipo de separacion esta orientado de manera correspondiente a la sedimentacion del agua absorbida en el fluido hidrofobo. El equipo de separacion puede comprender, segun esto, por ejemplo, al menos una pila de sedimentacion. Naturalmente son concebibles en principio tambien otros principios de separacion quimicos y/o fisicos para la separacion del agua absorbida o contenida en el fluido hidrofobo del fluido hidrofobo.
La invencion se refiere a ademas un procedimiento segun reivindicacion 5 para la separacion de agua, en particular
vapor de agua, de una corriente de fluido que contiene agua, en particular vapor de agua. El procedimiento se caracteriza por que el agua que va a separarse o vapor de agua que va a separarse a traves de al menos un cuerpo de membrana permeable para agua o vapor de agua, en general moleculas de agua, se transforma en al menos un fluido hidrofobo dentro de un espacio interno de cuerpo de membrana delimitado por el cuerpo de membrana y se absorbe en el fluido hidrofobo. El procedimiento de acuerdo con la invencion puede estar implementado o implementarse, en cuanto al dispositivo, en particular en un dispositivo de acuerdo con la invencion.
Fundamentalmente, en cuanto al procedimiento de acuerdo con la invencion, todas las realizaciones en relacion con el dispositivo de acuerdo con la invencion en todas las formas de realizacion descritas o variantes se aplican de forma analoga. A la inversa se aplican de forma analoga todas las formas de realizacion en relacion con el procedimiento de acuerdo con la invencion en todas las formas de realizacion descritas o variantes para el dispositivo de acuerdo con la invencion.
En el marco del procedimiento de acuerdo con la invencion es conveniente cuando el fluido hidrofobo recorre el espacio interno de cuerpo de membrana, en particular a modo de circuito. El fluido hidrofobo puede segun esto en particular fluir o circular en un circuito, en el que se conecta el cuerpo de membrana o el espacio interno de cuerpo de membrana. En el circuito pueden conectarse otros componentes funcionales del dispositivo que implementa el procedimiento de acuerdo con la invencion, como por ejemplo equipos de condensacion para la condensacion de agua en forma gaseosa contenida en el fluido hidrofobo y/o equipos de enfriamientos para el enfriamiento del fluido hidrofobo calentado mediante condensacion previa y/o equipos de separacion para la separacion quimica y/o fisica del agua absorbida o contenida en el fluido hidrofobo del fluido hidrofobo.
Dentro del espacio interno de cuerpo de membrana puede aplicarse de manera conveniente una presion negativa. La presion negativa sirve en particular como fuerza propulsiva de respaldo adicional para la entrada o la permeacion de agua, o vapor de agua, contenida en la corriente de fluido que contiene agua a traves del cuerpo de membrana en el espacio interno de cuerpo de membrana y segun esto en el fluido hidrofobo.
En particular siempre y cuando el agua que va a separarse de la corriente de fluido que contiene agua este en forma gaseosa, es decir, siempre y cuando en el caso del agua que va a separarse de la corriente de fluido que contiene agua se trate de vapor de agua es conveniente para la recuperacion del agua cuando el agua en forma gaseosa absorbida o contenida en el fluido hidrofobo, es decir, el vapor de agua absorbido o contenido en el fluido hidrofobo se condensa.
En este sentido para mantener lo mas elevada posible la temperatura de condensacion del vapor de agua que va a condensarse y de tal manera igualmente hacer posible el uso de una fuente de enfriamiento con nivel de temperatura comparativamente alto es conveniente cuando la presion del agua en forma gaseosa o vapor de agua absorbido a contenido en el fluido hidrofobo se aumenta antes de la condensacion.
El agua absorbida o contenida en el fluido hidrofobo puede separarse quimica y/o fisicamente, en particular mecanicamente, del fluido hidrofobo. En particular para la separacion de agua liquida absorbida o contenida en el fluido hidrofobo del fluido hidrofobo se considera una separacion mecanica en forma de una sedimentacion (sedimento o deposicion). Naturalmente en principio son concebibles tambien otros principios de separacion quimicos y/o fisicos para la separacion de agua absorbida o contenida en el fluido hidrofobo del fluido hidrofobo. Siempre y cuando la separacion de agua absorbida o contenida en el fluido hidrofobo del fluido hidrofobo se realice a traves de sedimentacion, la velocidad de circulacion del fluido hidrofobo en la zona de un equipo de separacion correspondiente puede reducirse para propositos de la sedimentacion. De este modo puede mejorarse el rendimiento de la sedimentacion.
En el marco del procedimiento de acuerdo con la invencion como fluido hidrofobo puede emplearse en particular un liquido organico natural o sintetico, en particular un aceite natural o mineral o sintetico.
Ventajas, caracteristicas y detalles adicionales de la invencion se deducen de los ejemplos de realizacion descritos a continuacion, asi como mediante el dibujo. En este sentido muestran:
Figuras 1 - 3 una representacion esquematica en cada caso de un dispositivo para la separacion de agua, en particular vapor de agua, de una corriente de fluido que contiene agua, en particular vapor de agua segun un ejemplo de realizacion de la invencion.
La figura 1 muestra una representacion esquematica de un dispositivo 1 para la separacion de agua, en particular vapor de agua, de una corriente de fluido que contiene agua, en particular vapor de agua segun un ejemplo de realizacion de la invencion.
El dispositivo 1 mostrado en la figura 1, como tambien los dispositivos 1 mostrados en las figuras 2, 3 1 estan
configurados u orientados en cada caso para la realizacion de un procedimiento para la separacion de agua, en particular vapor de agua, de una corriente de fluido que contiene agua, en particular vapor de agua segun un ejemplo de realizacion de la invencion.
El dispositivo 1 esta conectado directamente en un canal 2 que conduce una corriente de gas que contiene vapor de agua. En el caso de la corriente de gas indicada con la flecha P1 se trata por ejemplo de una corriente de gas de escape o corriente de aire de salida que contiene vapor de agua, que se produce en el marco de un proceso tecnico, como por ejemplo el funcionamiento de una central energetica, en particular central termica de turbina de gas. La corriente de gas contiene, ademas de vapor de agua normalmente otros componentes, en particular gaseosos, como, por ejemplo
Oxigeno, nitrogeno, dioxido de carbono, oxido de nitrogeno, oxido de azufre, etc.. La corriente de gas condicionada normalmente por el proceso tecnico respectivo, del que procede se caliente a una determinada temperatura.
El dispositivo 1 comprende un cuerpo de membrana 3 en forma de cilindro hueco. El cuerpo de membrana 3 podria presentar igualmente tambien una geometria diferente, es decir, podria estar realizado por ejemplo tambien en forma de placa o en forma de esfera.
Dado que el cuerpo de membrana 3 esta formado por un material con selectividad de agua, como por ejemplo polietercetona sulfonada, el cuerpo de membrana 3 es permeable para el vapor de agua contenido en la corriente de gas. El resto de los componentes de la corriente de gas no pueden permear segun esto a traves del cuerpo de membrana 3, sino que fluyen sin enfriamiento significativo a lo largo del cuerpo de membrana 3. El material que forma el cuerpo de membrana 3 es poroso, es decir, presenta una estructura, en particular de poros abiertos con un tamano de poro entre 1 y 10 nm.
El cuerpo de membrana 3 delimita un espacio interno de cuerpo de membrana 4. A traves del espacio interno de cuerpo de membrana 4 fluye un fluido hidrofobo 5, es decir, por ejemplo, un aceite mineral o vegetal. El fluido hidrofobo 5 que fluye a traves del espacio interno de cuerpo de membrana 4 sirve para la absorcion de vapor de agua permeado a traves del cuerpo de membrana 3 en el espacio interno de cuerpo de membrana 4, es decir, de moleculas de agua permeadas a traves del cuerpo de membrana 3 en el espacio interno de cuerpo de membrana 4. La permeacion de vapor de agua o moleculas de aguan a traves del cuerpo de membrana 3 en el espacio interno de cuerpo de membrana 4 esta indicado mediante la flecha P2.
La fuerza propulsiva esencial para la permeacion del vapor de agua contenido en la corriente de gas a traves del cuerpo de membrana 3 en el espacio interno de cuerpo de membrana 4 y segun esto para la acumulacion o almacenamiento del vapor de agua en el fluido hidrofobo 5 hay una diferencia de concentracion (diferencia de concentracion de agua) entre las superficies limites del cuerpo de membrana 3 por el lado de la corriente de gas que contiene agua, de la cual el agua o el vapor de agua va a separarse, fuera del cuerpo de membrana 3 y por el lado del fluido hidrofobo 5 dentro del cuerpo de membrana 3 o dentro del espacio interno de cuerpo de membrana 4. La concentracion de agua en la corriente de gas que contiene agua es por lo general claramente mas alta que la concentracion de agua en el fluido hidrofobo 5.
La diferencia de concentracion se mantiene en particular al fluir el fluido hidrofobo 5 con una velocidad de circulacion determinada continuamente a traves el espacio interno de cuerpo de membrana 4. Para ello, al dispositivo 1 pertenece un equipo de alimentacion 6 para la alimentacion del fluido hidrofobo 5 en el espacio interno de cuerpo de membrana 4 y un equipo de evacuacion 7 para la evacuacion del fluido hidrofobos 5 enriquecido con vapor de agua del espacio interno de cuerpo de membrana 1 (comparese FIG 2). El equipo de alimentacion 6, como tambien el equipo de evacuacion 7 comprenden equipos de transporte adecuados (no mostrados), como por ejemplo bombas, para la alimentacion o evacuacion del fluido hidrofobo 5 en o del espacio interno de cuerpo de membrana 4.
Por consiguiente, queda garantizado que fluido hidrofobo 5 cargado con agua se evacua del espacio interno de cuerpo de membrana 4 y el fluido hidrofobo 5 sin cargar se alimenta al espacio interno de cuerpo de membrana 4. En un estado de equilibrio que se produce de la relacion de la cantidad de fluido hidrofobo 5 alimentado al espacio interno de cuerpo de membrana 4 y de la cantidad evacuada del espacio interno de cuerpo de membrana 4 la concentracion del vapor de aguas contenido en el fluido hidrofobo 5 que fluye a traves del espacio interno de cuerpo de membrana 4 es por lo general notablemente mas reducida que la concentracion del vapor de agua contenido en la corriente de gas.
Para la configuracion de la fuerza propulsiva, que condiciona la permeacion de vapor de agua desde la corriente de gas que contiene vapor de agua a traves del cuerpo de membrana 3 en el espacio interno de cuerpo de membrana 4 es esencial que en la superficie del cuerpo de membrana 3 dirigida a la corriente de gas que contiene vapor de agua se de una concentracion de vapor de agua muy reducida.
Dado el caso puede prescindirse del equipo de alimentacion 6 asi como del equipo de evacuacion 7 y por lo tanto de
una circulacion forzada del fluido hidrofobo 5 dentro del espacio interno de cuerpo de membrana 4, dado que en el marco de la invencion fundamentalmente tambien es posible que la separacion del agua contenida en el fluido hidrofobo 5 tambien pueda realizarse mediante conveccion o gravitacion natural y la acumulacion de agua subsiguiente en el suelo del cuerpo de membrana 3.
Para aumentar adicionalmente la fuerza propulsiva para la permeacion del vapor de agua contenido en la corriente de gas a traves del cuerpo de membrana 3 en el espacio interno de cuerpo de membrana 4, y por lo tanto en el fluido hidrofobo 5 que fluye en el espacio interno de cuerpo de membrana 4, puede aplicarse en el espacio interno de cuerpo de membrana 4 una presion negativa. Por consiguiente, la presion dentro del espacio interno de cuerpo de membrana 4 se situa notablemente por debajo de la presion fuera del cuerpo de membrana 3 y segun esto dentro del canal 2 por el que fluye la corriente de gas. Para la realizacion de la presion negativa dentro del cuerpo de membrana 3 o dentro del espacio interno de cuerpo de membrana 4 el dispositivo 1 comprende un equipo de regulacion de presion (no mostrado), por ejemplo, en forma de una bomba de vacio. Con la misma finalidad es concebible naturalmente, como alternativa o complemento, aumentar la presion fuera del cuerpo de membrana 3. El vapor de agua absorbido en el fluido hidrofobo 5 se presenta alli normalmente en forma de burbujas de gas o de liquido individuales, distribuidas o al menos parcialmente coaguladas. El fluido hidrofobo 5 que contiene vapor de agua puede considerarse segun esto como dispersion.
La separacion del vapor de agua contenido en el fluido hidrofobo 5 del fluido hidrofobo 5 se realiza en una etapa de condensacion y en una etapa de separacion que sigue a esta.
En la etapa de condensacion, que se lleva a cabo a traves de un equipo de condensacion 8 (comparese la figura 2, 3) que pertenece al dispositivo de acuerdo con la invencion 1, conectado aguas abajo del cuerpo de membrana 3, el vapor de agua contenido en el fluido hidrofobo 5 se condensa, es decir, el agua contenida en el fluido hidrofobo 5 se transforma desde su estado gaseoso a su estado liquido. Tal como se muestra en principio en la figura 1, puede formarse de esta forma una fase combinada con dos fases que se presentan separadas una de otra, es decir, una primera fase que se compone esencialmente del fluido hidrofobo y una segunda fase que se compone esencialmente de agua. En las fases respectivas pueden estar incluidas porcentajes minimos de las otras fases respectivamente.
Para obtener una temperatura de condensacion lo mas alta posible o una presion parcial de vapor de agua lo mas alta posible del vapor de agua que va a condensarse en la etapa de condensacion y mantener de este modo lo mas reducida posible la demanda de enfriamiento necesaria para la condensacion o la potencia de enfriamiento necesaria para la condensacion, que se facilita a traves de un equipo de enfriamiento (no mostrado) que pertenece al equipo de condensacion 8 y accede a un nivel de temperatura alto, la presion dentro del equipo de condensacion 8 puede aumentarse. Para la condensacion pueden utilizase, por lo tanto, nuevas fuentes de enfriamiento o tambien en el uso de fuentes de enfriamiento anteriores la diferencia de temperatura para la transferencia termica, lo que hace posible la utilizacion de equipos de enfriamiento mas compactos con bajo consumo de potencia. Asimismo, es posible de este modo aumentar la diferencia de temperatura de un agente de enfriamiento empleado para el enfriamiento, como por ejemplo aire, de modo que el caudal masico de agente de enfriamiento necesario o que va a aplicase para el enfriamiento y la demanda de energia asociada a ello puede reducirse.
En la etapa de separacion que sigue a la etapa de condensacion que se lleva a cabo a traves de un equipo de separacion 9 (comparese la figura 2, 3), que pertenece al dispositivo de acuerdo con la invencion 1, conectado aguas abajo al equipo de condensacion 8, la segunda fase que se compone de agua condensada se separa quimica y/o fisicamente de la primea fase que se compone de fluido hidrofobo 5. La separacion de la segunda fase que se compone de agua se separa de la primea fase que se compone de fluido hidrofobo 5 puede realizarse, por ejemplo, a traves de sedimentacion. De manera conveniente en el equipo de separacion 9 ha de preverse una velocidad de circulacion baja para hacer posible procesos de sedimentacion o aumentar la eficiencia de procesos de sedimentacion.
FIG 2 muestra una representacion esquematica de un dispositivo 1 para la separacion de agua, en particular vapor de agua, de una corriente de fluido que contiene agua, en particular vapor de agua segun un ejemplo de realizacion de la invencion. Mediante la figura 2 puede verse una implementacion constructiva concebible del dispositivo de acuerdo con la invencion 1. El dispositivo 1 esta conectado a su vez directamente en un canal 2 que conduce una corriente de gas que contiene vapor de agua.
En el espacio interno de cuerpo de membrana 4 delimitado por el cuerpo de membrana 3 en forma de un cilindro hueco sobresale un canal de alimentacion 10 que se extiende coaxialmente al eje longitudinal del cuerpo de membrana 3 a traves del cuerpo de membrana 3. El canal de alimentacion 10 en la zona del lado frontal superior del cuerpo de membrana 3 en la figura 2 esta unido con equipo de alimentacion 6 dispuesto igualmente en la zona del lado frontal superior del cuerpo de membrana 3. A traves del equipo de alimentacion 6 se transporta de forma continua fluido hidrofobo 5 preparado para la absorcion de vapor de agua hacia el canal de alimentacion 10, fluido hidrofobo 5 que en la zona del extremo del canal de alimentacion 10 libre colocado en la zona del lado frontal inferior
del cuerpo de membrana 3 sale del canal de alimentacion 10. El fluido hidrofobo 5 que sale del canal de alimentacion 10 fluye dentro de un espacio anular que rodea el canal de alimentacion 10 hacia arriba, enriqueciendose con vapor de agua permeado a traves del cuerpo de membrana 3 en el espacio interno de cuerpo de membrana 4, y a traves del equipo de evacuacion 7 igualmente dispuesto en la zona del lado frontal superior del cuerpo de membrana 3 se evacua de este.
De manera visible el equipo de evacuacion 7 al conectar el equipo de condensacion 8 y el equipo de separacion 9 se comunica con el equipo de alimentacion 6, por lo que se forma el circuito cerrado anteriormente descrito. El circuito comprende por lo tanto en particular los siguientes componentes funcionales pertenecientes al dispositivo de acuerdo con la invencion 1: equipo de alimentacion 6, cuerpo de membrana 3, equipo de evacuacion 7, equipo de condensacion 8 y equipo de separacion 9.
Siempre y cuando tenga lugar una condensacion de vapor de agua ya dentro del cuerpo de membrana 3, un equipo de condensacion 8 no es absolutamente necesario. Al cuerpo de membrana 3 estaria conectado aguas abajo en este caso en particular un equipo de enfriamiento o equipo de evacuacion de calor, a traves del cual se realiza un enfriamiento del fluido hidrofobo.
La figura 3 muestra una representacion esquematica de un dispositivo 1 para la separacion de agua, en particular vapor de agua, de una corriente de fluido que contiene agua, en particular vapor de agua segun un ejemplo de realizacion de la invencion. En el caso de un ejemplo de realizacion mostrado en la figura 3 se trata esencialmente de una representacion del ejemplo de realizacion mostrado en la figura 2 como esquema funcional de proceso. Mediante la figura 3 puede explicarse otra vez el desarrollo de un ejemplo de realizacion del procedimiento de acuerdo con la invencion para la separacion de vapor de agua de una corriente de gas que contiene vapor de agua. El vapor de agua contenido en la corriente de gas permea en particular debido a una diferencia entre la concentracion de vapor de agua dada fuera del cuerpo de membrana 3 y la concentracion de vapor de agua dada dentro del cuerpo de membrana 3, es decir, dentro del espacio interno de cuerpo de membrana 4, en el fluido hidrofobo 5 que fluye a traves del espacio interno de cuerpo de membrana 4. La corriente de gas restante fluye al menos parcialmente liberada de vapor de agua contenido originalmente en este desde el dispositivo 1 (comparese flecha P3). Naturalmente la corriente de gas puede hacerse retornar, de modo que esta fluye varias veces a traves del dispositivo 1.
El fluido hidrofobo 5 cargada con vapor de agua se alimenta a un equipo de condensacion 8, que en la figura 3 esta representado unicamente como equipo de enfriamiento o intercambiador termico. En una etapa de condensacion llevada a cabo en el equipo de condensacion 8 se condensa el vapor de agua contenido en el fluido hidrofobo. En este sentido se forma una fase combinada que contiene una primera fase compuesta esencialmente de fluido hidrofobo y una segunda fase esencialmente compuesta de agua, fase combinada de la cual se separa la segunda fase que contiene el vapor de agua condensado en una etapa de separacion llevada a cabo en un equipo de separacion 9 conectado aguas abajo del equipo de condensacion 8, tal como se indica a traves de la flecha P4. La primera fase que contiene sola el fluido hidrofobo 5, tal como se indica mediante la flecha P5, se hace retornar al espacio interno de cuerpo de membrana 4. Para ello pueden estar previstos equipos de transporte (no mostrados) conectados entre el equipo de separacion 9 y el cuerpo de membrana 3, por ejemplo, en forma de bombas.
Aunque la invencion se ha ilustrado y descrito en detalle mediante el ejemplo de realizacion preferido, la invencion no esta limitada a los ejemplos desvelados y a partir de ellas el experto en la materia puede deducir otras variantes sin abandonar el ambito de proteccion de la invencion.
Claims (11)
1. Dispositivo (1) para la separacion de agua, en particular vapor de agua, de una corriente de fluido que contiene agua, en particular vapor de agua, que comprende al menos un cuerpo de membrana (3) permeable para agua, que delimita al menos un espacio interno de cuerpo de membrana (4), en el que el espacio interno de cuerpo de membrana (4) es adecuado para el paso de flujo con al menos un liquido hidrofobo (5) para la absorcion de agua en particular vapor de agua, que entra desde la corriente de fluido a traves del cuerpo de membrana (3) en el espacio interno de cuerpo de membrana (3), en el que el cuerpo de membrana (3) esta realizado en forma de un cilindro hueco, caracterizado por que esta dispuesto un equipo de alimentacion (6) con al menos un canal de alimentacion (10) dispuesto en el espacio interno de cuerpo de membrana (4) coaxial al eje longitudinal del cuerpo de membrana (3), atravesando el canal de alimentacion (10) el espacio interno de cuerpo de membrana (4) al menos por una parte de la longitud del espacio interno de cuerpo de membrana (4), estando dispuesto un equipo de evacuacion (7) en la zona de un espacio anular que rodea radialmente el al menos un canal de alimentacion (10).
2. Dispositivo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que sobre o en la zona de un primer lado frontal del cuerpo de membrana (3) esta dispuesto un equipo de alimentacion (6) para la alimentacion del liquido hidrofobo (5) en el espacio interno de cuerpo de membrana (4), y sobre o en la zona de un segundo lado frontal del cuerpo de membrana (3) esta dispuesto o puede disponerse un equipo de evacuacion (7) para la evacuacion del liquido hidrofobo (5) del espacio interno de cuerpo de membrana (4).
3. Dispositivo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por al menos un equipo de condensacion (8) asociado al cuerpo de membrana (3), en particular conectado aguas abajo, para la condensacion de agua en forma gaseosa contenida en el liquido hidrofobo (5) y/o al menos un equipo de enfriamiento asociado al cuerpo de membrana (3), en particular conectado aguas abajo, para el enfriamiento del liquido hidrofobo (5) calentado mediante la condensacion de vapor de agua.
4. Dispositivo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por un equipo de separacion (9) para la separacion quimica y/o fisica, en particular mecanica del agua absorbida por el liquido hidrofobo (5) en el liquido hidrofobo (5), asociado, en particular conectado aguas abajo del cuerpo de membrana (3), dado el caso asociado al equipo de condensacion asociado al cuerpo de membrana
5. Procedimiento para la separacion de agua, en particular vapor de agua, de una corriente de fluido que contiene agua, en particular vapor de agua, en el que el agua que va a separarse, en particular vapor de agua, a traves de al menos un cuerpo de membrana permeable para agua (3) se convierte en al menos un liquido hidrofobo (5) situado dentro de un espacio interno de cuerpo de membrana (4) delimitado por el cuerpo de membrana (3), que circula por el espacio interno de cuerpo de membrana (4), caracterizado por que el liquido hidrofobo (5) se guia mediante un equipo de alimentacion (6), que esta dispuesto con al menos un canal de alimentacion (10) en el espacio interno de cuerpo de membrana (4) coaxial al eje longitudinal del cuerpo de membrana (3), atravesando el canal de alimentacion (10) el espacio interno de cuerpo de membrana (4) al menos por una parte de la longitud del espacio interno de cuerpo de membrana (4), estando dispuesto un equipo de evacuacion (7) en la zona de un espacio anular que rodea radialmente el al menos un canal de alimentacion (10).
6. Procedimiento segun la reivindicacion 5, caracterizado por que el liquido hidrofobo (5) circula en un circuito, en que esta conectado el cuerpo de membrana (3).
7. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 5 o 6, caracterizado por que dentro del espacio interno de cuerpo de membrana (4) se aplica una presion negativa.
8. Procedimiento segun la reivindicacion 5 a 7, caracterizado por que se condensa agua en forma gaseosa contenida en el liquido hidrofobo (5).
9. Procedimiento segun la reivindicacion 8, caracterizado por que la presion del agua en forma gaseosa contenida en el liquido hidrofobo (5) se aumenta antes de la condensacion.
10. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado por que el agua contenida en el liquido hidrofobo (5) se separa quimica y/o fisicamente, en particular mecanicamente, del liquido hidrofobo (5).
11. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizado por que como liquido hidrofobo (5) se emplea un liquido organico natural o sintetico, en particular un aceite natural o mineral o sintetico.
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