ES2764806T3

ES2764806T3 - Método y aparato para efectuar desalinización de alta recuperación con membranas accionadas por presión

Info

Publication number: ES2764806T3
Application number: ES13778335T
Authority: ES
Inventors: Jack Gilron; Dan Peled; Yevgeny Goldkine; Sivan Bleich
Original assignee: Ben Gurion University of the Negev Research and Development Authority Ltd; Mekorot Water Co Ltd; Ben Gurion University of the Negev BGU
Current assignee: Ben Gurion University of the Negev Research and Development Authority Ltd; Mekorot Water Co Ltd; Ben Gurion University of the Negev BGU
Priority date: 2012-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2033-04-15
Also published as: CN104736226B; AU2013250766A1; AU2013250766B2; IL235065A0; WO2013156988A3; WO2013156988A8; PT2838641T; EP2838641A4; IL235065B; EP2838641B1; CY1122941T1; CN104736226A; WO2013156988A2; EP2838641A2

Abstract

Un sistema de desalinización de flujo cónico, que comprende: una línea de alimentación de entrada del sistema (60) acoplada a una primera bomba de refuerzo de alta presión (51) configurada para proporcionar una corriente de alimentación de alta presión al sistema; bloques de recipientes a presión de membrana (A, B, C) dispuestos en paralelo, en el que la salida de dicha primera bomba de refuerzo (51) está acoplada por medio de líneas de flujo a dichos bloques (A, B, C) en los primeros lados de apertura de dichos bloques (A, B, C); una segunda bomba de refuerzo (52), acoplada en su entrada por una primera línea de desvío (AVF) paralela a dichos bloques (A, B, C), a dicha salida de la primera bomba de refuerzo (51), en el que la salida y la entrada de dicha segunda bomba de refuerzo (52) también están acopladas por medio de líneas de flujo a dichos bloques (A, B, C) en los segundos lados de apertura de dichos bloques (A, B, C) y en el que dicha primera línea de desvío (AVF) también está acoplada por medio de líneas de flujo a dichos bloques (A, B, C) en dichos segundos lados de apertura de dichos bloques (A, B, C); una línea de flujo de salida del sistema (70) acoplada a dichos primeros lados de apertura de dichos bloques (A, B, C), acoplada a dichos segundos lados de apertura de dichos bloques (A, B, C) y a la salida de la segunda bomba de refuerzo (52), en el que dicha línea de flujo de salida del sistema (70) está acoplada a dichos segundos lados de apertura de dichos bloques (A, B, C) y a dicha segunda salida de la bomba de refuerzo (52) por medio de una segunda línea de desvío (AV); en el que la primera línea de desvío (AVF) comprende una válvula (54) y en el que la segunda línea de desvío (AV) comprende una válvula (55); en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dicha primera salida de la bomba de refuerzo (51) y dichos primeros lados de apertura de dichos bloques (A, B, C) comprenden, cada una, una válvula (AFI, BFI, CFI); en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dicha segunda salida de la bomba de refuerzo (52) y dichos segundos lados de apertura de dichos bloques (A, B, C) comprenden, cada una, una válvula (ARI, BRI, CRI); en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dichos segundos lados de apertura de dichos bloques (A, B, C) y dicha segunda entrada de la bomba de refuerzo (52) comprenden, cada una, una válvula (AFO, BFO, CFO); y en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dichos primeros lados de apertura de dichos bloques (A, B, C) y dicha línea de flujo de salida del sistema (70) comprenden, cada una, una válvula (ARO, BRO, CRO).

Description

DESCRIPCIÓN

Método y aparato para efectuar desalinización de alta recuperación con membranas accionadas por presión

En los sistemas de desalinización de membranas accionadas por presión de flujo cruzado, la corriente de alimentación se alimenta típicamente en una entrada de alimentación de alta presión de un recipiente a presión que conduce la solución salina a presión en una trayectoria de flujo paralela a la membrana en el elemento de membrana y una porción del agua pasa a través de la membrana y sale por una conexión de baja presión del mismo recipiente a presión. La solución salina restante con una concentración aumentada de los solutos retenidos puede salir de una segunda conexión de alta presión desde el recipiente a presión, que se denomina puerto de concentrado (ver la figura 1).

Las figuras 1A y 1B se refieren a la técnica anterior (documento EP1691915). El recipiente a presión de flujo cruzado para la desalinización de membrana accionada por presión que muestra la disposición de flujo durante el flujo directo (1A) y el flujo inverso (1B) en el que las conexiones de alta presión de la corriente Q1 y la corriente Q4 se cambian entre el lado izquierdo (L) y el lado derecho (R) del recipiente a presión, mientras continúa eliminando la corriente del producto a baja presión (Q3) que pasó a través de la membrana.

Se ha demostrado (I&EC v 46, documento EP1691915) que, en tales sistemas de desalinización de flujo transversal accionados por presión, que invirtiendo el flujo de una corriente a desalar por conmutación de las conexiones de alimentación y de concentrado a los puertos de alta presión del recipiente a presión, la incrustación de minerales puede evitarse realizando esto antes de que se haya completado el tiempo de inducción. Esto permite el uso de poco o nada de antiincrustante para evitar la precipitación en los elementos de la membrana. Además, es una práctica común que, en los procesos de desalinización de membrana accionados por presión de alta recuperación, uno o más elementos de membrana de desalinización se colocan en recipientes a presión en etapas, de modo que más recipientes a presión se encuentren en una etapa aguas arriba y comuniquen su flujo de concentrado a los puertos de alimentación de un menor número de recipientes a presión en la etapa aguas abajo. Esto se llama una disposición de flujo cónico de recipientes a presión. Esta práctica conserva un flujo cruzado mínimo en los recipientes de presión aguas abajo que ayuda a prevenir el ensuciamiento de coloides, compuestos orgánicos y biomateriales, así como a reducir la concentración de sales en la superficie de la membrana. Se ha revelado (Publicación de Patente Europea n.° EP1893325 y US 2009/0211973 A l) que, mediante un uso particular de la disposición de válvulas, el bloque de recipientes a presión puede reposicionarse desde la etapa aguas abajo a una etapa aguas arriba e intercambiarse con un bloque de número similar de recipientes a presión desde la etapa aguas arriba que se mueven a la etapa aguas abajo, mientras que al mismo tiempo cambian las conexiones de concentrado y alimentación en los bloques de recipientes a presión que se están reposicionando. Al hacerlo, el extremo del elemento de membrana en la etapa aguas abajo que vio el concentrado de mayor concentración ahora estará expuesto a la solución de alimentación que tiene la concentración más baja y también la concentración más baja de sales escasamente solubles. Esto permitirá poner a cero el tiempo de inducción como se describe en I&EC v46 y el documento EP1691915.

En ambas disposiciones de inversión de flujo descritas en I&CE v46 y en las solicitudes de patente relativas al reposicionamiento de los recipientes a presión en la disposición de flujo cónico, EP1893325 y US 2009/0211973 A1, todos los elementos de membrana en los recipientes a presión están expuestos periódicamente a soluciones infrasaturadas. Por otro lado, las tuberías aguas abajo de las válvulas de conmutación de los recipientes a presión de la segunda etapa (por ejemplo, Vsf, VAf y Vcb en la figura 2, cuando estas válvulas están aguas abajo de los recipientes a presión de la segunda etapa) siempre ven soluciones sobresaturadas, que pueden ser con poco o nada de antiincrustante. Por lo tanto, aunque se previene la incrustación en las membranas del recipiente a presión, no se puede evitar en la tubería aguas abajo de estas válvulas de conmutación. Tal incrustación es particularmente una posibilidad aguas abajo de los dispositivos de mantenimiento de presión P/FV, cuando se trata de válvulas reductoras de presión que podrían causar cavitación aguas abajo donde se libera la presión, como se muestra en la corriente 14 de la figura 2. Es una práctica común colocar sensores de flujo, conductividad y otros componentes de composición en la línea de concentrado aguas abajo del dispositivo de mantenimiento de presión y la escala de estos sensores podría provocar un mal funcionamiento y un mal informe. Esto a su vez podría interferir con la estrategia de control apropiada de la planta. Es un propósito de la presente invención proporcionar una solución práctica a este problema que no requiera el desperdicio de permeado y no interrumpa el buen funcionamiento del sistema de desalinización con inversión de flujo o reposicionamiento de recipientes a presión.

En los documentos EP1893325 y US 2009/0211973 A1 se describió una realización particular para el reposicionamiento de los recipientes a presión mediante el uso de válvulas de tres vías (véase la figura 2, en la que BW se refiere a agua salobre, PI se refiere a permeado (etapa I), P-II se refiere a permeado (etapa II) y CT se refiere a concentrado). Si bien este método es efectivo, puede ser problemático debido al breve tiempo durante el cual esas válvulas deben cambiar entre un puerto y el otro puerto de la válvula de tres vías. Además, no permite fácilmente el aislamiento completo de un bloque de recipientes a presión que pueden ser deseables para fines de mantenimiento o diagnóstico mientras se opera el resto de la unidad de desalinización. Además, si bien se proporcionó una válvula de desvío auxiliar (AV) para tomar parte del flujo del bloque de elementos aguas abajo cuando se cambiaban a una etapa aguas arriba, la realización particular no describió dicha válvula de desvío para el bloque de elementos aguas arriba, de modo que durante el breve tiempo en que se operaba un número menor de bloques de recipientes a presión en una etapa aguas arriba hasta que un nuevo bloque de recipientes a presión pudiera reposicionarse en ese bloque, vería un flujo mucho mayor que podría exceder el flujo permitido. Al mismo tiempo, cuando un nuevo bloque de recipientes a presión se recoloca en la primera etapa, si todo su flujo diseñado se alimenta inmediatamente a este bloque reubicado, puede estar sujeto a golpes de ariete u otras tensiones mecánicas que podrían ser dañinas.

El documento US 2005/0067341 A1 se refiere a un método proporcionado para la producción continua de las aguas tratadas utilizando una planta de membrana de matriz cónica por etapas mediante una etapa controlada por lógica de proceso (PLC) o incremento de etapa de aislamiento y eliminación del servicio, lavado y retorno al servicio concurrente con la operación continua de todas las otras etapas y/o incrementos de etapa de la planta. Específicamente, hay sensores de entrada/salida montados en la planta que suministran al PLC los datos necesarios para identificar la ubicación y el grado de "ensuciamiento" de las etapas individuales o los incrementos de etapas de una planta de tratamiento de agua con membrana de matriz cónica, donde el ensuciamiento se define como una pérdida de flujo de agua a través de una superficie de membrana a una presión dada en comparación con un estándar de flujo de agua para la superficie.

El documento CN 101 053 776 A se refiere a un método de flujo de conmutación para evitar que la membrana de ósmosis inversa se ensucie a través de un inhibidor de incrustación, que conecta en serie una pluralidad de putaminas ramificadas para formar una unidad de membrana de ósmosis inversa, el tubo de fluido penetrante de cada putamina ramificada está conectado y juntos fluyen hacia el conducto de fluido penetrante, y en el proceso de operación del sistema de ósmosis inversa y en el intervalo más pequeño que el período de inducción de ensuciamiento de la membrana, la dirección del flujo de agua en la unidad de membrana se cambia alternativamente para romper la alta concentración de capa límite construida en la superficie de la membrana para extender el período de inducción de incrustación para evitar que la membrana de ósmosis inversa se ensucie. Se puede obtener el coeficiente de permeabilidad de la membrana de ósmosis inversa, y luego se puede obtener el grado de retardo para el ensuciamiento de la membrana monitorizando el flujo de fluido penetrante de la última putamina de ruptura, en función de la presión de operación y la presión osmótica de la solución.

Un método y aparato se proporcionan para el reposicionamiento de bloques de recipientes a presión entre una o más etapas de una operación de tren de desalinización a gran recuperación, de manera que la escala mineral de las membranas se puede prevenir con poco o ningún uso de antiincrustante. Este método mejorado resuelve el desafío de que, al reubicar bloques de recipientes a presión entre una última etapa y una etapa anterior en la desalinización por etapas por membranas accionadas por presión, existe el riesgo de: a) golpe de ariete debido al cambio de flujo en cada etapa; y un riesgo de b) incrustación de la línea de concentrado aguas abajo del dispositivo que mantiene la presión en el lado de alimentación de los elementos de membrana. La presente invención aborda estos problemas incorporando una válvula de desvío de 2 vías en cada etapa y no solo en la última etapa. Además, el aparato de la invención puede comprender una serie de válvulas para lavar periódicamente con solución saturada la línea de concentrado aguas abajo del dispositivo, manteniendo la presión en el lado de alimentación de las membranas. Las membranas de desalinización pueden ser del tipo de ósmosis inversa o nanofiltración para retener una o más de las especies de escamas, tales como iones de calcio, carbonato, sulfato, fluoruro, bario, estroncio o especies neutras como la sílice.

En un aspecto, la presente invención se refiere a un método para el reposicionamiento de bloque(s) de membranas de recipientes a presión dispuestos en una estructura de flujo cónico entre una etapa aguas arriba y una etapa de aguas abajo, y entre una etapa de aguas abajo y una etapa aguas arriba, tales que se evitan cambios repentinos de flujo en la etapa aguas arriba, comprendiendo el método: evitar al comienzo de cualquier proceso de reposicionamiento de bloque(s) de membranas en el que el(los) bloque(s) de membranas se mueven hacia fuera o hacia dentro de la etapa aguas arriba, el(los) bloque(s) de membrana en la etapa aguas arriba, por medio de una corriente de desvío de la corriente de alimentación; y detener la derivación de los bloques de membrana en la etapa aguas arriba después de que se complete el proceso de reposicionamiento de los bloques de membrana. Una realización particular del método que ayuda a prevenir el golpe de ariete implica reducir la velocidad de apertura y cierre de las válvulas de dos vías en los puertos de desvío y de entrada y salida de los bloques de membrana para que haya tiempo para que las presiones se equilibren.

Además, un método para mantener las líneas de concentrado en un proceso de desalinización de membrana accionado por presión libre de incrustaciones a partir de una solución sobresaturada de minerales poco solubles que no se estabiliza con antiincrustante puede aplicarse cuando se opera la estructura de flujo cónico, comprendiendo el método lavar periódicamente la línea de concentrado con una solución saturada y al mismo tiempo transmitir el concentrado a través de una línea de eliminación con dispositivos de mantenimiento de presión apropiados y sensores de monitorización de concentrado para permitir que el proceso de desalinización de membrana continúe operando mientras la línea de concentrado se lava. Los minerales escasamente solubles pueden ser cualquier especie soluble cuya actividad exceda su solubilidad termodinámica en el concentrado en función de la composición, la temperatura y la presión del concentrado.

La apertura y cierre de las diversas válvulas en la disposición de flujo cónico puede ser accionado por medio de medios de control (por ejemplo, PLC, microcontrolador, ordenador personal - PC) adaptados para determinar la temporización para efectuar la apertura y el cierre. Opcionalmente, la frecuencia del lavado puede ser tan alta como una vez cada hora. Alternativamente, la frecuencia del lavado puede ser tan baja como una vez cada vez que un bloque particular de recipientes a presión se mueve a la etapa más aguas abajo del proceso de desalinización de membrana de múltiples etapas. En otra alternativa más, la frecuencia del lavado puede establecerse en cualquier momento entre una vez cada hora y cada vez que un bloque de membrana particular de recipientes a presión se mueve a la etapa más aguas abajo.

Opcionalmente, el permeado de desalinización se puede usar para la solución subsaturada. Alternativamente, la solución subsaturada puede ser el alimento tratado suministrado a la entrada del proceso de desalinización. Ventajosamente, la solución subsaturada se recircula continuamente en un circuito de descarga separado mientras el proceso de desalinización de membrana y la línea de concentrado están en operación normal.

Preferiblemente, mientras que la línea de concentrado se lavaba, el concentrado del proceso de desalinización es enviado a una línea de desvío, en el que el conducto de desvío es parte del bucle de lavado durante la operación normal antes de la descarga de la línea de concentrado, y en el que la línea de desvío comprende un dispositivo de mantenimiento de presión que está configurado para mantener la presión en las líneas de alta presión de la planta de desalinización de membrana durante el lavado de la línea de concentrado. Alternativamente, cuando la línea de concentrado se está lavando, el concentrado del proceso de desalinización puede enviarse a través de una línea de desvío, sin mantener la presión en el proceso de desalinización y la descarga puede efectuarse durante un corto periodo de tiempo, por ejemplo, aproximadamente 1-5 minutos. Opcionalmente, solo la línea de concentrado aguas abajo del dispositivo de mantenimiento de presión se lava con una solución saturada.

En otro aspecto, la invención se dirige a un aparato de desalación de flujo cónico, que comprende: una bomba de alta presión configurada para proporcionar una corriente de alimentación de alta presión al aparato, en el que la salida de la bomba de alta presión está conectada por medio de una línea de alimentación a bloque(s) de recipientes a presión de membrana dispuestos en paralelo, en el que un conjunto de puertos de alta presión del bloque o bloques de recipientes a presión de membrana están conectados a la línea de alimentación por válvulas de entrada, y otro conjunto de puertos de alta presión del bloque(s) de los recipientes de presión de membrana están conectados a la entrada de una bomba de refuerzo entre etapas por medio de otro conjunto de válvulas de salida; y una línea de desvío paralela al bloque(s) de recipientes de presión de membrana que comprende una válvula de desvío controlable, en el que la línea de desvío se conecta entre la salida de la bomba de alimentación de alta presión y la entrada de la bomba de refuerzo entre etapas. En ciertas realizaciones de la invención, el aparato puede implementarse sin la bomba de refuerzo entre etapas, y en este caso la salida de alta presión del bloque(s) de recipientes a presión de membrana está conectada por medio de válvulas de salida directamente a un colector de válvulas de entrada de segunda etapa que conducen a una disposición de bloque(s) de segunda etapa que comprende bloque(s) de recipientes de presión de membrana paralelos, y en el que la válvula de desvío se conecta entre la salida de la bomba de alimentación de alta presión y el colector de válvulas de entrada de segunda etapa. La válvula de desvío puede implementarse por medio de una simple válvula de cierre. Opcionalmente, la válvula de desvío puede implementarse por medio de una válvula proporcional. Preferiblemente, la válvula de desvío está controlada por actuadores neumáticos, o alternativamente, por medio de actuadores eléctricos.

El aparato puede comprender un bucle de lavado que comprende un tanque de alimentación de la solución de lavado, una bomba de recirculación, y una línea de recirculación que conecta el tanque de alimentación de solución de lavado y la bomba de recirculación para formar una línea de circulación, en el que una porción de la línea de recirculación de este bucle de lavado está conectada en paralelo con la línea de eliminación de concentrado. Preferiblemente, la porción del circuito de lavado conectado en paralelo a la línea de concentrado está equipada con un dispositivo de mantenimiento de presión. Además, o alternativamente, la parte del circuito de lavado que está conectada en paralelo a la línea de concentrado está conectada a esa línea por medio de válvulas de control direccional instaladas en cada extremo de la sección paralela para que la solución de lavado pueda enviarse alternativamente a través de la línea de concentrado y recircular alternativamente en el circuito de lavado paralelo a la línea de retorno. Ventajosamente, se puede usar otro conjunto de válvulas de control direccional para recoger la solución de lavado de la línea de concentrado o de la línea de desvío del circuito de lavado. Sin embargo, se puede utilizar otro conjunto de válvulas de control direccional para enviar el concentrado de desalinización a través de la línea de concentrado regular o a través de la línea de desvío del circuito de lavado.

En aún otro aspecto, la presente invención está dirigida a un método para el reposicionamiento de bloques de recipientes de presión dispuestos en una estructura de flujo cónico entre una etapa aguas abajo y una etapa aguas arriba por medio de pares de válvulas de dos vías conectadas en paralelo, en el que las válvulas de dos vías se instalan en cada extremo de cada uno de los bloques de recipientes a presión y se configuran para comunicarse con un puerto de alta presión en ese extremo de los recipientes a presión. El tiempo para reposicionar bloques de recipientes a presión puede determinarse de acuerdo con el tiempo de inducción para sales escasamente solubles en la composición que se encuentra en la corriente de salida del bloque de recipientes a presión más aguas abajo. Opcionalmente, el tiempo de inducción puede determinarse mediante un sensor in situ. Alternativamente, el tiempo de inducción puede determinarse mediante experimentos de laboratorio previos o experimentos en instalaciones piloto. Ventajosamente, la composición de la corriente de alimentación puede usarse para calcular el tiempo de inducción basándose en una correlación empírica entre la composición y el tiempo de inducción.

El método puede ser implementado por un aparato que comprende un colector de pares de válvulas de 2 vías con cada par de válvulas de dicho colector conectado en paralelo a un puerto de alta presión de un bloque de recipientes a presión y un segundo colector de pares de válvulas de dos vías en las que cada par de válvulas correspondiente en este segundo colector está conectado en paralelo al otro puerto de alta presión del mismo bloque de recipientes a presión, y en el que para cada par de válvulas de dos vías conectadas en paralelo al primer puerto de alta presión, uno de los pares está conectado en su otro extremo a la salida de la bomba de alimentación de alta presión y el otro miembro del par está conectado al dispositivo de mantenimiento de presión, y en el que para cada par de válvulas de dos vías conectadas en paralelo al segundo puerto de alta presión de un bloque de recipientes a presión, uno de los pares está conectado en su otro extremo a la entrada de una bomba de refuerzo entre etapas y el otro miembro del par está conectado en su otro extremo a la salida de la misma bomba de refuerzo entre etapas. El aparato puede estar equipado con válvulas de retención en lugares apropiados para evitar flujos en direcciones no deseadas. La presente invención se refiere a un método para el reposicionamiento de bloque(s) de membrana de recipientes a presión dispuestos en una estructura de flujo cónico entre una etapa aguas arriba y una etapa aguas abajo, y entre una etapa aguas abajo y una etapa aguas arriba que comprende:

a) desviar el bloque o bloques de membrana en la etapa aguas arriba, al comienzo de cualquier proceso de reposicionamiento de bloque(s) de membrana en el que los bloques de membrana se mueven hacia fuera o hacia dentro de la etapa aguas arriba, mediante una corriente de desvío de la corriente de alimentación, y

b) detener la derivación del bloque o bloques de membrana en la etapa aguas arriba después de que se complete el proceso de reposicionamiento de los bloques de membrana.

Un método para mantener las líneas de concentrado en un proceso de desalinización de membrana accionado por presión libre de incrustaciones a partir de una solución sobresaturada de minerales poco solubles que no se estabiliza con antiincrustante también puede aplicarse cuando se opera la estructura de flujo cónico, comprendiendo lavar periódicamente la línea de concentrado con una solución saturada y al mismo tiempo transmitir el concentrado a través de una línea de eliminación con dispositivos de mantenimiento de presión y sensores de monitorización de concentrado para permitir que el proceso de desalinización de membrana continúe operando mientras la línea de concentrado se lava.

La presente invención se refiere a un método para el reposicionamiento de bloques de recipientes de presión dispuestos en una estructura de flujo cónico entre una etapa aguas abajo y una etapa aguas arriba por medio de pares de válvulas de dos vías conectadas en paralelo, en el que dicho par de válvulas de dos vías se instalan en cada extremo de cada uno de los bloques de recipientes a presión y se configuran para comunicarse con un puerto de alta presión en un extremo de los recipientes a presión.

La presente invención se refiere a un aparato de desalación de flujo cónico, que comprende: una bomba de alta presión configurada para proporcionar una corriente de alimentación de alta presión al aparato, en el que la salida de dicha bomba de alta presión está conectada por medio de una línea de alimentación a bloque(s) de recipientes a presión de membrana dispuestos en paralelo, en el que un conjunto de puertos de alta presión del bloque o bloques de recipientes a presión de membrana están conectados a la línea de alimentación por válvulas de entrada, y otro conjunto de puertos de alta presión del bloque(s) de los recipientes de presión de membrana están conectados a la entrada de una bomba de refuerzo entre etapas por medio de otro conjunto de válvulas de salida; y una línea de desvío paralela a dicho(s) bloque(s) de recipientes de presión de membrana que comprende una válvula de desvío controlable, en el que dicha línea de desvío se conecta entre la salida de dicha bomba de alimentación de alta presión y dicha entrada de la bomba de refuerzo entre etapas.

El aparato de desalinización de flujo cónico puede comprender un bucle de lavado para lavar periódicamente una línea de eliminación de concentrado con la solución insuficientemente, comprendiendo el bucle de lavado un tanque de solución de lavado de alimentación, una bomba de recirculación, y una línea de recirculación que conecta dicho tanque de alimentación de solución de lavado y dicha bomba de recirculación para formar una línea de circulación, en el que una porción de dicha línea de reciclaje está conectada en paralelo con dicha línea de eliminación de concentrado.

De acuerdo con una realización preferida, el aparato comprende pares de válvulas de dos vías conectadas en paralelo, en el que dichos pares de válvulas de dos vías están instalados en cada extremo de cada uno de los bloques de recipientes a presión y configurado para comunicarse con un puerto de alta presión en un extremo de los recipientes a presión.

La presente invención se refiere a un sistema de desalinización de flujo cónico que comprende:

una línea de alimentación de entrada del sistema acoplada a una primera bomba de refuerzo de alta presión configurada para proporcionar una corriente de alimentación de alta presión al sistema;

bloques de recipientes a presión de membrana dispuestos en paralelo, en el que la salida de dicha primera bomba de refuerzo está acoplada por medio de líneas de flujo a dichos bloques en los primeros lados de apertura de dichos bloques;

una segunda bomba de refuerzo, acoplada en su entrada por una primera línea de desvío paralela a dichos bloques, a dicha primera salida de la bomba de refuerzo, en el que dicha segunda salida y entrada de la bomba de refuerzo también están acopladas por medio de líneas de flujo a dichos bloques en los segundos lados de apertura de dichos bloques y en el que dicha primera línea de desvío también está acoplada por medio de líneas de flujo a dichos bloques en dichos segundos lados de apertura de dichos bloques;

una línea de flujo de salida del sistema acoplada a dichos primeros lados de apertura de dichos bloques, acoplada a dichos segundos lados de apertura de dichos bloques y a la segunda salida de la bomba de refuerzo, en el que dicha línea de flujo de salida del sistema está acoplada a dichos segundos lados de apertura de dichos bloques y a dicha segunda salida de la bomba de refuerzo mediante una segunda línea de desvío (que también es realmente paralela a dichos bloques);

en el que la primera línea de desvío comprende una válvula y en el que la segunda línea de desvío comprende una válvula;

en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dicha primera salida de la bomba de refuerzo y dichos primeros lados de apertura de dichos bloques comprenden, cada una, una válvula;

en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dicha segunda salida de la bomba de refuerzo y dichos segundos lados de apertura de dichos bloques comprenden, cada una, una válvula;

en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dichos segundos lados de apertura de dichos bloques y dicha segunda entrada de la bomba de refuerzo comprenden, cada una, una válvula; y

en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dichos primeros lados de apertura de dichos bloques y dicha línea de flujo de salida del sistema comprenden, cada una, una válvula.

Preferiblemente, dicho sistema comprende tres bloques, y

en el que las líneas de acoplamiento entre dicha primera bomba de refuerzo y dichos primeros lados de apertura de dichos bloques comprenden, cada una, una válvula;

en el que las líneas de acoplamiento entre dicha segunda bomba de refuerzo y dichos segundos lados de apertura de dichos bloques comprenden, cada una, una válvula;

en el que las líneas de acoplamiento entre dichos segundos lados de apertura de dichos bloques y dicha primera línea de desvío comprenden, cada una, una válvula; y

en el que las líneas de acoplamiento entre dichos primeros lados de apertura de dichos bloques y dicha línea de flujo de salida del sistema comprenden, cada una, una válvula.

Preferiblemente, el sistema comprende uno o más elementos de control seleccionados de entre el grupo de las válvulas adicionales, válvulas de retención y sensores.

Preferiblemente, cada bloque de recipiente a presión está acoplado a una línea de producto permeado.

La presente invención se refiere a un método para conmutar entre flujos de soluciones de agua que pasan en grupos de bloques de recipientes a presión de membrana dispuestos en paralelo en un sistema de flujo cónico, en el que el método comprende las etapas de:

A) pasar la solución de agua de alimentación a través de uno o más de dichos bloques del sistema en una primera etapa y la solución de agua concentrada que sale de dichos bloques de la primera etapa se pasa a través de uno o más de los bloques del sistema en una segunda etapa y la solución de agua concentrada sale los bloques de la segunda etapa pasan a través de una salida de concentrado del sistema;

B) ralentizar la(s) corriente(s) pasada(s) en dicha segunda etapa evitando una porción de la solución de agua concentrada que sale de los bloques de la primera etapa a la salida de concentrado del sistema;

C) detener la(s) corriente(s) ralentizada(s) de un primer grupo de bloques de uno o más de los bloques de la segunda etapa;

D) ralentizar la(s) corriente(s) pasada(s) en la primera etapa desviando una porción de dicha solución de agua de alimentación, a la segunda etapa y a la salida de concentrado del sistema;

E) detener la(s) corriente(s) ralentizada(s) de un segundo grupo de bloques que es de uno o más de los bloques de la primera etapa, en el que dicho segundo grupo de bloques comprende el mismo número de bloques que en dicho primer grupo de bloques; y hacer pasar una porción de la solución de agua de alimentación a través de dicho primer grupo de bloques;

F) detener el desvío de la etapa D y pasar una porción de la solución de agua concentrada que sale de los bloques de la primera etapa a través de dicho segundo grupo de bloques;

G) detener la omisión de la etapa B.

Preferiblemente, el número de bloques en el primer grupo de bloques es 1.

un primer grupo de bloques de recipientes a presión de membrana dispuestos en paralelo, en el que la salida de dicha primera bomba de refuerzo está acoplada por medio de líneas de flujo a dicho primer grupo de bloques en los primeros lados de apertura de dicho primer grupo de bloques;

una segunda bomba de refuerzo, acoplada en su entrada por medio de líneas de flujo a dicho primer grupo de bloques en los segundos lados de apertura del primer grupo de bloques; y acoplado en su salida a un segundo grupo de bloques de recipientes a presión de membrana dispuestos en paralelo en los primeros lados de apertura del segundo grupo de bloques;

una tercera bomba de refuerzo, acoplada por medio de líneas de flujo a dicho segundo grupo de bloques en los segundos lados de apertura del segundo grupo de bloques; y acoplado por medio de líneas de flujo a dicho primer grupo de bloques en dichos segundos lados de apertura de dicho primer grupo de bloques;

una línea de flujo de salida del sistema acoplada por líneas de flujo a dichos primeros lados de apertura de dicho primer grupo de bloques, acoplada a dichos segundos lados de apertura de dicho primer grupo de bloques y a la tercera bomba de refuerzo, en el que dicha línea de flujo de salida del sistema está acoplada a dicho segundos lados de apertura de dicho primer grupo de bloques y a dicha tercera bomba de refuerzo mediante una línea de desvío;

en el que la línea de desvío comprende una válvula;

en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dicha primera bomba de refuerzo y dichos primeros lados de apertura de dicho primer grupo de bloques comprenden, cada una, una válvula;

en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dicha segunda bomba de refuerzo y dichos segundos lados de apertura de dicho primer grupo de bloques comprenden, cada una, una válvula;

en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dicha tercera bomba de refuerzo y dichos segundos lados de apertura de dicho primer grupo de bloques comprenden, cada una, una válvula;

en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dichos primeros lados de apertura de dicho primer grupo de bloques y dicha línea de flujo de salida del sistema comprenden, cada una, una válvula;

en el que dicho sistema comprende además un segundo acoplamiento de línea de desvío entre la primera bomba de refuerzo (51) y la segunda bomba de refuerzo (52); y

en el que dicha segunda línea de desvío comprende una válvula.

Preferiblemente, el primer grupo de bloques comprenden al menos 4 bloques y el segundo grupo de bloques comprenden, como máximo, dos bloques menos que el primer grupo.

Preferiblemente, el sistema comprende uno o más de los elementos de control seleccionados de entre el grupo de válvulas adicionales, válvulas de retención y sensores.

Un método adicional para la conmutación entre los flujos de las soluciones de agua que pasa en grupos de bloques de recipientes a presión de membrana dispuestos en paralelo en un sistema de flujo cónico comprende las etapas de:

A) pasar la solución de agua de alimentación a través de uno o más de dichos bloques del sistema en una primera etapa y la solución de agua concentrada que sale de dichos bloques de la primera etapa se pasa a través de uno o más bloques en una segunda etapa y la solución de agua concentrada que sale de los bloques de la segunda etapa se pasa a través de uno o más bloques en una tercera etapa y la solución de agua concentrada que sale de los bloques de la tercera etapa se pasa a través de una salida de concentrado del sistema;

B) ralentizar la(s) corriente(s) pasada(s) en dicha tercera etapa evitando una porción de la solución de agua concentrada que sale de los bloques de la segunda etapa a la salida concentrada del sistema;

C) detener la(s) corriente(s) ralentizada(s) de un primer grupo de bloques de uno o más de los bloques de la tercera etapa;

D) detener la(s) corriente(s) de un segundo grupo de bloques que es de uno o más de los bloques de la primera etapa, en el que dicho segundo grupo de bloques comprende el mismo número de bloques que en dicho primer grupo de bloques; y hacer pasar una porción de la solución de agua de alimentación a través de dicho primer grupo de bloques;

E) pasar una porción de la solución de agua concentrada que sale de los bloques de la segunda etapa a través de dicho segundo grupo de bloques;

F) detener la omisión de la etapa B.

En este método adicional, el número inicial de bloques en la tercera etapa es preferiblemente a lo sumo, uno menos que el número de bloques en la segunda etapa y el número de bloques en la segunda etapa es como máximo, uno menos que el número de bloques en la primera etapa.

El sistema de desalinización de flujo cónico puede comprender además un sistema de circuito de lavado para lavar periódicamente una línea de eliminación de concentrado con la solución insuficientemente, comprendiendo el sistema de bucle de lavado:

un tanque de alimentación de solución saturada de lavado acoplado a una línea de reciclaje que termina en dicho tanque de alimentación;

en el que dicha línea de reciclaje comprende una bomba de recirculación configurada para conducir dicha solución saturada desde dicho tanque de alimentación y de regreso a dicho tanque de alimentación;

en el que una parte de dicha línea de reciclaje está conectada en paralelo con dicha línea de eliminación de concentrado.

Alternativamente, el sistema de desalinización de flujo cónico puede comprender además un sistema de circuito de lavado para lavar periódicamente una línea de eliminación de concentrado con la solución insuficientemente, comprendiendo el sistema de bucle de lavado:

un tanque de alimentación de solución saturada de lavado acoplado a una bomba de recirculación por una línea de flujo;

en el que una primera porción de la línea de eliminación de concentrado está acoplada a una tercera porción de la línea de eliminación de concentrado por dos líneas de flujo paralelas, una es una segunda porción de la línea de eliminación de concentrado y la otra es una línea de eliminación al ras;

en el que dicha bomba de recirculación está acoplada a la segunda porción de la línea de eliminación de concentrado por dos líneas de flujo paralelas; y en el que dicho tanque de alimentación está acoplado a la segunda porción de la línea de eliminación de concentrado por dos líneas de flujo paralelas.

En el sistema de bucle de lavado antes mencionado, la bomba de recirculación está acoplada preferiblemente a una primera válvula de tres vías de una línea de flujo;

en el que dicha primera válvula de tres vías está acoplada a una segunda válvula de tres vías por una línea de flujo y a la segunda porción de la línea de eliminación de concentrado por una línea de flujo;

en el que dicha segunda válvula de tres vías también está acoplada a dicha segunda porción de la línea de eliminación de concentrado;

en el que dicha segunda porción de la línea de eliminación de concentrado también está acoplada a una tercera válvula de tres vías y a una cuarta válvula de tres vías; en el que dicha tercera válvula de tres vías también está acoplada a dicha cuarta válvula de tres vías por una línea de flujo;

en el que dicha línea de extracción de lavado está acoplada a dicha primera válvula de tres vías, dicha segunda válvula de tres vías, dicha tercera válvula de tres vías y dicha cuarta válvula de tres vías;

en el que dicha cuarta válvula de tres vías está acoplada al tanque de alimentación;

en el que dicha tercera válvula de tres vías está acoplada a la primera porción de la línea de eliminación de concentrado;

en el que la segunda válvula de tres vías está acoplada a la tercera porción del sistema de la línea de eliminación de concentrado; y

en el que dicha porción de la línea de eliminación de concentrado y dicha línea de eliminación de lavado comprenden, cada una, una válvula de dos vías.

El sistema de circuito de lavado puede ser operado de acuerdo con un método para el lavado de una parte de un conducto de salida de concentrado, comprendiendo el método:

A) hacer pasar una solución concentrada a través de una porción de una línea de eliminación de concentrado; B) redirigir la solución concentrada y pasarla a través de una línea de flujo paralela a dicha porción de la línea de eliminación de concentrado; y hacer pasar un flujo de solución saturada a través de dicha porción de la línea de eliminación de concentrado;

C) detener el paso de la solución saturada; y redirigir la solución concentrada y devolverla a través de dicha porción de la línea de eliminación de concentrado;

D) repetir periódicamente las etapas B-C.

En un procedimiento de este tipo para el lavado de la etapa A preferiblemente comprende además el paso de una solución insuficientemente a través de la línea de flujo paralelo a la porción de la línea de eliminación de concentrado;

y la etapa B preferiblemente comprende además redirigir el flujo insuficientemente saturado de la etapa A y pasarlo a través de la porción de la línea de eliminación de concentrado;

y la etapa C preferiblemente comprende además redirigir el flujo insuficientemente saturado de la etapa B y pasarlo de regreso a la línea de flujo paralela a la porción de la línea de eliminación de concentrado.

La primera parte de la línea de eliminación de concentrado antes mencionada en el método para el lavado y el bucle de lavado puede corresponder a la línea de flujo de salida del sistema antes mencionado en el método para la conmutación entre los flujos de las soluciones de agua y el sistema de desalinización de flujo cónico.

La presente invención se ilustra a modo de ejemplo en los dibujos adjuntos, en los que referencias similares indican consistentemente elementos similares y en los que:

- Las figuras 1 y 2 ilustran invenciones de la técnica anterior.

- La figura 3 ilustra el lavado de la línea de concentrado que puede usarse con la presente invención.

- Las figuras 4, 5A-5G ilustran las dos etapas con la realización de la línea de desvío AVF de la presente invención. - La figura 6 proporciona una visión general de diferentes unidades que pueden ser parte del sistema de desalinización según la presente invención.

- Las figuras 7A-7F ilustran la configuración general de un sistema de desalinización de tres etapas, la segunda línea de desvío no se muestra en las figuras.

Uno de los objetos de la presente invención es proporcionar soluciones tecnológicas a varios problemas operativos posibles que puedan surgir en la práctica del documento EP1691915 y reposicionamiento de válvulas de presión como se enseña en los documentos EP1893325 y US 2009/0211973 A1, por medio de una nueva disposición de válvula. En particular, el aparato de la presente invención está diseñado para evitar incrustaciones en las líneas de las válvulas de posicionamiento aguas abajo de los recipientes a presión en la última etapa que siempre ven concentrado sobresaturado. La presente invención proporciona además un diseño mejorado para prevenir los efectos del golpe de ariete u otro choque hidráulico a los elementos de membrana en los recipientes a presión en la etapa aguas arriba cuando se reposicionan bloques de recipientes a presión dentro y fuera de esta etapa. En ambos casos, se utiliza una nueva disposición de válvulas de formas que los expertos en sistemas de membranas no anticiparían ni practicarían.

Una primera disposición de válvula en la línea de concentrado puede permitir el lavado de la línea de concentrado solo sin pérdida de tiempo a la producción mientras que la solución de lavado elimina todo el tren de membrana. En el pasado, algunos operadores de plantas de desalinización de membranas han practicado lavar periódicamente sus líneas con agua de alimentación o agua salina (ver Liberman et al.), pero esto implica el cese de la operación de la membrana y la pérdida de producción En el caso de Liberman et al. también implica el uso de soluciones salinas que conllevan un gasto químico y una penalización ambiental debido a la necesidad de eliminar estas soluciones hipersalinas.

La figura 6 muestra un diagrama de flujo general del aparato de desalinización de flujo cónico que comprende un sistema de bucle de descarga. El aparato ilustrado en la figura 3 (una expansión de una parte del aparato de la figura 6) ejemplifica cómo se puede operar el sistema de bucle de descarga. La corriente de concentrado [4] puede ser dirigida por una o más válvulas (aquí XV-4 y XV-5) entre una línea de reciclaje de solución de lavado (FRL) y la línea de eliminación de concentrado (CRL). Tanto el CRL como el FRL están equipados con dispositivos (en esta realización, válvulas de contrapresión P/FV y P/FV2 respectivamente) para mantener la presión en el lado de alimentación/concentrado de los elementos de membrana. Sin embargo, los dispositivos de mantenimiento de presión también podrían ser intercambiadores de presión u otros dispositivos de recuperación de energía. Durante la operación normal (indicada por los números de referencia 3n), la corriente de concentrado [4] fluye a través de la línea de eliminación de concentrado (CRL) enviada fuera del sistema mientras se recicla una corriente de solución de lavado [5] entre el tanque CIP y el FRL a través de las válvulas XV-6 y XV-7 mientras P/FV2 está completamente abierto. Periódicamente (por ejemplo, con tanta frecuencia como una vez cada hora hasta con la misma frecuencia que el mismo período de tiempo utilizado para la inversión del flujo o para reposicionar los recipientes a presión entre las etapas para evitar la incrustación) las válvulas XV-4 y ^xV-5 (en esta realización particular válvulas de 3 vías, pero podría ser un colector de válvulas de dos vías o válvulas de corredera) las posiciones de las válvulas se cambian para dirigir la corriente de concentrado [4] como lo indican las flechas referenciadas por los números 3p para que la corriente de concentrado [4] sea enviado a través del FRL, y la posición de las válvulas XV-6 y XV-7 también se cambia de modo que la solución de lavado [5] que fluye en la dirección de las flechas referenciadas por los números 3r se envía a través del CRL antes de regresar al tanque CIP (TK-1). De esta manera, todas las superficies de la CRL que estuvieron expuestas al concentrado sobresaturado ahora están expuestas a una solución de lavado con baja saturación. Al mismo tiempo, el dispositivo de contrapresión P/FV se abre completamente y el dispositivo de contrapresión P/FV2 se establece en la misma configuración que el P/FV mantenía previamente para mantener la misma contrapresión en las líneas de alimentación de los recipientes de presión. En este caso, un volumen limitado de solución de lavado que puede ser agua de alimentación o permeado se mantiene en un tanque, como un tanque de limpieza en el lugar (CIP TK-1) y se reutiliza una y otra vez para lavar periódicamente el concentrado. línea. Este puede seguir siendo el caso hasta que la concentración residual de iones incrustantes en la solución de lavado alcance su límite de saturación y se pueda introducir un nuevo lote de solución de lavado.

De acuerdo con una realización de la invención, el tiempo durante el cual la CRL se vacía (corriente [5] que va en la dirección de las flechas 3r) puede ser tan corto como un minuto o dos veces el tiempo de residencia hidráulico en la CRL, cualquiera es más corto y siempre que el tiempo en que un bloque particular se posicione en la etapa aguas abajo o que se esté operando una dirección de un ciclo de inversión de flujo. Una vez que se completa el lavado, las posiciones de la válvula se devuelven a su posición original (3n).

Algunas de las ventajas de este enfoque son: el sistema nunca deja de funcionar y la producción de permeado, mientras que la línea de concentrado se vacía; se usa repetidamente una cantidad limitada de volumen (volumen del tanque CIP TK-1) y, por lo tanto, se desperdicia poco permeado; y cualquier sensor en la línea CRL se mantiene libre de incrustaciones para que funcionen correctamente.

Otras realizaciones para el lavado de la línea de concentrado CRL implican brevemente (durante un tiempo tan poco como dos tiempos de residencia hidráulicos de la corriente de concentrado normal) el envío de todo el permeado a un punto aguas abajo de P/FV que pueden ser utilizados por razones de simplicidad, pero implica desperdiciar una cierta cantidad de permeado, pero permite mantener los sensores en CRL para mantenerlos libres de incrustaciones. Otra realización implica pasar por alto la segunda etapa y reducir el P/FV de apertura de recuperación (+ adición de ácido/AS) temporalmente para llevar las condiciones de concentrado a condiciones de baja saturación. Esto tiene la ventaja de lavar el P/FV sin una línea separada mientras se mantiene la producción desde la primera etapa. Tiene la desventaja de perder la producción de la segunda etapa. Sin embargo, si el tiempo es corto, esto puede no ser una desventaja demasiado grave.

La presente invención proporciona además una disposición de válvula de dos vías para efectuar el reposicionamiento de recipientes a presión entre las etapas de una planta de desalinización de membrana, en el que la disposición de válvula emplea una válvula de desvío en la primera etapa para evitar cambios repentinos en los flujos hidráulicos sobre los recipientes a presión en la primera etapa. Una realización preferida de esta solución de la invención se muestra en la figura 4. En esta realización, los pares de válvulas de 2 vías (AFI/ARO, BFI/BRO, CFI/CRO) han reemplazado las válvulas de dos vías aguas arriba V^ia, V^ib, V^icy las válvulas de tres vías VAf, Vsf y Vob, que se muestran en la figura 2, y los pares de válvulas de dos vías (ARI/AFO, BRI/BFO, CRI/CFO) han reemplazado las válvulas de dos vías V2A, V2B, V2C y tres válvulas de paso VAb, VBb y Vcf mostradas en la figura 2. Además, se ha agregado una válvula de desvío adicional AVF para unir la salida de la bomba de alta presión a la entrada de la bomba de refuerzo entre etapas para tomar el exceso de flujo de la bomba de alimentación de alta presión cuando solo un bloque de recipientes a presión está operativo en la primera etapa, y para reducir el flujo inicial al reintroducir un bloque de recipientes a presión en la primera etapa después del reposicionamiento. Una realización particular puede incluir abrir parcialmente la válvula de contrapresión proporcional P/FV cuando el caudal aumenta como resultado del uso del desvío AV y/o AVF. Al hacer esto, se puede evitar un aumento de la presión debido al aumento del flujo al P/FV cuando la alimentación fluye a través de la segunda etapa y/o la línea de desvío de la primera etapa.

De acuerdo con una realización de la presente invención, el sistema y método de desalinización de flujo cónico son como sigue. El sistema comprende dos etapas en las cuales el concentrado que sale de la primera etapa se convierte en la alimentación que ingresa a la segunda etapa. El sistema comprende I recipientes a presión de bloque de membrana que tienen agua de alimentación que pasa a través de ellos durante la primera etapa y J recipientes a presión de bloque de membrana que tienen alimentación (concentrado que sale de los bloques de I primera etapa) pasan a través de los mismos durante la segunda etapa, en el que preferiblemente I > J. Una bomba de alimentación de alta presión está conectada a la línea de flujo en una parte de la línea en la que la alimentación de entrada entrante fluye a través de una sola línea antes de dividirse en las líneas de los bloques en la siguiente etapa. Una bomba de refuerzo entre etapas está conectada entre los bloques de ambas etapas. La dirección del flujo en el(los) bloque(s) de la segunda etapa puede invertirse y convertirse en parte de la primera etapa y la dirección del flujo en el(los) bloque(s) de la primera etapa puede invertirse y convertirse en parte de la segunda etapa.

Elementos adicionales (por ejemplo, válvulas o elementos de control, tales como válvulas de retención o sensores) están conectados al sistema. Cada recipiente a presión está acoplado a una línea de producto de permeado en el que el permeado filtrado sale del recipiente a presión a través del mismo. Las líneas de producto de permeado que salen de los recipientes a presión están acopladas a una línea de producto de permeado de salida del sistema principal.

Según una realización, una línea de desvío AV (con una válvula AV) se acopla entre la salida de concentrado del sistema y la bomba de refuerzo de segunda etapa. La línea de desvío de la línea AVF (con la válvula AVF) se acopla entre la bomba de refuerzo de la primera etapa y la bomba de refuerzo de la segunda etapa.

La figura 4, en el contexto de la figura 5a, muestra una realización con dos bloques de recipientes en la primera etapa (A y B), y un bloque de recipientes (C) en la segunda etapa. La primera bomba de refuerzo está conectada a la línea de entrada de alimentación de entrada del sistema 60.

Los bloques de recipientes a presión A, B, y C se han conectado al colector de flujo de modo que puedan operar ya sea en paralelo y como parte de la etapa uno (la etapa inferior) o como parte de la etapa dos (la etapa superior). Cuando las válvulas conectadas a un bloque y etiquetadas con el símbolo FI y FO están abiertas (símbolos abiertos), ese bloque es paralelo y parte de la primera etapa. Cuando las válvulas se conectan a un bloque y están etiquetadas con los símbolos RI y RO están abiertas (símbolos abiertos), entonces ese bloque es parte de la segunda etapa.

Las válvulas AFI, BFI y CFI están cada una acopladas por líneas de flujo a la primera bomba de refuerzo 51, a las válvulas ARO, BRO y CRO respectivamente, a las entradas/salidas de los bloques A, B y C respectivamente, a la válvula AVF 54 y entre sí.

Las válvulas ARO, BRO y CRO también se acoplan a las entradas/salidas de cada uno de los bloques A, B y C respectivamente, a la válvula AV 55, a la línea de salida de concentrado de salida del sistema 70 (del sistema) y entre sí.

Las válvulas AFO, OFB y CFO están cada una acopladas por líneas de flujo a la segunda bomba de refuerzo 52, a las válvulas ARI, BRI y CRI respectivamente, a las entradas/salidas de los bloques A, B y C respectivamente, a la válvula AVF 54 y entre sí.

Las válvulas ARI, BRI y CRI también están acopladas a las entradas/salidas de los bloques A, B y C, respectivamente, a la segunda bomba de refuerzo 52, a la válvula AV 55 y entre sí.

La primera bomba de refuerzo 51 está también acoplada a la válvula AVF 54.

La segunda válvula de refuerzo 52 también está acoplada a la válvula AV 55 y a la válvula AVF 54.

La válvula AV 55 también está acoplada a la línea de salida de concentrado 70 del sistema (que puede corresponder a la línea de [4] de la figura 3).

Un método particular para operar el aparato 40 se ilustra en las figuras 5A a 5G que comprende la misma estructura que en la figura 4. Aunque no se muestran en las figuras, se pueden instalar válvulas de retención en cada una de las líneas para evitar cortocircuitos y derivaciones durante el proceso de transición. Las líneas punteadas se refieren a líneas en las que la solución de alimentación fluye entre la bomba de alta presión de alimentación y la bomba de refuerzo entre etapas. Las líneas discontinuas se refieren a líneas en las que el concentrado entre etapas o el concentrado final fluye entre la bomba de refuerzo entre etapas y la válvula o dispositivo de contrapresión (P/FV) y hacia adelante a la línea de salida del concentrado. Las líneas finas se refieren a líneas de proceso en las que no se produce flujo. El aparato 40 comprende pares de válvulas de 2 vías en cada puerto de alta presión de los recipientes a presión para efectuar el reposicionamiento de los bloques de membrana AB y C de los recipientes a presión entre una primera y una segunda etapas de membrana. La secuencia para efectuar este cambio se ilustra en las figuras 5A a 5G. La Tabla 1 resume una secuencia de etapas necesarias para reposicionar el bloque C de la segunda etapa a la primera etapa, y el bloque B de la primera etapa a la segunda etapa. En particular, esto destaca el papel de la válvula de desvío a Vf en la primera etapa.

En aún otra realización preferida de la invención, el aparato está configurado para bloques de contactos mediante la colocación de los tres bloques en la primera etapa para reducir la velocidad de flujo a cada uno en la preparación para la conmutación. Luego, se cambia una de las válvulas del bloque para que se mueva a la segunda etapa. En aún otra realización preferida de la invención, el aparato está configurado para cambiar uno de los dos bloques en la primera etapa con el bloque de la segunda etapa, disminuyendo la velocidad de flujo a cada uno en la preparación para la conmutación. Las etapas realizadas en esta realización se demuestran en la tabla 2. De esta manera, la necesidad de la válvula de desvío de la primera etapa, AVF, podría eliminarse principalmente. Sin embargo, esto podría conducir a una recuperación demasiado alta en la primera etapa a menos que las presiones de alimentación aplicadas se ajusten durante la transición.

Hay una ventaja para aumentar el tiempo para efectuar la apertura y cierre de las válvulas de dos vías a entre 5 y 30 segundos (y preferiblemente entre 5 y 15 segundos) con el fin de reducir el aumento de la presión aún más.

En el método, como se explica en las figuras 5A-5G, el modo de trabajo inicial (figura 5A) es en el que en una primera etapa el agua de alimentación entrante pasa a través de los bloques A, B. El líquido concentrado que sale de esos cuatro bloques pasa en la segunda etapa a través del bloque C, y a partir de ahí fuera del sistema. El método comprende cambiar las funciones entre el bloque B y el bloque C. Después de la conmutación, el bloque C se conecta a la línea de alimentación 60 (en su lado opuesto), y el bloque B se convierte en el bloque de recipientes de la segunda etapa. Esto se hace abriendo/cerrando las válvulas apropiadas. Los modos de trabajo se cambian periódicamente.

Así, en la figura 5A, el bloque C está en la segunda etapa y los bloques A y B están en la primera etapa. En la figura 5G, el bloque B está en la segunda etapa y los bloques A y C están en la primera etapa.

La siguiente tabla aclara el procedimiento de conmutación etapa por etapa.

Tabla 1: Las etapas de la válvula para pasar de la configuración con los bloques A y B en la etapa I a los bloques A y C en la etapa I (cambiar los bloques B y C entre etapas), como se ilustra en las figuras 5A a 5G.

Los siguientes elementos indicados en las figuras 5A-5G se refieren a:

FW - Agua de alimentación

C1-LP - Concentrado de baja presión 1a etapa

C1-HP - Concentrado de alta presión ia etapa

C1 - Concentrado de ia etapa

C2 - 2a etapa

PP - Producto permeado

Tabla 2: Forma alternativa de cambiar los bloques B y C entre las etapas I y II, eliminando la necesidad de una válvula AVF

De acuerdo con otra realización de la presente invención, el sistema y método de desalinización de flujo cónico son como sigue. El sistema comprende tres etapas en las cuales el concentrado que sale de una etapa se convierte en la alimentación que ingresa a la siguiente etapa. El sistema comprende K recipientes a presión de bloque de membrana que tienen agua de alimentación que pasa a través de ellos durante la primera etapa, L recipientes a presión de bloque de membrana que tienen alimentación (concentrado que sale de los K bloques de primera etapa) pasan a través de los mismos durante la segunda etapa y M recipientes a presión de bloque de membrana que tienen alimentación (concentrado que sale de los L bloques de la segunda etapa) los atraviesa durante la tercera etapa, en la que preferiblemente K > L > M. Una bomba de refuerzo está conectada preferiblemente a las líneas de flujo en una parte de la línea en la que la alimentación entrante en cada etapa fluye a través de una sola línea antes de dividirse en las líneas de los bloques de la siguiente etapa. La dirección del flujo en el(los) bloque(s) de la tercera etapa puede invertirse y convertirse en parte de la primera etapa y la dirección del flujo en el(los) bloque(s) de la primera etapa puede invertirse y convertirse en parte de la tercera etapa.

Elementos adicionales (por ejemplo, válvulas o elementos de control, tales como válvulas de retención o sensores) están conectados al sistema de una manera similar como se ha explicado anteriormente con respecto a la realización de 2 etapas. Cada recipiente a presión está acoplado a una línea de producto de permeado en el que el permeado filtrado sale del recipiente a presión a través del mismo. Las líneas de producto de permeado que salen de los recipientes a presión están acopladas a una línea de producto de permeado de salida del sistema principal. Según una realización, la línea de AV (con la válvula AV) se acopla entre la salida de concentrado del sistema y la tercera bomba de refuerzo etapa, de una manera similar como se ha explicado anteriormente con respecto a la bomba de refuerzo de 2 etapas. La línea AVF (con la válvula AVF) se acopla entre la bomba de refuerzo de la primera etapa y la bomba de refuerzo de la segunda etapa, como se explicó anteriormente con respecto a la realización de la segunda etapa.

Las figuras 7A-7F muestran una realización con seis bloques de recipientes en la primera etapa (B, C y cuatro más), tres bloques de recipientes en la segunda etapa y un bloque de recipientes (A) en la tercera etapa. Las válvulas del sistema están conectadas al sistema de manera similar a la de las figuras 4-5.

La primera bomba de refuerzo está conectada a la línea de entrada de alimentación del sistema 60.

Las válvulas AFI, BFI y CFI están cada una acopladas por líneas de flujo a la primera bomba de refuerzo 51, a las válvulas ARO, BRO y CRO respectivamente, a las entradas/salidas de los bloques A, B y C respectivamente, a la entrada de los cuatro bloques adicionales de la primera etapa y entre sí.

Las válvulas AFO, OFB y CFO están cada una acopladas por líneas de flujo a la segunda bomba de refuerzo 52, a las válvulas ARI, BRI y CRI respectivamente, a las entradas/salidas de los bloques A, B y C, respectivamente, a las salidas de los cuatro bloques adicionales de la primera etapa y entre sí.

Las válvulas ARI, BRI y CRI también están acopladas a las entradas/salidas de los bloques A, B y C, respectivamente, a la tercera bomba de refuerzo 53, a la válvula AV 55 y entre sí.

La segunda bomba de refuerzo 52 está también acoplada a las salidas de los cuatro bloques adicionales primera etapa y a las entradas de los tres bloques de segunda etapa.

La tercera bomba de refuerzo 53 está también acoplada a las salidas de los tres bloques de la segunda etapa y a la válvula AV 55.

La válvula AV 55 también está acoplada a la línea de salida de concentrado 70 del sistema.

Cada recipiente a presión está acoplado a una línea de producto de permeado en el que el permeado filtrado sale del recipiente a presión a través del mismo. Las líneas de producto de permeado que salen de los recipientes a presión están acopladas a una línea de producto de permeado de salida del sistema principal 80.

El método de esta realización comprende la conmutación de funciones entre dos bloques de los recipientes de presión, uno en la primera etapa y el otro en la tercera etapa. Por lo tanto, el bloque de la tercera etapa que está más expuesto a incrustaciones/aglomeraciones de membrana porque la alimentación que ingresa está altamente concentrada (sobresaturada) después de pasar dos bloques de recipientes (de la primera etapa y la segunda etapa). Por lo tanto, este método de cambio es muy eficiente porque después del cambio, el recipiente anterior de la tercera etapa está expuesto a agua de alimentación saturada que elimina todos los minerales y materiales que se acumularon en el recipiente anterior de la tercera etapa, y esto se hace sin golpe de ariete.

El modo de trabajo inicial es en la que a un agua de alimentación entrante primera etapa se hace pasar a través de los bloques C, B y a través de 4 bloques adicionales. El líquido concentrado que sale de esos cuatro bloques se pasa en la segunda etapa a través de tres bloques. El líquido concentrado que sale de esos tres bloques se pasa en la tercera etapa a través del bloque A, y desde allí sale del sistema. El método comprende cambiar las funciones entre el bloque A y el bloque B. Después de la conmutación, el bloque A está conectado a la línea de alimentación 60 (en su lado opuesto), y el bloque B se convierte en el bloque de recipientes de la tercera etapa. Esto se hace abriendo/cerrando las válvulas apropiadas. En este ejemplo, se puede hacer un cambio adicional en el que el bloque C se convierte en el bloque de recipientes de la tercera etapa y los bloques de recipientes A y B son parte de los 6 bloques de recipientes en la primera etapa. Los modos de trabajo se cambian periódicamente. Alternativamente, solo puede haber bloques A y B que se cambien entre la primera y la tercera etapa, sin que ningún bloque C esté conectado a un colector para cambiar como se describe en el párrafo anterior.

Los bloques de recipientes a presión A, B y C han sido conectados al colector de flujo de modo que puedan funcionar ya sea en paralelo y como parte de la primera etapa o como parte de la tercera etapa. Cuando las válvulas conectadas a un bloque y etiquetadas con el símbolo FI y FO están abiertas (símbolos abiertos), ese bloque es paralelo y parte de la primera etapa. Cuando las válvulas se conectan a un bloque y están etiquetadas con los símbolos RI y RO están abiertas (símbolos abiertos), entonces ese bloque es parte de la tercera etapa. Así, en la figura 7A, el bloque A está en la tercera etapa y los bloques B y C están en la primera etapa. En la figura 7F, el bloque B está en la tercera etapa y los bloques A y C están en la primera etapa paralelos al resto de los recipientes a presión en la primera etapa. Esta disposición tiene la ventaja de que debido a que los bloques se cambian dentro y fuera de la primera y última etapa, el cambio en el número de recipientes a presión en paralelo en la primera etapa durante la conmutación es relativamente menor y esto minimiza cualquier trastorno hidráulico. Las etapas descritas anteriormente que se utilizan para cambiar entre la primera y la segunda etapa son similares a los que se toman aquí también para minimizar cualquier choque hidráulico.

La siguiente tabla aclara el procedimiento de conmutación etapa por etapa.

Tabla 3: Las etapas de la válvula para pasar de la configuración con el bloque A en la etapa III (mientras que los bloques B y C están juntos con el resto de la etapa I) al bloque B en la etapa III (mientras que los bloques A y C están juntos con el resto de la etapa I), como se ilustra en las figuras 7A a 7F. (C no cambia las etapas)

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de desalinización de flujo cónico, que comprende:

una línea de alimentación de entrada del sistema (60) acoplada a una primera bomba de refuerzo de alta presión (51) configurada para proporcionar una corriente de alimentación de alta presión al sistema;

bloques de recipientes a presión de membrana (A, B, C) dispuestos en paralelo, en el que la salida de dicha primera bomba de refuerzo (51) está acoplada por medio de líneas de flujo a dichos bloques (A, B, C) en los primeros lados de apertura de dichos bloques (A, B, C);

una segunda bomba de refuerzo (52), acoplada en su entrada por una primera línea de desvío (AVF) paralela a dichos bloques (A, B, C), a dicha salida de la primera bomba de refuerzo (51), en el que la salida y la entrada de dicha segunda bomba de refuerzo (52) también están acopladas por medio de líneas de flujo a dichos bloques (A, B, C) en los segundos lados de apertura de dichos bloques (A, B, C) y en el que dicha primera línea de desvío (AVF) también está acoplada por medio de líneas de flujo a dichos bloques (A, B, C) en dichos segundos lados de apertura de dichos bloques (A, B, C);

una línea de flujo de salida del sistema (70) acoplada a dichos primeros lados de apertura de dichos bloques (A, B, C), acoplada a dichos segundos lados de apertura de dichos bloques (A, B, C) y a la salida de la segunda bomba de refuerzo (52), en el que dicha línea de flujo de salida del sistema (70) está acoplada a dichos segundos lados de apertura de dichos bloques (A, B, C) y a dicha segunda salida de la bomba de refuerzo (52) por medio de una segunda línea de desvío (AV);

en el que la primera línea de desvío (AVF) comprende una válvula (54) y en el que la segunda línea de desvío (AV) comprende una válvula (55);

en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dicha primera salida de la bomba de refuerzo (51) y dichos primeros lados de apertura de dichos bloques (A, B, C) comprenden, cada una, una válvula (AFI, BFI, CFI); en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dicha segunda salida de la bomba de refuerzo (52) y dichos segundos lados de apertura de dichos bloques (A, B, C) comprenden, cada una, una válvula (ARI, BRI, CRI); en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dichos segundos lados de apertura de dichos bloques (A, B, C) y dicha segunda entrada de la bomba de refuerzo (52) comprenden, cada una, una válvula (AFO, BFO, CFO); y

en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dichos primeros lados de apertura de dichos bloques (A, B, C) y dicha línea de flujo de salida del sistema (70) comprenden, cada una, una válvula (ARO, BRO, CRO).

2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho sistema comprende tres bloques (A, B, C) y en el que las líneas de acoplamiento entre dicha primera bomba de refuerzo (51) y dichos primeros lados de apertura de dichos bloques (A, B, C) comprenden, cada una, una válvula (AFI, BFI, CFI);

en el que las líneas de acoplamiento entre dicha segunda bomba de refuerzo (52) y dichos segundos lados de apertura de dichos bloques (A, B, C) comprenden, cada una, una válvula (ARI, BRI, CRI);

en el que las líneas que se acoplan entre dichos segundos lados de apertura de dichos bloques (A, B, C) y dicha primera línea de desvío (AVF) comprenden, cada una, una válvula (AFO, BFO, CFO); y

en el que las líneas de acoplamiento entre dichos primeros lados de apertura de dichos bloques (A, B, C) y dicha línea de flujo de salida del sistema (70) comprenden, cada una, una válvula (ARO, BRO, CRO).

3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el sistema comprende uno o más elementos de control seleccionados del grupo de válvulas adicionales, válvulas de retención y sensores.

4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada bloque de recipiente a presión está acoplado a una línea de producto de permeado (PP).

5. Un método para cambiar entre flujos de soluciones de agua que pasan en grupos de bloques de recipientes a presión de membrana (A, B, C) dispuestos en paralelo en un sistema de flujo cónico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho método comprende las etapas de:

A) pasar la solución de agua de alimentación (60) a través de uno o más de dichos bloques del sistema (A, B) en una primera etapa y la solución de agua concentrada que sale de dichos bloques (A, B) de la primera etapa se pasa a través de uno o más de los bloques del sistema (C) en una segunda etapa y la solución de agua concentrada que sale de los bloques (C) de la segunda etapa se pasa a través de una salida de concentrado del sistema (70);

B) ralentizar la(s) corriente(s) pasada(s) en dicha segunda etapa desviando (AV) una porción de la solución de agua concentrada que sale de los bloques (A, B) de la primera etapa a la salida de concentrado del sistema (70);

C) detener la(s) corriente(s) ralentizada(s) de un primer grupo de bloques (C) de uno o más de los bloques de la segunda etapa;

D) ralentizar la(s) corriente(s) pasada(s) en la primera etapa (A, B) desviando (AVF) una porción de dicha solución de agua de alimentación, a la segunda etapa ya la salida de concentrado del sistema (70);

E) detener la(s) corriente(s) ralentizada(s) de un segundo grupo de bloques (B) de uno o más de los bloques (A, B) de la primera etapa, en el que dicho segundo grupo de bloques (B) comprende el mismo número de bloques como en dicho primer grupo de bloques (C); y hacer pasar una porción de la solución de agua de alimentación a través de dicho primer grupo de bloques (C);

F) detener el desvío (AVF) de la etapa D y pasar una porción de la solución de agua concentrada que sale de los bloques de la primera etapa a través de dicho segundo grupo de bloques (B);

G) detener el desvío (AV) de la etapa B.

6. Un sistema de desalinización de flujo cónico, que comprende:

un primer grupo de bloques (A, B, C, 1a ETAPA) de recipientes a presión de membrana dispuestos en paralelo, en el que la salida de dicha primera bomba de refuerzo (51) está acoplada por medio de líneas de flujo a dicho primer grupo de bloques (A , B, C, ia ETAPA) en los primeros lados de apertura de dicho primer grupo de bloques (A, B, C, 1 a ETAPA);

una segunda bomba de refuerzo (52), acoplada en su entrada por medio de líneas de flujo a dicho primer grupo de bloques (A, B, C, 1a ETAPA) en los segundos lados de apertura del primer grupo de bloques (A, B, C , 1a ETAPA); y acoplado en su salida a un segundo grupo de bloques de recipientes a presión de membrana dispuestos en paralelo en los primeros lados de apertura del segundo grupo de bloques (2a ETAPA);

una tercera bomba de refuerzo (53), acoplada por medio de líneas de flujo a dicho segundo grupo de bloques (2a ETAPA) en los segundos lados de apertura del segundo grupo de bloques (2a ETAPA); y acoplado por medio de líneas de flujo a dicho primer grupo de bloques (A, B, C, 1a ETAPA) en dichos segundos lados de apertura de dicho primer grupo de bloques (A, B, C, 1a ETAPA);

una línea de flujo de salida del sistema (70) acoplada por líneas de flujo a dichos primeros lados de apertura de dicho primer grupo de bloques (A, B, C, 1a ETAPA), acoplada a dichos segundos lados de apertura de dicho primer grupo de bloques (A, B, C, 1a ETAPA) y a la tercera bomba de refuerzo (53), en la que dicha línea de flujo de salida del sistema (70) está acoplada a dichos segundos lados de apertura de dicho primer grupo de bloques (A, B, C, 1a ETAPA ) y a dicha tercera bomba de refuerzo (53) por medio de una primera línea de desvío (AV);

en el que la primera línea de desvío (AV) comprende una válvula (55);

en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dicha primera bomba de refuerzo (51) y dichos primeros lados de apertura de dicho primer grupo de bloques (A, B, C, 1a ETAPA) comprenden, cada una, una válvula (AFI, BFI, CFI);

en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dicha segunda bomba de refuerzo (52) y dichos segundos lados de apertura de dicho primer grupo de bloques (A, B, C, 1a ETAPA) comprenden, cada una, una válvula (AFO, BFO, CFO);

en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dicha tercera bomba de refuerzo (53) y dichos segundos lados de apertura de dicho primer grupo de bloques (A, B, C, 1a ETAPA) comprenden, cada una, una válvula (ARI, BRI, CRI);

en el que al menos dos de las líneas de acoplamiento entre dichos primeros lados de apertura de dicho primer grupo de bloques (A, B, C, 1a ETAPA) y dicha línea de flujo de salida del sistema (70) comprenden, cada una, una válvula (ARO, BRO, CRO);

en el que dicha segunda línea de desvío comprende una válvula.

7. El sistema de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el sistema comprende uno o más de los elementos de control seleccionados del grupo de válvulas adicionales, válvulas de retención y sensores.

8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 6, en el que cada bloque de recipiente a presión está acoplado a una línea de producto de permeado (80).