ES2914228T3 - Elemento de separación con una canalización mejorada del filtrado - Google Patents

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Abstract

Elemento de separación para obtener una separación molecular y/o en partículas de un medio fluido a tratar en un filtrado y un retentado, comprendiendo dicho elemento de separación un soporte monobloque rígido poroso (2) realizado en un mismo material poroso, comprendiendo el soporte poroso (2), interiormente, por lo menos un canal (3) para la circulación del medio fluido, separado de la pared exterior (21) del soporte poroso, con la ayuda del material poroso y que desemboca por un lado (4) del soporte poroso, para la entrada del medio fluido a tratar y, por el otro lado (5) del soporte poroso, para la salida del retentado, delimitando el soporte poroso una envuelta periférica (22) más allá de la cual se extiende un espacio periférico (6) de recuperación del filtrado, estando dispuesto en el soporte poroso por lo menos un espacio vacío (10) para la canalización del filtrado, cuya dimensión más pequeña es de cinco a cincuenta veces superior al diámetro más grande de poros del material poroso del soporte, estando este espacio vacío (10) rodeado por una parte del material poroso constitutivo del soporte monobloque, no estando esta parte del material poroso aplicada sobre el soporte poroso rodeando el espacio vacío (10) de manera que este último no desemboque en el canal (3) y en los lados de entrada (4) y salida (5) del soporte, caracterizado por que por lo menos un espacio vacío (10) está dispuesto en el soporte poroso estando rodeado por una parte del material constitutivo del soporte monobloque (2), o bien completamente para formar una cavidad cerrada, o bien parcialmente para formar una cavidad (101) que desemboca localmente en la envuelta periférica (22) del soporte, por un paso (102), presentando la cavidad (101), según por lo menos una dirección, una sección superior a la sección del paso (102).

Description

DESCRIPCIÓN
Elemento de separación con una canalización mejorada del filtrado
La presente invención se refiere al campo técnico de los elementos de separación de un medio fluido a tratar en un filtrado y un retentado, denominados comúnmente membranas de filtración.
Los procedimientos de separación que utilizan unas membranas se utilizan en numerosos sectores, en particular en el medio ambiente para la producción de agua potable y el tratamiento de los efluentes industriales, en la industria química, petroquímica, farmacéutica, agroalimentaria y en el campo de la biotecnología.
Una membrana constituye una barrera selectiva y permite, bajo la acción de una fuerza de transferencia, el paso o la detención de ciertos componentes del medio a tratar. El paso o la detención de los componentes resulta de su tamaño con relación al tamaño de los poros de la membrana que se comporta entonces como un filtro. En función del tamaño de los poros, estas técnicas se denominan microfiltración, ultrafiltración o nanofiltración. Existen unas membranas de estructuras y texturas diferentes. Las membranas están constituidas, generalmente, por un soporte poroso que asegura la resistencia mecánica de la membrana y da también la forma, y, por lo tanto, determina la superficie filtrante de la membrana. En este soporte, se depositan una o varias capas de algunos micrómetros de grosor que aseguran la separación y denominadas capas separadoras, capas de filtración, capas de separación, o capas activas. Durante la separación, la transferencia del fluido filtrado se efectúa a través de la capa separadora, y después este fluido se esparce en la textura porosa del soporte para dirigirse hacia la pared exterior del soporte poroso. Esta parte del fluido a tratar que ha atravesado la capa de separación y el soporte poroso se denomina permeado o filtrado y se encuentra recuperada por una cámara de recogida o espacio periférico que rodea la membrana. La otra parte se denomina retentado y, la mayoría de las veces, es reinyectada en el fluido a tratar aguas arriba de la membrana, gracias a un circuito de circulación. De manera clásica, el soporte se fabrica, en primer lugar, según la forma deseada por extrusión, y después se sinteriza a una temperatura y durante un tiempo suficiente para asegurar la solidez requerida, conservando al mismo tiempo en el soporte obtenido la textura porosa abierta e interconectada deseada. Este procedimiento obliga a obtener uno o varios canales rectilíneos en cuyo interior se depositan y sinterizan después la o las capas separadoras. Los soportes son tradicionalmente de forma tubular y comprenden uno o varios canales rectilíneos dispuestos paralelamente al eje central del soporte.
Al estar el volumen interior del soporte definido y limitado por sus dimensiones exteriores, y al ser el área de la superficie filtrante proporcional al número de canales, se ha constatado que el área de las superficies filtrantes de las membranas de filtración fabricadas a partir de soportes que tienen dichas geometrías se topa con un techo y presenta por lo tanto, unas prestaciones limitadas en términos de caudal.
Han aparecido histórica y cronológicamente en el mercado unos elementos de separación tubulares cilíndricos monocanales, y después unos elementos de separación tubulares multicanales.
Los primeros elementos de separación multicanales, de los cuales uno de los intereses, además del aumento del área total de la superficie filtrante, reside en la obtención de canales de pequeños diámetros hidráulicos sin riesgos de fragilidad para el elemento de separación, comprendían exclusivamente unos canales de secciones rectas circulares.
La generación siguiente abandonó los canales circulares con el fin de ocupar mejor el volumen interno del tubo, aumentar la compacidad e incrementar las posibilidades de turbulencias.
Así, los elementos de separación multicanales comprenden una serie de canales de secciones diversas, distribuidos desde el centro a la periferia del soporte para optimizar la superficie filtrante con respecto al volumen del soporte poroso. Se ha constatado que esta optimización conduce a una pérdida de rendimiento para el caudal del filtrado.
En el campo de los elementos de filtración de tipo nido de abeja, la solicitud de patente EP 2832426 describe un elemento de filtración que comprende unas celdas de separación cuyas paredes están provistas de una capa separadora y unas celdas cuyas paredes están desprovistas de una capa separadora. Estas celdas desprovistas de una capa separadora están cerradas en cada uno de sus extremos por un material de obturación aplicado y después sinterizado. Esta técnica de fabricación es relativamente compleja de realizar.
La solicitud de patente WO 2014/169902 describe un módulo de filtración que comprende unos elementos de filtración ensamblados entre sí y que presentan cada uno una serie de canales para la circulación del medio fluido a tratar. Estos elementos de filtración están provistos a partir de su periferia, de muescas para la salida del permeado. Como cada una de estas muescas reduce la resistencia mecánica del elemento de filtración, su número es necesariamente limitado, lo cual impide la optimización del caudal del filtrado. El documento US6077436 describe unas estructuras porosas en monobloque que comprenden unos canales cilindricos, así como unos canales de dimensiones diferentes que permiten reducir la contrapresión y mejorar el flujo del filtrado. La presente invención pretende remediar los inconvenientes del estado de la técnica, proponiendo un nuevo elemento de separación diseñado para aumentar el caudal del filtrado manteniendo al mismo tiempo una buena resistencia mecánica al soporte poroso.
Para alcanzar dicho objetivo, el elemento de separación para obtener una separación molecular y/o en partículas de un medio fluido a tratar en un filtrado y un retentado, dicho elemento de separación se define en la reivindicación 1, tal que comprende un soporte poroso rígido monobloque realizado en un mismo material poroso, comprendiendo el soporte poroso internamente por lo menos un canal para la circulación del medio fluido, separado de la pared exterior del soporte poroso, con la ayuda del material poroso y que desemboca, por un lado del soporte poroso, para la entrada del medio fluido a tratar y, por el otro lado del soporte poroso, para la salida del retentado, delimitando el soporte poroso una envuelta periférica más allá de la cual se extiende un espacio periférico de recuperación del filtrado, estando por lo menos un espacio vacío dispuesto en el soporte poroso para favorecer la canalización del filtrado, cuya dimensión más pequeña es de cinco a cincuenta veces superior al diámetro mayor de poros del material poroso del soporte, estando este espacio vacío rodeado por una parte del material poroso constitutivo del soporte monobloque, no estando esta parte del material poroso aplicada sobre el soporte poroso rodeando el espacio vacío de manera que este último no desemboque en el canal y según los lados entrada y salida del soporte.
Según la invención, por lo menos un espacio vacío está dispuesto en el soporte poroso estando rodeado por una parte del material constitutivo del soporte monobloque, o bien completamente para formar una cavidad cerrada, o bien parcialmente para formar una cavidad que desemboca localmente en la envuelta periférica del soporte, por un paso de sección inferior a una sección de la cavidad. El elemento de separación de acuerdo con la invención comprende además en combinación una y/u otra de las características adicionales siguientes:
- por lo menos un espacio vacío para la canalización del filtrado está dispuesto en el soporte poroso para formar una cavidad que presenta un perfil del cual por lo menos una parte tiene una forma idéntica a la forma del perfil del canal situado enfrente;
- por lo menos un espacio vacío para la canalización del filtrado está dispuesto en el soporte poroso para formar una cavidad con un perfil que rodea un canal;
- por lo menos una pluralidad de espacios vacíos para la canalización del filtrado están dispuestos localmente en el soporte poroso a partir de su envuelta periférica, estando cada uno rodeado parcialmente por una parte del material poroso, para desembocar en la envuelta periférica del soporte poroso y recuperar el filtrado para su canalización directa hasta el espacio periférico del soporte poroso; - la pluralidad de espacios vacíos para la canalización del filtrado dispuestos localmente en el soporte poroso a partir de su envuelta periférica están distribuidos regularmente sobre dicha envuelta periférica; - por lo menos una capa separadora para el medio fluido es depositada continuamente sobre la superficie del canal en contacto con el medio fluido.
Otras diversas características se desprenderán de la descripción realizada a continuación con referencia a los dibujos adjuntos que muestran, a título de ejemplos no limitativos, unas formas de realización del objeto de la invención.
La figura 1 es una vista en sección en alzado longitudinal de un primer modo de realización de un elemento de separación de acuerdo con la invención.
La figura 2 es una vista en sección transversal tomada sustancialmente según las líneas M-M del elemento de separación ilustrado en la figura 1.
La figura 3 es una vista en sección en alzado longitudinal de un segundo modo de realización de un elemento de separación de acuerdo con la invención.
La figura 3A es una vista en sección transversal tomada sustancialmente según las líneas IV-IV del elemento de separación ilustrado en la figura 3.
La figura 3B es una vista en sección transversal tomada sustancialmente según las líneas B-B del elemento de separación ilustrado en la figura 3.
La figura 4 es una vista en perspectiva de un elemento de separación realizado según el segundo modo de realización.
Las figuras 4A, 4B, 4C son unas vistas en sección transversal del elemento de separación ilustrado en la figura 4 tomadas respectivamente según las líneas A-A, B-B, C-C.
La figura 4D es una vista en sección longitudinal tomada según las líneas D-D de la figura 4A.
La figura 5 es una vista en sección longitudinal de una variante de realización de un elemento de separación de acuerdo con la invención, realizado según el segundo modo de realización.
La figura 5A es una vista en sección transversal tomada sustancialmente según las líneas A-A de la figura 5. La figura 5B es una vista en sección transversal tomada sustancialmente según las líneas B-B de la figura 5A. Preliminarmente, se darán algunas definiciones de los términos utilizados en el marco de la invención.
Por diámetro medio de poros, se entiende el valor d50 de una distribución volúmica para la cual el 50% del volumen total de los poros corresponde al volumen de los poros del diámetro inferior a este d50. La distribución volúmica es la curva (función analítica) que representa las frecuencias de los volúmenes de los poros en función de su diámetro. El d50 corresponde a la mediana que separa en dos partes iguales el área situada bajo la curva de las frecuencias obtenida por penetración de mercurio, para unos diámetros medios de poros superiores o iguales a 4 nm o por adsorción de gas, y en particular de N2, cuando los diámetros medios de poros son inferiores a 4 nm.
En particular, se podrán utilizar las técnicas descritas en:
- la norma ISO 15901-1; 2005, en lo que se refiere a la técnica de medición por penetración de mercurio; - las normas ISO 15901-2 :2006 e ISO 15901-3 :2007, en lo que se refiere a la técnica de medición por adsorción de gas.
Sin embargo, estas técnicas no permiten determinar el diámetro más grande de los poros ya que las bajas presiones de intrusión del mercurio corresponden generalmente a la penetración en las rugosidades exteriores de la masa porosa en lugar de la penetración en el interior de la porosidad de esta masa.
Para determinar el diámetro más grande de poros, la invención prevé utilizar el método del punto de burbuja. El principio del punto de burbuja se basa en el hecho de que una cantidad de líquido es retenida en los poros del filtro por las fuerzas de tensión de superficie y por capilaridad. La presión de gas mínima requerida para evacuar el líquido de los poros depende del diámetro de los poros según la fórmula de Jurin.
Para realizar esta prueba, conviene:
1) humedecer completamente el filtro con el líquido de prueba apropiado, generalmente agua para las membranas hidrófilas o una mezcla alcohol/agua para las membranas hidrófobas;
2) aumentar progresivamente la presión hasta observar la aparición de un burbujeo continuo y rápido en la salida. La presión obtenida permite calcular el diámetro más grande de poros según la fórmula citada anteriormente.
La medición de este diámetro más grande de poro se aplica a un elemento de filtración obtenido sin espacios vacíos objeto de la invención, pero en un material idéntico.
El objeto de la invención tiene como objetivo los elementos de separación para obtener una separación molecular y/o particular de un medio fluido por filtración tangencial, denominados comúnmente membranas de filtración. De manera general y como se ilustra en las figuras, dichos elementos de separación 1 comprenden un soporte rígido poroso 2 monolítico o monobloque, realizado en un mismo material.
En el marco de la invención, un soporte monobloque se define como realizado de una sola pieza en un único y mismo material, homogéneo y continuo en todo su conjunto, sin soldadura ni aportes exógenos. Para dichos elementos de separación, el cuerpo que constituye el soporte 2 presenta una textura porosa continua sobre la totalidad del volumen del soporte poroso. Esta textura porosa se caracteriza por el diámetro medio de los poros deducido de su distribución medida por porometría por penetración de mercurio.
La textura porosa del soporte es abierta y forma una red de poros interconectados, lo cual permite que el fluido filtrado por la capa separadora de filtración atraviese el soporte poroso y sea recuperado en el espacio periférico del soporte poroso. Es habitual medir la permeabilidad al agua del soporte para calificar la resistencia hidráulica del soporte, lo cual permite al mismo tiempo confirmar la interconexión de la textura porosa. En efecto, en un medio poroso, el flujo estacionario de un fluido viscoso incompresible se rige por la ley de Darcy. La velocidad del fluido es proporcional al gradiente de la presión e inversamente proporcional a la viscosidad dinámica del fluido, a través de un parámetro característico denominado permeabilidad, que se puede medir, por ejemplo, según la norma francesa NF X 45-101 de diciembre de 1996.
La mayoría de las veces, el soporte poroso 2 está realizado en un material inorgánico no metálico. Preferentemente, el soporte poroso 2 está constituido por una cerámica, seleccionada de entre los óxidos, los nitruros, los carburos u otros materiales cerámicos y sus mezclas, y, en particular, de entre el óxido de titanio, la alúmina, el zirconio, y sus mezclas, el nitruro de titanio, el nitruro de aluminio, el nitruro de boro, y el carburo de silicio eventualmente en mezcla con otro material cerámico. Se debe observar que el soporte poroso puede estar realizado también en un material orgánico o inorgánico puramente metálico. Por ejemplo, el soporte poroso está realizado en un metal puro como el aluminio, el zinc, el cobre, el titanio o en forma de una aleación de varios de estos metales o de aceros inoxidables. Por ejemplo, el soporte poroso 2 presenta un diámetro medio de poros que pertenece al intervalo que va de 1 |im a 100 |im.
El soporte poroso 2 comprende interiormente por lo menos un canal 3 formado por unos espacios vacíos para la circulación del medio fluido. Este canal 3 corresponde a unas zonas del soporte poroso que no comprenden ninguna materia porosa. Este canal 3 está dispuesto en el interior del soporte poroso 2 de manera que este soporte poroso esté delimitado exteriormente por una pared exterior 21 continua entre una entrada 4 para el medio fluido situada por un lado del soporte poroso, y una salida 5 para el retentado situada por el otro lado del soporte poroso. Así, cada canal 3 está separado de la pared exterior 21 del soporte poroso, con la ayuda del material poroso que asegura la evacuación del filtrado que desemboca por la pared exterior 21, para ser recuperado en el espacio periférico 6 del soporte poroso con el fin de ser evacuado por cualquier sistema clásico de evacuación.
En los ejemplos de realización ilustrados en los dibujos, el soporte poroso 2 presenta la forma de un cilindro de sección circular. Evidentemente, la forma del soporte poroso 2 se da simplemente a título de ilustración, de manera que el soporte poroso 2 puede adoptar todas las formas posibles. En este ejemplo ilustrado, el soporte poroso 2 es un elemento alargado cuya entrada 4 para el medio fluido está situada en uno de sus extremos del soporte poroso, mientras que la salida 5 para el retentado está situada en el extremo opuesto del soporte poroso. Así, la estructura abierta formada por los espacios vacíos 3 dispuestos dentro del soporte poroso se comunica por un lado, con la entrada 4 del medio fluido a tratar y por el otro lado, con la salida 5 para el retentado.
Como se ilustrará en la continuación de la descripción, el medio fluido entra o sale respectivamente de la entrada 4 o de la salida 5 del soporte poroso, por una o varias aberturas separadas. En otras palabras, cada canal 3 para la circulación del medio fluido está dispuesto en el soporte poroso 2 para desembocar por un lado, en el lado de entrada del soporte poroso por una o varias aberturas que forman la entrada 4 y por otro lado, en el lado de salida del soporte poroso por una o varias aberturas que forman la salida 5.
La parte del soporte poroso 2 que delimita un canal 3 presenta una superficie recubierta por lo menos por una capa separadora 7, destinada a estar en contacto con el medio fluido a tratar, que circula en el interior del canal 3. Una parte del medio fluido atraviesa la capa separadora 7 y el soporte poroso 2, de manera que esta parte tratada del fluido, denominada filtrado o permeado, fluye por la pared exterior 21 del soporte poroso. El filtrado se recupera en el espacio periférico 6 del soporte poroso mediante cualquier medio apropiado.
La capa separadora de filtración 7 que recubre las paredes de cada canal 3 asegura la filtración del medio fluido a tratar. Las capas separadoras de filtración, por definición, deben tener un diámetro medio de poros inferior al del soporte poroso 2. Las capas separadoras delimitan la superficie del elemento de separación por flujo tangencial destinada a estar en contacto con el fluido a tratar y en la que circulará el fluido a tratar.
Un elemento de separación, por flujo tangencial, presenta generalmente una longitud de 1 metro a 1,5 metros. La sección de un elemento de separación por flujo tangencial presenta lo más frecuentemente una superficie de 0,8 cm2 a 14 cm2. Los grosores de las capas separadoras de filtración varían típicamente entre 1 y 100 |im de grosor. Evidentemente, para asegurar su función de separación y servir de capa activa, las capas separadoras presentan un diámetro medio de poros inferior al diámetro medio de poros del soporte. Lo más frecuentemente, el diámetro medio de poros de las capas separadoras de filtración es por lo menos inferior en un factor 3, y preferentemente, en por lo menos un factor 5 con respecto al del soporte.
Los conceptos de capas separadoras de microfiltración, ultrafiltración y nanofiltración son bien conocidos por el experto en la materia. Se admite generalmente que:
- las capas separadoras de microfiltración presentan un diámetro medio de poros comprendido entre 0,1 y 2 |im;
- las capas separadoras de ultrafiltración presentan un diámetro medio de poros comprendido entre 0,01 y 0,1 |im;
- las capas separadoras de nanofiltración presentan un diámetro medio de poros comprendido entre 0,5 y 10 nm.
Es posible que esta capa de micro o de ultrafiltración sea depositada directamente sobre el soporte poroso (es el caso de una capa de separación monocapa), o también sobre una capa intermedia de diámetro medio de poros menor, depositada a su vez directamente sobre el soporte poroso. La capa de separación puede, por ejemplo, ser a base de, o estar constituida exclusivamente por, uno o varios óxidos metálicos, carburo o nitruro u otras cerámicas. En particular, la capa de separación será a base de, o estará constituida exclusivamente por TO2, AhO3 y ZrO2, solos o en mezcla.
Según los ejemplos ilustrados en las figuras 1, 3, 4 y 5, el soporte poroso 2 comprende interiormente un canal 3 que desemboca a nivel de la entrada 4 y de la salida 5 del soporte poroso. Según el ejemplo ilustrado en la figura 4, el soporte poroso 2 comprende varios canales 3 y, en el ejemplo ilustrado, trece canales 3 de circulación para el medio fluido, que desembocan cada uno a nivel de la entrada 4 y de la salida 5 del soporte poroso.
En el caso en el que el soporte poroso comprenda varios canales, se puede prever disponer los canales 3 en el soporte poroso para crear, dentro del soporte poroso, por lo menos dos circuitos de circulación para el medio fluido, no interconectados entre sí, entre los lados de entrada y salida del soporte poroso. Según este ejemplo de realización, cada canal 3 se extiende desde la entrada hasta la salida del soporte poroso sin estar conectado a otro canal.
De acuerdo con una característica de la invención, se dispone en el soporte poroso por lo menos un espacio vacío 10 para favorecer la canalización del filtrado hasta el espacio periférico 6 del soporte poroso. Este espacio vacío 10 corresponde a una ausencia de material. Según una característica de la invención, la dimensión más pequeña de este espacio vacío 10 es de cinco a cincuenta veces superior al diámetro más grade de poro del material poroso del soporte, correspondiendo el mayor diámetro de poro al valor medido en micrómetros, no nulo, de la fracción volúmica ocupada por los poros más grandes, incluso si este valor corresponde a unos poros obtenidos a partir de agentes poroformes. Así, por ejemplo, si el diámetro más grande de los poros del soporte poroso es igual a 50 micrómetros, entonces la dimensión más pequeña de este espacio vacío está comprendida entre 0,25 mm y 2,5 mm.
Según otra característica de la invención, este espacio vacío 10 está rodeado total o parcialmente por una parte del material poroso constitutivo del soporte monobloque, considerando que esta parte del material poroso no está aplicada sobre el soporte poroso. Por otro lado, esta parte del material poroso rodea el espacio vacío 10 de manera que este último no desemboque en el canal 3 y no desemboque según los lados de entrada 4 y salida 5 del soporte. Así, se debe entender que una parte del material poroso constitutivo del soporte monobloque subsiste entre este espacio vacío 10 y el canal 3, pero también entre este espacio vacío 10 y los lados de entrada 4 y salida 5 del soporte. En otras palabras y como ya se ha explicado, la parte del material poroso que delimita este espacio vacío 10 forma, con el resto del material poroso del soporte, una sola pieza de un solo y mismo material, homogéneo y continuo en todo su conjunto, sin soldadura ni aportes exteriores. Así, existe una identidad y una continuidad de material y de textura porosa sobre la totalidad del soporte poroso monobloque que comprende el o los canales 3 y el o los espacios vacíos 10.
Evidentemente, este espacio vacío 10 está dispuesto para presentar un volumen y un posicionamiento con respecto al canal 3 para mantener una resistencia mecánica suficiente en el soporte poroso asegurando al mismo tiempo una función de drenaje del filtrado procedente de la capa separadora 7. En efecto, se debe entender que la parte del soporte poroso 2 situada entre el canal 3 y el espacio vacío 10 recoge el filtrado que acaba de atravesar la capa separadora 7. A la salida de esta parte del soporte poroso, el espacio vacío 10 recoge o drena el flujo de filtrado que se esparce en el espacio vacío 10. Debido a la ausencia de material en este espacio vacío, la pérdida de carga inducida por ese flujo es muy baja, incluso nula, y en cualquier caso muy inferior a la que habría tenido en presencia del material poroso. Por lo tanto, se puede considerar que la presión del filtrado a la salida de este espacio vacío 10 es poco diferente, incluso idéntica, a la presión a la entrada de este espacio vacío. De ello se deduce que el caudal del filtrado que sale de la pared exterior 21 del soporte poroso y procedente del espacio vacío es superior al caudal de filtrado que atraviesa la misma porción del soporte, pero provisto de material poroso.
Según una característica ventajosa de realización, por lo menos un espacio vacío 10 para la canalización del filtrado está dispuesto en el soporte poroso 2 para formar una cavidad que presenta un perfil del cual por lo menos una parte tiene una forma idéntica a la forma del perfil del canal 3 situada enfrente.
Según un primer modo de realización de un elemento de separación de acuerdo con la invención ilustrado en las figuras 1 y 2, el espacio vacío 10 para la canalización del filtrado está dispuesto en el soporte poroso estando rodeado completamente por una parte del material poroso constitutivo del soporte monobloque para formar un espacio vacío completamente cerrado que favorece la canalización del filtrado. Este espacio vacío 10 forma una cavidad cerrada o un orificio completamente incluido en el interior del soporte poroso. Así, como se ha explicado anteriormente, una parte del material poroso subsiste entre este espacio vacío cerrado 10 y los lados de entrada 4 y salida 5 del soporte, de manera que este espacio vacío cerrado 10 no desemboque según los lados de entrada 4 y salida 5 del soporte. Además, el espacio vacío cerrado 10 está dispuesto en el soporte poroso, entre el canal 3 y la pared exterior 21, dejando subsistir el material poroso entre el canal 3 y la pared exterior con el fin de no desembocar ni en el canal 3 ni en la pared exterior 21.
Según este ejemplo de realización, la parte del soporte poroso 2 situada entre el canal 3 y el espacio vacío cerrado 10 recupera un filtrado que acaba de atravesar la capa separadora 7. A la salida de esta parte del soporte poroso, el flujo de filtrado se esparce en el espacio vacío cerrado 10, sin pérdida de presión, como se ha explicado anteriormente. Después de su circulación en el espacio vacío cerrado 10, este flujo de filtrado atraviesa a continuación la parte del soporte poroso situada entre este espacio vacío cerrado 10 y la pared exterior 21, para salir a continuación de esta pared exterior del soporte poroso. El caudal del filtrado que sale de la pared exterior del soporte poroso y procedente del espacio vacío cerrado es superior al caudal de filtrado que habría atravesado la misma parte del soporte, pero provisto de material poroso. Este espacio vacío cerrado 10 favorece así la progresión del filtrado que procede de la capa separadora 7, canalizándolo a través del material poroso presente hasta la pared exterior 21, a través de la cual desemboca el filtrado.
Como aparece claramente en las figuras 1 y 2, la cavidad 10 presenta, en el sentido longitudinal del elemento tomado entre la entrada 4 y la salida 5, un perfil cóncavo idéntico a la forma cóncava del canal 3 situada enfrente (figura 1). Asimismo, en el sentido transversal tomado perpendicularmente al sentido longitudinal, la cavidad 10 presenta un perfil cóncavo idéntico a la forma cóncava del canal 3 situada enfrente.
Según un segundo modo de realización de un elemento de separación de acuerdo con la invención ilustrado en las figuras 3A, 3B, el espacio vacío 10 para la canalización del filtrado está dispuesto en el soporte poroso estando parcialmente rodeado por una parte del material poroso, para ser desembocante localmente y comunicar directamente con el espacio periférico 6 de recuperación del filtrado. Este espacio vacío desembocante 10, tal como un orifico ciego, recoge el filtrado que sale de la pared exterior 21 del soporte poroso. Se debe observar que la pared exterior 21 del soporte poroso corresponde a la pared del soporte poroso por la cual sale definitivamente el filtrado del soporte poroso. Así, esta pared exterior 21 del soporte poroso se extiende por lo tanto en el interior del espacio vacío desembocante 10, pero no comprende la pared del soporte poroso que delimita un espacio vacío cerrado 10, tal como se ilustra en la figura 1.
Como se ha explicado anteriormente, una parte del material poroso subsiste entre este espacio vacío desembocante 10 y los lados de entrada 4 y salida 5 del soporte poroso, de manera que el espacio vacío desembocante 10 no desemboque a lo largo de los lados de entrada 4 y salida 5 del soporte. Además, según este ejemplo, el espacio vacío desembocante 10 comprende una cavidad 101 dispuesta en relación de proximidad del canal 3 para drenar el filtrado que ha atravesado la capa separadora 7. Esta cavidad 101 está abierta por un paso 102, por ejemplo de sección circular, que desemboca localmente en la envuelta periférica 22 del soporte.
El paso 102 desemboca en la envuelta periférica 22 del soporte con una sección inferior a una sección de la cavidad 101. En otras palabras, la cavidad 101 presenta, según por lo menos una dirección, una sección superior a la sección del paso 102. Así, el paso 102 constituye un estrechamiento con respecto a la cavidad 101. La envuelta periférica 22 del soporte corresponde a la superficie inmaterial tangente a la pared exterior 21 del soporte poroso, a excepción de la parte de la pared exterior del soporte poroso que forma un espacio vacío desembocante 10 (u orificio ciego) cuya intersección de su contorno con la envuelta periférica 22 forma una línea cerrada. Así, en los ejemplos de realización ilustrados en las figuras 3 y 4, la envuelta periférica 22 corresponde al cilindro de la sección circular del soporte poroso que se extiende desde el lado de entrada 4 al lado de salida 5. Se debe observar que esta envuelta periférica 22 sigue el contorno del soporte poroso incluso si el soporte poroso no presenta una sección uniforme en su longitud o un escalón que se extienda de un lado al otro del soporte poroso. Así, por ejemplo, la envuelta periférica 22 sigue el contorno de un soporte poroso que presenta localmente, en una parte de su longitud, una disminución de su diámetro, o provisto de un carril abierto dispuesto en el soporte poroso de un lado al otro del soporte poroso.
La envuelta periférica 22 del soporte, y cada espacio vacío desembocante 10 presentan una línea de intersección de contorno cerrado de forma elíptica en el ejemplo ilustrado en la figura 3, y de forma rectangular en el ejemplo ilustrado en la figura 4. Por convención, el espacio periférico 6 está en la periferia del soporte poroso monobloque y corresponde al volumen situado en el exterior de la envuelta periférica 22.
Como aparece claramente en las figuras 3 y 3A, la cavidad 10 presenta en el sentido longitudinal del elemento tomado entre la entrada 4 y la salida 5, un perfil cóncavo idéntico a la forma cóncava del canal 3 situada enfrente (figura 3). Asimismo, en el sentido transversal tomado perpendicularmente al sentido longitudinal, la cavidad 10 presenta un perfil cóncavo idéntico a la forma cóncava del canal 3 situada enfrente (figura 3A).
Según el ejemplo de realización ilustrado en la figura 3, la parte del soporte poroso 2 situada entre el canal 3 y el espacio vacío desembocante 10 recupera el filtrado que acaba de atravesar la capa separadora 7. A la salida de esta parte del soporte poroso, el flujo de filtrado se esparce en el espacio vacío desembocante 10, y en particular en la cavidad 101 y en el paso 102, sin pérdida de presión, como se ha explicado anteriormente. Este flujo de filtrado sale así de la pared exterior 21 del soporte poroso para ser canalizado directamente, a través del espacio vacío desembocante, hasta el espacio periférico 6 del soporte poroso. El espacio vacío desembocante 10 drena así el filtrado procedente de la capa separadora 7, para conducirlo directamente hacia el espacio periférico 6 del soporte poroso, por su trayectoria en un medio desprovisto de material poroso. El caudal del filtrado que sale al espacio periférico 6 del soporte poroso y procedente del espacio vacío ciego 10 es superior al caudal de filtrado que habría atravesado la misma parte del soporte pero provisto de material poroso.
Evidentemente, un soporte poroso de acuerdo con la invención puede comprender uno o varios espacios vacíos, de formas idénticas o diferentes entre sí, que se desprende del primer modo de realización (espacios vacíos cerrados) y/o del segundo modo de realización (espacios vacíos desembocantes). Así, la multiplicación de los espacios vacíos 10 o de su volumen permite aumentar tanto el caudal del filtrado.
Dichos soportes monobloque que no se pueden realizar mediante las técnicas tradicionales de extrusión se pueden realizar, por ejemplo, mediante unas técnicas aditivas como las descritas, por ejemplo, en la solicitud de patente FR 3006606.
La figura 4 ilustra un ejemplo de realización de un elemento de separación realizado según el segundo modo de realización. Según este ejemplo de realización, el elemento de separación 1 comprende un soporte poroso 2 que presenta la forma de un cilindro de sección circular. El soporte poroso 2 tiene así una envuelta periférica 22 de forma cilíndrica de sección circular. En este soporte poroso 2, se disponen trece canales 3 para extenderse paralelamente unos a los otros y al eje longitudinal del soporte poroso. Cada canal 3 desemboca así en la entrada 4 y en la salida 5 del soporte poroso. Los canales 3 están dispuestos para dejar subsistir un volumen de material poroso suficiente para la disposición de espacios vacíos desembocantes 10 rodeados de material poroso con el fin de que estos espacios vacíos no desemboquen en ningún canal 3, ni a nivel de la entrada 4 ni de la salida 5 del soporte poroso. De acuerdo con el segundo modo de realización de la invención, los espacios vacíos desembocantes 10 están dispuestos localmente en el soporte poroso a partir de su envuelta periférica 22. Cada espacio vacío desembocante 10 comprende una cavidad 101 dispuesta cerca del canal 3 y que desemboca localmente en la envuelta periférica 22 del soporte por un paso 102 de sección inferior a una sección de la cavidad 101, como se ha explicado anteriormente.
Según una variante ventajosa de realización, los espacios vacíos desembocantes 10 están dispuestos localmente en el soporte poroso con el fin de no afectar a la resistencia mecánica del soporte poroso asegurando al mismo tiempo su función de facilitador de la canalización del filtrado al espacio periférico 6 del soporte poroso. Según una variante de realización, la pluralidad de los espacios vacíos desembocantes 10 para la canalización del filtrado están dispuestos localmente en el soporte poroso a partir de su envuelta periférica, estando distribuidos regularmente sobre dicha envuelta periférica 22, tal como se ilustra en el ejemplo de la figura 4. Según este ejemplo, los canales 3 están distribuidos en tres grupos simétricos desplazados en 120° y que comprenden cada uno una serie de canales (dos en el ejemplo) dispuestos según un radio partiendo de un canal central, prolongándose cada una de estas series de canales radiales por una serie de canales (dos en el ejemplo) dispuestos según un arco de círculo de mismo centro para el conjunto de estos canales. Según este ejemplo, en el soporte poroso están dispuestos unos espacios vacíos desembocantes 10 a partir de su envuelta periférica 22, en el volumen de material poroso presente entre los canales de un primer grupo y los canales radiales de un segundo grupo adyacente al primer grupo. Según este ejemplo ilustrado en los dibujos, unas series de cuatro espacios vacíos desembocantes 10 están distribuidas cada una según una generatriz del soporte poroso para permitir su realización entre los canales de un primer grupo y los canales radiales de un segundo grupo adyacente al primer grupo. Tal como se desprende claramente de las figuras 4A, 4B, 4C, 4D, los espacios vacíos desembocantes 10 están distribuidos regularmente sobre dicha envuelta periférica al mismo tiempo según la circunferencia y la longitud del soporte poroso.
Las figuras 5, 5A y 5B ilustran otra variante de un elemento de separación de acuerdo con la invención según el segundo modo de realización, según la cual por lo menos un espacio vacío 10 está dispuesto en el soporte poroso para formar una cavidad 101 con un perfil que rodea un canal 3. Según este ejemplo, el elemento de separación comprende dos cavidades 101 que rodean cada una el canal 3 y que desembocan a nivel de un carril dispuesto en la longitud del soporte poroso, localmente en la envuelta periférica 22 del soporte por un paso 102 de sección estrechada con respecto a la cavidad 101. Evidentemente, el número de canales 3 y de espacios vacíos 10, así como la disposición de los canales y la forma de los espacios vacíos, pueden ser diferentes de los ejemplos ilustrados. Dichos soportes monobloque que no se pueden realizar mediante las técnicas tradicionales de extrusión, se pueden realizar, por ejemplo, mediante unas técnicas aditivas como las descritas, por ejemplo, en la solicitud de patente FR 3006606, o por una mecanización localizada, como por fresado por ejemplo.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Elemento de separación para obtener una separación molecular y/o en partículas de un medio fluido a tratar en un filtrado y un retentado, comprendiendo dicho elemento de separación un soporte monobloque rígido poroso (2) realizado en un mismo material poroso, comprendiendo el soporte poroso (2), interiormente, por lo menos un canal (3) para la circulación del medio fluido, separado de la pared exterior (21) del soporte poroso, con la ayuda del material poroso y que desemboca por un lado (4) del soporte poroso, para la entrada del medio fluido a tratar y, por el otro lado (5) del soporte poroso, para la salida del retentado, delimitando el soporte poroso una envuelta periférica (22) más allá de la cual se extiende un espacio periférico (6) de recuperación del filtrado, estando dispuesto en el soporte poroso por lo menos un espacio vacío (10) para la canalización del filtrado, cuya dimensión más pequeña es de cinco a cincuenta veces superior al diámetro más grande de poros del material poroso del soporte, estando este espacio vacío (10) rodeado por una parte del material poroso constitutivo del soporte monobloque, no estando esta parte del material poroso aplicada sobre el soporte poroso rodeando el espacio vacío (10) de manera que este último no desemboque en el canal (3) y en los lados de entrada (4) y salida (5) del soporte, caracterizado por que por lo menos un espacio vacío (10) está dispuesto en el soporte poroso estando rodeado por una parte del material constitutivo del soporte monobloque (2), o bien completamente para formar una cavidad cerrada, o bien parcialmente para formar una cavidad (101) que desemboca localmente en la envuelta periférica (22) del soporte, por un paso (102), presentando la cavidad (101), según por lo menos una dirección, una sección superior a la sección del paso (102).
2. Elemento de separación según la reivindicación 1, caracterizado por que por lo menos un espacio vacío (10) para la canalización del filtrado está dispuesto en el soporte poroso (2) para formar una cavidad que presenta un perfil del cual por lo menos una parte tiene una forma idéntica a la forma del perfil del canal (3) situado enfrente.
3. Elemento de separación según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que por lo menos un espacio vacío (10) para la canalización del filtrado está dispuesto en el soporte poroso para formar una cavidad con un perfil que rodea un canal (3).
4. Elemento de separación según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que por lo menos una pluralidad de espacios vacíos (10) para la canalización del filtrado están dispuestos localmente en el soporte poroso a partir de su envuelta periférica (22), estando cada uno rodeado parcialmente por una parte del material poroso, para desembocar en la envuelta periférica (22) del soporte poroso y recuperar el filtrado para su canalización directa hasta el espacio periférico del soporte poroso.
5. Elemento de separación según la reivindicación 4, caracterizado por que la pluralidad de espacios vacíos (10) para la canalización del filtrado dispuestos localmente en el soporte poroso a partir de su envuelta periférica (22) están distribuidos regularmente sobre dicha envuelta periférica.
6. Elemento de separación según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el soporte poroso monobloque (2) está realizado mediante un método aditivo.
7. Elemento de separación según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que comprende por lo menos una capa separadora (7) para el medio fluido depositada continuamente sobre la superficie del canal en contacto con el medio fluido.
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