MX2007011869A - Fabricacion de membranas para desalacion y filtracion. - Google Patents

Abstract

Se describe una membrana enrollada en espiral la cual comprende una pelicula alargada de un material el cual permite al agua pasar a traves pero impide el paso de solidos o solidos disueltos. La pelicula se ha doblado en forma de zigzag para producir un apilado de capas (68.1, 68.2 etc) unidas entre si por pliegues (72, 74) inversos. Se proporciona un tubo (18) perforado, los extremos de la pelicula que forman en apilado se aseguran al tubo. El apilado se enrolla alrededor del tubo y existen separadores (58, 62) entre las capas (68.1, 68.2, etcetera). Los separadores mantienen a las capas separadas para formar pasajes (56, 60) de flujo de agua. Los pasajes (60) de flujo de agua alternados tienen los extremos de los mismos transversales a los pliegues (72, 74) sellados cerrados. Estos pasajes tambien estan cerrados por pliegues (74) inversos en los extremos radialmente exteriores da los mismos. A lo largo de sus bordes radialmente interiores de los mismos estos pasajes estan en comunicacion con las perforaciones (54) del tubo (20). Se proporcionan cintas (70) de refuerzo dentro de los pliegues (72, 74).

Description

FABRICACIÓN DE MEMBRANAS PARA DESALACIÓN Y FILTRACIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con la elaboración de membranas para desalación y filtración.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En muchas partes del mundo las únicas fuentes de agua potable son el agua de mar desalada y agua salada a la que se le ha retirado la sal. Otra fuente de agua la cual, hasta el momento, no se extrae principalmente son las aguas contaminadas que fluyen de las fábricas y que fluyen hacia las instalaciones de tratamiento de agua residual. Estas dos fuentes habitualmente, en su mayor parte, se tratan para llevar agua a lo que se denomina "calidad de río" y está agua después se permite que fluya en el río y por lo tanto no está disponible para reutilización. Existen varios métodos de desalación en uso y uno común utiliza un material semipermeable que permite que el agua pase a través pero retiene cualquier sólido y sólidos disueltos remanentes . La desalación habitualmente está precedida por una etapa de filtración para eliminar el gran volumen de los sólidos. Dichas desaladoras utilizan lo que se denominan "membranas". Cada membrana comprende un tubo de núcleo perforado y una pluralidad de hojas rectangulares las cuales se fijan y después se enrollan alrededor del tubo de núcleo. Cada hoja está cerrada a lo largo de tres bordes y abierta a lo largo del cuarto. Es a lo largo del cuarto borde que la hoja se asegura al tubo de núcleo. Se proporciona un separador dentro de cada hoja para evitar que se colapse. Los separadores también se proporcionan entre hojas. El agua que va a ser tratada fluye en los pasajes de retención de sólidos disueltos entre las hojas, permea a través del material de las hojas dentro de los pasajes de permeado dentro de las hojas y fluye desde los pasajes de permeado al interior del tubo. La salmuera fluye a lo largo de la membrana desde un extremo al otro, permaneciendo en los pasajes de retención y sale a través de la salida de salmuera. Los objetivos de la presente invención son proporcionar una membrana mejorada para la desalación y para filtración así como un método mejorado de fabricación de dicha membrana .

DESCRIPCION BREVE DE LA INVENCIÓN De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona una membrana enrollada en espiral la cual comprende una película alargada de un material el cual permite que pase agua a través, pero impide el paso de sólidos o sólidos disueltos y la cual se ha doblado en forma de zigzag para producir un apilado de capas unidas entre sí por pliegues inversos, un tubo perforado, los extremos de la película forman el apilado que se asegura al tubo, el apilado se enrolla alrededor del tubo, existen separadores entre las capas, los separadores mantienen las capas separadas para formar pasajes de flujo de agua, pasajes de flujo de agua alternados que tienen los extremos de los mismos transversales a los pliegues cerrados sellados, los pasajes alternados están cerrados por pliegues inversos en los extremos radialmente exteriores de los mismos y están en comunicación con las perforaciones del tubo en los extremos radialmente interiores de los mismos. La membrana de enrollado espiral puede incluir además cintas de refuerzo las cuales se extienden a través de la película coincidentes con los pliegues, cada cinta se extiende en ambos lados del pliegue respectivo. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención se proporciona un método para la elaboración de una membrana de enrollado espiral el cual comprende el pliegue en zigzag de una película alargada por lo que se produce un apilado de capas con pliegues inversos en la película entre capas, la película es de un material el cual permite que el agua pase a través de la misma pero impide el paso de sólidos o sólidos disueltos, insertar un separador en la separación entre cada capa superior del apilado formado y la capa la cual se va a colocar sobre la misma, los separadores se insertan de manera alternada desde lados opuestos del apilado, unir los extremos libres de las capas superior e inferior del apilado a un tubo perforado y enrollar el apilado alrededor del tubo. El método puede incluir la etapa adicional de aplicar adhesivo a lo largo de los bordes de la película de manera que las separaciones alternadas se cierran a lo largo de estos bordes del apilado los cuales son transversales a los pliegues . Para reforzar la película, se pueden adherir a la misma cintas, las cintas se extienden en la dirección de la anchura de la película y están separadas a intervalos los cuales son tales que, cuando se generan pliegues inversos en la película durante el plegado y apilado, son las partes de la película a las cuales se adhieren las cintas que tienen los pliegues formados en las mismas. El método puede comprende además realizar un movimiento reciprocante de una cabeza hacia atrás y hacia adelante en la dirección de la longitud de la película y alimentar la película desde la cabeza para tender capas sucesivas. Para facilitar el tendido de las capas, el método puede incluir la etapa de hacer avanzar las barras desde bordes opuestos de la película para superponer aquella capa la cual en ese momento es la capa más superior, desplazando la cabeza en la dirección inversa para jalar la película contra las barras las cuales se han hecho avanzar. Dichas barras preferiblemente están en forma de rodillos giratorios.

DESCRIPCION BREVE DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista diagramática de una unidad de desalación de agua de osmosis inversa que incluye una cubierta cilindrica; la figura 2 es una sección diametral longitudinal a través de la unidad de la figura 1 y que muestra algunos de los componentes separados para facilidad de ilustración; la figura 3 es una vista diagramática "despiezada" a mayor escala y también en sección de la unidad de la figura 1; la figura 4 es una vista "despiezada" diagramática de los componentes los cuales forman un cierre de extremo; la figura 5 es una sección que ilustra un cierre de extremo ensamblado; la figura 6 ilustra la construcción de la membrana de la unidad de desalación por osmosis inversa de la figura 1; la figura 7 ilustra diagramáticamente un método de fabricación de una membrana enrollada en espiral; y la figura 8 ilustra adicionalmente la fabricación de una membrana enrollada en espiral.

DESCRIPCION DETALLADA DE LOS DIBUJOS Con referencia en primer lugar a la figura 1, la unidad 10 de desalación por osmosis inversa que se ilustra comprende una cubierta 12 cilindrica y cierres 14 de extremo, únicamente uno de los cuales se puede observar en la figura 1. Dentro de la cubierta 12 (véanse las figura 2 y 3) existen tres membranas 16.1, 16.2 y 16.3 de osmosis inversa enrolladas espiralmente extremo a extremo. La construcción de las membranas se describirá con mayor detalle en lo siguiente. Para los propósitos de la descripción de las figuras 2 y 3 se hace notar que cada membrana 16.1, 16.2 y 16.3 comprende un tubo 18 de núcleo con hojas 20 de material semipermeable enrolladas a su alrededor. Corriente arriba de cada membrana 16 existe una placa 22 distribuidora de flujo. Las placas 22 se describen de manera más completa en la especificación WO 97/21630. Dos tubos 24 cortos conectan a los tres tubos 18 de núcleo extremo a extremo de manera que el agua que debe permear a través del material semipermeable de las hojas 20 puede fluir al extremo de salida del tubo de núcleo de la membrana 16.1. Un tapón 26 cierra ese extremo del tubo 18 de núcleo de la membrana 16.3 la cual está alejada del tubo 24 que conecta el tubo de núcleo de la membrana 16.3 al tubo de núcleo de la membrana 16.2. La cubierta 12 se produce sobre un mandril alargado (no mostrado) el cual está ahusado desde un extremo al otro, el ahusamiento tiene el propósito de facilitar la liberación de la cubierta 12 desde el mandril. Para facilitar más la liberación de la cubierta, el mandril puede ser de acero, el cual se ha cromado para producir una superficie lisa. Para fabricar la cubierta 12 se mezclan los dos componentes de una resina endurecible . La mezcla de resina debe ser tal que pueda ser rociada, pintada o aplicada de alguna otra manera a la superficie del mandril para formar una capa. Una vez endurecida, la resina debe tener cierta resiliencia de manera que puede estirarse en la dirección de la longitud de la cubierta y también debe tener memoria de modo que, después del estirado regrese a su longitud original . Se desenrollan cuerdas de fibra de vidrio desde uno o más carretes, se hacen pasar a través de un baño de resina y después a través de raspadores para eliminar el exceso de resina. El baño y los raspadores constituyen una cabeza de bobinado (no mostrada) . Los extremos libres de las cuerdas se presionan contra la capa de resina pegajosa en el mandril de manera que se adhieren. El mandril después se hace girar para jalar las cuerdas desde los carretes y simultáneamente enrollar la cabeza haciendo movimientos reciprocantes hacia atrás y hacia adelante a lo largo del mandril de manera que las cuerdas se colocan a toda la longitud del mandril. Una vez que parte del espesor de la cubierta se ha enrollado, utilizando las cuerdas recubiertas con resina se enrollan bobinas eléctricas (no mostradas) sobre la parte formada de la cubierta. El enrollado utilizando las cuerdas cubiertas con resina después continúa. Las bobinas eléctricas de esta manera quedan incrustadas en las paredes de la cubierta. La función de estas bobinas se describe en la especificación Wl 98/30501. Una vez que la cubierta tiene el espesor de pared necesario, se cubre externamente utilizando un recubrimiento de gel para obtener el acabado de superficie necesario. Los materiales adecuados para las cubiertas son: La capa interna (revestimiento) URCO/6414 A+B Cuerdas DR 2400tex Resina SP4578 Endurecedor SP4578-1. Se deslizan dos anillos 28, cada uno con varios rebordes 30 externos que se extienden circunferencialmente (véanse las figuras 4 y 5) , sobre cada extremo del mandril antes de que se inicie en enrollado. La capa resiliente se extiende desde un anillo al otro. Los anillos 28 se incrustan en los extremos de la cubierta 12 conforma se lleva a cabo en enrollado. Debido a los rebordes 30, los anillos 28 se inmovilizan con el material de refuerzo de fibra de vidrio de la cubierta y permanecen inmóviles con respecto a la misma. En las figuras 3 y 4 se muestran anillos 28 separados de la cubierta 12. La "huella" de cada anillo 28 se muestra dentro de la cubierta 12. Cada anillo 28 también tiene un surco 32 que se extiende circunferencialmente, interno (véase particularmente la figura 4 ) . Un anillo 34 de partes múltiples (que se muestra mejor en la figura 4) se acopla dentro de cada anillo 28. Cada anillo 34 comprende tres o cuatro partes arqueadas y los anillos 34 se ensamblan dentro de los anillos 28. Cada parte del anillo 34 tiene una nervadura externa que se extiende desde un extremo al otro. Las partes de nervadura cooperan con el anillo 34 que se ensambla para formar una nervadura 36 que se extiende circunferencialmente la cual se inmoviliza con el surco 32 del anillo 28. Un anillo 38 adicional se acopla dentro de cada anillo 34. El anillo 38 tiene orificios 40 que se extienden axialmente a través del mismo a intervalos alrededor de la circunferencia. Las tapas 42.1, 42.2 de extremo en forma de domo se aseguran por vastagos 44 a los anillos 38, los vastagos 44 pasan a través de las perforaciones 40 y se atornillan en las perforaciones 46 ciegas ahusadas (figuras 4 y 5) de las tapas 42.1 y 42.2 de extremo. La tapa 42.1 de extremo tiene dos tubos 48 y 50 que pasan a través de la misma y la otra tapa 42.2 del otro extremo tiene un tubo 52 único que pasa a través de la misma. El orden de ensamblado de los componentes del cierre de extremo que se muestra en las figuras 4 y 5 es como sigue. La tapa de extremo 42.2 se inserta en el extremo de la cubierta 12 y pasa a través del anillo 28 incrustado. El anillo 34 después se ensambla dentro del anillo 28 incrustado de manera que la nervadura 36 se inmoviliza con el surco 32 y retiene la tapa 42.2 de extremo. El anillo 38 después se inserta dentro del anillo 34 ensamblado y los vastagos 44 pasan a través del anillo 38 y se atornilla en los orificios 46 ahusados ciegos de la tapa 42.2 de extremo. El anillo 38 se expande al anillo 34 e impulsa a la nervadura 36 dentro del surco 32. El agua que se va a desalar entra, vía el tubo 48 y fluye dentro del espacio corriente arriba de la placa 22 izquierda, como se observa en la figura 2. El agua que surge de los pasajes de retención de sal de la membrana 16.1 fluye a través del centro de las placas 22 al interior de la membrana 16.2 y posteriormente a la membrana 16.3. La salmuera surge a través del tubo 52 y el agua permeada surge a través del tubo 50. El tubo 18 se muestra a una escala mayor en la figura 6 la cual también ilustra dos hojas 20 de la membrana.

Se muestran dos de una multitud de perforaciones, designadas con el número 54 en el tubo 18. Se comprenderá que las perforaciones 54 están en hileras a lo largo del tubo 18. Las hojas 20 son de un material semipermeable al cual permite que pase agua a través de las mismas pero que impide la transmisión de sólidos disuelto. Un separador en el pasaje 56 de retención de sólidos se le denomina con el número 58 y los separadores en los pasajes 60 de permeado se les designa con el número 62. La membrana mostrada en la figura 6 se fabrica como se ilustra en la figura 7. Una película 64 de material semipermeable es alimentada desde un carrete 66 y se mueve hacia atrás y hacia adelante (de izquierda a derecha, como se muestra en la figura 7) por una cabeza reciprocante (no mostrada) de manera que la película se apila en una configuración en zigzag por lo que conforma una pluralidad de capas designadas como 68, 68.1, 68.2, 68.3, etc., en la figura 7. Las cintas 70 se colocan a la película 64 antes de que se apilen. Antes de que cada capa 68 caiga sobre el apilado se inserta el separador 58 o 62 apropiado. Los separadores 58 insertados desde un lado son separadores para los pasajes 56 de retención de sólidos y los separadores 62 los cuales se alimentan desde el otro lado son separadores para los pasajes 60 de permeado los cuales tienen agua purificada en los mismos. Cada capa 68 se une a la capa 68 adyacente por un pliegue inverso o de "horquilla" . Los pliegues tienen los números 72 y 74. En separaciones predeterminadas, las cintas 70 de refuerzo transversales se aseguran a la película 64. Las cintas 70 se extienden a través de la película en la dirección de su anchura, es decir, en la dirección de la longitud del tubo 18. Las cintas 70 se observan mejor en la figura 6 y se colocan por una cabeza la cual se mueve en la dirección de la longitud del tubo 18. Se aplican líneas de adhesivo a ambas zonas de borde de la película 64 sobre aquellas caras de las capas las cuales se unen a los pasajes 60. De esta manera, cada pasaje 60 se cierra a lo largo de un borde por uno de los pliegues de lado izquierdo (designados con el número 74) en donde la película 64 se regresa sobre si misma en el borde del apilado y a lo largo de dos bordes adicionales por las líneas de adhesivo. Cada pasaje 60 está abierto a lo largo de su borde restante, es decir, a lo largo del borde el cual está orientado hacia el tubo 18. Los pasajes 56 los cuales reciben el agua que va a ser tratada están abiertos en tres lados y cerrados a lo largo de un lado por pliegues inversos alternados (designados con el número 72) en la película 64. El borde interior de la película 64 apilada se abre y los extremos delantero y trasero de la película se adhieren al tubo 18 a lo largo de dos líneas adyacentes. Un alto porcentaje de las perforaciones en el tubo 18 de está manera están en comunicación con los pasajes 60 del apilado. En este momento el apilado circunda al tubo 18 y las hojas 20 sobresalen radialmente hacia fuera. Una vez que los extremos delantero y trasero se aseguran de esta manera, la película apilada se enrolla alrededor del tubo 18 como se muestra por la flecha A para formar la membrana la cual después se desliza dentro de la cubierta 12. Como se observará claramente, las cintas 70 de refuerzo están en donde los pliegues 72, 74 inversos se forman en la película 64 e impiden la descarga de la membrana enrollada en los pliegues cuando se alimenta agua bajo presión a la cubierta 12. Para facilitar el plegado se proporcionan dos conjuntos de rodillos 76.11, etc., y 76.21, etc., y dos conjuntos de rodillos 78.11 etc., y 78.21, etc., (véanse las figuras 7 y 8) . Los rodillos 76.11, etc., y 76.21, etc., están en lados opuestos de la película 64 entre sí, como se muestra en la figura 8. Los rodillos 76.11, etc., están separados verticalmente entre sí como los rodillos 76.21, etc. Cada rodillo en el conjunto 76.11 etc., está alineado horizontalmente con un rodillo en el conjunto 76.21, etc. De igual manera, los rodillos 78.11, etc., y 78.21, etc., están en lados opuestos de la película 64. Los rodillos de los conjuntos de rodillo 78.11, etc., y 78.21, etc., también están separados verticalmente entre sí. Cuando se observan en elevación (figura 8) cada rodillo de cada conjunto 78.11, etc., y 78.21, etc., está en un nivel medio entre los rodillos adyacentes de los conjuntos 76.11, etc., 76.21, etc. Una vez que la capa 68.1 más inferior de la película está en su lugar, los rodillos 76.11 y 76.12 más interiores se desplazan hacia adentro para superponerse a las porciones de borde de la película 64. La cabeza la cual se mueve para tender las capas 68.1, etc., después se mueve a la derecha (como se observa en la figura 7) . La película 64 de esta manera es jalada alrededor de los rodillos 76.11, 72.21 avanzados . Una vez que la cabeza ha alcanzado el extremo de su desplazamiento a la derecha en la figura 7, pero antes de que invierta su dirección, se hacen avanzar a los rodillos 78.11 y 78.21 más inferiores. Ante la inversión de la cabeza, la película 64 se jala contra los rodillos 78.11 y 78.21. Se comprenderá que cada vez que la cabeza alcance el extremo de su desplazamiento en cualquier dirección, los siguientes rodillos de los conjuntos 76.11, etc., y 76.21, etc., de los siguientes rodillos de los conjuntos 78.11, etc., y 78.21, etc., se hacen avanzar. Esto asegura un tendido preciso de las capas. Se comprenderá que las líneas de adhesivo que cierran las zonas de borde de la película 64 se pueden aplicar hacia adentro de los rodillos de los conjuntos de rodillo, como se muestra por las líneas 80 en la figura 8.. Se pueden proporcionar cabezas de aplicación de adhesivo (no mostradas) entre el carrete 66 y el rodillo 82. De manera alternativa se pueden aplicar las líneas más cerca de los bordes de la película conforme se retiran los rodillos de los conjuntos de rodillo. Aunque se prefieren rodillos giratorios, es posible utilizar barras, preferiblemente barras de sección transversal circular contra las cuales se jala la película por la cabeza.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Membrana enrollada en espiral la cual comprende una película alargada de un material el cual permite que pase agua a través pero impide el paso de sólidos o sólidos disueltos y la cual se ha plegado en forma de zigzag para producir un apilado de capas unidas entre sí por pliegues inversos, un tubo perforado, los extremos de la película forman el apilado que se asegura al tubo, el apilado se enrolla alrededor del tubo, existen separadores entre las capas los separadores sujetan las capas separándolas para formar pasajes de flujo de agua, pasajes de flujo de agua alternados que tienen los extremos de los mismos transversales a los pliegues sellados cerrados, los pasajes alternados están cerrados por pliegues inversos en los extremos radialmente exteriores de los mismos y están en comunicación con las perforaciones del tubo en los extremos radialmente interiores de los mismos.

2. Membrana enrollada en espiral como se describe en la reivindicación 1 y que incluye además cintas de refuerzo las cuales se extienden a través de la película coincidentes con los pliegues inversos, cada cinta se extiende en ambos lados del pliegue respectivo.

3. Método de fabricación de membrana enrollada en espiral el cual comprende pliegues en zigzag de una película alargada por lo que se produce un apilado de capas con pliegues inversos en la película entre capas, la película es de un material el cual permite que pase agua a través pero que impide el paso de sólidos o sólidos disueltos, insertar un separador en la separación entre cada capa superior del apilado y la capa la cual es colocada sobre la misma, los separadores se insertan de manera alternada desde lados opuestos del apilado, unir los extremos libres de las capas superior e inferior del apilado a un tubo perforado y enrollar el apilado alrededor del tubo.

4. Método como se describe en la reivindicación 3, que incluye la etapa adicional de aplicar adhesivo a lo largo de los bordes de la película de manera que se cierran las separaciones alternadas a lo largo de esos bordes del apilado cuando son transversales a los pliegues.

5. Método como se describe en la reivindicación 3 ó 4, en donde, para reforzar la película, se adhieren cintas a la misma, las cintas se extienden en la dirección de la anchura de la película y están separadas a intervalos los cuales son tales que, cuando se generan pliegues inversos en la película durante el plegado y el apilado, son las partes de la película a las cuales se adhieren las cintas las que tienen los pliegues formadas en las mismas.

6. Método como se describe en la reivindicación 3, 4 ó 5 y que comprende reciprocar una cabeza hacia atrás y hacia adelante en la dirección de la longitud de la película y alimentar la película desde la cabeza para tender capas sucesivas .

7. Método como se describe en la reivindicación 6, que incluye la etapa de hacer avanzar barras desde bordes opuestos de la película para superponer la capa la cual en ese momento es la capa más superior y desplazar la cabeza en la dirección inversa para jalar la película contra las barras las cuales se han hecho avanzar.

8. Método como se describe en la reivindicación 7, en donde las barras están en forma de rodillos giratorios.