WO2003078037A1 - Dispositivo de filtración por membranas semipermeables - Google Patents

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WO2003078037A1
WO2003078037A1 PCT/ES2002/000398 ES0200398W WO03078037A1 WO 2003078037 A1 WO2003078037 A1 WO 2003078037A1 ES 0200398 W ES0200398 W ES 0200398W WO 03078037 A1 WO03078037 A1 WO 03078037A1
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tank
oscillating
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membrane
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Johannes Adrianus Thomassen
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Johannes Adrianus Thomassen
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/16—Rotary, reciprocated or vibrated modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/08—Prevention of membrane fouling or of concentration polarisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2321/00—Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
    • B01D2321/20—By influencing the flow
    • B01D2321/2083—By reversing the flow

Definitions

  • the new invention consists of a tangential flow filtration device in which the liquid to be filtered is subjected during its circulation by the device to the action of an oscillating displacement of the fluid mass by means of two diaphragms or oscillating cylinders, opposite and complementary, in order to increase the tangential speed of the liquid to be filtered locally on the membrane, causing greater turbulence and increasing the drag forces that move the concentrated suspension layer or polarized layer for evacuation of the device.
  • This oscillating movement is produced by two diaphragms or pistons arranged at the two ends of the filtration device and coordinated by a double acting hydraulic cylinder, so that they produce a high-intensity reciprocating displacement in the liquid to be filtered inside the device.
  • microfiltration allows the separation of liquids that have suspended substances with an approximate size of 2 microns to 0.1 microns.
  • reverse osmosis you can even perform the separation of ions or simple molecules.
  • microflltraclone and ultrafiltration is widespread in sectors as varied as the food industry to separate impurities, pharmaceutical industry as a process of obtaining concentrated proteins or heavy molecules in solution or in the process of purification of wastewater.
  • the filtration operation is generally carried out in a continuous process, in a tubular, cylindrical or similar tank that has a semipermeable membrane inside.
  • the tank has an inlet of liquid to be filtered at one end and at the other end an outlet of concentrated waste.
  • the membrane inside the tank has a conduit to the outside of filtered liquid or purified discharge.
  • the filter membrane is arranged along the flow of liquid to be filtered in the tank arranged so as to maximize the contact surface with the liquid to be filtered.
  • One such provision of optimum performance is that the membrane is spirally wound and with the internal flow in countercurrent.
  • a first technique consists in raising the flow that is pumped into the filtering device with the consequent energy consumption and oversizing of the filtering system.
  • a second technique consists in the use of tubular membranes that leave a small section of the liquid to be filtered. With the decrease of said step, the flow rate inside the tank with a moderate flow is increased, at the cost of increasing the pressure drop between the feed line and the concentrate outlet line.
  • the tangential velocities that demand the filtration process trigger said pressure drop, especially if the spiral wound membrane is arranged, exceeding the pressure difference between both sides of the membrane and therefore making the filtration process impossible.
  • the VSEP (Vibratory Shear Enhanced Process) system of the New Logic company is known, which increases the tangential speed of the liquid to be filtered within the flow by means of the rotation or oscillating movement of the membrane arranged on a support frame, which in addition of the speed of the fluid vein, we must add the increase in tangential or cross velocity caused by said oscillatory movement, promoting the displacement of the concentrated solute layer.
  • the semipermeable membrane filtration device object of the present registration allows the operation of filtration by tangential flow in a continuous process with membranes, for example spiral wound, tubular, ü, others, at low pressure and low flow. Said device also allows a considerable saving of energy since the tangential velocity of the liquid flow over the membrane is carried out independently of the installation through which the liquid to be filtered circulates.
  • the principle on which the new invention is based is to produce an increase in the tangential velocity of a fluid inside the filter vessel by means of the sudden displacement of the mass contained between two complementary membranes and synchronized movement.
  • the tangential velocity inside the tank comprising the microfiltration device depends on the incoming flow through the feed line and the passage section therein.
  • the tangential velocity depends on an element attached and independent to said conditions.
  • the tank in which the filtration is carried out and which, in general, is of an elongated constitution has oscillating diaphragms housed in two chambers housed in two chambers intercalated in the flow of liquid to be filtered and whose oscillating movement intermittently causes an increase forced the punctual speed of said mass of liquid.
  • This point increase is greater than the speed necessary for the drag forces to move the layer of solute or concentrated residue in the filtration membrane, achieving the desired effect of translation of said layer towards the discharge conduit of concentrated residue.
  • the device generally consists of a conventional filter tank, cylindrical shape, tubular or other, with inlet pipes of liquid to be filtered and concentrated residue outlet, arranged at both ends of the tank or its vicinity.
  • Inside the tank is the spirally wound and longitudinally arranged filter membrane, either parallel flow or countercurrent flow with its corresponding evacuation line of filtered liquid.
  • an oscillating element of liquid displacement Respectively interspersed in the inlet connections of the liquid to be filtered and in the outlet of the concentrated residue is an oscillating element of liquid displacement.
  • These oscillating displacement elements are constituted by a body with two chambers separated by a membrane. A main chamber in which the circulating flow is located and a pressure prechamber connected to an oscillating hydraulic system.
  • both oscillating elements comprise two diaphragms or displaceable pistons and are coordinated so that their displacement is synchronized in amplitude and in phase. That is, when one diaphragm produces a compression within the oscillating element the other diaphragm creates a depression in the other oscillating element.
  • the oscillating movement of both diaphragms causes a displacement of fluid inside the tank, since a large amount of liquid enters through one conduction while the same amount of liquid flows through the other conduction.
  • the entry and exit of fluid from both ends of the tank causes a sudden displacement of the mass of liquid contained inside it towards the discharge duct of concentrated waste.
  • the increase in pressure produced on one side of the tank it is canceled by depression at the other end, obtaining a pure displacement of the liquid mass inside, with an appreciable increase in pressure.
  • the displacement wave In a first phase the displacement wave is positive in the direction of the fluid fluid vein between the liquid inlet to be filtered and the concentrated residue outlet (see figure 3). Since the displacement is very sudden (a) a high tangential velocity of the liquid is induced on the surface of the filtration membrane.
  • the diaphragms move in reverse, causing a displacement (a) contrary to the fluid vein, creating the same effect on the surface of the membrane, avoiding the turbulence that the residue is deposited.
  • the result is a net translation of the tank contents to the outlet.
  • the tangential velocity of the liquid to be filtered on the membrane does not depend on the flow of liquid that enters through the inlet conduit, but on the mass displacement generated by the two oscillating diaphragms.
  • the fluid circulation pump to be filtered is sized with respect to the hydraulic conditions of the fluid vein, that is, flow rate, viscosity, density and pumping pressure reducing the incidence of pressure losses in the installation and not according to the particular filtration conditions such as tangential filtration speed, pressure drop between feed inlet and outlet of concentrated waste, maintenance of the pressure differential in the membrane and others.
  • the result obtained is a device where the process is carried out in the range from microfiltration to reverse osmosis with the necessary conditions, regardless of the conditions of the liquid flow to be filtered and thus avoiding conditioning the entire installation where said filtration device is located due to internal operating conditions, except those variables that are constitution parameters.
  • both diaphragms are connected with a double-acting oscillating hydraulic mechanism.
  • This mechanism comprises a pressure vessel with a central plunger that divides it into two chambers. This plunger is driven by a motor and a linear displacement gear. The piston in its path causes the output of the hydraulic fluid in one chamber and simultaneously the pressure fluid in the other chamber.
  • Each of the chambers of the hydraulic mechanism is connected to one of the pressure prechambers of the oscillating elements by means of pipes, exerting their effect on the two remote diaphragms, filling or emptying said pressure prechamber for the movement of the diaphragm.
  • the conditions of frequency of rotation of the motor, or of the group of reduction gears, and mass displaced by the piston in the hydraulic mechanism are the determinants of the drag conditions of the layer of residue deposited on the filter membrane.
  • the filtration device is also applicable analogously to ultrafiltration, nanofiltration and reverse osmosis. In all these processes the flow rate is critical to achieve the removal of the polarization layer and the crust by accumulation of minerals deposited on the membrane and its value has to be separated from the internal pressure in the filter tank. In these cases the newly created device solves the problem of the polarization layer and the crust by mineral accumulation effectively, being applicable without problems. This is due to the fact that the speed necessary to cause the polarization layer to drag and crust due to mineral accumulation is independent of the general flow conditions of the liquid.
  • the device of new invention determines said speed with absolute independence.
  • the diaphragm can be incorporated inside the filtration tank itself. If said tank is sufficiently elongated, the compression chamber can be formed at said end by installing the oscillating diaphragm therein and directly displacing the mass of liquid contained.
  • the diaphragm can be replaced by a longitudinally movable piston within a hydraulic cylinder disposed at each end of the filtration tank, its choice depending mainly on the specifications for which the device is sized.
  • this descriptive report is accompanied by a set of figures, in an illustrative and non-limiting way, where the details are represented more significant of the invention.
  • Figure 1. Shows a scheme of operation of the device of the new invention in the positive phase.
  • Figure 2. Shows a scheme of operation of the device of the new invention in the negative phase.
  • Figure 3. Shows a detail of the layer of concentrated residue on the membrane during the positive phase.
  • Figure 4. Shows a detail of the layer of concentrated residue on the membrane during the negative phase.
  • Figure 5. Shows a diagram of the continuous process combining the positive and negative phases represented in Figures 3 and 4.
  • Figure 6. Shows a scheme of an alternative embodiment of the device.
  • Figure 7 Shows a scheme of an alternative embodiment of the device.
  • Figure 8.- Shows a perspective view of the new embodiment device.
  • a preferred but non-limiting embodiment of the invention can be observed therein, which consists of a tank (1) or cylindrical or tubular housing presenting at its ends a feed line (3) and a waste extraction line (4) respectively.
  • a microfiltration membrane (2) arranged along the fluid vein between both ducts (3 and 4), preferably tubular or spirally wound and presenting a conduit (5) of discharge of filtered liquid.
  • an adjacent and adjacent oscillating element (20) constituted by a compression prechamber (14) with an oscillating diaphragm (16), said element ( 20) interspersed with said liquid flow to be filtered with the diaphragm (16) parallel to it.
  • a second oscillating element (21) intercalated to the flow of filtered liquid constituted by an oscillating prechamber (15), said element (21) being interspersed with the diaphragm (17) parallel to the extraction flow.
  • the compression prechamber (14) and the compression prechamber (15) are related, respectively, by the corresponding pressure lines (11) with an alternative double chamber cylinder (10), driven by an external motor.
  • the invention is constituted by a tank (1) or cylindrical or tubular housing which has at its ends a feed line (3) and a waste extraction line (4) respectively.
  • a microfiltration membrane (2) arranged along the fluid vein between both ducts (3 and 4), preferably tubular or spirally wound and presenting a conduit (5) of discharge of filtered liquid.
  • an oscillating diaphragm (6) that separates the inside of said tank (1) from a compression chamber (8).
  • a second oscillating diaphragm (7) that separates the inside of said tank (1) from an adjacent compression chamber (9).
  • Both compression chambers (8 and 9) are connected by respective pressure lines (11) with an alternative double chamber cylinder (10), driven by an external motor.
  • the invention is constituted by a tank (1) or cylindrical or tubular housing which has at its ends a feed line (3) and a waste extraction line (4) respectively.
  • a microfiltration membrane (2) arranged along the fluid vein between both ducts (3 and 4), preferably tubular or spirally wound and presenting a conduit (5) of discharge of filtered liquid.

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Abstract

Dispositivo de filtración por membranas semipermeables, del tipo constituido por un tanque alargado que presenta en su seno una membrana de filtración dispuesta longitudinalmente, de forma tubular o enrollada en espiral, en el seno de una vena fluida entre la entrada de la conducción de alimentación y la salida de la conducción de extracción de residuo, caracterizada porque comprende dos elementos oscilantes intercalados en las conducciones de alimentación y salida de extracción de residuo respectivamente. Cada elemento oscilante presenta en su interior una precámara de compresión con un diafragma desplazable dispuesto paralelo al flujo de liquido, siendo ambos elementos operativamente aptos para someter al liquido contenido en el tanque a un movimiento oscilante repetitivo por inyección y extracción sucesiva y alternada de una masa de liquido de desplazamiento. Dicho movimiento del liquido tiene el fin de obtener en la superficie de la membrana una velocidad tangencial elevada del fluido y unas importantes fuerzas de arrastre sobre la capa de residuo concentrado y la costra por acumulación de minerales. Las fuerzas de arrastre someten a la capa de residuo concentrado sobre la membrana a una traslación paulatina hacia la conducción de extracción de residuo concentrado. Ambos diafragmas se mueven de forma oscilante y en fase mediante un cilindro de doble efecto unido por respectivas conducciones de presión a las precámaras de los elementos oscilantes.

Description

DISPOSITIVO DE FILTRACIÓN POR MEMBRANAS SEMIPERMEABLES:
MEMORIA DESCRIPTIVA. OBJETO DE LA INVENCIÓN. La presente solicitud de Patente de Invención. tiene por objeto el registro de un dispositivo de filtración por membranas semipermeables que incorpora notables innovaciones y ventajas frente a los actuales dispositivos de filtración de pequeño calibre tales como la microfiltración, nanofiltración, ultrafiltración y osmosis inversa.
Más concretamente la nueva invención consiste en un dispositivo de filtración de flujo tangencial en que el líquido a filtrar es sometido durante su circulación por el dispositivo a la acción de un desplazamiento oscilante de la masa fluida mediante dos diafragmas o cilindros oscilantes, opuestos y complementarios, a fin de aumentar la velocidad tangencial del líquido a filtrar localmente sobre la membrana, provocando una mayor turbulencia y acrecentando las fuerzas de arrastre que mueven la capa de suspensión concentrada o capa polarizada para su evacuación del dispositivo. Este movimiento oscilante se produce mediante dos diafragmas o émbolos dispuestos en los dos extremos del dispositivo de filtración y coordinadas por un cilindro hidráulico de doble efecto, de forma que producen un desplazamiento en vaivén de gran intensidad en el líquido a filtrar dentro del dispositivo.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN. En la industria suele ser habitual la necesidad de separar una sustancia en suspensión o disuelta en el seno de un líquido en sus dos componentes, la componente del líquido puro o de muy baja concentración y la componente o fase en la que se obtiene la sustancia en suspensión o disuelta en una concentración muy elevada o en estado prácticamente puro. Dicho proceso de filtración se diferencia principalmente por el tamaño de la partícula a filtrar. Entre los procesos de filtración existentes cabe distinguir la filtración de partículas o filtración gruesa y filtración fina, y la filtración de moléculas, tal como la microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y osmosis inversa.
Por ejemplo en aplicaciones industriales la microfiltración permite separar líquidos que presentan sustancias en suspensión de un tamaño aproximado de 2 mieras a 0,1 mieras. En el caso de la osmosis inversa incluso se puede realizar la separación de iones o moléculas simples. El uso de la microflltraclón y la ultrafiltración está muy extendido en sectores tan variados como la Industria alimenticia para separar impurezas, industria farmacéutica como proceso de obtención concentrada de proteínas o moléculas pesadas en disolución o en el proceso de depuración de aguas residuales.
La operación de filtración se lleva a cabo generalmente en un proceso continuo, en un tanque tubular, cilindrico o similar que presenta en su interior una membrana semipermeable. El tanque presenta una entrada de líquido a filtrar en un extremo y en el otro extremo una salida de residuo concentrado. A su vez, la membrana existente en el interior del tanque presenta un conducto al exterior de salida de líquido filtrado o descarga purificada. La membrana filtrante esta dispuesta a lo largo del flujo de líquido a filtrar en el tanque dispuesta de forma que maximice la superficie de contacto con el líquido a filtrar. Una de dichas disposiciones de óptimo rendimiento consiste en que la membrana esté enrollada en espiral y con el flujo interior en contracorriente. La filtración en el rango entre la microfiltración y la osmosis inversa requiere unas condiciones de trabajo determinadas y estrictas, entre ellas es necesario que entre ambos lados de la membrana exista una diferencia de presión de aproximadamente 1 bar o menor presión para la microfiltración y hasta 100 bar para la osmosis inversa. Durante dicho proceso las partículas en suspensión o disueltas se acumulan sobre la membrana taponando temporalmente los poros de la membrana con una fina capa de residuo concentrado. El efecto de esta fina capa de residuo adherida a la membrana se conoce como polarización de concentración. En una operación de proceso continuo la polarización de concentración y la costra por acumulación de minerales tiene que controlarse y mantenerse dentro de unos márgenes aceptables. Para ello es necesario retirar esta capa concentrada sobre la membrana o al menos controlar su espesor. Una operación que resulta efectiva es retirar la capa de partículas concentradas por barrido tangencial sobre la membrana. Ya que el flujo de líquido entre la entrada de alimentación del filtro y la salida de concentrado discurre tangencialmente sobre la membrana, si la velocidad de la vena líquida es suficientemente alta, las turbulencias crean unas fuerzas de arrastre en dicha superficie con capacidad para arrastrar la capa lentamente hacia la conducción de descarga de residuo concentrado.
Sin embargo, en un proceso de microfiltración la velocidad del flujo del líquido sobre la membrana tiene que ser elevada, aproximadamente de 4 a 7 metros / segundo. En caso de que la velocidad sea insuficiente la concentración de residuo sobre la membrana aumenta acrecentando el efecto de polarización de concentración, que dificulta el proceso de filtración por cobertura y taponamiento de la membrana. Para conseguir estas velocidades se procede por dos técnicas distintas. Una primera técnica consiste en elevar el caudal que se bombea dentro del dispositivo de filtrado con el consiguiente consumo energético y sobredimensionado de la instalación filtradora. Una segunda técnica consiste en el uso de membranas tubulares que dejan una pequeña sección de paso del líquido a filtrar. Con la disminución de dicho paso se incrementa la velocidad del flujo en el interior del tanque con un caudal moderado, a costa de aumentar la caída de presión entre la conducción de alimentación y la conducción de salida de concentrado. Las velocidades tangenciales que exigen el proceso de filtración disparan dicha caída a presión, sobre todo si se dispone la membrana enrollada en espiral, llegando a sobrepasar la diferencia de presión entre ambos lados de la membrana y por lo tanto imposibilitando el procesó de filtración. Es conocido el sistema VSEP (Vibratory Shear Enhanced Process) de la empresa New Logic que incrementa la velocidad tangencial del líquido a filtrar en el seno del flujo mediante la rotación o movimiento oscilante de la membrana dispuesta sobre un marco de sostén, con lo que además de la velocidad de la vena fluida hay que sumar el incremento de velocidad tangencial o cruzada que provoca dicho movimiento oscilatorio, promoviendo el desplazamiento de la capa de soluto concentrado.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN. El dispositivo de filtración por membranas semipermeables objeto del presente registro, permite realizar la operación de filtración por flujo tangencial en un proceso continuo con membranas, por ejemplo enrolladas en espiral, tubular, ü, otras, a baja presión y bajo caudal. Dicho dispositivo permite también un considerable ahorro de energía ya que la velocidad tangencial del flujo de líquido sobre la membrana se realiza independientemente de la instalación por donde circula el líquido a filtrar. El principio en que se basa la nueva invención consiste en producir un incremento de la velocidad tangencial de un fluido en el interior del recipiente de filtrado mediante el desplazamiento súbito de la masa contenida entre dos membranas complementarias y de movimiento sincronizado. De forma convencional la velocidad tangencial en el interior del tanque que comprende el dispositivo de microfiltrado depende del caudal entrante por la conducción de alimentación y la sección de paso en su interior. Con el mecanismo de nueva invención se consigue que la velocidad tangencial dependa de un elemento adjunto e independiente a dichas condiciones. Efectivamente, el tanque en que se procede al filtrado y que, de forma general es de constitución alargada, presenta en ambos extremos unos diafragmas oscilantes alojados en dos cámaras intercaladas en el flujo de líquido a filtrar y cuyo movimiento oscilante provoca de forma intermitente un aumento forzado de la velocidad puntual de dicha masa de líquido. Este aumento puntual es superior a la velocidad necesaria para que las fuerzas de arrastre muevan la capa de soluto o residuo concentrado en la membrana de filtración, consiguiéndose el efecto deseado de traslación de dicha capa hacia la conducción de descarga de residuo concentrado. De forma' general el dispositivo está constituido por un tanque de filtrado convencional, de forma cilindrica, tubular u otra, con las conducciones de entrada de líquido a filtrar y salida de residuo concentrado, dispuestas en ambos extremos del tanque o su proximidad. En el interior del tanque se encuentra la membrana filtrante enrollada en espiral y dispuesta longitudinalmente, tanto ya sea de flujo paralelo o de flujo contracorriente con su correspondiente conducción de evacuación de líquido filtrado. Respectivamente Intercaladas en las conexiones de entrada de líquido a filtrar y en la salida de residuo concentrado se encuentra un elemento oscilante de desplazamiento del líquido. Estos elementos oscilantes de desplazamiento están constituidos por un cuerpo con dos cámaras separadas por una membrana. Una cámara principal en la que se encuentra el flujo circulante y una precámara de presión conectada con un sistema hidráulico oscilante.
Efectivamente, ambos elementos oscilantes comprenden sendos diafragmas o émbolos desplazables y están coordinados de forma que su desplazamiento sea sincronizado en amplitud y en fase. Es decir, cuando un diafragma produce una compresión dentro del elemento oscilante el otro diafragma crea una depresión en el otro elemento oscilante. El movimiento oscilante de ambos diafragmas provoca un desplazamiento de fluido en el interior del tanque, ya que por una conducción entra una gran cantidad de líquido a la vez que por la otra conducción sale la misma cantidad de líquido. La entrada y salida de fluido por ambos extremos del tanque produce un desplazamiento súbito de la masa de líquido contenida en su interior hacia la conducción de descarga de residuo concentrado. El incremento de presión producido en un lado del tanque es anulado por la depresión en el otro extremo obteniéndose un desplazamiento puro de la masa líquida en el interior, sjn incremento de presión apreciable.
En una primera fase la onda de desplazamiento es positiva en la dirección de la vena fluida de líquido entre la entrada de líquido a filtrar y la salida de residuo concentrado (ver figura 3). Al ser el desplazamiento muy súbito (a) se induce en la superficie de la membrana de filtración una elevada velocidad tangencial del líquido.
Esta velocidad es lo suficientemente alta como para provocar corrientes turbulentas sobre la superficie de la membrana. Estas corrientes ejercen unas fuerzas de arrastre considerables sobre la capa (b) de partículas de residuo depositada en la superficie de la membrana, que es el objetivo buscado.
En la segunda fase (ver figura 4) los diafragmas se desplazan a la inversa, provocando un desplazamiento (a) contrario a la vena fluida, creando el mismo efecto sobre la superficie de la membrana, evitando las turbulencias que se deposite el residuo. Como por el interior del tanque de filtración circula el flujo continuo de líquido a filtrar el resultado es una traslación neta del contenido del tanque hacia la salida.
Estas oscilaciones de la masa de líquido (a) contenida del tanque se realizan reiteradamente (ver figura 5), de forma que en un movimiento intermitente el residuo (b) que se deposita sobre la membrana filtrante avanza desde la conducción de entrada de líquido a filtrar a la salida de residuo concentrado. Dicho desplazamiento no produce una acusada pérdida de carga por ser independiente de las condiciones generales de entrada y salida global de fluido al filtro.
Con la nueva invención la velocidad tangencial del líquido a filtrar sobre la membrana no depende del caudal de líquido que entra por la conducción de entrada, sino por el desplazamiento de masa que generan los dos diafragmas oscilantes.
Gracias a esta independencia, la bomba de circulación de fluido a filtrar se dimensiona respecto a las condiciones hidráulicas de la vena fluida, es decir, caudal de paso, viscosidad, densidad y presión de bombeo reduciendo la incidencia de las perdidas de carga en la instalación y no según las condiciones particulares de filtración tales como velocidad tangencial de filtración, caída de presión entre entrada de alimentación y salida de residuo concentrado, mantenimiento del diferencial de presión en la membrana y otros.
El resultado obtenido es un dispositivo donde el proceso se realiza en el rango desde la microfiltración a la osmosis inversa con las condiciones necesarias, independientemente de las condiciones del flujo de líquido a filtrar y evitando así condicionar toda la instalación donde se encuentra dicho dispositivo de filtración por las condiciones internas de funcionamiento, salvo aquellas variables que son parámetros de constitución.
Para mantener los diafragmas en movimiento sincronizado y en fase se conectan ambos diafragmas con un mecanismo hidráulico oscilante de doble efecto. Este mecanismo comprende un recipiente a presión con un embolo central que lo divide en dos cámaras. Este émbolo es movido por un motor y un engranaje de desplazamiento lineal. El émbolo en su recorrido provoca en una cámara la salida del líquido hidráulico y simultáneamente en la otra cámara la entrada del líquido de presión. Cada una de las cámaras del mecanismo hidráulico está conectada con una de las precámaras de presión de los elementos oscilantes mediante tuberías, ejerciendo su efecto en los dos diafragmas remotos, llenando o vaciando dicha precámara de presión para el movimiento del diafragma. Las condiciones de frecuencia de giro del motor, o del grupo de engranajes reductores, y masa desplazada por el émbolo en el mecanismo hidráulico son las determinantes de las condiciones de arrastre de la capa de residuo depositada sobre la membrana filtrante. El dispositivo de filtración también es aplicable de forma análoga a la ultrafiltración, la nanofiltración y a la osmosis inversa. En todos estos procesos la velocidad de flujo es crítica para conseguir la retirada de la capa de polarización y la costra por acumulación de minerales depositada sobre la membrana y su valor tiene que ser desligado de la presión interna en el tanque de filtrado. En estos casos el dispositivo de nueva creación soluciona el problema de la capa de polarización y la costra por acumulación de minerales de forma efectiva, siendo aplicable sin problemas. Esto se debe a que la velocidad necesaria para provocar el arrastre de la capa de polarización y la costra por acumulación de minerales es independiente de las condiciones de flujo general del líquido. El dispositivo de nueva invención determina dicha velocidad con absoluta independencia.
En una alternativa de realización el diafragma puede incorporarse en el interior del propio tanque de filtración. Si dicho tanque es lo suficientemente alargado se puede conformar la precámara de compresión en dicho extremo al instalar el diafragma oscilante en su interior y desplazando directamente la masa de líquido contenida.
En esta segunda alternativa de realización incluso el diafragma puede ser sustituido por un émbolo desplazable longitudinalmente en el seno de un cilindro hidráulico dispuesto en cada extremo del tanque de filtración, dependiendo su elección principalmente de las especificaciones para las que se dimensiona el dispositivo. Para completar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus características, se acompaña a la presente memoria descriptiva, de un juego de figuras, de forma ilustrativa y no limitativa, donde se representan los detalles más significativos de la invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DISEÑOS. Figura 1.- Muestra un esquema de funcionamiento del dispositivo de nueva invención en la fase positiva. Figura 2.- Muestra un esquema de funcionamiento del dispositivo de nueva invención en la fase negativa.
Figura 3.- Muestra un detalle de la capa de residuo concentrado sobre la membrana durante la fase positiva. Figura 4.- Muestra un detalle de la capa de residuo concentrado sobre la membrana durante la fase negativa.
Figura 5.- Muestra un esquema del proceso continuo combinando las fases positivas y negativas representadas en las figuras 3 y 4.
Figura 6.- Muestra un esquema de una alternativa de realización del dispositivo. Figura 7 - Muestra un esquema de una alternativa de realización del dispositivo.
Figura 8.- Muestra una vista en perspectiva del dispositivo de nueva realización.
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE.
A la vista de las comentadas figuras y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en las mismas una realización preferente aunque no limitativa de la invención, la cual consiste en un tanque (1) o carcasa cilindrica o tubular que presenta en sus extremos una conducción (3) de alimentación y una conducción (4) de extracción de residuo respectivamente. En el interior del tanque (1) se encuentra una membrana (2) de microfiltración dispuesta a lo largo de la vena fluida entre ambas conducciones (3 y 4), de forma tubular o enrollada de forma espiral preferentemente y presentando una conducción (5) de descarga de líquido filtrado. En una posición previa a la entrada de la conducción (3) de alimentación de líquido a filtrar existe adyacente y próxima un elemento oscilante (20) constituido por una precámara (14) de compresión con un diafragma (16) oscilante, estando dicho elemento (20) intercalado al citado flujo de líquido a filtrar con el diafragma (16) en posición paralela al mismo. A su vez, en una posición posterior a la conducción (4) de extracción de residuo existe, adyacente y próxima, un segundo elemento oscilante (21) intercalado al flujo de líquido filtrado, constituido por una precámara (15) oscilante, estando dicho elemento (21 ) intercalado al flujo de extracción con el diafragma (17) en posición paralela al mismo. La precámara (14) de compresión y la precámara (15) de compresión están relacionadas, respectivamente, mediante las correspondientes conducciones (11) de presión con un cilindro (10) alternativo de doble cámara, movido por un motor externo.
En una segunda alternativa de realización la invención está constituida por un tanque (1) o carcasa cilindrica o tubular que presenta en sus extremos una conducción (3) de alimentación y una conducción (4) de extracción de residuo respectivamente. En el interior del tanque (1) se encuentra una membrana (2) de microfiltración dispuesta a lo largo de la vena fluida entre ambas conducciones (3 y 4), de forma tubular o enrollada de forma espiral preferentemente y presentando una conducción (5) de descarga de líquido filtrado. En el extremo anterior del tanque (1), respecto a la vena de flujo, se encuentra un diafragma (6) oscilante que separa el interior de dicho tanque (1) de una cámara (8) de compresión. A su vez en el extremo opuesto del tanque (1) se encuentra un segundo diafragma (7) oscilante que separa el interior de dicho tanque (1) de una cámara (9) de compresión adyacente. Ambas cámaras (8 y 9) de compresión se encuentran unidas mediante respectivas conducciones (11 ) de presión con un cilindro (10) alternativo de doble cámara, movido por un motor externo.
En una tercera alternativa de realización la invención está constituida por un tanque (1) o carcasa cilindrica o tubular que presenta en sus extremos una conducción (3) de alimentación y una conducción (4) de extracción de residuo respectivamente. En el interior del tanque (1) se encuentra una membrana (2) de microfiltración dispuesta a lo largo de la vena fluida entre ambas conducciones (3 y 4), de forma tubular o enrollada de forma espiral preferentemente y presentando una conducción (5) de descarga de líquido filtrado. En el extremo anterior del tanque (1) se encuentra un cilindro hidráulico (18) adyacente y coaxial con dicho tanque (1), existiendo en el interior de dicho cilindro (18) un émbolo (12) desplazable, de separación con el interior del citado tanque (1). A su vez en el extremo opuesto del tanque (1) se encuentra un segundo cilindro hidráulico (19) adyacente y coaxial con dicho tanque (1), existiendo en el interior de dicho cilindro (19) un émbolo (13) desplazable, de separación con el interior del citado tanque (1). Los dos cilindros (18 y 19) hidráulicos están conectados mediante respectivas conducciones (11) de presión con un cilindro (10) alternativo de doble cámara, movido por un motor externo.

Claims

REIVINDICACIONES. 1.- DISPOSITIVO DE FILTRACIÓN POR MEMBRANAS SEMIPERMEABLES, del tipo constituido por un tanque (1) o carcasa cilindrica o tubular, preferentemente, que presenta en sus extremos una conducción (3) de alimentación y una conducción (4) de extracción de residuo respectivamente, existiendo en el interior del tanque (1) una membrana (2) de filtración dispuesta en el seno de la vena fluida entre ambas conducciones (3 y 4) y presentando a su vez una conducción (5) de descarga de líquido filtrado, caracterizado porque comprende un elemento oscilante (20) dispuesto intercalado en la conducción (3) de alimentación y próximo al tanque (1), existiendo en el interior de dicho elemento oscilante (20) una precámara (14) de compresión para el movimiento de un diafragma (16) oscilante paralelo al flujo circulante por dicha conducción (3); y porque comprende un elemento oscilante (21 ) dispuesto intercalado en la conducción (4) de extracción de líquido residuo y próximo al tanque (1), existiendo en el interior de dicho elemento oscilante (21) una precámara (15) de compresión para el movimiento de un diafragma (17) oscilante paralelo al flujo circulante por dicha conducción (4); y porque comprende un cilindro (10) alternativo de doble efecto, movido por un motor externo, relacionado mediante respectivas conducciones (11 ) hidráulicas de presión con cada una de la precámara (14) y poscámara (15) para el movimiento alternativo y en fase de ambos diafragmas (16 y 17), siendo ambos diafragmas (16 y 17) aptos para su vaivén alternativo y en fase, sometiendo al líquido contenido en el interior del tanque (1) a un desplazamiento súbito y de alta velocidad, de forma alternada y repetitiva mediante la introducción y extracción alternada de una masa de líquido simultáneamente y sin incremento de presión.
2.- DISPOSITIVO DE FILTRACIÓN POR MEMBRANAS SEMIPERMEABLES, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque en una alternativa de realización el tanque (1) comprende un diafragma (6) oscilante en su parte anterior respecto a la vena fluida entre las conducciones (3 y 4) y anterior a la membrana (2) de filtrado y un segundo diafragma (7) oscilante en su parte posterior respecto a la citada vena fluida y, a su vez, también posterior a la membrana (2) de filtrado, siendo ambos " 5 diafragmas (6 y 7) aptos para su vaivén alternativo y en fase, sometiendo al líquido contenido en el interior del tanque (1) a un desplazamiento súbito y de alta velocidad, de forma alternada y repetitiva; y porque el diafragma (6) está dispuesto intermedio entre el interior del tanque (1) y una cámara (8) de compresión operativamente apta para forzar su movimiento; y porque el segundo diafragma (7) está dispuesto
10 intermedio entre el interior del tanque (1 ) y una cámara de compresión (9) operativamente apta para forzar su movimiento; y porque comprende un cilindro (10) alternativo de doble efecto, movido por un motor externo, relacionado mediante respectivas conducciones (11) hidráulicas de presión con cada una de las cámaras (8 y 9) de compresión para el movimiento alternativo y en fase de ambos diafragmas (6 y
15 7).
3.- DISPOSITIVO DE FILTRACIÓN POR MEMBRANAS SEMIPERMEABLES, de conformidad con la reivindicación 1 y 2, caracterizado porque en una alternativa de realización comprende un cilindro hidráulico (18) dispuesto en el extremo anterior del tanque (1) de forma coaxial al mismo y junto a la conducción (3) de alimentación de
20 líquido a filtrar; y porque comprende un émbolo (12) desplazable longitudinalmente en el interior de dicho cilindro hidráulico (18), en sentido coaxial con la vena fluida entre las conducciones (3 y 4); y porque comprende un cilindro hidráulico (19) dispuesto en el extremo posterior del tanque (1), de forma coaxial y junto a la conducción (4) de extracción de residuo concentrado; y porque comprende un émbolo (13) desplazable
25 longitudinalmente en el interior de dicho cilindro hidráulico (19), en sentido coaxial con la vena fluida entre las conducciones (3 y 4); y porque comprende un cilindro (10) alternativo de doble efecto, movido por un motor externo, relacionado mediante respectivas conducciones (11) hidráulicas de presión con .cada uno de los cilindros hidráulicos (18 y 19) para el movimiento alternativo y en fase de ambos émbolos (12 y 13).
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