WO2017140927A1 - Set of hollow-fibre membranes and uses thereof - Google Patents

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WO2017140927A1
WO2017140927A1 PCT/ES2017/070039 ES2017070039W WO2017140927A1 WO 2017140927 A1 WO2017140927 A1 WO 2017140927A1 ES 2017070039 W ES2017070039 W ES 2017070039W WO 2017140927 A1 WO2017140927 A1 WO 2017140927A1
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hollow fiber
membrane
fiber membranes
module
mesh
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PCT/ES2017/070039
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French (fr)
Inventor
Mohamed Khayet Souhaimi
María del Carmen GARCÍA PAYO
Julio Antonio SANMARTINO RODRÍGUEZ
Juan Pablo POCOSTALES BUENAVIDA
Rocío RODRÍGUEZ AGUILERA
Abel Riaza Frutos
Francisco Javier BERNAOLA ECHEVARRÍA
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Abengoa Water, S.L.
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
    • B01D61/364Membrane distillation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D63/00Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02Hollow fibre modules
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124Water desalination
    • Y02A20/131Reverse-osmosis

Definitions

  • the present invention relates to a set of hollow fiber membranes entwined in a mesh and its application in the membrane distillation process for the treatment and / or desalination of fluids.
  • Membrane distillation (DM) for the treatment and / or desalination of water is a non-isothermal membrane process, whose driving force is the vapor pressure gradient across a membrane that must meet the following characteristics: i) porous with high porosity,
  • At least one side of the membrane must be in direct contact with the solution to be treated, it is at a higher temperature than the permeate.
  • DM differs from other membrane processes in that the membrane is not an active part in the separation and only serves as a support for a liquid / vapor infer. Due to its hydrophobicity, water in liquid phase or the solution to be treated cannot penetrate inside the pores, unless a hydrostatic pressure greater than the filling pressure of the pores that is determined by the angle is applied of contact of the solution with the membrane (degree of hydrophobicity), the surface tension of the liquid and the maximum pore size. As noted above, the driving force in this process is the difference in vapor pressure between both ends of the pores. To produce the distillation, therefore, a liquid / vapor infer is created at each pore end preventing the hydrostatic pressure from being greater than the filling pressure of the pores.
  • These DM systems can have one or more membrane modules using flat membranes or hollow fiber membranes. These modules can be flat, spiral or other configurations.
  • membrane distillation there are different configurations of membrane distillation, such as:
  • the linear arrangement of the hollow fiber membranes in a wrap has several limitations: temperature polarization occurs inside the hollow fiber membrane and presents machining difficulties, since the hollow fiber membranes arranged in a wrap when being rolled up to Insert them into the spiral-shaped module and slide in relation to the envelope.
  • EP20721 12 discloses a distillation system with one or more modules of hollow fiber membranes to obtain distillates from a concentrated liquid as food, arranged in series, in parallel, or in a combination of both options . It consists of a DMCD method, whereby the food (previously heated and pressurized) flows inside the module in which there are flow regulators that cause longer contact time of the food with the hollow fiber membranes and greater turbulence. Inside the hollow fiber membranes the distillate flows at a lower temperature.
  • this patent does not describe a set of hollow fiber membranes spirally wound around a condensation surface.
  • WO2003000389 describes a DM system with hollow fiber membranes that works in both DMCD and DMV.
  • This system stands out for being able to recover heat from the permeate vapor (extracted from the module and compressed externally), which is recirculated by an exchanger / condenser to heat the food before it enters the module.
  • this patent also does not describe a set of hollow fiber membranes spirally wound around a condensation surface.
  • the chamber through which the refrigerant fluid circulates does not comprise baffles that create turbulence in the refrigerant fluid to decrease the polarization by temperatures on the permeate side.
  • modules comprising hollow fiber membranes have another limitation due to their manufacturing process. These modules have hollow fiber membranes arranged in parallel and in a vertical position (parallel to the central axis of the spiral). Specifically, hollow fiber membranes are usually arranged spirally wound around the condensation surface. With this arrangement, it is difficult to introduce and remove the hollow fiber membranes, especially when the condensation surfaces have a certain stiffness, the placement and fixing of the hollow fiber membranes in the module being a challenge.
  • the present invention relates to a set of hollow fiber membranes entwined in a mesh for use in a membrane distillation module.
  • the present invention solves the problems due to the laminar regime without increasing the fluid pressure in the hollow fiber membranes. This is achieved by interlacing the hollow fiber membranes in a mesh, which generates some curvature in the hollow fiber membranes so that the turbulence of the flow is increased, decreasing the polarization phenomenon.
  • the assembly consisting of a mesh and hollow fiber membranes of the invention is easily removable from the distillation module, which facilitates the assembly of the hollow fiber membranes in the distillation module regardless of the stiffness of the condensation surfaces.
  • the mesh and hollow fiber membrane assembly is highly versatile and manageable, so it can be easily integrated into the spiral structure or other geometries that could be designed.
  • DMCD Direct Contact Membrane Distillation
  • DMCA Air Chamber Membrane Distillation
  • DMV Vauum Membrane Distillation
  • DMCL Distillation Distillation Membrane with Liquid Chamber
  • DMGB Mistillation Distillation by Scanning Gas
  • DMGBT distillation in Membrane by Thermostated Scanning Gas
  • set of hollow fiber membranes in the context of the invention is meant the set of hollow fiber membranes and a mesh, where the hollow fiber membranes are transversely intertwined in the warp of the mesh.
  • a first aspect of the present invention relates to a set of hollow fiber membranes supported on a mesh characterized in that the hollow fiber membranes are transversely interwoven between the warp of the mesh.
  • a second aspect of the present invention relates to a membrane module comprising the hollow fiber membrane assembly as described above.
  • a third aspect of the present invention relates to a system comprising at least one membrane module of the present invention.
  • a fourth aspect of the present invention relates to the use of a membrane distillation module as described above or a membrane distillation system as described above for the treatment and / or desalination of fluids.
  • FIG. 1 Shows a scheme of the mesh and interlacing of the hollow fiber membrane (FIG. 1A) and curvature diameter of the hollow fiber membrane MD (FIG. 1 B); U: warp; T: plot; F: hollow fiber membrane; d c : curvature diameter.
  • FIG. 2 Braided in the mesh of hollow fiber membranes and detail of the groups of three interwoven hollow fiber membranes.
  • FIG. 3 Longitudinal section of a module comprising the set of interwoven hollow fiber membranes of the invention.
  • FIG. 4 Cross section of a module comprising the set of intertwined hollow fiber membranes of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • a first aspect of the present invention relates to a set of hollow fiber membranes supported on a mesh characterized in that the hollow fiber membranes are transversely interwoven between the warp of the mesh (fig. 1A).
  • the hollow fiber membrane is a porous membrane in the form of a flexible hollow filament, so it is possible to interlace it in a plastic mesh or of some flexible material with a light greater than the outer diameter of the hollow fiber membrane.
  • the process of interlacing the hollow fiber membrane consists in crosslinking the hollow fiber membrane between the holes of the mesh, leaving or not empty spaces between each interbreeding.
  • This mesh must have an appropriate light size and stiffness so that the hollow fiber membrane can be intertwined without being damaged.
  • the mesh on which the hollow fiber membranes are intertwined performs several functions:
  • the mesh acts as a support for hollow fiber membranes. By interweaving the hollow fiber membranes, they can be packaged within the body of a membrane distillation module without sliding of the hollow fiber membranes with respect to a condensation surface.
  • packing density is understood as the effective membrane area that is available per membrane module volume, excluding the volume occupied by the cooling chamber.
  • the interlacing of the hollow fiber membranes has a curvature diameter (d c ) of about 2 cm to 5 cm and more preferably 2.5 cm to 3.5 cm (fig. . 1 B).
  • the mesh must be of a flexible material and it must be avoided that it has edges.
  • the mesh is made of plastic to avoid oxidation problems.
  • the materials composing the mesh are preferably selected from fiberglass or a plastic material selected from polyvinylchloride (PVC), polypropylene (PP) or polyethylene (PE).
  • the mesh has a light grid of between 1.5 mm and 8 mm and more preferably from 2 mm to 5 mm and a density of between 0.2 and 2 g / cm 3 and more preferably between 0.4 g / cm 3 and 1 g / cm 3 . More preferably, the mesh has a thickness between 0.1 mm and 0.5 mm, and even more preferably between 0.2 mm and 0.3 mm.
  • the distance between each warp is between 1 mm and 3 mm, more preferably between 1.5 mm and 2.5 mm; the distance between each frame is between 0.1 mm to 1 mm, more preferably between 0.3 mm and 0.8 mm; and a weight between 40 and 150 g / m 2 , more preferably between 60 g / m 2 and 100 g / m 2 .
  • the mesh has a tensile strength greater than 400N.
  • the hollow fiber membranes are composed of a porous hydrophobic material that It may or may not be combined with a layer of a hydrophilic material.
  • they are composed of at least one of the following materials selected from polytetrafluoroethylene (PTFE), vinylidene polyfluoride (PVDF), polypropylene (PP), polyvinylidene-co-hexafluoride polypropylene (PVDF-HFPP), fluorinated polyoxadiazoles (POD) , fluorinated polyoxatriazoles (POTF) or any combination thereof. More preferably they are composed of a material selected from polypropylene and vinylidene polyfluoride.
  • the hollow fiber membranes have a pore size range between 0.01 ⁇ -5 ⁇ , preferably between 0.01 ⁇ and 1 ⁇ , more preferably between 0.2 ⁇ -0.6 ⁇ and even more preferably between 0.3 ⁇ -0.4 ⁇ .
  • a second aspect of the present invention relates to a module comprising the hollow fiber membrane assembly of the present invention as described above.
  • the module in addition to the hollow fiber membrane assembly of the invention as described above that includes a mesh, comprises:
  • cooling chamber comprising at least two condensation surfaces.
  • module body consisting of a cooling jacket, in addition to covers and connections for refrigerant, food and permeate inlets and outlets.
  • the cooling chamber is a chamber through which the cooling fluid circulates, and comprising at least two condensing surfaces (preferably one on each side of the chamber).
  • the cooling chamber is fed by the cooling fluid inlet to the chamber and has a cooling fluid outlet.
  • the cooling chamber has the task of acting as a steam condensation surface in the air and vacuum chamber configurations.
  • its function is to cool the permeate inside the module and favor a higher temperature gradient in the process.
  • the cooling chamber must cool the entrainment gas inside the module equally.
  • the cooling jacket serves to cool the module, favoring the condensation of the permeate as well as being used as insulation of the module with the outside.
  • another objective is to recover heat from the assembly with these chambers, which can be used to preheat the food or the food itself can be used as a refrigerant.
  • the module construction process consists of the formation of a spiral, constituted by the cooling chamber, inside the membrane distillation module and inserting the mesh with hollow fiber membranes entwined in the spiral chamber of the cooling chamber, so that it is arranged in the form of a spiral wound together with the cooling chamber.
  • a cooling chamber with sufficient rigidity is available to remain vertically on its own spiral-shaped base.
  • the number of hollow fiber membranes in a module is of the order of several hundred, so the mesh is useful to facilitate packing, preventing the hollow fiber membranes from moving with respect to the cooling chamber that can have various geometries, For example, spiral.
  • the membrane module may have an external cooling jacket that allows thermostatizing and better isolating the module, also aiding in condensation and therefore can increase the water production rate. at the same time that heat can be recovered.
  • thermostatizing it is meant to keep the temperature constant within the module and by insulating, minimizing the energy transfer between the module and the exterior thereof.
  • the feed inlet temperature is between 10 ° C and 100 ° C, preferably between 40 ° C and 90 ° C, and more preferably between 60 ° C and 75 ° C.
  • the inlet temperature of the cooling streams is between -25 ° C to 80 ° C, and more preferably between 0 ° C and 50 ° C and more preferably between 10 ° C and 30 ° C.
  • the module comprises a food inlet, a food outlet, an inlet and an outlet of the permeate, a spiral-shaped central part composed of a refrigeration chamber having at least two condensation surfaces, and by at least one set of hollow fiber membranes and a mesh described in the present invention, an inlet and an outlet of the cooling fluid from the cooling chamber and, optionally a cooling jacket arranged surrounding the central part.
  • a cooling fluid circulates through the cooling jacket with an inlet and outlet.
  • Cooling fluid means any fluid used to exchange heat with the walls of the chamber / jacket that contains them.
  • the cooling fluid that circulates through the cooling chamber and the fluid that circulates through the cooling jacket can be the same fluid or different fluids.
  • the refrigerant fluid is the food before being heated. In this way the heat of the product obtained in the process is used to preheat the food.
  • the module will have a permeate outlet for DMCD, which can be air or gas inlet in DMCA, DMGB, DMGBT and permeate outlet in DMCL.
  • DMCD permeate outlet for DMCD
  • DMGB permeate output for DMCD
  • DMV permeate outlet in DMCL
  • the condensation surfaces are made of a thermal conductive material and compatible with the fluid to be treated as well as the fluid used as a refrigerant.
  • the thermal conductivity of the condensation surface must be as high as possible to favor the transmission of heat through the surface, increasing the condensation of steam on it and the recovery of that latent heat of condensation in the process itself.
  • the thermal conductivity of the condensation surface must be high in order to keep the permeate at a suitable temperature and prevent it from heating up in the module in the DMCD configuration and, on the other hand, increasing the condensate rate in the condensation surface DMCA and DMV settings.
  • the temperature of the gas must be kept as low as possible during its passage through the module.
  • the range of thermal conductivity values that can be used ranges between tens (eg Titanium, 21 W / mK) and hundreds (eg Copper, 385 W / mK). The optimal range is between 200-400 W / m K.
  • the materials for the construction of the condensation surface have a moderate-high corrosion resistance of effluents of high salinity, so that seawater or the food itself can be used as cooling fluids.
  • Examples of materials could range from metals such as copper, aluminum, tin or some type of alloy and, to a lesser extent, plastic materials (they have low conductivity but it is possible to find plastic materials with improved thermal conductivities) or even laminated graphite materials .
  • Other materials that can be used are aluminum-magnesium alloys (eg Magnealtok® 50 with a thermal conductivity of 116 W / mK).
  • the material for the condensation surface is preferably of easy forming and good weldability.
  • the thickness range of the condensation surfaces of the cooling chamber must be small enough so that the heat transfer is very good and so that it can be easily screwed in (form the spiral) but, at the same time, it must have a sufficient thickness to allow welding without damaging the material.
  • the range of thicknesses is 0.8 to 1 mm.
  • the material used for the manufacture of the spirally wound refrigeration chamber together with the hollow fiber membrane assembly of the present invention must be rigid enough so that it can be arranged, wound or machined in a spiral and that it keep vertically supported on the base of the spiral without it crumbling or touching the surfaces of it.
  • the elastic limit also called the yield limit or yield limit, which is the maximum tension to which a material can be subjected without permanent deformation, that is, when the load ceases the piece recovers Its initial form.
  • the condensation surface has a low elastic limit so that it is easily deformable
  • the range of elastic limit may vary between 5 and 150 N / mm 2 , for example annealed copper having a value of 9 N / mm 2 or an aluminum-magnesium alloy (5052) having an elastic limit of 90 can be used N / mm 2 It also has a Brinell Hardness with a maximum of 100 HB, for example for annealed copper it is 35 HB and for the 5052 aluminum-magnesium alloy it is 60 HB.
  • the condensation surface material is a plastic, graphite or metal material, more preferably the condensation surface is a metallic material, even more preferably copper or an aluminum-magnesium alloy.
  • the hollow fiber membranes next to the mesh, described in the present invention form a fabric that is preferably spirally arranged.
  • This fabric has to be found together with a spiral-wound flat cooling chamber.
  • the cooling chamber in turn can function as an internal heat exchanger by preheating the food before being introduced inside the hollow fiber membranes.
  • Inside the hollow fiber membranes circulates the food or solution to be purified, which is at a temperature higher than the condensation surface.
  • the condensation surface is made of a thermally conductive material, preferably metallic, for example copper plate. Water vapor and volatiles from the food solution are able to cross the membrane due to the difference in vapor pressure on both sides of the membrane.
  • the degree of rejection is 100% when the food is electrolytes and non-volatile electrolytes, for example NaCI or glucose, dissolved in water and does not comprise any other volatile element.
  • This vapor reaches the condensation surface by condensing in it as water of greater purity in the DMCA, DMGBT and DMV configurations.
  • this permeate ends up being collected at the bottom of the module.
  • DMV vacuum
  • the food is circulated inside the hollow fiber membranes and condense the permeate on a nearby cold surface if working in DMCA or maintaining the permeate (gas or liquid) in contact with hollow fiber membranes for DMCD, DMCL, DMGB and DMGBT.
  • the permeate is kept as cold as possible to increase the driving force of the DM process.
  • the pressure inside the membrane module can be lowered by means of a water tube or a vacuum pump connected to the permeate of the module giving rise to the DMV.
  • the cooling chamber is a thin hollow chamber of thickness (about 1 cm) formed by condensation surfaces, through which the coolant flows. In this way an increase in the temperature difference within the module can be achieved.
  • the cooling chamber Inside the refrigeration chamber there is a number of speakers that give it a mechanical resistance and, at the same time, a better distribution of the fluid inside.
  • the idea is to wind the cooling chamber on a central axis and a mesh with braided hollow fiber membranes to form a roll in a spiral configuration (fig. 4).
  • the module is equipped with an external cooling jacket to insulate the outside and help the condensation phenomenon of the steam produced.
  • the module can be placed vertically or inclined with a degree between 0 or 90 °, preferably between 45 ° and 60 ° on the horizontal, to facilitate the collection of permeate and to guarantee a tangential circulation of the food in contact with the entire membrane.
  • the module as described above can be presented in any configuration and preferably has a selected configuration of DMCD (Direct Contact Membrane Distillation), DMCA (Membrane Distillation by Chamber of Air), DMV (Vacuum Membrane Distillation), DMCL (Liquid Chamber Membrane Distillation), DMGB (Sweep Gas Membrane Distillation) and DMGBT (Thermostatic Swept Membrane Distillation).
  • a third aspect of the present invention relates to a membrane distillation system comprising at least one membrane module of the present invention. Several modules can be arranged in series or in parallel, increasing production. On the other hand, the performance can be increased by arranging several modules in series.
  • a fourth aspect of the present invention relates to the use of a membrane distillation module as described above or a membrane distillation system as described above for the treatment and / or desalination of fluids.
  • the food is a fluid that is to be treated and / or desalinated and that is formed by an aqueous solution containing any type of soluble or insoluble substance that it is desired to remove or decrease from the aqueous solution
  • the feed inlet temperature is between 10 ° C and 100 ° C, preferably between 40 ° C and 90 ° C, and more preferably between 60 ° C and 75 ° C.
  • the inlet temperature of the cooling streams is between -25 ° C to 80 ° C, and more preferably between 2 ° C and 50 ° C and more preferably between 5 ° C and 30 ° C.
  • membrane distillation module of the invention or of a system comprising at least one module may have the following applications:
  • azeotropic mixtures for example hydrochloric acid - water or formic acid - water.
  • the membrane distillation module comprises the set of hollow fiber membranes entwined in a mesh of the invention and a spirally wound cooling chamber and a body formed by a cooling jacket, 2 stainless steel caps and threads, and connections stainless steel for the exit and entrance of the refrigeration chamber, the cooling jacket, the permeate / condensate and the food.
  • ACCUREL® PP Q3 / 2 hollow fiber membranes were used under the DMCD, DMCA and DMV configurations. However, it could work in the same way with any other type of hollow fiber membranes.
  • the ACCUREL® PP Q3 / 2 hollow fiber membranes can be used for other configurations such as DMGB, DMGBT and DMCL.
  • the module comprises an inlet of the food (1), an outlet (V) of the food, an inlet (2) and an outlet (2 ') of the cooling fluid to the cooling chamber.
  • the central part of the module is composed of the spiral-shaped cooling chamber (2 ") (consisting of two condensing surfaces, 2"') and at least one set of hollow fiber membranes (3) interwoven in one mesh (5). This central part is surrounded by a cooling jacket (4) through which a cooling fluid circulates with an inlet and an outlet (4 ', 4 ", respectively).
  • the module covers have permeate outlet (6) for DMCD, DMCL or air or gas inlet in DMCA, DMGB, DMGBT and permeate inlet (6 ') for DMCD, permeate outlet for DMCA, DMGB, DMGBT, DMV (in DMCL must be closed.)
  • the internal diameter of the cooling jacket is 12.5 cm, with a jacket thickness of 1.25 cm, a spiral-shaped cooling chamber made of copper, annealed copper was placed inside the module because it is the one with the highest thermal conductivity, easily formed and good weldability, to form the cooling chamber.
  • the thickness of each copper plate is 0.8 mm, 30 cm high with an external and internal plate length that forms the walls of the cooling chamber, 71 , 3 cm and 61, 2 cm, respectively (external and internal development of the spiral l)
  • the cooling chamber is formed with three turns around its central axis and a thickness of the hollow cooling chamber of 0.7 cm (2 "in fig.
  • the technical specifications of the mesh are the following: grid (light): 4 x 4 mm; thickness: 0.2 mm; warp: 1, 7 mm; weft: 0.2 mm; weight: 82 g / m 2 ; density: 0.40 g / cm 3 ; and tensile strength (stiffness): ⁇ 400 N.
  • the number of hollow fiber membranes in the mesh is approximately 300.
  • the length of the mesh is 55 cm long and 30 cm high. If we take into account the length of the mesh, the density of the hollow fiber membranes is 5.45 hollow fiber membranes / cm.
  • the volume inside the spiral formed by the hollow of the cooling chamber (1 x 55 x 30) is 1650 cm 3 and the effective area of the hollow fiber membranes is 2600 cm 2
  • the packing density defined as the effective area of the membrane per volume of membrane module, excluding the volume occupied by the cooling chamber, is 1.58 cm 2 / cm 3 .
  • the most limiting value for the distillation process is the flow of food inside the hollow fiber membranes whose Re is in a clearly laminar regime whereby the effect by temperature polarization and concentration is important.
  • distillate flows of 3.7 LMH (lm “2 h “ 1 ) were obtained in the air chamber configuration and 7.7 LMH (lm “2 h “ 1 ) in the vacuum configuration using a vacuum pressure of 0.3 bar.
  • the thermal efficiency, ⁇ ⁇ has been defined as the ratio between the amount of heat transferred through the membrane and the heat actually used for the permeate flow obtained, that is:

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Abstract

The invention relates to a set of hollow-fibre membranes woven into a mesh, and to the application thereof in membrane distillation processes for the treatment and/or desalinisation of fluids.

Description

CONJUNTO DE MEMBRANAS DE FIBRA HUECA Y SUS APLICACIONES  FIBER HUECA MEMBRANE SET AND ITS APPLICATIONS
DESCRIPCIÓN La presente invención se refiere a un conjunto de membranas de fibra hueca entrelazadas en una malla y su aplicación en el proceso de destilación en membrana para el tratamiento y/o desalinización de fluidos. DESCRIPTION The present invention relates to a set of hollow fiber membranes entwined in a mesh and its application in the membrane distillation process for the treatment and / or desalination of fluids.
ESTADO DE LA TÉCNICA STATE OF THE TECHNIQUE
La destilación en membrana (DM) para el tratamiento y/o desalinización de aguas es un proceso no-isotérmico de membrana, cuya fuerza motriz es el gradiente de presión de vapor a través de una membrana que debe cumplir las siguientes características: i) porosa con elevada porosidad, Membrane distillation (DM) for the treatment and / or desalination of water is a non-isothermal membrane process, whose driving force is the vapor pressure gradient across a membrane that must meet the following characteristics: i) porous with high porosity,
ii) sus poros no deben "mojarse" por los líquidos empleados en el proceso, iii) no debe alterar el equilibrio líquido/vapor de los diferentes componentes de la disolución a tratar,  ii) its pores must not "get wet" by the liquids used in the process, iii) it must not alter the liquid / vapor balance of the different components of the solution to be treated,
iv) no debe producirse condensación capilar dentro de sus poros,  iv) capillary condensation should not occur inside your pores,
v) al menos un lado de la membrana debe estar en contacto directo con la disolución a tratar, ésta se encuentra a mayor temperatura que el permeado.  v) at least one side of the membrane must be in direct contact with the solution to be treated, it is at a higher temperature than the permeate.
La DM se distingue de otros procesos de membranas en que la membrana no es una parte activa en la separación y sirve únicamente como soporte de una inferíase líquido/vapor. Debido a su hidrofobicidad, el agua en fase líquida o la disolución que se va a tratar no puede penetrar en el interior de los poros, salvo que se aplique una presión hidrostática mayor a la presión de llenado de los poros que viene determinada por el ángulo de contacto de la disolución con la membrana (grado de hidrofobicidad), la tensión superficial del líquido y el tamaño de poro máximo. Como se ha señalado anteriormente, la fuerza motriz en este proceso es la diferencia de presión de vapor entre ambos extremos de los poros. Para producir la destilación, por tanto, se crea en cada extremo de poro una inferíase líquido/vapor evitando que la presión hidrostática sea mayor a la presión de llenado de los poros. DM differs from other membrane processes in that the membrane is not an active part in the separation and only serves as a support for a liquid / vapor infer. Due to its hydrophobicity, water in liquid phase or the solution to be treated cannot penetrate inside the pores, unless a hydrostatic pressure greater than the filling pressure of the pores that is determined by the angle is applied of contact of the solution with the membrane (degree of hydrophobicity), the surface tension of the liquid and the maximum pore size. As noted above, the driving force in this process is the difference in vapor pressure between both ends of the pores. To produce the distillation, therefore, a liquid / vapor infer is created at each pore end preventing the hydrostatic pressure from being greater than the filling pressure of the pores.
Estos sistemas de DM pueden disponer de uno o varios módulos de membrana empleando membranas planas o membranas de fibra hueca. Estos módulos pueden ser planos, en espiral u otras configuraciones. En la actualidad, existen diferentes configuraciones de destilación en membrana, como son: These DM systems can have one or more membrane modules using flat membranes or hollow fiber membranes. These modules can be flat, spiral or other configurations. Currently, there are different configurations of membrane distillation, such as:
- DMCD: Destilación en Membrana por Contacto Directo.  - DMCD: Membrane Distillation by Direct Contact.
- DMCA: Destilación en Membrana por Cámara de Aire.  - DMCA: Membrane Distillation by Air Chamber.
- DMV: Destilación en Membrana por Vacío. - DMV: Vacuum Membrane Distillation.
- DMCL: Destilación en Membrana con Cámara Líquida.  - DMCL: Distillation in Membrane with Liquid Chamber.
- DMGB: Destilación en Membrana por Gas de Barrido.  - DMGB: Membrane Distillation by Sweeping Gas.
- DMGBT: Destilación en Membrana por Gas de Barrido Termostatizado. En la solicitud US201 10198287 se describe un módulo en espiral con un hueco central para recoger el permeado producido. Este módulo puede trabajar tanto en DMCA como en DMCD así como servir como intercambiador de calor si en lugar de utilizar membranas de fibra hueca hidrófobas y porosas se utilizan en capilares densos. Las capas de membranas de fibra hueca son láminas planas, en las que las membranas de fibra hueca se disponen linealmente en una envoltura que se comporta como membrana de contacto, y se enrollan alrededor del tubo central al igual que los separadores para recoger el permeado. La disposición lineal de las membranas de fibra hueca en una envoltura tiene diversas limitaciones: se produce polarización por temperatura en el interior de la membrana de fibra hueca y presenta dificultades de mecanizado, pues las membranas de fibra hueca dispuestas en una envoltura al ser enrolladas para introducirlas en el módulo en forma de espiral se deslizan respecto a la envoltura.  - DMGBT: Membrane Distillation by Thermostatic Sweeping Gas. In US201 10198287 a spiral module with a central recess for collecting the permeate produced is described. This module can work in both DMCA and DMCD as well as serve as a heat exchanger if instead of using hydrophobic and porous hollow fiber membranes they are used in dense capillaries. The layers of hollow fiber membranes are flat sheets, in which the hollow fiber membranes are arranged linearly in an envelope that acts as a contact membrane, and are wrapped around the central tube as well as the spacers to collect the permeate. The linear arrangement of the hollow fiber membranes in a wrap has several limitations: temperature polarization occurs inside the hollow fiber membrane and presents machining difficulties, since the hollow fiber membranes arranged in a wrap when being rolled up to Insert them into the spiral-shaped module and slide in relation to the envelope.
Por otra parte, la patente EP20721 12 describe un sistema de destilación con uno o más módulos de membranas de fibra hueca para obtener destilados a partir de un líquido concentrado como alimento, dispuestos en serie, en paralelo, o bien en una combinación de ambas opciones. Consiste en un método de DMCD, mediante el cual el alimento (previamente calentado y presurizado) fluye por dentro del módulo en el que existen reguladores de caudal que provocan mayor tiempo de contacto del alimento con las membranas de fibra hueca y una mayor turbulencia. Por dentro de las membranas de fibra hueca fluye el destilado a una menor temperatura. Sin embargo esta patente no describe un conjunto de membranas de fibra hueca enrolladas en espiral alrededor de una superficie de condensación. La patente WO2003000389 describe un sistema de DM con membranas de fibra hueca que funciona tanto en DMCD como en DMV. Este sistema destaca por ser apto para la recuperación de calor del vapor de permeado (extraído del módulo y comprimido externamente), que se recircula por un intercambiador/condensador para calentar el alimento antes de su entrada al módulo. Sin embargo, esta patente tampoco describe un conjunto de membranas de fibra hueca enrolladas en espiral alrededor de una superficie de condensación. Además la cámara por la que circula el fluido refrigerante no comprende deflectores que crean turbulencias en el fluido refrigerante para disminuir la polarización por temperaturas en el lado del permeado. On the other hand, EP20721 12 discloses a distillation system with one or more modules of hollow fiber membranes to obtain distillates from a concentrated liquid as food, arranged in series, in parallel, or in a combination of both options . It consists of a DMCD method, whereby the food (previously heated and pressurized) flows inside the module in which there are flow regulators that cause longer contact time of the food with the hollow fiber membranes and greater turbulence. Inside the hollow fiber membranes the distillate flows at a lower temperature. However, this patent does not describe a set of hollow fiber membranes spirally wound around a condensation surface. WO2003000389 describes a DM system with hollow fiber membranes that works in both DMCD and DMV. This system stands out for being able to recover heat from the permeate vapor (extracted from the module and compressed externally), which is recirculated by an exchanger / condenser to heat the food before it enters the module. However, this patent also does not describe a set of hollow fiber membranes spirally wound around a condensation surface. In addition, the chamber through which the refrigerant fluid circulates does not comprise baffles that create turbulence in the refrigerant fluid to decrease the polarization by temperatures on the permeate side.
Una de las mayores limitaciones que se encuentra en el proceso de destilación en membrana es la presión de entrada del líquido en los poros de la membrana (LEP del inglés: liquid entry pressure), por lo que se hace necesario encontrar un diseño adecuado de módulo de membranas de fibra hueca que aumente la turbulencia, tanto del fluido a tratar como del fluido permeado, sin que la presión aumente y se pueda provocar el mojado de los poros. One of the major limitations found in the membrane distillation process is the inlet pressure of the liquid in the membrane pores (LEP), so it is necessary to find a suitable module design of hollow fiber membranes that increase turbulence, both the fluid to be treated and the permeate fluid, without increasing the pressure and causing the pores to get wet.
Adicionalmente, los módulos que comprenden membranas de fibra hueca presentan otra limitación debida a su proceso de fabricación. Estos módulos presentan en su interior las membranas de fibra hueca dispuestas en paralelo y en posición vertical (paralela al eje central de la espiral). Concretamente, las membranas de fibra hueca se suelen disponer enrolladas en espiral alrededor de la superficie de condensación. Con esta disposición, resulta difícil introducir y extraer las membranas de fibra hueca, especialmente cuando las superficies de condensación presentan cierta rigidez, siendo un reto la colocación y fijado de las membranas de fibra hueca en el módulo. Additionally, modules comprising hollow fiber membranes have another limitation due to their manufacturing process. These modules have hollow fiber membranes arranged in parallel and in a vertical position (parallel to the central axis of the spiral). Specifically, hollow fiber membranes are usually arranged spirally wound around the condensation surface. With this arrangement, it is difficult to introduce and remove the hollow fiber membranes, especially when the condensation surfaces have a certain stiffness, the placement and fixing of the hollow fiber membranes in the module being a challenge.
Por tanto, sería necesario el desarrollo y diseño de módulos de membranas de fibra hueca para sistemas de destilación por membrana capaces de producir un aumento de la turbulencia, sin aumentar la presión previniendo el mojado de los poros y la dificultad de la disposición, colocación y fijado del conjunto de membranas de fibra hueca en el módulo de membrana. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Therefore, it would be necessary to develop and design hollow fiber membrane modules for membrane distillation systems capable of increasing turbulence, without increasing the pressure preventing the wetting of the pores and the difficulty of the arrangement, placement and fixed of the hollow fiber membrane assembly in the membrane module. BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención se refiere a un conjunto de membranas de fibra hueca entrelazadas en una malla para su uso en un módulo de destilación en membrana. The present invention relates to a set of hollow fiber membranes entwined in a mesh for use in a membrane distillation module.
Una de las mayores limitaciones que se encuentra en el proceso de destilación en membranas de fibra hueca es la presión de entrada de líquido en los poros de la membrana (LEP). Si la presión del agua en contacto con la membrana de fibra hueca supera este valor se produciría el mojado de la misma y consecuentemente la inutilización de la membrana de fibra hueca. Dada la configuración del módulo, el pequeño diámetro de los capilares y el número de membranas de fibra hueca que pueden ser colocadas en una malla y en el interior del módulo, se origina una caída de presión que hace que el caudal de alimento por el interior de las membranas de fibra hueca circule en régimen laminar. Trabajar en régimen laminar supone una disminución en las prestaciones del módulo debido a los efectos negativos de la polarización por temperatura y por concentración. Estos fenómenos se originan debido a que con régimen laminar se generan capas límite de fluido adheridas a las superficies internas y externas de las membranas lo que origina un gradiente de temperaturas y/o concentración. Debido a la polarización por temperatura, las capas más próximas a la superficie de la membrana tendrá una temperatura muy similar a la de la superficie, por lo que la diferencia de temperaturas entre ambos lados de la membrana será menor produciéndose una disminución de la diferencia de presiones de vapor entre ambos lados de la membrana y por tanto una disminución de la producción. Debido a la polarización por concentración, en las capas más próximas a la superficie de la membrana de fibra hueca en contacto con el alimento van a tener una concentración máxima, que disminuye gradualmente con la distancia a la superficie. Este fenómeno también produce una disminución de la diferencia de presiones de vapor a ambos lados de la membrana. Estos fenómenos de polarización por temperatura y por concentración producen una clara disminución en la fuerza impulsora del proceso, obteniéndose menor flujo de permeado. One of the major limitations found in the process of distillation in hollow fiber membranes is the fluid inlet pressure in the membrane pores (LEP). If the pressure of the water in contact with the hollow fiber membrane exceeds this value, the wetting of the same would occur and consequently the use of the hollow fiber membrane would not be possible. Given the configuration of the module, the small diameter of the capillaries and the number of hollow fiber membranes that can be placed in a mesh and inside the module, a pressure drop that causes the flow of food through the interior of the hollow fiber membranes circulate in a laminar regime. Working in a laminar regime implies a decrease in module performance due to the negative effects of polarization by temperature and concentration. These phenomena originate due to the fact that, with a laminar regime, fluid boundary layers adhered to the internal and external surfaces of the membranes are generated, which causes a temperature and / or concentration gradient. Due to the polarization by temperature, the layers closest to the surface of the membrane will have a temperature very similar to that of the surface, so that the difference in temperatures between both sides of the membrane will be smaller resulting in a decrease in the difference of vapor pressures between both sides of the membrane and therefore a decrease in production. Due to the polarization by concentration, in the layers closest to the surface of the hollow fiber membrane in contact with the food they will have a maximum concentration, which gradually decreases with the distance to the surface. This phenomenon also produces a decrease in the difference in vapor pressures on both sides of the membrane. These phenomena of polarization by temperature and concentration produce a clear decrease in the driving force of the process, obtaining less permeate flow.
Aumentar la presión del fluido con objeto de vencer la caída de presión originada y aumentar el caudal, y por tanto el número de Reynolds, en el interior de las membranas de fibra hueca podría ocasionar el mojado de las mismas con lo que no es una opción aceptable para reducir la polarización por temperatura y/o concentración. Este problema es igualmente extrapolable en el exterior de las membranas de fibra hueca en la configuración de contacto directo, pues igualmente el LEP no puede superarse en ningún lado de la membrana de fibra hueca. La presente invención resuelve los problemas debidos al régimen laminar sin aumentar la presión del fluido en las membranas de fibra hueca. Esto se consigue mediante el entrelazado de las membranas de fibra hueca en una malla, lo que genera cierta curvatura en las membranas de fibra hueca de manera que se aumenta la turbulencia del flujo, disminuyendo el fenómeno de polarización. Increase the pressure of the fluid in order to overcome the pressure drop caused and increase the flow rate, and therefore the number of Reynolds, inside the hollow fiber membranes could cause them to be wetted with what is not an option acceptable to reduce temperature polarization and / or concentration. This problem is equally extrapolable on the outside of hollow fiber membranes in the direct contact configuration, as the LEP also cannot be overcome on any side of the hollow fiber membrane. The present invention solves the problems due to the laminar regime without increasing the fluid pressure in the hollow fiber membranes. This is achieved by interlacing the hollow fiber membranes in a mesh, which generates some curvature in the hollow fiber membranes so that the turbulence of the flow is increased, decreasing the polarization phenomenon.
Además el conjunto compuesto por una malla y membranas de fibra hueca de la invención es fácilmente extraíble del módulo de destilación, lo que facilita el montaje de las membranas de fibra hueca en el módulo de destilación independientemente de la rigidez de las superficies de condensación. El conjunto de malla y membranas de fibra hueca es altamente versátil y manejable con lo que puede integrarse fácilmente en la estructura en espiral u otro tipo de geometrías que pudieran diseñarse. In addition, the assembly consisting of a mesh and hollow fiber membranes of the invention is easily removable from the distillation module, which facilitates the assembly of the hollow fiber membranes in the distillation module regardless of the stiffness of the condensation surfaces. The mesh and hollow fiber membrane assembly is highly versatile and manageable, so it can be easily integrated into the spiral structure or other geometries that could be designed.
Este diseño permite la utilización de todas las configuraciones de destilación en membrana como por ejemplo DMCD (Destilación en Membrana por Contacto Directo), DMCA (Destilación en Membrana por Cámara de Aire), DMV (Destilación en Membrana por Vacío), DMCL (Destilación en Membrana con Cámara Liquida), DMGB (Destilación en Membrana por Gas de Barrido) y DMGBT (Destilación en Membrana por Gas de Barrido Termostatizado). Por "conjunto de membranas de fibra hueca" en el contexto de la invención se entiende el conjunto de membranas de fibra hueca y una malla, donde las membranas de fibra hueca están entrelazadas transversalmente en la urdimbre de la malla. This design allows the use of all membrane distillation configurations such as DMCD (Direct Contact Membrane Distillation), DMCA (Air Chamber Membrane Distillation), DMV (Vacuum Membrane Distillation), DMCL (Distillation Distillation Membrane with Liquid Chamber), DMGB (Membrane Distillation by Scanning Gas) and DMGBT (Distillation in Membrane by Thermostated Scanning Gas). By "set of hollow fiber membranes" in the context of the invention is meant the set of hollow fiber membranes and a mesh, where the hollow fiber membranes are transversely intertwined in the warp of the mesh.
Por tanto, un primer aspecto de la presente invención se refiere a un conjunto de membranas de fibra hueca soportadas en una malla caracterizado porque las membranas de fibra hueca se encuentran entrelazadas transversalmente entre la urdimbre de la malla. Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a un módulo de membrana que comprende el conjunto de membranas de fibra hueca tal y como se ha descrito anteriormente. Un tercer aspecto de la presente invención se refiere a un sistema que comprende al menos un módulo de membrana de la presente invención. Therefore, a first aspect of the present invention relates to a set of hollow fiber membranes supported on a mesh characterized in that the hollow fiber membranes are transversely interwoven between the warp of the mesh. A second aspect of the present invention relates to a membrane module comprising the hollow fiber membrane assembly as described above. A third aspect of the present invention relates to a system comprising at least one membrane module of the present invention.
Un cuarto aspecto de la presente invención se refiere al uso de un módulo de destilación en membrana tal y como se ha descrito anteriormente o de un sistema de destilación en membrana tal y como se ha descrito anteriormente para el tratamiento y/o desalinización de fluidos. A fourth aspect of the present invention relates to the use of a membrane distillation module as described above or a membrane distillation system as described above for the treatment and / or desalination of fluids.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y figuras se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Throughout the description and the claims the word "comprises" and its variants are not intended to exclude other technical characteristics, additives, components or steps. For those skilled in the art, other objects, advantages and features of the invention will be derived partly from the description and partly from the practice of the invention. The following examples and figures are provided by way of illustration, and are not intended to be limiting of the present invention. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. 1 Muestra un esquema de la malla y el entrelazado de la membrana de fibra hueca (FIG. 1A) y diámetro de curvatura de la membrana de fibra hueca MD (FIG. 1 B); U: urdimbre; T: trama; F: membrana de fibra hueca; dc: diámetro de curvatura. FIG. 1 Shows a scheme of the mesh and interlacing of the hollow fiber membrane (FIG. 1A) and curvature diameter of the hollow fiber membrane MD (FIG. 1 B); U: warp; T: plot; F: hollow fiber membrane; d c : curvature diameter.
FIG. 2 Trenzado en la malla de membranas de fibra hueca y detalle de los grupos de tres membranas de fibra hueca entrelazadas. FIG. 2 Braided in the mesh of hollow fiber membranes and detail of the groups of three interwoven hollow fiber membranes.
FIG. 3. Corte longitudinal de un módulo que comprende el conjunto de membranas de fibra hueca entrelazadas de la invención. FIG. 3. Longitudinal section of a module comprising the set of interwoven hollow fiber membranes of the invention.
FIG. 4. Corte transversal de un módulo que comprende el conjunto de membranas de fibra hueca entrelazadas de la invención. DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION FIG. 4. Cross section of a module comprising the set of intertwined hollow fiber membranes of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Por tanto, un primer aspecto de la presente invención se refiere a un conjunto de membranas de fibra hueca soportadas en una malla caracterizado porque las membranas de fibra hueca se encuentran entrelazadas transversalmente entre la urdimbre de la malla (fig. 1A). Therefore, a first aspect of the present invention relates to a set of hollow fiber membranes supported on a mesh characterized in that the hollow fiber membranes are transversely interwoven between the warp of the mesh (fig. 1A).
La membrana de fibra hueca es una membrana porosa en forma de filamento hueco flexible, por lo que es posible entrelazarla en una malla plástica o de algún material flexible con una luz superior al diámetro externo de la membrana de fibra hueca. El proceso del entrelazado de la membrana de fibra hueca consiste en entrecruzar la membrana de fibra hueca entre los agujeros de la malla dejando o no espacios vacíos entre cada entrecruzamiento. Esta malla debe disponer de un tamaño de luz y rigidez apropiado para que la membrana de fibra hueca pueda ser entrelazada sin que sea dañada. La malla sobre la cual se entrelazan las membranas de fibra hueca desempeña varias funciones: The hollow fiber membrane is a porous membrane in the form of a flexible hollow filament, so it is possible to interlace it in a plastic mesh or of some flexible material with a light greater than the outer diameter of the hollow fiber membrane. The process of interlacing the hollow fiber membrane consists in crosslinking the hollow fiber membrane between the holes of the mesh, leaving or not empty spaces between each interbreeding. This mesh must have an appropriate light size and stiffness so that the hollow fiber membrane can be intertwined without being damaged. The mesh on which the hollow fiber membranes are intertwined performs several functions:
a) Función mecánica: la malla actúa como soporte para las membranas de fibra hueca. Al entretejer las membranas de fibra hueca, éstas pueden ser empaquetadas dentro del cuerpo de un módulo de destilación en membrana sin deslizamientos de las membranas de fibra hueca con respecto a una superficie de condensación.  a) Mechanical function: the mesh acts as a support for hollow fiber membranes. By interweaving the hollow fiber membranes, they can be packaged within the body of a membrane distillation module without sliding of the hollow fiber membranes with respect to a condensation surface.
b) Aumento de la turbulencia de las disoluciones que circulan tanto por la parte exterior como en el interior de las membranas de fibra hueca. Al aumentar la turbulencia en las proximidades de la superficie de la membrana de fibra hueca disminuye la polarización por temperaturas y por concentraciones y por tanto aumenta el rendimiento. El consumo energético es menor y por consiguiente la tasa de producción de agua aumenta con respecto a la energía empleada. c) Aumento de la densidad de empaquetamiento de las membranas de fibra hueca. Al estar las membranas de fibra hueca entrelazadas aumenta la longitud de las mismas con respecto a una configuración de membranas de fibra hueca lineales. Al aumentar la longitud aumenta la superficie de membrana en el módulo y por tanto el área de evaporación, aumentando así la producción de agua.  b) Increase in the turbulence of the solutions that circulate both outside and inside the hollow fiber membranes. Increasing the turbulence in the vicinity of the surface of the hollow fiber membrane decreases the polarization by temperatures and concentrations and therefore increases the yield. Energy consumption is lower and therefore the rate of water production increases with respect to the energy used. c) Increase in the packing density of hollow fiber membranes. Being intertwined hollow fiber membranes increases their length with respect to a configuration of linear hollow fiber membranes. Increasing the length increases the membrane surface in the module and therefore the evaporation area, thus increasing water production.
d) Aumento del ritmo de condensación del permeado. Las membranas de fibra hueca al estar entretejidas, forman ondulaciones obteniéndose crestas y valles. En la cresta es donde será más fácil retirar el vapor que sale de los poros de la membrana porque es un punto saliente. En los valles que hacen las membranas de fibra hueca el permeado (vapor) sale en direcciones convergentes lo que provoca la unión de las gotas de vapor que aumentan su tamaño y favorece la condensación. d) Increase in the permeate condensation rate. The hollow fiber membranes being interwoven, form undulations obtaining ridges and valleys. The crest is where it will be easier to remove the vapor that comes out of the pores of the membrane because it is a protruding point. In the valleys that make the hollow fiber membranes the permeate (steam) leaves in convergent directions which causes the union of the vapor drops that increase their size and favors condensation.
En la presente invención se entiende por "densidad de empaquetamiento" al área de membrana efectiva que se dispone por volumen de módulo de membrana, excluyendo el volumen ocupado por la cámara de refrigeración. In the present invention, "packing density" is understood as the effective membrane area that is available per membrane module volume, excluding the volume occupied by the cooling chamber.
En otra realización preferida del primer aspecto de la presente invención el entrelazado de las membranas de fibra hueca tiene un diámetro de curvatura (dc) de 2 cm a 5 cm aproximadamente y más preferentemente de 2,5 cm a 3,5 cm (fig. 1 B). La malla debe ser de un material flexible y se debe evitar que posea aristas. En otra realización preferida del primer aspecto de la presente invención, la malla es de plástico para evitar problemas de oxidación. Los materiales que componen la malla se seleccionan preferentemente entre fibra de vidrio o un material plástico seleccionado de entre policloruro de vinilo (PVC), polipropileno (PP) o polietileno (PE). In another preferred embodiment of the first aspect of the present invention the interlacing of the hollow fiber membranes has a curvature diameter (d c ) of about 2 cm to 5 cm and more preferably 2.5 cm to 3.5 cm (fig. . 1 B). The mesh must be of a flexible material and it must be avoided that it has edges. In another preferred embodiment of the first aspect of the present invention, the mesh is made of plastic to avoid oxidation problems. The materials composing the mesh are preferably selected from fiberglass or a plastic material selected from polyvinylchloride (PVC), polypropylene (PP) or polyethylene (PE).
En otra realización preferida del primer aspecto de la presente invención la malla tiene una cuadrícula de luz de entre 1 ,5 mm y 8 mm y más preferentemente de 2 mm a 5 mm y una densidad de entre 0,2 y 2 g/cm3 y más preferentemente de entre 0,4 g/cm3 y 1 g/cm3. Más preferiblemente, la malla tiene un espesor de entre 0, 1 mm y 0,5 mm, y aún más preferiblemente de entre 0,2 mm y 0,3 mm. La distancia entre cada urdimbre es de entre 1 mm y 3 mm, más preferentemente de entre 1 ,5 mm y 2,5 mm; la distancia entre cada trama es de entre 0, 1 mm a 1 mm, más preferentemente de entre 0,3 mm y 0,8 mm; y un peso de entre 40 y 150 g/m2, más preferentemente de entre 60 g/m2 y 100 g/m2. In another preferred embodiment of the first aspect of the present invention the mesh has a light grid of between 1.5 mm and 8 mm and more preferably from 2 mm to 5 mm and a density of between 0.2 and 2 g / cm 3 and more preferably between 0.4 g / cm 3 and 1 g / cm 3 . More preferably, the mesh has a thickness between 0.1 mm and 0.5 mm, and even more preferably between 0.2 mm and 0.3 mm. The distance between each warp is between 1 mm and 3 mm, more preferably between 1.5 mm and 2.5 mm; the distance between each frame is between 0.1 mm to 1 mm, more preferably between 0.3 mm and 0.8 mm; and a weight between 40 and 150 g / m 2 , more preferably between 60 g / m 2 and 100 g / m 2 .
En otra realización preferida del primer aspecto de la presente invención la malla tiene una resistencia de tensión mayor a 400N. In another preferred embodiment of the first aspect of the present invention the mesh has a tensile strength greater than 400N.
En otra realización preferida del primer aspecto de la presente invención, las membranas de fibra hueca están compuestas por un material hidrófobo poroso que podría estar combinado o no con una capa de una material hidrófilo. Preferentemente se componen de al menos uno de los siguiente materiales seleccionados de politetrafluoroetileno (PTFE), polifluoruro de vinilideno (PVDF), polipropileno (PP), polifluoruro de vinilideno-co-hexafluoruro de polipropileno (PVDF-HFPP), polioxadiazoles fluorados (PODF), polioxatriazoles fluorados (POTF) o cualquier combinación de los mismos. Más preferiblemente están compuestas por un material seleccionado de polipropileno y polifluoruro de vinilideno. In another preferred embodiment of the first aspect of the present invention, the hollow fiber membranes are composed of a porous hydrophobic material that It may or may not be combined with a layer of a hydrophilic material. Preferably they are composed of at least one of the following materials selected from polytetrafluoroethylene (PTFE), vinylidene polyfluoride (PVDF), polypropylene (PP), polyvinylidene-co-hexafluoride polypropylene (PVDF-HFPP), fluorinated polyoxadiazoles (POD) , fluorinated polyoxatriazoles (POTF) or any combination thereof. More preferably they are composed of a material selected from polypropylene and vinylidene polyfluoride.
En otra realización preferida del primer aspecto de la presente invención, las membranas de fibra hueca tienen un rango de tamaño de poro entre 0,01 μηι-5 μηι, preferiblemente entre 0,01 μηι y 1 μηι, más preferiblemente entre 0,2 μηι-0,6 μηι y aún más preferiblemente entre 0,3 μηι-0,4 μηι. In another preferred embodiment of the first aspect of the present invention, the hollow fiber membranes have a pore size range between 0.01 μηι-5 μηι, preferably between 0.01 μηι and 1 μηι, more preferably between 0.2 μηι -0.6 μηι and even more preferably between 0.3 μηι-0.4 μηι.
Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a un módulo que comprende el conjunto de membranas de fibra hueca de la presente invención tal y como se ha descrito anteriormente. A second aspect of the present invention relates to a module comprising the hollow fiber membrane assembly of the present invention as described above.
En una realización preferida del segundo aspecto de la presente invención, el módulo además del conjunto de membranas de fibra hueca de la invención tal y como se ha descrito anteriormente que incluye una malla, comprende: In a preferred embodiment of the second aspect of the present invention, the module in addition to the hollow fiber membrane assembly of the invention as described above that includes a mesh, comprises:
- una cámara de refrigeración que comprende al menos dos superficies de condensación.  - a cooling chamber comprising at least two condensation surfaces.
- un cuerpo del módulo constituido por una camisa de refrigeración, además de tapas y conexiones para entradas y salidas de refrigerantes, alimento y permeado.  - a module body consisting of a cooling jacket, in addition to covers and connections for refrigerant, food and permeate inlets and outlets.
La cámara de refrigeración es una cámara por la que circula el fluido refrigerante, y que comprende al menos dos superficies de condensación (preferiblemente una por cada lado de la cámara). La cámara de refrigeración se alimenta por la entrada del fluido refrigerante a la cámara y dispone de una salida del fluido refrigerante. The cooling chamber is a chamber through which the cooling fluid circulates, and comprising at least two condensing surfaces (preferably one on each side of the chamber). The cooling chamber is fed by the cooling fluid inlet to the chamber and has a cooling fluid outlet.
La cámara de refrigeración tiene la labor de hacer de superficie de condensación del vapor en las configuraciones de cámara de aire y vacío. En el caso de la configuración de contacto directo su función es la de refrigerar el permeado dentro del módulo y favorecer un mayor gradiente de temperatura en el proceso. En el caso de gas de barrido la cámara de refrigeración debe refrigerar el gas de arrastre dentro del módulo igualmente. La camisa de refrigeración por su parte sirve para refrigerar el módulo favoreciendo la condensación del permeado además de emplearse como aislamiento del módulo con el exterior. En ambos casos otro de los objetivos es recuperar calor del conjunto con estas cámaras, el cual puede utilizarse para precalentar el alimento o el propio alimento se puede usar como refrigerante. The cooling chamber has the task of acting as a steam condensation surface in the air and vacuum chamber configurations. In the case of direct contact configuration, its function is to cool the permeate inside the module and favor a higher temperature gradient in the process. In the case of sweeping gas, the cooling chamber must cool the entrainment gas inside the module equally. The cooling jacket on the other hand serves to cool the module, favoring the condensation of the permeate as well as being used as insulation of the module with the outside. In both cases, another objective is to recover heat from the assembly with these chambers, which can be used to preheat the food or the food itself can be used as a refrigerant.
El proceso de construcción del módulo consiste en la formación de una espiral, constituida por la cámara de refrigeración, dentro del módulo de destilación en membrana e insertar la malla con membranas de fibra hueca entrelazadas en el hueco de la espiral de la cámara de refrigeración, de forma que se disponga en forma de espiral enrollada junto con la cámara de refrigeración. De esta forma se dispone de una cámara de refrigeración con una rigidez suficiente para mantenerse en vertical sobre su propia base en forma de espiral. El número de membranas de fibra hueca en un módulo es del orden de varias centenas, por lo que la malla es útil para facilitar el empaquetamiento, evitando que se muevan las membranas de fibra hueca respecto de la cámara de refrigeración que puede tener diversas geometrías, por ejemplo, espiral. The module construction process consists of the formation of a spiral, constituted by the cooling chamber, inside the membrane distillation module and inserting the mesh with hollow fiber membranes entwined in the spiral chamber of the cooling chamber, so that it is arranged in the form of a spiral wound together with the cooling chamber. In this way, a cooling chamber with sufficient rigidity is available to remain vertically on its own spiral-shaped base. The number of hollow fiber membranes in a module is of the order of several hundred, so the mesh is useful to facilitate packing, preventing the hollow fiber membranes from moving with respect to the cooling chamber that can have various geometries, For example, spiral.
Además, en otra realización preferida del segundo aspecto de la presente invención, el módulo de membrana puede tener una camisa de refrigeración externa que permite termostatizar y aislar mejor el módulo, ayudando también en la condensación y por tanto puede incrementar la tasa de producción de agua a la vez que se puede recuperar ese calor. Por termostatizar en la presente invención se entiende mantener la temperatura constante dentro del módulo y por aislar, minimizar la transferencia energética entre el módulo y el exterior del mismo. In addition, in another preferred embodiment of the second aspect of the present invention, the membrane module may have an external cooling jacket that allows thermostatizing and better isolating the module, also aiding in condensation and therefore can increase the water production rate. at the same time that heat can be recovered. By thermostatizing in the present invention it is meant to keep the temperature constant within the module and by insulating, minimizing the energy transfer between the module and the exterior thereof.
En una realización preferida del segundo aspecto de la presente invención la temperatura de entrada del alimento está entre 10°C y 100°C, preferiblemente entre 40°C y 90°C, y más preferiblemente entre 60°C y 75°C. En otra realización preferida del segundo aspecto de la presente invención, la temperatura de entrada de las corrientes de refrigeración están entre -25°C hasta 80°C, y más preferiblemente entre 0°C y 50°C y más preferiblemente entre 10°C y 30°C. In a preferred embodiment of the second aspect of the present invention the feed inlet temperature is between 10 ° C and 100 ° C, preferably between 40 ° C and 90 ° C, and more preferably between 60 ° C and 75 ° C. In another preferred embodiment of the second aspect of the present invention, the inlet temperature of the cooling streams is between -25 ° C to 80 ° C, and more preferably between 0 ° C and 50 ° C and more preferably between 10 ° C and 30 ° C.
Por tanto, en una realización preferida del segundo aspecto de la presente invención el módulo comprende una entrada del alimento, una salida del alimento, una entrada y una salida del permeado, una parte central en forma de espiral compuesta por una cámara de refrigeración que tiene al menos dos superficies de condensación, y por al menos un conjunto de membranas de fibra hueca y una malla descritas en la presente invención, una entrada y una salida del fluido refrigerante de la cámara de refrigeración y, opcionalmente una camisa de refrigeración dispuesta rodeando la parte central. Por la camisa de refrigeración circula un fluido refrigerante con una entrada y una salida. Therefore, in a preferred embodiment of the second aspect of the present invention the module comprises a food inlet, a food outlet, an inlet and an outlet of the permeate, a spiral-shaped central part composed of a refrigeration chamber having at least two condensation surfaces, and by at least one set of hollow fiber membranes and a mesh described in the present invention, an inlet and an outlet of the cooling fluid from the cooling chamber and, optionally a cooling jacket arranged surrounding the central part. A cooling fluid circulates through the cooling jacket with an inlet and outlet.
Por fluido de refrigeración se entiende cualquier fluido que se emplee para intercambiar calor con las paredes de la cámara/ camisa que los contiene. El fluido refrigerante que circula por la cámara de refrigeración y el fluido que circula por la camisa de refrigeración puede ser el mismo fluido o fluidos distintos.  Cooling fluid means any fluid used to exchange heat with the walls of the chamber / jacket that contains them. The cooling fluid that circulates through the cooling chamber and the fluid that circulates through the cooling jacket can be the same fluid or different fluids.
En una realización del segundo aspecto de la invención el fluido refrigerante es el alimento antes de ser calentado. De esta forma se aprovecha el calor del producto obtenido en el proceso para precalentar el alimento. In one embodiment of the second aspect of the invention the refrigerant fluid is the food before being heated. In this way the heat of the product obtained in the process is used to preheat the food.
Dependiendo de la configuración de destilación en membrana escogida, el módulo tendrá una salida de permeado para DMCD, que puede ser a su vez entrada de aire o gas en DMCA, DMGB, DMGBT y salida de permeado en DMCL. Además de una entrada de permeado en DMCD, que puede ser a su vez salida permeado DMCA, DMGB, DMGBT, DMV (y en DMCL debe estar cerrada). Depending on the membrane distillation configuration chosen, the module will have a permeate outlet for DMCD, which can be air or gas inlet in DMCA, DMGB, DMGBT and permeate outlet in DMCL. In addition to a permeate entry in DMCD, which can be permeate output DMCA, DMGB, DMGBT, DMV (and in DMCL must be closed).
Las superficies de condensación son de un material conductor térmico y compatible con el fluido a tratar así como el fluido empleado como refrigerante. The condensation surfaces are made of a thermal conductive material and compatible with the fluid to be treated as well as the fluid used as a refrigerant.
La conductividad térmica de la superficie de condensación debe ser lo más elevada posible para favorecer la transmisión de calor a través de la superficie, aumentando la condensación del vapor sobre la misma y la recuperación de ese calor latente de condensación en el propio proceso. La conductividad térmica de la superficie de condensación debe ser alta para conseguir mantener el permeado a una temperatura adecuada y evitar que se caliente en el módulo en la configuración de DMCD y, por otra parte, aumentar el ritmo de condensado en la superficie de condensación en las configuraciones de DMCA y DMV. Asimismo en la configuración de gas de arrastre debe mantenerse lo más baja posible la temperatura del gas durante su paso por el módulo. El rango de valores de conductividad térmica que se pueden utilizar oscila entre las decenas (ej. Titanio, 21 W/mK) y las centenas (ej. Cobre, 385 W/mK). El rango óptimo es entre 200-400 W/m K. The thermal conductivity of the condensation surface must be as high as possible to favor the transmission of heat through the surface, increasing the condensation of steam on it and the recovery of that latent heat of condensation in the process itself. The thermal conductivity of the condensation surface must be high in order to keep the permeate at a suitable temperature and prevent it from heating up in the module in the DMCD configuration and, on the other hand, increasing the condensate rate in the condensation surface DMCA and DMV settings. Also in the configuration of entrained gas, the temperature of the gas must be kept as low as possible during its passage through the module. The range of thermal conductivity values that can be used ranges between tens (eg Titanium, 21 W / mK) and hundreds (eg Copper, 385 W / mK). The optimal range is between 200-400 W / m K.
Por otra parte, es importante que los materiales para la construcción de la superficie de condensación tenga una resistencia moderada-alta a la corrosión de efluentes de elevada salinidad, de forma que puedan emplearse como fluidos refrigerantes el agua de mar o el propio alimento. On the other hand, it is important that the materials for the construction of the condensation surface have a moderate-high corrosion resistance of effluents of high salinity, so that seawater or the food itself can be used as cooling fluids.
Ejemplo de materiales podrían ir desde metales como por ejemplo cobre, aluminio, estaño o algún tipo de aleación y, en menor medida, materiales plásticos (presentan baja conductividad pero es posible encontrar materiales plásticos con conductividades térmicas mejoradas) o incluso materiales de tipo grafito laminado. Otros materiales que se pueden usar son aleaciones de aluminio-magnesio (ej. Magnealtok® 50 con una conductividad térmica de 116 W/mK). Examples of materials could range from metals such as copper, aluminum, tin or some type of alloy and, to a lesser extent, plastic materials (they have low conductivity but it is possible to find plastic materials with improved thermal conductivities) or even laminated graphite materials . Other materials that can be used are aluminum-magnesium alloys (eg Magnealtok® 50 with a thermal conductivity of 116 W / mK).
Respecto a las propiedades mecánicas, el material para la superficie de condensación es preferiblemente de conformado fácil y buena soldabilidad. With respect to mechanical properties, the material for the condensation surface is preferably of easy forming and good weldability.
El rango de espesores de las superficies de condensación de la cámara de refrigeración debe ser lo suficientemente pequeño para que la transmisión de calor sea muy buena y para que se pueda enroscar fácilmente (formar la espiral) pero, a la vez, tiene que tener un espesor suficiente para permitir soldar sin dañar el material. Preferiblemente el rango de espesores es de 0,8 a 1 mm. El material utilizado para la fabricación de la cámara de refrigeración enrollada en espiral junto con el conjunto de membranas de fibra hueca de la presente invención debe ser lo suficientemente rígido como para que se pueda disponer, enrollar o mecanizar en forma de espiral y que ésta se mantenga en vertical apoyada sobre la base de la espiral sin que esta se desmorone o se toquen las superficies de la misma. The thickness range of the condensation surfaces of the cooling chamber must be small enough so that the heat transfer is very good and so that it can be easily screwed in (form the spiral) but, at the same time, it must have a sufficient thickness to allow welding without damaging the material. Preferably the range of thicknesses is 0.8 to 1 mm. The material used for the manufacture of the spirally wound refrigeration chamber together with the hollow fiber membrane assembly of the present invention must be rigid enough so that it can be arranged, wound or machined in a spiral and that it keep vertically supported on the base of the spiral without it crumbling or touching the surfaces of it.
Dentro de las propiedades mecánicas podemos definir el límite elástico, también denominado límite de elasticidad o límite de fluencia, que es la tensión máxima a la que puede ser sometida un material sin sufrir deformaciones permanentes, es decir, que al cesar la carga la pieza recupera su forma inicial. En la presente invención la superficie de condensación tiene un límite elástico bajo para que sea fácilmente deformable. El rango de límite elástico puede variar entre 5 y 150 N/mm2, por ejemplo se puede emplear cobre recocido que tiene un valor de 9 N/mm2 o una aleación de aluminio-magnesio (5052) que tiene un límite elástico de 90 N/mm2. También tiene una Dureza Brinell con un máximo de 100 HB, por ejemplo para el cobre recocido es de 35 HB y para la aleación aluminio-magnesio 5052 es de 60 HB. Within the mechanical properties we can define the elastic limit, also called the yield limit or yield limit, which is the maximum tension to which a material can be subjected without permanent deformation, that is, when the load ceases the piece recovers Its initial form. In the present invention the condensation surface has a low elastic limit so that it is easily deformable The range of elastic limit may vary between 5 and 150 N / mm 2 , for example annealed copper having a value of 9 N / mm 2 or an aluminum-magnesium alloy (5052) having an elastic limit of 90 can be used N / mm 2 It also has a Brinell Hardness with a maximum of 100 HB, for example for annealed copper it is 35 HB and for the 5052 aluminum-magnesium alloy it is 60 HB.
Por tanto, en una realización preferida el material de la superficie de condensación es un material plástico, grafito o un metal, más preferiblemente la superficie de condensación es de un material metálico, aún más preferiblemente de cobre o de una aleación de aluminio-magnesio. Therefore, in a preferred embodiment the condensation surface material is a plastic, graphite or metal material, more preferably the condensation surface is a metallic material, even more preferably copper or an aluminum-magnesium alloy.
Las membranas de fibra hueca junto a la malla, descritas en la presente invención, configuran un tejido que está preferiblemente dispuesto en espiral. Este tejido se ha de encontrar junto con una cámara de refrigeración plana enrollados en espiral. En la fig. 4 se muestra un corte transversal de la disposición de la malla con las membranas de fibra hueca enrolladas de este módulo. La cámara de refrigeración a su vez puede funcionar como intercambiador de calor interno precalentando el alimento antes de ser introducido por el interior de las membranas de fibra hueca. Por el interior de las membranas de fibra hueca circula el alimento o solución a purificar, el cual se encuentra a una temperatura superior que la superficie de condensación. La superficie de condensación es de un material conductor térmico, preferiblemente metálico, por ejemplo placa de cobre. El vapor de agua y volátiles procedentes de la disolución alimento son capaces de atravesar la membrana debido a la diferencia de presión de vapor a ambos lados de la membrana. El grado de rechazo es del 100% cuando el alimento son electrolitos y no electrolitos no volátiles, por ejemplo NaCI o glucosa, disueltos en agua y no comprende ningún otro elemento volátil. Este vapor alcanza la superficie de condensación condensando en la misma como agua de mayor pureza en las configuraciones de DMCA, DMGBT y DMV. En la configuración de cámara de aire, por gravedad este permeado acaba recogiéndose en el fondo del módulo. Asimismo se puede aplicar cierto vacío en el módulo (50-100 milibar) para mejorar el flujo de permeado, en este caso este tipo de configuración se denomina de vacío (DMV). En la fig. 3 se muestra un corte longitudinal de este módulo. The hollow fiber membranes next to the mesh, described in the present invention, form a fabric that is preferably spirally arranged. This fabric has to be found together with a spiral-wound flat cooling chamber. In fig. 4 shows a cross-section of the mesh arrangement with the hollow fiber membranes wound from this module. The cooling chamber in turn can function as an internal heat exchanger by preheating the food before being introduced inside the hollow fiber membranes. Inside the hollow fiber membranes circulates the food or solution to be purified, which is at a temperature higher than the condensation surface. The condensation surface is made of a thermally conductive material, preferably metallic, for example copper plate. Water vapor and volatiles from the food solution are able to cross the membrane due to the difference in vapor pressure on both sides of the membrane. The degree of rejection is 100% when the food is electrolytes and non-volatile electrolytes, for example NaCI or glucose, dissolved in water and does not comprise any other volatile element. This vapor reaches the condensation surface by condensing in it as water of greater purity in the DMCA, DMGBT and DMV configurations. In the air chamber configuration, by gravity this permeate ends up being collected at the bottom of the module. You can also apply a certain vacuum in the module (50-100 millibar) to improve the permeate flow, in this case this type of configuration is called vacuum (DMV). In fig. 3 a longitudinal section of this module is shown.
Se hace circular al alimento por dentro de las membranas de fibra hueca y condensar el permeado sobre una superficie fría cercana si se trabaja en DMCA o mantener el permeado (gas o líquido) en contacto con las membranas de fibra hueca para DMCD, DMCL, DMGB y DMGBT. El permeado se mantiene lo más frío posible para aumentar la fuerza motriz del proceso DM. Se puede bajar la presión dentro del módulo de membrana por medio de una trompa de agua o una bomba de vacío conectada al permeado del módulo dando lugar a la DMV. En este módulo, la cámara de refrigeración es una cámara hueca fina de espesor (en torno a 1 cm) formada por superficies de condensación, a través de la cual fluye el líquido refrigerante. De este modo se puede conseguir un aumento de la diferencia de temperaturas dentro del módulo. Dentro de la cámara de refrigeración se sitúa un número de bafles que le dotan de una resistencia mecánica y, al mismo tiempo, una mejor distribución del fluido en su interior. La idea es enrollar sobre un eje central la cámara de refrigeración y una malla con las membranas de fibra hueca trenzadas para formar un rollo en una configuración espiral (fig. 4). También, el módulo está dotado de una camisa de refrigeración externa para aislar del exterior y ayudar al fenómeno de condensación del vapor producido. The food is circulated inside the hollow fiber membranes and condense the permeate on a nearby cold surface if working in DMCA or maintaining the permeate (gas or liquid) in contact with hollow fiber membranes for DMCD, DMCL, DMGB and DMGBT. The permeate is kept as cold as possible to increase the driving force of the DM process. The pressure inside the membrane module can be lowered by means of a water tube or a vacuum pump connected to the permeate of the module giving rise to the DMV. In this module, the cooling chamber is a thin hollow chamber of thickness (about 1 cm) formed by condensation surfaces, through which the coolant flows. In this way an increase in the temperature difference within the module can be achieved. Inside the refrigeration chamber there is a number of speakers that give it a mechanical resistance and, at the same time, a better distribution of the fluid inside. The idea is to wind the cooling chamber on a central axis and a mesh with braided hollow fiber membranes to form a roll in a spiral configuration (fig. 4). Also, the module is equipped with an external cooling jacket to insulate the outside and help the condensation phenomenon of the steam produced.
El módulo puede colocarse en vertical o inclinado con un grado entre 0o y 90°, preferiblemente entre 45° y 60° sobre la horizontal, para facilitar el recogido del permeado y para garantizar una circulación tangencial del alimento en contacto con toda la membrana. The module can be placed vertically or inclined with a degree between 0 or 90 °, preferably between 45 ° and 60 ° on the horizontal, to facilitate the collection of permeate and to guarantee a tangential circulation of the food in contact with the entire membrane.
En una realización preferida del segundo aspecto de la presente invención el módulo tal y como se ha descrito anteriormente puede presentarse en cualquier configuración y preferiblemente tiene una configuración seleccionada de DMCD (Destilación en Membrana por Contacto Directo), DMCA (Destilación en Membrana por Cámara de Aire), DMV (Destilación en Membrana por Vacío), DMCL (Destilación en Membrana Cámara Líquida), DMGB (Destilación en Membrana por Gas de Barrido) y DMGBT (Destilación en Membrana por Gas de Barrido Termostatizado). Un tercer aspecto de la presente invención se refiere a un sistema de destilación de membrana que comprende al menos un módulo de membrana de la presente invención. Varios módulos se pueden disponer en serie o en paralelo aumentando la producción. Por otra parte, se puede aumentar el rendimiento disponiendo varios módulos en serie. Un cuarto aspecto de la presente invención se refiere al uso de un módulo de destilación en membrana tal y como se ha descrito anteriormente o de un sistema de destilación en membrana tal y como se ha descrito anteriormente para el tratamiento y/o desalinización de fluidos. In a preferred embodiment of the second aspect of the present invention the module as described above can be presented in any configuration and preferably has a selected configuration of DMCD (Direct Contact Membrane Distillation), DMCA (Membrane Distillation by Chamber of Air), DMV (Vacuum Membrane Distillation), DMCL (Liquid Chamber Membrane Distillation), DMGB (Sweep Gas Membrane Distillation) and DMGBT (Thermostatic Swept Membrane Distillation). A third aspect of the present invention relates to a membrane distillation system comprising at least one membrane module of the present invention. Several modules can be arranged in series or in parallel, increasing production. On the other hand, the performance can be increased by arranging several modules in series. A fourth aspect of the present invention relates to the use of a membrane distillation module as described above or a membrane distillation system as described above for the treatment and / or desalination of fluids.
En una realización preferida del cuarto aspecto de la presente invención, el alimento es un fluido que se desea tratar y/o desalinizar y que está formado por una disolución acuosa que contiene cualquier tipo de sustancia soluble o insoluble que se desea eliminar o disminuir de la disolución acuosa. In a preferred embodiment of the fourth aspect of the present invention, the food is a fluid that is to be treated and / or desalinated and that is formed by an aqueous solution containing any type of soluble or insoluble substance that it is desired to remove or decrease from the aqueous solution
En una realización preferida del cuarto aspecto de la presente invención, la temperatura de entrada del alimento está entre 10°C y 100°C, preferiblemente entre 40°C y 90°C, y más preferiblemente entre 60°C y 75°C. En otra realización preferida del segundo aspecto de la presente invención, la temperatura de entrada de las corrientes de refrigeración están entre -25°C hasta 80°C, y más preferiblemente entre 2°C y 50°C y más preferiblemente entre 5°C y 30°C. In a preferred embodiment of the fourth aspect of the present invention, the feed inlet temperature is between 10 ° C and 100 ° C, preferably between 40 ° C and 90 ° C, and more preferably between 60 ° C and 75 ° C. In another preferred embodiment of the second aspect of the present invention, the inlet temperature of the cooling streams is between -25 ° C to 80 ° C, and more preferably between 2 ° C and 50 ° C and more preferably between 5 ° C and 30 ° C.
El uso del módulo de destilación en membrana de la invención o de un sistema que comprende al menos un módulo puede tener las siguientes aplicaciones: The use of the membrane distillation module of the invention or of a system comprising at least one module may have the following applications:
- desalación y tratamiento de salmueras de plantas desaladoras mejorando la conversión de la planta y reduciendo el vertido de salmuera producido; - desalination and treatment of brines from desalination plants, improving the conversion of the plant and reducing the discharge of brine produced;
- tratamiento de aguas residuales y purificación de efluentes contaminados de distinta naturaleza como pueden ser aguas de la industria farmacéutica, textil, soluciones contaminadas con boro, arsénico, etc., e incluso soluciones con niveles bajos o medios de radioactividad;  - wastewater treatment and purification of contaminated effluents of different nature such as pharmaceutical, textile, solutions contaminated with boron, arsenic, etc., and even solutions with low levels or means of radioactivity;
- concentración de disoluciones, con especial relevancia para aquellas disoluciones en las que hay presentes compuestos sensibles a las altas temperaturas, por ejemplo la concentración de zumos de frutas o en la industria láctea;  - concentration of solutions, with special relevance for those solutions in which high temperature sensitive compounds are present, for example the concentration of fruit juices or in the dairy industry;
- eliminación y/o recuperación de compuestos orgánicos volátiles como alcoholes o compuestos halogenados, benceno etc.  - elimination and / or recovery of volatile organic compounds such as alcohols or halogenated compounds, benzene etc.
- separación de mezclas azeotrópicas, por ejemplo ácido clorhídrico - agua o ácido fórmico - agua.  - separation of azeotropic mixtures, for example hydrochloric acid - water or formic acid - water.
EJEMPLOS DE REALIZACIÓN EXAMPLES OF REALIZATION
1.- Fabricación del módulo de destilación en membrana El módulo de destilación en membrana comprende el conjunto de membranas de fibra hueca entrelazadas en una malla de la invención y una cámara de refrigeración enrolladas en espiral y un cuerpo formado por una camisa de refrigeración, 2 tapas y roscas fabricadas en acero inoxidable, y conexiones de acero inoxidable para la salida y entrada de la cámara de refrigeración, de la camisa de refrigeración, del permeado/condensado y del alimento. Se utilizaron membranas de fibra hueca ACCUREL® PP Q3/2 bajo las configuraciones de DMCD, DMCA y DMV. Sin embargo, podría funcionar de igual modo con cualquier otro tipo de membranas de fibra hueca. Igualmente la membranas de fibra hueca ACCUREL® PP Q3/2 puede emplearse para otras configuraciones como DMGB, DMGBT y DMCL. 1.- Manufacture of membrane distillation module The membrane distillation module comprises the set of hollow fiber membranes entwined in a mesh of the invention and a spirally wound cooling chamber and a body formed by a cooling jacket, 2 stainless steel caps and threads, and connections stainless steel for the exit and entrance of the refrigeration chamber, the cooling jacket, the permeate / condensate and the food. ACCUREL® PP Q3 / 2 hollow fiber membranes were used under the DMCD, DMCA and DMV configurations. However, it could work in the same way with any other type of hollow fiber membranes. Likewise, the ACCUREL® PP Q3 / 2 hollow fiber membranes can be used for other configurations such as DMGB, DMGBT and DMCL.
En las fig. 3 (corte longitudinal) y 4 (corte transversal) está representada esta realización: el módulo comprende una entrada del alimento (1), una salida (V) del alimento, una entrada (2) y una salida (2') del fluido refrigerante a la cámara de refrigeración. La parte central del módulo está compuesta por la cámara de refrigeración (2") en forma de espiral (está formada por dos superficies de condensación, 2"') y por al menos un conjunto de membranas de fibra hueca (3) entrelazadas en una malla (5). Esta parte central está rodeada por una camisa de refrigeración (4) por donde circula un fluido refrigerante con una entrada y una salida (4', 4", respectivamente). Las tapas del módulo tienen salida de permeado (6) para DMCD, DMCL o entrada de aire o gas en DMCA, DMGB, DMGBT y entrada de permeado (6') para DMCD, salida permeado para DMCA, DMGB, DMGBT, DMV (en DMCL debe estar cerrada). El diámetro interno de la camisa de refrigeración es de 12,5 cm, con un espesor de la camisa de 1 ,25 cm. En el interior del módulo se dispuso una cámara de refrigeración en forma de espiral fabricada en cobre, cobre recocido por ser el de mayor conductividad térmica, de conformado fácil y buena soldabilidad, para formar la cámara de refrigeración. El espesor de cada placa de cobre es de 0,8 mm, de altura 30 cm con una longitud de la placa externa e interna que forma las paredes de la cámara de refrigeración, de 71 ,3 cm y 61 ,2 cm, respectivamente (desarrollo externo e interno de la espiral). La cámara de refrigeración se forma con tres vueltas alrededor del eje central de ésta y un espesor de la cámara de refrigeración hueca de 0,7 cm (2" en la fig. 3). Se hace pasar a través de la cámara de refrigeración agua desde la entrada por la parte inferior del módulo a la salida por la parte superior. Se pretende que actúe como superficie de condensación interna en el caso de DMCA. En la configuración de DMCD ayuda a mantener la temperatura del lado del permeado. La distribución del refrigerante en la cámara de refrigeración se lleva a cabo mediante un tubo flexible perforado y situado en un extremo y sujeto entre las superficies de la cámara. De este modo se consigue una distribución homogénea y uniforme del refrigerante en la cámara de refrigeración. In fig. 3 (longitudinal section) and 4 (cross section) this embodiment is represented: the module comprises an inlet of the food (1), an outlet (V) of the food, an inlet (2) and an outlet (2 ') of the cooling fluid to the cooling chamber. The central part of the module is composed of the spiral-shaped cooling chamber (2 ") (consisting of two condensing surfaces, 2"') and at least one set of hollow fiber membranes (3) interwoven in one mesh (5). This central part is surrounded by a cooling jacket (4) through which a cooling fluid circulates with an inlet and an outlet (4 ', 4 ", respectively). The module covers have permeate outlet (6) for DMCD, DMCL or air or gas inlet in DMCA, DMGB, DMGBT and permeate inlet (6 ') for DMCD, permeate outlet for DMCA, DMGB, DMGBT, DMV (in DMCL must be closed.) The internal diameter of the cooling jacket is 12.5 cm, with a jacket thickness of 1.25 cm, a spiral-shaped cooling chamber made of copper, annealed copper was placed inside the module because it is the one with the highest thermal conductivity, easily formed and good weldability, to form the cooling chamber.The thickness of each copper plate is 0.8 mm, 30 cm high with an external and internal plate length that forms the walls of the cooling chamber, 71 , 3 cm and 61, 2 cm, respectively (external and internal development of the spiral l) The cooling chamber is formed with three turns around its central axis and a thickness of the hollow cooling chamber of 0.7 cm (2 "in fig. 3). Water is passed through the cooling chamber from the entrance through the bottom of the module to the exit through the top. The intention is to that acts as an internal condensation surface in the case of DMCA. In the DMCD configuration it helps maintain the temperature of the permeate side. The distribution of the refrigerant in the cooling chamber is carried out by means of a perforated flexible tube and located at one end and held between the surfaces of the chamber. In this way, a homogeneous and uniform distribution of the refrigerant in the refrigeration chamber is achieved.
Dentro de la espiral se dispone una malla de fibra de vidrio, con una luz de 4 mm, de dimensiones 55 χ 30 cm, en la cual van trenzadas, en grupos de tres y alternas, las membranas de fibra hueca ACCUREL® PP Q3/2 (los diámetros externos e internos de la membrana de fibra hueca son 0,9 y 0,6 mm, respectivamente) (fig. 2). En el proceso de trenzado se procura dejar la misma longitud de membrana de fibra hueca libre a cada lado de la malla. El diámetro de curvatura de las membranas de fibra hueca es de unos 3,4 cm aproximadamente, lo que permite ganar mayor superficie de membrana y, sobre todo, turbulencia. La superficie efectiva de la membrana total, teniendo en cuenta que la longitud efectiva de las membranas de fibra hueca es de unos 46 cm aproximadamente, asciende a 0,26 m2. Inside the spiral there is a fiberglass mesh, with a light of 4 mm, dimensions 55 χ 30 cm, in which the ACCUREL® PP Q3 / hollow fiber membranes are braided, in groups of three and alternates. 2 (the external and internal diameters of the hollow fiber membrane are 0.9 and 0.6 mm, respectively) (fig. 2). In the braiding process, we try to leave the same length of hollow fiber membrane free on each side of the mesh. The diameter of curvature of the hollow fiber membranes is approximately 3.4 cm, which allows to gain greater membrane surface and, above all, turbulence. The effective surface of the total membrane, taking into account that the effective length of the hollow fiber membranes is approximately 46 cm, amounts to 0.26 m 2 .
Las especificaciones técnicas de la malla son las siguientes: cuadrícula (luz): 4 x 4 mm; espesor: 0,2 mm; urdimbre: 1 ,7 mm; trama: 0,2 mm; peso: 82 g/m2; densidad: 0,40 g/cm3; y resistencia a la tensión (rigidez):≥ 400 N. The technical specifications of the mesh are the following: grid (light): 4 x 4 mm; thickness: 0.2 mm; warp: 1, 7 mm; weft: 0.2 mm; weight: 82 g / m 2 ; density: 0.40 g / cm 3 ; and tensile strength (stiffness): ≥ 400 N.
Para introducir el conjunto compuesto por las membranas de fibra hueca y la malla dentro de la espiral formada por la cámara de refrigeración y se hace deslizar ésta por el hueco formado por la misma, con precaución para no dañar las membranas de fibra hueca. Una vez dentro, se sujeta la malla para que no se mueva con unos puntos de pegamento. In order to introduce the assembly composed of the hollow fiber membranes and the mesh into the spiral formed by the cooling chamber and it is made to slide through the hollow formed by it, with caution so as not to damage the hollow fiber membranes. Once inside, the mesh is held so that it does not move with a few glue points.
Una vez que se tiene la espiral formada por la cámara de refrigeración y la malla con membranas de fibra hueca entrelazadas, se introduce dentro del cuerpo del módulo y se conectan los tubos de refrigerado de la cámara de refrigeración a las conexiones que están en las tapas del módulo. La salida y entrada del cuerpo del módulo tiene un diámetro menor al del cuerpo del módulo, esto provoca que las membranas de fibra hueca se reagrupen en el hueco. A continuación, se pegan las membranas de fibra hueca entre ellas y a las paredes de la boca de las tapas del módulo. Para ello se introduce primero hilos de algodón entre las membranas de fibra hueca que servirán de soporte, y a continuación se añade el pegamento formando una capa que obliga al alimento a circular sólo por el interior de las membranas de fibra hueca. Como material de pegado de las membranas de fibra hueca se ha utilizado una resina epóxica resistente a altas temperaturas. Una vez pegadas y solidificado el pegamento, se recortan de modo que se pueda enroscar a la tapa las conexiones del circuito del alimento. - Rango de densidad de las membranas de fibra hueca. Once you have the spiral formed by the refrigeration chamber and the mesh with interwoven hollow fiber membranes, it is inserted into the module body and the refrigeration tubes of the refrigeration chamber are connected to the connections that are in the covers of the module. The exit and entrance of the module body has a smaller diameter than the module body, this causes the hollow fiber membranes to regroup in the hole. Next, the hollow fiber membranes are glued between them and to the walls of the mouth of the module covers. For this, cotton threads are first introduced between the hollow fiber membranes that will serve as support, and then the glue is added forming a layer that forces the food to circulate only inside the hollow fiber membranes. As an adhesive material for hollow fiber membranes, an epoxy resin resistant to high temperatures has been used. Once the glue is glued and solidified, they are trimmed so that the food circuit connections can be screwed onto the lid. - Density range of hollow fiber membranes.
El número de membranas de fibra hueca en la malla es de, aproximadamente, 300. La longitud de la malla es de 55 cm de largo y 30 cm de alto. Si tenemos en cuenta la longitud de la malla, la densidad de las membranas de fibra hueca es de 5,45 membranas de fibra hueca / cm.  The number of hollow fiber membranes in the mesh is approximately 300. The length of the mesh is 55 cm long and 30 cm high. If we take into account the length of the mesh, the density of the hollow fiber membranes is 5.45 hollow fiber membranes / cm.
Si tenemos en cuenta que en este ejemplo el volumen que hay dentro de la espiral formada por el hueco de la cámara de refrigeración (1 x 55 x 30) es de 1650 cm3 y el área efectiva de las membranas de fibra hueca es 2600 cm2, la densidad de empaquetamiento, definida como área efectiva de la membrana por volumen de módulo de membrana, excluyendo el volumen ocupado por la cámara de refrigeración, es de 1 ,58 cm2/cm3. If we take into account that in this example the volume inside the spiral formed by the hollow of the cooling chamber (1 x 55 x 30) is 1650 cm 3 and the effective area of the hollow fiber membranes is 2600 cm 2 , the packing density, defined as the effective area of the membrane per volume of membrane module, excluding the volume occupied by the cooling chamber, is 1.58 cm 2 / cm 3 .
2.- Ejemplo de proceso de destilación en membrana con el módulo del ejemplo 1 Se han calculado los números de Reynolds para los flujos de paso del alimento y del permeado obtenidos. Los flujos de paso del alimento variaron entre 1 l/min y 5 l/min mientras que los del permeado variaron entre 1 l/min y 9 l/min. Estos valores del número de Reynolds han sido calculados para agua destilada a una temperatura de 25°C. Los números de Reynolds obtenidos para el alimento variaron entre 264 y 660 y para el permeado variaron entre 528 y 2378. 2.- Example of membrane distillation process with the module of Example 1 Reynolds numbers have been calculated for the feed and permeate flow rates obtained. Feed flows varied between 1 l / min and 5 l / min while those in the permeate varied between 1 l / min and 9 l / min. These Reynolds number values have been calculated for distilled water at a temperature of 25 ° C. The Reynolds numbers obtained for the food varied between 264 and 660 and for the permeate they varied between 528 and 2378.
De acuerdo a los valores de Reynolds observados el valor más limitante para el proceso de destilación es el flujo de alimento en el interior de las membranas de fibra hueca cuyo Re se encuentra en un régimen claramente laminar por lo cual el efecto por polarización por temperatura y concentración es importante. En el módulo actual, teniendo en cuanta la caída de presión observada y el LEP de las membranas de fibra hueca, se podría trabajar como máximo a un caudal de 10 l/min. Caudales más altos necesitarían de presión hidrostáticas más altas que podrían provocar el mojado de la membrana y consecuentemente las inutilizaría para esta aplicación. Aun así con un caudal de 10 l/min estaríamos en un régimen laminar (Re=1320). Sin embargo el hecho de que las membranas de fibra hueca se encuentren entrelazadas en la malla permite aumentar el régimen del alimento en el interior de las membranas de fibra hueca y minimiza los efectos de polarización de temperatura y concentración. Dado que la fuerza impulsora del proceso de destilación en membrana es la diferencia de presión de vapor a ambos lados de la membrana y ésta es dependiente de la temperatura, un aumento en la temperatura de alimento provoca un incremento en la producción de destilado. A continuación se muestra como ejemplo resultados obtenidos en la configuración de contacto directo para una misma temperatura de alimento (60°C) y distintos caudales de alimentación. Con los caudales de alimentación Qa=3 l/min y Qa=5 l/min, el alimento circula en un régimen claramente laminar, dando Re de 396 y 660 respectivamente, con lo que el efecto de polarización por temperatura y concentración es de importancia para el proceso. Para una temperatura media de alimentación de 60 °C y del permeado de 30 °C, se han obtenido flujos de destilado de 6,5 y 11 ,1 LMH (lm"2h"1) para los caudales de alimentación de 3 y 5 l/min respectivamente, con un caudal de permeado de 5 l/min. Esta mejora se debe a diversos aspectos: al aumento de turbulencia en el módulo originado por el entrelazado de las membranas de fibra hueca en la malla y el aumento de caudal de alimento (reduciendo los efectos de polarización por temperatura y concentración) y por la disminución de los tiempos de residencia que también tiene un efecto en el aumento de la productividad. Este aumento de caudal de alimentación (de 3 a 5 l/min) también repercute en la eficiencia térmica del proceso aumentado desde 45,2 % a 71 , 1 %. Asimismo, en las mismas condiciones de temperatura (60°C) y caudal para el alimento (5l/min) se obtuvieron unos caudales de destilado de 3,7 LMH (lm"2h"1) en la configuración de cámara de aire y de 7,7 LMH (lm"2h"1) en la configuración de vacío empleando una presión de vacío de 0,3 bar. Se ha definido la eficiencia térmica, ετ, como la relación entre la cantidad de calor transferido a través de la membrana y el calor realmente utilizado para el flujo de permeado obtenido, es decir:
Figure imgf000022_0001
According to the Reynolds values observed, the most limiting value for the distillation process is the flow of food inside the hollow fiber membranes whose Re is in a clearly laminar regime whereby the effect by temperature polarization and concentration is important. In the current module, taking into account the observed pressure drop and the LEP of the hollow fiber membranes, a maximum of 10 l / min flow could be worked. Higher flows would require higher hydrostatic pressure that could cause wetting of the membrane and consequently render them useless for this application. Even so with a flow rate of 10 l / min we would be in a laminar regime (Re = 1320). However, the fact that the hollow fiber membranes are intertwined in the mesh makes it possible to increase the food regime inside the hollow fiber membranes and minimizes the effects of temperature and concentration polarization. Since the driving force of the membrane distillation process is the difference in vapor pressure on both sides of the membrane and this is temperature dependent, an increase in feed temperature causes an increase in distillate production. The following shows as an example results obtained in the direct contact configuration for the same feed temperature (60 ° C) and different feed rates. With the feed flow rates Qa = 3 l / min and Qa = 5 l / min, the food circulates in a clearly laminar regime, giving Re of 396 and 660 respectively, so that the effect of polarization by temperature and concentration is of importance for the process. For an average feed temperature of 60 ° C and permeate of 30 ° C, distillate flows of 6.5 and 11, 1 LMH (lm "2 h " 1 ) have been obtained for feed rates of 3 and 5 l / min respectively, with a permeate flow rate of 5 l / min. This improvement is due to various aspects: the increase in turbulence in the module caused by the interlacing of hollow fiber membranes in the mesh and the increase in feed flow (reducing the effects of polarization by temperature and concentration) and by the decrease of residence times that also has an effect on increasing productivity. This increase in feed flow (from 3 to 5 l / min) also affects the thermal efficiency of the process increased from 45.2% to 71.1%. Likewise, under the same conditions of temperature (60 ° C) and flow rate for the feed (5l / min), distillate flows of 3.7 LMH (lm "2 h " 1 ) were obtained in the air chamber configuration and 7.7 LMH (lm "2 h " 1 ) in the vacuum configuration using a vacuum pressure of 0.3 bar. The thermal efficiency, ε τ , has been defined as the ratio between the amount of heat transferred through the membrane and the heat actually used for the permeate flow obtained, that is:
Figure imgf000022_0001
donde ] es el flujo de permeado a través de la membrana obtenido en cada experimento (kg m"2 h"1), A es el área de la membrana (0,26 m2), AHV es la entalpia de vaporización del agua a la temperatura media del alimento (J kg"1), rha es caudal de circulación del alimento a través del módulo (kg h"1), cp a es el calor específico del alimento (agua destilada o disolución acuosa de 30 g/l de NaCI) a la temperatura media del alimento (J kg"1°C"1) y {Ta in - Ta out) es la diferencia de temperaturas en el alimento a la entrada y a la salida del módulo (°C). where] is the permeate flow through the membrane obtained in each experiment (kg m "2 h " 1 ), A is the area of the membrane (0.26 m 2 ), AH V is the enthalpy of water vaporization at the average temperature of the food (J kg "1 ), rh a is the flow rate of the food through the module (kg h " 1 ), c pa is the specific heat of the food (distilled water or aqueous solution of 30 g / l of NaCI) at the average food temperature (J kg "1 ° C " 1 ) and {T a in - T a out ) is the temperature difference in the food at the entrance and exit of the module (° C) .
Se ha supuesto que, en condiciones estacionarias, el flujo de calor transferido a través de la membrana es igual al flujo de calor transferido en el lado del alimento a lo largo del módulo. It has been assumed that, under stationary conditions, the heat flow transferred through the membrane is equal to the heat flow transferred on the food side along the module.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un conjunto de membranas de fibra hueca soportadas en una malla caracterizado porque las membranas de fibra hueca se encuentran entrelazadas transversalmente entre la urdimbre de la malla. 1. A set of hollow fiber membranes supported on a mesh characterized in that the hollow fiber membranes are transversely intertwined between the warp of the mesh.
2. El conjunto de membranas de fibra hueca según la reivindicación 1 , donde el entrelazado de las membranas de fibra hueca tiene un diámetro de curvatura de 2 a 5 cm. 2. The hollow fiber membrane assembly according to claim 1, wherein the interlocking of the hollow fiber membranes has a curvature diameter of 2 to 5 cm.
3. El conjunto de membranas de fibra hueca según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, donde la malla está compuesta de fibra de vidrio o de un material plástico seleccionado de entre policloruro de vinilo, polipropileno o polietileno. 3. The hollow fiber membrane assembly according to any one of claims 1 or 2, wherein the mesh is composed of fiberglass or a plastic material selected from polyvinyl chloride, polypropylene or polyethylene.
4. El conjunto de membranas de fibra hueca según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la malla tiene una cuadrícula de luz de entre 1 ,5 mm y 8 mm y una densidad de entre 0,2 g/cm3 y 2 g/cm3. 4. The hollow fiber membrane assembly according to any one of claims 1 to 3, wherein the mesh has a light grid of between 1.5 mm and 8 mm and a density of between 0.2 g / cm 3 and 2 g / cm 3 .
5. El conjunto de membranas de fibra hueca según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la malla tiene un espesor de entre 0, 1 mm y 0,5 mm, una distancia entre cada urdimbre de entre 1 mm y 3 mm, una distancia entre cada trama de entre 0, 1 mm a 1 mm y un peso de entre 40 y 150 g/m2. 5. The hollow fiber membrane assembly according to any one of claims 1 to 4, wherein the mesh is between 0.1 mm and 0.5 mm thick, a distance between each warp between 1 mm and 3 mm, a distance between each frame between 0.1 mm to 1 mm and a weight between 40 and 150 g / m 2 .
6. El conjunto de membranas de fibra hueca según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde las membranas de fibras huecas están compuestas por un material hidrófobo poroso. 6. The hollow fiber membrane assembly according to any one of claims 1 to 5, wherein the hollow fiber membranes are composed of a porous hydrophobic material.
7. El conjunto de membranas de fibras huecas según la reivindicación 6, donde las membranas de fibra hueca están compuestas al menos por politetrafluoroetileno, polifluoruro de vinilideno, polipropileno, polifluoruro de vinilideno-co-hexafluoruro de polipropileno, polioxadiazoles fluorados, polioxatriazoles fluorados o cualquier combinación de los mismos. 7. The set of hollow fiber membranes according to claim 6, wherein the hollow fiber membranes are composed of at least polytetrafluoroethylene, vinylidene polyfluoride, polypropylene, polypropylene vinylidene-co-hexafluoride, fluorinated polyoxadiazoles, fluorinated polyoxatriazoles combination thereof.
8. El conjunto de membranas de fibra hueca según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde las membranas de fibra hueca están compuestas por un material hidrófobo poroso combinado con una capa de una material hidrófilo. 8. The hollow fiber membrane assembly according to any one of claims 1 to 7, wherein the hollow fiber membranes are composed of a porous hydrophobic material combined with a layer of a hydrophilic material.
9. El conjunto de membranas de fibra hueca según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde las membranas de fibra hueca tienen un tamaño medio de poro de entre 0,01 μηι a 5 μηι, preferiblemente de entre 0,2 μηι a 0,6 μηι. 9. The hollow fiber membrane assembly according to any one of claims 1 to 8, wherein the hollow fiber membranes have an average pore size of between 0.01 μηι to 5 μηι, preferably between 0.2 μηι to 0, 6 μηι.
10. Un módulo de membrana que comprende el conjunto de membranas de fibra hueca descritas en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9. 10. A membrane module comprising the set of hollow fiber membranes described in any one of claims 1 to 9.
1 1. El módulo según la reivindicación 10, que comprende una entrada del alimento (1), una salida del alimento (1 ') y una parte central en forma de espiral compuesta por al menos una cámara de refrigeración (2") con una entrada (2) y salida (2') de fluido refrigerante y por al menos un conjunto de membranas de fibra hueca (3) entrelazadas en una malla (5), donde la parte central está rodeada por una camisa de refrigeración (4) por donde circula un fluido refrigerante con una entrada (4') y una salida (4"). The module according to claim 10, comprising an inlet of the food (1), an outlet of the food (1 ') and a central part in the form of a spiral composed of at least one cooling chamber (2 ") with a inlet (2) and outlet (2 ') of cooling fluid and by at least one set of hollow fiber membranes (3) entwined in a mesh (5), where the central part is surrounded by a cooling jacket (4) by where a refrigerant fluid circulates with an inlet (4 ') and an outlet (4 ").
12. El módulo según la reivindicación 1 1 , caracterizado porque la cámara de refrigeración (2") está en forma de espiral y formada por dos superficies de condensación (2"'). 12. The module according to claim 1, characterized in that the cooling chamber (2 ") is spirally shaped and formed by two condensing surfaces (2" ').
13. El módulo según la reivindicación 12, donde la superficie de condensación es preferiblemente de un material con una conductividad térmica de entre 200 y 40013. The module according to claim 12, wherein the condensation surface is preferably of a material with a thermal conductivity of between 200 and 400
W/m- K. W / m- K.
14. El módulo según cualquiera de las reivindicaciones 12 o 13, donde la superficie de condensación está formada por un material plástico, grafito o material metálico. 14. The module according to any of claims 12 or 13, wherein the condensation surface is formed of a plastic, graphite or metallic material.
15. El módulo según la reivindicación 14, donde la superficie de condensación está formada por un material metálico. 15. The module according to claim 14, wherein the condensation surface is formed of a metallic material.
16. Sistema de destilación en membrana que comprende al menos un módulo de membrana según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15. 16. A membrane distillation system comprising at least one membrane module according to any of claims 10 to 15.
17. Uso de un módulo de destilación en membrana según las reivindicaciones 10 a 15 o de un sistema de destilación en membrana según la reivindicación 16 para el tratamiento y/o desalinización fluidos. 17. Use of a membrane distillation module according to claims 10 to 15 or a membrane distillation system according to claim 16 for fluid treatment and / or desalination.
18. Uso según la reivindicación 17 donde la destilación en membrana se lleva a cabo en una configuración seleccionada de Destilación en Membrana por Contacto Directo, Destilación en Membrana por Cámara de Aire, Destilación en Membrana por Vacío, Destilación en Membrana Cámara Líquida, Destilación en Membrana por Gas de Barrido y Destilación en Membrana por Gas de Barrido Termostatizado. 18. Use according to claim 17 wherein membrane distillation is carried out in a selected configuration of Direct Contact Membrane Distillation, Air Chamber Membrane Distillation, Vacuum Membrane Distillation, Liquid Chamber Membrane Distillation, Liquid Distillation Membrane by Sweeping Gas and Distillation in Membrane by Thermostatic Sweeping Gas.
19. Uso del módulo según las reivindicaciones 17 o 18, donde la destilación en membrana se lleva a cabo en un procedimiento seleccionado de desalación, tratamiento de salmueras de plantas desaladoras, tratamiento de aguas residuales, purificación de efluentes contaminados, concentración de disoluciones, eliminación y/o recuperación de compuestos orgánicos volátiles y separación de mezclas azeotrópicas. 19. Use of the module according to claims 17 or 18, wherein the membrane distillation is carried out in a process selected from desalination, treatment of brines from desalination plants, treatment of wastewater, purification of contaminated effluents, concentration of solutions, elimination and / or recovery of volatile organic compounds and separation of azeotropic mixtures.
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