ES2247743T3 - Dispositivo para la separacion de liquidos. - Google Patents
Dispositivo para la separacion de liquidos.Info
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Abstract
UN CONJUNTO DE ELEMENTO DE SEPARACION DE FLUIDO COMPRENDE UN ELEMENTO DE SEPARACION DE FLUIDOS QUE TIENE UNA UNIDAD DE MEMBRANA Y UN MATERIAL DE ENVOLTURA DISPUESTO ALREDEDOR DE LA UNIDAD DE MEMBRANA, UNA PLACA ANTI-TELESCOPICA ACOPLADA AL MENOS A UN EXTREMO DEL ELEMENTO DE SEPARACION DE FLUIDOS, EN ESTADO LIBRE PARA SU SEPARACION, Y UN MIEMBRO DE OBTURACION DEL AGUA DE ALIMENTACION PARA IMPEDIR LA FUGA DEL AGUA DE ALIMENTACION A TRAVES DE UN HUECO ENTRE EL ELEMENTO SEPARADOR DE FLUIDO Y LA PLACA ANTI-TELESCOPICA. LA UNIDAD DE MEMBRANA ESTA FORMADA POR UNA MEMBRANA DE SEPARACION, UN MATERIAL QUE TRANSPORTA EL PERMEADO Y UN MATERIAL DE TRANSPORTE DE LA ALIMENTACION QUE VAN ENROLLADOS EN ESPIRAL ALREDEDOR DE UN TUBO DE RECOGIDA DEL PERMEADO. DISPONIENDO LA PLACA ANTI-TELESCOPICA DE MANERA DESMONTABLE, CUANDO LA MEMBRANA DE SEPARACION HA ALCANZADO EL FINAL DE SU VIDA UTIL, ES POSIBLE REUTILIZAR LOS RESTANTES MIEMBROS. PROPORCIONANDO EL MIEMBRO DE OBTURACION DEL AGUA DE ALIMENTACION, SE PUEDE ASEGURAR UN GRAN DIAMETRO DEL ELEMENTO DE SEPARACION DE FLUIDO AL MISMO TIEMPO QUE SE IMPIDE ADECUADAMENTE LA FUGA DE AGUA DE ALIMENTACION EN UN HUECO SITUADO ENTRE UN RECIPIENTE DE PRESION Y EL ELEMENTO DE SEPARACION DE FLUIDOS, AUMENTANDOSE DE ESE MODO LA CANTIDAD DE AGUA TRATADA Y MEJORANDOSE LA CALIDAD DE LA MISMA.
Description
Dispositivo para la separación de líquidos.
La presente invención hace referencia a un
dispositivo para la separación de líquidos, y más específicamente a
un dispositivo para la separación de líquidos adecuado para su uso
en un aparato para ósmosis inversa, ultrafiltrado o
microfiltrado.
En general, un dispositivo para la separación de
líquidos de tipo espiral está formado, por ejemplo, tal como se
muestra en la figura 20. En dicha figura 20, un material portador
de líquido pasante (156) está dispuesto entre una primera membrana
de separación (154) y una segunda membrana de separación (155); la
primera membrana de separación (154) y la segunda membrana de
separación (155) están cerradas de forma estanca en tres de sus
laterales mediante, por ejemplo, un adhesivo, y el lateral restante
está abierto en una dirección hacia un tubo colector de líquido
pasante (153) con aberturas colectoras de líquido pasante (152)
para formar un elemento envolvente. Una unidad de membrana (160) que
incluye este elemento envolvente, y un material portador de
alimentación (157) se encuentran arrollados en espiral en torno al
tubo colector de líquido pasante (153). Una placa antitelescópica
(158) está unida en la superficie extrema en dirección descendente
de la unidad de membrana (160) arrollada, un soporte (159) para un
retén está unido en la superficie extrema en dirección ascendente de
dicha unidad, y un material envolvente (161) está formado en la
periferia de la unidad de membrana (160). Como soporte de retén
(159), se utiliza habitualmente la misma placa que la placa
antitelescópica (158).
En dicho dispositivo de separación de líquidos
(151), el agua de alimentación que entra desde el lado del soporte
para un retén (159) a través de un paso (162) del agua de
alimentación es separada en el agua (164a) que atraviesa las
membranas de separación (154) y (155), y el agua de alimentación
restante (164b) pasa a través del material portador de alimentación
(157). El agua pasante (164a) es descargada desde la salida del tubo
colector de líquido pasante (153), y el resto de agua de
alimentación (164b) (agua concentrada) es descargada desde la salida
de la placa antitelescópica (158), respectivamente. La placa
antitelescópica (158) impide la deformación telescópica del elemento
de separación de líquidos (151) debido a la pérdida de carga
provocada cuando el agua de alimentación (163) pasa a través del
material portador de la alimentación (157). La placa antitelescópica
(158) y el soporte de retén (159) están combinados integralmente con
la unidad de membrana (160), de manera tal que no se descomponen
fácilmente por la carga originada por la pérdida de carga. Por
tanto, cuando el elemento de separación de líquidos (151) alcanza un
estado en el que ya no puede ser utilizado, por ejemplo, debido a la
reducción del rendimiento de la membrana de separación, los
elementos tales como la placa antitelescópica (158) y el tubo
colector de líquido pasante (153) son desechados sin ser
reutilizados, a pesar de que pueden encontrarse en un estado todavía
utilizable.
Por otro lado, se da a conocer un dispositivo
para la separación de líquidos con una placa antitelescópica en la
Patente U.S.A. 4.906.372. En dicho dispositivo para la separación
de líquidos, tal y como se muestra en la figura 21, dado que no
existe ninguna manera de impedir las fugas de agua de alimentación
hacia el lado de la periferia de un elemento de separación de
líquidos (151) desde un intersticio situado entre el elemento de
separación de líquidos (151) y una placa antitelescópica (158) unida
en la superficie extrema en dirección ascendente del elemento de
separación de líquidos (151), se dispone un elemento de red (165) en
la periferia del elemento de separación de líquidos (151).
En la separación de líquidos realizada utilizando
este dispositivo para la separación de líquidos, tal como el
mostrado en la figura 22, el elemento de separación de líquidos
(151) se halla contenido en un recipiente de presión (166) utilizado
como módulo de membrana de separación de líquidos (167). También
está contenido el elemento de red (165) unido a la periferia del
elemento de separación de líquidos (151), y el intersticio entre el
recipiente de presión (166) y el elemento de separación de líquidos
(151) puede ser sellado o estanqueizado. En este caso, si bien el
elemento de red (165) posee una cierta elasticidad, a fin de que
dicho elemento de red (165) se contraiga cuando se inserta en el
recipiente de presión (166), es necesario que el acabado del
diámetro del elemento de separación de líquidos (151) sea muy
preciso, al igual que el grosor del elemento de red (165),
dependiendo de la precisión del diámetro interior del recipiente de
presión (166).
En la práctica, sin embargo, el elemento de
separación de líquidos (151) presenta una mayor o menor dispersión
en su diámetro, que depende de la dispersión del grosor del elemento
o elementos utilizados en el elemento de separación de líquidos
(151). Dado que se utilizan relativamente muchos tipos de elementos
en el elemento para la separación de líquidos (151) y que se utiliza
una cantidad relativamente grande de éstos para ello, por ejemplo,
en un elemento de separación de líquidos de 8 pulgadas, se da una
dispersión del grosor del diámetro del elemento de separación de
líquidos de 2 a 3 mm. Cuando el diámetro del elemento de separación
de líquidos (151) que incluye el elemento de red (165) es inferior
al diámetro inferior del recipiente de presión (166), el elemento de
red (165) no entra en contacto con el recipiente de presión (166), y
dado que no puede sellarse el intersticio entre el recipiente de
presión (166) y el elemento de separación de líquidos (151), una
cantidad de agua de alimentación (163) relativamente grande pasa a
través de dicho intersticio situado entre el recipiente de presión
(166) y el elemento de separación de líquidos (151). En
consecuencia, disminuye la cantidad de agua de alimentación (163)
que pasa a lo largo de la superficie de la membrana de separación,
la polarización de concentración en las superficies de las membranas
de separación (154) y (155) se hace muy importante, y la cantidad de
agua pasante (164a) disminuye, mientras que, asimismo, se reduce el
rendimiento del rechazo de sal en la membrana de separación. En
particular, en un proceso tal como el de desalación de agua de mar,
en el que el agua de alimentación presenta una elevada concentración
de sal, el efecto provocado por la polarización de concentración es
importante, y la calidad del agua pasante (164a) se reduce
significativamente.
Es posible incrementar la propiedad de
contracción del elemento de red (165) estableciendo el diámetro de
la zona de la unidad de membrana (160) considerablemente inferior al
diámetro interior del recipiente de presión (166), en consideración
la dispersión del diámetro del elemento de separación de líquidos
(151), y haciendo que el elemento de red (165) sea grueso. No
obstante, en este caso, dado que es necesario reducir la zona de la
unidad de membrana (160) del dispositivo para la separación de
líquidos (151), el área de membrana efectiva se reduce, y la
cantidad de agua tratada por el elemento de separación de líquidos
(151) puede disminuir.
Sería deseable conseguir un dispositivo para la
separación de líquidos que permita la reutilización de elementos, y
que pueda impedir de manera adecuada las fugas de agua de
alimentación, y que asegure un área de membrana efectiva grande.
Además, sería deseable conseguir un módulo de
membrana de separación de líquidos que utilice dicho dispositivo
para la separación de líquidos y que pueda alcanzar un rendimiento
excelente.
Un dispositivo para la separación de líquidos
según la presente invención comprende un elemento de separación de
líquidos con una unidad de membrana y un material envolvente formado
en torno a dicha unidad de membrana, estando formada dicha unidad de
membrana por una membrana de separación, un material portador de
líquido pasante y un material portador de alimentación arrollados en
espiral en torno a un tubo colector de líquido pasante; una placa
antitelescópica unida como mínimo a un extremo del dispositivo de
separación de líquidos de forma desacoplable del mismo; y un medio
de sellado del agua de alimentación para impedir las fugas de dicha
agua de alimentación a través de un intersticio existente entre el
dispositivo de separación de líquidos y la placa
antitelescópica.
El medio de sellado del agua de alimentación
comprende, por ejemplo, un elemento anular dispuesto, como mínimo,
en un extremo del material envolvente, y que sobresale axialmente
del elemento de separación de líquidos.
El elemento anular está compuesto preferentemente
de un material con una resistencia a la flexión de 50 MPa o más. El
elemento anular puede estar formado como un anillo formado
integralmente a lo largo de toda la circunferencia, o como un anillo
dividido que presenta uniones en posiciones de la dirección
circunferencial del elemento anular. El elemento anular entra en
contacto preferentemente con la placa antitelescópica.
Un anillo de sellado, que es un elemento
diferente al elemento de sellado del agua de alimentación, puede ser
acoplado a la periferia de la placa antitelescópica. Este anillo de
sellado es acoplado preferentemente a una ranura formada en la
periferia de la placa antitelescópica. En este caso, una pared
lateral situada en una posición en dirección ascendente con respecto
a dicha ranura en la dirección del flujo de agua de alimentación
puede ser más alta que una pared lateral situada en una posición en
dirección descendente con respecto a dicha ranura en la dirección
del flujo del agua de alimentación, y el anillo de sellado unido a
la ranura puede entrar en contacto con el elemento de separación de
líquidos. En particular, el anillo de sellado unido a la ranura
puede entrar en contacto con el elemento anular dispuesto en el
material envolvente.
El medio de sellado del agua de alimentación
puede constituirse como otro tipo de formación. Por ejemplo, se
dispone una zona anular que sobresale hacia un lateral del elemento
de separación de líquidos en una zona exterior radialmente de la
placa antitelescópica. En esta realización, se dispone el medio de
sellado del agua de alimentación entre la zona anular saliente y la
periferia del elemento de separación de líquidos, o bien el medio
de sellado del agua de alimentación cubre un área que se extiende
desde una periferia de la zona anular que sobresale hasta la
periferia del elemento de separación de líquidos.
Igualmente, en dicha estructura puede unirse un
anillo de sellado a una periferia de la placa antitelescópica. Este
anillo de sellado se une preferentemente a una ranura formada en la
periferia de la placa antitelescópica.
La placa antitelescópica, por ejemplo, comprende
una zona de disco con un paso del agua de alimentación y una zona de
tubo de junta dispuesta en una zona central de la zona de disco,
comprendiendo asimismo un paso de agua pasante. Preferentemente, la
placa antitelescópica comprende además un elemento que impide que el
agua de alimentación entre en el tubo colector de líquido pasante.
La zona de disco y la zona de tubo de junta pueden estar formadas
integralmente, o bien independientemente una de la otra.
Preferentemente, la zona de tubo de junta se inserta en el tubo
colector de líquido pasante.
El material portador de la alimentación
comprende, por ejemplo, una red. Preferentemente, dicha red presenta
mallas en forma de rombo, estando dispuesta dicha red de manera tal
que un eje mayor del rombo se encuentra en la dirección del agua de
alimentación, el ángulo de un lado del rombo se encuentra en el
intervalo de entre \pm 15 y \pm 45 grados en relación a la
dirección del flujo de agua de alimentación, el grosor de la red se
encuentra en el intervalo de entre ç 0,5 y 0,9 mm, y la longitud del
eje mayor del rombo se encuentra en el intervalo de entre 3 y 8
mm.
Además, otra realización del dispositivo para la
separación de líquidos según la presente invención comprende un
elemento de separación de líquidos con una unidad de membrana y un
material envolvente formado alrededor de dicha unidad de membrana,
estando formada dicha unidad de membrana por una membrana de
separación, un material portador de líquido pasante y un material
portador de la alimentación arrollados en espiral en torno a un tubo
colector de líquido pasante; una placa antitelescópica unida, como
mínimo, a un extremo del elemento de separación de líquidos en un
estado que permita su desmontaje; y un anillo de sellado unido a una
periferia de la placa antitelescópica para el sellado de un
intersticio situado entre la periferia del tubo antitelescópico y
una superficie interior de un recipiente de presión que contiene el
elemento de separación de líquidos y la placa antitelescópica.
En este dispositivo para la separación de
líquidos, el anillo de sellado se une preferentemente a una ranura
formada en la periferia de la placa antitelescópica. En este caso,
una pared lateral situada en una posición en dirección ascendente
con respecto a dicha ranura en la dirección del flujo de agua de
alimentación puede ser más alta que una pared lateral situada en una
posición en dirección descendente con respecto a dicha ranura en la
dirección del flujo de agua de alimentación, y el anillo de sellado
unido a la ranura puede entrar en contacto con el elemento de
separación de líquidos.
Una membrana de separación de líquidos según la
presente invención puede estar construida de manera tal que contiene
una serie de los anteriormente descritos dispositivos para la
separación de líquidos en un recipiente de presión. En el módulo, el
recipiente de presión posee preferentemente una tapa en cada uno de
sus extremos axiales, y entre dicha tapa y una placa antitelescópica
de un dispositivo para la separación de líquidos situado en la
posición extrema en dirección ascendente en la dirección de flujo
del agua de alimentación, se disponen medios para presionar la placa
antitelescópica en la dirección axial del recipiente de presión.
En el dispositivo para la separación de líquidos
según la presente invención, dado que la placa antitelescópica está
unida al elemento de separación de líquidos en un estado que permite
su desmontaje, incluso cuando el dispositivo para la separación de
líquidos ha alcanzado un estado en el que no es utilizable (por
ejemplo, cuando la membrana de separación ha llegado al fin de su
ciclo de vida), es posible desechar sólo aquellos elementos que
presenten defectos y reutilizar otros elementos, por ejemplo, la
placa antitelescópica y los elementos de sellado y, según sea el
caso, el tubo colector de líquido pasante. En dicho dispositivo para
la separación de líquidos con una placa antitelescópica desmontable,
al disponer un medio de sellado del agua de alimentación para
impedir fugas de agua de alimentación a través de un intersticio
situado entre el elemento de separación de líquidos y la placa
antitelescópica, puede impedirse que una gran cantidad de agua pase
a través de un intersticio situado entre el recipiente de presión y
el dispositivo para la separación de líquidos. Como resultado, la
polarización de concentración en la superficie de la membrana de
separación puede reducirse significativamente, y puede realizarse
un dispositivo para la separación de líquidos con un gran
rendimiento de separación.
Además, en el dispositivo para la separación de
líquidos con una placa antitelescópica desmontable, al disponer el
anillo de sellado capaz de sellar un intersticio situado entre la
periferia de la placa antitelescópica y la superficie interior del
recipiente de presión, pueden reducirse de manera adecuada las fugas
de agua de alimentación a través del intersticio situado entre el
recipiente de presión y el elemento de separación de líquidos en una
posición de la placa antitelescópica, sin necesidad de tomar en
consideración la dispersión del diámetro del elemento de separación
de líquidos. Por tanto, puede asegurarse el paso de una gran
cantidad de agua de alimentación a lo largo de la superficie de la
membrana de separación del elemento de separación de líquidos, la
polarización de concentración en la membrana de separación puede
seguir siendo pequeña, puede asegurarse una gran cantidad de agua
pasante y pueden asegurarse buenas propiedades de rechazo de sal en
la membrana de separación. Además, es posible aumentar el diámetro
del elemento de separación de líquidos y, con respecto a la
dirección radial, puede incrementarse el área efectiva de la
membrana. En consecuencia, puede aumentar significativamente la
cantidad tratada, y la calidad del agua tratada puede mejorar de
manera importante.
En el conjunto del módulo de la membrana de
separación de líquidos que utiliza los dispositivos para la
separación de líquidos según la presente invención, es posible
conectar los elementos de separación de líquidos entre sí por medio
de la propia placa antitelescópica, disponiendo en dicha placa
antitelescópica una zona de tubo de junta. En dicho módulo de
membrana de separación de líquidos, por ejemplo, en comparación con
un módulo convencional en el que se combina de manera integral una
placa antitelescópica con un elemento de separación de líquidos, y
se requiere un espacio relativamente grande para conectar los
dispositivos para la separación de líquidos entre sí, puede
reducirse significativamente el espacio requerido para dicha
conexión. Por tanto, en un módulo de membrana de separación de
líquidos que conecta una serie de elementos de separación de
líquidos, es posible incrementar la longitud efectiva de cada uno de
dichos elementos de separación de líquidos en el módulo, y con
respecto a la dirección axial del elemento de separación de
líquidos, puede incrementarse el área efectiva de la membrana,
incrementando de este modo en gran medida la capacidad de
tratamiento. Además, en el módulo de membrana de separación de
líquidos que utiliza los dispositivos para la separación de líquidos
según la presente invención, dado que, básicamente, no es necesario
cambiar elementos estructurales tales como el recipiente de presión,
el coste de fabricación puede reducirse significativamente.
Se darán a conocer otros objetivos,
características y ventajas de la presente invención a partir de la
siguiente descripción detallada de las realizaciones preferentes de
la presente invención, en referencia a las figuras adjuntas.
Se describen a continuación realizaciones
preferentes de la presente invención en referencia a las figuras
adjuntas, que se incluyen únicamente a modo de ejemplo, y no
pretenden limitar la presente invención.
La figura 1 es una vista en perspectiva de un
dispositivo para la separación de líquidos según una realización de
la presente invención.
La figura 2 es una vista en sección vertical
ampliada de una placa antitelescópica del dispositivo para la
separación de líquidos mostrado en la figura 1.
La figura 3 es una vista en sección vertical de
un módulo de membrana de separación de líquidos según una
realización de la presente invención.
La figura 4 es una vista en sección vertical
parcial de un módulo de membrana de separación de líquidos que
muestra una estructura de un medio de sellado del agua de
alimentación según una realización de la presente invención.
La figura 5 es una vista en sección vertical
parcial de un módulo de membrana de separación de líquidos que
muestra una estructura de un medio de sellado del agua de
alimentación según otra realización de la presente invención.
La figura 6 es una vista en alzado que muestra un
ejemplo de estructura de un elemento de sellado del agua de
alimentación según una realización de la presente invención.
La figura 7 es una vista en sección vertical
parcial de un módulo de membrana de separación de líquidos que
muestra una estructura de un medio de sellado del agua de
alimentación según otra realización de la presente invención.
La figura 8 es una vista en sección vertical
parcial de un módulo de membrana de separación de líquidos que
muestra una estructura de un medio de sellado del agua de
alimentación según otra realización de la presente invención.
La figura 9 es una vista en sección vertical
parcial de un módulo de membrana de separación de líquidos según
otra realización de la presente invención.
Las figuras 10A y 10B son vistas en sección
vertical parcial de módulos de membrana de separación de líquidos
que muestran estructuras de medios de sellado del agua de
alimentación según otras realizaciones de la presente invención.
La figura 11 es una vista en sección vertical
parcial de un módulo de membrana de separación de líquidos que
muestra una estructura de un medio de sellado del agua de
alimentación según otra realización de la presente invención.
Las figuras 12A a 12E son vistas en sección
vertical parcial de módulos de membrana de separación de líquidos
que muestran estructuras de diversos tipos de medios de sellado
según otras realizaciones de la presente invención.
Las figuras 13A a 13C son vistas en sección
vertical parcial de elementos de separación de líquidos que muestran
estructuras de medios de sellado del agua de alimentación según
otras realizaciones de la presente invención.
La figura 14 es una vista en sección vertical
parcial de un módulo de membrana de separación de líquidos que
muestra una estructura de conexión de una placa antitelescópica y un
tubo colector de líquido pasante según otra realización de la
presente invención.
La figura 15 es una vista en sección vertical
parcial de un módulo de membrana de separación de líquidos que
muestra una estructura de una placa antitelescópica según otra
realización de la presente invención.
La figura 16 es una vista en sección vertical
parcial de un módulo de membrana de separación de líquidos que
muestra una estructura de una zona extrema de dicho módulo según
otra realización de la presente invención.
La figura 17 es una vista en sección vertical
parcial de un módulo de membrana de separación de líquidos que
muestra otra estructura de la zona extrema de dicho módulo según
otra realización de la presente invención.
La figura 18 es una vista en planta parcial de un
material portador de la alimentación según una realización de la
presente invención.
La figura 19 es una vista en sección parcial de
un material portador de líquido pasante según una realización de la
presente invención.
La figura 20 es una vista en perspectiva de un
dispositivo para la separación de líquidos convencional.
La figura 21 es una vista en perspectiva de otro
dispositivo para la separación de líquidos convencional.
La figura 22 es una vista en sección vertical
parcial de un módulo de membrana de separación de líquidos que
utiliza los dispositivos para la separación de líquidos mostrados en
la figura 21.
La figura 1 muestra un dispositivo para la
separación de líquidos según una realización de la presente
invención. En el dispositivo para la separación de líquidos (1)
mostrado en la figura 1, la unidad de membrana (7) que incluye la
membrana de separación (4), el material portador de líquido pasante
(5) y el material portador de la alimentación (6) están arrollados
en espiral en torno al tubo de recogida de líquido pasante (3), que
posee aberturas colectoras de líquido pasante (2), y el material
envolvente (8) se forma en la periferia de la unidad de membrana (7)
para formar un elemento de separación de líquidos (9). Las
superficies extremas en dirección axial del elemento de separación
de líquidos (9) se hallan expuestas, y una placa antitelescópica
(10) está unida a uno o más de los extremos del elemento de
separación de líquidos (9) para evitar una deformación telescópica
de dicho elemento de separación de líquidos (9). La placa
antitelescópica (10) está unida al elemento de separación de
líquidos (9) de forma desacoplable del mismo, de manera tal que el
elemento de separación de líquidos (9) y la placa antitelescópica
(10) pueden ser cambiados según sea necesario. Si una placa
antitelescópica se fija a un dispositivo para la separación de
líquidos en un estado tal que la placa antitelescópica no puede
desacoplarse fácilmente, una vez el dispositivo alcance un estado en
el que la separación de líquidos no puede realizarse de manera
suficiente debido, por ejemplo, a la reducción de la capacidad de la
membrana de separación, todo el dispositivo para la separación de
líquidos debe ser desechado. Incluso en tal caso, en el dispositivo
para la separación de líquidos (1) según la presente invención, dado
que se dispone una placa antitelescópica (10) desmontable, es
posible cambiar únicamente la unidad de membrana (7) y reutilizar la
placa antitelescópica (10) y, además, el tubo colector de líquido
pasante (3), según sea el caso.
La placa antitelescópica (10) según la presente
invención, por ejemplo, tal y como se muestra en la figura 2,
comprende una zona de disco (12) con pasos del agua de alimentación
(11), y una zona de tubo de junta (14) dispuesta en la zona central
de la zona de disco (12), que presenta un paso de agua de líquido
pasante (13) y a la que se encuentra unido un elemento (19), tal
como una junta tórica, que impide que el agua de alimentación entre
en el tubo de recogida de líquido pasante (3) (elemento de
prevención de entrada de agua de alimentación). Dado que la placa
antitelescópica (10) posee no sólo pasos de agua de alimentación
(11) y un paso de agua de líquido pasante (13), sino también una
zona de tubo de unión (14), no se requiere un elemento de conexión
particular, que sí se requería en dispositivos convencionales cuando
se conectaban en serie una serie de dispositivos para la separación
de líquidos. En consecuencia, se ahorra el espacio de dicha
conexión, y cuando se contienen los dispositivos en un recipiente de
presión para utilizarlos como módulo de membrana de separación de
líquidos, la zona del elemento de separación de líquidos puede
presentar una gran longitud, mejorando de este modo su capacidad y
eficiencia.
En la zona de tubo de junta (14), el agua de
alimentación que entra en el elemento de prevención (19) es fijada
para impedir que dicha agua de alimentación entre en el agua de
líquido pasante. El agua de alimentación que entra en el elemento de
prevención (19) es fijada en una posición más cercana al extremo del
tubo colector de líquido pasante (3) que la posición de la abertura
extrema colectora de líquido pasante (2) cuando la placa
antitelescópica (10) se une al elemento de separación de líquidos
(9) y, por tanto, puede evitarse que el agua de alimentación
procedente de las aberturas colectoras de líquido pasante (2) entre
en el agua de líquido pasante. Además, al establecer una distancia
entre el elemento de prevención de entrada de agua de alimentación
(19) y la placa antitelescópica (10) superior a la distancia entre
la placa antitelescópica (10) presente en la posición máxima en
dirección ascendente y una tapa de un recipiente de presión, puede
impedirse que el agua de alimentación entre en el tubo colector de
líquido pasante (3) incluso si la placa antitelescópica (10) o el
elemento de separación de líquidos (9) se desplaza en el recipiente
de presión durante el uso. Desde el punto de vista de estos
aspectos, en el caso de un elemento de separación de líquidos con
una longitud general de 1016 mm, el agua de alimentación que entra
en el elemento de prevención (19) se halla situada preferentemente
en una posición en el intervalo de entre 20 y 90 mm desde el extremo
del tubo colector de líquido pasante (3).
La zona de tubo de junta (14) se inserta en el
tubo colector de líquido pasante (3) del elemento de separación de
líquidos (9). Por tanto, el diámetro de la zona de tubo de junta
(14) se ajusta a un valor inferior que el valor del diámetro del
tubo colector de líquido pasante (3) del elemento de separación de
líquidos (9) y, a fin de reducir el retroceso al realizar la
conexión con el elemento de separación de líquidos (9) y mejorar la
capacidad de sellado del agua de alimentación, la diferencia entre
los diámetros se encuentra preferentemente en el intervalo de entre
0,01 y 0,5 mm. Además, es preferible que la zona de tubo de junta
(14) sobresalga desde la superficie lateral de la placa
antitelescópica (10) a lo largo de una longitud que se encuentra en
el intervalo de entre 25 y 100 mm. A fin de asegurar un paso del
agua de líquido pasante lo suficientemente grande y una zona de tubo
de junta (14) lo suficientemente resistente, la diferencia entre el
diámetro exterior y el diámetro interior de la zona de tubo de junta
(14) se encuentra preferentemente en el intervalo de entre 6 y 16
mm, más preferentemente en el intervalo de entre 8 y 14 mm.
La zona de disco (12) de la placa antitelescópica
(10) está preferentemente compuesta de un material con una elevada
rigidez, con una resistencia a la flexión de 50 MPa o más, a fin de
obtener un paso del agua de alimentación (11) y una resistencia lo
suficientemente elevadas. Puede utilizarse como material tal de alta
rigidez, por ejemplo, un metal, un plástico y un FRP ("plástico
reforzado con fibra de vidrio") y, en particular, resulta
preferible un acero inoxidable, que apenas se ve afectado por la
corrosión tal como el óxido generado durante el uso, óxido de
polifenileno, policarbonato, cloruro de vinilo rígido, etc. Es
preferible que la zona de disco (12) sea delgada, a fin de alargar
el elemento de separación de líquidos (9) y aumentar el tamaño del
área de membrana, pero es preferible que sea grueso para obtener una
gran resistencia. Para incrementar la resistencia, es preferible que
los nervios (41) de la placa antitelescópica (10) sean gruesos en la
dirección circunferencial de dicha placa antitelescópica (10). En
consideración de estas cuestiones, al utilizar los materiales
anteriormente descritos, el grosor de la zona de disco (12) de la
placa antitelescópica (10) se encuentra preferentemente en el
intervalo de entre 5 y 35 mm. La forma de la zona de disco (12)
puede ser más grande que el tamaño de la sección transversal del
elemento de separación de líquidos (9), y al ensamblarlo como un
módulo de membrana de separación de líquidos puede tener un tamaño
tal que le permite estar contenido en un recipiente de presión.
Para la separación de líquidos, una serie de los
dispositivos para la separación de líquidos anteriormente descritos
se hallan conectados y contenidos en un recipiente de presión para
formar un módulo de membrana de separación de líquidos.
En un módulo de membrana de separación de
líquidos según la presente invención, por ejemplo, tal y como se
muestra en las figuras 3 y 4, dos elementos de separación de
líquidos (9) adyacentes entre sí se hallan conectados a través de
una única placa antitelescópica (10). Por tanto, dado que el espacio
requerido para la conexión es un espacio correspondiente al grosor
de una placa antitelescópica (10), en comparación con un módulo
convencional de membrana de separación de líquidos en el que una
placa antitelescópica está unida a cada extremo de un elemento de
separación de líquidos, y además se requiere otro elemento
particular para la conexión, cada elemento de separación de líquidos
(9) puede ser alargado axialmente y una serie de los elementos
largos de separación de líquidos pueden estar contenidos en un
recipiente de presión convencional, a saber, sin necesidad de
modificar el tamaño exterior se puede incrementar el área efectiva
de la membrana del módulo, y la cantidad de agua a tratar por cada
elemento de separación de líquidos puede incrementarse. Por otro
lado, cuando se asegura la misma cantidad de agua a tratar como la
del módulo convencional, dado que puede reducirse la presión de
funcionamiento del tratamiento, el coste de dicho tratamiento puede
reducirse. Cuando se construye una nueva planta, no sólo puede
reducirse el número de tuberías, recipientes de presión, etc., sino
que también puede emplearse una bomba de baja presión, y puede
diseñarse la resistencia baja a la presión de las tuberías y de los
recipientes de presión, y el coste inicial puede reducirse
significativamente.
En la separación de líquidos realizada empleando
un módulo de membrana de separación de líquidos (40), tal y como se
muestra en la figura 1, el agua de alimentación (20) suministrada a
un recipiente de presión pasa a través de un paso de agua de
alimentación (11) de la placa antitelescópica (10) y entra en la
unidad de membrana (7) del elemento de separación de líquidos (9).
Si bien el agua de alimentación (20) suministrada a la unidad de
membrana (7) fluye en dirección descendente a lo largo del material
portador de la alimentación (6), una parte del agua de alimentación
pasa a través de la membrana de separación (4) y se eliminan
ingredientes innecesarios tales como la sal, y el agua pasante (21)
fluye hacia el material portador de líquido pasante (5). El agua
pasante (21) que fluye hacia el material portador de líquido pasante
(5) fluye hacia el tubo colector de líquido pasante (3) situado en
la zona central del elemento de separación de líquidos (9). El agua
pasante (21) que ha alcanzado el tubo colector de líquido pasante
(3) entra en dicho tubo (3) a través de las aberturas colectoras de
líquido pasante (2), y a continuación fluye en dirección descendente
por su interior. El agua pasante (21) del tubo colector de líquido
pasante (3) fluye a través del paso de agua pasante de una zona de
tubo de junta (14) de la siguiente placa antitelescópica (10) y
entra en un tubo colector de líquido pasante (3) del siguiente
elemento de separación de líquidos (9). El agua de alimentación que
no ha sido tratada por un elemento de separación de líquidos (9)
(agua concentrada) avanza al siguiente elemento de separación de
líquidos (9) a través del paso de agua de alimentación (11) de la
placa antitelescópica (10), y es tratada por el elemento de
separación de líquidos (9) situado en dirección descendente
(siguiente).
En dicha condición de flujo, el agua de
alimentación también puede fluir a través de un intersticio situado
entre el recipiente de presión (15) y el material envolvente (8) del
elemento de separación de líquidos (9). Mediante el flujo del agua
de alimentación a través del intersticio situado entre el recipiente
de presión (15) y el elemento de separación de líquidos (9), puede
impedirse la generación de microorganismos y la descomposición de
sustancias orgánicas presentes en el agua de alimentación, que
podrían ser provocadas por la permanencia del agua de alimentación
en dicho intersticio. No obstante, si la cantidad de agua de
alimentación que fluye es excesiva, la cantidad de agua de
alimentación que fluye a lo largo de la membrana de separación
disminuye, la polarización de concentración en la superficie de la
membrana de separación se hace muy elevada y, por tanto, no sólo
disminuyen la cantidad de agua pasante y el porcentaje de rechazo de
sal, sino que también aumenta la cantidad de depósitos en la
superficie de la membrana de separación. Como consecuencia, no sólo
aumentan los tiempos del tratamiento para producir agua purificada,
sino que también se hace muy largo el tiempo requerido para el
tratamiento y, además, se reduce la vida de la membrana de
separación.
En la presente invención, se dan a conocer medios
de sellado del agua de alimentación a fin de impedir las fugas de
agua de alimentación desde un intersticio situado entre el elemento
de separación de líquidos (9) y la placa antitelescópica (10) hacia
un intersticio situado entre el recipiente de presión (15) y el
material envolvente (8) del elemento de separación de líquidos (9).
Además, se dispone un anillo de sellado en la periferia de la placa
antitelescópica (10), que se puede desmontar para impedir que fluya
directamente una gran cantidad de agua de alimentación a través de
la zona de la periferia de la placa antitelescópica (10) y que
genere fugas hacia un intersticio situado entre el recipiente de
presión (15) y un siguiente elemento de separación de líquidos
(9).
Pueden construirse medios de sellado del agua de
alimentación para impedir el paso del agua de alimentación a través
de un intersticio situado entre el elemento de separación de
líquidos (9) y la placa antitelescópica (10), a partir de un
elemento anular dispuesto, como mínimo, en un extremo del material
envolvente (8) y que sobresale axialmente del elemento de separación
de líquidos (9). Este elemento anular, dispuesto como medio de
sellado del agua de alimentación, por ejemplo, tal como se muestra
en la figura 4, puede estar formado como una zona anular (8a), que
sobresale axialmente del propio material envolvente (8), que
sobresale axialmente desde la superficie extrema axial de la unidad
de membrana (7). Alternativamente, tal como se muestra en la figura
5, un elemento de sellado del agua de alimentación (26), formado de
manera independiente con respecto al material envolvente (8), puede
disponerse en la zona extrema axial del material envolvente (8), y
dicho elemento de sellado del agua de alimentación (26) que
sobresale axialmente desde la superficie extrema de la unidad de
membrana (7) puede ponerse en contacto con la placa antitelescópica
(10). Mediante dicho elemento de sellado del agua de alimentación
(8a) o (26), pueden impedirse las fugas de una gran cantidad de agua
de alimentación hacia un intersticio situado entre el recipiente de
presión (15) y el dispositivo para la separación de líquidos (1) (o
el elemento de separación de líquidos -9-). Resulta preferible que
el grosor del elemento de sellado del agua de alimentación (8a) o
(26) se encuentre en el intervalo de entre 0,5 y 5 mm desde el punto
de vista de la resistencia y del área de la membrana, y desde el
punto de vista de la capacidad de sellado, resulta preferible que el
elemento de sellado del agua de alimentación sobresalga axialmente a
lo largo de una longitud comprendida en el intervalo de entre 1 y 10
mm desde la superficie extrema de la unidad de membrana (7). Cuando
se da una pérdida de carga relativamente alta en el elemento de
separación de líquidos (9), dado que se aplica una fuerza sobre el
elemento de sellado del agua de alimentación (8a) o (26) para
deformar dicho elemento de sellado (8a) o (26) desde el interior
hacia el exterior del elemento de separación de líquidos (9),
resulta preferente que dicho elemento de sellado del agua de
alimentación (8a) o (26) esté formado por un material con una alta
rigidez, por ejemplo, con una resistencia a la flexión de 50 MPa o
más. Puede utilizarse como material tal de alta rigidez, por
ejemplo, un metal, un plástico y un plástico reforzado con fibra de
vidrio y, en particular, resulta preferible un acero inoxidable, que
apenas se ve afectado por la corrosión tal como el óxido generado
durante el uso, óxido de polifenileno, policarbonato, cloruro de
vinilo rígido, etc. En términos generales, se utiliza un plástico
reforzado con fibra de vidrio como un material envolvente de un
elemento de separación de líquidos. En este caso, la zona formada
como elemento de sellado del agua de alimentación puede ser moldeada
integralmente con facilidad con el material envolvente de plástico
reforzado con fibra de vidrio utilizando un molde apropiado y, dado
que no se necesita un nuevo elemento, resulta particularmente
preferible el plástico reforzado con fibra de vidrio como material
del elemento de sellado del agua de alimentación.
Cuando la concentración de agua de alimentación
es relativamente baja, como es el caso de la desalación de agua
salobre, dado que la polarización de concentración en la superficie
de la membrana de separación apenas aumenta, incluso si el agua de
alimentación presenta fugas desde una zona de sellado, puede
utilizarse un elemento de sellado del agua de alimentación
relativamente áspero sin reducir la capacidad del dispositivo para
la separación de líquidos, tal como las propiedades de rechazo de
sal y la cantidad de agua a tratar. Por ejemplo, puede utilizarse un
elemento de sellado del agua de alimentación con un pequeño defecto,
un elemento de sellado del agua de alimentación con una muesca de
aproximadamente entre 1 y 30 mm o un elemento de sellado del agua de
alimentación similar a un anillo de retención con un intersticio en
la dirección circunferencial. Alternativamente, tal como se muestra
en la figura 6, también puede utilizarse un elemento de sellado del
agua de alimentación (26) formado como un anillo dividido con
grietas (26a) en posiciones en la dirección circunferencial. Por
ejemplo, en el caso de utilizar un dispositivo para la separación de
líquidos de 8 pulgadas, si el agua de alimentación puede fluir en el
dispositivo para la separación de líquidos con un caudal en su
salida de 30 x 10^{-3} m^{3}/min o más, puede llevarse cabo la
separación de líquidos sin que ésta se vea afectada por las fugas de
agua de alimentación desde un intersticio.
En el caso en el que se dispone un anillo de
sellado en la periferia de la placa antitelescópica (10), tal y como
se muestra en la figura 4, resulta preferible definir una ranura
(27) en la periferia de la placa antitelescópica (10) para la
fijación del anillo de sellado (28), y dicho anillo de sellado (28)
encaja en la ranura (27). En este caso, el anillo de sellado (28)
está formado preferentemente a partir de un material elástico para
hacerlo entrar en contacto con la superficie interior del recipiente
de presión (15).
Cuando se dispone un elemento de sellado del agua
de alimentación en el material envolvente (8) del elemento de
separación de líquidos (9) y un anillo de sellado en la periferia de
la placa antitelescópica (10), por ejemplo, tal y como se muestra en
la figura 7, puede conseguirse un sellado efectivo poniendo en
contacto el elemento de sellado del agua de alimentación (26)
dispuesto en el material envolvente (8) con el anillo de sellado
(28) dispuesto en la placa antitelescópica (10). Además, tal y como
se muestra en la figura 8, un anillo de sellado (28a) con una parte
que sobresale en dirección descendente puede unirse a la periferia
de la placa antitelescópica (10), y dicho anillo de sellado (28a)
puede entrar en contacto con el extremo axial del material
envolvente o con un elemento de sellado del agua de alimentación
dispuesto en la zona extrema del material envolvente para su sellado
efectivo. En estos casos, resulta preferible que una pared lateral
situada en una posición en dirección descendente con respecto a la
ranura (27) se forme con una altura inferior a la de una pared
lateral situada en una posición en dirección ascendente con respecto
a la ranura (27).
De manera general, en la separación de líquidos
que utiliza un módulo de membrana de separación de líquidos, se da
una pérdida de presión conforme el agua de alimentación fluye en un
dispositivo para la separación de líquidos en dirección descendente,
y se da un caso en el que el dispositivo para la separación de
líquidos se deforma en forma telescópica debido a un esfuerzo axial
provocado por la pérdida de presión, y el dispositivo deformado es
empujado hacia el extremo en dirección descendente. Cuando se da una
pérdida de presión de 5 x 10^{5} Pa en un dispositivo para la
separación de líquidos de 8 pulgadas, el esfuerzo axial aplicado a
la superficie extrema axialmente del dispositivo para la separación
de líquidos alcanza 1,5 x 10^{4} N. No obstante, en el módulo de
membrana de separación de líquidos de la presente invención, dado
que existe una placa antitelescópica entre elementos adyacentes de
separación de líquidos, puede evitarse dicha deformación. En la
prevención de dicha deformación, dado que el elemento de sellado del
agua de alimentación (26) dispuesto en el material envolvente (8)
comprende el anillo de sellado (28) dispuesto en la placa
antitelescópica (10), resulta preferible que el tubo colector de
líquido pasante (3) que entra en contacto con la placa
antitelescópica (10) pueda recibir un esfuerzo de compresión
excesivo.
En una placa antitelescópica situada en la zona
en dirección ascendente del dispositivo para la separación de
líquidos situado en el extremo en dirección ascendente del
recipiente de presión, sólo se aplica un empuje o esfuerzo axial
debido a la diferencia de presión entre una presión de impulso en la
entrada del tubo colector de líquido pasante (3) y una presión del
agua de líquido pasante y, por tanto, no puede obtenerse un empuje o
esfuerzo axial lo suficientemente grande. En tal caso, se disponen
preferentemente medios para presionar la placa antitelescópica en la
dirección axial del recipiente de presión, tal y como se describe
más adelante. Disponiendo dichos medios, resulta posible empujar con
una fuerza lo suficientemente grande el anillo de sellado dispuesto
en la placa antitelescópica hacia el elemento de sellado del agua de
alimentación dispuesto en el extremo del elemento de separación de
líquidos, sellando de esta manera el agua de alimentación en esta
zona. La fuerza de empuje puede ser de aproximadamente 250 N en un
dispositivo para la separación de líquidos de 8 pulgadas, y de
aproximadamente 70 N en un dispositivo para la separación de
líquidos de 4 pulgadas.
En la presente invención, pueden emplearse las
siguientes diversas realizaciones, exceptuando las realizaciones
anteriormente descritas.
Por ejemplo, tal y como se muestra en la figura
9, puede disponerse una zona anular (51) que sobresale hacia el
elemento de separación de líquidos (9) en una zona radialmente
exterior de la placa antitelescópica (50). Se define una ranura (27)
similar a la mostrada en la figura 4 en la periferia de la placa
antitelescópica (50), y se hace encajar un anillo de sellado (28) en
la ranura (27). En dicha estructura, la placa antitelescópica (50)
puede ser unida fácilmente al elemento de separación de líquidos (9)
utilizando la zona anular (51) saliente, y puede facilitarse la
unión y la separación de la misma.
Además, puede mejorarse todavía más la propiedad
de sellado del agua de alimentación utilizando la zona anular (51)
saliente. Por ejemplo, tal y como se muestra en la figura 10A, se
dispone un elemento de sellado del agua de alimentación (52) entre
la zona anular (51) saliente y la periferia del material envolvente
(8) del elemento de separación de líquidos (9), y puede reducirse un
déficit de agua de alimentación en esta zona. Además, tal y como se
muestra en la figura 10B, puede disponerse un elemento de sellado
del agua de alimentación (53) compuesto por una cinta o material
elástico, de manera tal que cubre un área que se extiende desde la
periferia de la zona anular (51) saliente hasta la periferia del
material envolvente (8) del elemento de separación de líquidos (9),
reduciendo de la misma manera un déficit de agua de alimentación en
esta zona.
Con respecto a una estructura en la que se
dispone una ranura (27) en la periferia de una placa antitelescópica
y un anillo de sellado (28) en la ranura (27), por ejemplo, puede
emplearse otra estructura, tal y como se muestra en la figura 11,
excepto las estructuras mostradas en las figuras 4 y 7. En la figura
11, se disponen una pared lateral (61) más alta y una pared lateral
(62) más baja en la periferia de la placa antitelescópica (60), de
manera tal que se extienden circunferencialmente de la placa
antitelescópica (60), se forma una ranura (27) entre ambas paredes
laterales (61) y (62), y se hace encajar el anillo de sellado (28)
en la ranura (27). Se dispone una distancia apropiada entre cada
pared lateral (61) o (62) y cada superficie lateral correspondiente
de la placa antitelescópica (60). En esta realización, el material
envolvente (8) del elemento de separación de líquidos lateral (9)
situado en dirección ascendente sobresale de manera tal que la punta
del mismo entra en contacto con la superficie lateral de la pared
lateral (61) situada en dirección ascendente, y la parte saliente
del material envolvente (8) del elemento de separación de líquidos
lateral (9) situado en dirección descendente o un elemento de
sellado del agua de alimentación (26) dispuesto en la zona extrema
de dicho material envolvente (8) es ajustado en torno a la pared
lateral (62) situada en dirección descendente, y la punta del mismo
se pone en contacto con la superficie lateral del anillo de sellado
(28). En dicha estructura, puede incrementarse de manera adecuada la
capacidad de sellado del agua de alimentación, y puede facilitarse
la conexión de los elementos de separación de líquidos (9) situados
en dirección ascendente y descendente con la placa antitelescópica
(60) interpuesta entre los mismos.
Además, en la presente invención, pueden
emplearse diversas estructuras, tal y como se muestra en las figuras
12A a 12E, a fin de reducir de manera más apropiada un déficit de
agua de alimentación.
En una estructura mostrada en la figura 12A, el
anillo de sellado (72) dispuesto en la ranura (71) formada en la
periferia de la placa antitelescópica (70) presenta una forma con
una ranura (73) en la superficie lateral situada en dirección
descendente, y la parte de la punta del elemento de sellado del agua
de alimentación (26) saliente dispuesto en la parte extrema del
material envolvente (8) del elemento de separación de líquidos
lateral (9) situado en dirección descendente se inserta en la ranura
(73). En la estructura mostrada en la figura 12B, la ranura (82) se
forma en la periferia de la placa antitelescópica (80), el anillo de
sellado (81) puesto en contacto con la superficie interior del
recipiente de presión (15) es ajustado en la ranura (82), y en la
zona del mismo situada en dirección descendente, se disponen un
elemento de sellado particular (83) para impedir un déficit de agua
de alimentación y una ranura (84) ajustada en el elemento de sellado
(83). Este elemento de sellado (83) se pone en contacto con la
superficie interior del elemento de sellado del agua de alimentación
(26) saliente dispuesto en la parte extrema del material envolvente
(8) del elemento de separación de líquidos (9) situado en dirección
descendente, y esta parte es sellada. Como elemento de sellado (83),
puede utilizarse también, por ejemplo, un elemento con una sección
transversal como la mostrada en la figura 12C. Además, tal como se
muestra en la figura 12D, puede utilizarse la junta tórica (85) en
lugar del elemento de sellado (83) de las formas anteriormente
descritas. Adicionalmente, de acuerdo con la relación entre la
posición de la superficie interior del recipiente de presión (15) y
la posición de la superficie exterior del elemento de separación de
líquidos (9), por ejemplo, tal como se muestra en la figura 12E,
puede formarse una ranura en forma de anillo (91) en la superficie
lateral de la placa antitelescópica (90), y puede ajustarse un
elemento de sellado (92) compuesto, por ejemplo, por un elastómero,
en la ranura (91). El elemento de sellado del agua de alimentación
(26) dispuesto en la parte extrema del material envolvente (8) del
elemento de separación de líquidos (9) situado en dirección
descendente puede ponerse en contacto con el elemento de sellado
(92). En dichas estructuras, puede mejorarse aún más la capacidad de
sellado de la parte exterior de la placa antitelescópica en
dirección radial.
Pueden emplearse diversas formas para la forma de
la punta del elemento de sellado del agua de alimentación (26)
dispuesto en la parte extrema del material envolvente (8) del
elemento de separación de líquidos (9). Por ejemplo, puede emplearse
una punta plana (26a) tal como se muestra en la figura 13A, una
punta (26b) formada con un redondeado o una esquina tal como se
muestra en la figura 13B, o una punta redondeada (26c) tal como se
muestra en la figura 13C.
Si bien la zona de tubo de junta (14) de la placa
antitelescópica (10) se inserta en el tubo colector de líquido
pasante (3) de la unidad de membrana (7) tal y como se ha mencionado
anteriormente, ambos tubos pueden conectarse a través de una
estructura atornillada. Por ejemplo, tal como se muestra en la
figura 14, se definen tornillos en la periferia de la zona de tubo
de junta (121) de la placa antitelescópica (120) y la superficie
interior del tubo colector de líquido pasante (122),
respectivamente, y ambos tubos se conectan en una zona atornillada
(123). En esta estructura, a través de la conexión atornillada se
incrementa la capacidad de sellado entre el elemento de sellado del
agua de alimentación (26) dispuesto en la parte extrema del
material envolvente (8) y la placa antitelescópica (120),
impidiendo de este modo las fugas del agua de alimentación hacia un
intersticio situado entre el elemento de separación de líquidos (9)
y el recipiente de presión (15).
Si bien las realizaciones anteriormente descritas
muestran una placa antitelescópica formada integralmente incluyendo
una parte de tubo de junta, dicha parte de tubo de junta puede
formarse como un elemento independiente. Por ejemplo, tal como se
muestra en la figura 15, la parte de disco (131) y la parte de tubo
de junta (132) de la placa antitelescópica (130) están formadas como
elementos independientes entre sí, y ambos elementos se ensamblan en
la placa antitelescópica (130). En esta estructura, la zona
escalonada (131a) formada en la superficie interior de la zona de
disco (131) y la zona escalonada (132a) formada en la periferia de
la parte de tubo de junta (132) se acoplan entre sí axialmente
recibiendo un esfuerzo axial para formar una placa antitelescópica
(130).
En el módulo de membrana de separación de
líquidos según la presente invención, se dispone preferentemente un
elemento de presión entre una tapa de un recipiente de presión y una
placa antitelescópica de un dispositivo para la separación de
líquidos situado en la posición extrema en dirección ascendente, a
fin de disponer la suficiente presión entre una placa
antitelescópica situada en el extremo en dirección ascendente y el
elemento de separación de líquidos, impidiendo de este modo las
fugas de agua de alimentación desde un intersticio situado entre el
recipiente de presión y el elemento de separación de líquidos y a
través de un intersticio situado entre la placa antitelescópica y el
elemento de separación de líquidos. Dicho elemento de presión, por
ejemplo, tal como se muestra en la figura 16, puede estar formado
por una estructura en la que se interpone un elemento de empuje, tal
como un resorte metálico (17), entre una placa antitelescópica (10)
y una tapa (16) del recipiente de presión (15). Alternativamente,
tal como se muestra en la figura 17, puede disponerse un perno de
ajuste (18) en la tapa (16) del recipiente de presión (15).
En el dispositivo para la separación de líquidos
según la presente invención, el material portador de la alimentación
(6) posee preferentemente un elevado rendimiento para provocar
turbulencia en el flujo de agua de alimentación, a fin de reducir
hasta un valor bajo la polarización de concentración.
Preferentemente, se utiliza una red con mallas en forma de rombo
para provocar turbulencia en el flujo de agua de alimentación en la
superficie de la membrana de separación. Esta red se dispone
preferentemente de manera tal que el eje mayor del rombo se
encuentra en la dirección de flujo del agua de alimentación, y el
ángulo de un lado del rombo se encuentra preferentemente en el
intervalo de entre \pm 15 y \pm 45 grados en relación a la
dirección del flujo del agua de alimentación. En la presente
invención, el "eje mayor" significa un eje más largo de entre
los ejes formados entre las esquinas enfrentadas de una malla
romboidal, y el "ángulo de un lado del rombo en relación a la
dirección del flujo del agua de alimentación" significa, tal como
se muestra en la figura 18, un ángulo \alpha definido por la
dirección del flujo del agua de alimentación mostrado mediante una
flecha y un elemento de la malla (140) que forman la malla. Más
preferentemente, este ángulo se encuentra en el intervalo de entre
\pm 15 y \pm 40 grados. Si este ángulo es inferior a 15 grados,
el rendimiento de turbulencia del agua de alimentación disminuye
rápidamente y la concentración cerca de la superficie de la
membrana de separación aumenta, con lo que la polarización de
concentración se incrementa, la capacidad de separación se
deteriora y también se deteriora la calidad del agua tratada.
A fin de evitar dicha situación, el ángulo del
elemento de la malla también se encuentra preferentemente en el
intervalo de entre \pm 20 y \pm 35 grados, en relación a la
dirección del flujo del agua de alimentación. En un módulo de
membrana de separación de líquidos con una serie de elementos de
separación de líquidos contenido en un recipiente de presión en el
que el ángulo del elemento de la malla del material portador de
alimentación se encuentra dentro del intervalo adecuado
anteriormente descrito, dado que se puede evitar una reducción de
la presión efectiva que opera en los elementos de separación de
líquidos, puede mantenerse la calidad y cantidad deseada de agua
tratada sin incrementar la presión de impulso. Como resultado, puede
reducirse la energía y el coste de funcionamiento del tratamiento de
agua. Asimismo, en dicho aparato de tratamiento de agua, dado que no
se requieren una bomba de alta presión ni una tubería resistente a
alta presión, el coste del aparato se reduce significativamente.
El grosor de la red es preferentemente de 0,9 mm
o inferior, más preferentemente de 0,8 mm o inferior, a fin de
evitar una reducción del área de la membrana de separación y de
obtener una cantidad de agua tratada lo suficientemente grande. Por
otro lado, el grosor de la red es preferentemente de 0,5 mm o
superior, más preferentemente de 0,6 mm o superior, a fin de evitar
un aumento notable de la resistencia al flujo y de la pérdida de
carga debida a un paso demasiado estrecho. Además, la longitud L del
eje mayor de la malla romboidal mostrada en la figura 18 se
encuentra preferentemente en el intervalo de entre 3 y 8 mm.
Estableciendo esta longitud en 3 mm o superior, la densidad de
intersecciones de la red por unidad de área puede ser reducida a un
valor mínimo para evitar el aumento de la resistencia al flujo,
evitando de este modo un incremento de la pérdida de carga.
Estableciendo esta longitud en 8 mm o inferior, puede evitarse una
deriva del flujo del agua de alimentación, y puede evitarse que
difieran significativamente los grados de reducción de las
capacidades de separación en una zona de flujo fácil y en una zona
de flujo difícil. La longitud L del eje mayor se encuentra más
preferentemente en el intervalo de entre 3,3 y 7 mm, y aún más
preferentemente en el intervalo de entre 3,5 y 6 mm. El material de
esta red es preferentemente un polipropileno, un polietileno, un
nylon, un poliéster, etc.
Además, en el dispositivo para la separación de
líquidos según la presente invención, la resistencia del paso
formado por el material portador de líquido pasante (5) se reduce
preferentemente al mínimo valor posible, a fin de incrementar más el
rendimiento de separación de la membrana de separación. Para reducir
la resistencia de este paso, se requiere que el porcentaje de
abertura de la sección transversal del material portador sea
elevado. Si bien es deseable que el material portador de líquido
pasante sea más delgado a fin de incrementar la densidad de carga de
la membrana de separación en la unidad de membrana, este requisito
es contrario al de reducir la resistencia del paso y en la práctica,
el grosor del material portador de líquido pasante se diseña de
manera tal que adopta un valor óptimo, desde el punto de vista del
equilibrio de los efectos de los respectivos requisitos.
A partir de dichos requisitos, se ha utilizado
una red como material portador de líquido pasante incluso en un
elemento de separación de líquidos convencional de tipo espiral que
utiliza una membrana de separación. Una red típica es un material
preparado endureciendo un tejido de punto tricotado con fibras de
poliéster en una estructura de doble dembigh impregnando una resina
en la misma o aglomerándola térmicamente, o un material preparado
con un satinado posterior del tejido de punto para aplanar la
superficie. Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 19, el
material portador de líquido pasante (5) se utiliza en un estado en
el que las ranuras (141) de dicho material (5) que conforman el paso
de agua de líquido pasante se orientan perpendicularmente al eje del
tubo colector de líquido pasante (3). El grosor del material
portador de líquido pasante (5) se encuentra preferentemente en el
intervalo de entre 0,2 y 0,4 mm. En el material portador de líquido
pasante (5) mostrado en la figura 19, se forman proyecciones (142)
que forman ranuras (141) dispuestas como paso de agua de líquido
pasante y membrana de separación de soporte (4) en la superficie del
material portador de líquido pasante (5).
La función requerida al material envolvente (8)
consiste en mantener la formación del elemento de separación de
líquidos cilíndrico (9). Se requiere cubrir toda la periferia de la
unidad de membrana (7) con el material envolvente (8) para que el
agua de alimentación (20) fluya de manera uniforme en la superficie
de la membrana de separación. Además, debido a que el elemento de
separación de líquidos (9) está estructurado de manera tal que se le
aplica una presión interior durante el uso, se requiere evitar una
fácil expansión o ruptura del elemento (9). A partir de dichos
requisitos, el material envolvente (8) está formado habitualmente
utilizando un proceso de arrollamiento de filamentos, en el que se
impregna una resina, tal como epoxi, en fibras de vidrio o
filamentos de poliéster, el material impregnado con la resina es
arrollado en torno a la unidad de membrana (7) y a continuación, se
endurece la resina.
Claims (19)
1. Dispositivo para la separación de líquidos,
que se encuentra contenido en un módulo de membrana de separación,
que comprende:
un elemento de separación de líquidos con una
unidad de membrana y un material envolvente formado en torno a dicha
unidad de membrana, estando formada dicha unidad de membrana por una
membrana de separación, un material portador de líquido pasante y un
material portador de la alimentación arrollados en torno a un tubo
colector de líquido pasante;
una placa antitelescópica unida, como mínimo, a
un extremo de dicho elemento de separación de líquidos en un estado
tal le permite desacoplarse del mismo; y
un anillo de sellado unido a la periferia de
dicha placa antitelescópica para el sellado de un intersticio
situado entre dicha periferia de la placa antitelescópica y una
superficie interior del módulo de membrana de separación; y
un medio de sellado del agua de alimentación para
impedir fugas de agua de alimentación a través de un intersticio
situado entre dicho elemento de separación de líquidos y dicha placa
antitelescópica.
2. Dispositivo para la separación de líquidos,
según la reivindicación 1, en el que dicho medio de sellado del agua
de alimentación comprende un medio anular en, como mínimo, un
extremo de dicho material envolvente, que sobresale axialmente de
dicho elemento de separación de líquidos.
3. Dispositivo para la separación de líquidos,
según la reivindicación 2, en el que dicho elemento anular está
compuesto por un material con una resistencia a la flexión de 50 MPa
o superior.
4. Dispositivo para la separación de líquidos,
según la reivindicación 2 ó 3, en el que dicho elemento anular está
formado como un anillo dividido con grietas en posiciones en la
dirección circunferencial de dicho elemento anular.
5. Dispositivo para la separación de líquidos,
según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que dicho
elemento anular entra en contacto con dicha placa
antitelescópica.
6. Dispositivo para la separación de líquidos,
según la reivindicación 1, en el que dicho anillo de sellado está
unido a una ranura formada en dicha periferia de dicha placa
antitelescópica.
7. Dispositivo para la separación de líquidos,
según la reivindicación 6, en el que una pared lateral situada en
una posición en dirección ascendente con respecto a dicha ranura en
la dirección de flujo de dicha agua de alimentación es más alta que
una pared lateral situada en una posición en dirección descendente
con respecto a dicha ranura en la dirección de flujo de dicha agua
de alimentación, y dicho anillo de sellado unido a dicha ranura
entra en contacto con dicho elemento de separación de líquidos.
8. Dispositivo para la separación de líquidos,
según la reivindicación 7, en el que dicho anillo de sellado unido
a dicha ranura entra en contacto con dicho elemento anular
dispuesto en dicho material envolvente.
9. Dispositivo para la separación de líquidos,
según la reivindicación 1, en el que se dispone una zona anular que
sobresale hacia un lateral del elemento de separación de líquidos en
una zona exterior de dicha placa antitelescópica en dirección
radial.
10. Dispositivo para la separación de líquidos,
según la reivindicación 9, en el que dicho elemento de sellado del
agua de alimentación se dispone entre dicha zona anular y una
periferia de dicho elemento de separación de líquidos.
11. Dispositivo para la separación de líquidos,
según la reivindicación 9, en el que dicho elemento de sellado del
agua de alimentación cubre un área que se extiende desde la
periferia de dicha zona anular saliente hasta una periferia de
dicho elemento de separación de líquidos.
12. Dispositivo para la separación de líquidos,
según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que dicha
placa antitelescópica comprende una zona de disco con un paso de
agua de alimentación y una zona de tubo de junta dispuestas en una
zona central de dicha zona de disco y con un paso de agua de
líquido pasante.
13. Dispositivo para la separación de líquidos,
según la reivindicación 12, en el que dicha placa antitelescópica
comprende además un elemento que impide que el agua de alimentación
entre en dicho tubo colector de líquido pasante.
14. Dispositivo para la separación de líquidos,
según la reivindicación 12 ó 13, en el que dicha zona de disco de
dicha zona de tubo de junta se hallan formadas integralmente.
15. Dispositivo para la separación de líquidos,
según la reivindicación 12 ó 13, en el que dicha zona de disco de
dicha zona de tubo de junta se hallan formadas independientemente
una de la otra.
16. Dispositivo para la separación de líquidos,
según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, en el que dicha
zona de tubo de junta se inserta en dicho tubo colector de líquido
pasante.
17. Dispositivo para la separación de líquidos,
según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que dicho
material portador de la alimentación comprende una red con
dimensiones en forma de rombo, estando dispuesta dicha red de manera
tal que el eje mayor de dichos rombos se halla orientado en la
dirección de flujo de dicha agua de alimentación, el ángulo de un
lado de dicho rombo se encuentra en el intervalo de entre \pm 15 y
\pm 45 grados en relación a la dirección de flujo de dicha agua de
alimentación, el grosor de dicha red se encuentra en el intervalo de
entre 0,5 y 0,9 mm, y la longitud de dicho eje mayor de dicho rombo
se encuentra en el intervalo de entre 3 y 8 mm.
18. Módulo de membrana de separación de líquidos,
que contiene una serie de dispositivos para la separación de
líquidos según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17 en un
recipiente de presión.
19. Módulo de membrana de separación de líquidos,
según la reivindicación 18, en el que dicho recipiente de presión
posee una tapa en cada uno de sus extremos en dirección axial, y
entre dicha tapa y una placa antitelescópica de un dispositivo para
la separación de líquidos situado en una posición extrema en
dirección ascendente en la dirección del flujo del agua de
alimentación, se disponen medios para ejercer presión sobre la placa
antitelescópica en la dirección axial de dicho recipiente de
presión.
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