ES2848117T3 - Cartucho de membranas de fibras huecas y módulo para la separación de fluidos - Google Patents
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Abstract
Cartucho (2) para la separación de una mezcla de gas, que comprende: - un tubo colector de permeado PSR (8) que consta de uno o más segmentos y tiene un extremo delantero PSRE1 (26) y un extremo trasero PSRE2 (27), - una multitud de membranas de fibras huecas dispuestas alrededor del tubo colector de permeado PSR (8) y que tiene un extremo delantero HFE1 en el lado PSRE1 y un extremo trasero HFE2 en el lado PSRE2, - una primera lámina de tubo VA1 (10) en los extremos delanteros HFE1 y PSRE1 (26) y una segunda lámina de tubo VA2 (11) en los extremos traseros HFE2 y PSRE2 (27), - una barrera (13) que es impermeable a la mezcla de fluido a separar y que rodea la disposición compuesta del tubo colector de permeado PSR (8) y membranas de fibras huecas en la región entre las láminas de tubos VA1 (10) y VA2 (11), - una caperuza extrema delantera EK1 (23) dispuesta por encima de la primera lámina de tubo VA1 (10) y opcionalmente una caperuza extrema trasera EK2 (24) que, si está presente, está dispuesta por encima de la segunda lámina de tubo VA2 (11), caracterizado por que - el tubo colector de permeado PSR (8) o todos los segmentos del tubo colector de permeado PSR en la región entre las láminas de tubo VA1 (10) y VA2 (11) están configurados para ser impermeable a la mezcla de fluido a separar, - la barrera impermeable (13) está configurada, sobre la base del eje longitudinal del cartucho, en el primer tercio, preferiblemente en el primer cuarto, de la distancia entre las láminas de tubo VA1 (10) y VA2 (11), más preferiblemente a una distancia de 0 a 10 cm más allá de la cara extrema interior (10b) de la lámina de tubo VA1 y más preferiblemente a una distancia de 2 a 4 cm más allá de la cara extrema interior (10b) de la lámina de tubo VA1, de tal manera que uno o más orificio(s) o intersticio(s) de entrada de fluido (14) están presentes en el especio intermedio (9) entre la barrera impermeable (13) y el tubo colector de permeado PSR (8), - los extremos traseros de fibras huecas HFE2 están incrustados en la segunda lámina de tubo VA2 (11), con los núcleos de las fibras huecas cerrados en sus extremos traseros HFE2, - los extremos delanteros de fibras huecas HFE1 están incrustados en la primera lámina de tubo VA1 (10), con los núcleos de las fibras huecas abiertos en sus extremos delanteros HFE1, - la caperuza extrema delantera EK1 (23) está configurada y dispuesta por encima de la primera lámina de tubo VA1 (10) de tal manera que se forma una cavidad (15) de la caperuza extrema delantera EK1 entre la cara extrema exterior (10a) de la primera lámina de tubo VA1, donde el permeado fluye fuera de los núcleos de fibras huecas y la superficie interior de la caperuza extrema EK1 (23), - en la región de la cavidad (15) de la caperuza extrema delantera EK1 están presentes orificios de salida de permeado (16) en el tubo colector de permeado PSR (8) o en un segmento del tubo colector de permeado PSR, de tal manera que existe una comunicación de fluido entre el fluido en la cavidad (15) de la caperuza extrema delantera EK1 y el interior del tubo colector de permeado PSR (8), - al menos un orificio de salida del retentado está presente en el último cuarto de la distancia entre las láminas de tubo VA1 (10) y VA2 (11) en la barrera impermeable (13) o incrustado en la segunda lámina de tubo VA2 (11).
Description
DESCRIPCIÓN
Cartucho de membranas de fibras huecas y módulo para la separación de fluidos
La presente invención proporciona cartuchos y módulos nuevos para la separación de mezclas de fluidos, especialmente para la separación de gas, un proceso para su producción y un método de uso de los mismos.
Se utilizan membranas en muchos sectores de la industria para la separación de gas, líquido y mezclas de gas/líquido, cada una de las cuales se refiere a continuación como mezclas de fluidos. Las membranas se utilizan generalmente instaladas en módulos o cartuchos. En cambio, se utilizan cartuchos en carcasas separadas, preferiblemente en una carcasa instalada en el sistema de separación de una manera fija. Por lo tanto, los cartuchos tienen la ventaja de que se producen costos más bajos en su cambio que en el caso de módulos, puesto que no debe sustituirse también la carcasa de alta presión costosa.
Aunque se utilizan generalmente cartuchos o módulos de volumen pequeño en el sector de procesamiento de bio-gas, se requieren cartuchos o módulos de volumen grande en el sector de la purificación de gas natural, que sean capaces de manejar volúmenes granes de gas. Además, este campo de uso requiere cartuchos y módulos que se puedan utilizar a presiones de gas de alimentación relativamente altas, preferiblemente de 30 a 100 bares.
Por ejemplo, UOP vente sistemas de separación de gas Separex™ para la purificación de gas natural. Existen cartuchos, en los que membranas de láminas planas son enrolladas alrededor de un tubo colector permeable central. Una pluralidad de tales cartuchos están conectados en serie en una carcasa instalada de una manera fija en el sistema de separación de gas. Las membranas están constituidas ce acetato de celulosa. La tecnología UOP tiene el inconveniente de que los cartuchos tienen una vida útil relativamente corta y de que, de acuerdo con las condiciones de uso, pueden tener que ser sustituidos ya después de un periodo de meses. Además, la capacidad de los cartuchos individuales no es satisfactoria y existe una necesidad se sistemas mejorados.
Además de los módulos de membranas de láminas planas que - como se ha descrito - ya han sido comercializados, han existido también una multitud de intentos para producir cartuchos o módulos de membranas de fibras huecas. Ejemplos de éstas se encuentran en US 3422008, US 3455460, US 3475331, US 4207192, US 4210536, US 4220489, US 4430219, US 4631128, US 4715953, US 4865736, US 4881955, US 5.026.479, US 5084073, US 5160042,US 5299749, US 5.470.469, US 5411662, US 5702601, US 5837032, US 5837033, US 5897729, US 7410580, US 7998254, US 2002/0162451, US 8747980, US 8778062, US 2003/0154856, EP 0 627 254 y CN 103691323.
Sin embargo, no ha sido posible todavía desarrollar cartuchos o módulos fabricados de membranas de fibras huecas que manejen un volumen de fluido alto a altas presiones y dos o más de los cuales se puedan conectar entre sí en una carcasa, de tal manera que sean adecuados, por ejemplo, como sustitución para cartuchos de membranas de láminas planas en los sistemas UOP.
Por lo tanto, existe todavía una necesidad de cartuchos o módulos nuevos para la separación de mezclas de fluidos, especialmente para la separación de gas, con los que se puedan separar volúmenes grandes de una manera eficiente y que puedan sustituir a los cartuchos utilizados hasta ahora en sistemas existentes, de tal manera que no sea necesario construir sistemas nuevos.
La presente solicitud proporciona, por lo tanto, cartuchos y módulos nuevos para la separación de mezclas de fluidos, especialmente para la separación de gas, y un proceso para su producción y un método para su oso, que han reducido, al menos algunos, si no todos, los inconvenientes de los sistemas de la técnica anterior.
Los cartuchos nuevos deberían ser especialmente adecuados para sustituir cartuchos convencionales en sistemas existentes.
En otro objeto específico, los cartuchos módulos nuevos deben tener ventajas comparados con los sistemas de la técnica anterior, por que tienen un tiempo operativo más largo y/o se pueden producir a un coste más bajo y/o tienen mejor actuación de separación, con preferencia sobre la base del volumen de fluido por hora y/o pureza.
Otros objetos no referidos explícitamente serán evidentes a partir del contexto general de la presente descripción, ejemplos y dibujos.
Los inventores han encontrado ahora que es posible conseguir los objetos mencionados anteriormente, en un cartucho o un módulo, disponiendo una multitud de membranas de fibras huecas alrededor de un tubo colector central de permeado y configurando el cartucho o el módulo de tal manera que la mezcla de fluido a separar fluye hacia las fibras huecas desde el lado exterior. En este caso, una proporción mayor de fluido que permea más rápidamente y posiblemente una proporción menor del fluido que permea más lentamente en la mezcla de fluido permean a través de las membranas de fibras huecas y forman el permeado o la corriente de permeado en su núcleo hueco. En virtud de una configuración adecuada del cartucho de acuerdo con la reivindicación 1 o una de las reivindicaciones
dependientes de ella, la corriente es alimentada, a su vez, al tubo colector de permeado y de esta manera es descargada desde la planta de separación. El cartucho de la invención está configurado de tal manera que la mezcla de fluido a separar es conducida más allá de las membranas de fibras huecas en dirección longitudinal del cartucho, en el curso de los cual, es enriquecida con fluido que permea más lentamente, como se ha descrito anteriormente, formando el retentado. Los cartuchos de la invención de acuerdo con la reivindicación 1 o una reivindicación dependiente de ella están configurados de tal manera que el retentado puede ser retirado del cartucho y o bien es alimentado a otro cartucho o retirado de la carcasa del módulo.
La presente invención ha conseguido por primera vez producir cartuchos de membranas de fibras huecas que se conectan entre sí a través de un tubo colector de permeado y una pluralidad de los cuales se pueden conectar en serie también, en virtud de la conducción del retentado, en un módulo, de tal manera que se pueden utilizar como cartuchos de sustitución en los sistemas UOP.
En virtud del suministro de la mezcla de fluido a separar hasta el lado exterior de las membranas de fibras huecas, ha sido posible adicionalmente proporcionar cartuchos que resisten presiones operativas muy altas. Esto es especialmente significativo en el caso de separación de mezclas de gas. Además, los cartuchos de la invención tienen la ventaja de que se pueden producir en volúmenes grandes, es decir, longitud grande y diámetro grande, y cumplen los requerimientos correspondientes.
Se considera que otra ventaja de los cartuchos de la invención sobre los sistemas utilizados comercialmente es que ha sido posible a través del uso de membranas de fibras huecas alojar un área grande de membrana en el mismo volumen de cartucho. Los cartuchos de la invención son capaces, por lo tanto, de tener mejor actuación de separación que los sistemas de la técnica anterior.
Los sistemas de la invención tienen adicionalmente la ventaja de que se pueden obtener, para diferentes membranas de fibras huecas, con diferentes diámetros y/o se pueden fabricar de diferentes materiales, y de esta manera se pueden utilizar flexiblemente. Además, los cartuchos son variables en términos de diámetro y geometría y, por lo tanto, se pueden adaptar a varios requerimientos de plantas de separación existentes.
Otras ventajas de la presente invención, que no se describen explícitamente serán evidentes a partir de la descripción, los ejemplos, las reivindicaciones y los dibujos.
La presente invención proporciona cartuchos de acuerdo con la reivindicación 1, módulos de acuerdo con la reivindicación 9, un proceso para producir los cartuchos de la invención de acuerdo con la reivindicación 11 y un método para separar fluidos, especialmente para la separación de gas, utilizando los cartuchos de la invención de acuerdo con la reivindicación 14. Formas de configuración preferidas se reivindican en las reivindicaciones dependientes y se explican en detalle en la descripción siguiente.
La presente invención se describirá ahora en detalle. Primero se definirán algunos términos importantes.
El cociente de las actuaciones de los fluidos a separar, especialmente de los gases individuales, determina la selectividad de una membrana con respecto a la separación de los dos fluidos y de esta manera indica la eficiencia con la que la membrana es capaz de separar una mezcla de fluido con respecto a los dos componentes.
El término permeado se aplica a toda la corriente generada en el lado de baja presión de la membrana, módulos de membrana, o etapa de separación de la membrana.
Fluido permeado o gas permeado se refiere al (los) componente(s) con los que la membrana, módulos de membrana, o etapa de separación de la membrana se enriquece(n) en la corriente de permeado comparado con la corriente de entrada respectiva.
Retentado se refiere a toda la corriente generada en el lado de alta presión de la membrana, módulos de membrana, o etapa de separación de la membrana y que no pasa a través de la membrana.
Fluido retentado o gas retentado se refiere al (los) componente(s) con los que la membrana, módulos de membrana, o etapa de separación de la membrana se enriquece(n) en la corriente de retentado comparado con la corriente de entrada respectiva.
Mezcla de fluido a separar, especialmente mezcla de gas a separar, se refiere a una mezcla de fluido, preferiblemente una mezcla de gas, de al menos dos fluidos, preferiblemente dos gases, o una corriente de esta mezcla de fluido, preferiblemente mezcla de gas, que debe separarse por medio del método de la invención o el dispositivo de la invención.
Las realizaciones preferidas y específicas descritas a continuación del método de acuerdo con la presente invención y también los diseños preferidos y particularmente adecuados y también los dibujos y descripciones de los dibujos se utilizarán ahora para proporcionar otra explicación meramente ilustrativa de la invención; es decir, que la invención no
está limitada a estas realizaciones y usos ejemplares o a las combinaciones particulares de características dentro de las realizaciones ejemplares individuales.
Descripción de las figuras:
La figura 1 muestra, a modo de ejemplo, una sección longitudinal a través de un módulo de separación de fluido con la invención con dos cartuchos de la invención insertados.
La figura 2 muestra la vista exterior de un cartucho de la invención.
La figura 3 muestra una sección longitudinal de un cartucho de la invención.
Las características individuales indicadas y/o ilustradas en conexión con realizaciones ejemplares concretas no están restringidas a estas realizaciones ejemplares o a la combinación con otras características de estas realizaciones ejemplares, sino que se pueden combinar donde sea posible técnicamente con otras versiones, aunque éstas no se describan separadamente en el presente documento.
Los signos de referencia idénticos en las figuras e ilustraciones individuales de los dibujos designan componentes idénticos o similares o componentes que actúan de una manera idéntica o similar. Las ilustraciones en el dibujo ilustran también esas características sin signos de referencia, independientemente de si tales características se describen o no posteriormente. Por otra parte, las características que se incluyen en la presente descripción, pero no son visibles o se ilustran en el dibujo son también fácilmente evidentes para un experto en la técnica.
Una realización preferida del presente dispositivo de la invención se muestra en las figuras 1 a 3. La figura 1 muestra una sección longitudinal de un módulo de separación (1) de la invención. La figura 2 muestra una vista exterior de un cartucho (2) de la invención, mientras que la figura 3 muestra una sección longitudinal de un cartucho (2) de la invención.
Con referencia a la figura 1, el módulo de separación (1) de la invención comprende una carcasa (3), en la que existen, por ejemplo, dos cartuchos (2a) y (2b) de la invención. La mezcla de fluido a separar pasa a través de la entrada de fluido del módulo (4) en el interior de la carcasa (3). Posteriormente, la mezcla de fluido es conducida a través de un intersticio (17) entre la caperuza extrema EK1 (23) del primer cartucho (2a) y la pared interior de la carcasa del módulo (3) hasta el orificio de entrada de fluido (14) del cartucho (2a). El cartucho (2a) consta de un tubo colector de permeado PSR (8) dispuesto en un eje longitudinal, alrededor del cual está dispuesto un haz de membranas (28) de fibras huecas (ver la figura 3; no se muestra en la figura 1 para mayor claridad). Las fibras huecas tienen un extremo delantero HFE1 y un extremo trasero HFE2. El extremo delantero HFE1 está incrustado en la primera lámina del tubo VA1 (10), de tal manera que los núcleos de las fibras huecas están abiertos, lo que significa que el permeado puede salir de las fibras huecas en la cara extrema exterior de VA1 (10a) (ver la figura 3). El extremo trasero de las fibras huecas HFE2 está incrustado en una segunda lámina del tubo VA2 (11), de tal manera que los núcleos de fibras huecas están cerrados, lo que significa que no puede salir permeado desde las fibras huecas en este lado (ver la figura 3). La disposición compuesta de PSR (8) y haz de membranas de fibras huecas (28) está completamente rodeada entre VA1 (10) y VA2 (11) por una barrera impermeable (13), aparte del orificio de entrada de fluido (14) (ver las figuras 1 y 2). La mezcla de fluido a separar es forzada de esta manera a través del orificio de entrada de fluido (14) dentro del espacio intermedio entre PSR (8) y la barrera impermeable (13), Entra en contacto allí con la cáscara exterior de las membranas de fibras huecas.
Como resultado de un diferencial de presión entre el espacio intermedio (9) (región de alta presión) y el núcleo de las membranas de fibras huecas (región de baja presión), se puede separar una cantidad relativamente grande del fluido más fácilmente permeable en la mezcla de fluido, posiblemente junto con una proporción menor del fluido menos fácilmente permeable, permea a través de la membrana de fibras huecas y forma el permeado en el núcleo de la membrana de fibras huecas. El fluido más fácilmente permeable está enriquecido de esta manera en el permeado, en comparación con la mezcla de fluido a separar. El permeado es conducido entonces a través del núcleo de las membranas de fibras huecas, a través de VA1 (10) dentro de una cavidad (cavidad EK1 (15)) que se forma entre la superficie interior de EK1 (23) y la cara extrema exterior de VA1 (10a). La cavidad RK1 (15) está adicionalmente en comunicación de fluido con el PSR (8), lo que significa que el permeado puede pasar fuera de la cavidad EK1 (15) a través de los orificios (16) en el interior del PSR (8) (ver la figura 3). A su vez, el permeado del primer cartucho, junto con el de los otros cartuchos en la misma carcasa (3), es descargado de esta manera desde el módulo a través de la salida de permeado del módulo (6) (no mostrado en las figuras).
En la cavidad EK1 (15) existe con preferencia al menos un elemento de soporte (15a). Con la ayuda de un elemento de soporte (15a), es posible optimizar la distribución del gas permeado en la dirección de los orificios (16) del tubo colector de permeado (8). En el caso de un diseño adecuado, el elemento de soporte (15a) puede contribuir adicionalmente a mejorar la estabilidad mecánica del cartucho, especialmente a altas presiones de la mezcla de fluido a separar. Además, el uso de un elemento de soporte (15a) adecuado regula adicionalmente la caída de la presión que resulta de la expansión de los fluidos permeados fuera de los núcleos de las membranas de fibras huecas dentro de la cavidad EK1 (15). Para conducir el permeado fuera de los núcleos de las membranas de fibras huecas en la
dirección de los orificios (16), el elemento de soporte (15a) en el caso más sencillo puede estar configurado de tal manera que llena la porción mayor de la cavidad EK1 (15) y forma un intersticio entre el lado del elemento de soporte (15a) que mira hacia VA1 (10) y VA1 (10), a través del cual se conduce el gas permeado. No obstante, preferiblemente el elemento de soporte (15a) está fabricado de un material poroso y/o tiene canales internos y/o externos, en cuyo caso los poros o canales están configurados con preferencia de tal manera que el gas permeado es dirigido en la dirección correcta. Para tener un efecto particularmente positivo sobre la distribución del gas permeado en la dirección de los orificios (16), el elemento de soporte (15a) tiene más preferiblemente una forma externa adecuada para conducir el permeado desde los orificios de salida de las membranas de fibras huecas hacia los orificios (16). Una realización ilustrativa de esto se puede ver en la figura 3. La cavidad EK1 (15) en la figura 3 está llena con un elemento de soporte (15a). El elemento de soporte (15a) tiene, sobre el lado dirigido hacia VA1 (10), un perfil (15b) o más específicamente canales (15b), a través de los cuales se conduce el permeado desde los núcleos de las membranas de fibras huecas hasta el orificio (16). Igualmente, preferido, es posible instalar un elemento de filtro (no mostrado en la figura 3), 'por ejemplo un material tejido o no tejido o una placa metálica sinterizada entre un elemento de soporte (15a), con o sin perfil (15b), y VA1 (10), que favorece adicionalmente la conducción del permeado hasta el orificio (16). Formas de configuraciones técnicas similares, por ejemplo, diseño del elemento de soporte (15) como una parte integrada en la caperuza extrema delantera (23) de una manera fija y no como una parte aislante, que tienen la misma funcionalidad, se descubren fácilmente por un experto en la técnica.
Preferiblemente, el elemento de soporte (15a) consta de materiales resistentes a corrosión más preferiblemente de acero inoxidable. Más preferiblemente, el elemento de soporte (15a) consta del mismo material que la caperuza extrema (23). Igualmente, más preferido, el elemento de soporte (15a), como se ha indicado anteriormente, es un constituyente integral de la caperuza de permeado (23).
Los elementos de filtro particularmente preferidos constan de materiales resistentes a corrosión, tales como acero in oxidable, o también de bronce, latón o aluminio.
Más preferiblemente, el elemento de filtro tiene poros o canales que tienen un diámetro menor al menos un factor de 5 a 10 que el diámetro interno de las membranas de fibras huecas, de manera que el permeado puede fluir libremente y no se bloquea.
Como resultado de la permeación mencionada anteriormente del fluido que permea más fácilmente en el núcleo de las membranas de fibras huecas, el fluido que permea más lentamente se enriquece en el espacio intermedio (9). El retentado se forma allí a partir de la mezcla de fluido a separar, y se conduce al espacio intermedio (9) en la dirección de VA2 (11) y se enriquece todavía más con el fluido que permea menos fácilmente en este periodo. VA2 (11) es rodeada por la segunda caperuza extrema EK2 (24) (ver las figuras 2 y 3, no mostrada en la figura 1). El cartucho de la invención está conectado, en una región entre los orificios de entrada de fluido (14) y los orificios de salida de retentado (12), de una manera hermética a fluido al menos en un sitio hacia la pared interior de la carcasa del módulo (3), con el fin de separar la mezcla de fluido (corriente de alimentación) que debe separarse desde la corriente de retentado que sale del cartucho. La conexión hermética al fluido se puede efectuar, por ejemplo, por medio de una junta dispuesta entre la pared interior de la carcasa del módulo (3) y la barrera impermeable (13) o entre la pared interior de la carcasa del módulo (3) y EK2 (24) o entre la pared interior de la carcasa del módulo (3) y VA2 (11). Preferiblemente, EK2 (24) está conectada con la pared interior de la carcasa del módulo (3) a través de una junta (25). La junta, como ya se ha indicado, previene que la mezcla de fluido a separar se mezcle con el retentado del primer cartucho (2a). Esto es debido a que el retentado fluye a través de las salidas de retentado (12) y (22) (ver las figuras 1 y 3) presentes en VA2 (11) y en EK2 (24) fuera del primer cartucho (2a) y en el interior (20) de la carcasa (3) presente entre el cartucho (2a) y el cartucho (2b).
El retentado del primer cartucho (2a) está más concentrado en el segundo cartucho (2b) que funciona y está diseñado similar al primer cartucho (2a), lo que significa que forma la mezcla de fluido a separar allí.
El PRS (8) del segundo cartucho (2b) está conectado al PSR (8) del primer cartucho en el sitio de conexión (18) para dar un PSR común que se extiende desde el extremo delantero PSRE1 (26) del tubo colector de permeado (2a) hasta el extremo trasero PSRE2 (27) del PSR del cartucho (2b). En el extremo del PSR (8) está la barrera de fluido (19) que está dispuesta preferiblemente en la región del VA2 (11) del cartucho más trasero en la cadena de cartuchos y se puede producir de cualquier material deseado hermético a fluido, especialmente hermético a gas y suficientemente resistente a la presión. “Suficientemente resistente a la presión” significa que la barrera de permeado (19) debe resistir la presión diferencial entre la presión del permeado en el PSR (8) y la presión del retentado en la cavidad extrema (21). Además, la barrera de permeado ha de ser capaz de resistir las temperaturas operativas correspondientes. La barrera de permeado (19) consta, por lo tanto, preferiblemente de metal o plástico y se fija preferiblemente al PSR (8) por conexión de tornillo o por pestaña o por medio de lengüetas o por unión adhesiva. Soluciones técnicas correspondientes son descubiertas fácilmente por el experto en la técnica. En el tubo colector de permeado (8) montado, todas las corrientes de permeado desde los dos cartuchos son retiradas juntas.
La conexión (18) entre los tubos colectores de permeado de los cartuchos respectivos se puede realizar de diferentes maneras. Por ejemplo, los extremos delantero y trasero de los tubos colectores de permeado PSRE1 (26) y PSRE2 (27) se pueden ejecutar como una conexión de pestaña o como una conexión de enchufe o como una conexión de
tornillo. Opciones de conexión alternativas, por ejemplo, sistemas de lengüetas, se descubren fácilmente por un experto en la técnica.
De manera similar al cartucho (2a), el cartucho (2b) tiene, en su extremo trasero, un segundo VA2 (11) y preferiblemente un EK2 (24). A través de los orificios de salida de retentado (12) en VA2 (11), el retentado desde el segundo cartucho (2b) entre en la cavidad extrema (21) de la carcasa del módulo (3). La cavidad extrema (21) está formada por la cara extrema exterior de VA2 (11) o el EK2 (24) del segundo cartucho (2b) y la pared interior de la carcasa del módulo (3) más allá del segundo cartucho. Debido a que el segundo cartucho (2b), entre sus orificios de entrada de fluido (14) y sus orificios de salida de retentado (12), está también conectado en ángulos rectos al eje longitudinal del cartucho, de una manera hermética a fluido a la pared interior de la carcasa del módulo (3) por una junta (no mostrada en la figura 1) y, además, debido a que el PSR (8) tiene la barrera de permeado (19), se consigue que sólo el retentado obtenido después de varias etapas de separación esté presenta en la cavidad extrema (21), que se descarga desde la carcasa del módulo (3) a través de la salida de retentado (7).
Por lo tanto, una característica del módulo de la invención de acuerdo con la figura 1 es que la mezcla de fluido a separar originalmente es separada en dos etapas de separación sucesivas, primero en el cartucho (2a) y luego en el segundo cartucho (2b). Todas las corrientes de permeado se combinan y se conducen a través del PRS hasta la salida de permeado (6) del módulo presente en la caperuza delantera (5) de la carcasa ((5) y (6) no se muestran en la figura 1) y se descargan desde el módulo (1) a través de ella. La caperuza delantera (5) se coloca después de que el módulo (3) ha sido llenado con los cartuchos y se atornilla a la carcasa (3) por medio de los taladros de tornillos visibles en la figura 1. También para el retentado se necesita solamente una salida (7) en la carcasa del módulo (3). Puesto que preferiblemente todos los cartuchos tienen la misma estructura, la cadena de cartuchos, dada una carcasa de módulo (3) suficientemente larga, se puede extender como se desee, insertando otros cartuchos de la invención entre el cartucho (2a) y el cartucho (2b). Se considera que otra ventaja del sistema de la invención es que la carcasa del módulo (3) puede permanecer permanentemente en el sistema de separación y sólo deben sustituirse los cartuchos consumidos. A su vez, la sustitución de los cartuchos es muy simple y rápida, puesto que la cadena de cartuchos en conjunto se puede retirar de la carcasa. De esta manera, en caso de sistemas grandes que tienen varios cientos o miles de carcasas de módulos, se aseguran tiempos de inactividad muy corto y se minimizan los costes de mantenimiento.
Como ya se ha mencionado, los cartuchos de la invención comprenden un tubo colector de permeado PSR (8). Este PSR debe configurarse para que sea impermeable a la mezcla de fluido a separar en el espacio intermedio entre VA1 (10) y VS2 (11) en el cartucho particular. En otro caso, como se ha descrito anteriormente, la mezcla de fluido a separar, que está presente en el espacio intermedio (9), se mezclaría de nuevo con el permeado en el PSR (8). El PSR (8) consta preferiblemente de un material que es mecánicamente estable y resistencia a la corrosión en las condiciones operativas del cartucho, es decir, a presión operativa y a temperatura operativa. Se puede fabricar preferiblemente de un metal o un plástico. Se da preferencia particular a acero, aluminio o plástico, y muy particularmente a acero inoxidable.
En la región de la cavidad EK1 (15), el PSR (8), en cambio, debe estar en comunicación de fluido con el fluido en la cavidad EK1 (15), para que el permeado pueda entrar en el PSR (8) en ese punto. Preferiblemente, el PSR (8) tiene, por lo tanto, orificios (16) en esta región (ver la figura 3). Con respecto al tamaño, forma y número de los orificios, no existen restricciones particulares, con tal de que se asegura una comunicación de fluido suficiente.
Alrededor del PSR (8) está dispuesta una multitud de membranas de fibras huecas para formar un haz de fibras huecas (28) (ver la figura 3). Existen diferentes opciones para disponer las fibras huecas. Las fibras huecas pueden disponerse, por ejemplo, paralelas al eje longitudinal del PSR (8), pero también pueden estar enrolladas alrededor del PSR (8). Con respecto al enrollamiento, existen de nuevo varias opciones. Preferiblemente, las fibras huecas son enrolladas individualmente o una pluralidad simultánea, alrededor del PSR (8). Más preferiblemente, las fibras huecas son enrolladas en espiral alrededor del PSR y más preferiblemente cruzadas, en cuyo caso las líneas helicoidales de capas de arrollamiento siguientes se cruzan, lo que significa que una capa es enrollada helicoidalmente desde la dirección de VA1 (10) hasta VA2 (11), luego la siguiente desde la dirección de VA2 (11) hasta VA1 (10), y entonces continúan alternando de esta manera. Los métodos de enrollamiento preferidos y particularmente preferidos tienen la ventaja de que las membranas se pueden empaquetar de manera homogénea en el haz (28) y, por lo tanto, se consigue una distribución más homogénea del flujo comparada con la alineación de la membrana paralela al PSR.
El haz de membranas de fibras huecas tiene con preferencia una sección transversal sustancialmente circular, más preferiblemente con un diámetro de 150-200 mm, incluso más preferible de 170-195 mm y más preferible de 180-190 mm.
Para la producción del haz de membranas (28), es posible utilizar membranas de fibras huecas fabricadas de varios materiales, preferiblemente poliéter sulfona, polisulfona, polieterimida o policarbonato, óxidos de polifenileno, acetato de celulosa, poliaril éter cetona o poliéter éter cetona. La selección de membranas de fibras huecas depende del problema de separación. Los cartuchos y módulos de la invención se pueden utilizar tanto para la separación de líquidos y gases como también de mezclas de líquidos y gases.
Para la separación de gases, se da una preferencia particular a membranas de fibras huecas fabricadas de poliimidas, puesto que éstas se pueden usar a altas temperaturas y tienen también muy buena selectividad y permeación. Se da preferencia particular a poliimidas que han sido obtenidas por reacción de al menos el grupo que consta de dianhídrido 3,4,3',4'-benzodenonatetracarboxílico, dianhídrido 1,2,4,5-bencenotetracarboxílico, dianhídrido 3,4,3',4'-bifeniltetracarboxílico, dianhídrido oxidiftálico, dianhídrido sulfonildiftálico, dianhídrido 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2,2-propilidenodiftálico y al menos un diisocianato seleccionado del grupo que consta de tolueno 2,4-diisocianato, tolueno 2,6-diisocianate, 4,4'-metilenodifenil diisocianato, 2,4,6-trimetil-1,3-fenileno diisocianato, 2,3,4,5-tetrametil-1,4-fenileno diisocianato.
Estas poliimidas preferidas tienen una alta resistencia a plastificación. Se da una preferencia muy particular a poliimidas que comprenden:
en donde 0 < x < 0.5 y 1 > y > 0.5 y R es uno o más radicales idénticos o diferentes seleccionados del grupo que consta de L1, L2, L3 y L4.
Más preferidos son polímeros con x = 0, y = 1 y R que consta de 64 mol% de L2, 16 mol% de L3 y 20 mol% de L4. Este polímero está disponible en el mercado bajo el nombreP84 o P84 tipo 70 de Evonik Fibres GmbH y está registrado bajo el número CAS: 9046-51 -9. Otro polímero particularmente preferido consta de x = 0.4, y = 0.6 y R = 80 mol% de L2 y 20 mol% de L3. Este polímero está disponible en el mercado como P84 HT o P84 HT 325 de Evonik Fibres GmbH y está registrado con el número CAS: 134119-41 -8.
Las membranas de fibras huecas utilizadas de acuerdo con la invención tienen preferiblemente un diámetro de 150 a 500 pm y una longitud de 150 a 300 cm.
El haz de membranas (28) entre VA1 (10) y VA2 (11) está rodeado en el lado exterior por una barrera impermeable (13) (ver la figura 2). Esta barrera (13) consta preferiblemente de una película o una manguera o tubo o una cinta o teja de vidrio “mezclados” con resina epóxido. Se da preferencia particular a materiales que ajustan estrechamente con el haz de membranas, especialmente materiales retráctiles, por ejemplo, poliolefinas, PVC o poliimidas. Esto minimiza los espacios intermedios entre la barrera (13) y la superficie exterior del haz de membranas (28). De esta manera, a su vez, es posible prevenir o al menos minimizar la desviación del flujo de la mezcla de fluido a separar más allá del haz de membranas (28) en el retentado sin ser separado en una membrana.
Por razones de procesamiento, puede ser apropiado rodear el haz de fibras antes de la fijación de la barrera (13), con un medio adecuado, por ejemplo, un tubo de nylon tricotado, para poder aplicar la barrera (13) e una manera más sencilla y para mantener la forma del haz de membranas.
En la barrera impermeable (13) están presentes orificios de entrada de fluido (14), o la barrera impermeable (13) no se extiende sobre toda la distancia entre VA1 (10) y VA2 (11), resultando un intersticio como orificio de entrada de fluido. Los orificios de entrada de fluido (14), basados en el eje longitudinal del cartucho, están dispuestos en el primer tercio, preferiblemente en el primer cuarto, de la distancia entre VA1 (10) y VA2 (11), más preferiblemente a una distancia de 0 a 10 cm más allá de la cara extrema interior (10b) de VA1 (10) y más preferiblemente a una distancia de 2 a 4 cm más allá de la cara extrema interior (10b) de VA1 (10). Esto previene volúmenes muertos y aprovecha el área de separación de las membranas al máximo.
El efecto de esta disposición de los orificios de entrada de fluido (14) y la disposición de las salidas de retentado (12) cerca o dentro de VA2 (11), es que la mezcla de fluido a separar se mueve más allá de las paredes exteriores de las membranas de fibras huecas en el espacio intermedio (9) a lo largo del eje longitudinal del cartucho, en el curso del cual el fluido que permea más lentamente se enriquece en el retentado. La barrera impermeable (13), a su vez, es importante para prevenir que el retentado enriquecido se mezcle de nuevo con mezcla de fluido fresca a separar.
Los orificios de entrada de fluido (14) pueden estar configurados, por ejemplo, en la forma de agujeros o taladros. Alternativamente, es posible no ejecutar la barrera impermeable sobre toda la longitud entre VA1 (10) y VA2 (11). El efecto de esto es que una porción de la superficie exterior del haz de fibras huecas (28) no está rodeada por la barrera impermeable (13) sobre toda su extensión. El resultado de esto es que no se forma un “agujero” (14), sino un “intersticio de entrada” (14) que rodea todo el haz. Este intersticio debe estar, naturalmente, dentro de la región descrita anteriormente entre VA1 (10) y VA2 (11).
Con respecto al número, forma y tamaño de los orificios e intersticios (14) de entrada de fluido no existen restricciones particulares. No obstante, los orificios (14) deberían ser suficientemente grandes para asegurar un flujo de fluido suficiente y no demasiado grandes para evitar la remezcla mencionada anteriormente del retentado enriquecido con le mezcla de fluido a separar.
Para asegurar buena adhesión de la barrera impermeable (13) al cartucho, puede ser ventajoso incrustar el material del que está formada la barrera (13) en VA1 (10) y/o VA2 (11). Alternativa o adicionalmente, dicho material puede fijarse también al cartucho (2) por medio de ayudas de fijación externas, por ejemplo, alambres o abrazaderas o por soldadura o por unión adhesiva o con retracción. Combinaciones de las medidas mencionadas son precisamente posibles como soluciones técnicas alternativas que son fáciles de encontrar para un experto en la técnica.
Las fibras huecas, como se indica, han sido incrustadas en la lámina de tubo VA1 (10) en su extremo delantero HFE1. La lámina de tubo (10) puede producirse por métodos convencionales conocidos por los expertos en la técnica y está constituida preferiblemente de mezclas de resina epóxido. Las fibras huecas han sido incrustadas en VA1 (10) de tal manera que sus núcleos están abiertos, lo que significa que el permeado puede salir del núcleo de las fibras huecas y entrar en la cavidad EK1 (15).
La lámina de tubo VA1 (10) puede producirse por varios métodos, por ejemplo, impregnación estacionaria o impregnación centrífuga. En el caso de impregnación centrífuga, se produce VA1 (10) a partir de fundición de resinas en una centrífuga. La resina líquida se introduce en moldes de fundición en cualquier extremo dl haz de membranas. El efecto de la centrífuga es que la resina permanece en el extremo del haz de fibras; además, se obtiene una lámina de tubo muy homogénea y de alta calidad. No obstante, es generalmente incapaz de prevenir que una proporción de la resina líquida sea succionada dentro de los núcleos de las membranas de fibras huecas como resultado de fuerzas capilares y estas últimas son selladas de esta manera. Este problema se resuelve preferiblemente sellando las fibras con cera a alta temperatura antes de impregnarlas. Preferiblemente, esta cera no se funde hasta aproximadamente 160°C, de tal manera que permanece dura mientras reacciona el sistema epóxido. Para abrir los núcleos de las fibras huecas de nuevo después de la producción de VA1 (10), se corta una porción de la lámina de tubo curada VA1 (10).
Si se utiliza esta metodología para la producción de VA1 (10) de los cartuchos (1) de la invención, una opción es ejecutar el tubo colector de permeado (8) en la forma de al menos dos segmentos (29) y (30) separados (ver la figura
3); en otro caso, el PSR (8) debería cortarse cuando se corta la porción “bloqueada” de VA1 (10), o habría que emplear un método de corte complejo para VA1 (10), en el que el PSR (8) no se corta también. Por lo tanto, es preferible que el PSR (8) de un cartucho (1) de la invención conste de al menos dos segmentos (29) y (30), en cuyo caso el primer segmento (29) se extiende desde el extremo delantero PSRE1 (26) del tubo colector de permeado (8). El sitio de conexión (31) puede ser ejecutado en la forma de una conexión de enchufe o de una conexión de tornillo o por medio de una conexión de bayoneta o por unión adhesiva o de otra manera.
El segmento trasero (30) se extiende desde el sitio de conexión (31) como PSRE2 (27) y puede ser ejecutado como un segmento continuo o dividirse igualmente de nuevo en varios segmentos.
Si el PSR (8) se divide en dos o más segmentos en un cartucho, el primer segmento delantero (29) incluye preferiblemente los orificios (16) descritos en detalle anteriormente, a través de los cuales puede pasar el permeado al interior del PSR (8) en la región de la cavidad EK1 (15). En este caso, el segmento delantero (29) del PSR se refiere también como adaptador de permeado.
La caperuza extrema delantera EK1 (23) del cartucho de la invención consta preferiblemente de un plástico de alto rendimiento, por ejemplo, PA (6, 6,6, 12, etc.), PEEK. polifenilenosulfita (PPS), mezclas de polifenileno éter/poliestireno (PPE/PS), o de metal, preferiblemente acero inoxidable y se coloca preferiblemente sobre VA1 (10) después del endurecimiento de VA1 (10) y la apertura de los núcleos de las fibras huecas. EK1 (23) se retiene preferiblemente sobre VA1 (10) por el adaptador de permeado (29). EK1 (23) se configura de tal manera que, después del montaje sobre VA1 (10), se forma la cavidad EK1 (15) entre su pared interior y la cara extrema exterior (10a) de VA1 (10), que mira hacia él (ver la figura 3). EK1 (23) puede unirse de una manera fija a un segmento (29) del PSR (8), de tal manera que cuando EK1 (23) está montado encima, el segmento PSR (29) se introduce también simultáneamente en el cartucho (1). No obstante, es preferible que EK1 (23) tenga, en el centro de su cara extrema, un receso a través del cual se conduce el extremo delantero de PSRE1 (26), si el PSR (8) es ejecutado como un tubo o, en el caso de PSR (8) dividido en segmentos, el segmento PSR (29) puede ser introducido en el cartucho.
En el extremo trasero del haz de membranas (28) está la segunda lámina de tubo VA2 (11). En este lado, no existe ninguna intención de que salga permeado de los núcleos de fibras huecas. Por lo tanto, las fibras huecas están aquí incrustadas en la resina de fundición, de tal manera que todos los núcleos de fibras huecas son sellados en el extremo trasero del haz de fibras huecas HFE2.
En el lado de VA2 (11), el retentado debe ser capaz de salir del cartucho. Por lo tanto, es preferible proporcionar orificios de salida (12) del retentado incrustados en VA2 (11), a través de los cuales puede salir el retentado. Estos orificios o canales (12) se producen preferiblemente utilizando moldes de fundición de forma adecuada en la producción de VA2 (11). Como una alternativa a la incrustación de las salidas de retentado (12) en VA2 (11), es posible también producir salidas de retentado (12), por ejemplo, orificios en la barrera impermeable, en el último cuarto de la distancia entre VA1 (10) y VA2 (11), preferiblemente muy cerca de la cara extrema interior (11a) de VA2 (11) (no mostrado en las figuras 1 a 3). También son posibles combinaciones de dichas medidas. Se da preferencia a orificios de salida de retentado (12) incrustados en VA2 (11).
En cualquier caso, es importante conectar el cartucho (2) de una manera hermética a fluido a la pared interior de la carcasa del módulo (3) entre sus orificios de entrada de fluido (14) y sus orificios de salida (12) de retentado, por ejemplo, por medio de una junta montada en esta región.
La caperuza extrema EK2 (24) está montada preferiblemente sobre VA2 (1), o la caperuza extrema (24) se utiliza ya como molde de fundición para la producción de VA2 (11) y permanece en el cartucho. En principio, sin embargo, sería necesario montar una junta entre la superficie exterior de VA2 (11) y/o la barrera impermeable (13) y la superficie interior de la carcasa del módulo (3).
La realización con EK2 (11) es generalmente más estable y, por lo tanto, preferible. La caperuza extrema EK2 (11) puede constar de los mismos materiales que EK1. Por razones de costes, consta preferiblemente de un plástico de alto rendimiento, tal como PA (6, 6,6 o 12), polifenileno sulfita (PPS) o PEEK. Puesto que no es necesario cortar VA2 (11) para abrir los núcleos de fibras huecas, puede ser ventajoso que se utilice EK2 (24) directamente como molde de fundición para la producción de VA2 (11). EK2 (24) debe tener, como se muestra en la figura 3, salidas de retentado (22) adaptadas a la salidas de retentado (12). Soluciones técnicas correspondientes pueden hallarse fácilmente por un experto en la técnica.
De manera similar a EK1 (23), EK2 (24) o bien se une de una manera fija al PSR (8) o a un segmento (30) del PSR o tiene, en su cara extrema, un orificio a través del cual se puede introducir el PSR (8) o el segmento de PSR (30).
EK2 (24) está configurado de tal manera que su lado exterior concluye o puede ser adherido, en ángulos rectos al eje del cartucho, de una manera hermética al fluido a la superficie interior de la carcasa (3). Esto puede efectuarse preferiblemente de tal manera que se monta una junta (25) entre la superficie exterior de EK2 (24) y la superficie interior de la carcasa (3), preferiblemente un anillo de caucho, junta plana, etc. Para poder fijar la junta en la posición correcta, EK2 (24) o la carcasa (3) pueden tener cavidades, muescas, salientes, etc. adecuados.
Como ya se ha mencionado, los extremos PSRE1 (26) y PSRE2 (27) de dos cartuchos de la invención pueden conectarse entre si por cualquier medio deseado de conexión, por ejemplo, pestaña, conexión de tornillo, conexión de enchufe, conexión de bayoneta, unión adhesiva, sistemas de lengüetas, etc. o combinaciones de ellos. Estos extremos pueden estar configurados, por lo tanto, de una manera variable de acuerdo con el sistema.
El PSRE1 (26) del cartucho más delantero en la cadena de cartuchos está conectado a la salida de permeado (6) de la carcasa del módulo (3) o forma esta última. La barrera de fluido (19) está instalada en el PSR2 (27) del cartucho más trasero en la cadena de cartuchos o dicho PSRE2 (27) está cerrado con una caperuza de cierre.
La carcasa del módulo (3) debe ejecutarse para que sea resistente a la presión y consta generalmente de metal, preferiblemente de acero, más preferiblemente de acero al carbono.
Los módulos y cartuchos de la invención pueden estar diseñados y utilizados en cualquier tamaño deseado. El diámetro de los cartuchos está preferiblemente en el rango de 17,78 cm a 22,86 cm (7 a 9 pulgadas), preferiblemente de 19,05 cm a 21,59 cm (7,5 a 8,5 pulgadas), más preferiblemente de 19,685 cm a 21,59 cm (7,75 a 8,5 pulgadas) y más preferiblemente de 20,32 cm a 20,955 cm (8.0 a 8.25 pulgadas). La longitud de los cartuchos de PSRE1 (26) a PSRE2 (27) es preferiblemente de 0,5 a 2 m, más preferiblemente de 1 a 2 m, incluso más preferiblemente de 1,1 a 1,5 m y más preferiblemente de 1,3 a 1,4 m.
Los módulos y cartuchos de la invención pueden utilizarse a presiones en el rango de 1 a 150 bares, preferiblemente de 30 a 120 bares y más preferiblemente de 40 a 100 bares. Las temperaturas operativas son preferiblemente de -10 a 100°C y más preferiblemente de 30 a 95°C.
Los cartuchos de la invención pueden producirse preferiblemente por un proceso que comprende las siguientes etapas.
Etapa a: Se dispone una multitud de membranas de fibras huecas alrededor de un tubo (8) para formar un haz (28).
Etapa b: Se produce una barrera impermeable compuesta de los materiales mencionados anteriormente alrededor de la disposición de la etapa a).
Etapa c: Se producen las láminas de tubo VA1 (10) y VA2 (11) en los extremos delantero y trasero HFE1 y HFE2 del haz de fibras huecas (28) poniendo en contacto las fibras huecas con una resina de impregnación y luego endureciendo la resina, preferiblemente en una centrífuga.
En la producción de VA1 (10) se da preferencia al uso de un molde de fundición que se retira después del endurecimiento de VA1 (10) y es diferente de la caperuza extrema EK1 (23). Tales moldes de fundición son conocidos por los expertos en la técnica.
Después de que la lámina de tubo VA1 (10) ha sido producida, si se utiliza un proceso de producción en el que los núcleos de las membranas de fibras huecas han sido cerrados en su extremo delantero, esta última se corta preferiblemente en ángulos rectos al eje central del cartucho en la etapa d) con una sierra circular, una cuchilla afilada u otro dispositivo de corte adecuado para abrir los núcleos de las fibras huecas en HFE1. La etapa d) debería realizarse siempre que no se asegure por otras medidas que los núcleos de las fibras huecas permanecen abiertos en HFE1 en la producción de VA1 (10).
Para la producción de VA2 (11), se da preferencia al uso de un molde de fundición configurado de tal manera que las salidas de permeado (12) son producidas dentro de VA2 (11) cuando se impregna la resina. Los moldes de fundición utilizados son generalmente diferentes de la caperuza extrema EK2 (24). No obstante, puesto que VA2 (11) tiene que ser cortado, es posible también utilizar una EK2 (24) adecuada directamente como molde de fundición; esto ahorra una etapa de trabajo.
La producción de láminas de tubo en una centrífuga y las resinas utilizables para la finalidad se conocen en la técnica anterior.
En la etapa e), las caperuzas extremas EK1 (23) y, como se ha descrito anteriormente, opcionalmente también EK2 (24) se colocan sobre las láminas de tubo, si las caperuzas extremas no han sido utilizadas como molde de fundición en la etapa c) como se ha descrito anteriormente. Si se utilizan los elementos de soporte descritos anteriormente (15a) y/o los elementos de filtro, éstos se fijan también en esta etapa del proceso. Además, puede ser aconsejable fijar juntas adicionales, por ejemplo, juntas tóricas (ver (32) en la figura 3) entre las caperuzas extremas y las láminas de tubos respectivas. Esto se realiza también preferiblemente en esta etapa.
Si se utiliza un tubo colector de permeado (8) que consta de varios segmentos, es preferible, después de la etapa e), introducir el segmento delantero (29) del PSR a través de EK1 (23) y unirlo al segundo segmento (30) en la etapa f). Alternativamente, el segmento delantero (29) puede ser también parte de EK1 (23) y pueden colocarse juntos.
De acuerdo con si la barrera impermeable (13) debe incrustarse en una o en ambas láminas de tubo VA1 (10) y VA2 (11), la etapa b) puede ejecutarse antes o después de la etapa c). Preferiblemente, la etapa b) se ejecuta antes que la etapa c).
La barrera impermeable (13) en la etapa b) puede producirse por medio de un material, preferiblemente una película o una carcasa o un tubo. Que tiene ya uno o más orificios de entrada de fluido (14) para la mezcla de fluido a separar antes de la producción de la barrera impermeable (13). Alternativamente, es posible producir dichos orificios de entrada de fluido (14) después de la producción de la barrera impermeable (13), preferiblemente taladrando, perforado o cortando taladros correspondiente, o en virtud del material para la producción de la barrera impermeable (13) que se deposita alrededor del haz de fibras huecas (28), de tal manera que una sección de la superficie exterior del haz de fibras huecas (28) entre VA1 (10) y VA2 (11) no está cubierta, formando de esta manera un orificio de entrada de fluido anular (14) alrededor del haz (28).
Si se utiliza una película para la producción de la barrera impermeable (13), se enrolla preferiblemente alrededor del haz (28) y entonces se une o se suelda a lo largo del eje longitudinal del cartucho.
Preferiblemente, sin embargo, la disposición compuesta de PSR (8) y membranas de fibras huecas se introduce en una manguera o tubo que tiene ya más preferiblemente los orificios de entrada de fluido (14). La manguera o el tubo se asegura entonces al cartucho por medio de dispositivos de retención adecuados, por ejemplo, arrollando alambre alrededor del mismo o por medio de aprietes o por adhesión o por retracción o por incrustación en VA1 (10) y/o VA2 (11). En el caso de uso de una manguera o una película, es particularmente preferible retraer esta última sobre el haz de membranas (28) por calentamiento.
De acuerdo con el material utilizado para las fibras huecas, puede ser aconsejable realizar otras etapas en la operación de producción para los cartuchos. Si esto no ha precedido ya a la producción del haz de membranas, algunos polímeros deberían someterse a un tratamiento térmico para mejorar el rendimiento y/o la estabilidad de las membranas. Tal etapa puede realizarse en diferentes puntos en la operación de producción, pero preferiblemente sigue a la producción del haz de membranas.
Además, en el curso de la producción del haz de membranas, puede existir fractura u otro daño en membranas individuales. En tal caso, es preferible reparar los cartuchos para asegurar al alto rendimiento de los cartuchos. Se conocen por sí métodos para reparar tales haces de membranas. Por ejemplo, los cartuchos pueden ser presurizados con una corriente de gas a baja presión a través de los orificios de entrada de fluido (14). Como resultado de la baja presión, el gas sólo se puede escapar a través de membranas de fibras huecas dañadas. Éstas se pueden visualizar con un líquido en los extremos abiertos de las membranas de fibras huecas (HFE1) y la membrana dañada se puede sellar con resina.
Los cartuchos de la invención se utilizan preferiblemente en métodos para la separación de mezclas de fluidos de al menos dos fluidos. Una característica de este método de separación es que la mezcla de fluido a separar, más preferiblemente una mezcla de gas, se introduce en un cartucho (2) de la invención a través de al menos un orificio de entrada de fluido (14) bajo presión, de tal manera que existe una presión más alta en el lado exterior de las membranas de fibras huecas que en el núcleo de la fibra. El permeado es conducido dentro del núcleo de las fibras huecas hasta una cavidad (15) entre VA1 (10) y la caperuza extrema EK1 (23) y es conducido hacia fuera en ese punto dentro del tubo colector de permeado (8), a través del cual es descargado finalmente desde el cartucho. El retentado que permanece entre la barrera impermeable (13) y la cáscara exterior de las fibras huecas es conducido en la dirección de VA2 (11) y es descargado desde el cartucho (2) a través de los orificios de salida del retentado (12).
Los cartuchos de la invención se utilizan preferiblemente para la separación de CO2/CH4 (por ejemplo, biogas, gas natural o procesamiento de gas de esquisto), corriente de H2 , por ejemplo, ajuste de la relación de syngas, recuperación de H2 o recuperación de He desde el gas fuente.
Los ejemplos que siguen sirven para proporcionar explicación más particular y mejor comprensión de la presente invención, pero no la limitan de ninguna manera.
Ejemplo 1:
Primero de todo, se produjeron membranas de fibras huecas de P84 HT de acuerdo con el Ejemplo 18 de WO 2011/009919 A1.
Las fibra huecas fueron enrolladas alrededor de un tubo que tiene un diámetro interior de 43 mm y un diámetro exterior de 51 mm y una longitud de 1750 mm, que formaba el segundo segmento, es decir, trasero del tubo colector de permeado.
La primera capa fue enrollada helicoidalmente desde el extremo delantero del tubo hasta el extremo trasero. En ese punto, la membrana fue enrollada varias veces en un ángulo de 90° con respecto al eje longitudinal del tubo y entonces se produjo la segunda capa helicoidalmente desde el extremo trasero hasta el extremo delantero del tubo. Aquí existían
algunos arrollamientos en un ángulo de 90° con respecto al eje longitudinal del tubo, seguido por la tercera capa que no fue enrollada ahora helicoidalmente de nuevo desde el extremo delantero hasta el extremo trasero del tubo. El enrollamiento continuó capa por capa de la manera descrita hasta que se formó un haz de fibras que tiene un diámetro, den el centro del tubo, de 190 mm.
El haz de fibras huecas fue tratado entonces con calor en una atmósfera de N2 a 315°C durante 60 minutos. Después de la refrigeración, en ambos extremos del arrollamiento, el haz fue asegurado con una cinta inmediatamente delante de los sitios con arrollamiento en un ángulo de 90°, y fue cortado en cada caso más allá de la seguridad.
La disposición compuesta de tubo y haz de fibras huecas obtenida de esta manera fue introducida en una manguera de nylon tricotado y luego en una manguera retráctil de PVC, cuya longitud correspondía a la longitud del haz de fibras cortadas y que tenía orificios de entrada de fluido en el primer terceo de su longitud 8. La manguera fue retraída sobre el haz de fibras a 100°C dentro de 10 minutos.
La disposición obtenida de esta manera fue colocada en una centrífuga y se montaron moldes de fundición en cada extremo, cada uno de los cuales estaba provisto, a su vez, con una entrada para la resina de fundición. El molde de fundición en el extremo trasero del haz de membranas (VA2), es decir, en el extremo opuesto de las entradas de fluido en la manguera retráctil, tenía puntas que fueron insertadas en el haz de fibras y que formaron en la operación de impregnación posterior, los orificios de salida de retentado en la lámina de tubo VA2. Los moldes de fundición estaban provistos con un medio de separación para poder partirlos desde la lámina de tubo respectiva de una manera más sencilla después de la impregnación.
Antes de colocar el molde de fundición del lado del permeado para VA1 encima, es decir, sobre el lado en el que el permeado debía salir desde los núcleos de fibras huecas en una etapa posterior, se trataron los extremos de las fibras con una cera a alta temperatura para prevenir una succión interior excesivamente profunda de la resina de fundición.
La cantidad de la resina de fundición fue calculada de tal manera que cada uno de los molde fue llenado completamente en cada lado.
Con centrifugación, las dos láminas de tubos de formaron ahora a temperatura ambiente (< 25°C). Las láminas de tubos se sometieron entonces a otro tratamiento térmico a 100°C durante 4 horas y después de la refrigeración de las láminas de tubos, se retiraron entonces los moldes de fundición. La lámina de tubo VA1 fue cortada con una sierra circular en un punto en ángulos rectos con respecto al eje central del cartucho y 5 mm más allá del extremo respectivo del tubo, como resultado de lo cual se abrieron los núcleos de fibras huecas sobre el lado del permeado. Esto produjo las salidas posteriores de permeado en la cavidad de la caperuza extrema EK1.
El cartucho obtenido de esta manera con las fibras huecas abiertas en VA1 fue ensayado para determinar membranas defectuosas como se explica en la descripción general y las fibras defectuosas o rotas fueron selladas con resina epóxido.
Posteriormente, se montaron las dos caperuzas extremas EK1 y EK2 y la caperuza extrema trasera EK2 tenía salidas de retentado que encajaban en los orificios de salida de retentado en VA2. La caperuza extrema delantera EK1 fue diseñada y preparada de tal manera que, después de haber sido montada en VA1, la cavidad EK1 (ver la figura 3) fue llenada con una placa metálica como elemento de soporte (15a) y se dispuso una tela metálica sinterizada entre el elemento de soporte y la superficie de VA1 que mira hacia el mismo. El elemento de soporte fue perfilado, a su vez, sobre el lado que mira hacia la tela metálica sinterizada, de tal manera que el permeado es conducido a través de los canales en el perfil desde los núcleos de las membranas de fibras huecas hasta los orificios de salida de permeado en el segmento delantero del tubo colector de permeado.
A través de un orificio en la cara extrema de la caperuza extrema delantera EK1 se insertó después el segmento delantero del tubo colector de permeado y se conectó con tornillo al tubo la presente dentro del cartucho dentro de VA1 (ver la figura 3). Dicho segmento delantero tenía, en la región de la cavidad EK, taladros (orificios de salida de permeado) a través de los cuales, en una etapa posterior, el permeado puede fluir fuera de la cavidad EK1 dentro del tubo colector de permeado (ver la figura 3).
Ejemplo 2
Un cartucho producido de acuerdo con el Ejemplo1 fue sometido a una separación y a un ensayo de tensión en una carcasa de módulo de ensayo apropiada.
Para esta finalidad, en un cartucho producido de acuerdo con el Ejemplo 1, el extremo trasero del tubo colector de permeado debajo de VA2 fue cerrado con un tapón roscado o tapón liso y se estableció de esta manera la barrera de fluido.
Se colocó una junta con un perfil en forma de U sobre la caperuza extrema trasera EK2 del cartucho para formar una conexión hermética al gas en ese punto con la pared interior de la carcasa del módulo. Luego se insertó el cartucho
en la carcasa del módulo y se cerró la carcasa, con conexión del extremo delantero del tubo colector de permeado a la salida de permeado de la carcasa.
Entonces se bombeó una mezcla de gas compuesta de 20,9% O2 y 79,1% N2 a través de la entrada de fluido de la carcasa del módulo 6,7 bares y 24°C.
Se obtuvieron un permeado que tiene la siguiente composición: 35,4% O2 y 64,6% N2 y un retentado que tiene la siguiente composición: 12,5% O2 y 87,5% N2.
Después de la prueba de separación, sobre el lado de alimentación del cartucho, se aplicó una presión de 100 bares tres veces, y el lado del permeado permaneció a presión atmosférica. Luego se repitió la prueba de separación de nuevo en las mismas condiciones.
Se obtuvieron un permeado que tiene la siguiente composición: 35,3% O2 y 64,7% N2 y un retentado que tiene la siguiente composición: 12,5% O2 y 87,5% N2.
Los resultados de la prueba de separación antes y después del ensayo de tensión a 100 bares probaron que el cartucho de la invención se puede utilizar a altas presiones y a altos volúmenes de gas.
Ejemplo 3:
Tres cartuchos producidos de acuerdo con el Ejemplo 1 fueron conectados de manera similar a la figura 3 dentro de una carcasa de módulo. El módulo fue utilizado para separar gas natural con una composición como se muestra en la Tabla 1 siguientes. La presión de alimentación era 62,2 BarA. La presión del permeado era 1,14 BarA. El flujo de alimentación era 826 Nm3/h. La Tabla 1 muestra los resultados del ensayo.
Tabla 1
"%" en la Tabla 1 significa "% en volumen". La selectividad observada de CO2/CH4 del módulo era 17,6 y la capacidad de permeado observada de CO2 era 4,0 Nm3/h/bar/módulo.
Como se puede ver en la Tabla 1, el contenido de CO2 en la corriente de producto podía reducirse aproximadamente 55% comparado con la corriente de alimentación, mientras que la concentración de CH4 en la corriente de producto podía incrementarse y el contenido de C2H6 en la corriente de producto se mantuvo constante. A la vista del hecho de que sólo se utilizó un módulo en este ejemplo, una reducción de CO2 de 55% es un resultado muy bueno. El uso de los módulos en un proceso de separación de 2 etapas o de 3 etapas como se describe en US 8.999.038conduce a purezas todavía más altas del producto de gas.
Este ejemplo muestra, además, que se pueden conectar varios cartuchos sucesivamente en una hilera en un módulo y que los módulos se pueden utilizar para separar mezclas de gas de componentes múltiples.
El módulo de este ejemplo se ensayó durante 5 meses sin reducción de su actuación.
Lista de números de referencia
1 Módulo de separación
2 Cartucho
2a Cartucho 1
2b Cartucho 2
3 Carcasa del módulo de separación
4 Entrada de fluido del módulo de separación
5 Caperuza del módulo (no mostrada en la figura 1)
6 Salida de permeado del módulo de separación (no mostrada en la figura 1)
7 Salida de retentado del módulo de separación
8 Tubo colector de permeado
Espacio intermedio entre PSR (8), barrera impermeable (13) y las caras extremas internas (10b) y (11b) (ver la figura 3 en cada caso) de VA1 (10) y VA2 (11), en el que están presentes el haz de membranas de fibras huecas (28) (ver la figura 3, no mostradas en la figura 1) y, en funcionamiento, el retentado.
Lámina delantera de tubo VA1
a Cara extrema exterior de VA1
b Cara extrema interior de VA1
Lámina trasera de tubo VA2
a Lámina extrema exterior de VA2
b Cara extrema interior de VA2
Orificios de salida de retentado en VA2
Barrera impermeable
Orificio o intersticio de entrada de fluido del cartucho
Cavidad EK1 entre la cara extrema exterior de VA1 (10a) y la superficie interior de la caperuza extrema EK1 (23)
a Elemento de soporte
b Perfil del elemento de soporte
Orificios de salida de permeado a través del cual el PSR (8) está en comunicación de fluido con la cavidad EK1 (15)
Intersticio entre la caperuza extrema EK1 (23) y la superficie interior de la carcasa (3)
Conexión del PSR del cartucho (2a) y el cartucho (2b)
Barrera de fluido en el extremo trasero del PSR (8)
Cavidad de intervención entre el cartucho (2a) y (2b) en la carcasa (3)
Cavidad extrema en la carcasa (3)
Salida de retentado en EK2
Caperuza extrema delantera EK1
Caperuza extrema trasera EK2
Junta tórica
Extremo delantero del tubo colector de permeado PSRE1
Extremo trasero del tubo colector de permeado PSRE2
Haz de membranas de fibras huecas
Sub-segmento delantero del tubo colector de permeado (8) del cartucho (adaptador de permeado) Sub-segmento trasero del tubo colector de permeado (8) de un cartucho
Punto de conexión entre (29) y (30)
Junta tórica
Claims (15)
1. Cartucho (2) para la separación de una mezcla de gas, que comprende:
- un tubo colector de permeado PSR (8) que consta de uno o más segmentos y tiene un extremo delantero PSRE1 (26) y un extremo trasero PSRE2 (27),
- una multitud de membranas de fibras huecas dispuestas alrededor del tubo colector de permeado PSR (8) y que tiene un extremo delantero HFE1 en el lado PSRE1 y un extremo trasero HFE2 en el lado PSRE2, - una primera lámina de tubo VA1 (10) en los extremos delanteros HFE1 y PSRE1 (26) y una segunda lámina de tubo VA2 (11) en los extremos traseros HFE2 y PSRE2 (27),
- una barrera (13) que es impermeable a la mezcla de fluido a separar y que rodea la disposición compuesta del tubo colector de permeado PSR (8) y membranas de fibras huecas en la región entre las láminas de tubos VA1 (10) y VA2 (11),
- una caperuza extrema delantera EK1 (23) dispuesta por encima de la primera lámina de tubo VA1 (10) y opcionalmente una caperuza extrema trasera EK2 (24) que, si está presente, está dispuesta por encima de la segunda lámina de tubo VA2 (11),
caracterizado por que
- el tubo colector de permeado PSR (8) o todos los segmentos del tubo colector de permeado PSR en la región entre las láminas de tubo VA1 (10) y VA2 (11) están configurados para ser impermeable a la mezcla de fluido a separar,
- la barrera impermeable (13) está configurada, sobre la base del eje longitudinal del cartucho, en el primer tercio, preferiblemente en el primer cuarto, de la distancia entre las láminas de tubo VA1 (10) y VA2 (11), más preferiblemente a una distancia de 0 a 10 cm más allá de la cara extrema interior (10b) de la lámina de tubo VA1 y más preferiblemente a una distancia de 2 a 4 cm más allá de la cara extrema interior (10b) de la lámina de tubo VA1, de tal manera que uno o más orificio(s) o intersticio(s) de entrada de fluido (14) están presentes en el especio intermedio (9) entre la barrera impermeable (13) y el tubo colector de permeado PSR (8),
- los extremos traseros de fibras huecas HFE2 están incrustados en la segunda lámina de tubo VA2 (11), con los núcleos de las fibras huecas cerrados en sus extremos traseros HFE2,
- los extremos delanteros de fibras huecas HFE1 están incrustados en la primera lámina de tubo VA1 (10), con los núcleos de las fibras huecas abiertos en sus extremos delanteros HFE1,
- la caperuza extrema delantera EK1 (23) está configurada y dispuesta por encima de la primera lámina de tubo VA1 (10) de tal manera que se forma una cavidad (15) de la caperuza extrema delantera EK1 entre la cara extrema exterior (10a) de la primera lámina de tubo VA1, donde el permeado fluye fuera de los núcleos de fibras huecas y la superficie interior de la caperuza extrema EK1 (23),
- en la región de la cavidad (15) de la caperuza extrema delantera EK1 están presentes orificios de salida de permeado (16) en el tubo colector de permeado PSR (8) o en un segmento del tubo colector de permeado PSR, de tal manera que existe una comunicación de fluido entre el fluido en la cavidad (15) de la caperuza extrema delantera EK1 y el interior del tubo colector de permeado PSR (8),
- al menos un orificio de salida del retentado está presente en el último cuarto de la distancia entre las láminas de tubo VA1 (10) y VA2 (11) en la barrera impermeable (13) o incrustado en la segunda lámina de tubo VA2 (11).
2. Cartucho de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la barrera impermeable (13) consta de una película o una manguera o un tubo o una cinta o una tela de vidrio "mezclados" con resina epóxido, preferiblemente fijados al cartucho (2) por retracción y/o por incrustación en la primera lámina de tubo VA1 (10) y/o la segunda lámina de tubo VA2 (11) y/o por medio de ayudas exteriores de fijación y/o por soldadura y/o por unión adhesiva.
3. Cartucho de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el tubo colector de permeado PSR (8) de un cartucho (2) consta de varios segmentos conectados entre sí dentro de un cartucho por una conexión de tornillo o una conexión de pestaña o una conexión de enchufe o por medio de una conexión de bayoneta o por unión adhesiva.
4. Cartucho de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que el tubo colector de permeado PSR (8) de un cartucho (2) consta de al menos dos segmentos, comenzando el primer segmento (29) en el extremo delantero PSRE1 (26) y se extiende al menos dentro de la primera lámina de tubo VA1 (10) y se conecta allí a un segundo segmento (30) que, sólo o en conexión con otros segmentos, forma el resto del PSR (8) hasta el extremo trasero PSRE2 (27), comprendiendo el primer segmento los orificios de salida de permeado (16).
5. Cartucho de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que las membranas de fibras huecas están dispuestas en forma de haces (28) alrededor del tubo colector de permeado PSR (8), o bien paralelas al eje longitudinal del tubo colector de permeado PSR (8) o enrolladas alrededor del tubo colector de permeado PSR, con preferencia helicoidalmente, más preferiblemente de tal manera que las líneas helicoidales de cada capa de enrollamiento se cruzan, lo que significa que una capa ha sido enrollada helicoidalmente desde la dirección de la primera lámina de tubo VA1 (10) hasta la segunda lámina de tubo VA2 (11) y luego la siguiente desde la dirección de la segunda lámina de tubo VA2 (11) hasta la primera lámina de tubo VA1 (10) y luego continúan alternando de esta manera y/o el haz (28) de las membranas de fibras huecas tiene una sección transversal
sustancialmente circular que tiene un diámetro de 150-200 mm, preferiblemente de 170-195 mm, más preferiblemente de 180-190 mm.
6. Cartucho de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que las membranas de fibras huecas constan de poliimidas, preferiblemente de poliimidas que se pueden obtener por inyección de al menos un dianhídrido seleccionado del grupo que consta de dianhídrido 3,4,3',4'-benzodenonatetracarboxílico, dianhídrido 1,2,4,5-bencenotetracarboxílico, dianhídrido 3,4,3',4'-bifeniltetracarboxílico, dianhídrido oxidiftálico, dianhídrido sulfonildiftálico, dianhídrido 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2,2-propilidenodiftálico y al menos un diisocianato seleccionado del grupo que consta de tolueno 2,4-diisocianato, tolueno 2,6-diisocianate, 4,4'-metilenodifenil diisocianato, 2,4,6-trimetil-1,3-fenileno diisocianato, 2,3,5,6-tetrametil-1,4-fenileno diisocianato.
7. Cartucho de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que al menos un elemento de soporte (15a) está presente dentro de la cavidad (15) de la caperuza extrema delantera EK1, que está fabricada preferiblemente de un material poroso o tiene un perfil (15b) que conduce el fluido hasta los orificios de salida de permeado, especialmente un perfil que está presente en el lado que mira hacia la primera lámina de tubo VA1 (10) y más preferiblemente comprende canales.
8. Cartucho de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que al menos un elemento de filtro, preferiblemente una tela tejida o no tejida o una placa metálica sinterizada, está presente en la cavidad (15) de la caperuza extrema delantera EK1, más preferiblemente entre el elemento de soporte (15a) y la primera lámina de tubo VA1 (10).
9. Módulo de separación de gas (1) que comprende uno o más cartuchos (2) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
10. Módulo de separación de gas (1) de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende:
-una carcasa resistente a la presión (3) que tiene una entrada de fluido (4) así como una salida de permeado (6) y una salida de retentado (7),
- dispuesta en la carcasa resistente a la presión (3), un cartucho (2) o una pluralidad de cartuchos (2a, 2b) conectados para forma runa cadena de cartuchos, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, - una conexión de la salida de permeado (6) de la carcasa del módulo al extremo delantero PSRE1 (26) del tubo colector de permeado (8) del cartucho más próximo a la salida de permeado (6) de la carcasa, donde
- casa cartucho (2) está conectado, en una región entre el orificio de entrada de fluido (14) en el cartucho y los orificios de salida de retentado fuera del cartucho particular, a la pared interior de la carcasa del módulo (3) de una manera impermeable, preferiblemente por medio de un sellado, más preferiblemente un anillo de sellado (25),
- la salida de retentado (7) en la carcasa del módulo está dispuesta curso abajo de los orificios de salida de retentado del cartucho más trasero de la cadena de cartuchos,
- una barrera de fluido (19), es decir, un cierre hermético a fluido del tubo colector de permeado PSR (8), está dispuesta en la región del extremo trasero PSRE2 (27) del cartucho o cuando se conectan una pluralidad de cartuchos para formar una cadena de cartuchos, del extremo trasero PSRE2 (27) del cartucho más trasero de la cadena de cartuchos.
11. Proceso para producir un cartucho (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que comprende las siguientes etapas:
- etapa a) se dispone una multitud de membranas de fibras huecas alrededor de un tubo colector de permeado PSR (8),
- etapa b) se produce una barrera impermeable (13) alrededor de la disposición de la etapa a).
- etapa c) se producen una primera lámina de tubo VA1 (10) y una segunda lámina de tubo VA2 (11) en el extremo delantero HFE1 y en el extremo trasero HFE2 de las membranas de fibras huecas poniendo en contacto las fibras huecas con una resina de impregnación y luego endureciendo la resina,
- opcionalmente, si los núcleos de las membranas de fibras huecas han sido sellados en sus extremos delanteros HFE1 en el curso de la producción de la primera lámina de tubo VA1 (10), en la
- etapa d) se abre por corte la lámina de tubo VA1 (10) en ángulos rectos al eje longitudinal del cartucho (2) con el fin de abrir los núcleos de fibras huecas en sus primeros extremos HFE1,
- opcionalmente, en la etapa e) se monta la caperuza extrema delantera EK1 (23) y/o la caperuza extrema trasera EK2 (24), si no han ido utilizadas ya como molde de fundición en la etapa c) y/o si la caperuza extrema existe en absoluto en el caso de la caperuza extrema trasera EK2,
en donde
- la etapa b) se puede ejecutar antes o después de la etapa c),
- el molde de impregnación para la producción de la segunda lámina de tubo VA2 (11), si una o más salidas de retentado deben incrustarse en la segunda lámina de tubo VA2 (11), tiene espaciadores adecuados para la producción de los orificios de salida de retentado (12) en la segunda lámina de tubo VA2,
- la barrera impermeable (13) en la etapa b) se produce por medio de un material, preferiblemente una película o una manguera o un tubo, que
- antes de la producción de la barrera impermeable (13) ya tiene uno o más orificios de entrada de fluido (14), o
- en la que se producen orificios de entrada de fluido (14) después de que la barrera impermeable (13) ha sido fijada, preferiblemente por taladrado, perforado o corte de taladros correspondientes, o
- que está dispuesta alrededor del haz de fibras huecas (28), de tal manera que una sección del haz de fibras huecas no está rodeada y, por lo tanto, forma un orificio de entrada de fluido (14), preferiblemente en la forma de un intersticio de entrada de fluido.
12. Proceso de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado por que la barrera impermeable (13) se efectúa enrollando un material adecuado alrededor de la disposición compuesta de tubo colector de permeado PSR (8) y membranas de fibras huecas o introduciendo la disposición compuesta de tubo colector de permeado PSR (8) y membranas de fibras huecas en una carcasa o un tubo.
13. Proceso de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado por que el material para la barrera permeable (13), preferiblemente una película o una manguera, se fija sobre el cartucho (2) por retracción o por unión adhesiva o por incrustación en la lámina de tubo VA1 (10) y/o la segunda lámina de tubo VA2 (11) o por medio de dispositivos de fijación fijados sobre su lado exterior, o combinaciones de ellos.
14. Método para separar una mezcla compuesta de al menos dos fluidos, preferiblemente al menos dos gases, caracterizado por que
- la mezcla de gas a separar se introduce bajo presión en un cartucho (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 a través de al menos un orificio de entrada de fluido (14) en el espacio (9) entre la barrera impermeable (13) y el tubo colector de permeado PSR (8), de tal manera que existe una presión más alta en el lado exterior de las membranas de fibras huecas que en el núcleo de las fibras huecas, . el permeado en el núcleo de las fibras huecas es conducido hacia la caperuza extrema delantera EK1 (23) y, por lo tanto, a través de la cavidad (15) de la caperuza extrema delantera EK1 dentro del tubo colector de permeado (8) y se descarga desde el cartucho (2),
- el retentado que permanece entre la barrera impermeable (13) y la cáscara exterior de las fibras huecas se conduce en la dirección de la segunda lámina de tubo VA2 (11) y se descarga desde el cartucho (2) a través de los orificios de salida de retentado.
15. Método de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado por que la mezcla de gas a separar es forzada en los orificios de entrada de fluido (14) del cartucho (2) a una presión de 1-150 bares, preferiblemente de 30-120 bares y más preferible de 40-100 bares.
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