Un aparato de filtración que tiene una densidad de empaquetamiento de al menos 300 metros cuadrados (m2) de área de filtro de membrana activa por metro cúbico (m3) de volumen externo de dicho aparato de filtración y que tiene una lumbrera de entrada de alimentación (86;

162, 164), al menos una lumbrera de filtrado (88), y, si se requiere, al menos una lumbrera (166, 168) de producto retenido (retentato), en el que dicho aparato de filtración está hecho mediante un procedimiento que comprende:

formar una pila de una multitud de capas separadoras permeables al fluido (112, 114, 116) y una multitud de capas de filtro de membrana (90, 107, 106), en el que dichas capas separadoras (112, 114, 116) se colocan alternativamente con dichas capas de filtro (90, 107, 106) en una dirección vertical y en el que secciones termoplásticas en la forma de una composición polímera termoplástica (TPC; 18; 58) se unen preliminarmente a dichas capas de filtro en cada borde de dichas capas de filtro que se extienden hasta dichas lumbreras en una configuración tal que cuando las secciones mencionadas son fundidas, el sellado de las capas separadoras situadas alternadamente en dicha lumbrera de entrada de alimentación (86; 162, 164), dicha al menos una lumbrera de filtrado (88) y la mencionada lumbrera de producto retenido (166, 168) es efectuado de tal manera que el líquido en dicha al menos una lumbrera de filtrado (88) no se mezcla con el líquido en la mencionada lumbrera de entrada de alimentación (86; 162, 164) y en la mencionada lumbrera de producto retenido (166, 168), en el que la mencionada composición polímera termoplástica (TPC; 18; 58) preliminarmente unida al borde de las capas del filtro tiene una superficie superior (20; 49) y una superficie inferior (22; 46) configuradas de tal manera que convergen una hacia la otra y forman una zona en punta (24; 20 48; 64) que, cuando se expone a energía calorífica de radiación o a energía no calorífica, absorbe la energía y se funde con preferencia sobre un cuerpo principal (26; 44) de la composición polímera termoplástica (TPC; 18; 58), y

sellar por calor indirecto las mencionadas secciones termoplásticas en la mencionada lumbrera de entrada de alimentación (86; 162, 164) simultáneamente, en una de las mencionadas lumbreras de filtrado simultáneamente o en la mencionada lumbrera de producto retenido simultáneamente.

Aparato de filtración.

Esta invención se refiere a un aparato de filtración de membrana para efectuar la filtración de una composición líquida en la que un líquido de alimentación se introduce en el aparato y una corriente de filtrado y, opcionalmente, una corriente de producto retenido (retentato) , se retiran del aparato. Más particularmente, esta invención se refiere a un aparato de filtración de membrana de flujo tangencial o aparato de filtración de membrana de extremo muerto que se forma, y selectivamente se sella, mediante moldeo por inyección y sellado térmico indirecto de una composición polímera.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Antes de la presente invención, los líquidos se han filtrado dentro de una multitud de módulos de filtro que se apilan entre colectores o individualmente se sellan o sueldan a una placa colectora. Cada módulo incluye a una o más capas de filtro separadas mediante un número apropiado de capas separadoras, tales como tamices, para permitir el flujo de alimentación de líquido dentro del aparato, así como el flujo de filtrado del aparato. La filtración dentro del módulo se puede llevar a cabo como un proceso de filtración de flujo tangencial (TFF) en el que el líquido de alimentación entrante se hace fluir tangencialmente sobre una superficie de membrana para formar un producto retenido y un filtrado. Alternativamente, la filtración se puede llevar a cabo como un modo de extremo muerto (callejón sin salida) de otra manera identificado como una filtración de flujo normal (NFF) en la que todo el líquido de alimentación entrante se pasa a través de un filtro de membrana con retención de sólidos y otros residuos sobre el filtro de membrana. En este último modo sólo se recupera un filtrado.

En la actualidad, una corriente de filtrado se aísla de una corriente de alimentación dentro de un aparato de filtración de membrana mediante técnicas de sellado u obturación que utilizan adhesivos de encapsulación tales como epoxis, uretanos o siliconas, unión por disolvente o sellado térmico directo. En el caso de una aparato de filtración de flujo tangencial, una corriente de filtrado se aísla de una corriente de alimentación y una corriente de producto retenido. Los adhesivos no son deseables, ya que tienen compatibilidad química limitada, son una fuente de impurezas extraíbles significativa, limitan la posibilidad de utilizar todo el volumen dado de una unidad de filtro, ya que los adhesivos ocupan una cantidad dada de área del dispositivo, introducen dificultades de control del proceso, imponen limitaciones de resistencia de unión, imponen limitaciones de temperatura de uso y aumentan el tiempo de ciclo del proceso. El sellado térmico directo en el que un elemento de calentamiento se pone en contacto con un material que fluye para formar una junta de obturación es indeseable, ya que su uso impone una limitación mínima sobre el espesor del material que se va a sellar térmicamente. Esto da lugar a una reducción del número de capas que pueden estar presentes en un volumen dado del módulo de filtración, reduciendo por lo tanto indeseablemente la capacidad de filtración del módulo. Además, el sellado térmico directo es indeseable porque requiere múltiples etapas, impone limitaciones de compatibilidad de materiales, y típicamente utiliza un substrato para efectuar el sellado térmico directo de los elementos de filtración y puede causar daños en la membrana. La unión por disolventes no es deseable, ya que los solventes imponen cuestiones ambientales y variabilidad del proceso mientras que los polímeros potencialmente útiles están limitados por sus características de solvatación.

Además, el uso de materiales tales como materiales basados en poli-silicona o poliuretano, que absorben y/o adsorben una parte del flujo de alimentación que se filtra, es indeseable, ya que el material absorbido se resorberá en materiales filtrados posteriormente y los contamina.

La patente de EE.UU. 5.429.742 describe un cartucho de filtro que comprende un marco termoplástico en el que se moldean una multitud de membranas de filtración. El marco termoplástico se moldea para proporcionar vías de flujo que aseguren que el fluido entrante que se ha de filtrar pasará a través de una membrana antes de retirar el fluido filtrado del cartucho de filtro. El marco es suficientemente grueso para que se puedan formar las vías de flujo hacia y desde las membranas. Dado que las membranas adyacentes están separadas por elementos separadores relativamente gruesos, el área de la membrana por unidad de volumen del cartucho de filtro es indeseablemente baja.

El documento WO 00/24915 A describe una aparado de filtración para filtración TFF o NF, que está compuesto de una pila de capas de filtro y tamices y que, respectivamente, está provisto de una o más aberturas que forman lumbreras. Las aberturas del tamiz tienen una junta de estanqueidad hecha de material elastómero moldeado a lo largo de los bordes periféricos del mismo y la junta tiene un espesor mayor que el del tamiz , de tal manera que la junta se extiende por encima de al menos un lado de los tamices.

El documento US-A-4576715 describe un paquete de membranas que incluye un soporte poroso intercalado entre un par de estructuras de membrana. El paquete tiene un agujero y está obturado alrededor del agujero para evitar el paso de líquido contaminante dentro del soporte. El paquete de membranas está construido mediante la impregnación del soporte con un polímero capaz de fluir que se puede solidificar para dejar una capa delgada de polímero en cualquiera de las superficies del soporte. Las estructuras de membrana se sueldan por ultrasonidos al soporte.

El documento GB 2112293 A describe otro aparato de filtración en el que las porciones de las membranas que rodean los agujeros en las membranas están soldadas térmicamente a las porciones enfrentadas de placas adyacentes que incluyen agujeros.

Consecuentemente, sería deseable proporcionar un aparato de filtración multicapa que utilizara una multitud de elementos de filtración en los que las capas fueran selladas apropiadamente sin el uso de adhesivos, unión por disolventes o sellado térmico directo. Además, sería deseable proporcionar un aparato de filtración de extremo muerto o de flujo tangencial que contuviera un gran número de capas de filtración por volumen del aparato de filtración que se pudieran formar en una pila y que tuvieran una densidad de empaquetamiento de membrana activa respecto al volumen externo del filtro de al menos 300 m2/m3. Además, sería deseable proporcionar un aparato de filtración de extremo muerto o flujo tangencial que contuviera un gran número de capas de filtración por volumen del aparato de filtración que pudieran formarse dentro de una pila y que pudieran sellarse apropiadamente para definir trayectorias de flujo del líquido dentro de la pila. Además, sería deseable proporcionar tal aparato de filtración formado de un material que minimizara o eliminara la absorción (también la adsorción) y la subsiguiente desorción de un material que estuviera siendo filtrado. Tal aparato de filtración proporcionaría una alta capacidad de filtración y permitiría múltiples usos del aparato mientras minimizara o eliminara los problemas de contaminación del filtrado.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona un aparato de filtración termoplástico de acuerdo a la reivindicación 1 que tiene una densidad de empaquetamiento de al menos 300 m2 de área de membrana activa / m3 de volumen externo del aparato de filtración. Preferiblemente, el dispositivo está formado por composiciones que están sustancialmente libres de materiales extraíbles ya sea antes o después de la filtración. Como se usa aquí, la frase “sustancialmente libres de extraíbles” significa menos de 250 mg de contaminación extraída por m2 de material cuando se empapa con una solución de ensayo que contiene uno o más ácidos y luego se coloca en agua desionizada y se deja empapar para provocar la lixiviación de cualquier ácido adsorbido o absorbido.

El aparato de filtración se forma de una pila de membranas y separadores que están situados alternativamente a través de la altura vertical del aparato de filtración y se sellan de una forma descrita con más detalle a continuación.

Además, la presente invención proporciona un aparato de filtración formado de elementos de filtración que se sellan con una composición polímera termoplástica en una forma que promueve el sellado a una membrana porosa... [Seguir leyendo]

1. Un aparato de filtración que tiene una densidad de empaquetamiento de al menos 300 metros cuadrados (m2) de área de filtro de membrana activa por metro cúbico (m3) de volumen externo de dicho aparato de filtración y que tiene una lumbrera de entrada de alimentación (86; 162, 164) , al menos una lumbrera de filtrado (88) , y, si se requiere, al menos una lumbrera (166, 168) de producto retenido (retentato) , en el que dicho aparato de filtración está hecho mediante un procedimiento que comprende:

formar una pila de una multitud de capas separadoras permeables al fluido (112, 114, 116) y una multitud de capas de filtro de membrana (90, 107, 106) , en el que dichas capas separadoras (112, 114, 116) se colocan alternativamente con dichas capas de filtro (90, 107, 106) en una dirección vertical y en el que secciones termoplásticas en la forma de una composición polímera termoplástica (TPC; 18; 58) se unen preliminarmente a dichas capas de filtro en cada borde de dichas capas de filtro que se extienden hasta dichas lumbreras en una configuración tal que cuando las secciones mencionadas son fundidas, el sellado de las capas separadoras situadas alternadamente en dicha lumbrera de entrada de alimentación (86; 162, 164) , dicha al menos una lumbrera de filtrado (88) y la mencionada lumbrera de producto retenido (166, 168) es efectuado de tal manera que el líquido en dicha al menos una lumbrera de filtrado (88) no se mezcla con el líquido en la mencionada lumbrera de entrada de alimentación (86; 162, 164) y en la mencionada lumbrera de producto retenido (166, 168) , en el que la mencionada composición polímera termoplástica (TPC; 18; 58) preliminarmente unida al borde de las capas del filtro tiene una superficie superior (20; 49) y una superficie inferior (22; 46) configuradas de tal manera que convergen una hacia la otra y forman una zona en punta (24; 48; 64) que, cuando se expone a energía calorífica de radiación o a energía no calorífica, absorbe la energía y se funde con preferencia sobre un cuerpo principal (26; 44) de la composición polímera termoplástica (TPC; 18; 58) , y sellar por calor indirecto las mencionadas secciones termoplásticas en la mencionada lumbrera de entrada de alimentación (86; 162, 164) simultáneamente, en una de las mencionadas lumbreras de filtrado simultáneamente o en la mencionada lumbrera de producto retenido simultáneamente.

2. El aparato de filtración de la reivindicación 1, en el que el mencionado calentamiento se efectúa extendiendo un elemento de calentamiento radiante en una de las mencionadas lumbreras y activando los mencionados elementos de calentamiento para efectuar el calentamiento de todas las composiciones polímeras termoplásticas mencionadas de la mencionada lumbrera.

3. El aparato de filtración de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el aparato de filtración está construido de materiales caracterizado por menos de 250 mg de contaminación extraída por metro cuadrado (m2) de material humedecido, en el que el nivel de contaminación extraída se obtiene remojando el material en una solución de ensayo de ácido fosforoso / acético, durante 24 horas, enjuagando mediante agua desionizada filtrada para eliminar cualquier solución residual de la superficie de las muestras, después se remojando en agua desionizada filtrada para la extracción con muestras del agua que se toman cada 6 y 24 horas y analizando el nivel de iones de acetato y fósforo mediante cromatografía iónica y los niveles de iones detectados se normalizan a mg/m2.