Un aparato para el tratamiento de un líquido de aporte o alimentación que tiene dispuestos y/o suspendidos componentes,

a fin de crear una corriente de producto filtrado y una corriente de concentrado, de tal manera que dicho aparato comprende:

una vasija de presión tubular (11), que incluye un alojamiento tubular (13) que tiene una vía de paso axial (15) que se extiende entre aberturas de extremo opuestas;

cierres de extremo (37, 39), que obturan o cierran ambas aberturas de extremo mencionadas de dicha vasija de una forma que permite la inserción y la extracción de cartuchos de filtración de flujo cruzado generalmente cilíndricos (25);

al menos un cartucho de filtración de flujo cruzado esencialmente cilíndrico (25), dispuesto en dicha vía de paso axial, en una posición entre unas lumbreras laterales centrales y cada uno de dichos cierres de extremo;

dispositivos de obturación anulares (31), que obturan el paso de flujo de líquido entre el contorno o periferia de cada uno de dichos cartuchos laterales y una superficie interior que define dicha vía de paso axial,

de tal manera que se han proporcionado un par de lumbreras (23) en dicha vasija de presión, habiéndose situado una lumbrera generalmente adyacente a cada extremo axial, en una posición independiente de dichas lumbreras generalmente laterales y centrales por uno de dichos dispositivos de obturación anulares, por lo que el líquido que fluye a través de dicha vasija entre dicha lumbrera de lado central y una de dichas lumbreras, pasa a través de al menos uno de dichos cartuchos; y

un par de lumbreras diametralmente opuestas (21), que forman dichas lumbreras laterales centrales situadas generalmente en posición central longitudinal; caracterizado por que dichas lumbreras laterales se proporcionan por una estructura tubular (63) que se extiende transversalmente a través de dicha vasija de presión, perpendicularmente al eje de dicha vasija tubular, y que penetra la pared lateral de dicha vasija, teniendo la estructura tubular extremos opuestos que proporcionan dichas lumbreras laterales centrales opuestas y que conectan o comunican el líquido dentro de la vía de paso axial de dicha vasija de presión a las lumbreras laterales;

en el que dicha estructura tubular es una estructura tubular abierta con dos aberturas enfrentadas opuestamente (65) que se han proporcionado en una pared lateral de dicha estructura tubular, a fin de permitir al líquido fluir entre al menos una de dichas lumbreras laterales centrales y cada extremo axial de dicha vasija;

en el cual los extremos de dicha estructura tubular que define las lumbreras laterales centrales son susceptibles de interconectarse o unirse mutuamente a los extremos de estructuras tubulares que definen las lumbreras laterales centrales de vasijas de presión adyacentes

Aparato de filtración con vasijas de presión para albergar cartuchos de filtración cilíndricos.

Esta invención se refiere a aparatos que comprenden vasijas de presión para albergar una pluralidad de cartuchos cilíndricos para métodos de tratamiento de líquidos y, más particularmente, vasijas de presión del tipo que tiene cierres de extremo susceptibles de retirarse o desmontables que proporcionan un acceso a toda el ánima para instalar y extraer dichos cartuchos cilíndricos. La invención se refiere también a métodos para el tratamiento de líquidos utilizando aparatos tales, que comprenden cartuchos de filtración de flujo cruzado para separar un material de alimentación líquido en una corriente de producto filtrado y en una corriente de producto concentrado o retenido.

Antecedentes de la invención

Las vasijas de presión cilíndricas para albergar uno o múltiples cartuchos cilíndricos de utilidad en métodos de separación tales como la filtración de flujo cruzado, se muestran en diversas Patentes, incluyendo las Patentes norteamericanas Nos. 4.717.035, 4.517.085, 4.781.830, 5.866.001, 5.720.411 y 6.558.544. La filtración de flujo cruzado es un tipo de separación que se sirve de membranas semipermeables en las que tan sólo una porción de líquido de alimentación pasa a través de la membrana semipermeable, de tal manera que el resto del líquido fluye a través de la membrana, con frecuencia a lo largo de vías de paso dispuestas en espiral y que se extienden axialmente, y sale del otro extremo del cartucho de filtración en forma de concentrado. Tales cartuchos cilíndricos emplean, generalmente, múltiples membranas de forma laminar arrolladas espiralmente, las cuales pueden ser, de forma diversa, membranas de ósmosis inversa (RO -"reverse osmosis"), de nano-filtración (NF) o de ultra-filtración (UF). En tal disposición, ha venido existiendo tradicionalmente una entrada o lumbrera de alimentación cerca de uno de los extremos de la vasija de presión y al menos dos lumbreras de salida de la vasija de presión, esto es, una situada en el otro extremo para el resto del material de alimentación, que es ahora una corriente concentrada, y una para el producto filtrado (que puede salir por uno de los dos extremos o por ambos); estas lumbreras de salida están a menudo situadas en los cierres de extremo.

Cuando múltiples cartuchos cilíndricos de este tipo se disponían incluidos dentro de una única vasija de presión, el material de alimentación líquido se introducía generalmente por uno de los extremos, fluía en serie a través de todos los cartuchos y salida, a continuación, por el extremo opuesto de la vasija de presión como corriente de producto retenido o concentrado; el producto filtrado fluye espiralmente hacia dentro hasta un tubo de producto filtrado poroso situado dentro del cartucho. En tal disposición, cada cartucho tendrá una placa abierta, anti-telescópica o contra el movimiento telescópico (ATP-"anti-telescoping plate") en cada extremo, y algún tipo de conectador unirá mutuamente o interconectará los tubos de producto filtrado de cartuchos adyacentes para crear un camino combinado para el flujo de producto filtrado, dispuesto centralmente en la vasija de presión. En la Patente Nº 4.517.085 se muestran conectadores a modo de ejemplo y, con el fin de ahorrar espacio entre los cartuchos dispuestos en fila dentro de una vasija de presión, tales acoplamientos pueden ser diseñados para residir o alojarse sustancialmente por completo dentro de los tubos de producto filtrado, gracias a lo cual se minimiza la distancia entre las ATPs de cartuchos adyacentes. El producto filtrado puede salir por uno o por ambos extremos de la vasija de presión.

Todas dichas conexiones dentro de una vasija de presión que se han de someter a una presión por encima de la atmosférica, deben contener, por supuesto, obturaciones adecuadas para evitar las fugas. Se utilizan dispositivos de obturación generalmente de junta tórica, tal como se indica por la referencia numérica 49 en la Patente Nº 4.781.830, aunque se han venido utilizando también dispositivos de obturación de elastómero de sección transversal cuadrada, tal como el elemento 117 de la Patente Nº 5.720.411.

También se han proporcionado a menudo dispositivos de obturación eficaces, por ejemplo, dispositivos de obturación a modo de galones en V invertida, entre la circunferencia o contorno del cartucho y la pared cilíndrica interior de la vasija de presión.

Durante las últimas tres décadas aproximadamente, se ha encontrado económico utilizar grandes matrices o conjuntos ordenados de vasijas de presión, cada una de las cuales alberga múltiples elementos de filtración cilíndricos, de manera que dichos conjuntos ordenados están dimensionados para proporcionar la cantidad necesaria de área superficial total de membrana, a fin de conseguir el caudal deseado de filtración/separación global de una corriente de líquido de alimentación. Un ejemplo de dicho conjunto ordenado se muestra en la Patente norteamericana Nº 3.880.755 (Osmonics, Inc.), que ilustra un cierto número de grupos de vasijas de presión en paralelo, soportadas en disposición apilada y conectadas por tuberías para crear una pluralidad de bancos de vasijas, de tal modo que cada vasija de presión contiene una pluralidad de módulos de membrana arrollados en espiral o cartuchos dispuestos para un flujo en serie a su través. Estas vasijas hacían en un principio para la producción láctea u otros usos de tratamiento de alimentos, y las vasijas de presión y los herrajes se hacían a menudo de acero inoxidable. Tal como se muestra en las Figuras 1 y 2 de la Patente, cada una de las vasijas de presión de un banco horizontal se conectaba individualmente por tubería a un distribuidor, de tal manera que cada banco constituido por 4 de vasijas de presión a un nivel horizontal dado compartía alimentación desde un distribuidor común. Durante los años '80 y hasta entrados los '90, Osmonics, Inc. y otros fabricantes proporcionaron vasijas de presión destinadas a funcionar en matrices o conjuntos ordenados en los que se proporcionaron pares de entradas laterales en posiciones diametralmente opuestas de uno de los extremos, a través de los cuales cada vasija en paralelo se vinculaba a la siguiente vasija de presión adyacente; de esta forma, en dicha disposición, la conexión de un único conducto de alimentación a la vasija exterior de un banco proporcionaba alimentación de líquido a todas las vasijas interconectadas del banco plano.

Desde esos tiempos, se ha expedido la Patente norteamericana Nº 6.007.723, que describe la construcción de varios dispositivos de interconexión que pueden ser empleados para vincular o comunicar entre sí vasijas de presión adyacentes de este tipo general en apilamientos verticales. Ya cerca de nuestros días, la DHV Water, de los Países Bajos, desarrolló un sistema que hacía uso de una disposición diferente, dentro de una vasija de presión, de una pluralidad de tales cartuchos cilíndricos para un funcionamiento de filtración y/o de separación, y presentó en 2003 una divulgación que describía el diseño Optiflux®. El diseño propuesto suministra líquido desde los dos extremos de una vasija de presión de diámetro aumentado con respecto al diámetro de los cartuchos, y utiliza conectadores que interconectan tanto los tubos de flujo de producto filtrado centrales como las superficies cilíndricas exteriores de cartuchos adyacentes. En la Patente Nº 6.302.448 se describen interconexiones proporcionadas a modo de ejemplo para los cartuchos de membrana cilíndricos arrollados espiralmente. Como resultado de éstas, en una vasija de presión que alberga, por ejemplo, seis cartuchos, una corriente de alimentación conducida por tubería entra por cada extremo y fluye en serie a través de tres cartuchos; las dos corrientes de concentrado se encuentran en el centro, en un conectador especial que interconecta sólo los tubos de producto filtrado. Se han proporcionado unos denominados "soportes de separación" radiales que crean un canal anular entre las superficies exteriores de los cartuchos cilíndricos conectados o comunicados y la pared interior de la vasija. Las corrientes de concentrado entran en este paso anular por el conectador central especial, y son entonces descargadas desde ambos extremos de la vasija de presión.

Los documentos WO 03/051497 y DE 40 39 967 divulgan vasijas de filtración de la técnica anterior provistas de estructuras de lumbrera lateral, y el documento JP 2001219038 divulga un separador de membrana de la técnica anterior, provisto de una conexión de alimentación de lumbrera lateral central.

El preámbulo...

1. Un aparato para el tratamiento de un líquido de aporte o alimentación que tiene dispuestos y/o suspendidos componentes, a fin de crear una corriente de producto filtrado y una corriente de concentrado, de tal manera que dicho aparato comprende:

2. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el par de lumbreras situadas en posiciones adyacentes a cada extremo axial, consiste en un par de lumbreras laterales adicionales proporcionadas en dicha pared lateral de vasija de presión.

3. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1 ó la reivindicación 2, en el cual al menos uno de dichos cierres de extremo tiene, formada en él, una lumbrera de salida (53) de corriente de producto filtrado.

4. El aparato de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 ó 3, en el cual se ha dispuesto en dicha vasija de presión, entre dichas lumbreras laterales centrales y cada extremo respectivo, una pluralidad de dichos cartuchos de filtración de flujo cruzado.

5. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye una matriz o conjunto ordenado de vasijas tubulares generalmente paralelas (11), con al menos tres vasijas de presión alineadas en una configuración plana, de tal manera que al menos la vasija de presión central de dicha configuración plana tiene, formadas en ella, dicho par de lumbreras laterales centrales diametralmente opuestas, de tal modo que dichas lumbreras laterales están interconectadas, respectivamente, a lumbreras laterales centrales de las vasijas de presión adyacentes en una dirección en línea recta.

6. El aparato de acuerdo con la reivindicación 5, en el cual se han proporcionado unos conectadores mutuos que unen dichas lumbreras laterales centrales de vasijas de presión adyacentes en comunicación de fluido unas con otras, de tal manera que dichos conectadores mutuos consisten en una abrazadera tubular que rodea extremos adyacentes de dichas lumbreras laterales centrales para acoplar los extremos y proporcionar un cierre hermético u obturación de líquido entre ellas.

7. El aparato de acuerdo con la reivindicación 5 ó la reivindicación 6, en el que dicho conjunto ordenado incluye una pluralidad de dichas configuraciones planas de al menos tres vasijas de presión dispuestas verticalmente, estando dichas vasijas respectivamente alineadas también horizontalmente, y en el cual lumbreras laterales centrales adyacentes de dichas vasijas de cada una de las respectivas configuraciones verticales dentro de dicho conjunto ordenado, están conectadas en comunicación de fluido unas con otras,

de tal modo que se han proporcionado lumbreras laterales adicionales (23') en la pared lateral de cada extremo respectivo de cada una de dichas vasijas de presión, alineadas formando ángulos de 90 grados con dichas lumbreras laterales centrales, y de manera que lumbreras laterales adicionales adyacentes de las vasijas de presión de dicho conjunto ordenado están interconectadas en comunicación de fluido con el otro lado de al menos una vasija de presión dispuesta en alineación horizontal con ellas.

8. El aparato de acuerdo con la reivindicación 7, en el cual una de dichas lumbreras laterales centrales de cada una de dichas configuraciones verticales está conectada a medios para suministrar el líquido de alimentación que se ha de tratar, de tal modo que dichos cartuchos incluyen membranas arrolladas espiralmente, y en el que las corrientes de concentrado que resultan del paso del líquido de alimentación a través de dichos cartuchos, salen a través de dichas lumbreras laterales adicionales interconectadas dispuestas en los extremos respectivos de dichas vasijas de presión.

9. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la estructura tubular se asienta en un orificio formado diametralmente a través de una porción de pared lateral engrosada y ensanchada (19b) del alojamiento de vasija de presión.

10. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende un separador tubular central (49) dentro de la vasija de presión, situado en una región central, de tal manera que los extremos de dos cartuchos de posición más central se asientan contra el separador y la estructura tubular se asienta en un orificio formado a través del separador.

11. Un método para tratar un líquido de alimentación que tiene componentes disueltos y/o suspendidos, que utiliza filtración de flujo transversal para crear una corriente de producto filtrado y una corriente de concentrado utilizando el aparato de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, de tal modo que dicho método comprende las etapas de:

12. El método de acuerdo con la reivindicación 11 cuando depende de una cualquiera de las reivindicaciones 5, 6, 7 u 8, en el cual dicha corriente de alimentación se suministra a presión al conjunto ordenado de dichas vasijas de presión tubulares que tiene al menos tres vasijas de presión generalmente paralelas, alineadas en una configuración plana e interconectadas de tal modo que dicha corriente entra en una de las vasijas y fluye a través de lumbreras laterales centrales interconectadas de otras vasijas, a fin de alimentar también las otras dos vasijas de la configuración plana.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 11 cuando depende de la reivindicación 7 ó de la reivindicación 8, en el cual dicha corriente de alimentación se suministra a presión al conjunto ordenado de dichas vasijas de presión tubulares, de tal modo que dicha corriente entra en una de las vasijas y fluye a través de lumbreras laterales interconectadas de las otras vasijas con el fin de alimentar también las otras dos vasijas de la configuración plana, de manera que dichas corrientes de concentrado de cada extremo respectivo de cada vasija de presión salen en una dirección horizontal y forman un flujo combinado con una corriente de concentrado procedente de al menos una vasija adyacente situada en el mismo nivel horizontal, de tal modo que cada una de dichas sub-corrientes es dirigida a través de una pluralidad de cartuchos generalmente cilíndricos colocados en una disposición en serie dentro de la vasija de presión.