Módulo arrollado para la desalación electroquímica de disoluciones acuosas que contienen sal,

que comprende:

a) al menos una cámara de dilución (3) arrollada en forma de espiral con paredes laterales en forma de espiral (31, 32) y una parte interna (34) de la cámara de dilución; al menos una cámara de concentrado (4) arrollada en forma de espiral con una parte externa (41) de la cámara de concentrado y una parte interna (42) de la cámara de concentrado; conformada de manera que la parte interna (34) de la cámara de dilución y la parte interna (42) de la cámara de concentrado definen, en un estado arrollado, una cavidad interna, axial;

b) un electrodo interno (5) que se extiende en la cavidad interna axial; un electrodo externo (6) que rodea la cámara de dilución (3) arrollada y la cámara de concentrado (4) arrollada; en donde la parte externa (41) de la cámara de concentrado está formada por una vuelta de arrollamiento la más externa de la cámara de concentrado (4), y en donde en dicha vuelta de arrollamiento más externa la distancia al electrodo externo (6) está creada por medio de espaciadores y la parte externa (41) de la cámara de concentrado está en contacto conductor con el electrodo externo (6); y la parte interna (42) de la cámara de concentrado está formada por una primera vuelta de arrollamiento de la cámara de concentrado (4), en donde en dicha primera vuelta de arrollamiento la distancia a la superficie del electrodo interno (5) está creada por medio de espaciadores y la parte interna (42) de la cámara de concentrado está en contacto conductor con el electrodo interno (5);

c) varias alimentaciones (71), que están previstas en la una pared lateral (31) en forma de espiral y son capaces de aportar la disolución acuosa que contiene sal que ha de ser desalada; y varias evacuaciones (72), que están previstas en la otra pared lateral (32) en forma de espiral y son capaces de evacuar la disolución acuosa desalada desde la cámara de dilución (3); y

d) un primer conducto (8) que es capaz de aportar concentrado a la parte externa (41) de la cámara de concentrado y/o de evacuar concentrado desde la parte externa (41) de la cámara de concentrado; y un segundo conducto (9) que es capaz de evacuar concentrado desde la parte interna (42) de la cámara de concentrado y/o de proveer concentrado a la parte interna (42) de la cámara de concentrado

Módulo arrollado en espiral con flujo axial en cámara de dilución.

La invención se refiere a un procedimiento para la desalación electroquímica continua de disoluciones acuosas que contienen sal, y a un dispositivo en forma de un módulo arrollado para realizar este procedimiento.

Desde hace algún tiempo ya es conocido que se pueden desalar disoluciones acuosas por medio de electrodiálisis. En este procedimiento se insertan entre dos electrodos membranas selectivas para iones, de manera que cada dos membranas, una de ellas selectiva para cationes y otra selectiva para aniones, y un espaciador que las separa, definen respectivamente una cámara de dilución o una cámara de concentrado. A menudo, en estas cámaras se incorpora además un material intercambiador de iones. Si se hace circular agua por las cámaras individuales, los aniones y cationes migran en función de su carga por causa de un potencial eléctrico externo, que se aplica a los electrodos. Como consecuencia de la migración de los iones, se obtiene en la cámara de dilución una corriente volúmica empobrecida en iones (diluato), y en la cámara de concentrado una corriente volúmica enriquecida en iones (concentrado). Por regla general se disponen alternadamente entre los electrodos, conectados a una fuente de corriente continua, membranas intercambia-doras de aniones y de cationes, impermeables. En una forma de realización especial se arrollan en forma de espiral en torno a uno de los dos electrodos las cámaras de dilución y de concentrado, mientras que el segundo electrodo rodea a todo el dispositivo arrollado. A causa de la disposición arrollada se definen una cámara de dilución y una cámara de concentrado con una sección aproximadamente en forma de espiral. Estos dispositivos arrollados se denominan en el lenguaje técnico "módulos arrollados". Los módulos arrollados se describen, por ejemplo, en "Spirally wound electrodialysis (SpED) modules", Wen y otros, Desalination, 101 (1995), páginas 79-91, en el documento JP-A-2000070679, el documento US-A-4,225,413, y el documento EP-A-0 570 341.

Un inconveniente de los procedimientos de desalación conocidos hasta la fecha es que el flujo dentro de la cámara de dilución arrollada es tangencial, es decir, discurre a lo largo de la forma espiral formada por la cámara de dilución desde el extremo exterior de la cámara de dilución hacia el extremo interior (o viceversa), porque en el estado de la técnica la alimentación de disolución a desalar y la evacuación del agua desalada tienen lugar en los extremos interior y exterior de la cámara de dilución del módulo arrollado (o a la inversa). Esto produce en la cámara de dilución trayectos de flujo relativamente largos, y las elevadas resistencias a la circulación que van ligadas a los mismos.

La presente invención tiene por finalidad ofrecer un módulo arrollado para el desalado electroquímico continuo de disoluciones acuosas que contienen sal.

Este objetivo se logra mediante un módulo arrollado tal como se define en la reivindicación 1.

También es objeto de la invención un procedimiento de desalado que utiliza el módulo arrollado de acuerdo con la invención, tal como se define en la reivindicación 12.

De las reivindicaciones dependientes 2 a 11 se desprenden aspectos preferidos del módulo arrollado de acuerdo con la invención.

Descripción de las figuras

La Figura 1 es una representación desenrollada de un conjunto de cámara de dilución y cámara de concentrado.

La Figura 2 es una representación en sección lateral de un módulo arrollado de acuerdo con la invención, pero en ella se han indicado también las alimentaciones y evacuaciones para la cámara de dilución.

En el módulo arrollado de acuerdo con la invención, la alimentación del agua a desalar y la evacuación del agua desalada no están previstas en los extremos exterior e interior de la cámara de dilución, sino en las paredes laterales de la cámara de dilución (Figura 1). Esto produce un flujo dentro de la cámara de dilución que discurre aproximadamente paralelo al eje central del módulo arrollado (axialmente). Si las cámaras de dilución y de concentrado, arrolladas, definen en un módulo arrollado aproximadamente cilíndrico, dos caras frontales o bases del cilindro, el flujo se produce desde una de las bases de este cilindro hacia la otra base. Puesto que el flujo sigue siendo tangencial en la cámara de concentrado, ello origina una circulación cruzada de los flujos en las cámaras de dilución y de concentrado. Se ha hallado que los flujos axiales que se pueden conseguir en la cámara de dilución gracias a la disposición de la alimentación y la evacuación de acuerdo con la invención, son muy superiores a los flujos tangenciales de la cámara de dilución de los módulos arrollados conocidos con anterioridad.

Las cámaras de concentrado y de dilución (estos términos tienen, en el marco de la presente solicitud, el significado usual en el lenguaje técnico) tienen una estructura similar a la que se encuentra en los módulos arrollados conocidos hasta la fecha. La cámara de dilución es un conjunto de membrana intercambiadora de cationes y membrana intercambiadora de aniones, entre las cuales se mantiene una separación que forma el volumen interno de la cámara de dilución. La cámara de concentrado se configura, al arrollar el módulo arrollado de acuerdo con la invención, como el espacio interno entre las vueltas de arrollamiento del antedicho conjunto, pudiéndose mantener la separación, por ejemplo, de la manera ya conocida, por medio de espaciadores. En la configuración final del módulo arrollado, los espaciadores pueden servir también para garantizar el flujo y para que se produzca turbulencia preferiblemente a lo largo de toda la superficie de ambas cámaras. Son adecuados como espaciadores, por ejemplo, retículas de material sintético o entramados de material sintético. Los módulos arrollados de acuerdo con la invención pueden comprender también varias cámaras de dilución y cámaras de concentrado (por ejemplo, más o menos de 2 a 4), produciéndose simultáneamente el arrollamiento del módulo de acuerdo con la invención con el número correspondiente de conjuntos de membrana intercambiadora de aniones y membrana intercambiadora de cationes (véase más adelante). El módulo arrollado de acuerdo con la invención puede contener, como ya era sabido antes, un intercambiador de iones en la cámara de dilución y/o en la cámara de concentrado, para mejorar el intercambio iónico y la conductividad. Son adecuados para ello resinas intercambiadoras de iones usuales, y se pueden emplear tanto resinas individuales como también resinas de lecho mixto. Se prefieren las formas de realización del módulo arrollado de acuerdo con la invención en las cuales está presente resina intercambiadora de iones en la cámara de dilución y/o en la cámara de concentrado. Otra alternativa, que se puede utilizar en las cámaras en lugar de la resina intercambiadora de iones, son telas conductoras de iones. Se trata de telas que, de manera análoga a los intercambiadores de iones, han sido posteriormente derivatizadas con grupos intercambiadores de iones (por ejemplo sulfonato, carboximetilo). Son preferidas formas de realización del módulo de acuerdo con la invención que contengan estas telas.

Se puede aportar y retirar concentrado a y desde la cámara de concentrado del módulo arrollado de acuerdo con la invención a través del primer y el segundo conductos. El sentido de flujo del concentrado puede ir desde dentro hacia fuera o a la inversa. El concentrado sirve para acoger los iones expulsados de la disolución a desalar, y al mismo tiempo como disolución de lavado de los electrodos. Así, la concentración salina del concentrado, que por regla general es elevada, facilita la eliminación por lavado de subproductos y el empleo óptimo de los electrodos.

De acuerdo con la invención, el espesor de la cámara de concentrado puede medir típicamente desde aproximadamente 0,3 mm hasta aproximadamente 2 mm, con preferencia desde aproximadamente 0,5 mm hasta aproximadamente 1 mm. De acuerdo con la invención, el espesor de la cámara de dilución puede medir típicamente desde aproximadamente 3 mm hasta aproximadamente 20 mm, con preferencia de aproximadamente 8 mm a 11 mm.

En el caso más simple sólo está prevista una alimentación de disolución acuosa que contiene sal, para ser desalada, y sólo una evacuación de agua desalada. Sin embargo, preferiblemente están previstas en cada caso varias alimentaciones y evacuaciones para cada cámara de dilución, y ello es también...

1. Módulo arrollado para la desalación electroquímica de disoluciones acuosas que contienen sal, que comprende:

2. Módulo arrollado según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende varias cámaras de dilución (3) arrolladas en forma de espiral y un número de cámaras de concentrado (4) igual al número de cámaras de dilución.

3. Módulo arrollado según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque las alimentaciones (71) están dispuestas a distancias iguales a lo largo de la forma espiral de la una pared lateral (31) y porque las evacuaciones (72) están dispuestas a distancias iguales a lo largo de la forma espiral de la otra pared lateral (32).

4. Módulo arrollado según la reivindicación 3, caracterizado porque en la una pared lateral (31) están previstas un número N de alimentaciones (71) con sección transversal circular y/o en la otra pared lateral (32) están previstas un número N de evacuaciones (72) con sección transversal circular, estando el número N determinado por la fórmula:

N = (L - a) / (d + a)

en donde en dicha fórmula L es la longitud de las paredes laterales (31, 32) en un estado desenrollado de la cámara de dilución (3), a es la distancia entre las alimentaciones (71) a lo largo de la pared lateral (31) y/o la distancia entre las evacuaciones (72) a lo largo de la pared lateral (32), y d es el diámetro de las alimentaciones (71) y/o de las evacuaciones (72).

5. Módulo arrollado según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque las alimentaciones (71) están dispuestas a lo largo de la forma espiral de la una pared lateral (31) a distancias que se hacen menores hacia adentro, y porque las evacuaciones (72) están dispuestas a lo largo de la forma espiral de la otra pared lateral (32) a distancias que se hacen menores hacia adentro.

6. Módulo arrollado según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las alimentaciones (71) y las evacuaciones (72) son orificios en las paredes laterales (31, 32) en forma de espiral.

7. Módulo arrollado según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la cámara o cámaras de dilución (3) comprenden una resina intercambiadora de iones.

8. Módulo arrollado según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la cámara o cámaras de concentrado (4) comprenden una resina intercambiadora de iones.

9. Módulo arrollado según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la cámara o cámaras de dilución (3) comprenden una tela conductora de iones.

10. Módulo arrollado según una de las reivindicaciones 1 a 6 o 9, caracterizado porque la cámara o cámaras de concentrado (4) comprenden una tela conductora de iones.

11. Módulo arrollado según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque las paredes laterales (31, 32) contienen perfiles rectangulares o están constituidas por perfiles rectangulares.

12. Procedimiento para desalar una disolución acuosa que contiene sal utilizando el módulo arrollado según la reivindicación 1, en donde simultáneamente:

13. Módulo según la reivindicación 12, caracterizado porque se utiliza un módulo arrollado de una longitud de 0,80 m a 1,20 m, con preferencia de una longitud de aproximadamente 1 m, y con un diámetro de 20 cm a 30 cm, con preferencia aproximadamente 26 cm, y porque se alimenta a la cámara de dilución (3) a través de las alimentaciones (71) disolución acuosa que contiene sal, que ha de ser desalada, con un caudal de 2,5 hasta 3,3 metros cúbicos por hora, con preferencia aproximadamente 3 metros cúbicos por hora.