DISPOSITIVO DE FILTRACIÓN TANGENCIAL.

Dispositivo de filtración en modo tangencial de un fluido que hay que tratar destinado a dividirse en un líquido filtrado y un concentrado,

que comprende: - una serie de elementos de filtración que constan de al menos una entrada para un fluido que hay que filtrar, de al menos una salida para el líquido filtrado que ha atravesado el elemento de filtración y de al menos una salida para el concentrado que ha circulado a lo largo del elemento de filtración, dichos elementos estando integrados en un ciclo cerrado de circulación, de tal modo que al menos una parte del concentrado se reinyecta en el fluido que hay que tratar antes de la entrada dentro de dichos elementos de filtración; - una bomba de circulación cuya turbina está integrada en el ciclo cerrado de circulación; - un módulo de filtración, denominado carcasa (2), en el que el ciclo cerrado de circulación está integrado y está formado por una serie de ida (fa) y una serie de retorno (fb) de elementos de filtración que forman unos circuitos de ida (A) y de retorno (R), que comprende: - al menos una entrada (600) para el fluido que hay que tratar; - al menos una salida (900) de evacuación del concentrado; - una serie de elementos de filtración (3) de forma tubular que se extienden de forma paralela los unos a los otros atravesando de manera estanca, en cada uno de sus extremos, una placa de posicionamiento (4), los elementos de filtración (3) constando cada uno de al menos un canal de circulación para el fluido que hay que tratar y que garantiza la filtración de dicho fluido, con el fin de obtener, en la superficie periférica de los elementos de filtración, la salida del líquido filtrado destinado a recuperarse en un espacio colector (6) situado entre las placas de colocación (4) y la carcasa (2); - al menos una salida (700) para el líquido filtrado que comunica con el espacio colector (6) del líquido filtrado; - una primera cámara de comunicación (11) en la que desemboca uno de los extremos de los elementos de filtración y en la que están montados unos medios de separación (15), en contacto estanco con la placa vecina de posicionamiento (4), para dividir dicha cámara en un primer (V1) y un segundo (V2) espacios delimitados respectivamente en el interior y en el exterior de los medios de separación y que comunican con, respectivamente, una primera serie (f1) y una segunda serie (f2) de elementos de filtración (3) que forman unos circuitos (A) de ida y de retorno (R) de un ciclo cerrado de circulación para el fluido que hay que tratar, los medios de separación constan de un paso de comunicación (24), entre el segundo espacio (V2) y el primer espacio (V1), en el interior del cual está montada una turbina (23) de una bomba de circulación, provista de un eje de arrastre (25) que se extiende en el exterior de la primera cámara (11) para conectarse a un motor de arrastre (26); - y una segunda cámara de comunicación (12) en la que desemboca el otro de los extremos de los elementos de filtración y que garantiza una comunicación para el fluido que hay que tratar, entre los elementos de filtración de la primera serie (f1) y los de la segunda serie (f2); - la entrada (600) para el fluido que hay que tratar que desemboca en la primera cámara de comunicación (11) de la carcasa entre la turbina (23) de la bomba de circulación y los elementos de filtración (3) de la serie que forma el circuito de retorno (R) del ciclo cerrado de circulación; - al menos una sonda de detección de una información característica del fluido que hay que filtrar, y representativa de los riesgos de gelificación del fluido que hay que filtrar en el interior del o de los elementos de filtración y/o riesgos de obstrucción total del o de los elementos de filtración

La presente invención se refiere al campo técnico de la separación de moléculas o de partículas que aplica unos elementos de separación, denominados de forma general membranas, adaptados para garantizar la separación de las moléculas o de las partículas contenidas en un medio fluido que hay que tratar.

El objeto de la invención encuentra una aplicación especialmente ventajosa en el campo de la filtración en el sentido general de un medio fluido que hay que tratar, y de forma particular de la nanofiltración, de la ultrafiltración, de la microfiltración, etc.

Por medio fluido que hay que tratar se entiende en concreto un medio líquido, como leche, vino, agua, zumos de frutas, el azúcar y sus derivados…

En el estado actual de la técnica, se conocen numerosas variantes de realización de una instalación de filtración para un fluido que hay que tratar. En particular, algunas de estas instalaciones utilizan la filtración tangencial e incorporan un ciclo cerrado de circulación. La filtración tangencial consiste en hacer circular el líquido que hay que tratar en paralelo a una membrana porosa. Además, al circular a gran velocidad el líquido que hay que tratar por la superficie de la membrana, se genera un esfuerzo de corte que vuelve a dispersar los materiales depositados sobre esta superficie, limitando de este modo la acumulación de las partículas en la superficie de la membrana y retardando su obstrucción.

El líquido que hay que tratar « roza » sobre la superficie de la membrana, lo que implica la generación de una pérdida de carga que varía linealmente en función de la longitud de la membrana. Esta pérdida de carga depende de parámetros dimensionales de la membrana: la longitud de la membrana y su diámetro hidráulico; y de parámetros experimentales: la velocidad de circulación, la viscosidad del producto, la densidad específica.

Un dispositivo de filtración tangencial consta de al menos un elemento de filtración que consta de una membrana porosa que delimita una cámara de circulación para el fluido que hay que filtrar y de una cámara colectora para el líquido filtrado que ha atravesado la membrana. El elemento de filtración consta al menos de una, y lo más habitual de una única, entrada para el fluido que hay que tratar, y de al menos una, y lo más habitual de una única, salida para el concentrado que ha circulado a lo largo del elemento de filtración. El espacio colector para el filtrado comunica con al menos una, y lo más habitual con una única, salida para el líquido filtrado. El líquido filtrado se encuentra clarificado, por el contrario el concentrado corresponde a un concentrado del fluido que hay que tratar en partículas que no han podido atravesar los poros del elemento de filtración. La mayor parte del tiempo este tipo de dispositivos incluyen un ciclo cerrado de circulación, es decir que el concentrado se vuelve a inyectar, al menos en parte, antes de la entrada dentro del elemento de filtración, de tal modo que se realizan unas reconcentraciones sucesivas y de este modo se evita un exceso de deshechos.

Las membranas están formadas por un soporte cuya superficie sobre la que el líquido que hay que tratar va a circular está recubierta por una capa de filtración de reducido grosor. Estas membranas pueden ser de tipo orgánico, es decir, elaboradas a partir de uno o de varios polímeros orgánicos, como las polisulfonas, las polietersulfonas, las poliamidas, los polifluoruros de vinilo. Las membranas también pueden ser de tipo inorgánico, membranas que se preferirán en el campo de la invención, y estar formadas por capas de cerámicas porosas, por ejemplo de carbono, de zirconio, de óxido de aluminio o de óxido de titanio.

Las membranas pueden tener diferentes geometrías, por ejemplo, plana o de forma tubular. Por lo general, se colocan varias membranas dentro de un módulo o carcasa.

Un dispositivo de filtración de este tipo consta de al menos un módulo de filtración que hace la función de envolvente para una serie de elementos de filtración de forma tubular que se extienden en paralelo los unos a los otros, montados de manera estanca en cada uno de los extremos sobre una placa de colocación. Cada elemento de filtración consta al menos de un canal de circulación para el fluido que hay que filtrar. Los elementos de filtración garantizan la filtración tangencial del fluido, con el fin de obtener en la superficie periférica de los elementos de filtración, la salida del líquido filtrado destinado a recuperarse en un espacio colector situado entre las placas de colocación y la envolvente.

De acuerdo con una primera variante de la técnica anterior, el dispositivo de filtración se monta en el interior de un ciclo cerrado de circulación en el que una bomba de circulación está conectada al dispositivo de filtración por medio de una canalización de llegada del fluido que hay que filtrar y de una canalización de alimentación del fluido que hay que tratar en la que desemboca una canalización de retorno que recupera una parte del fluido que ha circulado por el interior de los elementos de filtración y que se denomina concentrado. La bomba de circulación permite garantizar la circulación del fluido que hay que filtrar a gran velocidad en el interior de los elementos de filtración que tiende a generar un esfuerzo de corte que vuelve a dispersar los materiales depositados sobre la superficie de los canales de la membrana.

Otros dispositivos de filtración, por ejemplo los que se describen en las solicitudes de patente FR 2 810 256 y WO 01/96003, comprenden un circuito directamente integrado dentro de la carcasa.

Un dispositivo de este tipo presenta la ventaja de reducir de forma considerable el volumen confinado total del dispositivo y de forma particular el volumen confinado que corresponde al líquido que hay que tratar con, como consecuencia inmediata, una reducción del tiempo de contacto en el interior del dispositivo. Esta limitación del tiempo de contacto reduce de este modo el calentamiento del líquido en el interior del dispositivo.

Sea cual sea la configuración del dispositivo, es necesario, en el caso de un funcionamiento de forma tangencial, que las condiciones experimentales que permiten descolmatar, se respeten durante el ciclo de funcionamiento de la instalación.

Diferentes documentos del estado actual de la técnica describen un ciclo cerrado de circulación con un elemento de filtración tangencial que comprende una sonsa que permite medir un parámetro que, una vez comparado con un valor umbral, permite poner en marcha un procedimiento de seguridad. Por ejemplo, el documento US 6 161 435 utiliza una sonda ultrasónica y el documento WO 2004/06 71 46 utiliza una sonda para la viscosidad. Otros dispositivos y procedimientos de filtrado con una sonda de viscosidad o una sonda que determina el grosor de una capa de gel sobre la membrana también se describen respectivamente en el documento JP 04 37 12 18 y US 2004/266017.

Numerosas teorías intentan predecir el flujo de filtrado de un dispositivo de membranas. Una de ellas considera el grosor de la subcapa laminar de una corriente turbulenta como el parámetro principal. En efecto, parece evidente que el grosor de los materiales depositados sobre la superficie de la membrana no pueda sobrepasar la de esta subcapa laminar. Esta última representa, por lo tanto, el grosor de la torta de materiales detenidos. En consecuencia, es razonable pensar que cuanto más reducido sea el grosor de esta subcapa mayor será la permeabilidad de la membrana.

La relación que da el grosor de subcapa laminar es la siguiente:

**(Ver fórmula)**

siendo:

χ = grosor de la subcapa laminar; v = viscosidad cinemática del líquido que hay que filtrar; ρ = densidad específica del líquido que hay que filtrar; τω = esfuerzo de corte parietal; k = coeficiente.

El valor del esfuerzo de corte parietal viene expresado por la siguiente relación:

**(Ver fórmula)**

siendo:

λ = coeficiente de fricción; vL = velocidad de circulación del líquido que hay que filtrar. El valor del coeficiente de fricción viene dado por la siguiente relación:

**(Ver fórmula)**

donde Re es el número de Reynolds del líquido que hay que tratar. Este último es igual a:

**(Ver fórmula)**

donde:

R = radio hidráulico del canal en el que circula el líquido que hay que tratar; ŋ = viscosidad dinámica... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de filtración en modo tangencial de un fluido que hay que tratar destinado a dividirse en un líquido filtrado y un concentrado, que comprende:

 una serie de elementos de filtración que constan de al menos una entrada para un fluido que hay que filtrar, de al menos una salida para el líquido filtrado que ha atravesado el elemento de filtración y de al menos una salida para el concentrado que ha circulado a lo largo del elemento de filtración, dichos elementos estando integrados en un ciclo cerrado de circulación, de tal modo que al menos una parte del concentrado se reinyecta en el fluido que hay que tratar antes de la entrada dentro de dichos elementos de filtración;

 una bomba de circulación cuya turbina está integrada en el ciclo cerrado de circulación;

 un módulo de filtración, denominado carcasa (2), en el que el ciclo cerrado de circulación está integrado y está formado por una serie de ida (fa) y una serie de retorno (fb) de elementos de filtración que forman unos circuitos de ida (A) y de retorno (R), que comprende:

 al menos una entrada (600) para el fluido que hay que tratar;

 al menos una salida (900) de evacuación del concentrado;

 una serie de elementos de filtración (3) de forma tubular que se extienden de forma paralela los

unos a los otros atravesando de manera estanca, en cada uno de sus extremos, una placa de posicionamiento (4), los elementos de filtración (3) constando cada uno de al menos un canal de circulación para el fluido que hay que tratar y que garantiza la filtración de dicho fluido, con el fin de obtener, en la superficie periférica de los elementos de filtración, la salida del líquido filtrado destinado a recuperarse en un espacio colector (6) situado entre las placas de colocación (4) y la carcasa (2);

 al menos una salida (700) para el líquido filtrado que comunica con el espacio colector (6) del líquido filtrado;

 una primera cámara de comunicación (11) en la que desemboca uno de los extremos de los elementos de filtración y en la que están montados unos medios de separación (15), en contacto estanco con la placa vecina de posicionamiento (4), para dividir dicha cámara en un primer (V1) y un segundo (V2) espacios delimitados respectivamente en el interior y en el exterior de los medios de separación y que comunican con, respectivamente, una primera serie (f1) y una segunda serie (f2) de elementos de filtración (3) que forman unos circuitos (A) de ida y de retorno (R) de un ciclo cerrado de circulación para el fluido que hay que tratar, los medios de separación constan de un paso de comunicación (24), entre el segundo espacio (V2) y el primer espacio (V1), en el interior del cual está montada una turbina (23) de una bomba de circulación, provista de un eje de arrastre

(25) que se extiende en el exterior de la primera cámara (11) para conectarse a un motor de arrastre (26);

 y una segunda cámara de comunicación (12) en la que desemboca el otro de los extremos de los elementos de filtración y que garantiza una comunicación para el fluido que hay que tratar, entre los elementos de filtración de la primera serie (f1) y los de la segunda serie (f2);

 la entrada (600) para el fluido que hay que tratar que desemboca en la primera cámara de comunicación (11) de la carcasa entre la turbina (23) de la bomba de circulación y los elementos de filtración (3) de la serie que forma el circuito de retorno (R) del ciclo cerrado de circulación;

 al menos una sonda de detección de una información característica del fluido que hay que filtrar, y representativa de los riesgos de gelificación del fluido que hay que filtrar en el interior del o de los elementos de filtración y/o riesgos de obstrucción total del o de los elementos de filtración.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza por que el motor de arrastre de la bomba se dirige de tal modo que los elementos de filtración (3) de la segunda serie (f2), alimentados por el segundo espacio (V2) forman el circuito de ida, mientras que los elementos de filtración (3) de la primera serie (f1), que desembocan en el primer espacio (V1), forman el circuito de retorno y porque la entrada (E) para el fluido que hay que tratar desemboca en el primer espacio (V1) de la primera cámara (11) entre la salida de los elementos de filtración de la primera serie (f1) y la turbina (23) montada en el interior de los medios de separación (15).

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza por que el motor de arrastre de la bomba se dirige de tal modo que los elementos de filtración (3) de la primera serie (f1), alimentados por el primer espacio (V1), forman el circuito de ida, mientras que los elementos de filtración (3) de la segunda serie (f2), que desembocan en el segundo espacio (V2), forman el circuito de retorno y porque la entrada (E) para el fluido que hay que tratar desemboca en el segundo espacio (V2) de la primera cámara delimitada en el exterior de los medios de separación

(15) entre la salida de los elementos de filtración (3) de la segunda serie (f2) y la turbina (23) montada en el interior de los medios de separación (15).

4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, que se caracteriza por que la entrada (600) para el fluido que hay que tratar consta de un elemento tubular (30) de tal modo que desemboque en el interior de los medios de

separación (15).

5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 o 3, que se caracteriza por que la entrada (600) para el fluido que hay que tratar consta de un empalme tubular (31) de tal modo que desemboca en el exterior de los medios de separación (15).

6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1, 2 o 4 que se caracteriza por que la sonda (800A) está situada al nivel del segundo espacio (V2), por debajo de la turbina (23), de acuerdo con el sentido de circulación del fluido, y por encima de la entrada de los elementos de filtración de la segunda serie (f2) que constituye el circuito de retorno.

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, 3 o 5 que se caracteriza por que la sonda (800B) está situada, al nivel del segundo espacio (V2), por encima de la turbina (23), de acuerdo con el sentido de circulación del fluido.

8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7 que se caracteriza por que comprende unos medios de comparación de la información detectada con un valor umbral que permita evaluar los riesgos de gelificación del líquido que hay que filtrar en el interior del o de los elementos de filtración y/o los riegos de obstrucción total del o de los elementos filtración.

9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8 que se caracteriza por que comprende unos medios de activación de un procedimiento de seguridad, en función de los resultados de la comparación.

10. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9 que se caracteriza por que la sonda detecta una información que depende de la concentración, de la viscosidad, de la densidad específica y/o de la velocidad de circulación del fluido que hay que filtrar.

11. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10 que se caracteriza por que la sonda detecta una información que depende de la densidad específica del fluido que hay que tratar.

12. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10 que se caracteriza por que la sonda detecta una información que depende de la velocidad de circulación del fluido que hay que tratar.

13. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12 que se caracteriza por que la sonda suministra una información que se obtiene a partir de una medición realizada sobre el concentrado.

14. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12 que se caracteriza por que la sonda suministra una información que se obtiene a partir de una medición realizada sobre el fluido que hay que filtrar.

15. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14 que se caracteriza por que la sonda es una sonda ultrasónica.