DISPOSITIVO DE INTERCAMBIO DE MEMBRANA, PARTICULARMENTE ELECTRODIALIZADOR, CON AL MENOS DOS COMPARTIMENTOS.

Dispositivo de intercambio por membrana, particularmente electrodializador,

con al menos dos compartimentos, en el que: e) cada compartimento define un circuito para un líquido dado y comprende un apilamiento de membranas (2, 17) y de marcos separadores (7, 8), f) cada marco separador (7, 8) está constituido por una pieza rígida, denominada plano de junta (9, 19), que comprende una parte central que está ahuecada (10) y provista de una estructura calada (11, 20), g) todos los planos de junta (9, 19) de los marcos separadores (7, 8) y todas las membranas (12, 17) de un circuito dado están perforadas por los mismos orificios de flujo (13, 14, 23, 24) que, en el apilamiento, forman los conductos de alimentación y de evacuación del líquido correspondiente, h) todos los planos de junta (9, 19) de los marcos separadores (7, 8) de un circuito dado están provistos de los mismos canales de distribución (15, 25) que unen los orificios de flujo a la parte central ahuecada, caracterizado por que los planos de junta de un compartimento dado tienen un grosor superior al de los planos de junta del o de los otros compartimentos y por que la sección de paso de los canales de distribución de dicho compartimento dado es superior a la de los canales de distribución del o de los otros compartimentos

Dispositivo de intercambio por membrana, particularmente electrodializador, con al menos dos compartimentos.

La presente invención se refiere al intercambio, entre al menos dos líquidos, de elementos contenidos en al menos uno de ellos mediante una técnica que emplea membranas, particularmente de intercambio iónico, técnicas de tipo diálisis, electrodiálisis, ósmosis inversa o ultrafiltración.

La invención se refiere, más particularmente, a un dispositivo con al menos dos compartimentos en el que cada compartimento define un circuito para un líquido dado y comprende un apilamiento de membranas y de marcos separadores.

En las técnicas de intercambio por membranas, se realiza un apilamiento superponiendo de forma alterna una membrana y un marco separador. Cada marco separador está compuesto por una pieza rígida e impermeable a los líquidos cuya parte central está ahuecada y provista de una estructura calada, por ejemplo una rejilla o tela. La pieza rígida, llamada plano de junta, asegura la estanqueidad del dispositivo de intercambio. Todos los planos de junta de los marcos separadores y todas las membranas de un circuito dado están perforados por los mismos orificios de flujo que, en el apilamiento, forman los conductos de alimentación y de evacuación del líquido correspondiente a dicho circuito.

Todos los planos de junta de los marcos separadores de un circuito dado están provistos de los mismos canales de distribución que unen los orificios de flujo a la parte central ahuecada.

Cada zona o celda de intercambio está constituida por el apilamiento de una primera membrana de intercambio, permeable a algunos elementos, de un marco separador y de una segunda membrana de intercambio, permeable a los mismos o a otros elementos.

En la técnica de electrodiálisis, el dispositivo comprende dos electrodos del extremo y, entre los dos dichos electrodos, cierto número de celdas de electrodiálisis idénticas, estando cada celda constituida por dos o más compartimentos, estando cada compartimento delimitado entre dos membranas selectivamente permeables a los iones.

En los dispositivos industriales de intercambio, el número de celdas de intercambio superpuestas puede ser muy grande, del orden incluso superior a 700. Debido a esto, por razones de hidrodinámica y para minimizar los consumos energéticos, se emplean membranas y marcos separadores que sean de grosor reducido. Esto es aún más necesario en el caso de un electrodializador para limitar la distancia que separa los dos electrodos del extremo, reduciendo, debido a esto, la resistencia eléctrica global del dispositivo.

Los marcos separadores tienen habitualmente un grosor de varios cientos de micrómetros, generalmente inferior a 1 mm. En cuanto a las membranas, su grosor es generalmente inferior a 0,2 mm. Por el contrario, se busca que, en una celda de intercambio, la superficie de intercambio propiamente dicha, es decir la superficie de la parte central ahuecada por la que circula el líquido, es decir lo más grande posible. Esta superficie de intercambio puede ser superior al metro cuadrado.

En todas las técnicas de intercambio por membranas, es importante que la distribución del líquido en la celda de intercambio sea lo más homogénea posible, por un lado, para tener un intercambio perfectamente controlado y, por otro lado, para evitar las disparidades de pérdida de cargas entre las diferentes celdas, disparidades que podrían provocar variaciones de presión en las membranas, con los riesgos de deformación, de fuga, incluso de rotura que podrían resultar de éstas.

Las diferencias de pérdida de cargas pueden tener otras causas aparte de una distribución que no fuera perfectamente homogénea. Éstas pueden proceder particularmente de las diferencias que existen entre los líquidos que circulan por dos compartimentos diferentes, tratándose particularmente de la viscosidad o del caudal. Debido a esto, los dispositivos de intercambio actuales están limitados en sus posibilidades de funcionamiento debido a la limitación impuesta por la necesidad de mantener entre las diferentes celdas de intercambio un equilibrio de presión, evitando los riesgos de deformación de las membranas, generadoras de fuga e incluso de rotura.

El objeto de la presente invención es paliar este inconveniente, ofreciendo al usuario del dispositivo de intercambio nuevas posibilidades de funcionamiento.

Este objeto se alcanza perfectamente con un dispositivo de intercambio por membranas, particular pero no exclusivamente un electrodializador, con al menos dos compartimentos, en el que, de manera conocida:

a) cada compartimento define un circuito para un líquido dado y comprende un apilamiento de membranas y de marcos separadores,

b) cada marco separador está constituido por una pieza rígida, denominada plano de junta, que comprende una parte central que está ahuecada y provista de una estructura calada,

c) todos los planos de junta de los marcos separadores y todas las membranas de un circuito dado están perforadas por los mimos orificios de flujo que, en el apilamiento, forman los conductos de alimentación y de evacuación del líquido correspondiente,

d) todos los planos de junta de los marcos separadores de un circuito dado están provistos de los mismos canales de distribución, que unen los orificios de flujo a la parte central ahuecada.

De manera característica, de acuerdo con la presente invención, los planos de junta de un compartimento dado tienen un grosor superior al de los planos de junta del o de los otros compartimentos. Además, la sección de paso de los canales de distribución de dicho compartimento dado es superior a la de los canales de distribución del o de los otros compartimentos.

Dado que el grosor del plano de junta corresponde prácticamente al grosor de la celda de intercambio, la disposición particular de la presente invención permite hacer variar este grosor, de un compartimento a otro, en función de los parámetros relativos al líquido que circula por dicha celda de intercambio, ya sea en términos de viscosidad o de caudal y por consiguiente, regular el tiempo de permanencia o de residencia del líquido en el interior de la celda de intercambio.

El grosor de los planos de junta y la sección de paso de los canales de distribución se determinan, para cada compartimento, de modo que la presión a nivel de las membranas, debida a la pérdida de carga generada por la circulación del líquido, sea prácticamente la misma en cada compartimento.

Se realiza de este modo un equilibrio óptimo de presión en toda la altura del apilamiento.

En una variante de realización, de un dispositivo de intercambio por membrana con dos compartimentos, los grosores de los planos de junta del primer y del segundo compartimento están en una proporción del orden de 2 a 5.

En una realización no exhaustiva, los planos de junta del primer compartimento tienen un grosor del orden de 2,1 mm y los planos de junta del segundo compartimento un grosor del orden de 0,6 mm.

Para obtener un plano de junta de mayor grosor, es posible, por supuesto, formar el marco separador de acuerdo con la técnica habitual, particularmente tal como se describe en el documento FR 2.662.114.

También es posible formar un plano de junta de mayor grosor realizando la superposición de varios planos de junta o equivalentes de menor grosor.

De acuerdo con una realización, el plano de junta de mayor grosor está constituido por la superposición de tres planos de junta de menor grosor, entre los cuales el plano de junta central está exento de canales de distribución.

En esta realización, el grosor de la celda de intercambio corresponde a la altura de los tres planos de junta superpuestos de menor grosor, mientras que la sección de paso de los canales de distribución corresponde a la suma de las secciones de paso de los planos de junta externos.

Preferiblemente, en este caso, el plano de junta central de menor grosor está provisto de una tela soldada, mientras que los dos planos de junta externos de menor grosor están provistos de una tela, no soldada, añadida a la parte central ahuecada.

Es la tela soldada del plano de junta central de menor grosor, la que asegura la cohesión de este plano de junta de mayor grosor.

La presente invención también tiene por objeto la utilización del dispositivo de intercambio, tal como se ha caracterizado...

1. Dispositivo de intercambio por membrana, particularmente electrodializador, con al menos dos compartimentos, en el que:

e) cada compartimento define un circuito para un líquido dado y comprende un apilamiento de membranas (2, 17) y de marcos separadores (7, 8),

f) cada marco separador (7, 8) está constituido por una pieza rígida, denominada plano de junta (9, 19), que comprende una parte central que está ahuecada (10) y provista de una estructura calada (11, 20),

g) todos los planos de junta (9, 19) de los marcos separadores (7, 8) y todas las membranas (12, 17) de un circuito dado están perforadas por los mismos orificios de flujo (13, 14, 23, 24) que, en el apilamiento, forman los conductos de alimentación y de evacuación del líquido correspondiente,

h) todos los planos de junta (9, 19) de los marcos separadores (7, 8) de un circuito dado están provistos de los mismos canales de distribución (15, 25) que unen los orificios de flujo a la parte central ahuecada,

caracterizado por que los planos de junta de un compartimento dado tienen un grosor superior al de los planos de junta del o de los otros compartimentos y por que la sección de paso de los canales de distribución de dicho compartimento dado es superior a la de los canales de distribución del o de los otros compartimentos.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el grosor de los planos de junta (9, 19), la sección de paso de los canales de distribución (15, 25) y eventualmente la apertura de la estructura calada se determinan, para cada compartimento, de modo que la pérdida de carga a nivel de las membranas (12, 17), debida a la circulación del líquido, sea prácticamente la misma en cada compartimento.

3. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, con dos compartimentos, caracterizado por que los grosores de los planos de junta (9, 19) del segundo y del primer compartimento están en una proporción del orden de 2 a 5.

4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que los planos de junta (19) del segundo compartimento tienen un grosor del orden de 2,1 mm y los planos de junta (9) del primer compartimento un grosor del orden de 0,6 mm.

5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que los planos de junta de mayor grosor están constituidos por la superposición de planos de junta de menor grosor, por ejemplo tres planos de junta de los cuales el plano de junta central está exento de canales de distribu-ción.

6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que, en la superposición, el plano de junta central está provisto de una tela soldada mientras que los dos planos de junta externos están provistos de una tela, no soldada, añadida a la parte central ahuecada.

7. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que los grosores de los planos de junta del segundo y primer compartimentos están en una proporción de 1,2 a 2 y por que la estructura calada de los planos de junta del segundo compartimento es más abierta que la de los planos de junta del primer compartimento.

8. Utilización del dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, para el tratamiento de al menos dos líquidos con caudales diferentes.

9. Utilización del dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, para el tratamiento de al menos dos líquidos de diferentes viscosidades.

10. Utilización de acuerdo con la reivindicación 8, para el tratamiento mediante electrodiálisis de un segundo y un primer líquidos, teniendo el segundo líquido una conductividad eléctrica superior a la del primer líquido y siendo el caudal del segundo líquido en el segundo circuito inferior al del primer líquido en el primer circuito.

11. Utilización de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizada por que las conductividades eléctricas del segundo y del primer líquidos están en una proporción del orden de 4 a 12 y por que los caudales del segundo y del primer líquidos están respectivamente en una proporción del orden de 0,5 a 0,1.