Una disposición de tratamiento de fluidos que comprende un conjunto de núcleo (11) que tiene un ejelongitudinal;

un paquete de tratamiento de fluidos (12) que incluye un medio de tratamiento de fluidos (15, 15) quetiene una superficie de alimentación (16) y una superficie de permeado opuesta (17), una región de alimentación(20) que se extiende a lo largo de la superficie de alimentación (16) del medio de tratamiento de fluidos (15, 15), yuna región de permeado (21) que se extiende a lo largo de la superficie de permeado (17) del medio de tratamientode fluidos (15, 15), en el que el paquete de tratamiento de fluidos (12) es enrollado en espiral alrededor del conjuntode núcleo (11) e incluye una pluralidad de arrollamientos (22) de la región de alimentación (20), una pluralidad dearrollamientos (24) de la región de permeado (21), y una pluralidad de arrollamientos (23) del medio de tratamientode fluidos (15, 15), estando situado cada arrollamiento (23) del medio de tratamiento de fluidos (15, 15) entre unarrollamiento (22) de la región de alimentación (20) y un arrollamiento (24) de la región de permeado (21), en el quepaquete de tratamiento de fluidos enrollado en espiral (12) tiene una pluralidad de secciones axialmente adyacentes(25), la región de alimentación (20) de una sección (25) comunica en relación con el paso de fluidos con la región dealimentación (20) de una sección adyacente (25) y la región de permeado de la sección (25) está aislada en relacióncon el paso de fluidos de la región de permeado (21) de la sección adyacente (25), que se caracteriza porque cadasección (25) del paquete de tratamiento de fluidos enrollado en espiral (12) tiene una lumbrera de permeado (30)que se extiende en general radialmente a través de la pluralidad de arrollamientos (22) de la región de alimentación(20), de la pluralidad de arrollamientos (23) del medio de tratamiento de fluidos (15, 15), y de la pluralidad dearrollamientos (24) de la región de permeado (21), comunicando en relación con el paso de fluidos cada lumbrera depermeado (30) de los arrollamientos (24) de la región de permeado (21) y estando aislado en relación con el paso defluidos de los arrollamientos (22) de la región de alimentación (20); y una pluralidad de mecanismos de control (34),estando acoplado en relación con el paso de fluidos cada mecanismo de control (34) a una lumbrera de permeado(30) en una región de permeado (21) de por lo menos una sección (25) del paquete de tratamiento de fluidosenrollado en espiral (12) para controlar un parámetro de flujo en la región de permeado (21) de la sección (25), en elque cada mecanismo de control (34) comprende una abertura restringida que incluye un orificio fijo o variable ocapilar, siendo seleccionado el parámetro de flujo de entre el flujo de permeado a través del medio de tratamiento defluidos, la presión a través de la membrana, y la resistencia al flujo de permeado en el interior de la región depermeado.

Módulo de membrana enrollada en espiral con medios de control de flujo y su aplicación para tratamiento de fluidos Exposición general de la invención La presente invención se refiere a disposiciones y a métodos de tratamiento de fluidos que incluyen un paquete de tratamiento de fluidos enrollado en espiral. El paquete de tratamiento de fluidos incluye un medio de tratamiento de fluidos que tienen una superficie de alimentación y una superficie de permeado. El paquete de tratamiento de fluidos incluye también una región de alimentación y una región de permeado. La región de alimentación se extiende a lo largo de la superficie de alimentación del medio de tratamiento de fluidos y la región de permeado se extiende a lo largo de la superficie de permeado del medio de tratamiento de fluidos. La disposición de tratamiento de fluidos incluye, además, un conjunto de núcleo que tiene un eje longitudinal. El paquete de tratamiento de fluidos está enrollado en espiral alrededor del conjunto de núcleo para formar una pluralidad de arrollamientos, es decir, espiras, que incluye una pluralidad de arrollamientos de la región de alimentación, una pluralidad de arrollamientos del medio de tratamiento de fluidos, y una pluralidad de arrollamientos de la región de permeado. Cada arrollamiento del medio de tratamiento de fluidos se encuentra situado entre un arrollamiento de la región de alimentación y un arrollamiento de la región de permeado. El paquete de tratamiento de fluidos enrollado en espiral tiene, además, extremos axiales opuestos primero y segundo.

Un fluido de alimentación puede ser dirigido a través del paquete de tratamiento de fluidos enrollado en espiral a lo largo de la región de alimentación. Por ejemplo, los arrollamientos de la región de alimentación pueden estar abiertos en relación con el paso de fluidos en ambos extremos axiales del paquete de tratamiento de fluidos enrollado en espiral, mientras que los arrollamientos de la región de permeado pueden estar aislados en relación con el paso de fluidos, por ejemplo, obturados, en cada uno de los extremos axiales primero y segundo. El fluido de alimentación puede entrar en los arrollamientos de la región de alimentación por un extremo axial, fluir axialmente a través de los arrollamientos de la región de alimentación a lo largo de la superficie de alimentación del medio de tratamiento de fluidos hasta el extremo axial opuesto, y salir de los arrollamientos de la región de alimentación por el extremo axial opuesto. A medida que el fluido de alimentación pasa axialmente a través de los arrollamientos de la región de alimentación, una porción del fluido de alimentación, es decir, el permeado o el filtrado, puede pasar en general radialmente a través de los arrollamientos del medio de tratamiento de fluidos a los arrollamientos de la región de permeado. A medida que el fluido fluye a lo largo y / o a través del medio de tratamiento de fluidos, el fluido puede ser tratado por el medio de tratamiento de fluidos, y el permeado se podrán recoger desde los arrollamientos de la región de permeado.

Las disposiciones y los métodos de tratamiento de fluidos que incorporan uno o más aspectos de la invención pueden ser utilizados para tratar fluidos, incluyendo gases, líquidos, o mezclas de gases, líquidos y / o sólidos, en cualquiera de una amplia variedad de maneras. En muchas realizaciones, las disposiciones de tratamiento de fluidos pueden ser utilizadas en un proceso de separación para separar una o más sustancias del fluido. Por ejemplo, el proceso de separación puede ser un proceso de filtración en el que un fluido es dirigido a lo largo y / o a través del medio de tratamiento de fluidos y en el que se impide en general que las sustancias en el fluido, por ejemplo, sólidos o moléculas superiores a un cierto tamaño, pasen a través del medio de tratamiento de fluidos. Las realizaciones de la invención se pueden usar en prácticamente todos los procesos de filtración, incluyendo la microfiltración, la ultrafiltración, la nanofiltración y los procesos de ósmosis inversa. Como otro ejemplo, el proceso de separación puede ser un proceso de captura, en el que el fluido se dirige a lo largo y / o a través del medio de tratamiento de fluidos y las sustancias en el fluido, por ejemplo, iones, moléculas, proteínas, ácidos nucleicos, u otras sustancias químicas, son unidas química y / o físicamente al medio de tratamiento de fluidos. Algunas de las muchas aplicaciones específicas para realizaciones de la invención incluyen operaciones de tratamiento de productos lácteos, tales como la concentración de la caseína y la concentración de la proteína de leche en el suero; operaciones de tratamientos de cerveza y vino, tales como la filtración y clarificación, y las operaciones de biotecnología, tales como la recolección de células, concentración de lisado de células, y separación de proteínas.

El documento EP 2 008 705 A1, que está calificado como técnica anterior de acuerdo con el artículo 54 (3) EPC sólo, desvela un conjunto de filtro enrollado en espiral con canales de alimentación / de retenido que pasan a su través y una pluralidad de secciones axiales de permeado separadas por crestas, estando asociada cada sección con un medio de control de presión para ajustar el perfil de presión a lo largo del eje del tubo.

La patente norteamericana 4.792.401 sugiere un módulo de membrana de alto flujo enrollada en espiral, que comprende una conexión de admisión de alimentación, una conexión de descarga de concentración y dos conexiones de salidas de permeado y una o más láminas de membrana que están envueltas alrededor de un tubo central de flujo de permeado para definir un trayecto de flujo de permeado en una o más láminas de membrana. El objeto de este documento es sugerir un módulo que tenga una tendencia reducida de las láminas de la membrana enrollada a arrugarse o a fugar debido a la elevada contrapresión del permeado.

La patente norteamericana 3.827.564 trata de proporcionar un módulo de membrana enrollada en espiral para la purificación de agua con una mínima pérdida de presión y un elevado caudal del flujo de agua de producto. El módulo mostrado comprende una disposición en la que se proporcionan medios para drenar directamente el agua de producto desde cada uno de una pluralidad de canales de agua de producto sustancialmente concéntricos en una membrana enrollada en espiral directamente a un tubo de recogida de agua de producto.

Sumario de la invención

De disposición con un aspecto de la invención, las disposiciones de tratamiento de fluidos pueden comprender un conjunto de núcleo, un paquete de tratamiento de fluidos, y mecanismos de control. El conjunto de núcleo tiene un eje longitudinal. El paquete de tratamiento de fluidos incluye un medio de tratamiento de fluidos que tiene una superficie de alimentación y una superficie de permeado opuesta. El paquete de tratamiento de fluidos incluye, además, una región de alimentación y una región de permeado. La región de alimentación se extiende a lo largo de la superficie de alimentación del medio de tratamiento de fluidos. La región de permeado se extiende a lo largo la superficie de permeado del medio de tratamiento de fluidos. El paquete de tratamiento de fluidos es enrollado en espiral alrededor del conjunto de núcleo, e incluye una pluralidad de arrollamientos de la región de alimentación, una pluralidad de arrollamientos de la región de permeado y una pluralidad de arrollamientos del medio de tratamiento de fluidos. Cada arrollamiento del medio de tratamiento de fluidos se dispone entre un arrollamiento de la región de alimentación y un arrollamiento de la región de permeado. El paquete de tratamiento de fluidos enrollado en espiral tiene una pluralidad de secciones adyacentes axialmente. La región de alimentación de una sección está comunicada en relación con el paso de fluidos con la región de alimentación de una sección adyacente y la región de permeado de la sección está aislada en relación con el paso de fluidos, de la región de permeado de la sección adyacente. Cada sección del paquete de tratamiento de fluidos enrollado en espiral tiene una lumbrera de permeado que se extiende en general radialmente a través de la pluralidad de arrollamientos de la región de alimentación, de la pluralidad de arrollamientos del medio de tratamiento de fluidos, y de la pluralidad de arrollamientos de la región de permeado. Cada lumbrera de permeado está comunicada en relación con el paso de fluidos con los arrollamientos de la región de permeado y está aislada en relación con el paso de fluidos, de los arrollamientos de la región de alimentación.... [Seguir leyendo]

1. Una disposición de tratamiento de fluidos que comprende un conjunto de núcleo (11) que tiene un eje longitudinal; un paquete de tratamiento de fluidos (12) que incluye un medio de tratamiento de fluidos (15, 15) que tiene una superficie de alimentación (16) y una superficie de permeado opuesta (17) , una región de alimentación

(20) que se extiende a lo largo de la superficie de alimentación (16) del medio de tratamiento de fluidos (15, 15) , y una región de permeado (21) que se extiende a lo largo de la superficie de permeado (17) del medio de tratamiento de fluidos (15, 15) , en el que el paquete de tratamiento de fluidos (12) es enrollado en espiral alrededor del conjunto de núcleo (11) e incluye una pluralidad de arrollamientos (22) de la región de alimentación (20) , una pluralidad de arrollamientos (24) de la región de permeado (21) , y una pluralidad de arrollamientos (23) del medio de tratamiento de fluidos (15, 15) , estando situado cada arrollamiento (23) del medio de tratamiento de fluidos (15, 15) entre un arrollamiento (22) de la región de alimentación (20) y un arrollamiento (24) de la región de permeado (21) , en el que paquete de tratamiento de fluidos enrollado en espiral (12) tiene una pluralidad de secciones axialmente adyacentes (25) , la región de alimentación (20) de una sección (25) comunica en relación con el paso de fluidos con la región de alimentación (20) de una sección adyacente (25) y la región de permeado de la sección (25) está aislada en relación con el paso de fluidos de la región de permeado (21) de la sección adyacente (25) , que se caracteriza porque cada sección (25) del paquete de tratamiento de fluidos enrollado en espiral (12) tiene una lumbrera de permeado (30) que se extiende en general radialmente a través de la pluralidad de arrollamientos (22) de la región de alimentación (20) , de la pluralidad de arrollamientos (23) del medio de tratamiento de fluidos (15, 15) , y de la pluralidad de arrollamientos (24) de la región de permeado (21) , comunicando en relación con el paso de fluidos cada lumbrera de permeado (30) de los arrollamientos (24) de la región de permeado (21) y estando aislado en relación con el paso de fluidos de los arrollamientos (22) de la región de alimentación (20) ; y una pluralidad de mecanismos de control (34) , estando acoplado en relación con el paso de fluidos cada mecanismo de control (34) a una lumbrera de permeado

(30) en una región de permeado (21) de por lo menos una sección (25) del paquete de tratamiento de fluidos enrollado en espiral (12) para controlar un parámetro de flujo en la región de permeado (21) de la sección (25) , en el que cada mecanismo de control (34) comprende una abertura restringida que incluye un orificio fijo o variable o capilar, siendo seleccionado el parámetro de flujo de entre el flujo de permeado a través del medio de tratamiento de fluidos, la presión a través de la membrana, y la resistencia al flujo de permeado en el interior de la región de permeado.

2. La disposición de tratamiento de fluidos de la reivindicación 1, en la que la abertura restringida incluye un capilar, y en la que cada mecanismo de control (34) está asociado físicamente con el conjunto de núcleo (11) , comunicando preferiblemente cada mecanismo de control (34) en relación con el paso de fluidos entre el extremo interior abierto de una lumbrera de permeado (30) y un único pasaje longitudinal (35) en el conjunto de núcleo (11) .

3. La disposición de tratamiento de fluidos de la reivindicación 1 ó 2, en la que el mecanismo de control 5 de la pluralidad de mecanismos de control (34) se diferencia unos de los otros, preferiblemente los mecanismos de control

(34) comprenden capilares que difieren progresivamente en longitud y / o en diámetro.

4. La disposición de tratamiento de fluidos de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la región de alimentación (20) incluye separadores (40) y espacios de flujo (41) que están definidos por los separadores (40) y están sustancialmente libres de estructura.

5. La disposición de tratamiento de fluidos de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la región de alimentación (20) comprende un material de lámina porosa que se extiende a lo largo de la superficie de alimentación (16) del medio de tratamiento de fluidos (15, 15) .

6. La disposición de tratamiento de fluidos de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la región de permeado (21) comprende un material de lámina porosa que se extiende a lo largo de la superficie de permeado

(17) del medio de tratamiento de fluidos (15, 15) .

7. La disposición de tratamiento de fluidos de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las lumbreras de permeado (30) en el paquete de tratamiento de fluidos enrollado en espiral (12) comunica en relación con el paso de fluidos con uno o más pasajes (35, 35a -e, 37a -e) en el conjunto de núcleo (11) .

8. La disposición de tratamiento de fluidos de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la pluralidad de mecanismos de control (34) proporciona un flujo de permeado en cada sección (25) del paquete de tratamiento de fluidos enrollado en espiral (12) que no es mayor que aproximadamente 5 veces la media de los flujos de permeado en todas las secciones (25) del paquete de tratamiento de fluidos enrollado en espiral (12) .

9. Un conjunto de tratamiento de fluidos que comprende una disposición de tratamiento de fluidos (10) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes y una carcasa (42) , en el que el disposición de tratamiento de fluidos

(10) está situado en la carcasa (42) y la carcasa (42) incluye una conexión de admisión de alimentación (44) que está acoplada en relación con el paso de fluidos con la región de alimentación (20) de la disposición de tratamiento de fluidos (10) para el suministro de fluidos de alimentación a la pluralidad de arrollamientos (22) de la región de alimentación (20) y una conexión de descarga de retenido (46) acoplada en relación con el paso de fluidos con la región de alimentación (20) de la disposición de tratamiento de fluidos (10) para descargar fluido retenido desde la pluralidad de arrollamientos (22) de la región de alimentación (20) .

10. Un método para tratar un fluido que comprende:

pasar un fluido de alimentación axialmente a través de arrollamientos en espiral (22) de una región de alimentación (20) y a lo largo de arrollamientos en espiral (23) de un medio de tratamiento de fluidos (15, 15) , incluyendo dirigir el fluido de alimentación a lo largo de una superficie de alimentación (16) del medio de tratamiento de fluidos (15, 15) ;

pasar una porción del fluido de alimentación a través del medio de tratamiento de fluidos (15, 15) y a lo largo de arrollamientos en espiral (24) de una región de permeado (21) , incluyendo dirigir el permeado desde una superficie de permeado (17) del medio de tratamiento de fluidos (15, 15) al interior de las secciones axiales adyacentes (25) de la región de permeado (21) , que están aisladas en relación con el paso de fluidos unas de las otras;

pasar el permeado desde los arrollamientos (24) de la región de permeado (21) en cada sección axial (25) en una lumbrera de permeado (30) que se extiende en general radialmente, a través de los arrollamientos (22) de la región de alimentación (20) , de los arrollamientos (23) del medio de tratamiento de fluidos (15, 15) , y de los arrollamientos (24) de la región de permeado (21) en la sección de (25) , y pasar el permeado desde las lumbreras de permeado (30) de las secciones axiales (25) a través de una pluralidad de mecanismos de control (34) , estando acoplado cada mecanismo de control (34) en relación con el paso de fluidos con una lumbrera de permeado (30) en una región de permeado (21 ) de al menos una sección (25) y que comprende una abertura restringida que incluye un orificio fijo o variable o un capilar, siendo seleccionado el citado parámetro de flujo de entre el flujo de permeado a través del medio de tratamiento de fluidos, la presión a través de la membrana, y la resistencia al flujo de permeado en el interior de la región de permeado.

11. El método de la reivindicación 10, en el que la abertura restringida incluye un capilar, cada mecanismo de control (34) está asociado físicamente a un conjunto de núcleo (11) , preferiblemente cada mecanismo de control (34) comunica en relación con el paso de fluidos entre el extremo interior abierto de una lumbrera de permeado ( 30) y un único pasaje longitudinal (35) en el conjunto de núcleo (11) , en el que pasar el permeado desde las lumbreras de permeado (30) a través de una pluralidad de mecanismos de control (34) incluye controlar un parámetro de flujo en la región de permeado (21) de la sección correspondiente (25) .

12. El método de la reivindicación 10 o 11, en el que pasar permeado desde cada lumbrera de permeado (30) a través de un mecanismo de control (34) acoplado a la lumbrera de permeado (30) incluye establecer una relación predeterminada de los parámetros de flujo desde la sección (25) a la sección (25) .

13. El método de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que pasar un fluido de alimentación axialmente a través de arrollamientos en espiral (22) de una región de alimentación (20) incluye pasar fluido de alimentación en el sentido del borde a través de un material de lámina porosa.

14. El método de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en el que pasar el fluido de alimentación axialmente a través de los arrollamientos en espiral (22) de una región de alimentación (20) incluye pasar fluido de alimentación a través de espacios de flujo (41) que están sustancialmente libres de estructura.

15. El método de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, en el que pasar una porción del fluido de alimentación a través del medio de tratamiento de fluidos (15, 15) y axialmente a lo largo de arrollamientos en espiral

(24) de una región de permeado (21) incluye dirigir el permeado en el sentido del borde a través de un material de lámina porosa.