Sistema y método de filtración de líquidos.

Un método de filtración que comprende:

a. proporcionar una fuente de fluido destinado a ser filtrado,

un primer conducto que conecta la fuente a una entrada de un dispositivo de filtración, de tal modo que el dispositivo de filtración comprende uno o más alojamientos que contienen uno o más filtros, estando los uno o más filtros en comunicación de fluido con una salida de alojamiento que se encuentra en comunicación de fluido con un segundo conducto que conduce a un componente de aguas abajo, de manera que el componente de aguas abajo es susceptible de cerrarse selectivamente por una primera válvula normalmente abierta, un bucle de recirculación susceptible de cerrarse selectivamente para el producto filtrado procedente de la primera válvula, que lleva, a través de un tercer conducto, de vuelta a la salida de alojamiento, de forma que el bucle de recirculación está normalmente cerrado con respecto a la salida por una segunda válvula, estando la entrada y la salida situadas en una porción más superior del alojamiento, y estando situado un paso de drenaje en una porción más inferior del alojamiento, de manera que existen una o más lumbreras formadas en el lado del alojamiento adyacente a los uno o más cartuchos de filtro, de tal modo que las una o más lumbreras están conectadas a un lado del alojamiento adyacente a los uno o más cartuchos de filtro, de forma que la (las) lumbrera(s) están conectadas al primer conducto por medio de un conducto de lumbrera controlado por una válvula de lumbrera;

b. suministrar el fluido que se ha de filtrar a través del primer conducto y al interior de la entrada del alojamiento;

c. hacer pasar el fluido a través de los uno o más cartuchos de filtro, y al interior de la salida y al interior del segundo conducto, y, pasando por la primera válvula, hasta la componente de aguas abajo;

d. seleccionar un parámetro, que se selecciona de entre el grupo consistente en tiempo, diferencial de presión a través de la membrana y reducción del caudal de flujo;

e. supervisar el parámetro seleccionado con el fin de determinar cuándo se alcanza o se supera el parámetro;

f. al alcanzar o superar el parámetro seleccionado, cerrar la primera válvula, abrir el paso de drenaje y abrir la segunda válvula para dirigir el producto filtrado de vuelta, a través de la salida y los uno o más cartuchos de filtro, al interior del alojamiento y hacia fuera por el paso de drenaje, durante un periodo de tiempo suficiente como para lavar por circulación en reflujo los cartuchos de filtro;

g. cerrar la segunda válvula y el paso de drenaje y abrir una tercera válvula y un cuarto conducto situado entre la primera válvula y el segundo conducto y el primer conducto, durante un periodo de tiempo deseado para hacer recircular el fluido, y

h. cerrar la tercera válvula y el cuarto conducto, y reabrir la primera válvula y reiniciar el suministro de fluido desde la entrada hacia los uno o más cartuchos de filtro, al objeto de reiniciar el procedimiento de filtración.

Sistema y método de filtración de líquidos El presente invento se refiere a un sistema y a un método para la filtración de líquidos. Más particularmente, se refiere a un sistema y a un método para la filtración de líquidos que pueden tener altos contenidos de sólidos tales como cerveza, vino, agua y zumos de fruta, o flujos biológicos tales como de biorreactores que comprenden proteínas o enzimas policlonales, monoclonales u otras deseadas, según las reivindicaciones adjuntas 1 y 19.

Antecedentes del Invento Los vinos, las cervezas, los zumos de fruta, el agua y los flujos de biorreactores que contienen proteínas y otros líquidos semejantes requieren ser filtrados para eliminar impurezas tales como cristales de azúcar del vino; o desechos de células y otros componentes celulares del flujo del biorreactor, o levaduras de cerveza, o pellejos de uva, otras pieles de fruta y otros desechos encontrados en líquidos en bruto e incluso parcialmente purificados.

Tradicionalmente, esto se ha hecho con tierra diatomácea suelta que se añade al líquido y que se deja sedimentar. Una tecnología más avanzada han resultado ser los varios productos lenticulares o de placas y marcos que están formados de un material de fibra celulósica y diversos materiales de relleno tales como tierra diatomácea y varios polímeros cargados. Estos filtros son dispositivos de flujo normal, lo que significa que el líquido es dirigido a ellos y el líquido fluye a través de ellos hasta una salida mientras que las impurezas permanecen atrapadas en la almohadilla o almohadillas. Estos filtros están dispuestos en una carcasa que puede comprender uno o más, generalmente varios, de estos filtros, ya en un marco de un dispositivo de placa y marco o en una barra central que tiene una serie de agujeros que conducen a la salida dentro de la barra en un dispositivo de almohadilla lenticular. El líquido entra a través de una entrada generalmente en el lado del fondo de la carcasa y fluye alrededor y a través del filtro o filtros hacia las aberturas en la barra y sale por el fondo de la carcasa a través de una salida. Los filtros de almohadilla se obstruyen fácilmente con impurezas que limitan su uso en procesos de producción. Esto frecuentemente requiere el uso de dos o más sistemas de filtro idénticos que son hechos funcionar secuencialmente durante una operación de filtración para asegurar una capacidad adecuada.

Más recientemente, los usuarios han comenzado a considerar dispositivos de FFT (filtración de flujo tangencial) para tales aplicaciones de filtración. Los sistemas de FFT utilizan el flujo tangencial a través del frente de la membrana para barrer constantemente la superficie de la membrana y limpiarla de materiales que podrían bloquear u obturar la membrana, llevando a una caída en la eficiencia y tiempo de vida del filtro. Estos dispositivos pueden hacerse de filtros cerámicos de fibra plana o hueca o filtros poliméricos de fibra plana hueca o arrollados en espiral.

Aunque útiles para aumentar la vida del sistema de filtro, tales sistemas de FFT tienen inconvenientes que incluyen el coste del equipo y de hacerlo funcionar así como un alto volumen de retención de líquido y potencial daño/degradación del líquido debido a las numerosas recirculaciones a través de la bomba o bombas del sistema.

Los sistemas de filtro de FFT requieren más inversión de capital que los filtros de almohadilla y necesitan un extenso equipo especializado que incluye filtros, recipientes, bombas, líneas de retentado, etc. especiales, que son costosos de adquirir. Adicionalmente, el proceso que usa este tipo de filtro es diferente y requiere una instrucción especial y un equipamiento de capital dedicado para hacer esto. Además de eso, el sistema usa de 10 a 20 veces la energía de un sistema de almohadillas para el bombeo para producir la adecuada recirculación del fluido para crear y mantener el flujo de FFT. Asimismo, debido a la extensa instalación de tuberías usada en tales sistemas, hay un gran volumen de retención de líquido en el sistema después de que la filtración está terminada. El fluido que no ha sido filtrado y está en el tanque, en las líneas de retentado, bombas, etc. es desechado después del proceso de filtración. Frecuentemente, esto se mide en decenas de galones (1 galón y

o 3, 78 litros) de liquido que se pierdepuede ascender hasta el 10 % (dependiendo de la capacidad de retención de líquido del sistema y de la duración y número de ciclos de filtración repetidos) del volumen de partida, llevando a un menor rendimiento global de producto. Finalmente, muchos líquidos son sensibles a fuerzas de cortadura y otras fuerzas similares impuestas sobre ellos en dispositivos de FFT y pueden degradar o dañar el producto, especialmente el vino.

Los filtros cerámicos funcionan pero tienen la desventaja adicional de ser susceptibles a la rotura bajo una variedad de condiciones que en la mayor parte no pueden ser identificadas o cuantificadas. Una alternativa a los filtros cerámicos de FFT es ahora un sistema de fibra hueca plástica o polimérica con bajo o limitado flujo transversal de manera que se reduce el número de ciclos en que el líquido es recirculado. Aun cuando se expone que la calidad del líquido es mejorada reduciendo la recirculación, hay todavía los inconvenientes de un costoso y grande volumen de retención de líquido. Sin embargo y más importantemente, el bajo flujo transversal se realiza aumentando el área superficial de las membranas utilizadas, frecuentemente al menos 2X la de un sistema de FFT tradicional, aumentando de nuevo el coste y el volumen de retención de líquido. Adicionalmente, las membranas poliméricas de FFT son relativamente débiles en su resistencia y son susceptibles de rotura si se les aplica demasiada presión o esfuerzo cortante. Además, la limpieza de tales filtros es difícil, costosa y requiere mucho tiempo, haciendo el coste de tal filtración mucho más caro.

Por otra parte, la FFT es en general muy difícil de aplicar a la filtración en frío tal como puede usarse con vino, cerveza y aplicaciones de zumo de fruta, ya que la mayor viscosidad del líquido debido a la menor temperatura lleva a menores caudales unitarios y por lo tanto a sistemas más grandes, lo que los hace difíciles de ser viables económicamente. Otra desventaja en el uso de filtros de FFT poliméricos en aplicaciones de vino o zumo de fruta en frío, que frecuentemente incluyen la filtración de cristales, es que las membranas poliméricas no son compatibles con el efecto de "arañado" de los cristales de azúcar en la filtración en frío, causando desgaste en los filtros y la producción de partículas en el fluido.

Los documentos US-A-2 423 172, US-A-3 155 613, US-A-4 973 404 Y US-A-4 704 210dan a conocerprocesos de filtración con ayuda de filtro común, con reacondicionamiento de la superficie del medio filtrante con material de ayuda de filtro tras regeneración mediante lavado por circulación en reflujo. El reacondicionamiento se realiza por recirculación del líquido filtrado hacia el lado de alimentación del filtro hasta que el líquido filtrado llega a estar claro. El material de la torta de filtro lavado por circulación en reflujo es vaciado en el fondo del aparato de filtrado.

El documento WO 2008/109928 Ada a conocer un proceso de filtracion con aYuda de filtro comun en elcual el fluido a ser filtrado es dirigido desde una entrada de fluido hasta filtros de barrera dispuestos entre la entrada de fluido y una primera salida de fluido de manera que se provoca una erosión continua del material aglomerado sobre los filtros de barrera.

Lo que se requiere es un sistema para la filtración de grandes sistemas de sólidos que sea fácil de instalar y de hacer funcionar, y que sea menos costoso de adquirir y manejar que los sistemas de FFT y que aumente los rendimientos con mínimos ciclos de filtración a través del sistema para minimizar la degradación.

Sumario del Invento El presente invento se refiere a un sistema y a un proceso para hacer funcionar el sistema que permiten la filtración a largo plazo de producto sin pérdida de capacidad de filtración debido a obstrucción o incrustaciones, de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas. El sistema es un sistema de filtración de flujo normal que tiene uno o más cartuchos de filtro acoplados a una salida de una o más carcasas del sistema. El cartucho o cartuchos de filtro están contenidos dentro de una cubeta y penden de preferencia verticalmente de la salida. El líquido entra en la cubeta de la carcasa y establece contacto con las superficies exteriores del uno... [Seguir leyendo]

1. Un método de filtración de flujo normal que comprende a. proporcionar una fuente (26) de liquido a ser filtrado, un primer conducto (28) que conecta la fuente

(26) a una entrada (8) de un dispositivo de filtracion, comprendiendo el dispositivo de filtracion una o mas carcasas

(2) que contienen uno o mas cartuchos de filtro (18) , estando el uno o mas cartuchos de filtro (18) en comunicacion de fluido con una salida (10) de la carcasa que está en comunicación de fluido con un segundo conducto (40) que conduce hasta un componente aguas abajo (42) , pudiendo el componente aguas abajo (42) ser cerrado selectivamente por una primera válvula (44) normalmente abierta, y un bucle de lavado por circulación en reflujo susceptible de cerrarse selectivamente para el líquido filtrado que viene del tanque (50) a través de un tercer conducto (54) de vuelta a la salida (10) de la carcasa, estando el bucle de lavado por circulación en reflujo normalmente cerrado con respecto a la salida (10) por una segunda valvula (56) , estando la entrada (8) Y la salida

(10) situadas en la parte más alta de la carcasa (2) y estando situado un paso de drenaje (12) en la parte más baja de la carcasa (2) ;

b. suministrar el liquido a ser filtrado a traves del primer conducto (28) Y llevarlo a la entrada (8) de la carcasa (2) ;

c. hacer pasar el líquido a través del uno o más cartuchos de filtro (18) Y llevarlo a la salida (10) Y al segundo conducto (40) y más allá de la primera válvula (44) hasta el componente (42) aguas abajo;

d. seleccionar un parámetro seleccionado del grupo consistente en tiempo, diferencial de presión a través de la membrana y reducción del caudal; y

e. monitorizar el parámetro seleccionado para determinar cuándo se alcanza o se excede el parámetro;

f. al alcanzar o exceder el parámetro seleccionado, cerrar la primera válvula (44) , abrir el paso de drenaje (12) y abrir la segunda válvula (56) para dirigir el líquido filtrado desde el tanque (50) a través del tercer conducto (54) de vuelta a traves de la salida (10) Y de los uno o mas cartuchos de filtro (18) al interior de la carcasa

(2) y dirigirlo hacia fuera por el paso de drenaje (12) durante un periodo de tiempo suficiente para lavar por circulacion en reflujo los cartuchos de filtro (18) ;

g. cerrar la segunda válvula (56) y el paso de drenaje (12) y abrir una tercera válvula (60) y un cuarto conducto (62) entre la primera valvula (44) Y el primer conducto (28) durante un periodo de tiempo deseado para recircular el líquido remanente de la etapa f. por medio de una bomba (22) , y

h. cerrar la tercera válvula (60) y el cuarto conducto (62) y reabrir la primera válvula (44) y reiniciar el suministro del liquido desde la entrada (8) hasta los uno o mas cartuchos de filtro (18) para reiniciar el proceso de filtración.

2. El método de la reivindicación 1, que comprende además una etapa (i) en la que las etapas (b) - (h) se repiten al menos una vez.

3. El método de la reivindicación 1, que comprende además una etapa (i) en la que las etapas (b) - (h) se repiten N veces, donde N es un número entero de 1 a 100.

4. El método de la reivindicación 1, que comprende ademas un primer sensor (36) en la entrada (8) de la carcasa (2) Y un segundo sensor (38) en la salida (10) de la carcasa para monitorizar los parametros seleccionados.

5. El metodo de la reivindicacion 4, en el cual los sensores primero Y segundo (36, 38) son sensores de presión para monitorizar el parámetro diferencial de presión a través de la membrana.

6. El metodo de la reivindicacion 4, en el cual los sensores primero Y segundo (36, 38) son sensores de caudal para monitorizar el parámetro reducción del caudal.

7. El método de la reivindicación 5, en el cual los sensores de presión primero y segundo se seleccionan de manómetros analógicos y digitales.

8. El método de la reivindicación 1, en el cual el parámetro seleccionado es el tiempo y se le mide mediante un temporizador.

9. El método de la reivindicación 1, en el cual las válvulas se seleccionan del grupo que consiste en válvulas manuales, válvulas de solenoide, válvulas accionadas hidráulicamente y válvulas accionadas por aire.

10. El método de la reivindicación 1, en el cual el líquido se suministra frío.

11. El método de la reivindicación 1, en el cual el líquido se suministra a una temperatura de entre -4 º C y 20 º C.

12. El método de la reivindicación 1, en el cual la etapa de filtración (c) dura unos 10 a 20 minutos

13. El método de la reivindicación 1, en el cual la etapa de lavado por circulación en reflujo (f) dura unos 2 a 20 segundos.

14. El método de la reivindicación 1, en el cual la etapa de recirculación (g) es de unos 20 a 60 segundos de duración.

15. El método de la reivindicación 1, que comprende además una etapa de lavado por circulación lateral (j) antes

o después de la etapa de lavado por circulación en reflujo (f) proporcionando una o más lumbreras (20) formadas en el lado de la carcasa (2) adYacente al uno o mas cartuchos de filtro (18) , estando la una o mas lumbreras (20) conectadas a un lado de la carcasa (2) adYacente al uno o mas cartuchos de filtro (18) , estando la lumbrera o lumbreras (20) conectadas al primer conducto (28) por un conducto de lumbrera (21) controlado por una válvula de lumbrera (23) , para limpiar el cartucho o cartuchos de filtro (18) hasta un grado suficiente para permitir que prosiga la ulterior filtración, y la etapa (j) dura unos 2 segundos a 20 segundos.

16. El método de la reivindicación 1, en el cual la una o más lumbreras (20) son tangenciales a una superficie vertical exterior del cartucho o cartuchos de filtro (18) .

17. El método de la reivindicación 1, en el cual la una o más lumbreras (20) son tangenciales a una superficie vertical exterior del cartucho o cartuchos de filtro (18) en un angulo ínea central vertical del

c formado entre una lcartucho o cartuchos (18) Y una linea central de la lumbrera o lumbreras (20) .

18. El método de la reivindicación 1, en el cual la una o más lumbreras (20) son tangenciales a una superficie vertical exterior del cartucho o cartuchos de filtro (18) en un angulo ínea central vertical del

c formado entre una lcartucho o cartuchos (18) Y una linea central de la lumbrera o lumbreras (20) , y el ánguloc es de unos 15º a unos 165º , más preferentemente de unos 30º a unos 150º o 45º a 135º , y lo más preferentemente es de unos 90º .

19. Un sistema de filtración de flujo normal para el método de la reivindicación 1, que comprende una fuente (26) de liquido a ser filtrado, un primer conducto (28) que conecta la fuente (26) a una entrada (8) de un dispositivo de filtración, comprendiendo el dispositivo de filtración una o más carcasas (2) que contienen uno o más cartuchos de filtro (18) , estando el uno o mas cartuchos de filtro (18) en comunicacion de fluido con una salida (10) de la carcasa que está en comunicación de fluido con un segundo conducto (40) que conduce hasta un componente aguas abajo (42) , pudiendo el componente aguas abajo (42) ser cerrado selectivamente por una primera válvula (44) normalmente abierta, un bucle de lavado por circulación en reflujo susceptible de cerrarse selectivamente para el líquido filtrado que viene desde el tanque (50) a través de un tercer conducto (54) de vuelta a la salida (10) de la carcasa, estando el bucle de lavado por circulación en reflujo normalmente cerrado con respecto a la salida (10) por una segunda valvula (56) , estando la entrada (8) Y la salida (10) situadas en la parte mas alta de la carcasa (2) y estando un paso de drenaje (12) situado en la parte más baja de la carcasa (2) , un bucle de recirculación que puede cerrarse selectivamente y que comprende una tercera válvula (60) y un cuarto conducto (62) entre la primera válvula

(44) Y el primer conducto (28) para recircular el liquido remanente del bucle de lavado por circulacion en reflujo por medio de una bomba (22) , y un sistema que controla el hardware y/o el software para llevar a cabo el método de la reivindicación 1.

20. Un sistema según la reivindicación 19, que comprende además una o más lumbreras (20) formadas en el lado de la carcasa (2) adYacente al uno o mas cartuchos de filtro (18) , estando la una o mas lumbreras (20) conectadas a un lado de la carcasa (2) adyacente al uno o mas cartuchos de filtro (18) , estando la lumbrera o lumbreras (20) conectadas al primer conducto (28) por un conducto de lumbrera (21) controlado por una valvula de lumbrera (23) , para limpiar el cartucho o cartuchos de filtro (18) hasta un grado suficiente para permitir que prosiga la ulterior filtración.