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La Technología Patentada VSEP

Mientras que las separaciones por membranas de líquidos ha ganado popularidad durante los últimos 20 años, la tecnología tiene un talón de Aquiles común a todas las tecnologías de filtración por membrana: el ensuciamiento. Esta reducción en capacidad de procesamiento se debe, sobre todo, a la formación de una capa de límite que se acumula sobre las membranas por procesos naturales durante el proceso de filtración. Además de reducir la capacidad de procesamiento, esta capa de límite funciona como una membrana secundaria que reduce la selectividad nativa del diseño de la membrana en uso. La incapacidad de evitar la acumulación de sólidos también ha limitado el uso de la filtración por membranas con bajos niveles de sólidos.

   Figura 1

Flujo cruzado
   
 

Para reducir la formación de la capa de límite, los diseñadores de los sistemas de filtración por membranas han utilizado un método que se llama flujo tangencial o filtración de flujo cruzado que se basa en el bombeado de líquido a altas velocidades a través de las membranas para reducir el efecto del capa de límite. (Vea la Figura 1). Con este método, se colocan las membranas de manera “placa-y-marco,” tubular o cartucho-espiral a través de los cuales se bombea rápidamente la sustancia que desea filtrar.

En diseños de flujo cruzado, no es económico crear fuerzas de cizallamiento que miden más de 10-15 mil segundos inversos, porque se limita el uso del flujo cruzado a líquidos de poca viscosidad. Además, las altas velocidades del flujo cruzado resultan en una reducción del gradiente de presión de la entrada (alta presión) hasta la salida (una presión más baja) del sistema que resulta en una obstrucción prematura de la membrana y una caída de las velocidades de proceso a niveles inaceptables.

 Figura 2

   
 

Sin embargo, New Logic Research ha desarrollado un método alternativo para producir ondas intensas de cizallamiento en la superficie de una membrana. La técnica se llama “el proceso realzado de cizalla vibratorio” (Vibratory Shear Enhanced Processing o VSEP). En un sistema VSEP, la sustancia se mueve despacio entre las membranas paralelas. Vibrar vigorosamente las membranas crea la acción de limpieza del cizallamiento en una dirección tangente a la superficie de las membranas (vea la figura 4).

Las ondas de cizallamiento producidas por la vibración de la membrana hacen que se levanten los sólidos de la superficie de la membrana y que se vuelvan a mezclar con la material mientras que se mueve por el sistema. Este alto proceso de cizallamiento expone los poros de la membrana y produce un rendimiento de procesamiento máximo, lo cual típicamente es entre 3 y 10 veces superior a lo de los sistemas convencionales de flujo cruzado (vea la Figura 2 arriba).

El paquete de filtros VSEP consiste en capas de membrana ordenados como discos paralelos y separados por juntas. El paquete de filtros se parece a un cambiador de discos con membranas en cada cara.

  Figura 3

   
 

El paquete de filtro oscila sobre un muelle de torsión que lo mueve hacia adelante y hacia atrás de aproximadamente 3/4 pulgadas (1.9 centímetros). Este movimiento es similar al agitador de una lavadora pero ocurre a una velocidad más rápida que la percibida por el ojo humano.

La oscilación produce un cizallamiento en la superficie de la membrana de cerca de 150.000 segundos inversos (equivalente a 200 G's de fuerza), aproximadamente diez veces superior al de los mejores sistemas convencionales de flujo cruzado. Más importante aún, el cizallamiento en un sistema de VSEP se concentra en la superficie de la membrana donde es rentable y más útil para prevenir tapones, mientras que el líquido entre los discos de la membrana se mueve muy poco.

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Figura 4

 
 
 

Puesto que VSEP no depende de la fuerza de cizallamiento producida por el flujo de la alimentación, puede filtrar sustancias extremadamente viscosas con éxito. El concentrado se extrude esencialmente entre los elementos de disco que vibran y sale de la máquina una vez ha llegado al nivel de concentración deseado. Así, los sistemas de VSEP pueden ejecutar en un solo paso a través del sistema, eliminando la necesidad de tanques, equipo auxiliar y válvulas asociadas.

El volumen del paquete de filtros de un sistema con 1.400 pies cuadrados (130 metros cuadrados) de área de membrana, no llega a 50 galones (189 litros). Consecuentemente, la recuperación del producto en procesos de tratamiento por lotes puede ser extremadamente alta. El desperdicio después de desaguar el paquete de filtros no llega a 3 galones (11 litros).

Operación del Sistema VSEP:

Al poner en marcha el sistema VSEP, se alimenta el VSEP con una mezcla y se cierra la válvula de concentración. Durante la filtración los sólidos en la mezcla se acumulan dentro del paquete de filtro VSEP. Después de un tiempo programado, la válvula de concentración se abre para liberar los sólidos concentrados y acumulados en el paquete de filtros. La válvula entonces se cierra para comenzar la filtración de mezcla adicional. Este ciclo continua indefinidamente.

La selección de la membrana es el parámetro más importante que afecta la calidad de la separación. Otros parámetros importantes incluyen la presión, la temperatura, el amplitud de la vibración y el tiempo de residencia. Todos estos elementos se optimizan durante pruebas iniciales y se entran en el regulador programable de lógica (PLC) que controla el sistema.

Mantiene la presión de operación la bomba de alimentación. Las máquinas de VSEP pueden funcionar normalmente con presiones de hasta 1.000 psig (68.95 BAR). Mientras que presiones más altas son capaces de producir ratios de flujo más altos, también utilizan más energía. Por lo tanto, se utiliza una presión de operación que optimiza el equilibrio entre el ratio de flujo y el consumo de energía.

En la mayoría de los casos, la temperatura de operación aumenta los ratios de filtración. La temperatura máxima de operación de un sistema VSEP estándar es de 175° F (79°C), significativamente superior a la de las tecnologías competitivas de separación por membrana. Incluso son disponibles construcciones con temperaturas más altas.

La amplitud de la vibración y la correspondiente ratio de cizallamiento también pueden variarse, los cuales también afectan directamente las tasas de filtración. El cizallamiento es producido por la oscilación del paquete de filtros. El paquete de filtros oscila típicamente con una amplitud de 3/4 a 1 1/4 pulgadas (1.9 a 3.2 centímetros). La frecuencia de la oscilación es aproximadamente 53 hertzios y produce una intensidad del cizallamiento de cerca de 150.000 segundos inversos.

El tiempo de residencia de la mezcla se fija por la frecuencia con la que se abre y se cierra la válvula de salida (válvula 1). Aumenta la concentración de sólidos en la mezcla mientras que siga en la máquina. De vez en cuando, se añade un producto de limpieza al paquete de filtros así la oscilación continuada hace que la membrana se limpie. Este proceso se puede automatizar y sólo consume aproximadamente 50 galones (189 litros) de solución de limpieza, reduciendo los problemas de verter el producto de limpieza inherente con otros sistemas de filtración por membranas.


  

 
 
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