CN101658763B - 基于LabView控制的中空纤维膜涂敷设备 - Google Patents
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Abstract
本发明描述一种基于LabView控制的中空纤维膜涂敷设备，其特征是在一台设备上实现中空纤维基膜多道涂敷工序。本发明设备包括放卷机构、张力传感装置、多个反应釜、多个主动牵引机构、烘干和风干装置、卷绕装置和LabView控制。纤维基膜从放卷机开始，进入张力传感控制张力，然后依次进入多个反应釜进行预处理、界面聚合、后处理等工序，每个反应釜后根据需要配备烘干和风干装置，最后进入卷绕机。本发明设备实现了分离膜基膜表面预处理、界面聚合、后整理等多道工序为一体。同时通过调节涂敷速度和釜内过渡轮间距离，继而控制反应时间和超薄功能层形成。全套设备由LabView实现计算机集中控制。本发明可用于超滤、纳滤、反渗透等中空复合膜制备及处理。
Description
技术领域
本发明涉及合成(或聚合物)纤维制备及涂敷设备，具体为一种基于LabView的控制用于中空纤维膜连续涂敷设备。国际专利主分类号拟为Int.Cl`B29C70/50。
背景技术
世界性水资源短缺和各种气体污染等环境问题正严重影响着人类的生存和社会经济的发展。反渗透复合膜是一种新型高效的分离膜，是目前世界上最先进的膜分离技术之一。与常规分离技术相比，具有节能、集成、分离效率高，操作方便，自动化程度高，不可替代性等优点。本发明可用于制备超滤膜、纳滤膜、反渗透膜，制备复合膜用于水处理、分离纯化等工业。
常用的分离膜主要有平板型、管式、螺旋式及中空纤维型等。与平板膜相比，中空纤维膜具有单位体积装填密度大、无需任何支撑体、结构简单、易于清洗等优点而广泛地用于大规模的海水淡化、污水处理、气体分离、食品、医药等领域。随着社会的发展，膜技术应用领域的不断扩大，对膜的性能要求也在不断提高。目前，复合分离膜以平板或卷式膜为主，主要由两部分构成-多孔支撑底膜(基膜)和具有凸凹不平表面的超薄功能层。由于中空纤维膜的应用有其独特的优势，尤其是发展具有高气体渗透率、高渗透选择性、化学稳定性以及热稳定性的新型中空纤维基膜材料及其制膜工艺装备是未来的发展趋势。
聚合物中空纤维膜分离膜的制备方法大致可以分为三类：溶液纺丝、熔融纺丝和半熔融纺丝。目前，中空微滤或超滤分离膜通常采用溶液纺丝法制备，如果要形成复合膜，需要进一步利用界面聚合等技术形成的超薄功能层。界面聚合法的优点有：反应具有自抑性；通过改变两种溶液的单体浓度，可以很好地调控选择性膜层的性能。影响界面聚合反应的因素主要有：两相溶液中的单体浓度，界面聚合反应的温度和时间，添加剂的种类及浓度等。界面聚合法制得的超薄脱盐层的厚度可以小于50nm，可得到高通量的复合膜。该法的关键是选取好基膜，选择好两相溶液中的浓度配比，控制好反应物在两相中的扩散速率，以使膜表面的疏松程度合理化，获得理想分离性能的膜。
反渗透膜是一种新型高效复合膜，主要由两部分构成-多孔支撑底膜(基膜)和具有凸凹不平表面的超薄功能层。利用界面聚合技术形成的超薄功能层最薄可达几个纳米，使膜通量大大提高，适合大规模的工业化生产，可以降低成本，具有广阔的前景。美国专利US5152901将聚醚砜溶液涂敷在聚酯的无纺布上作支撑层，界面聚合的水相含丁二烯-苯乙烯树脂，带氨基的哌嗪及氢氧化钠水溶液，有机相是含有交联剂的乙烷溶液。用膜作底层，用活性交联的多孔亲水高聚物作涂层。虽然这些专利技术设计或提及以中空纤维作为基膜制备中空纤维复合膜，没有提及装备，不能真正得到稳定的中空纤维复合膜产品。因此目前只有平板复合膜产品。美国专利US4214020报道了一种中空纤维集束的，首先把集束的中空纤维膜放入水相中一定时间，然后在一定的真空度下放入有机相中一定时间完成涂敷。中国专利CN1864827涉及中空纤维复合膜涂敷机及中空纤维复合膜的制造方法和制品，包括设置在水相槽中的喂丝辊，与水相槽依次工艺连接的前干燥管、反应管、后干燥管、导丝辊和受丝辊；喂丝辊和受丝辊分别与PLC控制器及与PLC控制器连接的两个变频调速电机连接。但该装置仅包含一个反应釜，自动化程度较低。
目前，市场上分离复合膜主要是平板膜，这主要是缺乏自动化和信息化程度高的中空纤维微孔基膜涂敷成套设备及方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供一种设备和工艺实现中空纤维基膜表面预处理、界面聚合反应、后整理等多道工序为一体，达到连续涂敷。涂敷速度可以调节，继而可以准确控制反应时间，控制在其表面形成超薄功能层，从而制备出高性能的中空纤维复合膜。本发明可用于制备超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等。所制备的复合膜用于水处理、分离纯化等工业。
按照本发明通过一种具有权利要求1特征的设备达到该目的。通过诸从属权利要求的特征和特征组合阐明本发明。
本发明中空纤维基膜进从放卷机构开始，首先进入前张力传感装置，由张力传感器采集中空纤维膜的张力，并反馈给计算机，计算机实时调节带动力转接轮转速，继而控制中空纤维膜的张力。然后中空纤维基膜进入依次进入多个反应釜进行如下反应：中空纤维基膜预处理(1-3)→预处理(1-4)→反应溶液(1-5)→反应溶液(1-6)→后处理(1-7)→后处理(1-8)→后处理(1-9)，每个反应釜配备独立温控和搅拌功能，并且可以调节反应釜内两个过渡轮之间的距离，继而调节中空纤维基膜在各个反应釜中的相对反应时间。在反应釜后附设烘干装置，使中空纤维膜在短时间内烘干成形。中空纤维基膜连续经过多个反应釜，涂敷过程较多，为使中空纤维膜在整个涂敷过程中不断裂并保持一定的张力，所以在每一个反应釜后配备一主动牵引机构牵引中空纤维膜。牵引速度受到来自LabView的控制，使得中空纤维膜保持恒张力，防止中空纤维膜断裂。处理后的中空纤维膜进入后张力传感装置，最后进行卷绕。由张力传感器采集中空纤维膜的张力，并反馈给计算机，计算机实时调节带动力转接轮转速，继而控制中空纤维膜的张力。其中，卷绕装置具有一输出导丝棍。整个设备由LabView进行集中控制。设置一个或多个辅助导向装置，借其在卷绕机中往复运动可实现中空纤维基膜导向定位和卷绕。
与现有的技术相比，采用本发明中空纤维涂敷加工设备含有多达7个反应釜，每个都有独立的温控和搅拌，可以在一台设备上实现中空纤维基膜表面预处理、界面聚合反应、后整理等多道工序。涂敷设备可以连续涂敷，其速度可以调节，继而可以准确控制反应时间，控制在其表面形成超薄功能层，从而制备出高性能的中空纤维复合膜。全套设备由LabView集中控制，所有过程的工艺参数存储在工控机中。本发明可用于制备超滤膜、纳滤膜、反渗透膜。采用本涂敷法制备复合膜，工艺简单，自动化和信息化程度高，适合大规模的工业化生产。所制备的复合膜用于水处理、分离纯化等工业，具有广阔的前景。
附图说明
以下借助实施例参照附图更详细地说明本发明的设备。其中：
图1本发明的设备的第一实施例的示意主视图；
图2图1实施例中张力控制部分示意主视图；
图3图1实施例中反应釜部分结构示意图；
图4图1实施例中主动牵引过渡轮部分示意图。
具体实施方式
图1本发明的设备的第一实施例的示意主视图；图2为图1的实施例的张力控制部分示意主视图；图3为图1的实施例的主动牵引过渡轮部分示意图；以下描述只要没有明确地涉及某个图则适用于全部的图。
本发明描述一种基于LabView的控制提供一种设备和工艺实现中空纤维基膜表面预处理、界面聚合反应、后整理等多道工序，达到连续涂敷。整个设备如图1所示包括一个放卷机构(1-1)、前张力传感装置(1-2)、中空纤维基膜预处理1反应釜(1-3)、烘干装置1(1-14)、预处理2反应釜(1-4)、水相反应釜(1-5)、烘干装置2(1-18)、油相反应釜(1-6)、烘干装置3(1-20)、后处理1反应釜(1-7)、后处理2反应釜(1-8)、后处理3反应釜(1-9)、烘干装置4(1-24)、后张力传感装置(1-10)、收卷机构(1-11)，以及7个主动牵引过渡轮1-13、1-15、1-17、1-19、1-21、1-22、1-23和基于LabView工控机。其中放卷机构(1-1)、前张力传感装置(1-2)固定在框架1-12上，后张力传感装置(1-10)和收卷机构(1-11)固定在框架1-26上，其余固定在框架1-16。基于LabView控制的中空纤维膜连续涂敷设备实施方式为：中空纤维基膜预处理(1-3)→预处理(1-4)→反应溶液(1-5)→反应溶液(1-6)→后处理(1-7)→后处理(1-8)→后处理(1-9)+LabView控制。
其中恒张力放卷实施方式如图2所示。图2中滑轮2-3、2-5与张力传感轮构成前张力传感装置，用于检测中空纤维2-2的张力并传输给控制系统LabView(2-6)，通过变频器(2-7)调整电机(2-8)及减速机(2-9)的转速，继而调节放卷轮(2-1)的转速，最后达到控制中空纤维张力的目的。恒张力收卷实施方式与此相同。
主动牵引过渡轮的实施方式如图3所示。图3中过渡轮3-3用于过渡中空纤维3-4，过渡轮后设计有一个减速机3-2和电机3-1，LabView(3-5)通过计算整个涂敷速度，通过变频器3-5实现对电机3-1转速的控制，实现中空纤维的主动牵引。
反应釜的实施方式如图4所示。图4中中空纤维4-1进入反应釜4-2，反应釜4-2内安装两个被动过渡轮4-3和4-11。磁性电机4-4带动磁性搅拌头4-11实现搅拌。过渡轮4-11通过4-9固定。过渡轮4-3通过4-5固定在导轨4-6上。同时，过渡轮有多个槽，根据须要实现往复缠绕，控制中空纤维在反应釜中停留时间。因此，该反应釜可以调节反应釜内两个过渡轮之间的距离，继而调节中空纤维基膜在各个反应釜中的相对反应时间。
烘干装置的实施方式：中空纤维通过设置的烘干甬道进行烘干。烘干甬道与一热气、吹气装置相组合，从而在烘干甬道内热气流由下向上吹出，对中空纤维产生烘干作用。
中空纤维涂敷加工设备含有多达7个反应釜，每个都有独立的温控和搅拌，可以在一台设备上实现中空纤维基膜表面预处理、界面聚合反应、后整理等多道工序。涂敷设备可以连续涂敷，其速度可以调节，继而可以准确控制反应时间，控制在其表面形成超薄功能层，从而制备出高性能的中空纤维复合膜。全套设备由LabView集中控制，所有过程的工艺参数存储在工控机中。本发明可用于制备超滤膜、纳滤膜、反渗透膜。采用本涂敷法制备复合膜，工艺简单，自动化和信息化程度高，适合大规模的工业化生产。所制备的复合膜用于水处理、分离纯化等工业，具有广阔的前景。
Claims (1)
1.一种基于LabView控制的中空纤维膜涂敷设备，包括用于安装纺织好的中空纤维基膜放卷机构(1-1)、前张力传感装置(1-2)、基膜预处理槽(1-3)、反应槽(1-4～6)、主动牵引机构、烘干装置和风干装置(1-14，1-18，1-20，1-24)、后张力传感装置(1-10)和卷绕装置(1-11)，整套设备由LabView(2-6)实现集中控制，其中，
所述的放卷机构(1-1)，设置张力传感器装置，LabView通过检测张力控制放卷速度，保证涂敷过程中空纤维张力恒定，提高涂敷质量；
所述的反应槽(1-4～6)，调节反应槽内两个过渡轮之间的距离，继而调节中空纤维基膜在各个反应槽中反应时间；
所述的主动牵引机构，每一个反应槽后配备一主动牵引机构牵引中空纤维膜，牵引速度受到来自LabView的控制，避免中空纤维膜保持恒张力，防止中空纤维膜断裂；同时，也准确控制表面超薄功能层形成时间，从而制备出高性能的中空纤维复合膜；
所述的后张力传感装置(1-10)，处理后的中空纤维膜进入后张力传感装置，最后进行卷绕；由张力传感器采集中空纤维膜的张力，并反馈给计算机，计算机实时调节带动力转接轮转速，继而控制中空纤维膜的张力；
所述的LabView(2-6)控制部分，整套设备由LabView进行集中控制，其中包括工控机和NI PCI-4351温度采集卡、NI PCI-6703模拟输出板卡、NIPCI-6221数据采集卡，实现温度、张力、涂敷、卷绕控制。
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