CN102205208A - 一种制备纤维增强中空纤维膜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种制备纤维增强中空纤维膜装置。该装置包括依次工艺连接的喂入辊、芯液浸渍槽、铸膜液浸渍槽、凝固浴槽和卷绕辊，芯液浸渍槽、铸膜液浸渍槽和凝固浴槽内外分别安装有输送导丝辊，其特征在于该装置在铸膜液浸渍槽的输出导丝辊的垂直或基本垂直的上方安装有雾化凝固器或水蒸汽凝固器，雾化凝固器或水蒸汽凝固器的上方安装有凝固辊，所述雾化凝固器与超声波雾化发生器配装连接，或所述水蒸汽凝固器与水蒸汽发生器配装连接，所述凝固辊与凝固浴槽工艺连接。本发明装置可以使成形后的中空纤维膜产品壁厚分布均匀、稳定。

Description

一种制备纤维增强中空纤维膜装置
技术领域
本发明涉及中空纤维膜制造技术，具体为一种用于制备纤维增强中空纤维膜装置。
背景技术
中空纤维膜是分离膜中的一种。因其装填密度大、不需支撑材料、生产工艺简单等诸多优点在膜分离技术领域广泛应用。
在中空纤维膜的制备研究及生产中，主要采用相转化的湿法纺丝、干法纺丝、干-湿法纺丝等成形方法，以及熔融纺丝-拉伸、熔融纺丝-烧结、熔融纺丝-溶出等方法。这些制备方法所得中空纤维膜已能满足普通的化工分离、富集、提纯和纯水制造等领域对膜强度的要求。但在环境恶劣的污水处理，特别是膜生物反应器(MBR)的应用中，中空纤维膜强度往往不能令人满意。采用凝胶纺丝的热致相分离法制备的中空纤维分离膜强度虽得到了进一步提高，但与人们的期望值或实际需要还有一定的差距。
在中空纤维分离膜的制造中，加入增强纤维可以制备出高强度中空纤维分离膜。中国专利(CN101069818)提出了一种由毛细管状编织物支撑体与膜构成的增强毛细管膜的制备方法，该制备方法先在编织物上涂敷铸膜液，并使之渗透到毛细管状编织物的内部，然后采用湿法相转化的方法，在凝固浴中凝固成膜，形成增强毛细管膜。但该制备方法在其中空部分要做到均匀地加入芯液，控制中空度，以及对中空纤维膜壁厚的均匀性控制都相当困难，难以保证产品质量。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，设计一种制备纤维增强中空纤维膜装置，该装置可使成形后的纤维增强中空纤维膜壁厚均匀、稳定，在提高中空纤维膜强度的同时，保证产品的渗透质量。
本发明解决所述装置技术问题的技术方案是：设计一种制备纤维增强中空纤维膜装置，该装置包括依次工艺连接的喂入辊、芯液浸渍槽、铸膜液浸渍槽、凝固浴槽和卷绕辊，芯液浸渍槽、铸膜液浸渍槽和凝固浴槽内外分别安装有输送导丝辊，其特征在于该装置在铸膜液浸渍槽的输出导丝辊的垂直或基本垂直的上方安装有雾化凝固器或水蒸汽凝固器，雾化凝固器或水蒸汽凝固器的上方安装有凝固辊，所述雾化凝固器与超声波雾化发生器配装连接，或所述水蒸汽凝固器与水蒸汽发生器配装连，所述凝固辊与凝固浴槽工艺连接。
与现有技术相比，本发明装置中增设的雾化凝固器或水蒸汽凝固器可以使离开铸膜液浴槽的表面均匀挂满铸膜液的细管垂直向上牵引，并在雾化水汽或水蒸气作用下开始凝固成形；而垂直向上牵引、凝固成形为能够得到均匀的环形铸膜液，使成形后的中空纤维膜产品壁厚分布均匀、稳定，为产品质量大幅提高提供了可靠保证。
附图说明
图1为本发明制备纤维增强中空纤维膜装置一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明。
本发明设计的制备纤维增强中空纤维膜装置(简称装置，参见图1)，包括依次工艺连接的喂入辊1、芯液浸渍槽2、铸膜液浸渍槽3、凝固浴槽7和卷绕辊8，芯液浸渍槽2、铸膜液浸渍槽3和凝固浴槽7内外分别安装有输送导丝辊，其特征在于该装置在铸膜液浸渍槽3的输出导丝辊32垂直或基本垂直的上方安装有雾化凝固器5或水蒸汽凝固器5’，雾化凝固器5或水蒸汽凝固器5’的上方安装有凝固辊6，所述雾化凝固器5与超声波雾化发生器4配装连接，或所述水蒸汽凝固器5’与水蒸汽发生器4’配装连接；所述凝固辊6与凝固浴槽7工艺连接。
本发明装置的进一步特征是，所述凝固辊6的下方设有凝固浴小槽61，凝固浴小槽61的安装位置应当使凝固辊6的下面浸在凝固浴小槽61的凝固浴中。这种设计可使凝固辊6顺时针旋转带动初生膜运行和凝固的同时，会不断地使初生膜均匀沾附凝固浴小槽61中的凝固浴，加速初生膜的凝固。
本发明装置的进一步特征还在于，所述凝固辊6的上方设有一个可连续不断向凝固辊6上滴加凝固浴的加液装置62。滴加的凝固浴可以经凝固辊6滴落在凝固浴小槽61中。这种设计可以进一步促进初生膜的快速凝固。
本发明装置的进一步特征在于，所述芯液浸渍槽2内有2个导丝辊，其中至少有一个是可以水平移动的导丝辊，调节该导丝辊可以调节2个导丝辊之间的距离。实施例的芯液浸渍槽2内有前(喂入方向)导丝辊21与后(输出方向)导丝辊22，调节这2个导丝辊(即前导丝辊21和后导丝辊22)中任何一个、或者2个导丝辊同时调节，可以调节这2个导丝辊之间的距离。这种距离的调节，可以改变增强纤维细管在芯液浴中的停留时间，从而达到调节增强纤维细管吸附的芯液量，控制中空纤维膜壁厚的目的。
本发明所述纤维增强使用的纤维不是短纤，也不是长丝，而是一种聚酯低弹丝，经带有定型装置的编织机制成具有一定直径(实施例为2mm)的圆筒型网状细管织物(类似鞋带的织物，简称细管)。本发明装置所述制备纤维增强中空纤维膜就是用这种细管织物做增强材料制备中空纤维膜。
本发明装置增设的雾化凝固器5或水蒸汽凝固器5’改变了常规设备的“一字形”工艺流程为“倒丁字形”工艺流程，可以使离开铸膜液浴槽3的细管垂直或基本垂直向上牵引，表面均匀挂满铸膜液，并依次经雾化凝固器5或水蒸汽凝固器5’、凝固辊6和凝固浴槽7的逐步凝固，制备得到具有均匀中空度的纤维增强中空纤维膜。
本发明装置在细管离开铸膜液浴槽3，垂直或基本垂直向上牵引运行时，首先要经过增设雾化凝固器5或水蒸汽凝固器5’凝固。采用雾化凝固器5时，与超声波雾化发生器4配装连接；采用水蒸汽凝固器5’时，与水蒸汽发生器4’配装连接。研究表明，采用雾化凝固器5或水蒸汽凝固器5’都可以得到具有均匀中空度的纤维增强中空纤维分离膜。但相比较而言，采用水蒸汽凝固器5’的凝固速率较大，适于凝固较慢的铸膜液体系使用。
本发明装置所述的喂入辊1、芯液浸渍槽2、铸膜液浸渍槽3、凝固辊6、凝固浴槽7和卷绕辊8，以及芯液浸渍槽2、铸膜液浸渍槽3和凝固浴槽7内外的导丝辊等本身为现有技术。
本发明装置的工艺原理是：先将增强纤维细管经喂入辊1直接输送浸渍于芯液浸渍槽2内，使其吸足芯液后进入铸膜液浸渍槽3；由于芯液的凝固作用，铸膜液与网状细管接触部分逐步凝固，不再流向芯部，从而保障了膜中空结构；离开铸膜液浸渍槽3的表面均匀挂满铸膜液的细管垂直或基本垂直向上牵引至雾化凝固器5或水蒸汽凝固器5’，在雾化凝固浴或水蒸汽凝固浴作用下，细管外表面铸膜液逐步凝固成形；再经凝固浴小槽61和凝固辊6的凝固和输送，细管掉头向下进入凝固浴槽7中进一步凝固，最后经卷绕辊8卷绕，得到本发明所述的纤维增强中空纤维膜。所述的雾化凝固浴由超声波雾化发生器4向雾化凝固器5提供，所述的蒸汽凝固浴由蒸汽发生器4’向水蒸汽凝固器5’提供，凝结后的液态凝固浴将由导流管(图中未画出)排出或回用。
本发明未述及之处适用于现有技术。
下面给出本发明的具体实施例，具体实施例只是为了进一步清楚说明本发明装置的组成及结构，不构成对本发明权利要求的限制。
实施例1
本实施例装置的喂入辊1、芯液浸渍槽2、铸膜液浸渍槽3、凝固辊6、凝固浴槽7和卷绕辊8，以及芯液浸渍槽2、铸膜液浸渍槽3和凝固浴槽7内外的导丝辊等同于现有技术。新增设的雾化凝固器5与超声波雾化发生器4配装连接，所述的雾化凝固器5的雾粒直径＜10μm、雾化水汽温度为20～40℃；所述超声波雾化发生器4的加湿量为3～4kg/h，换风量为300～400M3/h。所述的增强纤维为聚酯低弹丝编织成的直径为2mm的圆筒型网状细管织物。
采用该装置制备纤维增强中空纤维膜，铸膜液由聚砜、聚乙二醇和二甲基乙酰胺组成，其质量比为19∶8∶73；芯液由质量比为20％的二甲基乙酰胺水溶液组成；凝固浴为水。
所得纤维增强中空纤维膜截留5％卵清蛋白水溶液的截留率达98％以上，拉伸断裂强度达2～3cN/dtex。
实施例2
本实施例装置新增设的是水蒸汽凝固器5’，与水蒸汽凝固器5’配装连接的是蒸汽发生器4’；所述的水蒸汽凝固器5’的蒸汽温度为100～110℃；所述蒸汽发生器4’产生的蒸汽压力为0.2MPa～0.4MPa。余同实施例1。
采用该装置制备纤维增强中空纤维膜，铸膜液由聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮和二甲基乙酰胺组成，其质量比为18∶10∶72；芯液由质量比为10％的二甲基乙酰胺水溶液组成；凝固浴为水。
所得纤维增强中空纤维膜截留5％相对分子质量2万的聚乙二醇水溶液的截留率达98％以上，拉伸断裂强度达2～3cN/dtex。

Claims (4)

1.一种制备纤维增强中空纤维膜装置，该装置包括依次工艺连接的喂入辊、芯液浸渍槽、铸膜液浸渍槽、凝固浴槽和卷绕辊，芯液浸渍槽、铸膜液浸渍槽和凝固浴槽内外分别安装有输送导丝辊，其特征在于该装置在铸膜液浸渍槽的输出导丝辊的垂直或基本垂直的上方安装有雾化凝固器或水蒸汽凝固器，雾化凝固器或水蒸汽凝固器的上方安装有凝固辊，所述雾化凝固器与超声波雾化发生器配装连接，或所述水蒸汽凝固器与水蒸汽发生器配装连，所述凝固辊与凝固浴槽工艺连接。
2.根据权利要求1所述的制备纤维增强中空纤维膜装置，其特征在于所述凝固辊的下方设有凝固浴小槽，凝固浴小槽的安装位置应当使凝固辊的下面浸在凝固浴小槽的凝固浴中。
3.根据权利要求1所述的制备纤维增强中空纤维膜装置，其特征在于所述凝固辊的上方设有一个可连续不断向凝固辊上滴加凝固浴的加液装置。
4. 根据权利要求1所述的制备纤维增强中空纤维膜装置，其特征在于所述芯液浸渍槽内有2个导丝辊，其中至少有一个是可以水平移动的导丝辊，调节该导丝辊可以调节2个导丝辊之间的距离。
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