CN102851763B - 一种集成式中空纤维膜纺丝机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成式中空纤维膜纺丝机，包括搅拌装置、熔融脱泡装置、挤压喷丝装置、凝固成型装置和纺丝装置，所述挤压喷丝装置包括设置在熔融脱泡装置的反应釜底端的齿轮泵，所述齿轮泵的进口与反应釜内部连通，所述齿轮泵的出口处设有喷丝机构，所述挤压喷丝装置还包括设置于反应釜底端的铸膜液计量装置。本发明将中空纤维膜制膜工艺中所需的搅拌装置、熔融脱泡装置、挤压喷丝装置、凝固成型装置和纺丝装置集成于一套设备中，大大节省了纺丝机的占用空间，本发明将TIPS和NIPS两种制膜工艺融合，使用TIPS法时，采用齿轮泵挤压出丝，使用NIPS法时，配合铸膜液计量装置出丝，提高了纺丝的便利性。

Description

一种集成式中空纤维膜纺丝机

技术领域

本发明涉及纤维膜成型技术，特别是一种集成式中空纤维膜纺丝机。

背景技术

目前，膜分离技术是一种广泛应用于溶液或气体物质分离、浓缩和提纯的分离技术。膜壁微孔密布，原液在一定压力下通过膜的一侧，溶剂及小分子溶质透过膜壁为滤出液，而大分子溶质被膜截留，达到物质分离及浓缩的目的。膜分离过程为动态过滤过程，大分子溶质被膜壁阻隔，随浓缩液流出，膜不易被堵塞，可连续长期使用。过滤过程可在常温、低压下运行，无相态变化，高效节能。

中空纤维膜是分离膜的一种重要形式，外形像纤维状，内部中空具有自支撑作用。与其他形态的膜品种相比，中空纤维膜组件不占地，不耗费能源，投资收益明显，前景极为广阔。传统的中空纤维膜加工工艺中，分为高温致相分离法（TIPS）和非溶剂致相分离法（NIPS）两种。这两种工艺各有独特的加工特点，但前者加工设备偏大，操作温度较高，较难控制；后者工艺中，大部分材料无法在常温或微温条件下，找到合适溶剂溶解成均相溶液，因此不能正常纺制中空纤维膜。目前，尚无一种中空纤维膜的纺丝机可以既使用高温致相分离法和非溶剂致相分离法进行纺制。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种集成式中空纤维膜纺丝机，该纺丝机把制膜工艺中的各装置集成于一套设备中，提高了纺丝的便利性。

本发明所采用的技术方案是：

一种集成式中空纤维膜纺丝机，包括:

搅拌装置，所述搅拌装置包括带搅拌桨的搅拌轴和驱动搅拌轴的搅拌电机；

熔融脱泡装置，所述熔融脱泡装置包括反应釜，所述搅拌轴从上方伸入反应釜中且搅拌桨完全置于反应釜内，所述反应釜上设有加热装置；

挤压喷丝装置，所述挤压喷丝装置包括设置在反应釜底端的齿轮泵，所述齿轮泵的进口与反应釜内部连通，所述齿轮泵的出口处设有喷丝机构，所述挤压喷丝装置还包括设置于反应釜底端的铸膜液计量装置；

凝固成型装置，所述凝固成型装置包括对出丝进行降温固化成型的水凝固槽；

对凝固成型的纤维膜进行纺丝收集的纺丝装置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述反应釜顶端连接有三通接口，所述三通接口包括连接加压氮气的一端和连接抽真空装置的另一端。

作为上述技术方案的进一步改进，所述加热装置包括围设并紧贴于反应釜外壁的多个加热圈，所述加热圈由上到下等间距分布，将反应釜分成多段加热区域。

作为上述技术方案的进一步改进，所述搅拌轴顶部的外周设有与反应釜紧密贴合的密封面，所述密封面上设有密封圈槽，所述密封圈槽上安装有密封圈。

作为上述技术方案的进一步改进，所述铸膜液计量装置包括计量螺栓，所述反应釜内设有通至喷丝机构的铸膜液通道，所述计量螺栓包括外露于反应釜的螺栓头和可拧入铸膜液通道的螺杆，所述螺杆拧入铸膜液通道的部分阻隔铸膜液的流动并与铸膜液通道的内壁形成供铸膜液通过的计量通道。

作为上述技术方案的进一步改进，所述喷丝机构包括喷丝板，所述喷丝板上设有喷丝头，所述喷丝头包括在侧端的原液进口和在顶端铸膜液导流体，所述原液进口连通喷丝头的出丝口形成与铸膜液分隔的原液通道。

作为上述技术方案的进一步改进，所述喷丝板上连接有一根或以上的喷丝板加热棒。

作为上述技术方案的进一步改进，所述反应釜上设有热电偶，所述热电偶一端伸入反应釜中与铸膜液接触，一端连接测量仪器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述水凝固槽上设有引导滑轮组，所述引导滑轮组将挤压喷丝装置中的出丝引导至水凝固槽中冷却成型后再引导至纺丝装置中；所述引导滑轮组包括在水凝固槽内部的定滑轮Ⅰ和在水凝固槽尾部顶端的定滑轮Ⅱ。

作为上述技术方案的进一步改进，所述水凝固槽底部设有循环水出口。

本发明的有益效果是：本发明将中空纤维膜制膜工艺中所需的搅拌装置、熔融脱泡装置、挤压喷丝装置、凝固成型装置和纺丝装置集成于一套设备中，大大节省了纺丝机的占用空间，本发明将TIPS和NIPS两种制膜工艺融合，使用TIPS法时，采用齿轮泵挤压出丝，使用NIPS法时，配合铸膜液计量装置出丝，提高了纺丝的便利性。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

图1是本发明的轴测示意图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明搅拌装置和反应釜的装配示意图；

图4是本发明铸膜液计量装置的原理图；

图5是本发明喷丝头的结构示意图；

图6是本发明凝固成型装置的示意图。

具体实施方式

如图1-图3所示，一种集成式中空纤维膜纺丝机，包括搅拌装置、熔融脱泡装置、挤压喷丝装置、凝固成型装置和纺丝装置6。

搅拌装置包括带搅拌桨的搅拌轴1和驱动搅拌轴1的搅拌电机2，搅拌电机2的输出轴和搅拌轴1通过联轴器连接，该联轴器为螺旋弹簧联轴器。整个搅拌装置呈竖直方向布置。

融脱泡装置包括反应釜3，搅拌轴1从上方伸入反应釜3中且搅拌桨完全置于反应釜3内，对反应釜3内的铸膜液进行搅拌混合。反应釜3的外表面还设有加热装置，对铸膜液进行加热脱泡处理。

挤压喷丝装置包括设置在反应釜3底端的齿轮泵4，齿轮泵4的进口与反应釜3内部连通，齿轮泵4的出口处设有喷丝机构。挤压喷丝装置还包括设置于反应釜3底端的铸膜液计量装置。比较TIPS法和NIPS法两种中空纤维膜制作工艺，前者铸膜液粘度高，对反应釜3抗压性要求高，出丝较难；后者粘度低，常压或微压即可出丝，但不易计量精确。因此，在此装置中采用齿轮泵4挤压出丝方法，同时增加铸膜液计量装置，其目的是攻克两种方法中的难点。使用TIPS法时，保持反应釜3内压力0.2~0.3MPa，配合齿轮泵4挤压出丝，大大降低操作人员的劳动强度，且降低高压高温的危险性。使用NIPS法时，保持反应釜3内微压状态，配合铸膜液计量装置出丝，也是很大程度上，提高了纺丝的便利性。

凝固成型装置是进行凝固浴的容器，包括水凝固槽5，对喷丝板13的出丝进行降温固化成型处理。

纺丝装置6主要是对凝固成型的纤维膜进行纺丝收集，包括了纺丝主体和纺丝轮。

作为优选的实施方式，反应釜3顶端连接有三通接口7，三通接口7一端连通反应釜3内部，一端连接灌装了压力氮气的钢瓶，最后一端连接有抽真空装置，三通接口7连通加压氮气和抽真空装置的管道中均安装了阀门。加压氮气可以通至反应釜3内，维持反应釜3内的压力。另外，比较TIPS法和NIPS法，前者铸膜液粘度高，温度在200℃以上，很难脱泡；后者粘度低，温度在60℃左右，较易脱泡。因此，抽真空装置通过三通接口7把反应釜3内抽负压至-0.098MPa，从而使气泡在真空状态下，较易较快的脱除。

作为优选的实施方式，加热装置为围设并紧贴于反应釜3外壁的多个加热圈8，加热圈8由上到下等间距分布，将反应釜3分成多段加热区域。因为若果铸膜液未充满反应釜3内部，对反应釜3未充满铸膜液的空腔部分进行加热很容易导致铸膜液烧糊，所以不能对反应釜3的整体进行加热，只能对低于铸膜液液面的部分进行加热。反应釜3外壁共有4个加热圈8，铸膜液液面高于最下面的加热圈8时，使用该加热圈8加热，液面高于从下往上数第二个加热圈8时，下面两个加热圈8同时加热，以此类推。

反应釜3内有高温有机溶剂蒸汽并需满足0.3MPa的密封压力，因此，作为优选的实施方式，搅拌轴1顶部的外周设有与反应釜3紧密贴合的密封面，密封面上设有密封圈槽9，密封圈槽9上安装有密封圈10，从而大大提高了密封效果，从而很好的控制制膜所需压力，如图3所示。

作为优选的实施方式，铸膜液计量装置包括计量螺栓22。反应釜3内设有通至喷丝机构的铸膜液通道11，计量螺栓22的螺栓头外露于反应釜3，其螺杆可拧入铸膜液通道11中。螺杆拧入铸膜液通道11的部分能有效的阻隔铸膜液的流动并与铸膜液通道11的内壁形成供铸膜液通过的计量通道12，如图4所示。使用NIPS法制丝时，主要通过计量螺栓22对出丝量进行计量和控制，此时齿轮泵4可同时启用，也可不启用。

作为优选的实施方式，喷丝机构包括喷丝板13，喷丝板13上设有喷丝头14，如图5所示，喷丝头14包括在侧端的原液进口和在顶端的铸膜液导流体15，原液进口连通喷丝头14的出丝口形成与铸膜液分隔的原液通道16。铸膜液在铸膜液导流体15的导流下，沿铸膜液导流体15外壁往下流动，原液通道16在铸膜液导流体15内部，原液流出原液通道16时被铸膜液包裹，形成中空纤维膜结构。

如图1-图2所示，作为优选的实施方式，喷丝板13上连接有一根或以上的喷丝板加热棒17。喷丝板加热棒17根据需要对喷丝板13进行加热，从而更好的控制出丝的孔隙结构。

作为优选的实施方式，反应釜3上设有热电偶18，热电偶18一端伸入反应釜3中与铸膜液接触，一端连接测量仪器。使用者通过热电偶18可以快速准确的监测反应釜3内的铸膜液温度，从而调整接下来的工艺方案。

如图6所示，作为优选的实施方式，水凝固槽5为立方体型，其深度大于其宽度。水凝固槽5上设有引导滑轮组，引导滑轮组将挤压喷丝装置中的出丝引导至水凝固槽5中冷却成型后再引导至纺丝装置6中收集。引导滑轮组包括在水凝固槽5内部的定滑轮Ⅰ19和在水凝固槽5尾部顶端的定滑轮Ⅱ20，通过引导滑轮组的设置，减少了一半以上凝固浴的占地面积，也大大减少的用水量。

作为优选的实施方式，水凝固槽5底部设有循环水出口21。因在NIPS法中，水凝固槽5槽内水的纯度，对中空纤维膜的成品膜起关键性的影响，故此处增加循环水出口21，既方便操作者更换新水，减轻劳动强度，又方便在非溶剂相更换其他溶剂配方，可以做到连续式配方优化的作用。

以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制。

Claims (8)

1.一种集成式中空纤维膜纺丝机，其特征在于：包括：

搅拌装置，所述搅拌装置包括带搅拌桨的搅拌轴（1）和驱动搅拌轴（1）的搅拌电机（2）；

熔融脱泡装置，所述熔融脱泡装置包括反应釜（3），所述搅拌轴（1）从上方伸入反应釜（3）中且搅拌桨完全置于反应釜（3）内，所述反应釜（3）上设有加热装置；

挤压喷丝装置，所述挤压喷丝装置包括设置在反应釜（3）底端的齿轮泵（4），所述齿轮泵（4）的进口与反应釜（3）内部连通，所述齿轮泵（4）的出口处设有喷丝机构，所述挤压喷丝装置还包括设置于反应釜（3）底端的铸膜液计量装置，使用TIPS法时，采用齿轮泵（4）挤压出丝，使用NIPS法时，配合铸膜液计量装置出丝；

凝固成型装置，所述凝固成型装置包括对出丝进行降温固化成型的水凝固槽（5）；

对凝固成型的纤维膜进行纺丝收集的纺丝装置（6）；

所述加热装置包括围设并紧贴于反应釜（3）外壁的多个加热圈（8），所述加热圈（8）由上到下等间距分布，将反应釜（3）分成多段加热区域；

所述反应釜（3）顶端连接有三通接口（7），所述三通接口（7）包括连接加压氮气的一端和连接抽真空装置的另一端。

2.根据权利要求1所述的集成式中空纤维膜纺丝机，其特征在于：所述反应釜（3）顶部设有与搅拌轴（1）顶部的外周紧密贴合的密封面，所述密封面上设有密封圈槽（9），所述密封圈槽（9）上安装有密封圈（10）。

3.根据权利要求1所述的集成式中空纤维膜纺丝机，其特征在于：所述铸膜液计量装置包括计量螺栓（22），所述反应釜（3）内设有通至喷丝机构的铸膜液通道（11），所述计量螺栓（22）包括外露于反应釜（3）的螺栓头和可拧入铸膜液通道（11）的螺杆，所述螺杆拧入铸膜液通道（11）的部分阻隔铸膜液的流动并与铸膜液通道（11）的内壁形成供铸膜液通过的计量通道（12）。

4.根据权利要求1或3所述的集成式中空纤维膜纺丝机，其特征在于：所述喷丝机构包括喷丝板（13），所述喷丝板（13）上设有喷丝头（14），所述喷丝头（14）包括在侧端的原液进口和在顶端的铸膜液导流体（15），所述原液进口连通喷丝头（14）的出丝口形成与铸膜液分隔的原液通道（16）。

5.根据权利要求4所述的集成式中空纤维膜纺丝机，其特征在于：所述喷丝板（13）上连接有一根以上的喷丝板加热棒（17）。

6.根据权利要求1所述的集成式中空纤维膜纺丝机，其特征在于：所述反应釜（3）上设有热电偶（18），所述热电偶（18）一端伸入反应釜（3）中与铸膜液接触，一端连接测量仪器。

7.根据权利要求1所述的集成式中空纤维膜纺丝机，其特征在于：所述水凝固槽（5）上设有引导滑轮组，所述引导滑轮组将挤压喷丝装置中的出丝引导至水凝固槽（5）中冷却成型后再引导至纺丝装置（6）中；所述引导滑轮组包括在水凝固槽（5）内部的定滑轮Ⅰ（19）和在水凝固槽（5）尾部顶端的定滑轮Ⅱ（20）。

8.根据权利要求1或7所述的集成式中空纤维膜纺丝机，其特征在于：所述水凝固槽（5）底部设有循环水出口（21）。