CN109464915B - 一种中空纤维膜生产后处理方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中空纤维膜生产后处理方法，包括：S1.将含稀释剂的中空纤维膜丝送入萃取装置中，用萃取剂对所述膜丝进行萃取，得到萃取后的膜丝和含萃取剂和稀释剂的萃取液；所述萃取液送入缓存装置；S2.在所述缓存装置中，所述萃取液中的部分稀释剂析出，然后进行固液分离，得到固相稀释剂和余液，将余液送入浓缩装置；S3.在所述浓缩装置中，所述余液中的萃取剂被分离出去，得到回收的液体萃取剂和浓缩液。本发明还涉及一种中空纤维膜生产后处理系统。根据本发明提供的方法和系统，显著提高操作安全性，降低了生产成本和环境风险，对中空纤维膜的生产技术的提高有显著影响，具有良好的应用前景。

Description

一种中空纤维膜生产后处理方法和系统

技术领域

本发明属于材料加工领域，涉及一种中空纤维膜制备后处理方法和系统。

背景技术

中空纤维膜作为最常用的分离膜之一在工业污水处理，市政污水处理，海水淡化，食品和医药等行业应用的规模在逐步扩大。膜产品市场也在逐年提升。在国内外已有众多公司进行各种中空纤维分离膜材料的生产。目前中空纤维膜主要制备方法有熔纺-拉伸(MSCS)法，浸没沉淀法(NIPS)和热致相分离(TIPS)法。拉伸法一般采用挤出机将树脂熔体挤出后高速牵引，再经过冷拉伸，热拉伸和热定型，其原料单一，生产过程不需要溶剂，但是孔隙率低，孔径分布宽，难以满足大规模工业污水处理需求。NIPS法是目前工业膜组件中采用的最多的方法，生产过程中使用大量水溶性有机溶剂来溶解聚合物，并在成型过程中利用水来清洗去除膜中的有机溶剂，因而产生了大量的含有机溶剂的污水，膜的通量高，但是膜丝强度较差，因此有众多厂家采用编织管或者长纤维增强的方式，此类设备往往需要同时加工增强材料，受限于增强材料的在线加工速度，而且通常采用反应釜来混合溶解聚合物、各种溶剂和添加剂，同样此方式会产生大量含有水溶性有机溶剂的废水。而TIPS法制备中空纤维膜的过程中往往难以采用水溶性溶剂，因而需要使用大量有机溶剂萃取剂来清洗去除膜成型过程中使用的稀释剂，进而产生了废溶剂。

受到目前越来越大的环保压力的影响，生产带来的废水/废溶剂处理成为膜材料的工业化生产中亟需解决的重要问题。国内膜企业通常采用水槽浸泡清洗或者萃取，将清洗液置换若干次后将膜丝取出干燥，使用过的清洗液即成为废液，尤其是对于TIPS法的生产过程产生了难以处理的废溶剂，由于废溶剂浓度高不能排入通常的工业废水生化处理系统，如采用稀释的方法则会造成用水浪费，提高了生产成本。另一方面采用水槽萃取密封性较差，在操作过程中尤其是需要加热萃取时会产生较多VOC排放，影响操作的安全性的同时带来环保问题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本申请提供一种中空纤维膜的生产后处理方法和系统，解决现有技术中中空纤维膜后处理工艺VOC排放难控制、萃取剂用量大以及废液难处理等问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种中空纤维膜生产后处理方法，包括：

S1.将含稀释剂的中空纤维膜丝送入萃取装置中，用萃取剂对所述膜丝进行萃取，得到萃取后的膜丝和含萃取剂和稀释剂的萃取液；所述萃取液送入缓存装置；

S2.在所述缓存装置中，所述萃取液中的部分稀释剂析出，然后进行固液分离，得到固相稀释剂和余液，将余液送入浓缩装置；

S3.在所述浓缩装置中，所述余液中的萃取剂被分离出去，得到回收的液体萃取剂和浓缩液。

根据本发明提供的方法，能够回收萃取剂和稀释剂，减少VOC排放和废液排放，避免对环境的危害，且提高了工艺安全性，降低了工艺成本。

根据本发明所述方法的一个优选实施方式，在所述步骤S1中，所述萃取时的温度为常温至100℃，可以提高萃取速度，并避免萃取出来的稀释剂的析出。

根据本发明所述方法的一个优选实施方式，在所述步骤S1中，对所述模丝进行循环萃取，如采用循环泵，使萃取装置中的液体形成循环，对膜丝进行萃取。

根据本发明所述方法的一个优选实施方式，在所述步骤S1中，经监测达到设定条件(如萃取液中的稀释剂达到设定浓度时)，将所述萃取液送入缓存装置。所述具体设定条件根据工艺参数确定。此时，通入新鲜的萃取剂，继续萃取操作。经监测膜丝在基本无稀释剂后，将所述膜丝取出。

根据本发明所述方法的一个优选实施方式，在所述步骤S2中，所述的萃取液可在萃取液储罐中，然后送入沉淀罐。在沉淀罐中，温度下降，所述萃取液中的部分稀释剂析出。在所述沉淀罐中进行初步的固液分离。在步骤S2中，可以在分离回收部分稀释剂。在S2中还可以包括过滤操作，从沉淀罐流出的物流经过滤后，再通入浓缩装置。

根据本发明所述方法的一个优选实施方式，在所述步骤S3中，对所述余液进行加热，其中的萃取剂变成蒸汽后气液分离，得到气体和浓缩液，气体再经冷却，得到液体萃取剂。所述加热的温度可以为40-100℃。所述气液分离优选在真空下(如真空度为-0.095～0MPa)进行。

根据本发明所述方法的一个优选实施方式，所述回收的液体萃取剂通入所述萃取装置，对所述膜丝进行萃取，从而实现回收的萃取剂的再利用。

根据本发明提供的方法，所得到的的浓缩液即为稀释剂。得到的浓缩液和固体稀释剂可返回至中空纤维膜生产，从而实现再利用。

根据本发明提供的方法，在步骤S3中，可以将剩余萃取液中的萃取剂蒸发冷凝回收，浓缩液为剩余的稀释剂并进行回收利用。

根据本发明中的方法，采用(真空减压)动态热回流工艺将萃取、分离、(过滤、)浓缩、冷凝等生产工艺连续完成，实现对膜的加热循环萃取，萃取液循环利用和稀释剂的回收，节省了原材料和工作时间，操作方便，可以连续运行；尤其是针对使用在萃取剂中有不同溶解度的稀释剂体系，可以有效分离稀释剂和萃取剂并进行回收利用；同时实现VOC排放源有效控制以及生产废液的减量化，显著提高操作安全性，降低了生产成本和环境风险。对中空纤维膜的生产技术的提高有显著影响，具有良好的应用前景。

根据本发明的另外一个方面，还提供了一种中空纤维膜生产后处理系统，包含以下装置：

萃取装置，包括萃取罐和监测部件，所述萃取罐设有加热部件，萃取罐内设有放置膜丝的多孔储丝槽；置于所述储丝槽中的膜丝在所述萃取罐内与萃取剂接触，萃取剂进行所述膜丝进行萃取，得到萃取后的膜丝和含稀释剂和萃取剂的萃取液；

缓存装置，含沉淀罐，所述萃取液在沉淀罐进行沉淀，部分的稀释剂以固体的形式析出，固液分离，得到固相稀释剂和余液；

浓缩装置，含浓缩罐和冷凝器，将所述余液通入浓缩罐，在浓缩罐上设置的加热部件的作用下，萃取剂蒸发形成蒸气，余下浓缩液，萃取剂蒸气再经冷凝器的冷却，得到回收的萃取剂。

根据本发明提供的装置的一个具体实施方式，所述浓缩装置进一步包含回收萃取液储罐，所述回收的萃取剂流入所述回收萃取液储罐。有利地将所述回收萃取液储罐与所述萃取装置中的萃取罐相连，从而使回收的萃取剂再通入萃取装置，对所述膜丝进行萃取。

根据本发明提供的装置的一个具体实施方式，利用所述监测部件对膜丝和萃取液进行监测。经监测到萃取液中的稀释剂达到设定浓度时，将所述萃取液送入缓存装置，通入新鲜的萃取剂，继续萃取操作。经监测，当膜丝在基本无稀释剂后，将所述膜丝取出。所述萃取装置进一步含有循环泵，所述萃取装置可以在密封条件下对中空纤维膜进行热循环萃取。所述萃取装置中的循环泵，可以将加热的萃取剂在所述萃取罐内循环；并根据设定条件，将萃取液输送至缓存装置。所述萃取罐为卧式带夹套结构。夹套中可以通入加热介质，如水、蒸气、导热油等，加热温度为常温～100℃。所述萃取装置进一步含有液位计和冷却器。冷却器位于萃取罐上方，将封闭条件下加热挥发的萃取剂蒸气冷凝回流，避免容器内压力过高；设置的液位计安装在萃取罐罐体上，用以控制萃取剂用量，萃取剂液位应高于罐内摆放的膜丝最高位置。

根据本发明提供的装置的一个具体实施方式，所述缓存装置进一步包括萃取液储罐，从所述萃取罐中流出的所述萃取液先在所述萃取液储罐中放置，然后进入沉淀罐。所述萃取液储罐设置有加热装置，温度控制在肠胃至100℃之间。一方面萃取液循环萃取膜丝达到一定浓度后(不超过该温度下的饱和浓度)通过输送泵排入萃取液储罐缓存以便新萃取剂再进入萃取罐进行萃取，另一方面保证在缓存时间内防止部分稀释剂因为室温下在萃取剂中溶解度较低而析出堵塞管路。萃取液根据需要从萃取液储罐输送至沉淀罐，降低温度后部分稀释剂因为室温下在萃取剂中溶解度较低而析出，在沉淀罐中可以进行初步固液分离，分离后液体进入浓缩装置，得到的固体即为回收的部分稀释剂。所述缓存装置包括过滤器，从沉淀罐中流出的物流经过滤器过滤后，再通入浓缩罐。所述过滤器设置于沉淀罐的出口。所述缓存装置中设置有输送泵，从而对流体进行输送。

根据本发明提供的装置的一个具体实施方式，所述浓缩装置装置包括回收萃取液储罐，所述回收的萃取剂流入回收萃取液储罐。所述冷凝器为二级冷凝器或者多级冷凝器。在一个具体的实例中，所述回收萃取液储罐与所述萃取装置中的萃取罐相连，回收萃取剂可以直接作为新萃取剂循环使用。所述浓缩装置可进一步包括真空装置、输送泵和气液分离器。所述真空装置包括真空泵和气体过滤罐，真空度在-0.095～0MPa之间可控。所述气液分离器安装在冷凝器和浓缩罐出气口之间。所述浓缩罐为夹套保温结构，温度为40～100℃，从沉淀罐输送到浓缩罐中的所述余液被加热，通过真空装置将浓缩罐中真空度降低，会有部分液体随着蒸气从所述浓缩罐中抽出，进入气液分离器；在所述气液分离器中，气液分离，液体回流至浓缩罐，而萃取剂气体则通过冷凝器冷却后转变为液体，得到回收的萃取剂，浓缩罐中剩下的即为浓缩液。浓缩液为回收的稀释剂，可以回收利用。

根据本发明提供的装置的一个具体实施方式，所述系统在密封状态下运行；可以避免原有设备的非密封形式不利于加热萃取，VOC排放源控制和操作安全，萃取剂消耗量大等问题，降低了生产成本。

根据本发明提供的方法和系统，采用动态热回流工艺将萃取、分离、过滤、浓缩、冷凝等生产工艺集成，设备密封性和安全性高，萃取液循环利用，节省了原材料和工作时间，方便连续运行，同时尤其是针对使用在萃取剂中有不同溶解度的稀释剂体系，可以有效分离稀释剂和萃取剂并进行回收利用；进一步降低中空纤维膜生产的原料消耗，同时解决中空纤维膜生产后处理装置环保排放问题。

根据本发明提供的方法和系统，节省了原材料和工作时间，操作方便，可以连续运行；明显提高膜生产后处理设备的密封性，便于采用加热萃取，提高萃取效率，同时实现VOC排放源有效控制以及生产废液的减量化，显著提高操作安全性，降低了生产成本和环境风险；对中空纤维膜的生产技术的提高有显著影响，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

根据本发明的中空纤维膜生产后处理系统，包括以下装置：

萃取装置，包括萃取罐，所述萃取罐设有加热部件，萃取罐内设有放置膜丝的多孔储丝槽；置于所述储丝槽中的膜丝在所述萃取罐内与萃取剂接触，萃取剂进行所述膜丝进行萃取，得到萃取后的膜丝和含稀释剂和萃取剂的萃取液；

缓存装置，含沉淀罐，所述萃取液在沉淀罐进行沉淀，部分的稀释剂以固体的形式析出，固液分离，得到固相稀释剂和余液；

浓缩装置，含浓缩罐和冷凝器，将所述余液通入浓缩罐，在浓缩罐上设置的加热部件的作用下，萃取剂蒸发形成蒸气，余下浓缩液，萃取剂蒸气再经冷凝器的冷却，得到回收的萃取剂。

图1显示了根据本发明的一个实施例的装置示意图。萃取装置包括萃取罐1，设有进口和出口。萃取罐1为卧式带夹套结构，夹套中可以通入加热介质，如水、蒸气、导热油等，设有加热装置(未示出)，加热温度为常温～100℃，萃取罐1内有储丝槽(未示出)。萃取装置中含循环泵9，设在萃取罐1下方，可以将加热的萃取剂在萃取罐1内循环。在所述萃取罐1上设置有监测部件(未示出)，当监测到所述萃取罐1中的萃取液达到设定浓度后，打开三通阀门13将萃取液输送至缓存装置。所述萃取装置进一步含：冷却器10，位于萃取罐1上方，将封闭条件下加热挥发的萃取剂蒸气冷凝回流，避免容器内压力过高；液位计(未示出)，安装在萃取罐1罐体上，用以控制萃取剂用量，萃取剂液位应高于罐内摆放的膜丝最高位置；萃取罐至少有一端有活动端盖，罐内有平行滑轨。在一个具体的实施例中，当所述监测部件监测到所述膜丝基本不含稀释剂后，打开活动端盖可以将储丝槽通过滑轨推入或者拉出萃取罐。

缓存装置包括沉淀罐3。萃取液输送至沉淀罐3，降低温度后(如不加热)部分稀释剂因为室温下在萃取剂中溶解度较低而析出，在沉淀罐3中可以进行初步固液分离，分离后的余液进入浓缩装置，得到的固体即为回收的部分稀释剂。所述缓存装置进一步包括萃取液储罐2和输送泵(未示出)。来自所述萃取装置的萃取液先进入萃取液储罐2，萃取液根据需要从萃取液储罐进入沉淀罐3。其中萃取液储罐2设有加热装置，快开手孔和视镜，加热温度为常温～100℃，一方面萃取液循环萃取膜丝达到一定浓度后通过输送泵排入萃取液储罐缓存以便新鲜萃取剂再进入萃取罐进行萃取，另一方面保证在缓存时间内防止部分稀释剂因为室温下在萃取剂中溶解度较低而析出堵塞管路。所述沉淀罐3为夹套保温结构，配快开手孔和视镜。

浓缩装置包括浓缩罐4和冷凝器6以及回收萃取液储罐7。从沉淀罐3输送到浓缩罐4中的所述余液被加热装置加热到设定温度，萃取液蒸气通过冷凝器6冷却后转变为液体，回流到回收萃取液储罐7，余下的为浓缩液，即回收的稀释剂。所述浓缩罐4为夹套保温结构，设有加热装置和刮板搅拌装置，加热温度为40～100℃，加热的同时，刮板搅拌装置同时搅拌萃取液。所述冷凝器6可为二级冷凝器或者多级冷凝器。所述回收萃取液储罐7配盘管冷却器，快开手孔和视镜。所述浓缩装置中可进一步包括真空装置、输送泵12和气液分离器5。所述气液分离器5安装在冷凝器6和浓缩罐罐4出气口之间。所述真空装置包括真空泵8和气体过滤罐11，真空度在-0.095～0MPa之间可控。通过真空装置8将浓缩罐中真空度降到设定值，萃取剂蒸气从浓缩罐4中抽出去，但会有部分液体随着蒸气从所述浓缩罐中抽出，进入气液分离器5后，气液分离，液体回流至浓缩罐2，气体进入冷凝器6经冷凝后形成液体，流入回收萃取液储罐7；之后可以根据需要将回收的萃取剂通过输送泵12输送，然后经三通阀门13通至萃取罐1中。

根据本发明的中空纤维膜生产后处理方法，包括：

S1.将含稀释剂的中空纤维膜丝送入萃取装置中，用萃取剂对所述膜丝进行萃取，得到萃取后的膜丝和含萃取剂和稀释剂的萃取液；所述萃取液送入缓存装置；

S2.在所述缓存装置中，所述萃取液中的部分稀释剂析出，然后进行固液分离，得到固相稀释剂和余液，将余液送入浓缩装置；

S3.在所述浓缩装置中，所述余液中的萃取剂被分离出去，得到回收的液体萃取剂和浓缩液。

在所述步骤S1中，所述萃取时的温度为常温至100℃(如60℃)，可以提高萃取速度，并避免萃取出来的稀释剂的析出。对所述模丝进行循环萃取，如采用循环泵，使萃取装置中的液体形成循环，对膜丝进行萃取。经监测到萃取液中的稀释剂达到设定浓度时，将所述萃取液送入缓存装置。此时，通入新鲜的萃取剂，继续萃取操作。经监测在基本无稀释剂后，从萃取罐中取出。

在所述步骤S2中，所述的萃取液可在萃取液储罐中存储，然后送入沉淀罐。其中萃取液储罐的温度为常温～100℃，一方面萃取液循环萃取膜丝达到一定浓度后通过输送泵排入萃取液储罐缓存以便新萃取剂再进入萃取罐进行萃取，另一方面保证在缓存时间内防止部分稀释剂因为室温下在萃取剂中溶解度较低而析出堵塞管路。在沉淀罐中，无加热装置，温度下降，所述萃取液中的部分稀释剂析出。在所述沉淀罐中进行初步的固液分离；沉淀罐中流出的物流经过滤操作后进入浓缩装置，而固相则为析出的部分稀释剂。在步骤S2中，可以分离回收部分稀释剂。

在所述步骤S3中，对所述余液进行加热，其中的萃取剂变成蒸汽后气液分离，得到气体和浓缩液，气体再经冷却，得到液体萃取剂。所述加热的温度可以为40-100℃(如60℃)。所述气液分离优选在真空下(如真空度为-0.095～0MPa)进行。

所述回收的液体萃取剂可以作为新萃取剂通入所述萃取装置，对所述膜丝进行萃取。从而实现回收的萃取剂的再利用。

所得到的的浓缩液即为稀释剂。得到的浓缩液和固体稀释剂可返回至中空纤维膜生产，从而实现再利用。

本发明中的方法和系统，在密封状态下运行；可以避免原有设备的非密封形式不利于加热萃取，VOC排放源控制和操作安全，萃取剂消耗量大等问题，降低了生产成本。

根据本发明提供的方法和系统，采用动态热回流工艺将萃取、分离、浓缩、冷凝等生产工艺集成，设备密封性和安全性高，萃取液循环利用，节省了原材料和工作时间，方便连续运行，同时尤其是针对使用在萃取剂中有不同溶解度的稀释剂体系，可以有效分离稀释剂和萃取剂并进行回收利用；进一步降低中空纤维膜生产的原料消耗，同时解决中空纤维膜生产后处理装置环保排放问题

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (9)

1.一种中空纤维膜生产后处理方法，包括：

S1. 将含稀释剂的中空纤维膜丝送入萃取装置中，用萃取剂对所述膜丝进行萃取，得到萃取后的膜丝和含萃取剂和稀释剂的萃取液；将所述萃取液送入缓存装置，在封闭条件下，对所述膜丝进行循环萃取，所述萃取时的温度为常温至100℃；

S2. 在所述缓存装置中，所述萃取液中的部分稀释剂析出，然后进行固液分离，得到固相稀释剂和余液，将余液送入浓缩装置；

S3. 在所述浓缩装置中，所述余液中的萃取剂被分离出去，得到回收的液体萃取剂和浓缩液，其中，对所述余液进行加热，得到萃取剂蒸气和浓缩液，所述萃取剂蒸气再经冷却，得到液体萃取剂，所述加热的温度为40-100℃；和所述分离在真空下进行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分离在真空下进行，真空度为-0.095至0MPa。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述回收的液体萃取剂通入所述萃取装置；和萃取液中的稀释剂达到设定浓度时，将所述萃取液送入缓存装置。

4.一种中空纤维膜生产后处理系统，包含以下装置：

萃取装置，包括萃取罐、循环泵和监测部件，所述萃取罐设有加热部件，萃取罐内设有放置膜丝的多孔储丝槽；置于所述储丝槽中的膜丝在所述萃取罐内与萃取剂接触，在封闭条件下，对所述膜丝进行循环萃取，得到萃取后的膜丝和含稀释剂和萃取剂的萃取液；所述萃取装置包括冷却器，用于将封闭条件下加热挥发的所述萃取剂蒸气冷凝回流；

缓存装置，含沉淀罐，所述萃取液在沉淀罐进行沉淀，部分稀释剂以固体的形式析出，固液分离，得到固相稀释剂和余液；

浓缩装置，含浓缩罐和冷凝器，将所述余液通入浓缩罐，在浓缩罐上设置的加热部件的作用下，萃取剂蒸发形成蒸气，余下浓缩液，萃取剂蒸气再经冷凝器的冷却，得到回收的萃取剂，所述浓缩装置包括真空装置；

其中，所述系统在密封状态下运行。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述浓缩装置包括回收萃取液储罐，所述回收的萃取剂流入所述回收萃取液储罐。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述回收萃取液储罐与所述萃取装置中的萃取罐相连。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述萃取装置还包括液位计；所述萃取罐为卧式带夹套结构。

8.根据权利要求4至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述缓存装置包括萃取液储罐，从所述萃取罐中流出的所述萃取液先在所述萃取液储罐中放置，然后进入沉淀罐。

9.根据权利要求4至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述浓缩装置包括输送泵和气液分离器。

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