CN109745863A - 连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置及方法 - Google Patents

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王春浩
胡晓宇
梁恩宾
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Abstract

本发明属于制膜领域，具体涉及一种连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置及方法。装置包括圆柱型的加热通道以及设置在所述的加热通道上的多个进风单元；所述的进风单元包括设置在所述的加热通道上的进风口以及与所述的进风口连接的导向器；所述的导向器的进风方向与设置在所述的加热通道内的膜丝轴向行进方向相反且与所述的膜丝轴向行进方向的夹角为10‑90度。本发明能显著地提高了热处理效果的稳定性和均一性。

Description

连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置及方法
技术领域
本发明属于制膜领域，具体涉及一种连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置及方法。
背景技术
界面聚合法制备复合纳滤膜是主要工艺路线。因其具有操作简单和容易控制等优点，在膜技术领域得到广泛的应用。在界面聚合法制备复合纳滤膜过程中，先将基膜进入到水相溶液中，经过干燥处理后进入有机相溶液中进行界面聚合反应，基膜出有机相溶液后进行热处理完成后续反应。热处理系统是界面聚合法制备符合纳滤膜的关键设备之一，特别是在生产中空纤维纳滤膜时，热处理的均一性和稳定性是制备无缺陷中空纤维纳滤膜的关键设备。
中空纤维纳滤膜的热处理过程要求膜丝径向方向360度均匀分布，对于同时纺制大于2根中空纤维纳滤膜的生产过程而言，因热辐射方式进行热处理具有方向性，使膜丝表面功能层容易形成缺陷；同时，界面聚合法的热处理温度与室温的温度差不大，采用热传导方式的处理效率低下，为达到效果通常需要较长的热处理通道，降低了生产效率的同时也增加设备成本投入。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置及方法。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置，包括圆柱型的加热通道以及设置在所述的加热通道上的多个进风单元；所述的进风单元包括设置在所述的加热通道上的进风口以及与所述的进风口连接的导向器；所述的导向器的进风方向与设置在所述的加热通道内的膜丝轴向行进方向相反且与所述的膜丝轴向行进方向的夹角为10-90度。
所述的进风单元包括间隔/非间隔设置的多个纵向进风单元以及多个横向进风单元；所述的纵向进风单元包括对称设置在所述的加热通道上下两侧的两个进风单元；纵向进风单元的两个进风单元的导向器的进风方向相反且与膜丝的轴向行进方向的夹角相同；所述的横向进风单元包括对称设置在所述的加热通道左右两侧的两个进风单元；横向进风单元的两个进风单元的导向器的进风方向相反且与膜丝的轴向行进方向的夹角相同。
所述的进风口与新风系统连接；所述的加热通道内设置有温度传感器；所述的温度传感器与加热控制模块连接对进风口的空气的温度进行控制；还包括有变频风机模块对进风口的空气进行进风频率强度的控制。
所述的加热通道的外层包覆有隔热保温层。
加热通道两端设有连接VOC处理装置的废气收集罩。
本发明还包括一种使用所述的连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置的方法，包括下述步骤：界面聚合过程：车速1-40m/min，超滤基膜首先浸没于水相溶液中4-30s，风干后，再浸没于有机相溶液中10-60s，最后置于80-100℃的热处理系统中进行热处理10-60s，即得产品；其中，水相溶液：包含多官能多元胺类，质子吸收剂的水溶液，所述质子吸收剂为有机碱或无机碱；有机相溶液：包含多官能度酰氯的有机溶液。
所述的有机溶剂为ISOPAR L；多元酰氯的浓度为0.1-0.2％(w/w)；水相溶液中，多元胺的浓度为2-4％(w/w)，质子吸收剂的浓度为0.1-0.5％(w/w)。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在加热通道外形上选用圆柱型方式，通过进风单元导向器方向以及距离的改变，让热气流以螺旋式的方式逆向与中空纤维纳滤膜的膜丝相遇，极大程度的避免了中空纤维纳滤膜热处理过程中，膜丝轴向上垂直接触热气流导致的膜丝抖动问题和热处理不均匀问题，显著地提高了热处理效果的稳定性和均一性；热气流螺旋式逆向接触中空纤维纳滤膜膜丝，并结合控制单元能够高效的提升热处理效率，强有力的提升了产品质量和生产效率。
附图说明
图1为本发明膜丝为一根时的结构示意图；
图2为本发明膜丝为两根时的纵向进风单元与横向进风单元间隔排布时的结构示意图；
图3为本发明膜丝为两根时沿膜丝轴向方向的侧视图；
图4为本发明进风单元的局部示意图；
图5为本发明膜丝为两根时纵向进风单元与横向进风单元非间隔排布时的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1-4示出一种连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置，包括圆柱型的加热通道2以及设置在所述的加热通道上的多个进风单元；所述的进风单元包括设置在所述的加热通道上的进风口1以及与所述的进风口连接的导向器3；所述的导向器的进风方向与设置在所述的加热通道内的膜丝轴向行进方向相反且与所述的膜丝轴向行进方向的夹角为10-90度。
所述的进风单元包括间隔/非间隔设置的多个纵向进风单元7以及多个横向进风单元8；所述的纵向进风单元包括对称设置在所述的加热通道上下两侧的两个进风单元；纵向进风单元的两个进风单元的导向器的进风方向相反且与膜丝的轴向行进方向的夹角相同；所述的横向进风单元包括对称设置在所述的加热通道左右两侧的两个进风单元；横向进风单元的两个进风单元的导向器的进风方向相反且与膜丝的轴向行进方向的夹角相同。
所述的进风口与新风系统连接；所述的加热通道内设置有温度传感器5；所述的温度传感器与加热控制模块连接对进风口的空气的温度进行控制；还包括有变频风机模块对进风口的空气进行进风频率强度的控制。
所述的加热通道的外层包覆有隔热保温层。
加热通道两端设有连接VOC处理装置的废气收集罩6。
实施例1：水相溶液：2份(未特别说明均为质量份)哌嗪，0.1份氢氧化钠，100份去离子水。有机相溶液：0.1份均苯三甲酰氯，100份ISOPAR L。
界面聚合过程：车速20m/min，超滤基膜首先浸没于水相溶液中10s，风干60s后，再浸没于有机相溶液中10s，最后置于80℃的连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置中进行热处理30s，即得纳滤膜产品，浸没于去离子水中待测。
其中，如图2示出连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置中两根膜丝4在水平方向上于加热通道中并行，沿加热通道2轴向移动；纵向进风单元以及横向进风单元等距离间隔排布。进风口1和其对应的进风导向器3在加热通道2横截面上呈对称分布，轴向方向上等间距设置为4个，即共设置16个进风单元；温度传感器5分别设置在加热通道中部最高点和最低点处；加热通道两端设置废气收集罩连接VOC处理装置；进风导向器3轴向方向与加热通道2轴向方向的夹角是60°，使热气流在加热通道2内逆向与膜丝4相遇，完成热处理过程；进气口1气源来自全新风系统。所述的进风口的气源可以为氮气或其他不参与化学反应的惰性气体。
实施例2：水相溶液：4份哌嗪，0.5份三乙胺，100份去离子水。有机相溶液：0.2份均苯三甲酰氯，100份ISOPAR L。界面聚合过程：车速30m/min，超滤基膜首先浸没于水相溶液中20s，风干50s后，再浸没于有机相溶液中12s，最后置于85℃的连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置中进行热处理20s，即得纳滤膜产品，浸没于去离子水中待测。连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置与实施例1相同。
实施例3：水相溶液：2份哌嗪，0.1份氢氧化钾，100份去离子水。有机相溶液：0.1份均苯三甲酰氯，100份ISOPAR L。
界面聚合过程：车速10m/min，超滤基膜首先浸没于水相溶液中30s，风干60s后，再浸没于有机相溶液中15s，最后置于80℃的连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置中进行热处理15s，即得纳滤膜产品，浸没于去离子水中待测。连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置与实施例1相同。
实施例4:水相溶液：2份间苯二胺，0.1份氢氧化钾，100份去离子水。
有机相溶液：0.1份均苯三甲酰氯，100份ISOPAR L。界面聚合过程：车速5m/min，超滤基膜首先浸没于水相溶液中10s，风干20s后，再浸没于有机相溶液中10s，最后置于80℃的连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置中进行热处理10s，即得纳滤膜产品，浸没于去离子水中待测。连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置与实施例1相同。
实施例5：连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置中，纵向进风单元与横向进风单元非间隔排布，见图5中示出，其他与实施例1相同。
实施例6：连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置中风导向器3轴向方向与加热通道2轴向方向的夹角是10度。其他与实施例1相同。
实施例7：连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置中风导向器3轴向方向与加热通道2轴向方向的夹角是90度。其他与实施例1相同。
实施例8:连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置中1根膜丝4,沿加热通道2轴向移动,其他与实施例1相同。
对比例1：不使用连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置，其余与实施例1相同。
对比例2：使用常规热处理系统：膜丝下方10cm处为加热管，通过热辐射对膜丝进行加热，膜丝位置的温度为80度。其余与实施例1相同。
对比例3：使用正己烷作为有机相溶剂，其余与实施例1相同。
对比例4:膜丝在连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置中热处理600s，其余与实施例1相同。
纳滤膜分离性能测试方法
测试液：采用2000mg/L硫酸镁(MgSO4)溶液测试。
运行参数：采用纳滤膜评价仪进行测试，压力0.5MPa，25℃，pH＝7.0，回收率15％。
计算公式：
截留率R＝(CI-CO)/CI*100％，其中CI为进水电导，CO为出水电导；
通量F＝V/(A*T)，其中V是产水体积，A为膜面积，T为测量时间。
表1示出测试结果。
表1
通量(LMH) MgSO<sub>4</sub>(％)
实施例1 45 93
实施例2 42 91
实施例3 43 90
实施例4 40 92
实施例5 41 90
实施例6 38 91
实施例7 44 89
实施例8 43 92
对比例1 12 82
对比例2 25 78
对比例3 16 53
对比例4 32 86
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置，其特征在于，包括圆柱型的加热通道以及设置在所述的加热通道上的多个进风单元；所述的进风单元包括设置在所述的加热通道上的进风口以及与所述的进风口连接的导向器；所述的导向器的进风方向与设置在所述的加热通道内的膜丝轴向行进方向相反且与所述的膜丝轴向行进方向的夹角为10-90度。
2.根据权利要求1所述的连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置，其特征在于，所述的进风单元包括间隔/非间隔设置的多个纵向进风单元以及多个横向进风单元；所述的纵向进风单元包括对称设置在所述的加热通道上下两侧的两个进风单元；纵向进风单元的两个进风单元的导向器的进风方向相反且与膜丝的轴向行进方向的夹角相同；所述的横向进风单元包括对称设置在所述的加热通道左右两侧的两个进风单元；横向进风单元的两个进风单元的导向器的进风方向相反且与膜丝的轴向行进方向的夹角相同。
3.根据权利要求1所述的连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置，其特征在于，所述的进风口与新风系统连接；所述的加热通道内设置有温度传感器；所述的温度传感器与加热控制模块连接对进风口的空气的温度进行控制；还包括有变频风机模块对进风口的空气进行进风频率强度的控制。
4.根据权利要求1所述的连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置，其特征在于，所述的加热通道的外层包覆有隔热保温层。
5.根据权利要求1所述的连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置，其特征在于，加热通道两端设有连接VOC处理装置的废气收集罩。
6.一种连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的方法，其特征在于，包括下述步骤：界面聚合过程：车速1-40m/min，超滤基膜首先浸没于水相溶液中4-30s，风干后，再浸没于有机相溶液中10-60s，最后置于80-100℃的权利要求1-5任一项所述的连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的装置中进行热处理10-60s，即得产品；其中，水相溶液：包含多官能多元胺类，质子吸收剂的水溶液，所述质子吸收剂为有机碱或无机碱；有机相溶液：包含多官能度酰氯的有机溶液。
7.根据权利要求6所述的连续化生产高通量中空纤维纳滤膜的方法，其特征在于，有机相溶液中，所述的有机溶剂为ISOPAR L；多元酰氯的浓度为0.1-0.2％(w/w)；水相溶液中，多元胺的浓度为2-4％(w/w)，质子吸收剂的浓度为0.1-0.5％(w/w)。
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