CN207694612U - 一种制备分子筛膜的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种制备分子筛膜的装置，属于分子筛膜制备技术领域。将多孔支撑体固定在膜反应器的反应釜列管中；之后将分子筛晶种悬浮液输送至膜反应器中多孔支撑体的内腔，并在内腔表面以速度为50～200mL/min的速度循环流动1～60秒；之后逆向循环排出晶种悬浮液，烘干；最后将制膜溶液送入膜反应器，进行晶化合成反应，反应结束后将多孔支撑体取出并洗涤和烘干，即得到NaA分子筛内膜。该方法解决了在制备分子筛膜时涂晶过程和制膜过程相对独立的过程的问题，本方法合成的分子筛膜，重复性高，性能优良。
Description
技术领域
本实用新型属于分子筛膜制备技术领域，尤其涉及一种制备分子筛膜的装置。
背景技术
分子筛渗透汽化膜分离技术是一种新型分离技术，具有高效节能、过程易于控制、操作方便、便于放大与产业化等优点，在新能源开发、资源优化利用和环境保护等方面发挥着越来越重要的作用，是21世纪最有前途的高新技术之一。将分子筛膜用于有机溶剂脱水的研究始于上世纪九十年代，目前已实现NaA分子筛膜的规模化工业应用，在全球建成约400套工业脱水装置。现有技术的分子筛膜的合成在操作过程中将涂晶过程和合成过程中分开进行，增加了人为的影响因素，导致膜合成过程批次质量不稳定，特别是在工业化生产时，各批次的成品之间性能有一定差异，如通量、分离因子以及微结构差异等，这也是制约其大规模工业生产的瓶颈技术之一。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是实现了涂晶过程和晶化过程在同一个设备中一体化进行，降低了人为因素对膜合成的影响，提高了膜合成的批次稳定性，具体的技术方案是：
一种支撑体内表面分子筛膜的一体化制备方法，该方法包括以下步骤：
第1步：将多孔支撑体固定在膜反应器的反应釜列管中；
第2步：将分子筛晶种悬浮液输送至膜反应器中多孔支撑体的内腔，并在内腔表面以速℃为50～200mL/min的速度循环流动1～60秒；之后逆向循环排出晶种悬浮液，烘干；
第3步：将制膜溶液送入膜反应器，进行晶化合成反应，反应结束后将多孔支撑体取出并洗涤和烘干，即得到NaA分子筛内膜。
本实用新型技术方案中：所述的多孔支撑体的构型是单管式、多通道式的中空纤维。
本实用新型技术方案中：所述的多孔支撑体水平或垂直固定在膜反应器列管中。
本实用新型技术方案中：第2步烘干所采用热源可为导热油、热水或水蒸汽。
本实用新型技术方案中：第2步的烘干温℃为30-120℃；作为优选：第2步的烘干温℃为50-70℃。
本实用新型技术方案中：第3步合成反应的温℃为30-180℃；作为优选：第3步合成反应的温℃为80-120℃。
在一些更优选的技术方案中：合成反应采用热源可为导热油、热水或水蒸汽。
本实用新型技术方案中：制膜所用溶液是在偏铝酸钠中加入氢氧化钠和去离子水充分搅拌，形成铝溶液，澄清后加入硅酸钠，搅拌后形成制备NaA型分子筛膜。
本实用新型技术方案中：制膜溶液的配比为：Al2O3:SiO2:Na2O:H2O＝1：1：1～5：100～200。
一种用于实现上所述方法的装置，该装置包括膜反应器以及位于反应器两端的封头，反应釜列管位于膜反应器的内腔中，多孔支撑体通过O型圈以及压板固定于膜反应器的反应釜列管表面，在反应釜列管和膜反应器内壁之间设有热源流动层。
有益效果：
采用本实用新型技术方案合成出长度为800mm的NaA型分子筛内膜，在70℃下用于分离料液为水含量为5wNaA.％的乙醇/水溶液体系时，膜的分离因子>1000，通量>2.0kg·h–1·m–2，兼具有高的选择性和渗透通量。与现有技术相比，本实用新型创新地提出将涂晶过程和晶化过程一体化制备，消除涂晶后人为因素对晶种化载体的影响，降低膜的装卸工作，并且该方法简单、易行，应用于的分子筛内膜的制备时，能够使成膜均匀性提高，膜性能得到提高。利用本实用新型的方法合成的NaA型分子筛内膜与现有市场分子筛膜的性能相比，重复性高，性能优良，适合规模化工业生产。
附图说明
图1为本实用新型的分子筛膜的制备装置示意图；
图2为本实用新型实施例1合成的分子筛膜的膜表面场发射式扫描电镜图；
图3为本实用新型实施例1合成的分子筛内膜的膜断面场发射式扫描电镜图；
其中，1、封头；2、热源流动层；3、反应釜列管；4、O型圈；5、压板；6、多孔支撑体。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的保护范围不限于此：
一种分子筛膜的制备装置，该装置包括膜反应器以及位于反应器两端的封头(1)，反应釜列管(3)位于膜反应器的内腔中，多孔支撑体(6)通过O型圈(4)以及压板(5)固定于膜反应器的反应釜列管表面，在反应釜列管(3)和膜反应器内壁之间设有热源流动层(2)。
实施例1
步骤1、支撑体的固定
将两端封釉的单管多孔支撑体6利用O型圈4和压板5固定在反应釜列管中，并密封两端封头1。
步骤2：晶种化支撑体的制备
如图1所示，将多孔支撑体固定在膜反应器的反应釜列管中。之后称取晶种10g，分散于990g去离子水中，并盛放在搅拌器上的晶种罐中，搅拌并超声，得到分子筛晶种悬浮液；随后将A型分子筛晶种悬浮液通过输送装置恒流泵以100mL/min流速输送至支撑体6的内腔，循环流动5s，接下来以逆向方向循环排空支撑体6内腔和反应釜内中晶种溶液，随后开启导热油热源设定导热油温度为60℃，烘干5h，后备用
步骤3：制备NaA型分子筛膜
将偏铝酸钠加入氢氧化钠、和去离子水充分搅拌，形成铝溶液，澄清后加入硅酸钠，搅拌后形成制备NaA型分子筛膜的制膜溶液，其组分是摩尔配比为：Al2O3：SiO2：Na2O：H2O＝1:1:3.5:155。利用浆液泵将制膜溶液输送至密封反应釜，随后开启导热油加热系统使制膜溶液温度达到80℃下进行水热合成。反应4h后取出，随后拆封头1、压板5、O型圈4，卸多孔支撑体膜管，清洗浸泡膜管至pH为7-8左右后放入50℃烘箱烘干。
重复上述操作5次，制备5根单管NaA分子筛内膜。
实施例2
步骤1、支撑体的固定
将两端封釉的四通道支撑体6利用O型圈4和压板5固定在反应釜列管中，并密封两端封头1。
步骤2：晶种化支撑体的制备
如图1所示，称取晶种10g，分散于990g去离子水中，并盛放在搅拌器上的晶种罐中，搅拌并超声，得到分子筛晶种悬浮液；随后将A型分子筛晶种悬浮液通过输送装置恒流泵以150mL/min流速输送至支撑体6的内腔，循环流动15s，接下来以逆向方向循环排空支撑体6内腔和反应釜内中晶种溶液，随后开启导热油热源设定导热油温度为50℃，烘干5h，后备用。
步骤3：制备NaA型分子筛膜
将偏铝酸钠加入氢氧化钠、和去离子水充分搅拌，形成铝溶液，澄清后加入硅酸钠，搅拌后形成制备NaA型分子筛膜的制膜溶液，其组分是摩尔配比为：Al2O3：SiO2：Na2O：H2O＝1:1:2:150。利用浆液泵将制膜溶液输送至密封反应釜，随后开启导热油加热系统使制膜溶液温度达到100℃下进行水热合成。反应4h后取出，随后拆封头1、压板5、O型圈4，卸多孔支撑体膜管，清洗浸泡膜管至pH为7-8左右后放入50℃烘箱烘干。
重复上述操作5次，制备5根四通道NaA分子筛内膜。
实施例3
步骤1、支撑体的固定
将两端封釉的7通道支撑体6利用O型圈4和压板5固定在反应釜列管中，并密封两端封头1。
步骤2：晶种化支撑体的制备
如图1所示，称取晶种10g，分散于990g去离子水中，并盛放在搅拌器上的晶种罐中，搅拌并超声，得到分子筛晶种悬浮液；随后将A型分子筛晶种悬浮液通过输送装置恒流泵以180mL/min流速输送至支撑体6的内腔，循环流动45s，接下来以逆向方向循环排空支撑体6内腔和反应釜内中晶种溶液，随后开启导热油热源设定导热油温度为70℃，烘干5h，后备用
步骤3：制备NaA型分子筛膜
将偏铝酸钠加入氢氧化钠、和去离子水充分搅拌，形成铝溶液，澄清后加入硅酸钠，搅拌后形成制备NaA型分子筛膜的制膜溶液，其组分是摩尔配比为：Al2O3：SiO2：Na2O：H2O＝1:1:2:120。利用浆液泵将制膜溶液输送至密封反应釜，随后开启导热油加热系统使制膜溶液温度达到120℃下进行水热合成。反应4h后取出，随后拆封头1、压板5、O型圈4，卸多孔支撑体膜管，清洗浸泡膜管至pH为7-8左右后放入50℃烘箱烘干。
重复上述操作5次，制备7根四通道NaA分子筛内膜。
对照例1：
步骤1、支撑体的固定
将两端封釉的单管多孔支撑体固定在涂晶组件中。
步骤2：晶种化支撑体的制备
如图1所示，称取晶种10g，分散于990g去离子水中，并盛放在搅拌器上的晶种罐中，搅拌并超声，得到分子筛晶种悬浮液；随后将A型分子筛晶种悬浮液通过输送装置恒流泵以100mL/min流速输送至支撑体6的内腔，循环流动5s，接下来以逆向方向循环排空支撑体6内腔和反应釜内中晶种溶液，拆除涂晶组件，卸出晶种化多孔支撑体，放入烘箱中烘干5h，后备用
步骤3：制备NaA型分子筛膜
将偏铝酸钠加入氢氧化钠、和去离子水充分搅拌，形成铝溶液，澄清后加入硅酸钠，搅拌后形成制备NaA型分子筛膜的制膜溶液，其组分是摩尔配比为：Al2O3：SiO2：Na2O：H2O＝1:1:2:120。随后将晶种化多孔支撑体放入反应釜列管中，利用浆液泵将制膜溶液输送至密封反应釜，随后开启导热油加热系统使制膜溶液温度达到80℃下进行水热合成。反应4h后取出，随后，拿出多孔支撑体膜管清洗浸泡膜管至pH为7-8左右后放入50℃烘箱烘干。
重复上述操作5次，制备5根单管NaA分子筛内膜。
将实施例1～实施例3和对照例1所得的NaA分子筛进行渗透汽化，试验条件是：操作温℃70℃，分离体系是5wNaA.％的乙醇/水溶液。所得结果如下所示。
本实用新型所合成膜的渗透汽化性能较优，实施例1～实施例3所合成的膜中分离因子均>1000，通量>2kg·h–1·m–2。符合工业化应用的要求。
由实施例1制备得到的NaA型分子筛膜的场发射式扫描电镜图如图2和图3所示，从图中可以看出，制备得到的分子筛膜层均匀、完整无缺陷。
Claims (2)
1.一种制备分子筛膜的装置，其特征在于：该装置包括膜反应器以及位于反应器两端的封头(1)，反应釜列管(3)位于膜反应器的内腔中，多孔支撑体(6)固定于膜反应器的反应釜列管表面，在反应釜列管(3)和膜反应器内壁之间设有热源流动层(2)。
2.根据权利要求1所述的制备分子筛膜的装置，其特征在于：多孔支撑体(6)通过O型圈(4)以及压板(5)固定于膜反应器的反应釜列管表面。
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| CN201721786941.8U CN207694612U (zh) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | 一种制备分子筛膜的装置 |
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| CN201721786941.8U CN207694612U (zh) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | 一种制备分子筛膜的装置 |
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| CN201721786941.8U Active CN207694612U (zh) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | 一种制备分子筛膜的装置 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN107930411A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-04-20 | 江苏九天高科技股份有限公司 | 一种分子筛膜的制备方法及装置 |
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2017
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