RU2706302C1 - Hollow fiber module manufacturing method - Google Patents
Hollow fiber module manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2706302C1 RU2706302C1 RU2018136545A RU2018136545A RU2706302C1 RU 2706302 C1 RU2706302 C1 RU 2706302C1 RU 2018136545 A RU2018136545 A RU 2018136545A RU 2018136545 A RU2018136545 A RU 2018136545A RU 2706302 C1 RU2706302 C1 RU 2706302C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fibers
- hollow
- epoxy
- sealant
- hollow fiber
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/02—Hollow fibre modules
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области разделения газовых и жидких смесей и, более конкретно к способу получения половолоконного модуля, и может быть использовано для герметизации полых волокон, входящих в состав модуля.The invention relates to the field of separation of gas and liquid mixtures and, more specifically, to a method for producing a hollow fiber module, and can be used to seal the hollow fibers that make up the module.
Половолоконные модули эффективны при разделении газовых и жидких смесей благодаря тому, что характеризуются большой площадью поверхности мембраны на единицу объема. Однако существует необходимость в дальнейшем повышении эффективности работы половолоконных модулей. Повышение эффективности разделения водных и газовых смесей в половолоконном модуле может быть достигнуто различными способами.Hollow fiber modules are effective in the separation of gas and liquid mixtures due to the fact that they are characterized by a large surface area of the membrane per unit volume. However, there is a need to further improve the performance of hollow fiber modules. Improving the efficiency of separation of water and gas mixtures in a hollow fiber module can be achieved in various ways.
Одним из лучших способов повышения эффективности работы половолоконного модуля является увеличение количества мембранных полых волокон, герметизируемых в корпусе самого модуля. При этом, обязательно возрастает плотность упаковки полых волокон в корпусе модуля, либо сам диаметр половолоконного модуля. Кроме того, при одновременном увеличении плотности упаковки полых волокон, так же может быть и увеличен диаметр самого корпуса половолоконного модуля для достижения наилучших результатов в разделении газовых и жидких смесей, или же наоборот диаметр может быть уменьшен, что позволяет при сохранении эффективности работы половолоконного модуля добиться уменьшения его размеров, делая модуль удобным и компактным в изготовлении.One of the best ways to increase the efficiency of a hollow fiber module is to increase the number of hollow membrane fibers that are sealed in the module body. At the same time, the packing density of hollow fibers in the module case necessarily increases, or the diameter of the hollow fiber module itself. In addition, with a simultaneous increase in the packing density of hollow fibers, the diameter of the hollow fiber module housing itself can also be increased to achieve the best results in the separation of gas and liquid mixtures, or vice versa, the diameter can be reduced, which, while maintaining the efficiency of the hollow fiber module, can be achieved reducing its size, making the module convenient and compact in manufacture.
Увеличение плотности упаковки мембранных полых волокон в корпус модуля требует создания новых методов и подходов к герметизации полых волокон. А с увеличением диаметра корпуса модуля повышаются требования, предъявляемые к составам герметиков, используемых для герметизации волокон.An increase in the packing density of membrane hollow fibers in the module case requires the creation of new methods and approaches to sealing hollow fibers. And with an increase in the diameter of the module housing, the requirements for the composition of sealants used to seal the fibers increase.
В промышленности для герметизации волокон обычно используют полимерные смеси. Например, известен способ производства половолоконного мембранного модуля, включающий формование, по меньшей мере, части распределительного входного элемента из материала, который подвержен быстрому растворению или быстрому поглощению и диспергированию в воде, горячей воде или органическом растворителе, размещение внутренней торцевой поверхности формованного распределительного входного элемента для сырой текучей среды внутри клеевого фиксирующего элемента, обеспечение клеевого соединения распределительного входного элемента для сырой текучей среды, половолоконной мембраны, переходного элемента для проникающей текучей среды и корпуса модуля друг с другом и затем создание условий для растворения или поглощения и диспергирования, по меньшей мере, части распределительного входного элемента для сырой текучей среды в любой жидкости из группы, в которую входят вода, горячая вода и органический растворитель, с образованием распределительного входного элемента для сырой текучей среды. Полученный половолоконный мембранный модуль включает трубчатый корпус; комплект многочисленных половолоконных мембран, смонтированный в корпусе модуля; клеевые фиксирующие элементы, закрепляющие торцевые концы комплекта мембран в корпусе модуля так, что исходная текучая среда может проходить через внутреннее пространство половолоконных мембран; переходный элемент для проникающего потока текучей среды, предназначенный для проницаемого соединения наружных торцевых поверхностей клеевых фиксирующих элементов посредством трубы с эквивалентным диаметром, значительно большим, чем у половолоконных мембран; и распределительный входной элемент для сырой текучей среды, предназначенный для подачи сырой текучей среды в корпус модуля возле одного из клеевых фиксирующих элементов, где в распределительном входном элементе для сырой текучей среды имеется множество впускных отверстий для сырой текучей среды, просверленных в промежутке между половолоконными мембранами так, чтобы обеспечивать возможность подачи сырой текучей среды вдоль половолоконных мембран. В качестве клея может быть использован термореактивный полимерный материал, например, эпоксидная смола, уретановая смола или силикон (см., патент РФ №2426586 С1, кл. МПК B01D 63/02, опубл. 20.08.2011).In industry, polymer blends are commonly used to seal fibers. For example, there is known a method of manufacturing a hollow fiber membrane module, comprising molding at least a portion of the distribution inlet element from a material that is susceptible to rapid dissolution or rapid absorption and dispersion in water, hot water or an organic solvent, placing an inner end surface of the molded distribution inlet element for wet fluid inside the adhesive fixing element, providing adhesive bonding of the distribution inlet element for I am a crude fluid, a hollow fiber membrane, a transition element for penetrating fluid and a module housing with each other and then creating the conditions for dissolving or absorbing and dispersing at least a portion of the distribution inlet element for the crude fluid in any fluid from the group which includes water, hot water and an organic solvent, with the formation of the distribution of the input element for the crude fluid. The resulting hollow fiber membrane module includes a tubular body; a set of numerous hollow fiber membranes mounted in the module housing; adhesive fixing elements securing the end ends of the membrane set in the module housing so that the source fluid can pass through the interior of the hollow fiber membranes; a transition element for a penetrating fluid flow, designed for permeable connection of the outer end surfaces of the adhesive fixing elements by means of a pipe with an equivalent diameter significantly larger than that of hollow fiber membranes; and a wet fluid distribution inlet for supplying the raw fluid to the module housing near one of the adhesive fixing elements, where the raw fluid distribution inlet has a plurality of wet fluid inlets drilled between the hollow fiber membranes so to allow for the supply of crude fluid along hollow fiber membranes. As an adhesive, a thermosetting polymer material, for example, epoxy resin, urethane resin or silicone (see, RF patent No. 2426586 C1, class IPC B01D 63/02, publ. 08.20.2011) can be used.
Однако, применение полимерных герметиков вызывает проблемы как при изготовлении модуля, так и при его применении. Технология герметизации является сложной и требует предварительной подготовки, а также использования специальной оснастки. Кроме того, полимерные смеси отличаются либо очень долгим временем отверждения, либо их отверждение сопровождается нарастанием экзотермической реакции, что ведет к возникновению локальных зон перегрева. Температура в них настолько высока, что приводит к деградации (плавлению, разрушению), герметизируемых полых волокон и, как следствие, неработоспособности (неэффективной работе) половолоконного модуля. Из-за высокой вязкости герметизирующей полимерной смеси и высокой плотности укладки мембранных полых волокон они закрепляются в корпусе неравномерно, и сложно добиться качественной герметизации, особенно в случае изготовления модуля большого диаметра. При эксплуатации половолоконного модуля проявятся другие недостатки применяемого герметика - старение полимера со временем и достаточно сильная усадка. При усадке герметика возникают острые пики, прилегающие к волокнам, которые при работе модуля могут нарушать их целостность. Кроме того, полимерные смеси обладают низкой теплопроводностью и в случае применения полимерных смесей, при герметизации модулей, еще одним их недостатком станет неэффективный теплоотвод.However, the use of polymer sealants causes problems both in the manufacture of the module and in its application. The sealing technology is complex and requires preliminary training, as well as the use of special equipment. In addition, polymer mixtures differ either in a very long curing time, or their curing is accompanied by an increase in the exothermic reaction, which leads to the appearance of local overheating zones. The temperature in them is so high that it leads to degradation (melting, destruction) of the sealed hollow fibers and, as a consequence, inoperability (inefficient operation) of the hollow fiber module. Due to the high viscosity of the sealing polymer mixture and the high packing density of the hollow membrane fibers, they are not uniformly fixed in the housing, and it is difficult to achieve high-quality sealing, especially in the case of manufacturing a large diameter module. During the operation of the hollow fiber module, other disadvantages of the used sealant will appear - aging of the polymer over time and sufficiently strong shrinkage. When the sealant shrinks, sharp peaks appear adjacent to the fibers, which during module operation can violate their integrity. In addition, polymer mixtures have low thermal conductivity and, in the case of polymer mixtures, when sealing the modules, their inefficient heat sink will be another drawback.
Известен способ получения половолоконного газоразделительного модуля, включающий помещение полых волокон в «сыром» состоянии в полую цилиндрическую форму (например, керамическую, металлическую, стеклянную), заливку их герметиком, нагрев до спекания материала волокон и твердения герметика, срезание волокон с герметиком и закрепление одной или нескольких форм с полыми волокнами в корпусе модуля, имеющем отверстия, соответствующие срезам волокон; а также модуль, полученный этим способом (см., патент US 6887304 В2, кл. МПК B01D 63/00, опубл. 03.05.2005).A known method of obtaining a hollow fiber gas separation module, comprising placing hollow fibers in a "wet" state in a hollow cylindrical shape (for example, ceramic, metal, glass), filling them with sealant, heating to sinter the fiber material and hardening the sealant, cutting the fibers with sealant and fixing one or several hollow fiber shapes in a module housing having openings corresponding to fiber cuts; and also the module obtained in this way (see, patent US 6887304 B2, class IPC B01D 63/00, publ. 03.05.2005).
Обычно в подобных модулях используют керамические волокна. Также могут применять и полые волокна из стали или сплавов переходных металлов и герметик из того же материала, что и сами волокна, то есть сплава металла того же состава. Однако в этом случае изготовление модуля сложно осуществимо из-за совпадения температуры плавления материалов герметика и волокон. Герметизация при этой температуре приведет к плавлению и разрушению самих волокон, а при меньшей температуре - будет неэффективной или вообще не произойдет. Полученный известным способом модуль окажется неработоспособным.Typically, ceramic fibers are used in such modules. Hollow fibers of steel or transition metal alloys and a sealant of the same material as the fibers themselves, that is, an alloy of metal of the same composition, can also be used. However, in this case, the manufacture of the module is difficult due to the coincidence of the melting temperature of the materials of the sealant and the fibers. Sealing at this temperature will lead to melting and destruction of the fibers themselves, and at lower temperatures it will be ineffective or will not occur at all. Received in a known manner, the module will be inoperative.
Кроме того, независимо от состава волокон и герметика, герметизация путем литья герметика в форму с волокнами может привести к заливке герметика в их открытые концы. Волокна с залитыми герметиком полостями не будут участвовать в работе модуля.In addition, regardless of the composition of the fibers and the sealant, sealing by molding the sealant into a fiber mold may result in the sealant being poured into their open ends. Fibers filled with sealant cavities will not participate in the module.
Общим недостатком известных способов получения половолоконных модулей является то, что отверждение полимерных составов неизбежно ведет к усадке, в результате которой в процессе герметизации на полых волокнах образуются острые мениски, сформированные отвержденной полимерной смесью. При расширении полых волокон, что практически неизбежно при работе половолоконного модуля в процессе разделения смеси газов или жидкостей они будут срезаться из-за образовавшихся менисков. В свою очередь, поврежденные, срезанные волокна уже не будут участвовать в рабочем процессе, а половолоконный модуль, таким образом, будет непригоден к дальнейшему использованию.A common disadvantage of the known methods for producing hollow fiber modules is that the curing of polymer compositions inevitably leads to shrinkage, resulting in the formation of sharp menisci formed on the hollow fibers formed by the cured polymer mixture. With the expansion of hollow fibers, which is almost inevitable when the hollow fiber module is in the process of separating a mixture of gases or liquids, they will be cut off due to the formed menisci. In turn, damaged, cut fibers will no longer be involved in the work process, and the hollow fiber module will thus be unsuitable for further use.
Наиболее близким к предложенному (прототипом) является способ получения половолоконного модуля по заявке РФ на изобретение №2016133713, кл. МПК B01D 63/02, B01D 63/04, опубл. 22.02.2018). Полые волокна до герметизации предварительно проклеивают и погружают в нефтепродукт. Затем устанавливают в разъемный стакан полую цилиндрическую форму и размещают в ней герметик - сплава металлов. Герметик нагревают до плавления и удаляют шлак с поверхности расплава. Затем погружают в расплав полые волокна и выдерживают до затвердевания герметика. После разделения разъемного стакана и извлечения указанной формы с герметизированными волокнами выступающие концы волокон срезают вместе с выступающей частью сплава. При проклеивании могут дополнительно изолировать клеем открытые концы волокон.Closest to the proposed (prototype) is a method for producing a hollow fiber module according to the application of the Russian Federation for invention No. 2016133713, class. IPC B01D 63/02, B01D 63/04, publ. 02/22/2018). Hollow fibers are pre-glued and immersed in oil. Then a hollow cylindrical shape is installed in the detachable cup and a sealant, an alloy of metals, is placed in it. The sealant is heated to melting and slag is removed from the surface of the melt. Then hollow fibers are immersed in the melt and maintained until the sealant hardens. After separation of the detachable cup and extraction of the indicated shape with sealed fibers, the protruding ends of the fibers are cut together with the protruding part of the alloy. When sizing, the open ends of the fibers can be further insulated with glue.
Главным недостатком данного прототипа является необходимость предварительного проклеивания полых волокон, что значительно усложняет процесс герметизации, так как требует дополнительных технологических стадий и их контроля. Кроме того, данный прототип не способен обеспечить высокую плотность набивки полых волокон в корпусе модуля, как и обеспечить их равномерное распределение.The main disadvantage of this prototype is the need for preliminary gluing of hollow fibers, which greatly complicates the sealing process, as it requires additional technological stages and their control. In addition, this prototype is not able to provide a high density of hollow fiber packing in the module housing, as well as to ensure their uniform distribution.
Также применение в качестве герметика металла или сплава металлов, стоимость которых значительно выше, чем стоимость обычных полимерных герметиков, сопряжена с опасностью для здоровья, так как многие металлы и их сплавы, входящие в состав, в том числе легкоплавких сплавов (например: сплавов свинца, висмута, олова и др.) являются токсичными. Кроме того, для герметизации необходимо плавление металла, что связано с применением высоких температур, усложнением аппаратурного оформления и большей опасностью при реализации способа на производстве. Учитывая применения в процессе герметизации нефтепродуктов с температурой кипения выше, чем температура плавления герметика, представляющего из себя легкоплавкий сплав, в любом случае существует риск воспламенения данного нефтепродукта.Also, the use of a metal or metal alloy as a sealant, the cost of which is significantly higher than the cost of conventional polymer sealants, is associated with a health hazard, since many metals and their alloys that are part of, including low-melting alloys (for example: lead alloys, bismuth, tin, etc.) are toxic. In addition, for sealing, melting of the metal is necessary, which is associated with the use of high temperatures, the complication of hardware design and greater danger when implementing the method in production. Given the application in the process of sealing oil products with a boiling point higher than the melting point of the sealant, which is a low-melting alloy, in any case there is a risk of ignition of this oil product.
Задача изобретения заключается в разработке способа получения половолоконного модуля, в котором достигается высокая плотность упаковки и равномерное распределение мембранных полых волокон в корпусе половолоконного модуля при надежной их герметизации в отсутствии разрушения мембранных полых волокон из-за менисков, образующихся при усадке эпоксидных композиций, а также возможность регулировать высоту герметизирующего слоя в будущем половолоконном модуле, на стадии герметизации.The objective of the invention is to develop a method for producing a hollow fiber module, in which a high packing density and uniform distribution of membrane hollow fibers in the housing of the hollow fiber module is achieved with reliable sealing in the absence of destruction of the membrane hollow fibers due to menisci formed during shrinkage of epoxy compositions, as well as the possibility adjust the height of the sealing layer in the future hollow fiber module at the sealing stage.
Поставленная задача решается тем, что предложен способ изготовления половолоконного мембранного модуля, включающий размещение полой формы с волокнами в заливочном стакане, герметизацию полых волокон герметиком, извлечение формы с загерметизированными волокнами из заливочного стакана после затвердевания герметика, срезание волокон вместе с выступающей частью герметика и закрепление полой формы с волокнами в корпусе модуля, в котором в качестве полой формы используют втулку, а в качестве герметика - две эпоксидные композиции, наружную поверхность втулки, погружаемую в эпоксидные композиции, и внутреннюю поверхность заливочного стакана, соприкасающуюся с эпоксидными композициями, покрывают разделительным слоем, эпоксидные композиции размещают в заливочном стакане послойно сначала заливают первую эпоксидную композицию, в которую погружают свободные концы полых волокон, и выдерживают до выравнивания фронта пропитки полых волокон первой эпоксидной композицией, затем заливают вторую эпоксидную композицию, обладающую более низким модулем упругости после ее отверждения, чем первая, при соотношении толщины слоев эпоксидных композиций равном 1:2-20:1, после выравнивания фронта пропитки второй эпоксидной композиции втулку опускают вдоль волокон в заливочный стакан с погружением в первую и вторую эпоксидные композиции на глубину, соответствующую высоте герметизирующего слоя будущего половолоконного модуля, выдерживают до полного отверждения эпоксидных композиций и извлекают втулку с загерметизированными волокнами.The problem is solved by the fact that the proposed method of manufacturing a hollow fiber membrane module, including placing a hollow mold with fibers in the filling cup, sealing the hollow fibers with a sealant, removing the mold with sealed fibers from the pouring cup after the sealant has hardened, cutting the fibers together with the protruding part of the sealant and fixing the hollow forms with fibers in the module case, in which a sleeve is used as a hollow form, and two epoxy compositions are used as a sealant, the outer the surface of the sleeve immersed in the epoxy compositions and the inner surface of the pouring cup in contact with the epoxy compositions are covered with a separation layer, the epoxy compositions are placed in the pouring cup layer-by-layer first fill the first epoxy composition into which the free ends of the hollow fibers are immersed and hold until the impregnation front is aligned hollow fibers with the first epoxy composition, then pour the second epoxy composition having a lower modulus of elasticity after it is cured than the first, with the ratio of the thickness of the layers of epoxy compositions equal to 1: 2-20: 1, after leveling the front of the impregnation of the second epoxy composition, the sleeve is lowered along the fibers into the filling cup with immersion in the first and second epoxy compositions to a depth corresponding to the height of the sealing layer of the future hollow fiber module, withstand until complete curing of the epoxy compositions and remove the sleeve with sealed fibers.
В предлагаемом способе в качестве первой эпоксидной композиции используют эпоксидную основу и отвердитель.In the proposed method, an epoxy base and a hardener are used as the first epoxy composition.
Эпоксидная основа первой эпоксидной композиции может быть представлена жидкой смолой или смесью смол из следующего ряда: эпоксидные смолы на основе бисфенола А (эпоксидиановые) или бисфенола F, эпоксиноволачные смолы, эпоксидные смолы на основе сложных глицидиловых эфиров, алифатические или циклоалифатические смолы, аминоэпоксидные смолы, олигоуретанэпоксиды, галогенсодержащие или фосфорсодержащие, в том числе фосфазенсодержащие, эпоксидные смолы.The epoxy base of the first epoxy composition may be a liquid resin or a mixture of resins from the following series: epoxy resins based on bisphenol A (epoxy) or bisphenol F, epoxy resin, epoxy resin based on glycidyl ethers, aliphatic or cycloaliphatic resins, aminoepoxy epoxy resins , halogen-containing or phosphorus-containing, including phosphazene-containing, epoxy resins.
В качестве отвердителя в первой эпоксидной композиции может быть использовано вещество или смесь веществ, относящихся к соединениям из следующего ряда: алифатические амины, (в том числе цианэтилированные и оксиэтилированные амины, аддукты эпоксидных олигомеров с полиаминами, аминоакрилаты и аминофенолы), ароматические амины, циклоалифатические амины, арилалифатические амины, олигоамиды, полиаминоамиды, полициклические амины, полиоксиалкиленполиамины, ангидриды кислот, замещенные имидазолы, кислоты Льюиса, политиолы, меркаптаны, изоцианаты, меламиноформальдегидные смолы, фенолформальдегидные смолы, полисульфидные каучуки (тиоколы).As a hardener in the first epoxy composition, a substance or mixture of substances belonging to compounds of the following series can be used: aliphatic amines (including cyanethylated and ethoxylated amines, adducts of epoxy oligomers with polyamines, aminoacrylates and aminophenols), aromatic amines, cycloaliphatic amines , arylaliphatic amines, oligoamides, polyaminoamides, polycyclic amines, polyoxyalkylene polyamines, acid anhydrides, substituted imidazoles, Lewis acids, polythiols, mercaptans, isoc ianates, melamine-formaldehyde resins, phenol-formaldehyde resins, polysulfide rubbers (thiocols).
В качестве второй эпоксидной композиции используют эпоксидную основу, отвердитель и пластификатор.As the second epoxy composition, an epoxy base, a hardener and a plasticizer are used.
Эпоксидная основа второй эпоксидной композиции может быть представлена жидкой смолой или смесью смол из следующего ряда: эпоксидные смолы на основе бисфенола А (эпоксидиановые) или бисфенола F, эпоксиноволачные смолы, эпоксидные смолы на основе сложных глицидиловых эфиров, алифатические или циклоалифатические смолы, аминоэпоксидные смолы, олигоуретанэпоксиды, галогенсодержащие или фосфорсодержащие, в том числе фосфазенсодержащие, эпоксидные смолы.The epoxy base of the second epoxy composition can be represented by a liquid resin or a mixture of resins from the following series: epoxy resins based on bisphenol A (epoxy) or bisphenol F, epoxy resin, epoxy resin based on glycidyl ethers, aliphatic or cycloaliphatic resins, amino epoxy resins, amino epoxy resins , halogen-containing or phosphorus-containing, including phosphazene-containing, epoxy resins.
В качестве отвердителя во второй эпоксидной композиции могут применять вещество или смесь веществ, являющихся соединениям из следующего ряда: алифатические амины (в том числе цианэтилированные и оксиэтилированные амины, аддукты эпоксидных олигомеров с полиаминами, аминоакрилаты и аминофенолы), ароматические амины, циклоалифатические амины, арилалифатические амины, олигоамиды, полиаминоамиды, полициклические амины, полиоксиалкиленполиамины, ангидриды кислот, замещенные имидазолы, кислоты Льюиса, политиолы, меркаптаны, изоцианаты, меламиноформальдегидные смолы, фенолформальдегидные смолы, полисульфидные каучуки (тиоколы).As a hardener in the second epoxy composition, a substance or mixture of substances that are compounds of the following series can be used: aliphatic amines (including cyanethylated and hydroxyethylated amines, adducts of epoxy oligomers with polyamines, aminoacrylates and aminophenols), aromatic amines, cycloaliphatic amines, aryl , oligoamides, polyaminoamides, polycyclic amines, polyoxyalkylene polyamines, acid anhydrides, substituted imidazoles, Lewis acids, polythiols, mercaptans, isocyanates, amino-formaldehyde resins, phenol-formaldehyde resins, polysulfide rubbers (thiokols).
В качестве пластификатора может быть использовано вещество или смесь веществ, относящихся к соединениям из ряда диглицидиловых эфиров многоатомных спиртов, глицидиловых эфиров фенолов, алкилглицидиловых эфиров жирных спиртов, полисульфидным каучукам (тиоколам).As a plasticizer, a substance or mixture of substances belonging to compounds from the series of diglycidyl ethers of polyhydric alcohols, glycidyl ethers of phenols, alkyl glycidyl ethers of fatty alcohols, polysulfide rubbers (thiocolam) can be used.
В качестве разделительного слоя используют минеральное масло-силиконовое или вазелиновое, воск, или их смесь.As the separation layer, mineral silicone oil or liquid paraffin, wax, or a mixture thereof is used.
Выбор толщины слоев эпоксидных композиций варьируется в интервале 1:2-20:1 и зависит от конкретных характеристик половолоконного модуля, таких как плотность упаковки полых волокон, материал волокон, назначение половолоконного модуля, рабочая температура и давление, внутренний диаметр корпуса половолоконного модуля и др.The choice of the thickness of the layers of epoxy compositions varies in the range 1: 2-20: 1 and depends on the specific characteristics of the hollow fiber module, such as the packing density of the hollow fibers, the material of the fibers, the purpose of the hollow fiber module, the operating temperature and pressure, the inner diameter of the housing of the hollow fiber module, etc.
Предложенный способ позволяет избежать разрушения волокон из-за образования острых менисков, так как мениск будет формироваться из второй эпоксидной композиции, которая после отверждения обладает низким модулем упругости. Таким образом при расширении (сжатии) полых волокон в процессе водо- газо-разделения будет расширяться (сужаться) сам мениск.The proposed method avoids the destruction of fibers due to the formation of sharp menisci, since the meniscus will be formed from the second epoxy composition, which after curing has a low modulus of elasticity. Thus, with the expansion (contraction) of the hollow fibers during the water-gas separation, the meniscus will expand (contract).
На Фиг. 1 представлена схема процесса получения половолоконного модуля, где:In FIG. 1 shows a diagram of a process for producing a hollow fiber module, where:
1 - Заливочный стакан1 - Fill Cup
2 - Втулка2 - Bushing
3 - Пучок полых волокон3 - A bundle of hollow fibers
4 - Разделительный слой (это силиконовое масло или вазелиновое масло, или воск, или их смесь)4 - Separation layer (this is silicone oil or liquid paraffin, or wax, or a mixture thereof)
5 - Герметик (первая эпоксидная композиция)5 - Sealant (first epoxy composition)
6 - Вторая эпоксидная композиция.6 - The second epoxy composition.
На Фиг. 2 представлено схематичное изображение сечения части половолоконного модуля, где:In FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of part of a hollow fiber module, where:
А - Процесс герметизации полых волоконA - The process of sealing hollow fibers
Б - Загерметизированные полые волокна, после усадки композицийB - Sealed hollow fibers, after shrinkage of the compositions
В - Загерметизированные полые волокна, во время работы модуляB - Sealed hollow fibers during module operation
5 - Герметик (первая эпоксидная композиция)5 - Sealant (first epoxy composition)
6 - Вторая эпоксидная композиция6 - The second epoxy composition
7 - стенка мембранного полого волокна7 - membrane hollow fiber wall
8 - острый мениск8 - sharp meniscus
9 - полость мембранного полого волокна усадка двух9 - the cavity of the membrane hollow fiber shrinkage of two
Способ изготовления половолоконного мембранного модуля осуществляют следующим образом.A method of manufacturing a hollow fiber membrane module is as follows.
1 этап. Во втулку плотно помещают собранные в пучок полые волокна. При этом концы полых волокон остаются не вскрытыми.
2 этап. Поверхность втулки, погружаемая в эпоксидные композиции, за исключением, внутренней части, где плотно упакованы мембранные полые волокна и заливочный стакан, в местах соприкосновения с герметиком обильно смазывают минеральным маслом - силиконовым или вазелиновым, воском или их смесью. Данный технологический этап герметизации полых волокон позволяет предохранить заливочный стакан от адгезии к нему герметика (эпоксидной композиции), с одной стороны, сохраняя его способность к повторному использованию, а с другой - обеспечивая возможность извлечения загерметизированных полых волокон во втулке из заливочного стакана. В случае, если заливочный стакан не будет предварительно защищен от адгезии герметика (эпоксидной композиции), извлечь загерметизированные во втулке волокна из заливочного стакана будет возможно только при нагревании заливочного стакана до температуры, близкой к температуре деструкции герметика, что нарушило бы герметизацию полых волокон из-за частичного разрушения герметика.2 stage. The surface of the sleeve, immersed in epoxy compositions, with the exception of the inner part, where the hollow fiber membranes and the filling cup are tightly packed, in the places of contact with the sealant is abundantly lubricated with mineral oil - silicone or liquid paraffin, wax or a mixture thereof. This technological stage of sealing hollow fibers allows you to protect the filling cup from adhesion of the sealant (epoxy composition) to it, on the one hand, while maintaining its ability to reuse, and on the other hand, providing the possibility of removing the sealed hollow fibers in the sleeve from the filling cup. If the pouring cup is not previously protected from adhesion of the sealant (epoxy composition), it will be possible to remove the fibers sealed in the sleeve from the pouring cup only when the pouring cup is heated to a temperature close to the temperature of the sealant destruction, which would violate the sealing of the hollow fibers from for partial destruction of the sealant.
3 этап. В заливочный стакан помещают гомогенизированную смесь первой эпоксидной композиции (герметика). Смесь представляет собой низковязкую эпоксидную композицию с долгим временем жизни, не обладающую высоким экзотермическим эффектом. Например: эпоксидная смола D.E.R.-330 и аминный отвердитель изофорондиамин в массовом соотношении 100 к 24.3 stage. A homogenized mixture of the first epoxy composition (sealant) is placed in the pouring cup. The mixture is a low viscosity epoxy composition with a long lifetime, not having a high exothermic effect. For example: D.E.R.-330 epoxy resin and isophorondiamine amine hardener in a weight ratio of 100 to 24.
Объем необходимой смеси варьируется в зависимости от характеристик изготавливаемого половолоконного модуля, а именно его внутреннего диаметра, плотности упаковки мембранных полых волокон, рабочем давлении, при котором планируется использовать данный модуль, материале полого волокна и др.The volume of the required mixture varies depending on the characteristics of the manufactured hollow fiber module, namely its inner diameter, packing density of the membrane hollow fibers, the working pressure at which this module is planned to be used, the material of the hollow fiber, etc.
4 этап. Полые волокна, плотно упакованные во втулке, свободными концами погружают в первую эпоксидную композицию - герметик. Из-за близкого расположения полых волокон и действующих капиллярных сил, образуются полости, незаполненные герметиком. Однако, низкая вязкость герметика, позволяет ему проникать в эти полости, заполняя их. Таким образом, вскоре после погружения мембранных полых волокон выравнивается фронт пропитки полых волокон первой эпоксидной композицией - герметиком. После выравнивания фронта пропитки полых волокон на поверхность смеси герметика выливают слой низковязкой второй эпоксидной композиции, таким образом, что объемное соотношение между первой эпоксидной композицией-герметиком и второй эпоксидной композицией варьируется в пределах от 1:2 до 20:1 и зависит от конкретных характеристик половолоконного модуля таких как плотность упаковки полых волокон, материал волокон, назначение половолоконного модуля, рабочая температура и давление, внутренний диаметр корпуса половолоконного модуля, которая после отверждения обладает более низким модулем упругости, чем первая эпоксидная композиция - герметик. Например: эпоксидная смола D.E.R.-330, ДЭГ-1, диэтиламин, изофорондиамин, в соотношении 100:80:20:5. Модуль упругости, отвержденной композиции, достигает 5 МПа, в то время как модуль упругости первой эпоксидной композиции, после отверждения достигает 2,8 ГПа4th stage. Hollow fibers, tightly packed in the sleeve, are immersed with their free ends in the first epoxy composition - sealant. Due to the close proximity of the hollow fibers and the acting capillary forces, cavities are formed that are not filled with sealant. However, the low viscosity of the sealant allows it to penetrate these cavities, filling them. Thus, shortly after immersion of the hollow fiber membrane, the front of the hollow fiber impregnation with the first epoxy composition - sealant - is leveled. After aligning the front of the impregnation of the hollow fibers, a layer of a low viscosity second epoxy composition is poured onto the surface of the sealant mixture, so that the volume ratio between the first epoxy sealant composition and the second epoxy composition varies from 1: 2 to 20: 1 and depends on the specific characteristics of the hollow fiber modules such as hollow fiber packing density, fiber material, purpose of the hollow fiber module, operating temperature and pressure, inner diameter of the housing of the hollow fiber module after curing, it has a lower modulus of elasticity than the first epoxy composition - sealant. For example: epoxy resin D.E.R.-330, DEG-1, diethylamine, isophorondiamine, in a ratio of 100: 80: 20: 5. The modulus of elasticity of the cured composition reaches 5 MPa, while the modulus of elasticity of the first epoxy composition, after curing, reaches 2.8 GPa
Отвержденная первая композиция обеспечивает все необходимые механические характеристики заливки герметика.The cured first composition provides all the necessary mechanical characteristics of the sealant.
После выравнивания фронта пропитки второй эпоксидной композиции втулку опускают вдоль волокон и погружают в эпоксидные композиции. Глубина погружения втулки в эпоксидные композиции примерно соответствует высоте герметизирующего слоя в будущем половолоконном модуле. При опускании втулки происходит стягивание волокон и удаление лишнего герметика, что обеспечивает высокую плотность набивки волокон и их равномерное распределение. При этом втулка полностью не погружается в эпоксидные композиции, а верх втулки находится выше верха заливочного компаунда, что позволяет без труда извлечь втулку после отверждения эпоксидных композиций. Поверхность втулки, погружаемая в эпоксидные композиции, за исключением, внутренней части, где плотно упакованы мембранные полые волокна, покрыта разделительным слоем, например минеральным маслом - вазелиновым или силиконовым, воском, или их смесью. Также плотность упаковки полых волокон, не позволяют втулке самопроизвольно опускаться, вдоль полых волокон, что позволяет свободно регулировать уровень погружения втулки в эпоксидные композиции, а значит и регулировать высоту герметизирующего слоя в будущем половолоконном модуле.After leveling the front of the impregnation of the second epoxy composition, the sleeve is lowered along the fibers and immersed in epoxy compositions. The immersion depth of the sleeve in epoxy compositions approximately corresponds to the height of the sealing layer in the future hollow fiber module. When lowering the sleeve, the fibers are pulled together and excess sealant is removed, which ensures a high density of fiber packing and their uniform distribution. In this case, the sleeve is not completely immersed in the epoxy compositions, and the top of the sleeve is higher than the top of the casting compound, which allows you to easily remove the sleeve after curing of the epoxy compositions. The surface of the sleeve, immersed in epoxy compositions, with the exception of the inner part where the hollow fiber membranes are tightly packed, is coated with a separation layer, for example, mineral oil - petrolatum or silicone, wax, or a mixture thereof. Also, the packing density of the hollow fibers does not allow the sleeve to drop spontaneously along the hollow fibers, which allows you to freely adjust the level of immersion of the sleeve in epoxy compositions, and therefore to adjust the height of the sealing layer in the future hollow fiber module.
5 этап. После отверждения эпоксидных композиций, втулку с загерметизированными в ней полыми волокнами извлекают из заливочного стакана.5 stage. After curing the epoxy compositions, the sleeve with the hollow fibers sealed therein is removed from the filling cup.
6 этап. Слой герметика срезают вместе с концами полых волокон, таким образом вскрываются их отверстия. Втулку закрепляют в водо- или газоразделительном модуле, так что она становится его частью.6 stage. The sealant layer is cut off along with the ends of the hollow fibers, thus opening their holes. The sleeve is fixed in a water or gas separation module, so that it becomes part of it.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами.The proposed technical solution is illustrated by the following examples.
Пример 1Example 1
В качестве герметика выбирают эпоксидную композицию состава: эпоксидная смола D.E.R.-330, смешанная в соотношении 100 к 24 с аминным отвердителем изофорондиамином с модулем упругости отвержденной композиции 2,8 ГПа. Плотно собранные в пучок полые волокна из полиэфиримида, концы которых остаются не вскрытыми, помещают в полую цилиндрическую втулку. Поверхность втулки, погружаемая в эпоксидные композиции, за исключением, внутренней части, где плотно упакованы мембранные полые волокна и поверхность заливочного стакана, соприкасающуюся с эпоксидными композициями покрывают силиконовым маслом. В эпоксидную композицию, находящуюся в заливочном стакане погружают свободные концы полых волокон. Затем на поверхность смеси герметика добавляют слой второй эпоксидной композиции состава: эпоксидная смола D.E.R.-330, ДЭГ-1, диэтиламин, изофорондиамин, в соотношении 100:80:20:5, с модулем упругости отвержденной композиции достигает 5 МПа, толщиной 1 см при соотношении первой и второй эпоксидных композиций равном 4:1 После этого втулку опускают вдоль волокон и погружают в эпоксидную композицию, таким образом, размещая ее в заливочном стакане. Глубина погружения втулки в эпоксидную композицию - 3 см. При этом верх втулки оказывается выше верха заливочного стакана. При опускании втулки происходит стягивание волокон и удаление лишнего герметика. Выдерживают волокна в герметике в течение 24 часов. За это время происходит полное отверждение обоих эпоксидных композиций. Затем втулку вместе с загерметизированными в ней полыми волокнами извлекают из заливочного стакана. Выступающую часть отвержденного герметика и концы волокон срезают; вторая эпоксидная композиция при этом остается внутри втулки.As the sealant, an epoxy composition of the composition is chosen: epoxy resin D.E.R.-330, mixed in a ratio of 100 to 24 with the amine hardener isophorondiamine with a modulus of elasticity of the cured composition of 2.8 GPa. Polyesterimide hollow fibers tightly assembled into a bundle, the ends of which are not opened, are placed in a hollow cylindrical sleeve. The surface of the sleeve immersed in the epoxy compositions, with the exception of the inside, where the hollow fiber membranes are tightly packed and the surface of the nozzle in contact with the epoxy compositions are coated with silicone oil. The free ends of the hollow fibers are immersed in the epoxy composition located in the beaker. Then, a layer of the second epoxy composition is added to the surface of the sealant mixture: epoxy resin DER-330, DEG-1, diethylamine, isophorondiamine, in a ratio of 100: 80: 20: 5, with an elastic modulus of the cured composition reaches 5 MPa, 1 cm thick with a ratio the first and second epoxy compositions equal to 4: 1 After that, the sleeve is lowered along the fibers and immersed in the epoxy composition, thus placing it in a pouring glass. The depth of immersion of the sleeve in the epoxy composition is 3 cm. In this case, the top of the sleeve is higher than the top of the filling cup. When lowering the sleeve, the fibers are pulled together and excess sealant is removed. Cure fibers in sealant for 24 hours. During this time, both epoxy compositions fully cure. Then the sleeve, together with the hollow fibers sealed in it, is removed from the filling cup. The protruding portion of the cured sealant and the ends of the fibers are cut; the second epoxy composition remains inside the sleeve.
Втулка становится частью газоразделительного модуля, будучи выполненной из того же материала, что и материал корпуса половолоконного модуля, она, в зависимости от материала, может быть прикручена, вварена, вклеена и др. в корпус половолоконного модуля.The sleeve becomes part of the gas separation module, being made of the same material as the material of the hollow fiber module housing, it, depending on the material, can be screwed, welded, glued and others into the hollow fiber module housing.
При этом получается половолоконный модуль, полые волокна которого при работе данного модуля и их непосредственном расширении остаются целостным, без повреждений. Это достигается благодаря тому, что образовавшиеся при усадке эпоксидных композиций острые мениски в процессе водо- газо-разделения будут расширяться (сужаться) вместе с полыми волокнами, не нарушая их целостности, в результате чего все волокна остаются пригодными к разделению газовых или жидких смесей, (см. фиг 2)This results in a hollow fiber module, the hollow fibers of which during the operation of this module and their direct expansion remain integral, without damage. This is achieved due to the fact that the sharp menisci formed during the shrinkage of epoxy compositions during water-gas separation will expand (taper) together with the hollow fibers without violating their integrity, as a result of which all fibers remain suitable for separation of gas or liquid mixtures, ( see fig 2)
Пример 2Example 2
Способ осуществляют аналогично примеру 1, но в качестве первой эпоксидной композиций используют смолу эпоксидиановую ЭД-20 и коммерчески доступный отвердитель ЭТАЛ-45М в соотношении 100:38, а в качестве второй эпоксидной композиции эпоксидную смолу ЭД-20, ДЭГ-1 и аминный отвердитель полиэтиленполиамин (ПЭПА) в соотношении 10:8:1, при соотношении эпоксидных композиций 5 к 1.The method is carried out analogously to example 1, but as the first epoxy compositions using epoxy resin ED-20 and a commercially available hardener ETAL-45M in a ratio of 100: 38, and as a second epoxy composition epoxy resin ED-20, DEG-1 and amine hardener polyethylene polyamine (PEPA) in a ratio of 10: 8: 1, with a ratio of epoxy compositions of 5 to 1.
Пример 3Example 3
Способ осуществляют аналогично примеру 1, но в качестве первой эпоксидной композиций используют смолу эпоксидиановую ЭД-20 и отвердитель полиоксипропиленамин (Джеффамин Т-403®) 100 к 42, а в качестве второй эпоксидной композиции эпоксидную смолу ЭД-20, ТЭГ-1 и аминный отвердитель диэтиламин в соотношении 5:4:1, при соотношении эпоксидных композиций 2 к 1.The method is carried out analogously to example 1, but as the first epoxy compositions using epoxy epoxy resin ED-20 and hardener polyoxypropyleneamine (Jeffamine T-403®) 100 to 42, and as a second epoxy composition epoxy resin ED-20, TEG-1 and amine hardener diethylamine in a ratio of 5: 4: 1, with a ratio of epoxy compositions of 2 to 1.
Таким образом, предложенный способ позволяет получить следующие технические результатыThus, the proposed method allows to obtain the following technical results
- высокая плотность упаковки и равномерное распределение мембранных полых волокон в корпусе половолоконного модуля- high packing density and uniform distribution of membrane hollow fibers in the hollow fiber module housing
- надежная герметизация и возможность регулировать высоту герметизирующего слоя в будущем половолоконном модуле, на стадии герметизации- reliable sealing and the ability to adjust the height of the sealing layer in the future hollow fiber module, at the sealing stage
- отсутствие разрушения мембранных полых волокон из-за, образующихся при усадке эпоксидных композиций, острых менисков- the absence of destruction of the membrane hollow fibers due to the sharp meniscus formed during the shrinkage of epoxy compositions
- замена дорогостоящих и токсичных металлов и их сплавов (по прототипу) на эпоксидные герметики, распространенные в отечественной промышленности, позволяет упростить аппаратурное оформление способа, снизить затраты на материалы и энергию;- replacement of expensive and toxic metals and their alloys (according to the prototype) with epoxy sealants common in the domestic industry, allows to simplify the hardware design of the method, reduce the cost of materials and energy;
- отсутствие высоких температур, требуемых для плавления металлов и их сплавов, повышает безопасность предлагаемого способа.- the absence of high temperatures required for the melting of metals and their alloys, increases the safety of the proposed method.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018136545A RU2706302C1 (en) | 2018-10-17 | 2018-10-17 | Hollow fiber module manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018136545A RU2706302C1 (en) | 2018-10-17 | 2018-10-17 | Hollow fiber module manufacturing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2706302C1 true RU2706302C1 (en) | 2019-11-15 |
Family
ID=68580022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018136545A RU2706302C1 (en) | 2018-10-17 | 2018-10-17 | Hollow fiber module manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2706302C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2130333C1 (en) * | 1994-06-02 | 1999-05-20 | Юньон Энжиниринг А/С | Method of producing sections with hollow fibers for hollow fiber modules |
| US6887304B2 (en) * | 2001-03-16 | 2005-05-03 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten | Method for producing a hollow fiber membrane module or a capillary membrane module |
| RU2475296C2 (en) * | 2008-06-04 | 2013-02-20 | Асахи Касеи Кемикалз Корпорейшн | Hollow-fiber membrane module with coated external periphery of membrane |
| RU167818U1 (en) * | 2016-08-17 | 2017-01-10 | Марк Александрович Мандрик | FIBERGAS DIVISION MODULE |
| RU2016133713A (en) * | 2016-08-17 | 2018-02-22 | Марк Александрович Мандрик | FOAM FIBER GAS SEPARATION MODULE AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE |
-
2018
- 2018-10-17 RU RU2018136545A patent/RU2706302C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2130333C1 (en) * | 1994-06-02 | 1999-05-20 | Юньон Энжиниринг А/С | Method of producing sections with hollow fibers for hollow fiber modules |
| US6887304B2 (en) * | 2001-03-16 | 2005-05-03 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten | Method for producing a hollow fiber membrane module or a capillary membrane module |
| RU2475296C2 (en) * | 2008-06-04 | 2013-02-20 | Асахи Касеи Кемикалз Корпорейшн | Hollow-fiber membrane module with coated external periphery of membrane |
| RU167818U1 (en) * | 2016-08-17 | 2017-01-10 | Марк Александрович Мандрик | FIBERGAS DIVISION MODULE |
| RU2016133713A (en) * | 2016-08-17 | 2018-02-22 | Марк Александрович Мандрик | FOAM FIBER GAS SEPARATION MODULE AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6270714B1 (en) | Method for potting or casting inorganic hollow fiber membranes into tube sheets | |
| CN103785295B (en) | A kind of hollow fiber film assembly apparatus for pouring and method thereof | |
| CN103181061B (en) | For the rotor of motor | |
| RU2669624C2 (en) | Membrane cartridge system | |
| CN101960145B (en) | High temperature progressive cavity motor or pump component and method of fabrication | |
| KR20080012822A (en) | Header for module of hollow fiber membranes and method of potting hollow fibers | |
| CN107745749A (en) | Composite material automobile bonnet and preparation method thereof | |
| FR2473049A1 (en) | ||
| JPS61222510A (en) | Hollow yarn membrane module and its preparation | |
| RU2706302C1 (en) | Hollow fiber module manufacturing method | |
| WO2009084014A3 (en) | An epoxy resin composition | |
| CN104530650A (en) | Submersible vehicle encapsulation composite foam filling materials and preparation method thereof | |
| CN105473253A (en) | Crystallizer for continuous casting and method for its production | |
| CN103773301A (en) | Thixotropic light adhesive for bonding buoyancy material module | |
| JP2013518213A (en) | Turbine blades operating in water | |
| CN110052168A (en) | Hollow fiber film assembly casting device | |
| CA2657156A1 (en) | Composite material formulation | |
| RU2671888C2 (en) | Hollow fiber gas separation module and method of its manufacturing | |
| RU167818U1 (en) | FIBERGAS DIVISION MODULE | |
| CN114133836B (en) | Microcapsule type self-repairing sintered epoxy coating and preparation method thereof | |
| KR101403196B1 (en) | Resin-impregnated body made of silicon carbide | |
| SE443325B (en) | SET TO MOLD THE PIECE WITH EPOXY HEART MASSES | |
| CN105985610A (en) | Method for producing solid buoyancy material | |
| RU2800090C2 (en) | Method of connecting syntactic foam monoblocks into composite buoyancy blocks | |
| CN215026142U (en) | Crystallizer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201018 |