一种制备中空纤维膜的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种制备中空纤维膜的装置，所述装置包括用于对原料进行计量和预处理的上料装置；用于接收来自所述上料装置的原料，并使其混合挤出形成铸膜液的混合挤出装置；用于接收来自所述混合挤出装置的铸膜液，并喷丝形成纤维的喷丝装置；用于接收由所述喷丝装置喷出的纤维，对其进行固化处理得到膜丝的凝胶装置以及用于对固化处理后的膜丝进行切丝和收卷处理的收丝装置；其中，所述喷丝装置包括喷丝头，喷丝头内设有传热通道，其内密封有机物。本发明专利技术中的中空纤维膜制备装置避免原有工艺的长时间搅拌溶解，去掉静置脱泡步骤，喷丝头温度均匀，工艺方便操作，易于工业化连续生产，降低生产和使用成本。

【技术实现步骤摘要】
一种制备中空纤维膜的装置
本专利技术涉及一种制备中空纤维膜的装置，属于材料加工设备领域。
技术介绍
膜技术作为一种高效低耗的分离技术，已经在众多领域得到应用，包括污水处理与回用、纯水生产、化工、海水淡化、市政供水、电子工业、制药和生物工程、食品、纺织等。中空纤维膜作为最常用的分离膜之一，应用规模在逐步扩大。另一方面膜材料及制膜工艺与膜结构有关，进一步会影响到分离膜的性能。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。拉伸法制备中空纤维膜技术在上世纪70年代已经被公开了，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，膜丝直径小，组件装填密度大，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法是工业膜组件中采用的最多的方法，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，此方式需要在混合后进行较长时间的静置脱泡或者真空脱泡后才能进入纺丝工艺阶段，效率难以满足大规模生产需求。一般的TIPS法制膜设备采用与NIPS类似的釜式设备，同样存在效率问题。中国专利CN102851763了一种中空纤维膜纺丝机，采用了带搅拌的圆筒状反应釜配制铸膜液，此方法在投料较多时会因为铸膜液液面距离底部高而造成底部脱泡困难，脱泡耗时长，制备效率低，采用TIPS法制膜时铸膜液粘度较高，搅拌困难，也不利于批量连续制备。专利CN101920172中公开的技术是采用釜式装置配料，混合时间在10h以上，而且需要两次脱泡来达到脱泡效果，因此同样存在工艺耗时长，制膜效率低的问题。目前中空纤维膜的NIPS和TIPS法生产为了提高生产效率多采用多孔喷丝头的方式提高生产效率，但是多孔喷丝头的孔数越多，喷丝板的体积越大，流道越复杂，由于进料孔位置单一，孔数越多的喷丝板的不同喷丝孔距离进料口的距离差异越大，不论是使用常温喷丝头还是对喷丝头进行外部加热，都容易出现传热或者冷却不均匀的现场，进一步造成流道内铸膜液粘度出现较大差异，使得多孔喷丝过程中出现膜丝有明显差异，影响中空纤维膜生产的稳定性。除此之外通常中空纤维膜纺丝采用单轮或者双轮绕丝轮进行收丝，绕丝速度恒定，随着绕丝时间延长，轮上膜丝增加造成绕丝轮绕丝直径变大，膜丝收卷线速度增加，对膜丝的牵引不稳定，同样影响膜丝结构的稳定性。本专利技术设计一种中空纤维膜的制备装置，选择合适的聚合物原料，直接使用挤出机进行连续混合挤出以及专门设计的喷丝头结构和连续定长切丝设计，工艺稳定，流程简单，克服了传统设备存在反应釜需要切换，溶解脱泡慢，喷丝板加热不均匀，绕丝不稳定等问题，高效而且简便的生产孔径均匀的中空纤维分离膜。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的多孔喷丝时膜丝差异较大，中空纤维稳定性不好，使用复杂的溶解和脱泡工艺，工艺耗时长，不利于大规模生产等技术问题，提供一种制备中空纤维膜的装置，本专利技术装置可稳定控制中空纤维膜生产工艺质量，生产效率高，制得的产品强度高，均匀性好，可广泛应用于水处理、生物、医药和能源等领域，具有良好的应用前景。本专利技术提供了一种制备中空纤维膜的装置，包括：上料装置，用于对所述原料进行计量和预处理；混合挤出装置，用于接收来自所述上料装置的原料，并对其混合挤出形成铸膜液；喷丝装置，用于接收来自所述混合挤出装置的铸膜液，并喷丝形成纤维；凝胶装置，用于接收由所述喷丝装置喷出的纤维，对其进行固化处理得到膜丝；收丝装置，用于对所述膜丝进行切丝和收卷处理；其中，所述喷丝装置包括喷丝头，所述喷丝头内设有传热通道，所述传热通道内密封有机物。根据本专利技术的一些实施方式，所述上料装置包括：计量装置，其上设有进料口和出料口，用于对原料进行计量；预热罐，其出料口与所述计量装置的进料口相连，用于对原料进行预热处理。根据本专利技术的优选实施例，所述计量装置包括固体计量装置和液体计量装置；所述预热罐出料口与所述液体计量装置的进料口相连。根据本专利技术的一个实施例，所述液体计量装置上设有加热装置，加热温度为常温～200℃。在一些具体实施例中，所述液体计量装置优选为液体失重计量装置，所述固体计量装置优选为固体失重计量装置。在一些具体实施例中，所述预热罐上设有加热装置和搅拌搅拌，加热温度为常温～200℃，搅拌速度为0～60r/min。根据本专利技术的一些实施方式，所述混合挤出装置包括：机筒，其加料口连接所述计量装置的出料口，用于接收来自所述计量装置的原料；位于所述机筒内部的平行螺杆，用于对机筒内的原料进行混合挤出；过渡体，其进料口连接所述机筒的出料口，其出料口与所述喷丝装置连接。根据本专利技术的优选实施例，所述机筒内设有隔热片，将所述机筒分成加料区域和熔融区域。在一些具体的实施例中，在所述加料区域的机筒外壁上，设有固体加料口和液体加料口，延物料的运输方向上，液体加料口位于固体加料口之后。在一些优选实施例中，所述固体加料口连接所述固体计量装置，所述液体加料口连接所述液体计量装置。根据本专利技术的一些实施方式，所述所述机筒和过渡体上设有冷却装置和加热装置；所述机筒上设有分开的固体加料口和液体加料口，所述机筒上的加热装置分为多个加热模块，将机筒分为多个加热区域。同时每个加热区域配置有冷却装置，冷却装置为循环冷却装置，冷却介质为水或者冷媒。根据本专利技术的一个优选实施例，所述液体加料口不少于1个。当液体与固体在加热后难以快速相溶则需要通过液体分次加料使液体比例达到工艺设定值。在机筒上液体加料口之后设置隔热片，将加料区域机筒与后段加热熔融区域机筒隔离开，同时隔热片前后设有独立冷却装置，避免后段机筒温度直接影响加料口区域温度，便于物料输送，加料口冷却装置优选冷媒冷却，以使液体加料口达到40℃以下，尤其是部分工艺采用的液体在温度低于50℃时粘度大或者容易出现结晶，为了避免在进料口发生结块堵塞，所以采用独立冷却和隔热片。所述隔热片材质为耐高温密封隔热材料，包括但不限于石墨，玻璃纤维，聚四氟乙烯，碳纤维，陶瓷或以上材料的复合材料。根据本专利技术的优选实施方式，所述螺杆贯穿所述隔热片，通过螺杆的转动对加入的原料进行混合，同时向前推送物料，将物料由加料区域传送至加热熔融区域，在加热熔融区域内受热熔融形成铸膜液。在一些具体实施例中，所述过渡体的进料口与所述机筒熔融区域的出料口链接。根据本专利技术的一些实施方式，所述喷丝装置包括：计量泵，其进口连接所述过渡体的出料口，用于接收来自所述过渡体的铸膜液并将其送至喷丝头；芯液装置，其出液口连接所述喷丝头的进口，用于配制芯液并送至喷丝头；喷丝头，用于接收来自于所述计量泵和芯液装置的物料并进行喷丝。根据本专利技术的优选实施例，所述计量泵包括第一计量泵和第二计量泵；在所述第一计量泵和第二计量泵之间，设有压力传感器。物料通过混合挤出后形成铸膜液进入过渡体，利用第一计量泵将铸膜液输送至第二计量泵，第一计量泵和第二计量泵通过管路串联。由于中空纤维膜制备纺丝过程中在喷丝头对压力稳定性要求较高，传统釜式中空纤维膜挤出纺丝设备仅采用一级计量泵，而挤出机由于经过螺杆的压缩挤出段，机头出口压力较高，压力波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备中空纤维膜的装置，包括：上料装置，用于对原料进行计量和预处理；混合挤出装置，用于接收来自所述上料装置的原料，并对其混合挤出形成铸膜液；喷丝装置，用于接收来自所述混合挤出装置的铸膜液，并喷丝形成纤维；凝胶装置，用于接收由所述喷丝装置喷出的纤维，对其进行固化处理得到膜丝；收丝装置，用于对所述膜丝进行切丝和收卷处理；其中，所述喷丝装置包括喷丝头，所述喷丝头内设有传热通道，所述传热通道内密封有机物。

【技术特征摘要】
1.一种制备中空纤维膜的装置，包括：上料装置，用于对原料进行计量和预处理；混合挤出装置，用于接收来自所述上料装置的原料，并对其混合挤出形成铸膜液；喷丝装置，用于接收来自所述混合挤出装置的铸膜液，并喷丝形成纤维；凝胶装置，用于接收由所述喷丝装置喷出的纤维，对其进行固化处理得到膜丝；收丝装置，用于对所述膜丝进行切丝和收卷处理；其中，所述喷丝装置包括喷丝头，所述喷丝头内设有传热通道，所述传热通道内密封有机物。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上料装置包括：计量装置，其上设有进料口和出料口，用于对原料进行计量；预热罐，其出料口与所述计量装置的进料口相连，用于对原料进行预热处理。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述计量装置包括固体计量装置和液体计量装置；所述预热罐出料口连接所述液体计量装置的进料口。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的装置，其特征在于，所述混合挤出装置包括：机筒，其加料口连接所述计量装置的出料口，用于接收来自所述计量装置的原料；位于所述机筒内部的螺杆，用于对机筒内的物料进行混合挤出；过渡体，其进料口连接所述机筒的出料口，其出料口与所述喷丝装置连接。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的装置，其特征在于，所述机筒内设有隔热片，将所述机筒分成加料区域和熔融区域；和/或在所述加料区域的机筒外壁上，设有固体加料口和液体加料口，延物料的运输方向上，液体加料口位于固体加料口...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚振宇，杨永强，任鹏飞，王玉杰，杨丽，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11