使用喷丝器生产纤维制造技术

系统和方法可以用于生产具有外部褶皱、内部褶皱或两者的纤维。这些纤维可以用在例如中空纤维膜组件中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用喷丝器生产纤维相关申请的交叉引用本申请主张2018年1月31日提交的美国临时专利申请No.62/624,311和2018年4月24日提交的美国专利申请No.15/961,467的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。
技术介绍
中空纤维膜(HFMs)是一类人造膜，所述人造膜包含呈中空纤维形式的半渗透屏障。中空纤维膜最初于1960年代开发用于反渗透应用，此后在气体分离、蒸气渗透、水处理、脱盐、细胞培养、医学和组织工程学中变得很普遍。大多数商用中空纤维膜都被包装在组件或筒芯中，所述组件或筒芯可以用于各种液体和气体分离。HFM通常使用人造聚合物被生产。所涉及的具体生产方法在很大程度上取决于所使用的聚合物的类型及其分子量。HFM生产，通常称为“纺丝”，可以使用喷丝器进行，喷丝器是一种包含针和环形件的装置，其中“芯液(borefluid)”通过所述针被挤出，而聚合物溶液通过环形件被挤出。当聚合物通过喷丝器的环形件被挤出时，所述聚合物保持中空圆筒形形状。当聚合物离开喷丝器时，所述聚合物会通过被称为相转化的工艺被固化成膜。
技术实现思路
本公开描述了用于使用喷丝器生产纤维的机器和方法。纤维是通过将聚合物挤出通过喷丝器而被生产，其中该聚合物在从喷丝器挤出后固化。这些系统和方法可以生产具有外部褶皱的各种实心纤维和具有外部褶皱、内部褶皱或外部褶皱和内部褶皱二者的中空纤维。可以使用这些系统和方法，例如，包括干湿纺丝、湿纺丝和熔融纺丝的相转化纺丝工艺。由这些系统和方法生产的具有褶皱图案的纤维可以用作HFM组件中的间隔物，以通过改善组件中的进料流体和/或渗透流体流的混合来减少浓差极化，从而减少间隔物粗糙表面的结垢，并且减少组件中的死区或沟流效应。这些效果可以显著提高包含这些纤维的HFM组件的效率。具有褶皱的纤维可以被制成为实心纤维(也称为线)或中空纤维。具有褶皱的中空纤维可以充当HFM组件中的间隔物，同时也参与实际的分离。相反，具有褶皱的实心纤维充当间隔物，以更好地混合并最小化浓差极化，以便在不直接参与实际分离的情况下最大化中空纤维束外部的传质系数。在一个方面中，用于生产用于在中空纤维组件中使用的纤维的机器包括：具有基部和针的喷丝器，该基部和该针至少部分地限定具有轴线的通道；延伸到通道中的至少一个突出部；和连接到该至少一个突出部的马达，该马达能够操作以使该至少一个突出部相对于通道的轴线旋转。在一个方面中，用于生产纤维的机器包括：限定第一通道的喷丝器，该喷丝器具有延伸到第一通道中的至少一个突出部；以及连接到该至少一个突出部的马达，该马达能够操作以使该至少一个突出部相对于通道的轴线旋转。这些机器的实施例可以包括以下特征中的一个或多个。在一些实施例中，至少一个突出部从基部延伸到通道中。在某些情况下，基部能够绕着通道的轴线旋转。在一些情况下，马达以可操作的方式联接至基部，以使得马达的操作使基部绕着通道的轴线旋转。在一些实施例中，突出部可从喷丝器被拆卸。在某些情况下，机器包括插入件，该插入件以能够拆卸的方式安装到基部，其中至少一个突出部从插入件延伸到通道中。在某些情况下，插入件能够相对于基部旋转。在一些实施例中，机器包括盖，盖的尺寸被设置成容纳插入件，盖可相对于基部旋转。在一些情况下，马达以能够操作的方式联接至盖，使得马达的操作使盖绕着通道的轴线旋转。在一些实施例中，通道是第一通道，并且针限定在针内部的第二通道，第二通道通过针与第一通道隔开。在一些实施例中，机器包括控制单元，该控制单元能够操作以将控制信号发送至马达。在一些实施例中，喷丝器的针限定与第一通道同心的第二通道。在某些情况下，机器包括插入件，该插入件以能够拆卸的方式安装到基部，其中至少一个突出部从插入件延伸到通道中。在一些实施例中，机器包括具有入口和出口的基部。在某些情况下，突出部设置在基部的出口的上游。在某些情况下，突出部设置在基部的出口的下游。在一个方面中，用于生产具有褶皱的纤维的方法包括：使第一流体流动通过至少部分地限定在喷丝器中的第一通道；当流体流动经过喷丝器的延伸到喷丝器的通道中的突出部时，使所述突出部旋转；以及使流体固化以在突出部的下游形成纤维。这些机器的实施例可以包括以下特征中的一个或多个。在一些实施例中，该方法包括：使第二流体流动通过与第一通道同心的第二通道。在一些实施例中，使突出部旋转包括：使突出部在第一方向上旋转。在一些情况下，使突出部旋转包括：使突出部在与第一方向相反的第二方向上旋转。在一些实施例中，使突出部旋转包括：使喷丝器的、所述突出部延伸所自的基部旋转。在一些实施例中，使突出部包括：使多个突出部旋转。在一些实施例中，该方法包括：将插入件放置在所述喷丝器的基部的下游的盖中，所述突出部从所述插入件延伸。在某些情况下，使突出部旋转包括：使插入件旋转。在一个方面中，用于生产用于在中空纤维组件中使用的间隔纤维的机器包括：喷丝器，该喷丝器限定在入口与出口之间延伸的第一通道；和延伸到通道中的第一叶片，该第一叶片具有与所述第一通道的壁成锐角设置的表面，所述第一叶片从所述壁延伸。在一个方面中，用于生产纤维的机器包括：喷丝器，该喷丝器限定从入口延伸到出口的第一通道；其中该喷丝器具有设置在该通道中的至少一个叶片，该叶片具有与通道的、该叶片延伸所自的壁成锐角设置的表面。这些机器的实施例可以包括以下特征中的一个或多个。在一些实施例中，喷丝器包括：基部和插入到该基部中的针。在某些情况下，第一叶片设置在喷丝器的基部上。在某些情况下，机器包括第二叶片，该第二叶片具有与通道的、该叶片延伸所自的壁成锐角的表面，其中该第二叶片设置在喷丝器的针上。在一些实施例中，第一叶片设置在喷丝器的针上。在一些实施例中，第一叶片是多个第一叶片中的一个。在某些情况下，第一叶片围绕第一通道的圆周设置在均匀间隔开的位置处。在某些情况下，第一叶片设置在喷丝器的基部上。在某些情况下，机器包括设置在喷丝器的针上的多个第二叶片。在一些实施例中，锐角在30度与85度之间。在一些实施例中，第一叶片具有在通道的厚度的10％与50％之间的厚度。在一些实施例中，至少一个叶片包括设置在喷丝器的基部上的多个第一叶片。在一些情况下，至少一个叶片包括设置在喷丝器的针上的多个第二叶片。在一些情况下，第一叶片围绕通道的圆周设置在均匀间隔开的位置处。在一些实施例中，所述至少一个叶片包括设置在喷丝器的针上的多个叶片。在一个方面中，用于生产纤维的方法包括：使流体流动通过限定在喷丝器中的通道；使用设置在通道中的至少一个叶片破坏流体的流动，该叶片具有与通道的、该叶片延伸所自的壁成锐角的表面；以及使流体固化以在通道的出口的下游形成纤维。这些方法的实施例可以包括以下特征中的一个或多个。在一些实施例中，使流体流动通过限定在喷丝器中的通道包括：使流体流动通过限定在喷丝器中的环形通道。在一些情况下，所述至少一个叶片包括从限定环形通道的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生产在中空纤维组件中使用的纤维的机器，所述机器包括：/n喷丝器，所述喷丝器具有基部和针，所述基部和所述针至少部分地限定具有轴线的通道；/n至少一个突出部，所述至少一个突出部延伸到所述通道中；以及/n马达，所述马达连接到所述至少一个突出部，所述马达能够操作以使所述至少一个突出部相对于所述通道的轴线旋转。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180131 US 62/624,311;20180424 US 15/961,4671.一种用于生产在中空纤维组件中使用的纤维的机器，所述机器包括：
喷丝器，所述喷丝器具有基部和针，所述基部和所述针至少部分地限定具有轴线的通道；
至少一个突出部，所述至少一个突出部延伸到所述通道中；以及
马达，所述马达连接到所述至少一个突出部，所述马达能够操作以使所述至少一个突出部相对于所述通道的轴线旋转。


2.根据权利要求1所述的机器，其中，所述至少一个突出部从所述基部延伸到所述通道中。


3.根据权利要求2所述的机器，其中，所述基部能够围绕所述通道的轴线旋转。


4.根据权利要求3所述的机器，其中，所述马达以能够操作的方式联接到所述基部，以使得所述马达的操作使所述基部绕着所述通道的所述轴线旋转。


5.根据权利要求1所述的机器，其中，所述突出部能够从所述喷丝器被拆卸。


6.根据权利要求5所述的机器，包括插入件，所述插入件以能够拆卸的方式安装到所述基部，其中所述至少一个突出部从所述插入件延伸到所述通道中。


7.根据权利要求6所述的机器，其中，所述插入件能够相对于所述基部旋转。


8.根据权利要求6所述的机器，还包括盖，所述盖的尺寸被设置成容纳所述插入件，所述盖能够相对于所述基部旋转。


9.根据权利要求8所述的机器，其中，所述马达以能够操作的方式联接到所述盖，以使得所述马达的操作使所述盖绕着所述通道的轴线旋转。


10.根据权利要求1所述的机器，其中，所述通道是第一通道，并且所述针限定位于所述针内部的第二通道，所述第二通道通过所述针与所述第一通道隔开。


11.根据权利要求1所述的机器，包括控制单元，所述控制单元能够操作以将控制信号发送给所述马达。


12.一种用于生产纤维的机器，所述机器包括：
喷丝器，所述喷丝器限定第一通道，所述喷丝器具有延伸到所述第一通道中的至少一个突出部；和
马达，所述马达连接到所述至少一个突出部，所述马达能够操作以使所述至少一个突出部相对于所述第一通道的轴线旋转。


13.根据权利要求12所述的机器，其中，所述喷丝器的针限定与所述第一通道同心的第二通道。


14.根据权利要求12所述的机器，其中，所述突出部能够从所述喷丝器被拆卸。


15.根据权利要求14所述的机器，包括插入件，所述插入件以能够拆卸的方式...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔承鹤，萨拉·N·阿尔马弗德，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA