专利名称：一种中空纤维膜组件灌封系统及其灌封方法
技术领域：
本发明属于中空纤维膜组件制造领域，涉及一种中空纤维膜组件灌封系统及其灌封方法。
背景技术：
水环境质量的严重恶化和经济的高速发展，迫切要求发展相应的污水资源化技术，以缓解水资源的短缺。在这一领域中，膜分离技术占有重要的位置。由于膜分离过程具有工艺简单、节能、设备占地面积小等优点、对污染水体进行深度处理时运行费用低等特点，因此膜分离技术在污水处理领域得到了广泛的应用。作为分离膜的一种重要形式，中空纤维膜以其比表面积大、膜组件的装填密度高、设备紧凑、清洗容易等独特的优势，已广泛地应用于污水处理、超纯水的制备、血液透析器、海水淡化、人工肺、有机溶剂脱水、有机溶剂的混合等领域，特别是在大规模污水处理工程中的应运倍受关注。中空纤维膜是以膜组件的形式被应用，而在膜组件制作过程中为了把膜丝、组件壳体粘结到一起，需要在膜组件壳体两端注入灌封介质，此过程称为膜组件灌封。目前，常采用的离心封装技术进行膜组件的灌封，即将膜组件固定到离心机上，利用离心力将灌封介质分散到组件的两端。此方法每次在离心机上只能固定1-2个组件进行封装，封装效率较低；此外，每支组件都要离心3-6小时，封装耗能较高；每次封装过程中都会有约30%的灌封介质被甩出，灌封介质浪费严重。
发明内容
本发明的目的在于提出一种中空纤维膜组件灌封系统及基于该系统进行灌封的方法，其灌封操作简单、能耗低、灌封效率高，并且成品率能够达到100%。本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。一种中空纤维膜组件灌封系统，包括PLC可编程控制柜，及设置在PLC可编程控制柜一侧的I号灌封介质罐和2号灌封介质罐，所述I号灌封介质罐号和2号灌封介质罐通过相应的灌封介质进料管进料；所述I号灌封介质罐和2号灌封介质罐分别通过各自底部的管道与灌封介质计量系统的I号灌封介质输入口及2号灌封介质输入口连接，灌封介质计量系统通过灌封介质管连接有静态在线混料器，静态在线混料器通过出料管与连接有待灌封中空纤维膜组件的灌封模具相连；所述灌封模具设置在分散台上；所述分散台架设在包括加热油箱与振动电机的分散机构上；所述的I灌封介质罐号和2号灌封介质罐通过相应的灌封介质进料管进料；所述I号灌封介质罐和2号灌封介质罐罐顶部分别设有I号罐搅拌电机和2号罐搅拌电机；所述I号灌封介质罐和2号灌封介质罐分别通过抽真空管与真空泵相连；所述PLC可编程控制柜分别连接I号灌封介质罐和2号灌封介质罐的管线、灌封介质计量系统、静态在线混料器、分散机构和真空泵，PLC可编程控制柜控制灌封系统的进料、脱泡、计量、混料、分散机构控制和系统温度、报警控制。进一步的，本发明系统特征还在于所述灌封介质计量系统包括一组并列设置的I号计量缸和2号计量缸，计量缸一端通过联动杠杆与系统气缸相连；1号计量缸分别设有I号灌封介质输入口和I号灌封介质输出口，2号计量缸分别设有2号灌封介质输入口和2号灌封介质输出口 ；各输出口分别设有气动阀。通过气动阀的开闭控制灌封系统中灌封介质的流动方向，而气动阀的开闭是气体的流动来控制，气体的流动是通过PLC可编程控制器控制管路中电动气阀的开闭来控制。所述在线混料器连接有清洗剂储存罐。所述PLC可编程控制柜设有触摸屏。本发明还提供了一种中空纤维膜组件灌封系统进行中空纤维膜组件灌封的方法，包括以下步骤I)将分别与I号灌封介质罐和2号灌封介质罐相连的灌封介质进料管放入相应的灌封介质中，采用真空泵通过抽真空管将两种灌封介质分别吸入I号灌封介质罐和2号灌封介质罐中，之后分别使用I号罐搅拌电机和2号罐搅拌电机及可控电对两灌封介质罐中的灌封介质进行加热和搅拌，之后恒温静置脱泡；2)1号灌封介质罐和2号灌封介质罐中的灌封介质脱泡后分别经过I号灌封介质输入口、2号灌封介质输入口进入灌封介质计量系统，之后分别经I号灌封介质输出口、2号灌封介质输出口进入灌封介质管；3)两种灌封介质经灌封介质管进入静态在线混料器进行在线混合，混合后的灌封介质从出料管输出后进入分散台上的与待灌封中空纤维膜组件一端连接的灌封模具中，经灌封模具注入待灌封中空纤维膜组件的一端内；4)将注入灌封介质的中空纤维膜组件放在竖直方向震动的分散台上震动振动5min,灌封介质在重力和震动力的作用下均匀地分散到组件内部的中空纤维膜丝之间；5)震动结束后，将中空纤维膜组件转移到环境温度控制在20-30°C的固化区域进行灌封介质的静态固化，固化时间为l(Tl2h，在中空纤维膜组件转移和灌封介质的静态固化过程中都要保持中空纤维膜组件竖直安放；6)固化结束后用同样的方法灌封中空纤维膜组件未灌封的另一端；7)灌封结束后，采用体积比为1: f 9:1的酒精/丙酮混合液在线清洗静态在线混料器。进一步的，本发明方法特征还在于所述I号计量缸和2号计量缸灌封介质的质量比为5: f 1:1，I号计量缸和2号计量缸灌封介质的输出总量为50-3000g ;所述两计量缸米用可控电加热的方式加热,温度控制在 40-100 0C ο所述灌封介质分散台采用可控温的加热油箱对封装膜组件进行辐射加热，加热温度控制在35-50°C ;采用振动电机对分散台进行竖直方向振动。所述灌封系统中灌封介质流经的管道都采用可控电加热进行加热。所述的I号灌封介质罐、2号灌封介质罐中的灌封介质分别是128环氧树脂和105缩胺固化剂。本发明中空纤维膜组件用于灌封以聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、磺化聚砜、醋酸纤维素、聚丙烯等材料为主材的四寸、六寸、八寸、十寸、十二尺的内外压组件，还适用于帘式组件和浸没式组件的封装。本发明的优点及有益效果在于本发明采用PLC可编程控制器控制灌封系统，可以设定和存储多种灌封工艺参数，实现了自动化灌封，灌封效率高并且成品率达到100% ；7寸彩色触摸屏实时地显示各个灌封单元的工艺参数和过程，通过触摸屏可实现工艺过程的控制；灌封系统恒温全密封，灌封不受环境温度的影响，同时全密封灌封系统使固化剂几乎不能挥发逸散，使得工作环境不被污染；操作简单，无需更换系统部件，只通过PLC可编程控制器控制灌封介质的输出总量就可以实现不同尺寸组件的封装；通过管道将灌封介质直接注入膜组件，解决了离心灌封法中灌封介质浪费的问题；分散台采用可控温的加热油箱对封装膜组件进行辐射加热，避免了组件在震动分散过程中组件内的灌封介质温度降低影响到灌封介质的流动性；采用振动电机对分散台进行竖直方向振动，以促进灌封介质在膜丝之间的均匀分布。
图1是中空纤维膜组件灌封系统组装图1 ;图2是中空纤维膜组件灌封系统组装图2 ；图3是灌封介质计量系统结构示意图。图中1、PLC可编程控制柜，2、1号灌封介质罐，3、出料管，4、2号罐搅拌电机，5、静态在线混料器，6、灌封介质管，7、1号罐搅拌电机，8、抽真空管，9、2号灌封介质罐，10、灌封介质进料管，11、触摸屏，12、分散台，13、加热油箱，14、振动电机，15、真空泵，16、灌封介质计量系统，17>2号气动阀，18、2号灌封介质输出口，19、2号计量缸，20、2号灌封介质输入口，21、气缸,22、联动杠杆,23、I号计量缸，24、1号灌封介质输入口，25、I号灌封介质输出口，26、I号气动阀。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。如图1、图2所示，中空纤维膜组件灌封系统，包括PLC可编程控制柜1，及设置在PLC可编程控制柜一侧的I号灌封介质罐2和2号灌封介质罐9,其中1灌封介质罐2号和2号灌封介质罐9通过相应的灌封介质进料管10进料，I号灌封介质罐2和2号灌封介质罐9分别通过各自底部的管道与灌封介质计量系统16的输入口连接，灌封介质计量系统16通过灌封介质管6连接有静态在线混料器5，静态在线混料器5通过出料管3与连接有待灌封中空纤维膜组件一端的灌封模具相连；灌封模具设置在分散台12上；分散台12架设在包括加热油箱13与振动电机14的分散机构上；PLC可编程控制柜I上设有触摸屏11。两罐顶部分别设有I号罐搅拌电机7和2号罐搅拌电机4 ；1号灌封介质罐2和2号灌封介质罐9分别通过抽真空管8与真空泵15相连。PLC可编程控制柜I分别连接I号灌封介质罐2和2号灌封介质罐9的管线、灌封介质计量系统、静态在线混料器5、分散机构和真空泵15，PLC可编程控制柜I控制灌封系统的进料、脱泡、计量、混料、分散机构控制和系统温度、报警控制。如图3所示，灌封介质计量系统16包括一组并列设置的I号计量缸23和2号计量缸19，I号计量缸23和2号计量缸19 一端通过联动杠杆22分别与系统气缸21相连；1号计量缸23另一端分别设有I号灌封介质输入口 24和I号灌封介质输出口 25，I号灌封介质输入口 24和I号灌封介质输出口 25下方分别各设有一个I号气动阀26 ；2号计量缸19另一端分别设有2号灌封介质输入口 20和2号灌封介质输出口 18 ；2号灌封介质输入口 20和2号灌封介质输出口 18下方分别各设有一个2号气动阀17。为了便于清洁在线混料器5，在线混料器5连接有清洗剂储存罐。下面通过中空纤维膜组件灌封的方法，来进一步说明本发明系统的效果。此例为灌封四寸内压式组件。灌封介质采用128环氧树脂和105缩胺固化剂，环境温度为15°C。进料首先按下系统供电按钮，给系统供电；其次添加灌封介质分别将与I号灌封介质罐2及2号灌封介质罐9相连的灌封介质进料管放入128环氧树脂和105缩胺固化剂储存容器中，在触摸屏11上按下I号灌封介质罐2及2号灌封介质罐9的进料启动按钮，通过PLC发出控制信号，执行元件依次执行以下动作1号灌封介质罐2及2号灌封介质罐9连通大气阀关闭，真空泵15开启，I号灌封介质罐2及2号灌封介质罐9抽气阀门开启，I号灌封介质罐2及2号灌封介质罐9压强抽吸到-O.1MPa,灌封介质进料阀开启、进料。灌封介质进料结束后，按下I号及2号灌封介质罐的进料停止按钮，通过PLC发出控制信号，执行元件依次执行以下动作灌封介质进料阀关闭、I号及2号灌封介质罐抽气阀门关闭，真空泵15关闭、I号灌封介质罐2及2号灌封介质罐9连通大气阀开启。系统设备加热在触摸屏11上设定系统加热温度为40°C，系统开始自动控制加热，等达到系统设定温度，PLC控制系统可保持系统40°C恒温。灌封介质真空搅拌脱泡在触摸屏11上设定搅拌速度及时间，按下灌封介质搅拌脱泡启动按钮，通过PLC发出控制信号，相应执行元件执行以下动作1号灌封介质罐2及2号灌封介质罐9连通大气阀关闭，真空泵15开启，I号封介质罐2及2号灌封介质罐9抽真空阀门开启，罐内压强达到-O.1MPa时I号灌封介质罐2及2号灌封介质罐9抽气阀关闭，真空泵15关闭，I号罐搅拌电机7、2号罐搅拌电机4带动搅拌桨转动，搅拌转速为180r/min，转动IOmin后搅拌桨自动停止转动，进入脱泡阶段；脱泡60min后，按下灌封介质搅拌脱泡停止按钮，通过PLC发出控制信号，相应执行元件执行以下动作I号灌封介质罐2及2号灌封介质罐9连通大气阀开启。灌封介质计量系统计量灌封介质输出比例打开灌封介质计量系统16的灌封介质输出口，在触摸屏11上按下灌封按钮，在I号灌封介质输出口 25、2号灌封介质输出口 18同步取128环氧树脂和105缩胺固化剂,称量重量后计算128环氧树脂和105缩胺固化剂输出比例，然后根据二者所要求的比例，通过调整联动杠杆22对128环氧树脂和105缩胺固化剂输出比例进行调整，将二者质量比例调整为4:1，I号计量缸23和2号计量缸19灌封介质的输出总量为2000g在触摸屏11上按下灌封关闭按钮。灌封介质在线混合经计量系统计量后的128环氧树脂和105缩胺固化剂分别经I号灌封介质输出口 25、2号灌封介质输出口 18进入相应的灌封介质管6,最后进入静态在线混料器5进行在线混合。
灌封组件在触摸屏11上设定分散台12的温度为45°C、灌封介质注入速度为100g/min。将四寸组件连接到相应的灌封模具(不同形式、规格的膜组件对应相应的灌封模具)，用硅胶管将灌封模具同出料管3连接，组件固定在分散台12支架上，开启分散台12的振动电机14，按下组件灌封按钮，灌封介质经过灌封介质计量系统16计量、静态在线混料器5混合后进入到灌封模具中，整个过程历时lmin，注入IOOg灌封介质后，关闭灌封按钮，断开出料管3与灌封模具的连接，用相应堵漏器将灌封模具的灌封介质输入口堵死，膜组件继续在分散台12上震动5min。固化震动结束后将组件转移到环境温度控制在25°C左右的固化区域进行环氧树脂的静态固化，固化lOh，在膜组件转移和静态固化过程中都保持组件竖直安放；固化结束后用同样的方法灌封中空纤维膜组件未灌封的另一端；清洗静态在线混料器5 :在清洗剂存储罐中加入体积比为7:1的酒精/丙酮混合液，按下清洗按钮，通过PLC发出控制信号，相应的执行元件执行以下动作清洗液容器加压到O. 4MPa，清洗液进入静态在线混合器的阀门开启，清洗液进入静态在线混合器5中，经过浸泡20min并冲洗4次后清洗干净。此处的清洗工艺根据灌封介质的不同可在PLC中设定，PLC存储一定量的清洗工艺参数，下次清洗时可以调用。表I本发明所用技术措施的参数范围
权利要求
1.一种中空纤维膜组件灌封系统，包括PLC可编程控制柜(I )，及设置在PLC可编程控制柜(I) 一侧的I号灌封介质罐(2)和2号灌封介质罐(9),其特征在于所述I号灌封介质罐(2)号和2号灌封介质罐(9)通过相应的灌封介质进料管(10)进料；所述I号灌封介质罐(2)和2号灌封介质罐(9)分别通过各自底部的管道与灌封介质计量系统(16)的输入口连接，灌封介质计量系统(16 )通过灌封介质管(6 )连接有静态在线混料器(5 )，静态在线混料器(5)通过出料管(3)与连接有待灌封中空纤维膜组件一端的灌封模具相连；所述灌封模具设置在分散台(12)上；所述分散台(12)架设在包括加热油箱(13)与振动电机(14) 的分散机构上；所述I号灌封介质罐(2)和2号灌封介质罐(9)罐顶部分别设有I号罐搅拌电机(7) 和2号罐搅拌电机(4)；所述I号灌封介质罐(2)和2号灌封介质罐(9)分别通过抽真空管(8)与真空泵(15) 相连；所述PLC可编程控制柜(I)分别连接I号灌封介质罐(2)和2号灌封介质罐(9)的管线、灌封介质计量系统、静态在线混料器(5)、分散机构和真空泵(15)，PLC可编程控制柜(I)控制灌封系统的进料、脱泡、计量、混料、分散机构控制和系统温度、报警控制。
2.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜组件灌封系统，其特征在于所述灌封介质计量系统(16)包括一组并列设置的I号计量缸(23)和2号计量缸(19)，计量缸一端通过联动杠杆(22)与系统气缸(21)相连；1号计量缸(23)分别设有I号灌封介质输入口(24) 和I号灌封介质输出口(25),2号计量缸(19)分别设有2号灌封介质输入口(20)和2号灌封介质输出口(18);各输出口分别设有气动阀。
3.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜组件灌封系统，其特征在于所述在线混料器(5)连接有清洗剂储存罐。
4.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜组件灌封系统，其特征在于所述PLC可编程控制柜(I)设有触摸屏(II)。
5.一种基于权利要求1所述的中空纤维膜组件灌封系统进行中空纤维膜组件灌封的方法，其特征在于包括以下步骤1)将分别与I号灌封介质罐(2)和2号灌封介质罐(9)相连的灌封介质进料管放入相应的灌封介质中，利用真空泵(15)通过抽真空管(8)将两种灌封介质分别吸入I号灌封介质罐(2)和2号灌封介质罐(9)中，之后分别使用I号罐搅拌电机(7)和2号罐搅拌电机(4)及可控电对两灌封介质罐中的灌封介质进行加热和搅拌，之后恒温静置脱泡；2)I号灌封介质罐(2)和2号灌封介质罐(9)中的灌封介质脱泡后分别经过I号灌封介质输入口(24)、2号灌封介质输入口(18)进入灌封介质计量系统，之后分别经I号灌封介质输出口(25)、2号灌封介质输出口(18)进入灌封介质管(6)；3)两种灌封介质经灌封介质管(6)进入静态在线混料器(5)进行在线混合，混合后的灌封介质从出料管(3)输出后，进入与待灌封中空纤维膜组件一端相连的灌封模具中，经灌封模具注入待灌封中空纤维膜组件一端内；4)将注入灌封介质的中空纤维膜组件在竖直方向震动的分散台(12)上振动5min，灌封介质在重力和震动力的作用下均匀地分散到组件内部的中空纤维膜丝之间；5)振动结束后，将中空纤维膜组件转移到环境温度控制在20-30°C的固化区域进行灌封介质的静态固化，固化时间为l(Tl2h，在中空纤维膜组件转移和灌封介质的静态固化过程中都要保持中空纤维膜组件竖直安放；6)固化结束后用同样的方法灌封中空纤维膜组件未灌封的另一端；7)灌封结束后，采用体积比为1:1、 I的酒精/丙酮混合液在线清洗静态在线混料器(5)。
6.根据权利要求5所述的一种中空纤维膜组件灌封的方法，其特征在于所述I号计量缸(23)和2号计量缸(19)灌封介质的质量比为5: f1:1，I号计量缸(23)和2号计量缸 (19)灌封介质的输出总量为50-3000g ;所述两计量缸采用可控电加热的方式加热，温度控制在 40-100 0C ο
7.根据权利要求5所述的一种中空纤维膜组件灌封的方法，其特征在于所述灌封介质分散台(12)采用可控温的加热油箱(13)对封装膜组件进行辐射加热，加热温度控制在 35-500C ;采用振动电机(14)对分散台(12)进行竖直方向振动。
8.根据权利要求5所述的一种中空纤维膜组件灌封的方法，其特征在于所述灌封系统中灌封介质流经的管道都采用可控电加热进行加热。
9.根据权利要求5所述的一种中空纤维膜组件灌封的方法，其特征在于所述的I号灌封介质罐(2)、2号灌封介质罐(9)中的灌封介质分别是128环氧树脂和105缩胺固化剂。
10.根据权利要求5所述的一种中空纤维膜组件灌封的方法，其特征在于所述中空纤维膜组件用于灌封以聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、磺化聚砜、醋酸纤维素、聚丙烯等材料为主材的四寸、六寸、八寸、十寸、十二尺的内外压组件，还适用于帘式组件和浸没式组件的封装。
全文摘要
本发明公开了一种中空纤维膜组件灌封系统及其灌封方法，灌封系统包括灌封介质罐、静态在线混料器、PLC可编程控制器、触摸屏、灌封介质计量系统、分散台、真空泵和清洗溶剂罐；封装方法包括添加灌封介质→灌封系统的预加热→灌封介质搅拌脱泡→灌封介质计量→灌封介质在线混合→灌封组件→灌封介质分散→清洗灌封系统。本发明工艺过程采用自动化控制，灌封过程全密封，组件灌封不受环境温度影响；且具有能耗低、稳定性高、使用寿命长、无需更换部件就可以灌封不同规格组件封装等优点。
文档编号B01D63/02GK103007765SQ20121057156
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者王磊, 周刚, 苗瑞, 柴续斌, 黄游, 容志勇, 李贵军, 吕永涛, 吴子平, 王旭东, 黄臣勇, 孟晓荣, 孙兵 申请人:西安建筑科技大学, 苏州中色德源环保科技有限公司