一种中空纤维膜组件的整体封装方法及其专用装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种中空纤维膜组件的整体封装方法及其专用装置，该方法包括：1）将成束的中空纤维膜丝置于圆形尼龙网的网孔中固定起来，然后再将固定好的膜丝塞入组件外壳中，膜丝在组件外壳的两端均有露出；2）采用保鲜膜从组件外壳两端连同膜丝密封起来；3）向用保鲜膜密封的组件外壳两端内的膜丝之间注入封装胶，冰水浴中固化；4）去除保鲜膜，切除组件外壳两端多余的膜丝固化体即可。本发明使中空纤维膜丝的膜面积得到充分利用，保证了膜组件长期高效稳定的分离效率；利用保鲜膜代替传统模具进行组件外壳两端密封，适应性强、节省了材料、简化了操作步骤；利用冰水浴降低固化温度，避免了烧丝现象，提高了成品合格率。
【专利说明】
一种中空纤维膜组件的整体封装方法及其专用装置
技术领域
[0001 ]本发明属于中空纤维膜分离技术领域，具体涉及一种中空纤维膜组件的整体封装方法及其专用装置。
【背景技术】
[0002]目前，中空纤维膜技术广泛有效地应用于化工、水处理、食品、医疗、生物工程、宇航等领域，形成了独立的新兴技术产业，是一项有着广阔应用前景的技术。
[0003]对于中空纤维膜普遍采取的用法主要是将成束的中空纤维膜丝内置于特定形状的管式外壳内，管式外壳两端使用环氧树脂进行密封处理形成一个管壳式膜组件，其作用是使组件中管程与壳程中的介质不会直接相互接触，组件内中空纤维膜起到阻隔作用，并具有选择分离的功能，它可使流体内的一种或几种物质透过膜，而其他物质不能透过，从而起到分离、纯化和浓缩等作用。因此，如何简单、方便、高效地将中空纤维膜丝封装在管式外壳中对于中空纤维膜的应用有着至关重要的影响。现行的大多数中空纤维膜组件两端的封装方法是先将整束中空纤维膜丝直接塞入组件外壳中，再采用特定的模具与已装入整束中空纤维膜丝的组件外壳密封对接，然后向模具内注入一定比例混合均匀的环氧树脂和固化剂，粘结中空纤维膜丝和外壳，等到环氧树脂固化后打开模具将多出部分切除掉即完成一端的封装工作。注胶的方式目前有静置式和离心式。例如专利CN 102500238 A中采用特定的模具与壳体连接，然后从底部注胶，其采用的是静置注胶法;专利CN 104014249 A中同样采用特定的模具与管式外壳进行连接，然后从模具的侧面开孔进行注胶工作，其采用的是离心注胶法。
[0004]综上所述，现行的中空纤维膜组件封装方法存在以下问题:(I)环氧树脂与固化剂混合后固化过程会释放出大量的热量，现行的封装方法是在常温下进行固化并且由于固化过程中封装胶被模具包裹，致使固化过程释放的热量不能及时散发出去，会导致被固化在封装胶内的中空纤维膜丝温度急剧升高，致使中空纤维膜丝性质发生变化即发生烧丝现象，影响中空纤维膜组件的质量和性能。(2)现有的封装技术仅仅从封装的角度考虑，没有顾及到封装之后中空纤维膜丝在组件内部的均匀分布问题。而中空纤维膜丝在组件内能否长期均匀分布关系到整个组件能否长期高效工作。传统的中空纤维膜组件在使用一段时间之后会因为各种原因导致组件内部中空纤维膜丝相互聚集、分布不均的现象，严重减少中空纤维膜接触面积，降低工作效率。(3)固定型式和尺寸的模具只能对一种类型和规格的组件进行封装，对于不同类型、不同规格的组件则需重新制作模具，模具的适用性不强。
【发明内容】
[0005]发明目的:针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种中空纤维膜组件的整体封装方法，简化封装过程，提高封装质量，维持膜组件长期高效的工作性能。本发明的另一目的是提供一种上述中空纤维膜组件的整体封装方法的专用装置。
[0006]技术方案:为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为: 一种中空纤维膜组件的整体封装方法，包括以下步骤:
1)将成束的中空纤维膜丝置于圆形尼龙网的网孔中固定起来，然后再将固定好的中空纤维膜丝塞入组件外壳中，中空纤维膜丝在组件外壳的两端均有露出；
2)采用保鲜膜从组件外壳两端连同中空纤维膜丝密封组件外壳，密封后的组件外壳竖直固定，准备注入封装胶；
3)向密封后竖直固定的组件外壳一端内的中空纤维膜丝之间注入封装胶，然后将注入封装胶后的组件外壳侧面口以下部分置于冰水浴中使封装胶固化。待组件外壳一端的封装胶固化后再以同样的方式对组件外壳另一端注入封装胶，冰水浴中固化。封装胶由A组分和B组分按体积比1: 0.4?1:1均匀混合获得；
4)组件外壳两端封装胶固化后，去除组件外壳两端的保鲜膜，并切除组件外壳两端多余的中空纤维膜丝固化体部分即可。
[0007]步骤I)中，在中空纤维膜丝的两端和中间设置圆形尼龙网，圆形尼龙网的直径略大于组件外壳内径。
[0008]步骤I)中，中空纤维膜丝之间间隔I?2个网孔。
[0009]步骤I)中，所述的尼龙网规格为25目。
[0010]步骤3)中，所用的封装胶是由市售的合众超能胶A组分和B组分按一定体积比均匀混合获得，其中A组分为改性环氧树脂，B组分为脂肪胺类固化剂。A组分与B组分均匀混合后的封装胶胶体透明，固化后具有防水、耐酸、耐碱、耐高低温等性能。其中A组分与B组分优化后的体积比为1:0.6。
[0011]步骤3)中，采用注射器通过软管经过组件外壳侧面口向组件外壳两端内注入封装胶。
[0012]所用的中空纤维膜丝为疏水型聚丙烯中空纤维膜丝。
[0013]所述的中空纤维膜组件的整体封装方法的专用装置，包括保鲜膜，尼龙网，软管，注射器，中空纤维膜丝，支架、组件外壳和冰水浴;所述的中空纤维膜丝穿在尼龙网的网孔内，并共同置于组件外壳中；所述的中空纤维膜丝伸出组件外壳两端，在组件外壳两端外侧使用保鲜膜密封中空纤维膜丝和组件外壳;所述的注射器通过软管经过组件外壳侧面口连接组件外壳内外，向组件外壳两端内的中空纤维膜丝之间注入封装胶;组件外壳竖直固定在支架上;组件外壳置于冰水浴上方。
[0014]有益效果:与现有技术相比，本发明的中空纤维膜组件的整体封装方法及其专用装置具有如下优势:
I)封装胶注胶过程完成后组件外壳侧面口以下部分即置于冰水浴中，加快了环氧树脂与固化剂反应时释放热量的散发，降低了固化温度，避免了烧丝现象的发生。
[0015]2)在中空纤维膜组件中间段采用中间段尼龙网固定中空纤维膜丝，尼龙网能够起到分隔支撑作用，进而使得中空纤维膜丝在整个组件外壳内部长期均匀分布，保证了膜组件分离效果长期稳定。
[0016]3)组件外壳两端的尼龙网将中空纤维膜丝分隔开，注胶时封装胶能够均匀地渗入到中空纤维膜丝之间，使得封装胶能够与每根中空纤维膜丝充分接触，有利于提高封装质量。
[0017]4)采用保鲜膜代替固定型式和尺寸的模具，节省了材料，简化了操作步骤，提高了工作效率。
[0018]5)可适时调整保鲜膜尺寸以适应不同类型、不同规格组件的封装工作，具有广泛的适应性。
[0019]6)此外，由于组件两端的尼龙网在封装过程中会随着两端的中空纤维膜丝一并封入，留在固化后的环氧树脂中，因此尼龙网在分隔支撑中空纤维膜丝、保持中空纤维膜丝之间距离的同时也起到了增强固化体刚性强度的作用，提高了封装质量。
【附图说明】
[0020]图1是中空纤维膜组件的整体封装方法的专用装置的示意图。
【具体实施方式】
[0021 ]下面结合具体附图对本发明做进一步的说明。
[0022]如图1所示，中空纤维膜组件的整体封装装置，包括保鲜膜1，尼龙网2，软管3，外壳侦_口4，注射器5，中空纤维膜丝6，支架7、中间段尼龙网8，组件外壳9和冰水浴10;中空纤维膜丝6穿在尼龙网2和中间段尼龙网8的网孔内，并共同置于组件外壳9中；中空纤维膜丝6伸出组件外壳9两端，在组件外壳9两端外侧设保鲜膜I密封中空纤维膜丝6和组件外壳9;注射器5与软管3连接，且软管3通过外壳侧面口 4连接组件外壳9内外，向组件外壳9两端内的中空纤维膜丝6之间注入封装胶;组件外壳9固定在支架7上，冰水浴10置于组件外壳9下方。所用的中空纤维膜丝为疏水型聚丙烯(PP)中空纤维膜丝。所用的封装胶是由市售的合众超能胶A组分和B组分按一定体积比均匀混合获得，其中A组分为改性环氧树脂，B组分为脂肪胺类固化剂。所用的保鲜膜为市售聚乙烯(PE)材质食品级保鲜膜，耐受温度范围为-60°C>110°C。所用的尼龙网规格为25目。
[0023]中空纤维膜丝在圆形的尼龙网上形成间距，即中空纤维膜丝与中空纤维膜丝之间在尼龙网上间隔I个网孔或2个网孔，这种做法使得中空纤维膜丝之间相对分隔。由于尼龙材质的筛网性质稳定，因此封装过程中将尼龙网一并封入，对于固化过程的环氧树脂也起到支撑的作用。
[0024]本发明采用气体通量评价封装效果。气体通量越大说明中空纤维膜组件内中空纤维膜丝的有效接触面积越大，使用时中空纤维膜组件的分离效果也就越好。本发明中的气体通量按照中华人民共和国海洋行业标准《聚丙烯中空纤维微孔膜KHY/T 110—2008)中疏水型聚丙烯中空纤维微孔膜气体通量测定方法测定。以下实施例中气体通量的计算过程为:中空纤维膜组件内总的中空纤维膜面积为S(m2)，在0.0lOMPa的压差下通过中空纤维膜的氮气气体流量为Q(m3/h)，则该中空纤维膜组件的气体通量F为Q/S(m3/(m2.h))。
[0025]实施例1
将没有使用尼龙网进行分隔支撑的成束中空纤维膜丝塞入组件外壳中，中空纤维膜丝在组件外壳的两端均有露出。
[0026]采用保鲜膜从组件外壳两端连同中空纤维膜丝密封组件外壳，再将密封后的组件外壳竖直固定，准备注入封装胶。
[0027]将合众超能胶A组分与B组分按体积比1:0.4均匀混合后获得的封装胶立即倒入干燥的注射器中，再使注射器连接的软管通过组件外壳侧面口进入组件外壳一端，将封装胶迅速打入到被保鲜膜密封住的组件外壳一端的中空纤维膜丝之间。封装胶注入后将外壳侧面口以下部分置于冰水浴中固化。待组件外壳一端的封装胶固化后再以同样的方式对组件外壳另一端注入封装胶，冰水浴中固化。组件外壳两端的封装胶在冰水浴中固化时间均为60mino
[0028]组件外壳两端封装胶固化后，去除外壳两端的保鲜膜，并切除外壳两端多余的中空纤维膜丝固化体部分即可。
[0029]为了循环利用注射器，当注胶完成后应立即采用95%的乙醇清洗注射器。
[0030]按照中华人民共和国海洋行业标准《聚丙烯中空纤维微孔膜KHY/T110-2008)中疏水型聚丙烯中空纤维微孔膜气体通量测定方法测得该封装条件下中空纤维膜组件的气体通量为3.27m3/(m2.h)。
[0031]实施例2
将没有使用尼龙网进行分隔支撑的成束中空纤维膜丝塞入组件外壳中，中空纤维膜丝在组件外壳的两端均有露出。
[0032]采用保鲜膜从组件外壳两端连同中空纤维膜丝密封组件外壳，再将密封后的组件外壳竖直固定，准备注入封装胶。将合众超能胶A组分与B组分按体积比1: 0.6均匀混合获得封装胶。
[0033]组件外壳两端封装胶的注入以及在冰水浴中的固化方式同实施例1。
[0034]组件外壳两端的封装胶在冰水浴中固化时间均为56min。
[0035]组件外壳两端封装胶固化后，去除外壳两端的保鲜膜，并切除外壳两端多余的中空纤维膜丝固化体部分即可。
[0036]按照中华人民共和国海洋行业标准《聚丙烯中空纤维微孔膜KHY/T110-2008)中疏水型聚丙烯中空纤维微孔膜气体通量测定方法测得该封装条件下中空纤维膜组件的气体通量为2.99m3/(m2.h)。
[0037]实施例3
将没有使用尼龙网进行分隔支撑的成束中空纤维膜丝塞入组件外壳中，中空纤维膜丝在组件外壳的两端均有露出。
[0038]采用保鲜膜从组件外壳两端连同中空纤维膜丝密封组件外壳，再将密封后的组件外壳竖直固定，准备注入封装胶。将合众超能胶A组分与B组分按体积比1: 0.8均匀混合获得封装胶。
[0039]组件外壳两端封装胶的注入以及在冰水浴中的固化方式同实施例1。
[0040]组件外壳两端的封装胶在冰水浴中固化时间均为42min。
[0041]组件外壳两端封装胶固化后，去除外壳两端的保鲜膜，并切除外壳两端多余的中空纤维膜丝固化体部分即可。
[0042]按照中华人民共和国海洋行业标准《聚丙烯中空纤维微孔膜KHY/T110-2008)中疏水型聚丙烯中空纤维微孔膜气体通量测定方法测得该封装条件下中空纤维膜组件的气体通量为3.54m3/(m2.h)。
[0043]实施例4
将没有使用尼龙网进行分隔支撑的成束中空纤维膜丝塞入组件外壳中，中空纤维膜丝在组件外壳的两端均有露出。
[0044]采用保鲜膜从组件外壳两端连同中空纤维膜丝密封组件外壳，再将密封后的组件外壳竖直固定，准备注入封装胶。将合众超能胶A组分与B组分按体积比1:1均匀混合获得封装胶。
[0045]组件外壳两端封装胶的注入以及在冰水浴中的固化方式同实施例1。
[0046]组件外壳两端的封装胶在冰水浴中固化时间均为39min。
[0047]组件外壳两端封装胶固化后，去除外壳两端的保鲜膜，并切除外壳两端多余的中空纤维膜丝固化体部分即可。
[0048]按照中华人民共和国海洋行业标准《聚丙烯中空纤维微孔膜KHY/T110-2008)中疏水型聚丙烯中空纤维微孔膜气体通量测定方法测得该封装条件下中空纤维膜组件的气体通量为3.27m3/(m2.h)。
[0049]实施例5
通过实施例1?实施例4可以发现，在成束的中空纤维膜丝没有使用尼龙网进行分隔支撑的条件下，合众超能胶A组分与B组分不同的体积比条件下均匀混合获得的封装胶对于封装后的中空纤维膜组件的气体通量没有明显影响，只是影响了封装胶固化时间。本发明中合众超能胶A组分与B组分优化后的体积比为1: 0.6，在这个比例下，均匀混合后获得的封装胶在冰水浴中固化过程释放的热量散发速度适中，固化时间适宜，便于封装工作顺利进行，保证了封装质量。
[0050]采用25目的尼龙网对中空纤维膜丝进行分隔支撑，且中空纤维膜丝之间间隔I个网孔。然后再将固定好的成束的中空纤维膜丝塞入组件外壳中，中空纤维膜丝在组件外壳的两端均有露出。
[0051]采用保鲜膜从组件外壳两端连同中空纤维膜丝密封组件外壳，再将密封后的组件外壳竖直固定，准备注入封装胶。将合众超能胶A组分与B组分按体积比1: 0.6均匀混合获得封装胶。
[0052]组件外壳两端封装胶的注入以及在冰水浴中的固化方式同实施例1。
[0053]组件外壳两端的封装胶在冰水浴中固化时间均为56min。
[0054]按照中华人民共和国海洋行业标准《聚丙烯中空纤维微孔膜KHY/T 110-2008)中疏水型聚丙烯中空纤维微孔膜气体通量测定方法测得该封装条件下中空纤维膜组件的气体通量为4.63m3/(m2.h)。
[0055]实施例6
采用25目的尼龙网对中空纤维膜丝进行分隔支撑，且中空纤维膜丝之间间隔2个网孔。然后再将固定好的成束的中空纤维膜丝塞入组件外壳中，中空纤维膜丝在组件外壳的两端均有露出。
[0056]采用保鲜膜从组件外壳两端连同中空纤维膜丝密封组件外壳，再将密封后的组件外壳竖直固定，准备注入封装胶。将合众超能胶A组分与B组分按体积比1: 0.6均匀混合获得封装胶。
[0057]组件外壳两端封装胶的注入以及在冰水浴中的固化方式同实施例1。
[0058]组件外壳两端的封装胶在冰水浴中固化时间均为39min。
[0059]按照中华人民共和国海洋行业标准《聚丙烯中空纤维微孔膜KHY/T 110-2008)中疏水型聚丙烯中空纤维微孔膜气体通量测定方法测得该封装条件下中空纤维膜组件的气体通量为4.56m3/ (m2.h)。
[0060]通过实施例5、实施例6与实施例1?实施例4对比可以发现，在成束的中空纤维膜丝使用尼龙网进行分隔支撑的条件下，中空纤维膜组件的气体通量大大提升。实施例5与实施例6中气体通量基本相同是由于在中空纤维膜丝之间间隔I个网孔时，中空纤维膜组件的气体通量已经接近该膜面积条件下气体通量的上限。
【主权项】
1.一种中空纤维膜组件的整体封装方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)将成束的中空纤维膜丝置于圆形尼龙网的网孔中固定起来，然后再将固定好的中空纤维膜丝塞入组件外壳中，中空纤维膜丝在组件外壳的两端均有露出； 2)采用保鲜膜从组件外壳两端连同中空纤维膜丝密封组件外壳，密封后的组件外壳竖直固定，准备注入封装胶； 3)向密封后竖直固定的组件外壳一端内的中空纤维膜丝之间注入封装胶，然后将注入封装胶后的组件外壳侧面口以下部分置于冰水浴中使封装胶固化;待组件外壳一端的封装胶固化后再以同样的方式对组件外壳另一端注入封装胶，冰水浴中固化;封装胶由A组分和B组分按体积比1: 0.4?1:1均匀混合获得； 4)组件外壳两端封装胶固化后，去除组件外壳两端的保鲜膜，并切除组件外壳两端多余的中空纤维膜丝固化体部分即可。2.根据权利要求1所述的中空纤维膜组件的整体封装方法，其特征在于，步骤I)中:在中空纤维膜丝的两端和中间放置圆形尼龙网，圆形尼龙网的直径略大于组件外壳内径。3.根据权利要求1所述的中空纤维膜组件的整体封装方法，其特征在于，步骤I)中:中空纤维膜丝之间间隔I?2个网孔。4.根据权利要求1所述的中空纤维膜组件的整体封装方法，其特征在于，步骤I)中:所述的尼龙网规格为25目。5.根据权利要求1所述的中空纤维膜组件的整体封装方法，其特征在于，步骤3)中:封装胶是由市售的合众超能胶A组分和B组分按一定体积比均匀混合获得，其中A组分为改性环氧树脂，B组分为脂肪胺类固化剂;A组分和B组分的体积比为1:0.6。6.根据权利要求1所述的中空纤维膜组件的整体封装方法，其特征在于，步骤3)中:组件外壳两端的封装胶在冰水浴中固化时间均为0.5?lh。7.根据权利要求1所述的中空纤维膜组件的整体封装方法，其特征在于，所用的中空纤维膜丝为疏水型聚丙烯中空纤维膜丝。8.权利要求1所述的中空纤维膜组件的整体封装方法的专用装置，其特征在于，包括保鲜膜(I)，尼龙网(2)，软管(3)，组件外壳侧面口(4)，注射器(5)，中空纤维膜丝(6)，支架(7)，中间段尼龙网(8)，组件外壳(9)，冰水浴(10);所述的中空纤维膜丝(6)穿在尼龙网(2)和中间段尼龙网(8)的网孔内，并共同置于组件外壳(9)中；所述的中空纤维膜丝(6)伸出组件外壳(9)两端，在组件外壳两端外侧设保鲜膜(I)密封中空纤维膜丝(6)和组件外壳(9);所述的注射器(5)与软管(3)连接，且软管(3)通过组件外壳侧面口(4)连接组件外壳(9)内夕卜，向组件外壳(9)两端内的中空纤维膜丝之间注入封装胶;组件外壳(9)固定在支架(7)上;组件外壳(9)置于冰水浴(10)上方。
【文档编号】B01D63/02GK106040004SQ201610557773
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】梅翔, 方陈宏, 毕书祺, 陈颖, 李军辉, 崔光振
【申请人】南京林业大学