本發(fā)明涉及一種膜組件的涂層系統(tǒng)，具體涉及的是一種中空纖維氣體分離膜組件涂層裝置。

背景技術(shù)：

膜分離技術(shù)是一種新型的分離技術(shù)，最早應(yīng)用于液體分離領(lǐng)域。氣體膜分離技術(shù)作為膜分離技術(shù)的分支，它的工業(yè)化應(yīng)用稍晚于液體膜分離技術(shù)。在上世紀(jì)八十年代，Hennis等提出氣體滲透的阻力復(fù)合膜模型，有效解決了氣體分離膜分離性能差和分離效率低的缺點(diǎn)，大幅提高氣體分離膜的分離性能和分離效率。美國Mosanto公司以此為基礎(chǔ)研制和生產(chǎn)出Prism膜，用于合成氨廠中氫氣和氮?dú)獾姆蛛x，獲得巨大成功，從此氣體膜分離技術(shù)真正走向大規(guī)模工業(yè)化階段。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，氣體分離膜技術(shù)已經(jīng)在空氣分離，氫氣回收，天然氣與煙道氣凈化，氣體脫濕以及有機(jī)蒸氣回收等氣體分離領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。氣體膜分離技術(shù)以高效節(jié)能，操作簡單，綠色環(huán)保等特點(diǎn)受到人們的重視。

膜分離技術(shù)的核心是膜組件的制備。與液體分離膜組件制備相比，氣體分離膜組件的制備難度較大。國外氣體分離膜組件生產(chǎn)廠家，例如美國Air product公司，Air liquid公司，日本UBE公司能夠生產(chǎn)多種型號的氣體分離膜組件。

涂層是膜組件制備的重要環(huán)節(jié)，膜組件涂覆涂層材料后，才能具有氣體分離性能。涂層工藝的設(shè)計(jì)是利用Hennis等提出的阻力復(fù)合膜模型，在壓力驅(qū)動下，將涂層材料均勻涂覆在膜絲的外表面，堵塞膜絲表面的“缺陷”，提高膜組件性能，涂層前后膜性能比較見表1。

表1膜絲涂層前和涂層后性能比較

膜的涂層方法有兩種：靜置浸泡法和真空涂覆法。靜置涂覆法是將膜浸泡在涂層溶液中，依靠涂層溶液和膜表面的張力作用，涂層材料吸附在膜表面。這種方法操作簡單，但涂覆效果不均勻。真空涂覆方法是利用真空系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力差，使涂層材料在膜表面附著均勻，同時(shí)在膜表面的缺陷處，利用真空系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力差，使涂層材料鑲嵌到缺陷內(nèi)部，這種方法的涂覆效果好，操作重復(fù)性好，利用這種技術(shù)涂覆的膜組件能夠滿足工業(yè)化要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種膜組件涂層系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可以簡單快速的進(jìn)行膜組件的涂層，能有效提高膜組件的性能，涂層操作簡單，效果好，重復(fù)性好，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明提出以下技術(shù)方案：

用于膜組件的涂層系統(tǒng)，包括：

供料系統(tǒng)，包括用于存儲涂層液的原料儲罐；

涂層管，與原料儲罐連接，其用于放置膜組件，使膜組件與涂層液接觸；

真空系統(tǒng)，與膜組件的膜絲內(nèi)腔連通；

排料系統(tǒng)，包括與涂層管連接的排料罐。

在上述系統(tǒng)中，作為更具體的實(shí)施方式，所述涂層系統(tǒng)中，涂層管外還設(shè)置有保溫層。

在上述系統(tǒng)中，作為更具體的實(shí)施方式，所述供料系統(tǒng)中，原料儲罐為具有保溫功能的儲罐。

在上述系統(tǒng)中，作為更具體的實(shí)施方式，所述膜組件由幾萬～幾十萬根中空纖維膜絲組成膜芯，其兩端利用環(huán)氧樹脂封頭固定后，再將其一端或兩端進(jìn)行切割使膜絲內(nèi)腔與外界相通。其中，所述膜芯的長度為500mm～4000mm，優(yōu)選900mm～3000mm，其封頭直徑為10mm～300mm，優(yōu)選20mm～200mm。一般地，在氫氣回收領(lǐng)域通常采用2m～3m膜組件，而在空氣分離領(lǐng)域一般采用1m～2m的膜組件。所述膜絲的外徑為200μm～1000μm，優(yōu)選為200μm～600μm；內(nèi)徑為100μm～500μm，優(yōu)選為100μm～300μm。

在上述系統(tǒng)中，作為更具體的實(shí)施方式，涂層管要根據(jù)膜芯的直徑和長度進(jìn)行設(shè)計(jì)，作為較優(yōu)選的實(shí)施方式，所述涂層管的體積為膜芯體積的1.2～2.0倍，可使膜芯中任何一根膜絲都能夠與涂層溶液充分接觸，確保良好的涂層效果好。

在上述系統(tǒng)中，作為更具體的實(shí)施方式，所述的真空系統(tǒng)包括真空泵，是旋片式真空泵或水環(huán)真空泵(或其他類型能夠滿足真空度要求的真空泵)，優(yōu)選水環(huán)真空泵。

作為更具體的實(shí)施方式，上述涂層系統(tǒng)中還包括必要的閥門。

另外，本實(shí)用新型中還公開了利用所述的膜組件涂層系統(tǒng)進(jìn)行涂層的方法：

膜組件涂層工藝的關(guān)鍵是涂層材料和涂層溶劑的選擇。由于膜絲表面的缺陷是極細(xì)小的“微孔”，只能借助高分辨率的電子顯微鏡才能觀測到。對于氣體分離膜領(lǐng)域，涂層材料一般選擇橡膠態(tài)材料，這類材料的高分子鏈段比較柔軟，在壓力驅(qū)動下，容易發(fā)生變形，鑲嵌在膜表面的“微孔”中。根據(jù)膜組件材料和應(yīng)用領(lǐng)域的不同，膜組件的涂層材料有多種選擇，比如可以選擇硅橡膠，聚醚嵌段酰胺(PEBA)等材料，溶劑為正戊烷，石油醚，汽油、正丁醇、乙醇或水等。

以氣體分離膜組件涂層過程為例，涂層材料優(yōu)選硅橡膠，溶劑優(yōu)選為正戊烷，石油醚，汽油。涂層材料的濃度對組件的性能有非常重要的影響，若硅橡膠的濃度過高，有一部分硅橡膠殘留在膜絲表面，膜絲表面變“粘”，膜絲粘貼在一起，使膜絲表面失去分離性能。硅橡膠的濃度為0.01～20％，優(yōu)選為0.05～10％。

將涂層材料從原料儲罐注入至涂層管中，真空系統(tǒng)與膜芯的環(huán)氧封頭相連，真空壓力維持在-0.03MPa～-0.09MPa，優(yōu)選-0.07MPa～-0.09MPa；在涂層過程中，真空度越大越好，涂層材料在真空條件下鑲嵌在膜表面的“微孔”中?？刂仆繉訙囟龋ば九c涂層溶液充分接觸一定時(shí)間后，使膜芯與涂層溶液脫離。涂層管是膜芯與涂層溶液充分接觸的場所。

需強(qiáng)調(diào)的是，涂層過程需要保持一定的溫度，也就是要保證涂層溶液中的溶劑揮發(fā)條件一致，因此在涂層管的外側(cè)需有保溫系統(tǒng)。同樣的道理，涂層溶液儲罐也帶有保溫層，并與涂層操作過程中的溫度保持一致。根據(jù)涂層材料和溶劑的選擇不同，涂層操作溫度選擇略有不同。以硅橡膠為涂層溶液的涂層過程為例，涂層操作溫度一般控制在15℃±5℃。涂層時(shí)間為1分鐘～60分鐘，優(yōu)選涂層時(shí)間為1分鐘～20分鐘。

經(jīng)過真空涂覆的膜芯，需要放置在40℃～140℃的氮?dú)饣蚩諝鈿夥罩?，使膜芯中殘留的涂層溶劑全部揮發(fā)，并使涂層材料在膜芯表面交聯(lián)或固化，從而得到涂層的膜組件。

利用本實(shí)用新型的涂層系統(tǒng)可以簡單快速的進(jìn)行膜組件的涂層，能有效提高膜組件的性能，涂層操作簡單，效果好，重復(fù)性好，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1.實(shí)施例1的涂層系統(tǒng)示意圖；

圖2.實(shí)施例2的涂層系統(tǒng)示意圖；

其中，11.原料儲罐，21.涂層管，22.膜組件，221.膜芯，222.環(huán)氧樹脂封頭，23.保溫層，31.真空泵，41.排料罐。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于具體實(shí)施例。

實(shí)施例1

一種用于膜組件的涂層系統(tǒng)，包括：作為供料系統(tǒng)的原料儲罐11，與涂層管21連接，涂層管21內(nèi)放置膜組件22，膜組件22的膜絲內(nèi)腔由20萬根中空纖維膜絲組成膜芯221，其兩端利用環(huán)氧樹脂封頭222固定后，再將其兩端進(jìn)行切割使膜絲內(nèi)腔露出，分別接一個(gè)真空泵31，為水環(huán)真空泵。所述原料儲罐11具有保溫功能，所述涂層管外也包有一層保溫層23，涂層管下端接排料系統(tǒng)，即一個(gè)排料罐41。上述涂層系統(tǒng)中還設(shè)置有必要的閥門。

在上述涂層系統(tǒng)中，膜組件22的膜絲外徑300μm，內(nèi)徑150μm，組成的膜芯221直徑為150mm，長度為1300mm，涂層管的體積為膜芯的2.0倍。

實(shí)施例2

一種用于膜組件的涂層系統(tǒng)，包括：作為供料系統(tǒng)的原料儲罐11，與涂層管21連接，涂層管21內(nèi)放置膜組件22，膜組件22的膜絲內(nèi)腔由10萬根中空纖維膜絲組成膜芯221，其兩端利用環(huán)氧樹脂封頭222固定后，再將其一端進(jìn)行切割使膜絲內(nèi)腔露出，并接一個(gè)真空泵31，為水環(huán)真空泵。所述原料儲罐11具有保溫功能，所述涂層管外也包有一層保溫層23，涂層管下端接排料系統(tǒng)，即一個(gè)排料罐41。上述涂層系統(tǒng)中還設(shè)置有必要的閥門。

在上述涂層系統(tǒng)中，膜組件22的膜絲外徑200μm，內(nèi)徑100μm，組成的膜芯221直徑為80mm，長度為2800mm，涂層管21的體積為膜芯221的1.5倍。

實(shí)施例3

利用實(shí)施例1的涂層系統(tǒng)對其中的膜組件進(jìn)行涂層：

選擇硅橡膠為涂層材料，石油醚為溶劑配置涂層溶液，硅橡膠的濃度為8％，配制好的涂層溶液放入具有保溫功能的原料儲罐11中，溫度控制在15.0±1.0℃。啟動真空泵31，維持真空度在0.08MPa以上，打開進(jìn)料閥門，涂層溶液進(jìn)入到涂層管21中，使膜絲全部浸泡在涂層溶液中，涂層溫度維持在15.0±1.0℃，涂層時(shí)間為10分鐘，排料。經(jīng)過真空涂覆的膜芯221，放置在40～140℃的氮?dú)饣蚩諝鈿夥罩?，使膜?21中殘留的涂層溶劑全部揮發(fā)，并使涂層材料在膜芯表面交聯(lián)或固化。

實(shí)施例4

利用實(shí)施例2的涂層系統(tǒng)對其中的膜組件進(jìn)行涂層：

選擇硅橡膠為涂層材料，石油醚為溶劑配置涂層溶液，硅橡膠的濃度為2％，將涂層溶液放入具有保溫功能的原料儲罐11中，溫度控制在18.0±1.0℃；啟動真空泵21，維持真空度在0.05MPa以上，打開進(jìn)料閥門，涂層溶液進(jìn)入到涂層管21中，使膜絲全部浸泡在涂層溶液中，涂層溫度維持在18.0±1.0℃，涂層時(shí)間為30分鐘，排料。經(jīng)過真空涂覆的膜芯221，需要放置在40～140℃的氮?dú)饣蚩諝鈿夥罩校鼓ば?21中殘留的涂層溶劑全部揮發(fā)，并使涂層材料在膜芯表面交聯(lián)或固化。

實(shí)施例5

將實(shí)施例1中涂層系統(tǒng)的涂層管和膜組件水平放置，其中的膜組件22由30萬根中空纖維膜絲組成膜芯221，膜絲外徑260μm，內(nèi)徑180μm，膜芯221的直徑約為180mm，長度為960mm，涂層管21的體積為膜芯221的1.2倍。

選擇硅橡膠為涂層材料，石油醚為溶劑配置涂層溶液，硅橡膠的濃度為0.3％，將涂層溶液放入具有保溫功能的原料儲罐11中，溫度控制在15.0±1.0℃。啟動真空泵21，維持真空度在0.09MPa以上，打開進(jìn)料閥門，涂層溶液進(jìn)入到涂層管21中，使膜絲全部浸泡在涂層溶液中，涂層溫度維持在15.0±1.0℃，涂層時(shí)間為5分鐘，排料。經(jīng)過真空涂覆的膜芯221，需要放置在40～140℃的氮?dú)饣蚩諝鈿夥罩?，使膜?21中殘留的涂層溶劑全部揮發(fā)，并使涂層材料在膜芯表面交聯(lián)或固化。

實(shí)施例6

同樣將實(shí)施例1中涂層系統(tǒng)的涂層管和膜組件水平放置，其中的膜組件22由10萬根中空纖維膜絲組成膜芯221，膜絲外徑900μm，內(nèi)徑600μm，膜芯221的直徑約為150mm，長度為900mm，涂層管21的體積為膜芯221的1.3倍。

選擇PEBA為涂層材料，溶劑為正丁醇配置涂層溶液，PEBA的濃度為10％，將涂層溶液放入具有保溫功能的原料儲罐11中，溫度控制在25.0±1.0℃。啟動真空泵21，維持真空度在0.09MPa以上，打開進(jìn)料閥門，涂層溶液進(jìn)入到涂層管21中，使膜絲全部浸泡在涂層溶液中，涂層溫度維持在25.0±1.0℃，涂層時(shí)間為10分鐘，排料。經(jīng)過真空涂覆的膜芯221，需要放置在90～140℃的氮?dú)饣蚩諝鈿夥罩?，使膜?21中殘留的涂層溶劑全部揮發(fā)，并使涂層材料在膜芯表面交聯(lián)或固化。