灌封中空纖維膜的方法和用于利用中空纖維膜過濾液體的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種灌封中空纖維膜的方法和一種用于利用中空纖維膜進行過濾的
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]為了利用中空纖維膜過濾流體，將膜固定到或者稱為端套(potting head)或管板(tube sheet)的集管部(header)，使得膜的外表面與集管部的第一面隔絕，但是膜的內(nèi)腔對集管部的第二面開放。在浸沒式膜組件中，集管部隨后與膜一起附接到滲透皿(permeatepan)以在集管部的第二面與皿之間形成滲透物收集空間。滲透物收集空間連接到抽吸源，以便在膜壁上產(chǎn)生跨膜壓力并且運載來自膜末端的液體穿過滲透物收集空間。
[0003]在美國申請10/167,699中，將膜末端在液體蠟中灌封以形成臨時層(fugitivelamina)。使蠟在膜末端周圍凝固。隨后將熱固性或熱塑性合成樹脂材料澆注在蠟上以形成固定層。蠟防止膜末端被樹脂材料堵塞。使樹脂材料在膜周圍硬化成集管部。隨后通過例如加熱或用溶劑溶解來移除蠟，從而使膜末端對先前被蠟占據(jù)的空間開放。
[0004]在美國專利號6，592，759中，將膜末端在致密凝膠中灌封。將沒有凝膠那么致密的液體澆注在凝膠上和膜周圍。凝膠防止膜末端被液體堵塞。使液體硬化成集管部。一旦液體硬化，就通過振動成流態(tài)、用溶劑沖洗或加熱來移除凝膠。
[0005]在美國專利號7，393，486中，通過將熱的熱塑性塑料注射成型到容納膜的空腔中來灌封中空纖維膜束?？涨恍纬稍谀＞吲c預(yù)先涂覆到膜束的間隔開的兩個粘合劑層之間。使熱的熱塑性塑料硬化成集管部。
[0006]在美國申請?zhí)?2/381,097中，將膜末端插入間隔物中并且保持開口端從間隔物向上伸出。間隔物可以是具有適應(yīng)膜的開口的板，或者間隔物可以是柔性塑料條。在柔性塑料條的情況下，條可以螺旋形狀卷繞，或者塑料條的片段可以組合形成多層包裝。一旦將膜插入間隔物中，隨后就將液體澆注在膜周圍和間隔物頂部上。間隔物是液體不可透過的，由此防止液體沿膜流下。使液體硬化成集管部。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本說明書描述一種灌封中空纖維膜的方法和一種用于利用中空纖維膜過濾液體的裝置。
[0008]用于灌封中空纖維膜的方法包括以下步驟:利用粘合劑層形成膜束；利用滲透皿覆蓋束末端，使得束末端向上延伸到皿中；以及使液態(tài)灌封材料流入皿中以填充膜之間的空間并且覆蓋粘合劑層。
[0009]通過這種方法，避免了以下步驟:將膜末端灌封在臨時層中，并且一旦形成集管部，就移除臨時層。這種方法還避免對將熱的熱塑性塑料快速注入灌封區(qū)域中的需要。熱固性樹脂可比熔融熱塑性塑料更緩慢地凝固，并且不需要是熱的以處于液態(tài)。使用重力，允許液態(tài)樹脂在粘合劑層上蔓延而不覆蓋膜末端。當樹脂固化時，滲透皿結(jié)合到膜。
[0010]一種用于利用中空纖維膜過濾液體的裝置包括:膜束，所述膜束由粘合劑材料層保持在一起；滲透皿，所述滲透皿覆蓋束末端以形成與膜末端流體連通的滲透物收集空間；以及集管部，所述集管部與膜、粘合劑層和滲透皿形成一體。
【附圖說明】
[0011]下文將參考以下附圖來描述本發(fā)明的實施例的實例。
[0012]圖1示出中空纖維膜薄片上的兩個粘合劑層的平面圖。
[0013]圖2示出組裝成具有兩個粘合劑層的較大纖維束的圖1的纖維薄片的等距視圖。
[0014]圖3A是被周向地夾緊在纖維束周圍的板的等距視圖。
[0015]圖3B是沿切割線A-A觀察的圖3A的截面圖。
[0016]圖4A是鄰接抵靠滲透皿的板和束的等距視圖。
[0017]圖4B是沿切割線B-B觀察的圖4A的截面圖。
[0018]圖5是沿切割線C-C觀察的圖4A的剖切截面圖，其中灌封區(qū)域充滿液態(tài)樹脂。
[0019]圖6A、圖6B和圖6C是示出使用重力使液態(tài)樹脂在灌封區(qū)域上更快速流動的側(cè)視圖。
[0020]圖7是配合在滲透皿中的束的側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0021]圖1示出具有兩個粘合劑層2和3的中空膜纖維5薄片I的平面圖。任選地，可使用一個粘合劑層。膜薄片I可通過以下方式來形成:將膜5放置在支撐表面如桌子上，使得膜5大體彼此平行但彼此間隔開，例如它們直徑的0.2與2倍之間。任選地，薄片可通過任何合適的織物成形方法形成并且具有惰性纖維，惰性纖維橫向地跨過膜從而有助于將膜維持在適當位置。此外任選地，薄片可通過優(yōu)選通過引導(dǎo)件將膜卷繞在卷筒上來形成，所述引導(dǎo)件相對于卷筒的旋轉(zhuǎn)速度以一定速度在卷筒的面上前進，從而以所需的間距使纖維以螺旋方式位于卷筒周圍。膜可具有例如在0.2mm與2.5mm之間的直徑，并且一個薄片中可存在例如10個與500個之間的膜。薄片的寬度可以是例如200mm至1200mm，并且薄片和其膜的長度可以是例如在200mm與3200nm之間。在各圖中，膜顯示為被切成較短長度以使更大程度地示出其他部分。為形成薄片I，將第一粘合劑層2放置在薄片I或成形表面上，使得粘合劑層2與薄片I的一端4間隔開。任選地，第二粘合劑層3可放置在薄片I上。第二粘合劑層3在薄片末端4處或與末端4間隔開。第二層3任選地并不覆蓋或填充膜5末端。第二層3可靠近膜5末端放置而不封閉末端，以減小膜5將伸出進入集管部后面的滲透腔中并且干擾滲透腔中的流體流的長度。粘合劑層2、3將薄片保持在一起。粘合劑層2、3還密封膜5的整個外圓周，但無需形成完美密封。粘合劑可以是熱塑性的，并且通過將粘合劑熔融以使得其能夠在膜5上和周圍流動來涂覆。還可以在將粘合劑涂覆到膜5之后熔融粘合劑，并且在粘合劑被熔融時對其進行模塑或成型，以提供具有一致形狀或更仔細控制的尺寸的層。粘合劑可以是通常稱為熱熔膠的類型，可以是聚乙烯、或乙烯醋酸乙烯酯共聚物的共混物?；蛘?，粘合劑可以是樹脂，如聚氨酯或環(huán)氧樹脂。
[0022]圖2示出通過將例如I至30個之間或10至20個之間的許多薄片I堆疊在一起制成的膜5束11。薄片I堆疊成使得它們的粘合劑層2、3位于彼此的頂部上以大體形成平行六面體。任選地，一個或多個薄片可卷在一起以大體形成圓柱體，或被制成其他形狀。薄片I可以膠合、焊接、熔融或夾緊在一起，或者手動地或通過將繩、線、帶子或其他纏繞物纏繞在束上來簡單地保持在一起。第一粘合劑層12在膜5堆的一端14處或與末端14間隔開。任選地，第二粘合劑層13與第一粘合劑層12和膜5末端14間隔開并且位于第一粘合劑層12與末端14之間，以便任選地使膜5束的末端不被粘合劑覆蓋。
[0023]圖3A和圖3B示出由圍繞第一粘合劑層12的板101周向地夾緊的膜5束11。圖3B是沿切割線A-A觀察的圖3A的截面。板101由四個金屬梁片段構(gòu)成:兩個長梁102和兩個端梁103。長梁102抵靠第一粘合劑層12沿束11的相反側(cè)縱向地夾緊。優(yōu)選地，長梁102只比束11的長度稍短。兩個長梁102由具有卡爪105的一個或多個夾具104保持在一起?？ㄗ?05抵靠兩個長梁102放在一起以壓縮第一粘合劑層12。這在薄片I的第一粘合劑層12之間形成密封，而且在長梁102與相鄰的束11的最外側(cè)第一粘合劑層12之間形成密封。一旦將束11夾緊在兩個長梁102之間，就用熱風(fēng)槍或類似加熱裝置來加熱束11側(cè)部處的外露第一粘合劑層12，以將薄片I的側(cè)部膠合在一起。如果必要的話，可添加另外的粘合劑。優(yōu)選地，端梁103只比束11的寬度稍長。隨后垂直于長梁102，使端梁103鄰接抵靠束11的第一粘合劑層12以形成矩形板101。與長梁102 —樣，端梁103抵靠束11的最外側(cè)第一粘合劑層12密封。一旦處于適當位置，就可在梁相遇的四個相交拐角中的每一個處利用角托架106將端梁103栓接到長梁102。然而，梁無需栓接在一起?？杀Ａ魥A具104在原位，并且可添加另外的夾具104以保持端梁103抵靠長梁102 (未示出)。如果束11是圓柱形的(未示出)，那么板可以是套環(huán)。
[0024]圖4A和圖4B分別與圖3A和圖3B大體上相同，不同之處在于束11的一端覆蓋有滲透皿208以形成灌封區(qū)域216。滲透皿208是倒置的碗狀物。皿的底部是開放的，以接收束11中的膜5的末端。滲透皿208的底部抵靠板101的頂部密封。灌封區(qū)域216由板101、粘合劑層12與滲透皿208之間的空間限定。圖4B是沿切割線B-B觀察的圖4A的截面。在使皿208位于板101上時，皿208具有與膜5末端流體連通的收集空間210。板101可具有橡膠墊212以改進板101與滲透皿208的底部之間的密封。滲透皿208被按壓到板101的橡膠墊212中并且利用周向地纏繞在滲透皿208和板101兩