[发明专利]一种用于生产十九通道中空纤维膜的喷丝板组件

说明书

技术领域

本发明属于中空纤维膜领域，具体涉及一种十九通道中空纤维膜及用于生产十九通道中空纤维膜的喷丝板组件。通过本发明所得的中空纤维膜适用于气体和液体分离用。

背景技术

中空纤维膜具有单位体积装填密度大、结构简单、无需任何支撑体、易于清洗、低能耗、不产生二次污染等优点，已经广泛应用于大规模海水淡化、医药、食品、化工、污水处理、气体分离等各个领域。目前普遍采用的是单通道聚合物中空纤维膜，由于膜丝强度不足，在应用中不可避免地出现断丝现象，导致整个膜组件失效，进而对整个分离系统构成威胁。

喷丝板的作用是将黏流态的高聚物熔体或溶液，通过微孔转变成有特定截面状的细流，经过凝固介质如空气或凝固浴固化而形成丝条。聚合物中空纤维膜制备的关键部件是喷丝板组件。针对该问题，近年来，研究者们着手在喷丝板上进行各种改进，或采用多通道的方式，或采用复合膜的方式，试图克服这些问题。世界专利（WO 2006/012920 A1）报道通过喷丝板的设计，对单通道和多通道膜局部壁厚进行增加，以提高膜强度。但是膜丝间隙的增大会明显降低膜组件装填密度。中国发明专利（CN101920172 A）报道采用三孔喷丝板制备出了聚氯乙烯多通道中空纤维膜，但其喷丝板与传统单孔喷丝板类似，只是增加了针管数量，且由于其断面小孔面积占总断面面积较小，单位膜面积上需要耗费更多的膜材料。为了增加膜强度，又不至于增加过膜阻力，人们考虑由支撑层提供膜强度，而表面功能层提供膜分离性能，这样出现了单通道的复合膜。中国发明专利（CN 101766960 A）报道采用一种复合中空纤维膜的制备方法。该方法采用聚苯硫醚为增强材料，随单通道膜丝同时从喷丝板挤出，植入膜丝支撑层，从而提高膜强度。但由于中空纤维膜壁厚较薄，植入的聚苯硫醚位置容易偏离支撑层，不仅加大了制备难度，也容易造成膜表面功能层缺陷。

一般而言，在中空纤维膜组件的使用过程中，每根膜丝出现断丝的概率是一样的。膜丝结构上由单通道变为多通道，首先，结构强度的增加降低了单根膜丝断丝的概率。其次，通道数的增加意味着同样有效膜面积的组件所需膜丝根数降低，从而进一步降低了组件断丝的概率。2012年，期刊《Desalination and Water Treatment》（脱盐与水处理）第42卷24-29页报道了七通道中空纤维膜外径大小、小孔间隙大小与膜装填密度以及单位膜面积膜材料用量之间的关系。他们发现：当膜小孔直径固定为0.9mm时，七孔膜外径小于4.02mm时能够得到在单位膜面积膜材料用量上少于单通道中空纤维膜。当七孔膜外径小于3.92mm时，其装填密度上大于单通道中空纤维膜。同时，该文献报道了两种多通道中空纤维膜产品：小通道七通道中空纤维膜（外径4.0mm，内径0.9mm）和大通道七通道中空纤维膜（外径6.0mm，内径1.5mm），其膜丝单位体积膜面积分别为1575m²/m³和1167m²/m³（见表3）。

在原料使用方面，多通道中空纤维膜由于将多根膜丝集成在一起，降低了单位膜面积的原料使用量从而降低了生产成本，是未来制膜的发展方向之一。然而，欲进一步降低原材料使用量，却难以通过降低膜壁厚实现。七孔膜外径进一步降低，会使小孔间隙急剧降低，从而加大七孔膜的制备难度，降低七孔膜结构强度，最终影响膜使用性能和膜寿命。中国专利（CN201216922Y）报道采用聚氯乙烯材料制备出七通道超滤膜，其膜丝外径3.8mm，内径0.7mm。由此可见，其七孔膜外径降低是以减小小孔直径为代价的，这样就降低了单根膜丝的有效膜面积。而且，在实际使用过程中，七孔膜中单孔直径过小，容易造成堵塞或膜污染，影响膜材料的使用效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于生产十九通道中空纤维膜的喷丝板组件。通过喷丝板组件结构的设计与调控，实现所制备的十九通道中空纤维膜单位体积膜面积大、机械性能高，从而解决现有技术存在的中空纤维膜使用过程中容易断丝，而通常多通道单位膜面积材料成本过高、装填面积低等问题。通过本发明所得的中空纤维膜适用于气体和液体分离用。

本发明涉及一种用于生产十九通道中空纤维膜的喷丝板组件，该喷丝板组件包括分配板、盖板和底板，其中，

所述盖板中央植入十九个针管，其中一个针管位于中央，六个针管围绕中央针管在直径三倍于针管外径上沿圆周均匀分布，十二个针管围绕沿圆周均匀分布的六个针管在直径六倍于针管外径的圆周上均匀分布；