[发明专利]一种有机管式膜接触器及其制造方法

说明书

本发明涉及一种有机管式膜接触器，通过将直径大、机械强度高的有机管式膜以一定间距焊接在孔板上，再将孔板与膜壳焊接或机械紧固连接制成高效、稳定的膜接触器。本发明还涉及一种有机管式膜接触器的制备方法，通过一种主动下压式的热熔焊接方法，在短时间内产生足够高焊接压力，并以间隙配合的方式放置管式膜、孔板以及其他接触部件，为膜受热与膜坍缩释放的气体提供排出通道，极大提高了焊接的成功率，同时简化了焊接设备。

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，更具体的涉及一种有机管式膜接触器及其制造方法。

背景技术

在膜分离领域，膜蒸馏、膜吸收、膜萃取等膜分离过程得到越来越多的研究与应用。膜接触器是这些膜分离过程得以实现的核心元件，其利用微孔膜将两种流体分隔开并且流体间借助膜孔完成传质过程，通常是由聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）等疏水的中空纤维膜通过环氧树脂或胶黏剂与膜壳粘接制得。然而，PP、PE这些材料粘接性能较差，制得的膜接触器在有机溶剂或变温的工况下易开胶渗漏；同时这些中空纤维膜的直径大多小于1mm，管程内的流速低，传质阻力大，纤维直径分布不均匀时，还会产生流体停滞；另外，膜丝容易弯曲，之间容易相互搭接，使壳程的流体流速分布不均匀，并且传质面积减小；这些因素会导致膜接触器部分或大部分失效，降低膜接触器的效率以及使用稳定性，阻碍膜接触器的大规模应用。

因此，申请人将直径大、机械强度高的有机管式膜以一定间距焊接在孔板上，再将孔板与膜壳焊接或机械紧固连接制成接触器，以获得高效、稳定的膜接触器。然而，膜的多孔性使其具有特殊的焊接特性，依靠传统的重力流动、热风焊接、加热膨胀等方法都不能完成有机管式膜与孔板的焊接。膜在受热熔化时会向远离热源的方向发生严重的坍缩，并且随着继续受热，膜材料以及孔板融化转变为粘流态，而膜孔中未排出的气体会在膜壁或者焊接处膨胀数倍，最终形成大的空腔与间隙，导致焊接失败。因此，申请人提出一种主动下压式的热熔焊接方法，在短时间内提供足够高的焊接压力，并以间隙配合的方式放置管式膜、孔板以及其他接触部件，为膜坍缩释放的气体提供排出通道，同时降低操作难度，简化焊接设备。然而，还未见利用这种方法制造膜接触器的报道。

发明内容

本发明提供了一种有机管式膜接触器的制作方法，其包括：

将有机管式膜插入同材质的孔板的内孔中，孔板的内孔直径大于管式膜外径，该直径差产生的间隙将为管式膜熔化坍缩产生的气体留出排气通道，同时方便操作。

将管式膜-孔板固定在焊接卡盘上，孔板的端面保持水平；保持管式膜的一端与孔板的端面平齐，在管式膜的另一端设置挡板进行限位，防止管式膜从孔板中脱落。

将导热能力低、使用温度高的PTFE或PEEK材质的隔热芯棒插入管式膜的内孔，且隔热芯棒与有机管式膜材质不同，隔热芯棒的插入段外径小于管式膜的内径，该直径差产生的间隙将为管式膜熔化坍缩产生的气体留出排气通道，同时方便操作，为防止隔热芯棒自行掉落，隔热芯棒的非插入段外径大于管式膜7的内径，同时隔热芯棒的非插入段外径小于多孔加热板的孔内径，该直径差产生的间隙将为管式膜熔化坍缩排出气体以及熔融物爬升提供通道。

在孔板的上方，将多孔加热板的端面调至水平，同时将多孔加热板的内孔与相对应的孔板上的内孔调整至同圆心，多孔加热板的孔内径大于孔板的孔内径，孔板的孔数量可以是数倍于多孔加热板的孔数量，且孔板的孔分布形式不限，满足与多孔加热板的内孔同心即可，因此可以利用孔数较少的多孔加热板孔板分多次完成大面积的管式膜-孔板焊接工作，避免产生大面积的热形变。

多孔加热板上同时设置有加热、风冷或液体冷却部件，进行加热、冷却以及恒温操作，将多孔加热板加热至材料熔融温度以上30-60℃后恒温，沿孔板端面的垂直方向向下移动多孔加热板，隔热芯棒的非插入段插入多孔加热的孔内，当多孔加热板的表面与孔板表面接触后，孔板表面的聚合物开始熔化，而此时的管式膜仅受到热辐射作用，不产生熔化、坍缩。