新型多孔中空纤维膜喷丝装置的制作方法

本实用新型涉及中空纤维膜，具体地，涉及一种新型多孔中空纤维膜喷丝装置。

背景技术：

中空纤维膜是水处理、血透析、海水淡化、气体分离、液体分离等领域设备的核心部件，应用于反渗透膜、微滤膜，纳滤膜和超滤膜等方面的一种重要新材料，在环保水处理、血透析、气体分离等领域逐渐得到越来越广泛的应用。随着对中空纤维膜的质量和性能要求的提高，需求量的增大，国内现有的生产工艺和设备越来越难于满足生产需求，大部分依赖进口。

如何能生产出高性能中空纤维膜并提高生产效率，降低生产成本，已成为研究中空纤维膜领域最热门、也是最关键的问题之一。中空纤维膜的生产成型过程，简要的概述就是将纺丝料液和芯液从喷丝头基座的不同位置注入喷丝头，通过喷丝头内部的特殊结构，从喷丝头盖喷出中空纤维丝状物—俗称膜丝。从整个制膜过程来看，除制膜设备和工艺参数影响膜丝性能外，喷丝头的优劣直接影响到膜丝的一些关键性能和参数。因此，要获得合适尺寸、外观和性能优良的中空纤维膜丝，优质的喷丝头设计是首要任务。

目前国内纺制中空纤维膜大部分采用的是单孔喷丝头，单孔喷丝头纺丝时每次只能出一根丝，生产效率极低，不能规模化大量生产。现有的多孔喷丝头不能够保证进入到各芯液管的芯液和进入各喷丝孔的料液保持相同的压力和均匀性，因而也影响产品质量的稳定性和一致性，如专利文献CN 204570108U，CN101372765A。在有些多孔喷丝头中，针对于每个喷丝孔设置独立的喷丝板，这样虽然可以分别调节喷丝孔与其对应的芯液管的同心度，来保证膜丝的厚度的均匀性，提高质量，但是操作过于繁琐，而且，这类的喷丝头，就算调节好了，使用一段时间后，仍然会产生膜丝有会偏心，又必须重新调节。可以想象如果有几百个孔，几千个孔总是需要去隔一段时间就要调整，工作量有多大，这明显不利于规模化生产，如专利文献CN101372765,CN204803446U。在有些多孔喷丝头中，芯液管为固定设计，这样如遇个别芯液管堵塞或损坏，必须连同料液、芯液的输入和存储部分一起更换，浪费极大且更换不方便，如专利文献CN204803446U。另外，在多数多孔喷丝头中，不论是芯液管为可拆卸设计，如专利文献CN101372765A，还是用多个单孔小喷丝头组合而成的多孔喷丝头，如专利文献CN204570108U，在遇到个别芯液管或单孔小喷头堵塞或损坏，必需停机维修，同时维修时，需要拆开整个多孔喷丝头，维修时间长，难度大。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种新型多孔中空纤维膜喷丝装置。

根据本实用新型提供的新型多孔中空纤维膜喷丝装置，包括进料板、芯液导流板、喷丝板以及独立喷丝头；

其中，所述进料板设置在所述芯液导流板的上端面上，所述喷丝板设置在所述芯液导流板的下端面；

若干个所述独立喷丝头可拆卸的设置在所述喷丝板的喷丝头组装孔中。

优选地，所述进料板上端面中心设置一料液进口。

优选地，所述芯液导流板上设置有上端敞口的芯液腔，所述芯液腔的腔底设置有若干个贯通芯液导流板的芯液分流孔；

所述芯液导流板上设置有上端敞口的芯液腔，所述芯液腔的腔底设置有若干个贯通芯液导流板的芯液分流孔；

优选地，当所述独立喷丝头设置有芯液导流管时，芯液导流管通过所述芯液分流孔穿入所述芯液腔中；当所述独立喷丝头未设置芯液导流管时，在每个芯液分流孔上端设置有低于芯液腔的芯液均流环；

所述芯液腔内设置有凸台，所述凸台内设置有与进料板的料液进口相连通且贯穿芯液导流板的料液流道；

所述芯液导流板的侧面横向设置一芯液进口，所述芯液导流板内沿芯液进口的轴向方向设置有与芯液进口连通的芯液通道；芯液通道端部设置有与芯液腔连通的芯液通道出口。

当芯液均流环或芯液导流管的以同等高度且低于芯液腔的方式设置在每个芯液分流孔上端时，芯液腔分成i段，每段的截面积S_ai＝W_aiH_ai,每段芯液腔的高度和宽度尺寸关系：

W_a1H_a1：W_a2H_a2：W_a3H_a3：…：W_aiH_ai＝n：n-2K：n-4K：…：n-2(i-1)K

其中，W_ai、H_ai分别表示芯液腔的宽度、深度；K为每段芯液腔的芯液均流环或芯液导流管的数量，n为芯液均流环或芯液导流管的总数；

当芯液腔截面积S_ai＝W_aiH_ai不变的情况下，芯液均流环或芯液导流管的高度比h_a1：h_a2：h_a3：…：h_ai＝n：n-2K：n-4K：…：n-2(i-1)K,其中，W_ai、H_ai分别表示芯液腔的宽度，h_ai表示芯液均流环或芯液导流管的高度深度，K为每段芯液腔的芯液均流环或芯液导流管的数量，n为芯液均流环或芯液导流管的总数。

优选地，所述喷丝板上设置有上端敞口的料液腔，在料液腔的腔底设置有若干与芯液分流孔位置相对应的喷丝头组装孔；

在料液腔内，所述喷丝头组装孔的上侧设置有与喷丝头组装孔同轴并且直径大于喷丝头组装孔的料液均流环，所述料液均流环的顶端高于料液腔的腔底，高度低于料液腔的深度；

在喷丝板的底部，每个喷丝头组装孔的四周设置有螺纹孔；或者在喷丝头组装孔内设置有内螺纹。

当料液均流环的以同等高度且低于料液腔的方式设置在每个喷丝头组装孔上端时，料液腔分成i段，每段的截面积S_bi＝W_biH_bi,每段料液腔的高度和宽度尺寸关系：

W_b2H_b2：W_b2H_b2：W_b3H_b3：…：W_biH_bi＝n：n-2K：n-4K：…：n-2(i-1)K

其中，W_bi、H_bi分别表示料液腔的宽度、深度；K为每段料液腔的料液均流环数，n为料液均流环总数；

当料液腔截面积S_bi＝W_biH_bi不变的情况下，料液均流环的高度比h_b1：h_b2：h_b3：…：h_bi＝n：n-2K：n-4K：…：n-2(i-1)K,其中，W_bi、H_bi分别表示料液腔的宽度，h_bi表示料液均流环的高度深度，K为每段料液腔的料液均流环数，n为料液均流环总数。

优选地，所述独立喷丝头包括喷丝头主体、喷丝头辅助功能环以及芯液导流管；

其中，所述芯液导流管连接所述喷丝头主体的顶端面；所述喷丝头辅助功能环连接所述喷丝头主体的底端面；

所述喷丝头主体的侧面设置有料液注入孔，所述料液注入孔连通所述喷丝头组装孔，在喷丝头主体底端部设置有与料液注入孔相连通的喷丝成型孔；

所述喷丝头主体内设置有一芯液管，芯液管穿设在喷丝成型孔内并与所述芯液导流管相连通形成芯液流道；所述芯液流道连通所述芯液腔。

优选地，还包括喷头安装板；

其中，所述喷头安装板设置在所述独立喷丝头的下侧，将所述独立喷丝头限位在所述喷丝头组装孔内；

所述安装板基体四周设置有与所述喷丝板上喷丝头组装孔的螺纹孔相对应的安装板固定孔，或者安装板基体上设置有与喷丝头组装孔内设置的内螺纹相对应的外螺纹。

优选地，所述喷头安装板基体上设置有安装板凸台；所述安装板凸台设置有一贯穿安装板凸台和安装板基体的喷头安装孔；

所述独立喷丝头的下端部设置在所述喷丝头安装孔内。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型中独立喷丝头的数量为多个，形成多孔组合式，结构简单，制造工艺简单，在喷丝的生产过程中，芯液、料液的流动更均匀，膜丝厚度均匀，一致性好；

2、本实用新型多个独立喷丝头构成喷丝模组设计，能够实现在喷丝模组上进行喷丝孔数量的无限扩展，可以实现一个喷丝模组上可以同时出上百，上千根膜丝，突破性提高生产效率；

3、本实用新型中独立喷丝头的芯液导流管(或者芯液导流板上设置的芯液均流环)能够使进入喷丝膜组的芯液在相同压力下同时均匀流入各个独立喷丝头，保证了芯液流动的均习性和一致性，同时，在喷丝膜组中喷丝板上设置的料液均流环，可以使料液腔内的料液在相同的压力下同时流入独立喷丝头内，保证了料液流动的均匀性和一致性；由于每一根膜丝都是通过独立喷丝头自己的芯液流道、料液流道最终形成的，因此，只要是合格的独立喷丝头安装到喷丝模组上，就能够保证得到合格的膜丝，不需要再做其他调节，大大减少工作量；

4、本实用新型组合式的结构设计，降低生产组装难度，当个别独立喷丝头堵塞或损坏时，可以在生产线上不拆下或不拆开多孔喷丝头的前提下，实现单个喷丝头的维护和更换，减少维护的时间和材料成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型的外侧结构示意图；

图2为本实用新型的局部截面示意图；

图3为本实用新型中芯液导流板的结构示意图；

图4为本实用新型中喷丝板的结构示意图；

图5、图6示出了为本实用新型中一种独立喷丝头的结构示意图；

图7为本实用新型中喷头安装板的截面示意图；

图8(a)、图8(b)示出了为本实用新型另一种独立喷丝头的结构示意图；

图9(a)为本实用新型中一种独立喷丝头与喷头安装板螺纹连接截面图；

图9(b)为本实用新型中另一种独立喷丝头与喷头安装板螺纹连接截面图；

图10为本实用新型中独立喷丝头未设置芯液导流管的组装状态截面图。

图中：

1-进料板；2-芯液导流板；3-喷丝板；4-独立喷丝头；5-喷头安装板；6-O型密封圈；11-料液进口；21-芯液腔；22-芯液分流孔；23-圆柱凸台；24-料液流道；25-芯液进口；26-芯液通道；27-芯液通道出口；28-芯液均流环；31-料液腔；32-喷丝头组装孔；33-料液均流环；34-螺纹孔；41-喷丝头主体；42-喷丝头辅助功能环；43-芯液导流管；44-料液注入孔；45-喷丝成型孔；46-芯液管；47-芯液流道；48-密封槽；49-温度调节装置/传感器；51-安装板基体；52-安装板凸台；53-安装板固定孔；54-喷丝头安装孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

在本实施例中，如图1-7所示。本实用新型提供的新型多孔中空纤维膜喷丝装置，包括进料板1、芯液导流板2、喷丝板3以及独立喷丝头4；

其中，所述进料板1上端面的中心设置一料液进口11，所述芯液导流板2上设置有上端敞口的芯液腔21，在芯液腔21底部设置有若干贯通芯液导流板2的芯液分流孔22，在芯液腔21的中心位置设置有一圆柱凸台23，所述圆柱凸台23的中心设置有与料液进口11连通且同轴心并贯通芯液导流板2的料液流道24。在所述芯液导流板2侧面横向设置一芯液进口25，并所述芯液导流板2内沿芯液进口25的轴向方向设置有与芯液进口25连通的芯液通道26，芯液通道26端部设置有与芯液腔21连通的芯液通道出口27。所述喷丝板3上设置有上端敞口的料液腔31，在料液腔31底部设置有若干与芯液分流孔22位置对应的喷丝头组装孔32，在料液腔31内，每个喷丝头组装孔32的上侧，设置有与喷丝头组装孔32同轴并且直径大于喷丝头组装孔32的料液均流环33，所述料液均流环33顶端高于料液腔的腔底，高度低于料液腔31深度。在喷丝板3的底部，每个喷丝头组装孔32的四周设置有用于安装喷头安装板5的螺纹孔34。每个所述喷丝头组装孔32内均设置有独立喷丝头4，每个所述的独立喷丝头4通过喷头安装板5固定于喷丝板3上。

如图5、图6所示，所述喷丝头主体41的侧面沿周向均匀设置有若干料液注入孔44，在喷丝头主体41的底部中心设置了与料液注入孔44相连通的喷丝成型孔45，在喷丝头主体41内设置了一芯液管46，芯液管46穿设在喷丝成型孔45内并同轴。所述芯液管46内设置有一与其同轴并贯穿至芯液导流管43的芯液流道47。所述芯液导流管43设置在喷丝头主体41的顶部并与之同轴。在喷丝头主体41顶部设置了一环形的密封槽48。密封槽48内设置有O型密封圈。所述喷丝头辅助功能环42为一圆柱环，设置在喷丝头主体41底部并与之同轴。在所述喷丝头辅助功能环42内可设置温度调节装置或温度、测量等传感器49。在喷丝头辅助功能环42外侧设置有O型密封圈。

如图7所示，所述安装板基体51为一圆柱体，在安装板基体51顶部中心设置有一与其同轴的圆柱形安装板凸台52，在安装板凸台52中心设置有一贯穿安装板凸台52和安装板基体51的喷丝头安装孔54，喷丝头安装孔54与安装板基体51和安装板凸台52同轴，在安装板基体21四周，设置有与螺纹孔34相对应的安装板固定孔53。

独立喷丝头4安装在喷丝头安装孔54内后，从喷丝板3底部插入喷丝头组装孔32内，并使得独立喷丝头4上的芯液导流管43穿设在芯液导流板2上的芯液分流孔22内，然后通过螺栓锁入安装板固定孔53、螺纹孔34内，把独立喷丝头4固定于喷丝板3上。这样的设计使得，可以在不拆开整个喷丝模组情况下的单独把独立喷丝头4拆下，进行维修和更换，节省成本和时间。

当使用本实用新型提供的新型多孔中空纤维膜喷丝装置时，在喷丝过程中，料液从进料板1的料液进口11流入，在压力及重力作用下，经过料液流道24，流入喷丝板3的料液腔31，由于料液腔31内设置了料液均流环33，流入料液腔31的料液，只能先铺满整个料液腔31，随着料液量的增加，料液厚度增加，当料液的厚度超过料液均流环33高度，料液就同时以相同的压力，通过料液均流环33流入每个喷丝头组装孔32内，由于O型密封圈的作用，料液只能流进每个独立喷丝头4的料液注入孔44，均匀的以料液流的形式从每个喷丝成型孔45喷出。

另一方面，芯液从芯液导流板2侧面的芯液进口25流入喷丝头，在压力作用下，进过芯液通道26，从芯液通道出口27溢出流入芯液导流板2的芯液腔21内，由于O型密封圈的作用，随着芯液量的增加，芯液厚度增加，当芯液的厚度高出芯液导流管43，芯液就同时以相同的压力，流入每个喷丝头芯液导流管43进入到独体喷丝头4内，经过芯液流道47，从每个芯液管46中流出。

由于芯液管46直径比喷丝成型孔45的直径小，因此芯液流被料液流围绕，使得料液流形成管状，从而在之后工序中形成所需的中空膜纤维丝。

在本实施例中，芯液腔、芯液均流环或芯液导流管、料液腔、料液均流环相关尺寸关系可以通过下面的方式进行推导：

1、芯液导流板上设置有上端敞口的芯液腔时，尺寸关系通过下面的方式进行推导：

(1)当芯液均流环或芯液导流管的以同等高度且低于芯液腔的方式设置在每个芯液分流孔上端时，需确定芯液腔的高度和宽度尺寸关系，具体如下：

将芯液腔21分成i段，每段的截面积S_ai＝W_aiH_ai，其中W_ai、H_ai分别表示芯液腔体的宽度和深度。每段对称安装K根芯液均流环或芯液导流管，每侧(I)段中间进水，则总共n根芯液均流环或芯液导流管；工质密度ρ(kg/m³)；质量流量G(kg/s)；体积流量q(m³/s)，因为是液体认为不可压缩，所以密度不变，则体积与质量为同样可以均增减的。芯液均流环或芯液导流管内直径d₀(mm)、内截面S₀(m²)，每根芯液均流环或芯液导流管流量相等，即流速V(m/s)相等，则：总流量为G，每根芯液均流环或芯液导流管：

G₀＝G/n或q₀＝q/n,

q₀＝V₀S₀＝V₀π(d₀/2)²/10^6，

其中，S₀为芯液均流环或芯液导流管的截面积；

则：第一段管流量为：q₀n/2＝V_a1S_a1

(V₀π(d₀/2)²/10⁶)n/2＝V_a1(W_a1H_a1/4)/10⁶

所以W_a1H_a1＝nπV₀d₀²/2V_a1

第二段管流量为：

q₀n/2-K q₀＝(n/2-k)q₀＝V_a2S_a2

(n/2-k)(V₀π(d₀/2)²/10⁶)＝V_a2(W_a2H_a2/4)/10⁶

所以W_a2H_a2＝(n-2K)πV₀d₀²/2V_a2

以此类推W_a3H_a3＝(n-4K)πV₀d₀²/2V_a3

……

W_aiH_ai＝(n-2(i-1)K)πV₀d₀²/2V_ai

需要各芯液均流环或芯液导流管的流量相等，即V_a1＝V_a2＝V_a3……＝V_ai；

所以，芯液腔21的每段高度和宽度尺寸应满足下述条件：

W_a1H_a1：W_a2H_a2：W_a3H_a3：…：W_aiH_ai＝n：n-2K：n-4K：…：n-2(i-1)K。

进一步的，当芯液腔21的每段宽度W_ai保持不变时，则芯液腔21每段的高度比为H_a1：H_a2：H_a3：…：H_ai＝n：n-2k：n-4k：…：n-2(i-1)K。

(2)当芯液腔截面积S_ai＝W_aiH_ai不变的情况下，芯液均流环或芯液导流管的高度比h_a1：h_a2：h_a3：…：h_ai＝n：n-2K：n-4K：…：n-2(i-1)K(此公式的推导方式与上述相同),其中，W_ai、H_ai分别表示芯液腔的宽度，h_ai表示芯液均流环或芯液导流管的高度深度，K为每段芯液腔的芯液均流环或芯液导流管的数量，n为芯液均流环或芯液导流管的总数。

2、喷丝板上设置有上端敞口的料液腔时，尺寸关系通过下面的方式进行推导：

(1)当料液均流环的以同等高度且低于料液腔的方式设置在每个喷丝头组装孔上端时，料液腔分成i段，每段的截面积S_bi＝W_biH_bi,每段料液腔的高度和宽度尺寸关系：

W_b2H_b2：W_b2H_b2：W_b3H_b3：…：W_biH_bi＝n：n-2K：n-4K：…：n-2(i-1)K(此公式的推导方式与上述相同)

其中，W_bi、H_bi分别表示料液腔的宽度、深度；K为每段料液腔的料液均流环数，n为料液均流环总数；

(2)当料液腔截面积S_bi＝W_biH_bi不变的情况下，料液均流环的高度比h_b1：h_b2：h_b3：…：h_bi＝n：n-2K：n-4K：…：n-2(i-1)K(此公式的推导方式与上述相同),其中，W_bi、H_bi分别表示料液腔的宽度，h_bi表示料液均流环的高度深度，K为每段料液腔的料液均流环数，n为料液均流环总数。

如图8所示，在变形例中，独立喷丝头4中的辅助功能环的直径大于喷丝头主体41的直径。

如图9a、9b所示，在变形例中，喷头安装板5设置有外螺纹结构，同时喷丝板3上不再设置有螺纹孔，而是在喷丝头组装孔32内，设置与喷头安装板5对应的内螺纹即可。安装板5通过自带外螺纹拧入喷丝头组装孔32内的内螺纹与喷丝板3固定。

如图10所示，在变形例中，两种独立喷丝头4，省略芯液导流管43，而是在芯液导流板2上设置有芯液均流环28，同样可以实现芯液在同等压力同时进入独立喷丝头的目的。所述芯液分流孔22设置在所述芯液均流环28的内侧；芯液管46穿设在喷丝成型孔内并与所述芯液分流孔22相连通。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。