一种耐高温中空纤维膜组件及其制备方法与流程

本发明涉及中空纤维膜技术领域，特别涉及一种耐高温中空纤维膜组件及其制备方法。

背景技术：

中空纤维膜分离技术主要用作水处理、液体分离或提纯，广泛应用于环保、化工、石油、印染、电子、食品、饮料、医药、饮用水等多个领域。研究表明，中空纤维膜的分离效率随着温度提高而提升，然而现有的中空纤维膜组件，由于设计缺陷，只能适用于常温环境，最高使用温度不超过45℃，在高温环境下(大于45℃)，其膜丝两端封口处容易脱落、开裂，密封性和使用寿命均受到严重影响，根本不能使用；与此同时，现有的中空纤维膜组件在进行水处理过程中，尤其是含有高浓度金属污染物的水处理时，容易造成膜堵塞和膜损伤，加速了中空纤维膜组件的提早报废。

基于以上分析，我公司成立研发小组，经过长期的试验测试和科学研究，通过对现有用于分离工艺的中空纤维膜组件进行结构改进，设计一种耐高温中空纤维膜组件及其制备方法，提高中空纤维膜组件，尤其是膜丝两端封口处的密封性，满足高温条件下的分离要求，提高分离效率；在中空纤维膜组件中增加金属微粒净化机构，避免金属污染物对膜组件造成的损伤，保证中空纤维膜组件具备固有的分离效率，增加使用寿命，从而降低膜分离成本。

技术实现要素：

本发明的目的是，针对现有中空纤维膜组件存在的技术问题，通过对现有用于分离工艺的中空纤维膜组件进行结构改进，设计一种耐高温中空纤维膜组件及其制备方法，提高中空纤维膜组件，尤其是膜丝两端封口处的密封性，满足高温条件下的分离要求，提高分离效率；在中空纤维膜组件中增加金属微粒净化机构，避免金属污染物对膜组件造成的损伤，保证中空纤维膜组件具备固有的分离效率，增加使用寿命，从而降低膜分离成本。

本发明通过以下技术方案实现：

一种耐高温中空纤维膜组件，其特征在于，至少包括：外膜腔(1)以及装配于外膜腔(1)内部的内膜芯(2)，所述外膜腔(1)设置为不锈钢筒体，所述内膜芯(2)由数根中空纤维膜膜丝(23)呈束状分布而成；

所述内膜芯(2)一端部为环氧树脂封口端(21)，内膜芯(2)另一端部为环氧树脂浇铸端(22)，内膜芯(2)位于环氧树脂封口端(21)一侧封堵于环氧树脂封口端(21)内部，内膜芯(2)位于环氧树脂浇铸端(22)一侧穿过环氧树脂浇铸端(22)；

所述环氧树脂浇铸端(22)的外径大于环氧树脂封口端(21)的外径；

所述外膜腔(1)侧壁至少设置有1个排污口(101)和1个曝气管接口(102)；

所述外膜腔(1)内侧壁靠近环氧树脂浇铸端(22)一侧的位置设置有用于对环氧树脂浇铸端(22)进行定位的“l”型卡台(104)；

所述内膜芯(2)的环氧树脂封口端(21)通过限位螺钉(103)固定于外膜腔(1)侧壁，限位螺钉(103)加工于外膜腔(1)侧壁；

所述环氧树脂封口端(21)外侧壁设置有用于对限位螺钉(103)进行限位的“l”型限位台(2101)；

所述外膜腔(1)两侧分别设置有左端部压盖(11)和右端部压盖(12)，左端部压盖(11)装配于环氧树脂封口端(21)一侧，右端部压盖(12)装配于环氧树脂浇铸端(22)一侧，左端部压盖(11)左侧为污水进水口(1101)，右端部压盖(12)右侧为净化水出水口(1201)；

所述左端部压盖(11)和右端部压盖(12)分别通过连接法兰与外膜腔(1)连接；

所述外膜腔(1)与右端部压盖(12)结合处设置有第一环形密封圈(4)；

所述左端部压盖(11)与外膜腔(1)结合处设置有第二环形密封圈(5)；

所述左端部压盖(11)内侧装配有设置有圆饼式永磁体(1102)。

进一步，所述环氧树脂封口端(21)外围套设有不锈钢紧固外壳。

进一步，所述环氧树脂浇铸端(22)外围套设有不锈钢定位外圈。

进一步，所述环氧树脂浇铸端(22)与“l”型卡台(104)结合处设置有第三环形密封圈(3)。

进一步，所述污水进水口(1101)进口端装配有圆筒式过滤网(1103)。

进一步，所述圆筒式过滤网(1103)可拆卸地装配于污水进水口(1101)外侧。

进一步，所述外膜腔(1)上与第三环形密封圈(3)相对的位置设置有用于对第三环形密封圈(3)进行装配的环形装配槽。

一种用于制备耐高温中空纤维膜组件的方法，包括以下步骤：

步骤1)：内膜芯制备工装制备，内膜芯制备工装结构包括基座(300)、装配于基座(300)上可调式支撑立柱(200)及装配于可调式支撑立柱(200)顶部的横向置物架(100)；

所述可调式支撑立柱(200)上装配有一级置物板(400)，一级置物板(400)正中心位置装配有圆盘形顶出机构(401)，一级置物板(400)上与圆盘形顶出机构(401)正相对的位置装配有一级环氧树脂浇铸腔(402)；

所述一级环氧树脂浇铸腔(402)正下方设置二级置物板(500)，二级置物板(500)上装配有二级环氧树脂浇铸腔(501)；

所述横向置物架(100)上设置有一级卡位台(700)和二级卡位台(800)；

所述横向置物架(100)顶部设置有圆盘盖(600)，圆盘盖(600)中心设置有绳索孔(601)；

步骤2)：内膜芯制备，用绳索将呈束状分布的中空纤维膜膜丝(23)捆绑，使呈束状分布的中空纤维膜膜丝(23)一端捆绑于圆盘盖(600)的绳索孔(601)，另一端置于一级环氧树脂浇铸腔(402)，在一级环氧树脂浇铸腔(402)中灌注环氧树脂硬胶，形成环氧树脂封口端(21)；

向上拧动圆盘形顶出机构(401)，将环氧树脂封口端(21)向上顶出，使环氧树脂封口端(21)与一级环氧树脂浇铸腔(402)分离；

将步骤3)中分离后的环氧树脂封口端(21)悬挂于二级卡位台(800)上，并将圆盘盖(600)装配于一级卡位台(700)上；

取下一级置物板(400)，使呈束状分布的中空纤维膜膜丝(23)的另外一端置于二级环氧树脂浇铸腔(501)中，向二级环氧树脂浇铸腔(501)内依次灌注有机硅灌封胶和环氧树脂硬胶，形成环氧树脂浇铸端(22)；

卸下二级环氧树脂浇铸腔(501)，使二级环氧树脂浇铸腔(501)与环氧树脂浇铸端(22)分离，然后利用切割刀将环氧树脂浇铸端(22)底端的有机硅灌封胶切割掉，使中空纤维膜膜丝(23)内孔向外裸露，完成内膜芯制备；

步骤3)：内膜芯(2)与外膜腔(1)装配，在内膜芯(2)的环氧树脂浇铸端(22)内侧放置第三环形密封圈(3)，将内膜芯(2)放置于外膜腔(1)内部，使限位螺钉(103)卡位于“l”型限位台(2101)上，环氧树脂浇铸端(22)卡位于“l”型卡台(104)，环氧树脂浇铸端(22)向内压紧第三环形密封圈(3)；

步骤4)：在左端部压盖(11)与外膜腔(1)之间装配第二环形密封圈(5)，利用连接法兰将左端部压盖(11)与外膜腔(1)连接；

步骤5)：在外膜腔(1)与右端部压盖(12)之间装配第一环形密封圈(4)，利用连接法兰将外膜腔(1)与右端部压盖(12)连接；

步骤6)：在左端部压盖(11)的输入端装配圆筒式过滤网(1103)，完成耐高温中空纤维膜组件的制备。

进一步，所述一级置物板(400)与圆盘形顶出机构(401)螺母连接，一级置物板(400)与一级环氧树脂浇铸腔(402)螺母连接。

进一步，所述二级置物板(500)与二级环氧树脂浇铸腔(501)螺母连接。

进一步，所述可调式支撑立柱(200)高度可调。

进一步，所述一级置物板(400)上设置有用于装配一级环氧树脂浇铸腔(402)的环形槽，所述环形槽可用于环氧树脂封口端(21)的直接浇铸，环形槽径向设置有紧固螺钉，通过紧固螺钉可有效对浇铸的环氧树脂胶进行固定，使环氧树脂胶体与环形槽结合为一体结构。

进一步，不锈钢紧固外壳可用圆盘状不锈钢饼和环形槽的组合来替代。

本发明提供了一种耐高温中空纤维膜组件，与现有技术相比，有益效果在于：

1、本发明设计的耐高温中空纤维膜组件，主体结构由外膜腔(1)以及装配于外膜腔(1)内部的内膜芯(2)组成，外膜腔(1)设置为不锈钢筒体，内膜芯(2)由数根中空纤维膜膜丝(23)呈束状分布而成；内膜芯(2)一端部为环氧树脂封口端(21)，内膜芯(2)另一端部为环氧树脂浇铸端(22)，内膜芯(2)位于环氧树脂封口端(21)一侧封堵于环氧树脂封口端(21)内部，内膜芯(2)位于环氧树脂浇铸端(22)一侧穿过环氧树脂浇铸端(22)；外膜腔(1)两侧分别设置有左端部压盖(11)和右端部压盖(12)，左端部压盖(11)装配于环氧树脂封口端(21)一侧，右端部压盖(12)装配于环氧树脂浇铸端(22)一侧，左端部压盖(11)左侧为污水进水口(1101)，右端部压盖(12)右侧为净化水出水口(1201)，环氧树脂封口端(21)外围套设有不锈钢紧固外壳，环氧树脂浇铸端(22)外围套设有不锈钢定位外圈；上述设计结构，通过外膜腔(1)、内膜芯(2)、左端部压盖(11)、右端部压盖(12)、不锈钢紧固外壳及不锈钢定位外圈的相互配合，实现了对内膜芯(2)的有效保护，避免内膜芯(2)两端侧在高温环境下发生脱落，满足了中空纤维膜组件在高温环境下的使用需求。

2、本发明设计的耐高温中空纤维膜组件，环氧树脂浇铸端(22)的外径大于环氧树脂封口端(21)的外径，外膜腔(1)内侧壁靠近环氧树脂浇铸端(22)一侧的位置设置有用于对环氧树脂浇铸端(22)进行定位的“l”型卡台(104)；内膜芯(2)的环氧树脂封口端(21)通过限位螺钉(103)固定于外膜腔(1)侧壁，限位螺钉(103)加工于外膜腔(1)侧壁；环氧树脂封口端(21)外侧壁设置有用于对限位螺钉(103)进行限位的“l”型限位台(2101)；上述设计结构，利用限位螺钉(103)与“l”型限位台(2101)的配合，以及环氧树脂浇铸端(22)与“l”型卡台(104)的相互配合，实现了内膜芯(2)在外膜腔(1)内侧的定位，有效保证了内膜芯(2)处于外膜腔(1)的中心位置，避免内膜芯(2)偏移后，中空纤维膜膜丝(23)断裂，影响水处理效果。

3、本发明设计的耐高温中空纤维膜组件，外膜腔(1)与右端部压盖(12)结合处设置有第一环形密封圈(4)；左端部压盖(11)与外膜腔(1)结合处设置有第二环形密封圈(5)；环氧树脂浇铸端(22)与“l”型卡台(104)结合处设置有第三环形密封圈(3)；上述设计结构，提高了外膜腔(1)与左端部压盖(11)及右端部压盖(12)的密封性，满足了更高温度环境的使用要求。

4、本发明设计的耐高温中空纤维膜组件，左端部压盖(11)内侧装配有圆饼式永磁体(1102)，上述设计结构，利用圆饼式永磁体(1102)可对经由污水进水口(1101)进入的污水中的金属碎屑进行拦截，避免金属碎屑对内膜芯(2)中的中空纤维膜膜丝(23)造成损伤，提高中空纤维膜组件的使用寿命。

5、本发明设计的耐高温中空纤维膜组件，污水进水口(1101)进口端装配有圆筒式过滤网(1103)，设计的圆筒式过滤网(1103)可提前对进入外膜腔(1)内部待处理污水中的大颗粒污染物进行过滤，有利于外膜腔(1)内部待处理污水的畅通，提高污水处理效率，从而避免污染物在环氧树脂封口端(21)和环氧树脂浇铸端(22)堆积，避免局部温度过高影响环氧树脂封口端(21)和环氧树脂浇铸端(22)的密封性，从而满足高温环境使用需求，提高中空纤维膜组件的使用寿命。

6、本发明设计的用于制备耐高温中空纤维膜组件的方法，实现了耐高温中空纤维膜组件的快速制备，提高了耐高温中空纤维膜组件的制备效率，满足了耐高温中空纤维膜组件工业化生产需求。

附图说明

图1为本发明设计的耐高温中空纤维膜组件的结构示意图。

图2为本发明设计中内膜芯的结构示意图。

图3为本发明设计中内膜芯制备工装的结构示意图。

具体实施方式

参阅附图1、图2及图3对本发明做进一步描述。

本发明涉及一种耐高温中空纤维膜组件，其特征在于，至少包括：外膜腔(1)以及装配于外膜腔(1)内部的内膜芯(2)，所述外膜腔(1)设置为不锈钢筒体，所述内膜芯(2)由数根中空纤维膜膜丝(23)呈束状分布而成；

所述内膜芯(2)一端部为环氧树脂封口端(21)，内膜芯(2)另一端部为环氧树脂浇铸端(22)，内膜芯(2)位于环氧树脂封口端(21)一侧封堵于环氧树脂封口端(21)内部，内膜芯(2)位于环氧树脂浇铸端(22)一侧穿过环氧树脂浇铸端(22)；

所述环氧树脂浇铸端(22)的外径大于环氧树脂封口端(21)的外径；

所述外膜腔(1)侧壁至少设置有1个排污口(101)和1个曝气管接口(102)；

所述外膜腔(1)内侧壁靠近环氧树脂浇铸端(22)一侧的位置设置有用于对环氧树脂浇铸端(22)进行定位的“l”型卡台(104)；

所述内膜芯(2)的环氧树脂封口端(21)通过限位螺钉(103)固定于外膜腔(1)侧壁，限位螺钉(103)加工于外膜腔(1)侧壁；

所述环氧树脂封口端(21)外侧壁设置有用于对限位螺钉(103)进行限位的“l”型限位台(2101)；

所述外膜腔(1)两侧分别设置有左端部压盖(11)和右端部压盖(12)，左端部压盖(11)装配于环氧树脂封口端(21)一侧，右端部压盖(12)装配于环氧树脂浇铸端(22)一侧，左端部压盖(11)左侧为污水进水口(1101)，右端部压盖(12)右侧为净化水出水口(1201)；

所述左端部压盖(11)和右端部压盖(12)分别通过连接法兰与外膜腔(1)连接；

所述外膜腔(1)与右端部压盖(12)结合处设置有第一环形密封圈(4)；

所述左端部压盖(11)与外膜腔(1)结合处设置有第二环形密封圈(5)；

所述左端部压盖(11)内侧装配有设置有圆饼式永磁体(1102)。

作为改进，所述环氧树脂封口端(21)外围套设有不锈钢紧固外壳。

作为改进，所述环氧树脂浇铸端(22)外围套设有不锈钢定位外圈。

作为改进，所述环氧树脂浇铸端(22)与“l”型卡台(104)结合处设置有第三环形密封圈(3)。

作为改进，所述污水进水口(1101)进口端装配有圆筒式过滤网(1103)。

作为改进，所述圆筒式过滤网(1103)可拆卸地装配于污水进水口(1101)外侧。

一种用于制备耐高温中空纤维膜组件的方法，包括以下步骤：

步骤1)：内膜芯制备工装制备，内膜芯制备工装结构包括基座(300)、装配于基座(300)上可调式支撑立柱(200)及装配于可调式支撑立柱(200)顶部的横向置物架(100)；

所述可调式支撑立柱(200)上装配有一级置物板(400)，一级置物板(400)正中心位置装配有圆盘形顶出机构(401)，一级置物板(400)上与圆盘形顶出机构(401)正相对的位置装配有一级环氧树脂浇铸腔(402)；

所述一级环氧树脂浇铸腔(402)正下方设置二级置物板(500)，二级置物板(500)上装配有二级环氧树脂浇铸腔(501)；

所述横向置物架(100)上设置有一级卡位台(700)和二级卡位台(800)；

所述横向置物架(100)顶部设置有圆盘盖(600)，圆盘盖(600)中心设置有绳索孔(601)；

步骤2)：内膜芯制备，用绳索将呈束状分布的中空纤维膜膜丝(23)捆绑，使呈束状分布的中空纤维膜膜丝(23)一端捆绑于圆盘盖(600)的绳索孔(601)，另一端置于一级环氧树脂浇铸腔(402)，在一级环氧树脂浇铸腔(402)中灌注环氧树脂硬胶，形成环氧树脂封口端(21)；

向上拧动圆盘形顶出机构(401)，将环氧树脂封口端(21)向上顶出，使环氧树脂封口端(21)与一级环氧树脂浇铸腔(402)分离；

将步骤3)中分离后的环氧树脂封口端(21)悬挂于二级卡位台(800)上，并将圆盘盖(600)装配于一级卡位台(700)上；

取下一级置物板(400)，使呈束状分布的中空纤维膜膜丝(23)的另外一端置于二级环氧树脂浇铸腔(501)中，向二级环氧树脂浇铸腔(501)内依次灌注有机硅灌封胶和环氧树脂硬胶，形成环氧树脂浇铸端(22)；

卸下二级环氧树脂浇铸腔(501)，使二级环氧树脂浇铸腔(501)与环氧树脂浇铸端(22)分离，然后利用切割刀将环氧树脂浇铸端(22)底端的有机硅灌封胶切割掉，使中空纤维膜膜丝(23)内孔向外裸露，完成内膜芯制备；

步骤3)：内膜芯(2)与外膜腔(1)装配，在内膜芯(2)的环氧树脂浇铸端(22)内侧放置第三环形密封圈(3)，将内膜芯(2)放置于外膜腔(1)内部，使限位螺钉(103)卡位于“l”型限位台(2101)上，环氧树脂浇铸端(22)卡位于“l”型卡台(104)，环氧树脂浇铸端(22)向内压紧第三环形密封圈(3)；

步骤4)：在左端部压盖(11)与外膜腔(1)之间装配第二环形密封圈(5)，利用连接法兰将左端部压盖(11)与外膜腔(1)连接；

步骤5)：在外膜腔(1)与右端部压盖(12)之间装配第一环形密封圈(4)，利用连接法兰将外膜腔(1)与右端部压盖(12)连接；

步骤6)：在左端部压盖(11)的输入端装配圆筒式过滤网(1103)，完成耐高温中空纤维膜组件的制备。

作为改进，所述一级置物板(400)与圆盘形顶出机构(401)螺母连接，一级置物板(400)与一级环氧树脂浇铸腔(402)螺母连接。

作为改进，所述二级置物板(500)与二级环氧树脂浇铸腔(501)螺母连接。

作为改进，所述可调式支撑立柱(200)高度可调。

与现有技术相比，本发明设计的耐高温中空纤维膜组件，主体结构由外膜腔(1)以及装配于外膜腔(1)内部的内膜芯(2)组成，外膜腔(1)设置为不锈钢筒体，内膜芯(2)由数根中空纤维膜膜丝(23)呈束状分布而成；内膜芯(2)一端部为环氧树脂封口端(21)，内膜芯(2)另一端部为环氧树脂浇铸端(22)，内膜芯(2)位于环氧树脂封口端(21)一侧封堵于环氧树脂封口端(21)内部，内膜芯(2)位于环氧树脂浇铸端(22)一侧穿过环氧树脂浇铸端(22)；外膜腔(1)两侧分别设置有左端部压盖(11)和右端部压盖(12)，左端部压盖(11)装配于环氧树脂封口端(21)一侧，右端部压盖(12)装配于环氧树脂浇铸端(22)一侧，左端部压盖(11)左侧为污水进水口(1101)，右端部压盖(12)右侧为净化水出水口(1201)，环氧树脂封口端(21)外围套设有不锈钢紧固外壳，环氧树脂浇铸端(22)外围套设有不锈钢定位外圈；上述设计结构，通过外膜腔(1)、内膜芯(2)、左端部压盖(11)、右端部压盖(12)、不锈钢紧固外壳及不锈钢定位外圈的相互配合，实现了对内膜芯(2)的有效保护，避免内膜芯(2)两端侧在高温环境下发生脱落、开裂，满足了中空纤维膜组件在高温环境下的使用需求。

本发明设计的耐高温中空纤维膜组件，环氧树脂浇铸端(22)的外径大于环氧树脂封口端(21)的外径，外膜腔(1)内侧壁靠近环氧树脂浇铸端(22)一侧的位置设置有用于对环氧树脂浇铸端(22)进行定位的“l”型卡台(104)；内膜芯(2)的环氧树脂封口端(21)通过限位螺钉(103)固定于外膜腔(1)侧壁，限位螺钉(103)加工于外膜腔(1)侧壁；环氧树脂封口端(21)外侧壁设置有用于对限位螺钉(103)进行限位的“l”型限位台(2101)；上述设计结构，利用限位螺钉(103)与“l”型限位台(2101)的配合，以及环氧树脂浇铸端(22)与“l”型卡台(104)的相互配合，实现了内膜芯(2)在外膜腔(1)内侧的定位，有效保证了内膜芯(2)处于外膜腔(1)的中心位置，避免内膜芯(2)偏移后，中空纤维膜膜丝(23)断裂，影响水处理效果。

本发明设计的耐高温中空纤维膜组件，外膜腔(1)与右端部压盖(12)结合处设置有第一环形密封圈(4)；左端部压盖(11)与外膜腔(1)结合处设置有第二环形密封圈(5)；环氧树脂浇铸端(22)与“l”型卡台(104)结合处设置有第三环形密封圈(3)；上述设计结构，提高了外膜腔(1)与左端部压盖(11)及右端部压盖(12)的密封性，满足了更高温度环境的使用要求。

本发明设计的耐高温中空纤维膜组件，左端部压盖(11)内侧装配有圆饼式永磁体(1102)，上述设计结构，利用圆饼式永磁体(1102)可对经由污水进水口(1101)进入的污水中的金属碎屑进行拦截，避免金属碎屑对内膜芯(2)中的中空纤维膜膜丝(23)造成损伤，提高中空纤维膜组件的使用寿命。

本发明设计的耐高温中空纤维膜组件，污水进水口(1101)进口端装配有圆筒式过滤网(1103)，设计的圆筒式过滤网(1103)可提前对进入外膜腔(1)内部待处理污水中的大颗粒污染物进行过滤，有利于外膜腔(1)内部待处理污水的畅通，提高污水处理效率，从而避免污染物在环氧树脂封口端(21)和环氧树脂浇铸端(22)堆积，避免局部温度过高影响环氧树脂封口端(21)和环氧树脂浇铸端(22)的密封性，从而满足高温环境使用需求，提高中空纤维膜组件的使用寿命。

本发明设计的用于制备耐高温中空纤维膜组件的方法，实现了耐高温中空纤维膜组件的快速制备，提高了耐高温中空纤维膜组件的制备效率，满足了耐高温中空纤维膜组件工业化生产需求。

本发明在使用时，按照图1所示对设计的耐高温中空纤维膜组件进行组装，待处理污水依次经由圆筒式过滤网(1103)、污水进水口(1101)和圆饼式永磁体(1102)进入外膜腔(1)内侧，在中空纤维膜膜丝(23)的过滤作用下，净化水经由环氧树脂浇铸端(22)输出并通过净化水出水口(1201)流出，污染物拦截至中空纤维膜膜丝(23)外侧并经由排污口(101)排出。

本发明在制备时，利用图3所示的内膜芯制备工装进行内膜芯制备，然后将内膜芯与外膜腔装配即可。

按照以上描述，即可对本发明进行应用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。