破损纤维的选择性堵塞制造技术

选择性堵塞模组件的破损中空纤维的方法，所述纤维与众多的未破损纤维排列成壳－腔形式，该方法包括下列步骤： （ｉ）将组件垂直放置并使机组件末端与液体密封剂接触； （ｉｉ）使液体密封剂上升进入破损纤维至高于破损的高度； （ｉｉｉ）让密封剂至少部分固孔； （ｉｖ）切除一段纤维束，其高度应使未破损纤维空腔暴露而破损纤维保持堵塞。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及中空纤维膜领域，更具体地说，本专利技术涉及通过选择性堵塞制造过程中破损的膜来修复中空纤维膜组件的方法。膜分离法是基于使物质通过膜壁以选择性分离不同物质这一原理的物质分离方法。膜是一种表面积很大的薄层固体。其用途之一是用作从混合物中分离出两种或多种物质成分的工具。膜的分离性能是基于其对各种物质成分的不同的穿透性的。因而，为了进行分离，必须有一通过膜的驱动力，它促使材料穿过膜，它可以是压差或浓度差。当以压差作为戏驱动力时，膜必须具有承受压差所必须的机械强度。这与膜必须尽可能薄以便有较大流通量的要求相矛盾。因此，将膜附在相对多孔性的载体上，它一方面支承机械载荷，另一方面又允许物质自由流通其大孔体系。人们对于薄层膜、在给定的膜分离器体积中的大表面积和多孔性机械载体的需求导致了中空纤维膜的开发。它们是圆形截面的薄壁管。这样，它们是自承重的并且每单元表面积占的体积很小。分离所用的中空纤维组件大多设计成壳与管的组合，见附图说明图1所示。在这样排列时，可以分别接近中空纤维(HF)膜的里面(空腔)和外面(壳)，从而能够分离三个主要物质流进料，排拆物(它在组件的另一面收集，但却在与进料引入的膜表面是同一表面收集)和穿透物(它是穿过膜的物质流的结果)。一束中穿纤维膜当排成壳-管结构用于分离目的时，可能包含几根破裂或针孔纤维。见图2中数字1所示的破裂纤维。通过这些缺损处的物质传递是非选择性的并且与其它设计用来获得所需选择性的膜壁相比传递量很大。因此，这样的缺损破坏膜束的分离性能。如果这种缺损很多的话将使其失效。因此很明显，为了利用包含破损纤维的纤维束，必须找到一种能够修复或避免这些缺损或者能够排除其不良结果的方法。避免这种缺损的明显的方法是改进膜生产过程中的各步骤。但是，工业规模的纺制中空纤维总是有一定程度的缺损。对于其有很薄并因而易损的皮层的不对称膜，很容易出现不同直径的针孔。事实上，中空纤维皮层薄的极限由缺损的形成来确定。其它膜针孔的形成的出现不是在膜生产过程中产生的，而是在随后的操作和处理过程中产生的。在脆性很大的膜中针孔特别多，例如陶瓷和碳膜以及刚性玻璃态聚合物的情况便是如此。在这种情况下，纺丝系统制得的中空纤维可能不存在缺损。但施以机械应力的进一步操作可能引起损伤，例如筒管缠绕和退绕、切成一定长度的纤维、将中空纤维插入管中和最终装罐。为解决上述问题，提供了多种修补中空纤维缺损方法。在美国专利第4，230，463号(Henis等人)中，用硅橡胶层覆盖用于气体分离的中空纤维，硅橡胶层堵塞缺损，但由于其透气性高，故并不明显防碍气体通过膜。涂层聚合物以在挥发性溶剂(如戊烷)中的溶液的形式施用，并在空腔侧抽真空。用这种方法将聚合物溶液挤入缺损并确保其堵塞。或者，将聚合物涂层溶液引入中空纤维的空腔侧而活性皮层在壳侧，从而，溶液到达膜外侧时便干燥，由于溶剂蒸发而在针孔往壳侧的开口处选择性地形成聚合物堵塞。上述先有技术方法可用来处理不超过1微米(可能更小)的缺损，但不适用于断裂纤维的处理。另一种避免缺损膜的方法是分别探测和排除。如果手工进行，由于太费时间而在工业上是不可能的。本专利技术的目的之一是提供一种能够在罐装成一束之后选择性地消除破损纤维的方法。术语“破损纤维”是指断裂、带针孔和损伤等的中空纤维。这些缺损通常存在进料侧与透过物侧的自由通道，使其上能产生选择性的流通。本专利技术的目的是之二是提供一种能够使用因机械损伤而失去选择性的膜组件的简单而经济的方法。本专利技术的目的之三是提供一种这样的方法通过该方法能够以工业上可接受的生产率制造中空纤维束，而无需人工监察和机械损伤的修补。本专利技术的目的是之四是提供一种这种的方法通过该方法能够从完好的纤维中区分出破损纤维，它是选择性消除破损纤维而不必从整个纤维束中单独地将其去除的工具。本专利技术的选择性堵塞组件的破损中空纤维的方法中，所述纤维与众多的非破损纤维排列成能分别接近中空纤维的壳侧和空腔侧的形式。该方法包括下列步骤(ⅰ)将组件垂直放置并使组件末端与液体密封剂接触;(ⅱ)使液体密封剂上升进入破损纤维至高于破损的高度;(ⅲ)让密封剂至少部分固化;(ⅳ)切除一段纤维束，其高度应使未破损纤维空腔暴露而破损纤维保持堵塞。本专利技术优选的实施方案包括下列步骤1.将一堆或一束纤维的一端空腔全都堵塞;2.将组件的壳侧和空腔侧抽成基本上真空;3.将不可穿透流体填入壳侧和空腔侧;4.将组件垂直放置，将组件的空腔侧与不可穿透流体供料分开，将组件的与堵塞端相对的另一端浸入装有液体密封剂的贮槽中;5.将壳侧减压足够长时间，以使密封剂吸入破损纤维的空腔，通过其破损处将空腔侧抽真空;6.让密封剂至少部分固化;7.切除一段纤维束，其高度应使未破损纤维空腔暴露而破损纤维保持堵塞;8.必要时，在组件的另一端重复上述步骤。此外所用的术语“真空”是指负压，根据情况可以包括部分或完全真空。值得注意的是在上述步骤5中，密封剂进入破损纤维比进入空腔不是真空的完好纤维深得多。此外，步骤8一般在空腔侧的中空纤维的两端都可接近的情况下采取。本专利技术的另一个优选的实施方案包括下列步骤Ⅰ.将一堆或一束纤维的一端空腔全都堵塞;Ⅱ.将壳侧和空腔侧抽成基本上真空;Ⅲ.将不可穿透流体填入壳侧和空腔侧;Ⅳ.将组件垂直放置，将组件的空腔侧与不可穿透流体供料分开，将组件的与堵塞端相对的另一端浸入装有液体密封剂的贮槽中;Ⅴ.将壳侧减压足够长时间，以使密封剂吸入破损纤维的空腔，通过其破损处将空腔侧抽真空;Ⅵ.让密封剂部分固化(可选步骤);Ⅶ.将可穿透流体填入壳侧，使可穿透流体穿入空腔侧，以便从未破损纤维中排除密封剂;Ⅷ.切除一段纤维束，其高度应使未破损纤维空腔暴露而破损纤维保持堵塞;Ⅸ.必要时，在组件的另一端重复上述步骤。用于区分破损纤维和完好纤维的选择性消除的性质是在破损纤维的空腔侧和壳侧之间的非选择性流体传递。选择性消除包括胶粘剂(密封剂)进入破损纤维的空腔并在其中固化，从而将其堵塞，避免了通过纤维的非选择性传递。图1至图5示出SCFF法的各步骤;图6至图9示出了自动SCFF法;图10示出了在SCFF过程中的压降。本专利技术的一个优选的实施方法示于图1至6。在图1和图2中示出了罐装法的两种典型的方法。在图1中，装罐是通过将膜组件浸入液体密封剂中从而堵塞空腔末端而进行的。在图2中，装罐是通过将液体、粘性密封剂从旁边施用在组件管末端，而HF束伸出来，从而让HF末端敞开。在SCFF开始时，HF束必须置于图3A的位置，也就是说，HF束的一端敞开而另一端关闭(图3B)。在所有的图中，为简单起见只画出了四根中空纤维，它代表一束多得多的纤维。在该图及随后的某些图中，画出一根破裂的纤维，用数字1表示，另一个是带针孔的，用数字2表示，它们用来一般性表示破损纤维。组件末端通过将组件浸入液体胶粘剂(一般地表示为3和3′)中装罐，胶粘剂用任何已知技术固化，如放置一段时间或其它方法如接触催化或热固化。用该浸渍方法，胶粘剂将很可能在一定深度(几毫米)上穿透进入所有中空纤维空腔并将其堵塞，然后可切断堵塞部分将纤维打开，如图3的4所示。如果没有破损纤维的话，则4代表待装入分离系统的基本HF膜组件。在一个稍有不同的方法中，装罐是通过将胶粘剂施用于在管子末端附近的纤维束边上(图2)从本文档来自技高网...

【技术保护点】
选择性堵塞模组件的破损中空纤维的方法，所述纤维与众多的未破损纤维排列成壳－腔形式，该方法包括下列步骤：（ｉ）将组件垂直放置并使组件末端与液体密封剂接触；（ｉｉ）使液体密封剂上升进入破损纤维至高于破损的高度；（ｉｉｉ）让密封剂至少 部分固化；（ｉｖ）切除一段纤维束，其高度应使未破损纤维空腔暴露而破损纤维保持堵塞。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A索弗，S沙格，D戈卢布，H科恩，M阿扎赖亚，
申请(专利权)人：罗坦工业有限公司，阿加公司，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]