專利名稱：中空纖維膜的干燥裝置及干燥方法
中空纖維膜的干燥裝置及干燥方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及干燥適用于濾膜等的中空纖維膜的干燥裝置及使用這種干燥裝置的干燥 方法。
背景技術(shù)：
由醋酸纖維素、聚丙烯腈、聚砜、氟系樹脂等組成的、例如通過濕法或干濕法紡絲制作 的多孔質(zhì)中空纖維膜，作為精密濾膜、超濾膜、反滲透濾膜等被廣泛使用于食品工業(yè)領(lǐng)域、 醫(yī)療領(lǐng)域、電子工業(yè)領(lǐng)域等領(lǐng)域中的有用成分的濃縮、回收、不要成分的去除、造水等。
通過濕法或干濕法紡絲制作中空纖維膜時，首先，調(diào)制包含疏水性聚合物和親水性聚 合物的制膜原液。接著，通過該制膜原液以環(huán)狀吐出，在凝固液中進行凝固的凝固工序，形 成中空纖維膜。另外，制膜原液可以經(jīng)過與空氣接觸的空轉(zhuǎn)部，導(dǎo)入凝固液中(干濕式紡絲 法)，也可直接導(dǎo)入凝固液中(濕式紡絲法)。由于這樣形成的中空纖維膜的多孔質(zhì)部中，通常親水性聚合物以溶液的狀態(tài)殘留，因 此，通常需要去除該親水性聚合物后，再干燥中空纖維膜。
在這里，對于中空纖維膜的干燥，例如，如專利文獻I的0049段記載的那樣，使用熱風(fēng) 循環(huán)式干燥裝置的情況較多。具體來說，采用了熱風(fēng)以每秒數(shù)米左右的風(fēng)速在干燥裝置內(nèi) 循環(huán)的干燥裝置中，使中空纖維膜連續(xù)前行，對中空纖維膜的外周側(cè)送熱風(fēng)進行干燥的方 法?，F(xiàn)有技術(shù)文獻 專利文獻專利文獻1:日本專利特開2005-220202號公報 發(fā)明內(nèi)容然而，使用這樣的熱風(fēng)循環(huán)式干燥裝置，為對中空纖維膜進行充分干燥，中空纖維膜需 要在干燥裝置中幾次往返，滯留時間需要設(shè)定幾分鐘左右，需要干燥時間。另外，由于這樣 的干燥裝置是大型的，所以需要提供廣闊的設(shè)置空間，同時需要的熱風(fēng)量也很多。按照這種 傳統(tǒng)的干燥方法，在短時間內(nèi)，以低成本干燥中空纖維膜是困難的。
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的在于提供一種無需大型設(shè)備，在短時間、低成本下，能干 燥中空纖維膜的中空纖維膜的干燥裝置和使用這種干燥裝置的干燥方法。
本發(fā)明的中空纖維膜的干燥裝置，設(shè)有干燥用筒構(gòu)件和氣體供給部；所述干燥用筒構(gòu)件的長度方向的至少一端形成有供中空纖維膜進出的開口部，中空纖維膜通過干燥用筒構(gòu) 件的內(nèi)部的同時，與內(nèi)周面之間形成空隙；所述氣體供給部形成于所述干燥用筒構(gòu)件的側(cè) 面，向所述干燥用筒構(gòu)件內(nèi)提供干燥用氣體。所述干燥用筒構(gòu)件的所述形成氣體供給部的部分與其他部分相比，優(yōu)選為擴徑的擴徑部。所述擴徑部，優(yōu)選設(shè)置有令來自所述氣體供給部的所述干燥用氣體分散的氣體分散體。所述干燥用筒構(gòu)件，優(yōu)選能通過多根中空纖維膜。所述干燥用筒構(gòu)件，優(yōu)選為垂直設(shè)置。本發(fā)明的中空纖維膜的干燥方法，是使用上述干燥裝置的中空纖維膜的干燥方法，是 從所述氣體供給部向所述干燥用筒構(gòu)件內(nèi)供應(yīng)所述干燥用氣體，將該干燥用氣體的一部分 從所述中空纖維膜的外部壓入中空部。。此時，優(yōu)選通過所述干燥用筒構(gòu)件外產(chǎn)生的所述中空纖維膜的所述外部和所述中空部 之間的壓力差，將中空纖維膜中包含的水分從中空纖維膜的外表面排出。另外，優(yōu)選通過所述干燥用筒構(gòu)件外產(chǎn)生的所述中空纖維膜的所述外部和所述中空部 之間的壓力差，將被壓入所述中空部的所述干燥用氣體從所述中空纖維膜的所述中空部向 所述外部排出。再者，優(yōu)選令所述中空纖維膜在垂直設(shè)置的所述干燥用筒構(gòu)件內(nèi)通過。
本發(fā)明提供一種無需大型設(shè)備，在短時間、低成本下，能干燥中空纖維膜的中空纖維膜 的干燥裝置和使用這種干燥裝置的干燥方法。


圖1是親水性聚合物去除工序的一個示例的概略構(gòu)成圖；圖2是親水性聚合物去除工序的另外一個示例的概略構(gòu)成圖；圖3是顯示本發(fā)明的一種使用干燥裝置的干燥氣體壓入工序的概略構(gòu)成圖；圖4是顯示本發(fā)明的另外一種使用干燥裝置的干燥氣體壓入工序的概略構(gòu)成圖；圖5A是顯示本發(fā)明的再一種使用干燥裝置的干燥氣體壓入工序的概略構(gòu)成圖；圖5B是圖5A具備的氣體分散體的立體圖；圖6是氣體分散體的又一個示例的立體圖；圖7是顯示本發(fā)明的再一個例子中的使用干燥裝置的干燥氣體壓入工序的概略構(gòu)成圖；圖8是顯示本發(fā)明的再一個例子中的使用干燥裝置的干燥氣體壓入工序的概略構(gòu)成圖；圖9是顯示本發(fā)明的再一個例子中的使用干燥裝置的干燥氣體壓入工序的概略構(gòu)成圖；圖1OA是本發(fā)明的再一個例子中的干燥裝置具備的干燥用筒構(gòu)件的概略構(gòu)成立體圖； 圖1OB是本發(fā)明的再一個例子中的干燥裝置具備的干燥用筒構(gòu)件的概略構(gòu)成立體圖； 圖11是顯示預(yù)干燥工序后實施干燥氣體壓入工序的一例的概略構(gòu)成圖；圖12是顯示預(yù)干燥工序后實施干燥氣體壓入工序的另一例的概略構(gòu)成圖；圖13是顯示預(yù)干燥工序后實施干燥氣體壓入工序的再一例的概略構(gòu)成圖。圖中附圖標記說明如下10為中空纖維膜，20為干燥用筒構(gòu)件，21為氣體供給部。
具體實施方式

以下示例了包括令包含疏水性聚合物和親水性聚合物的制膜原液在凝固液中凝固， 形成中空纖維膜的凝固工序，去除形成的中空纖維膜中的殘留親水性聚合物的親水性聚 合物去除工序，以及干燥去除了親水性聚合物的中空纖維膜的干燥工序的中空絲膜制造方 法，并詳細說明了適用于該干燥工序的本發(fā)明的干燥裝置及干燥方法。
凝固工序本實施方式的中空纖維膜的制造方法中，首先，調(diào)制包含疏水性聚合物和親水性聚合 物的制膜原液。接著，通常通過將該制膜原液從形成有環(huán)狀吐出口的噴嘴吐出進入凝固液 中，使其在凝固液中凝固的凝固工序，形成中空纖維膜。凝固工序可按照制膜原液經(jīng)過與空氣接觸的空轉(zhuǎn)部而導(dǎo)入凝固液中的干濕式紡絲法 的操作進行，也可按照直接導(dǎo)入凝固液的濕式紡絲法的操作進行。另外，在這里，制造的中 空纖維膜的構(gòu)成并沒有特別限制，例如，可以是具備多孔質(zhì)基材的中空纖維膜，也可以是多 層構(gòu)造的、對于使用時的摩擦等具有耐久性的中空纖維膜。再者，作為多孔質(zhì)基材的例子，沒有特別的限定，可舉出用各種纖維制成的中空狀編織 繩和組合繩等，各種素材可單獨或結(jié)合使用。作為用于中空狀編織繩和組合繩的纖維，可舉 出合成纖維、半合成纖維、再生纖維、天然纖維等；另外，纖維的形態(tài)可以為單纖絲、多纖絲 或紡紗中的任意一種。
疏水性聚合物可以為能通過凝固工序形成中空纖維膜的物質(zhì)，只要是這樣的物質(zhì)就沒 有特別的使用限制，例如可舉出聚砜和聚醚砜等聚砜系樹脂、聚偏二氟乙烯等氟系樹脂、聚 丙烯腈、纖維素衍生物、聚酰胺、滌綸、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯等。此外，可使用這些樹 脂的共聚物，也可使用在這些樹脂或共聚物的一部分導(dǎo)入取代基所形成的聚合物。另外，還 可將分子量等不同的同種聚合物混合使用，也可將兩種以上的不同種類的樹脂混合使用。 其中氟系樹脂，尤其是由聚偏二氟乙烯或偏二氟乙烯單體和其他單體形成的共聚物，相對 于次氯酸等氧化劑具有優(yōu)良的耐久性。因此，例如后述的親水性聚合物去除工序等中，利用 氧化劑進行處理那樣的中空纖維膜制造工序中，作為疏水性聚合物，選擇氟系樹脂頗適合。
親水性聚合物是為了將制膜原液的粘度調(diào)整到適合中空纖維膜形成的范圍和達到制 膜狀態(tài)的安定化而添加的物質(zhì)，優(yōu)選使用聚乙二醇和聚乙烯基吡咯烷酮等。其中，從中空纖 維膜孔徑的控制和中空纖維膜強度的觀點出發(fā)，優(yōu)選聚乙烯基吡咯烷酮和聚乙烯基吡咯烷 酮與其他單體共聚形成的共聚物。另外，親水性聚合物也可以將兩種以上的樹脂混合使用。例如，作為親水性聚合物，使用較高分子量的聚合物時，具有容易形成膜構(gòu)造良好的中空纖維膜的趨勢。另一方面，低分 子量的親水性聚合物，基于在后述的親水性聚合物去除工序中，更容易從中空纖維膜中去 除這方面是優(yōu)選的。因此，根據(jù)目的，可將不同分子量的同種親水性聚合物酌情混合使用。
可通過將上述的疏水性聚合物和親水性聚合物在可溶解它們的溶劑(良溶劑)中混合， 調(diào)制制膜原液。在制膜原液中，也可根據(jù)需要添加其他成分。溶劑的種類沒有特別限制，以干濕法紡絲進行的凝固工序時，為了通過在空轉(zhuǎn)部使制 膜原液吸濕，以調(diào)整中空纖維膜的孔徑，優(yōu)選容易和水均勻混合的溶劑。作為這樣的溶劑， 可舉出例如N，N- 二甲基甲酰胺、N, N- 二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、N-甲基-2-吡咯烷酮、 N-甲基嗎啉-N-氧化物等，這些溶劑可使用一種以上。另外，在不損傷疏水性聚合物和親水 性聚合物在溶劑中的溶解性的范圍中，也可混合使用疏水性聚合物和親水性聚合物的不良 溶劑。制膜原液的溫度，沒有特別限制，通常為20 40°C。
制膜原液中，由于疏水性聚合物的濃度太低或太高，都會有降低制膜時的安定性和使 形成良好中空纖維膜構(gòu)造的難度加大的趨勢，因此，優(yōu)選下限為10質(zhì)量％，進一步優(yōu)選為15 質(zhì)量％。另外，優(yōu)選上限為30質(zhì)量％,進一步優(yōu)選為25質(zhì)量％。另一方面，為了中空纖維膜更容易形成，親水性聚合物的濃度下限優(yōu)選為I質(zhì)量％，進 一步優(yōu)選為5質(zhì)量％。親水性聚合物的濃度上限，從制膜原液的操作性的觀點出發(fā)，優(yōu)選為 20質(zhì)量％，進一步優(yōu)選為12質(zhì)量％。
作為凝固液，可單獨使用水、醇類、甘油、乙二醇等或混合使用。凝固液的溫度沒有特別 限制，通常為60 90°C。
親水性聚合物去除工序根據(jù)上述凝固工序形成的中空纖維膜，一般孔徑大、具有潛在高滲透性，但由于中空纖 維膜中的親水性聚合物以溶液狀態(tài)大量殘留，在這種狀態(tài)下，無法發(fā)揮充分的高滲透性。因 此，凝固工序的后續(xù)步驟中，優(yōu)選進行去除殘留在中空纖維膜中的親水性聚合物的親水性 聚合物去除工序。
親水性聚合物去除工序的具體方法沒有特別限制，例如，具備預(yù)備工序、減壓工序、清 洗液供給工序的工序頗適合。凝固工序得到的中空纖維膜中，親水性聚合物以高濃度溶液的狀態(tài)在膜(多孔質(zhì)部)中 殘留。這樣的高濃度的親水性聚合物，在某種程度上，通過將中空纖維膜在清洗液中浸泡， 相對容易被消除。因此，作為預(yù)備工序，可舉出依次進行下列工序的方法首先開始進行將 中空纖維膜在清洗液中浸泡清洗的(i)中空纖維膜的清洗工序，接著，(ii)使用氧化劑的親 水性聚合物的低分子量化工序，(iii)經(jīng)低分子量化的親水性聚合物的清洗工序。
(i)作為中空纖維膜的清洗工序中使用的清洗液，沒有特別的限定，可以為澄清的、能 使親水性聚合物分散或溶解的液體，但優(yōu)選清洗效果高的水。作為使用的水，可舉出例如自來水、工業(yè)用水、河川水、井水等，也可使用醇、無機鹽、氧化劑、表面活性劑等與水的混合 液。另外，作為清洗液，也可為疏水性聚合物的良溶劑與水的混合液。關(guān)于清洗溫度，為了使親水性聚合物溶液粘度抑制在較低水平、防止擴散移動速度下 降，宜選擇高的清洗溫度，優(yōu)選為50°C以上，進一步優(yōu)選為80°C以上。并且若一邊煮沸清洗 液，一邊進行洗凈，則沸騰產(chǎn)生的氣泡還能刷洗中空纖維膜的外表面，因此，使效率高的清 洗成為可能。
根據(jù)(i)中空纖維膜的清洗工序，中空纖維膜中殘留的親水性聚合物變成較低的濃度 狀態(tài)。這樣的低濃度時，為了得到更好的清洗效果，優(yōu)選進行(ii)使用氧化劑的親水性聚 合物的低分子量化工序。具體來說，首先，使中空纖維膜中保持含有氧化劑的藥液，接著，在氣相中加熱保持有 藥液的中空纖維膜的方法是優(yōu)選的。作為氧化劑，也可使用臭氧、過氧化氫、高錳酸鹽、重鉻 酸鹽、過硫酸鹽等，但在氧化力強、分解性能優(yōu)、操作性強、廉價等方面，特別優(yōu)選次氯酸鹽。 作為次氯酸鹽，可舉出例如次氯酸鈉、次氯酸鈣等，特別優(yōu)選次氯酸鈉。
在這過程中，藥液的溫度優(yōu)選為50°C以下，進一步優(yōu)選為30°C以下。在高于50°C的高 溫時，在中空纖維膜的浸泡中，促進了氧化分解，脫落至藥液中的親水性聚合物進一步氧化 分解，導(dǎo)致氧化劑的浪費。另一方面，過度的低溫時，雖然抑制了氧化分解，但與常溫下實施 的情況相比，具有控制低溫的溫度控制成本等增加的趨勢。因此，從這一點的來看，藥液的 溫度優(yōu)選為0°C以上，進一步優(yōu)選為10°C以上。
使中空纖維膜保持于藥液后，通過在氣相中加熱中空纖維膜，氧化分解親水性聚合物。 通過在氣相中加熱，幾乎不會出現(xiàn)中空纖維膜中保留的藥液被大幅稀釋、藥液脫落溶出到 加熱介質(zhì)中的情況，藥液中的氧化劑被高效地用于分解中空纖維膜中殘留的親水性聚合 物，故而優(yōu)選。
作為具體的加熱方法，優(yōu)選采用加熱流體在大氣壓下對中空纖維膜進行加熱。作為加 熱流體，優(yōu)選采用相對濕度高的流體，即在濕熱條件進行加熱，因為這樣能夠防止次氯酸鹽 等氧化劑的干燥，使高效的分解處理成為可能。在這過程中，作為流體的相對濕度，優(yōu)選為 80%以上，進一步優(yōu)選為90%以上，最優(yōu)選為接近100%。進行連續(xù)處理時，為能使處理時間變短，加熱溫度下限優(yōu)選為50°C，進一步優(yōu)選為 80°C。在大氣壓狀態(tài)下，溫度上限優(yōu)選為100°C。
優(yōu)選像這樣，實施了(ii)使用氧化劑的親水性聚合物的低分子量化工序后，在與上述(i)中空纖維膜的清洗工序相同的條件下，再次將中空纖維膜在清洗液中浸泡清洗的，進行 將經(jīng)低分子量化的親水性聚合物以某種程度去除的(iii)低分子量化的親水性聚合物的清 洗工序。
按照以上那樣，根據(jù)需要進行預(yù)備工序后，進行減壓工序。通過減壓工序，可將經(jīng)過了預(yù)備工序仍然殘存的親水性聚合物有效去除。減壓工序是將中空纖維膜的外部減壓，將中空纖維膜中殘留的親水性聚合物向中空 纖維膜的外部排出的工序，其中，使中空纖維膜的外部壓力低于中空部壓力，由于這種壓力 差，使親水性聚合物移到中空纖維膜外部，從而去除親水性聚合物。
減壓工序的具體方法沒有特別限制，例如，優(yōu)選如圖1所示那樣，采用筒構(gòu)件11，該筒 構(gòu)件11的側(cè)面(周面)形成有用于連接減壓泵等減壓裝置的連接口 I Ia的同時，具有中空纖 維膜10能通過的程度的間隙，兩端IlbUlc設(shè)置有密封機構(gòu)，該密封機構(gòu)能夠保持其內(nèi)部 相對于外部的減壓狀態(tài)或加壓狀態(tài)。將這樣的筒構(gòu)件11配置于大氣等氣相中，經(jīng)過了凝固 工序和根據(jù)需要的預(yù)備工序的中空纖維膜10，在筒構(gòu)件11內(nèi)，從其一端Ilb連續(xù)導(dǎo)入的同 時，啟動減壓裝置，從而在筒構(gòu)件11內(nèi)，中空纖維膜10的外部被減壓，中空纖維膜10中殘 留的親水性聚合物在氣相伴隨的同時，被抽吸到中空纖維膜10的外部，從而去除。
另外，作為更優(yōu)選的方法，例如可舉出，如圖2所示那樣，準備倒入了清洗液的洗滌槽 12，將中空纖維膜10浸泡在該洗滌槽12中，對清洗液浸泡的該中空纖維膜10進行上述減 壓工序的方法。在進行這樣的減壓工序時，中空纖維膜10的中空部和外部之間的壓力差大時，從筒構(gòu) 件11出來后，中空纖維膜10的浸泡于清洗液中的部分中，洗滌槽12中的清洗液通過膜，導(dǎo) 入到中空纖維膜10的中空部。然后，被導(dǎo)入了的清洗液通過減壓裝置的工作，再次通過膜，向外部排出。結(jié)果使中空 纖維膜10中殘留的親水性聚合物同清洗液一起從連接口 Ila去除。根據(jù)這樣的減壓工序，通過將清洗液從中空纖維膜10的中空部通往中空纖維膜10的 外部的方法，從中空纖維膜10中被帶離的親水性聚合物分散或溶解于清洗液中，與清洗液 一同被抽吸、去除，因此，再次附著于中空纖維膜10的擔(dān)憂也會減輕，得到高效去除效果。另外，作為清洗液，可使用(i)中空纖維膜的清洗工序中例舉的清洗液。清洗液溫度沒有特別限制，優(yōu)選為3(T80°C。溫度高時，親水性聚合物容易在清洗液中 分散、溶解，但由于清洗液的飽和蒸氣壓力升高，會產(chǎn)生不能確保高真空度的擔(dān)憂。相反， 溫度低時，能確保高真空度，去除水分也變得容易，但會產(chǎn)生親水性聚合物在清洗液中的分 散、溶解性降低的擔(dān)憂。
更進一步說，為了提高親水性聚合物的去除效果，這樣的減壓工序的后段中，也可組合 使用從中空纖維膜10的外部向中空部強制供給清洗液的清洗液供給工序，提高親水性聚 合物的去除效果。具體來說，準備2根先前敘述的筒構(gòu)件11，在洗滌槽12中把它們相互間隔一定空間地 串聯(lián)設(shè)置，在前段側(cè)的筒構(gòu)件11的連接口 Ila連接減壓裝置，在后段側(cè)的筒構(gòu)件11的連接 口 Ila連接用于供給清洗液的加壓供給泵等供給裝置。然后，中空纖維膜10從這2根筒構(gòu)件11內(nèi)的前段側(cè)依次導(dǎo)入的同時，啟動減壓裝置和 供給裝置。然后，可以在后段側(cè)的筒構(gòu)件11內(nèi)，從中空纖維膜10的外部向中空部供給清洗 液(清洗液供給工序)，在前段側(cè)的筒構(gòu)件11內(nèi)，使清洗液從中空纖維膜10的中空部向外部通過(減壓工序)。若像這樣在減壓工序的后段設(shè)置清洗液供給工序，則在減壓工序中，從中空纖維膜10 的中空部向外部通過的清洗液量增加，結(jié)果使親水性聚合物的去除效果增強。
這樣的減壓工序和清洗液供給工序的條件，在考慮中空纖維膜10的種類(材質(zhì)、膜結(jié) 構(gòu))、中空纖維膜10中殘留的親水性聚合物濃度、使各筒構(gòu)件11呈耐壓性的設(shè)備成本以及 中空纖維膜10本身的耐壓性能等因素的同時，考慮減壓工序和清洗液供給工序中的中空 纖維膜10的纖維不易搖晃的條件也是有必要的。從這些觀點出發(fā)，減壓工序的壓力中，作 為減壓裝置的表壓優(yōu)選為-O. 05 一 O.1MPa，進一步優(yōu)選為-O. 08 一 O.1MPa，清洗液供 給工序的供給壓力中，作為供給裝置的表壓優(yōu)選為大于O、并在O. 4MPa以下，進一步優(yōu)選為 大于O、并在O. 3MPa以下。另外，這樣的范圍內(nèi)，減壓工序和清洗液供給工序的表壓的壓力 差越大，則具有獲得更高的親水性聚合物去除效果的趨勢。減壓工序和清洗液供給工序中的中空纖維膜10各滯留時間(各筒構(gòu)件內(nèi)滯留的時間) 分別為2 10秒時，能得到有效地、充分地除去親水性聚合物的效果。
干燥工序接著對實施了這樣的親水性聚合物去除工序的中空纖維膜10進行干燥(干燥工序)。 干燥工序中，至少進行使干燥用氣體的一部分從中空纖維膜10的外部透入到中空部 而導(dǎo)入的干燥用氣體壓入工序。
干燥用氣體壓入工序，例如，采用如圖3所示的具有耐壓性的干燥用筒構(gòu)件20和設(shè)置 在干燥用筒構(gòu)件20上的氣體供給部21的中空纖維膜干燥裝置，作為干燥用氣體，例如，可 使用熱風(fēng)(高溫空氣)、高溫惰性氣體等高溫氣體。該例中的干燥用筒構(gòu)件20，直徑方向的斷面(以下稱為橫截面。)為圓形，且形成有這樣 的內(nèi)徑中空纖維膜10能沿干燥筒構(gòu)件20的長度方向從其內(nèi)部通過，同時與該干燥筒構(gòu)件 20的內(nèi)周面之間形成空隙。該例中的干燥用筒構(gòu)件20的長度方向的中央部的側(cè)面(周面) 形成有用于向干燥用筒構(gòu)件20內(nèi)供給干燥氣體的氣體供給部21。另外，干燥用筒構(gòu)件20 的兩端20a、20b為開口，作為中空纖維膜10出入的開口部，該例中，一端20a的開口部是中 空纖維膜10的入口，另一端20b的開口部是出口。將中空纖維膜從一端20a的開口部連續(xù)性導(dǎo)入，使其通過這樣的干燥用筒構(gòu)件20的同 時，在氣體供給部21連接未圖示的干燥用氣體供給裝置并啟動，向干燥用筒構(gòu)件20內(nèi)供給 干燥用氣體。于是，通過供給干燥用氣體，在干燥用筒構(gòu)件20內(nèi)，中空纖維膜10的外部壓 力呈現(xiàn)比中空部更高的狀態(tài)。由于這種壓力差，干燥用氣體的一部分，如圖中箭頭A所示的 那樣，通過中空纖維膜10的膜，從中空纖維膜10的外部壓入中空部。
這樣向中空纖維膜10的中空部導(dǎo)入的干燥用氣體，接著，如圖中的箭頭B所示的那樣， 流經(jīng)通過干燥用筒構(gòu)件20內(nèi)的中空纖維膜10的中空部，到達干燥用筒構(gòu)件20的兩端20a、 20b的位置。于是，在干燥用筒構(gòu)件20外，中空纖維膜10外部的壓力低于中空部壓力，由于 這種壓力差，如圖中的箭頭C所示的那樣，干燥用氣體通過中空纖維膜10的膜，從中空纖維膜10的中空部排到外部。然后，伴隨這樣的干燥用氣體，中空纖維膜10中含有的水分從中空纖維膜10的中空部 排到外部。即，從中空纖維膜10的外表面排到外部。這時，中空纖維膜10含有的水分在多 量的條件下，干燥用氣體不如圖中的箭C那樣被排出到外部的替代，通過中空部的干燥用 氣體的壓力，膜中水分的一部分被擠壓排出的情況也有。
如此使干燥用氣體通過中空纖維膜10的外部導(dǎo)入到中空部，接著，通過中空纖維膜10 的中空部后，從中空部排到外部的干燥用氣體壓入工序，例如，與如傳統(tǒng)那樣使中空纖維膜 10在熱風(fēng)循環(huán)式干燥裝置內(nèi)幾次往復(fù)來回，對中空纖維膜10的外周側(cè)送熱風(fēng)的干燥方法 相比，時間短、而且用非常少的熱風(fēng)量就能有效地干燥中空纖維膜10，成本非常低。另外，這 樣的干燥用氣體壓入工序，只需具備了中空纖維膜10能通過的小型干燥用筒構(gòu)件20的干 燥裝置即可簡便地實施，無需大型設(shè)備，因此放置空間方面也頗合適。
干燥用氣體壓入工序的條件可以根據(jù)中空纖維膜10的種類(材質(zhì)、膜構(gòu)造)、中空纖維 膜10中殘留的水分量等適當(dāng)設(shè)定，但作為干燥用氣體的溫度，優(yōu)選為90 110°C，進一步優(yōu) 選為95 105°C。這樣的溫度下，雖然根據(jù)中空纖維膜10的材質(zhì)不同而有差異,但對于中 空纖維膜10，沒有由于熱引起的不良影響，能有效干燥。另外，也可以適度控制加熱干燥用 氣體的能源成本。再者，干燥用氣體的溫度，在干燥用筒構(gòu)件20的氣體供給部21中測量。
作為干燥用氣體的供給壓力，作為在干燥用筒構(gòu)件20的氣體供給部21中的干燥用氣 體表壓，優(yōu)選為O.1 O. 3MPa的范圍，進一步優(yōu)選為O.1 O. 2MPa。當(dāng)供給壓力為上述范 圍時，能有效地干燥中空纖維膜10的同時，還能適度抑制使干燥用筒構(gòu)件20呈耐壓性的設(shè) 備成本，也不易產(chǎn)生中空纖維膜10的纖維搖晃問題。另外，這樣的范圍內(nèi)，干燥氣體的供給 壓力也不會超過中空纖維膜10自身的耐壓性能。
為了使供給壓力在這樣的范圍內(nèi)，需要對應(yīng)于中空纖維膜10的外徑，酌情決定干燥用 筒構(gòu)件20的內(nèi)徑和長度。也就是說，干燥用筒構(gòu)件20的內(nèi)徑太大時，干燥用筒構(gòu)件20內(nèi)的中空纖維膜10的外 部與中空部的壓力差不能充分確保，結(jié)果有難以得到上述供給壓力的趨勢。另一方面，干燥 用筒構(gòu)件20的內(nèi)徑太小時，存在干燥用氣體壓入工序中的中空纖維膜10和干燥用筒構(gòu)件 20的內(nèi)周面接觸的情況，有損壞中空纖維膜10的可能性。另外，隨著干燥用筒構(gòu)件20的長 度變長，具有容易得到充足供給壓力的趨勢，但長度過長時，會產(chǎn)生設(shè)備的大型化、操作性 降低等擔(dān)憂。從這些觀點出發(fā)，中空纖維膜10和干燥用筒構(gòu)件20的間隙優(yōu)選為O. 4mm 1. 6mm，進 一步優(yōu)選為O. 6_ 1. 2_。另外，在這里，間隙是指干燥用筒構(gòu)件20內(nèi)徑的1/2和中空纖 維膜10外徑的1/2的差。另外，這時，干燥用筒構(gòu)件20的長度和該間隙的比優(yōu)選為2000 I 1000 :1，進一步優(yōu)選為 1800 1 1200 :1。再者，在這里的中空纖維膜10的外徑是通過外徑測定器(KEYECE制造，型號LS-3030) 測量得到的值。
另外，這種供給壓力下，干燥用氣體壓入工序中，中空纖維膜10的滯留時間(干燥用氣體壓入工序中，滯留在干燥用筒構(gòu)件20內(nèi)的時間)為20 40秒時，能進行有效且充分的干燥。中空纖維膜10的干燥用筒構(gòu)件20內(nèi)的移動速度，可根據(jù)上述范圍的滯留時間所決定， 通常，與紡絲速度一樣，為8 15m/min。另外，干燥用筒構(gòu)件20的長度，優(yōu)選不僅僅考慮上述中空纖維膜10和干燥用筒構(gòu)件20的間隙，也考慮滯留時間而決定。
這樣的干燥裝置中，將干燥用氣體從氣體供給部21向干燥用筒構(gòu)件20內(nèi)供給的情況下，干燥用氣體從單一方向碰上通過干燥用筒構(gòu)件20內(nèi)的中空纖維膜10，結(jié)果有時使中空纖維膜10產(chǎn)生纖維搖晃的情況。為了抑制這樣的纖維搖晃，優(yōu)選如圖4所示的那樣，在干燥用筒構(gòu)件20中，使形成有氣體供給部21的部分相對于干燥用筒構(gòu)件20的其他部分擴徑， 增大徑向截面，作為擴徑部23。根據(jù)設(shè)置這種擴徑部23，來自氣體供給部21的干燥用氣體在擴徑部23中，繞著中空纖維膜10的圓周方向進入，并非從單一方向，而是分散地碰上中 空纖維膜10。其結(jié)果是，能抑制中空纖維膜10的纖維搖晃。擴徑部23的形成長度L根據(jù)干燥用氣體的供給壓力等決定，使其至少包括連接氣體供給部21的部分。
另外，擴徑部23的內(nèi)部中，如圖5A和圖5B所示的那樣，配置使來自氣體供給部21的干燥用氣體分散的氣體分散體50時，能提高干燥用氣體的分散性和更有效地抑制纖維搖晃。該例的氣體分散體50是無底筒狀(圓筒體)，周壁沿長度方向在全周范圍內(nèi)形成多個狹縫51，軸線在與干燥用筒構(gòu)件20的軸線一致的方向上配置。擴徑部23內(nèi)部中配置了這樣的氣體分散體50，中空纖維膜10通過其內(nèi)側(cè)時，來自氣體供給部21的干燥用氣體從多個狹縫51分散，而后接觸中空纖維膜10，從而抑制纖維搖晃。另外，如圖6所示的那樣，周壁形成有多個貫通孔的多孔結(jié)構(gòu)的氣體分散體60也適合使用。另外，氣體分散體50、60也可配置在不具有擴徑部的干燥用筒構(gòu)件中。這個情況下，可以配置在干燥用筒構(gòu)件中，氣體供給部形成的部分。
為了提高干燥效果，可以如圖7所示的那樣，采用多根(圖7中為2根)干燥用筒構(gòu)件 20相互空開間隔串聯(lián)設(shè)置，各干燥用筒構(gòu)件20內(nèi)分別導(dǎo)入干燥用氣體的同時，向這些干燥用筒構(gòu)件20內(nèi)依次通過中空纖維膜10的方法，實施干燥用氣體壓入工序。例如，長度α 的2根干燥用筒構(gòu)件20相互空開間隔串聯(lián)設(shè)置，進行干燥用氣體壓入工序的情況，與采用長度2α的一根干燥用筒構(gòu)件20的干燥用氣體壓入工序的情況相比，2根干燥用筒構(gòu)件20 串聯(lián)設(shè)置的情況下，干燥用氣體向中空纖維膜10的中空部的導(dǎo)入和排出進行2次，采用一根干燥用筒構(gòu)件20的情況時，只有一次。干燥的效果方面，認為會受到這樣的干燥用氣體導(dǎo)入以及排出次數(shù)的影響。另外，圖7那樣的串聯(lián)設(shè)置的干燥用筒構(gòu)件20間的中空纖維膜 10的中空部中，從相鄰的干燥用筒構(gòu)件20分別導(dǎo)入的干燥用氣體互相沖擊，更有效地將干燥用氣體排到外面。因此，通過多根干燥用筒構(gòu)件20相互空開間隔串聯(lián)設(shè)置，能期待具有更高的干燥效果。
另外，像這樣采用多根干燥用筒構(gòu)件20串聯(lián)配置情況等，優(yōu)選如圖8所示的那樣，各干 燥用筒構(gòu)件20相互平行配置，使各干燥用筒構(gòu)件20的長度方向為垂直方向，通過干燥用筒 構(gòu)件20間配置的導(dǎo)輪70，一邊改變中空纖維膜10的前行方向，一邊讓中空纖維膜10在各 干燥用筒構(gòu)件20內(nèi)依次通過。干燥用筒構(gòu)件20的長度方向變成水平方向那樣的配置時， 特別是干燥用筒構(gòu)件20的長度較長的情況下，位于干燥用筒構(gòu)件20間的支持點之間的間 隔也變長了，因此，中空纖維膜10因自重在干燥用筒構(gòu)件20內(nèi)彎曲，變成在干燥用筒構(gòu)件 20的內(nèi)周面滑動的狀態(tài)。為了回避這樣的中空纖維膜10彎曲的擔(dān)憂，優(yōu)選干燥用筒構(gòu)件 20的長度方向呈垂直方向的配置。
另外，作為干燥用筒構(gòu)件20，如圖9所示的那樣，也可采用只有一端20a為開口部，另 一端20b閉塞的方式。這種情況下，中空纖維膜10從開口部導(dǎo)入干燥用筒構(gòu)件20內(nèi)，通過 干燥用筒構(gòu)件20內(nèi)的另一端20b側(cè)配置的導(dǎo)輪70折返后，從開口部導(dǎo)出干燥用筒構(gòu)件20 外。采用這樣的折回方式時，與不折回的方式相比，干燥用筒構(gòu)件20的每單位長度的干燥 效率出色。
另外，圖3的例子中，作為干燥用筒構(gòu)件20，采用了圓形橫截面，但橫截面的形狀沒有 特別限制，可以為正方形、長方形等四邊形，六邊形等多邊形。但是，在干燥用氣體的流動不 易變成亂流和中空纖維膜10的纖維搖晃容易抑制方面，優(yōu)選為圓形和正方形。更進一步說，干燥用筒構(gòu)件20的橫截面形狀和大小可根據(jù)通過干燥用筒構(gòu)件20內(nèi)的 中空纖維膜10的根數(shù)酌情決定。例如，一根干燥用筒構(gòu)件20內(nèi)通過一根中空纖維膜10的 方式的情況下，干燥用筒構(gòu)件的橫截面宜采用圓形或正方形。另一方面，例如，一根干燥用 筒構(gòu)件內(nèi)平行通過多根中空纖維膜10的方式的情況下，如圖1OA所示的那樣，還優(yōu)選干燥 用筒構(gòu)件20的橫截面為長方形，中空纖維膜10采用一列并排的方式。另外，如圖1OB所示 的那樣，還優(yōu)選采用干燥用筒構(gòu)件20的橫截面為圓形，干燥用筒構(gòu)件20的軸線四周配置中 空纖維膜10的方式，以及從干燥用筒構(gòu)件20橫截面?zhèn)葋砜?，中空纖維膜10如千鳥配置那 樣排列的方式。
另外，氣體供給部21形成的位置，可以如圖3等所示的那樣，為干燥用筒構(gòu)件20的長 度方向的中央部的側(cè)面(周面)，也可以如圖9所示的那樣，在中央部以外。另外，氣體供給 部21配置在中央部以外時，氣體供給部21的位置，可為中空纖維膜10通過時的前行方向 的上游側(cè)，也可為下游側(cè)。
為了有效進行干燥用氣體壓入工序，在干燥工序中，優(yōu)選在干燥用氣體壓入工序的前 段設(shè)置預(yù)干燥工序。通過像這樣設(shè)置預(yù)干燥工序，預(yù)先從中空纖維膜10除去一定程度的水 分，能進一步提高干燥用氣體壓入工序的干燥效果。作為具體的方法，例如，可舉出采用高溫的干燥用氣體在中空纖維膜10的外周側(cè)送風(fēng) 進行干燥的方法(熱風(fēng)干燥工序)和中空纖維膜10的減壓干燥方法(減壓干燥工序)等，也 可將這些方法組合使用。
實施作為預(yù)干燥工序的熱風(fēng)干燥工序時，作為具體的方法，例如可舉出如圖11所示的 那樣，在95 115°C的熱風(fēng)以每秒幾米程度的風(fēng)速進行循環(huán)的循環(huán)式熱風(fēng)干燥機30內(nèi)，使 中空纖維膜10連續(xù)前行，從中空纖維膜10外周側(cè)進行干燥的方法。像這樣通過該熱風(fēng)干 燥機30后，可以讓中空纖維膜10通過干燥用氣體壓入工序用的干燥用筒構(gòu)件20，進行干燥 用氣體壓入工序。熱風(fēng)干燥工序中，中空纖維膜10的滯留時間(熱風(fēng)干燥工序中，熱風(fēng)干燥 機30內(nèi)的滯留時間)為5 90秒時，能獲得充分的預(yù)干燥效果。
實施減壓干燥工序時，如圖12所示的那樣，可在干燥用氣體壓入工序的前段配置與干 燥氣體壓入工序中采用的器件類似的耐壓性的干燥用筒構(gòu)件40，采用該干燥用筒構(gòu)件40 進行減壓干燥工序后，進行干燥用氣體壓入工序。減壓干燥工序中使用的干燥用筒構(gòu)件40 必須能夠維持干燥用筒構(gòu)件40的內(nèi)部相對于外部的減壓狀態(tài)。為此，在干燥用筒構(gòu)件40 的兩端優(yōu)選具有中空纖維膜10能通過的程度的間隙，同時設(shè)置有迷宮式密封片等組成的 未圖示的密封結(jié)構(gòu)，該密封結(jié)構(gòu)能夠維持干燥用筒構(gòu)件40的內(nèi)部相對于外部的減壓狀態(tài)。
然后，中空纖維膜10首先從減壓干燥工序用的干燥用筒構(gòu)件40的一端40a連續(xù)導(dǎo)入 的同時，在該干燥用筒構(gòu)件40的側(cè)面形成的開口部41連接減壓泵等的未圖示的減壓裝置， 并使其工作，進行干燥用筒構(gòu)件40的內(nèi)部減壓。這樣，干燥用筒構(gòu)件40內(nèi)，中空纖維膜10 的外部被減壓，中空纖維膜10中的水分伴隨氣相被抽吸至中空纖維膜10的外部，并去除。 這個時候的壓力，作為減壓裝置的表壓優(yōu)選為-O. 05 -O.1MPa，進一步優(yōu)選為-O. 08 一 O.1MPa。另外，減壓工序中的中空纖維膜10的滯留時間(減壓工序中，干燥用筒構(gòu)件40內(nèi) 的滯留時間)為5 30秒時，能獲得充分的預(yù)干燥效果。此后，可使中空纖維膜10通過干燥用氣體壓入工序用的干燥用筒構(gòu)件20，進行干燥用 氣體壓入工序。
組合了熱風(fēng)干燥工序和減壓干燥工序的進行預(yù)干燥工序的情況中，可單獨依次實施這 些工序，但也可以如圖13所示的那樣，在熱風(fēng)干燥機30內(nèi)設(shè)置減壓干燥工序用的干燥用筒 構(gòu)件40，能獲得熱風(fēng)的干燥效果和減壓干燥的干燥效果的協(xié)同效果。
如以上說明的那樣，采用具備了干燥用筒構(gòu)件20和氣體供給部21的干燥裝置，其中， 干燥用筒構(gòu)件20的長度方向的一端20a或另一端20b的任何一方以上形成有中空纖維膜 10進出的開口部、中空纖維膜10通過其內(nèi)部，同時與內(nèi)周面之間形成縫隙，該氣體供給部 21形成于干燥用筒構(gòu)件20的側(cè)面，向干燥用筒構(gòu)件內(nèi)提供干燥用氣體，通過用該干燥裝置 干燥中空纖維膜10，能在短時間內(nèi)，而且以非常少的熱風(fēng)量、低成本干燥中空纖維膜10。另 外，這樣的干燥裝置，由于無需大型設(shè)備，因此，在設(shè)置空間方面也頗適合。實施例
以下通過列舉的實施例對本發(fā)明進行具體的說明。實施例1如表I所示的質(zhì)量比那樣，將聚偏二氟乙烯A (ATOFINA JAPAN公司(7卜7 4 f Π 八 >)制，商品名力、于一 301F)、聚偏二氟乙烯B (ATOFINA JAPAN公司制，商品名力、t 一9000LD)、聚乙烯基吡咯烷酮(ISP制造，商品名K-90)、N，N-二甲基乙酰胺分別混合，調(diào)制制膜原液(I)和制膜原液(2 )。然后，準備好在中心形成有中空部、在外側(cè)依次形成有能依次涂布2種液體的雙重環(huán)狀吐出口的噴嘴(參照日本專利特開2005-42074號公報的圖1)，在30°C保溫狀態(tài)下，在中空部中導(dǎo)入作為多孔質(zhì)基材的聚酯制多纖絲單織組合繩(多纖絲；830T/96F，16打)的同時， 在其外周從內(nèi)側(cè)依次涂布制膜原液(2)、制膜原液(I)后，在80°C保溫的凝固液(N，N-二甲基乙酰胺5質(zhì)量份和水95質(zhì)量份的混合液)中，使其凝固。如此，得到中空纖維膜，其外表面附近具有I層劃分層，向內(nèi)部孔徑增大的傾斜結(jié)構(gòu)的多孔質(zhì)層涂布于組合繩上。另外，被涂布的制膜原液(I)和(2)中，形成中空纖維膜的膜結(jié)構(gòu)的主原液為涂布于外側(cè)的制膜原液(I)。更進一步地，準備好在中心形成有比該中空纖維膜的外徑更大的內(nèi)徑的中空部、 在外側(cè)依次形成有能依次涂布2種液體的雙重環(huán)狀吐出口的噴嘴(參照日本專利特開 2005-42074號公報的圖1)，在30°C保溫狀態(tài)下，在中空部中導(dǎo)入如上那樣得到的中空纖維膜的同時，在其外周從內(nèi)側(cè)依次涂布甘油(和光純藥工業(yè)制造一級)和制膜原液(1)，同先前使用的情況相同，在80°C保溫的凝固液中進行凝固。如此，進一步得到具有涂布有多孔質(zhì)層的2層構(gòu)造的組合繩支持體的中空纖維膜。這時的紡絲速度(中空纖維膜的前行速度)為8. 8m/min。
表 I
權(quán)利要求
1.一種中空纖維膜的干燥裝置，設(shè)有干燥用筒構(gòu)件和氣體供給部；所述干燥用筒構(gòu)件的長度方向的至少一端形成有供中空纖維膜進出的開口部，中空纖維膜通過干燥用筒構(gòu)件的內(nèi)部的同時，與內(nèi)周面之間形成空隙；所述氣體供給部形成于所述干燥用筒構(gòu)件的側(cè)面，向所述干燥用筒構(gòu)件內(nèi)提供干燥用氣體。
2.如權(quán)利要求1記載的中空纖維膜的干燥裝置，所述干燥用筒構(gòu)件的形成所述氣體供給部的部分與其他部分相比，是擴徑的擴徑部。
3.如權(quán)利要求2記載的中空纖維膜的干燥裝置，所述擴徑部設(shè)置有令來自所述氣體供給部的所述干燥用氣體分散的氣體分散體。
4.如權(quán)利要求1記載的中空纖維膜的干燥裝置，所述干燥用筒構(gòu)件能通過多根中空纖維膜。
5.如權(quán)利要求1記載的中空纖維膜的干燥裝置，所述干燥用筒構(gòu)件為垂直設(shè)置。
6.一種中空纖維膜的干燥方法，其使用權(quán)利要求1 5的任一項記載的干燥裝置，從所述氣體供給部向所述干燥用筒構(gòu)件內(nèi)供應(yīng)所述干燥用氣體，將該干燥用氣體的一部分從所述中空纖維膜的外部壓入中空部。
7.如權(quán)利要求6記載的中空纖維膜的干燥方法，通過所述干燥用筒構(gòu)件外產(chǎn)生的所述中空纖維膜的所述外部和所述中空部之間的壓力差，將中空纖維膜中包含的水分從中空纖維膜的外表面排出。
8.如權(quán)利要求6記載的中空纖維膜的干燥方法，通過所述干燥用筒構(gòu)件外產(chǎn)生的所述中空纖維膜的所述外部和所述中空部之間的壓力差，將被壓入所述中空部的所述干燥用氣體從所述中空纖維膜的所述中空部向所述外部排出。
9.一種中空纖維膜的干燥方法，其使用權(quán)利要求5記載的干燥裝置，令所述中空纖維膜在垂直設(shè)置的所述干燥用筒構(gòu)件內(nèi)通過。
全文摘要
一種中空纖維膜的干燥裝置，設(shè)有干燥用筒構(gòu)件和氣體供給部；所述干燥用筒構(gòu)件的長度方向的至少一端形成有供中空纖維膜進出的開口部，中空纖維膜通過干燥用筒構(gòu)件的內(nèi)部的同時，與內(nèi)周面之間形成空隙；所述氣體供給部形成于所述干燥用筒構(gòu)件的側(cè)面，提供干燥用氣體。由于采用該干燥裝置，能在無需大型設(shè)備、短時間、低成本下，干燥中空纖維膜。
文檔編號B01D69/08GK103025410SQ20108006789
公開日2013年4月3日 申請日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者倉科正樹, 隅敏則, 廣本泰夫, 藤木浩之 申請人:三菱麗陽株式會社