渗透汽化膜晶种涂覆装置的设计

＊李华北

（河北美邦工程科技股份有限公司 河北 050000）

渗透汽化膜晶种涂覆装置的设计

＊李华北

（河北美邦工程科技股份有限公司 河北 050000）

介绍了用于外径12mm，长度800mm的不锈钢或陶瓷的管状支撑体的晶种涂覆装置的工作原理和主要部件结构，分析了影响装置涂覆质量的主要因素， 并结合实验运行，进一步说明自动涂覆装置在实际渗透汽化膜生产中的重要性。

渗透汽化膜；涂覆；旋转运动机构；直线运动机构；弹簧夹紧机构

1.前言

渗透汽化膜根据溶解-扩散原理，在渗透汽化过程中，待分离组分在膜两侧蒸汽压差的推动下，被膜选择性吸附溶解，以不同的速度在膜内扩散，在膜下游汽化、解吸，实现混合物分离。现在NaA沸石膜已被广泛应用于渗透汽化过程中, NaA沸石膜渗透汽化装置投入到工业化运行中,逐渐取代了有机高分子膜材料 。目前, NaA沸石膜的制备方法主要为二次生长法, 即在膜管水热合成之前对载体管进行预涂晶种。 根据经典的晶体形成理论, 二次生长法能跳过晶体的成核期,通过缩短晶化时问来控制膜的形成, 而且能够确保沸石晶粒只在载体表面生长而不在溶液中生长,有效限制了杂晶的出现,同时还可提高合成膜的质量及制备膜的重复性。要制备高质量的沸石膜,关键在于将晶种均匀地涂覆在载体表面形成一层薄而均匀的晶种层。本文设计的装置就达到了这样效果。

2.工作原理

以往晶种涂覆是用手工完成的，通过手工把晶种揉如支撑体表面，然后进行研磨，使晶种均匀的涂覆在支撑体表面，这种方法涂覆速度慢，质量不稳定，不适合大规模生产。本文采用先湿润支撑体然后喷涂晶种同时摩擦模仿手工涂敷的原理,即事先把支撑体润湿，然后在旋转的支撑体表面上喷涂晶种溶液,并通过直线机构带动摩擦机构对晶种层反复摩擦,将晶种分散到支撑体表面从而形成一层薄而均匀的晶种层。该装置结合自动化控制技术, 实现了NaA沸石膜大规模生产中晶种的快速涂敷，同时也有效的提高了膜的性能和质量。

3.主要参数和结构

(1)主要技术参数

①可同时涂覆4支支撑体的情况下，每小时加工60支膜管。②加工支撑体的规格为800mm-1000mm的不锈钢管或者陶瓷管。涂膜合格率在98%以上。④外形尺寸：1785mm×1000mm×850mm。⑤装机容量：1KW,其中旋转系统用调速电机250W,直线运动系统用伺服电机为750W。⑥直线运动系统用滚珠丝杠为40mm×40mm。

(2)主要结构

装置的主要结构：铝型材支架、直线运动机构、旋转运动机构、涂覆机构、弹簧夹紧机构，如图1所示。

图1

图2

①直线运动机构

通过图1可以看出直线运动机构包括：伺服电机、凸台圆形轴承座、滚珠丝杠40×40、丝杠用螺母、直线轨道、滑块、轨道支座、以及连接板等零部件组成。直线运动机构的工作步骤是：通过自控程序控制750W的伺服电机在不同位置和时间段实现不同的运行速度和方向。电机带动滚珠丝杠实现旋转运动，丝杠的螺距为40mm，在1000mm的直线长度的运行时间保证在16s到20s之间。与丝杠旋合在一起的丝杠螺母把丝杠的旋转运动转换成沿丝杠方向的水平运动。同时丝杠螺母连接着安装有喷涂部件的连接板，连接板通过与两端的滑块相固定，通过滑块在各自的直线轨道定位槽中定位，这样丝杠螺母就带动连接板在直线导轨方向做前后的直线运动。通过直线运动实现对支撑体表面涂覆动作，并实现涂覆动作的快慢和方向都可以完全控制，保证这个动作能最大限度的模拟手工涂覆时的效果，并且通过中间丝杠螺母的运动可同步带动多支支撑体同时被涂覆晶种（如果需要），这样可完全实现大规模的量化生产，可完全代替手工制作。

②旋转运动机构

通过图2可以看出旋转运动机构包括：调速电机、同步轮、同步带、双轴承座、顶轴A和顶轴B等部件组成。旋转运动机构的工作步骤是：通过自控程序控制250W的调速电机的运行速度和方向。通过电机带动同步轮和同步带的运动，使顶轴A和顶轴B同步转动运行。顶轴A和顶轴B是固定支撑体的，通过顶轴顶端与支撑体的摩擦力带动支撑体旋转，旋转的速度大约每分钟60转左右，模仿人工加工时，手握支撑体的旋转运动，在实际装置操作时，可根据调整电机的旋转速度来确定什么速度旋转最能获得良好的加工效果，来保证产品质量。

③涂覆机构

涂覆机构（图3）包括：加料段、涂覆段、涂覆用橡胶带、调整片等部件。晶种通过加料段加入，分散在支撑体外表面上，涂覆段里涂覆橡胶带用于摩擦支撑体，通过支撑体的自旋转和涂覆机构的水平直线运动，晶种就均匀稳定的涂覆在支撑体表面，在涂覆过程中通过调整片的调节来调整橡胶带接触支撑体的间隙，来进一步调节涂层厚度。

④弹簧夹紧机构

弹簧夹紧机构（图4）包括：顶轴、轴套、双轴承座、压缩弹簧、锁紧螺母和调节螺栓等。顶轴在轴套里的配合是间隙配合，轴套固定在双轴承座内，所以顶轴在轴套里可以自由运动，调节螺栓可以调节压缩弹簧的预紧力，预紧力使顶轴夹紧支撑体的两端，预紧力的大小可以根据对支撑体夹紧程度来调节，支撑体通过顶轴的摩擦力实现自旋转。由于支撑体壁薄易碎，刚性差，直线度、同轴度、圆度均不高，并且支撑管在涂覆时需要旋转，所以支撑夹紧机构不仅承受支撑体涂覆时的轴向力，还要能产生足够的摩擦力来带动支撑体旋转。弹簧夹紧机构在装置中起着重要的作用，调整好弹簧夹紧机构才能确保证支撑体平稳的旋转和涂覆。

4.影响涂覆质量的主要因素

①在涂覆之前，要完全保证支撑体被水浸湿，这样才能使涂覆时晶种能很好的涂在支撑体表面上，否则晶种不易涂上。②在安装装置时保证支撑体两端的顶轴和中间的涂覆机构同轴，否则影响膜层的均匀性和涂覆的质量，支撑体也容易折断。正确选择弹簧夹紧机构中的压缩弹簧，弹簧预紧力过大或过小，都严重影响涂覆质量和工作效率。④在整体装置中，直线运动机构和旋转运动机构要与涂覆速度要协调，速度适中，否则涂覆质量就不好控制。

5.运行实验

实验表明在支撑体表面预涂覆晶种时，手工均匀地摩擦晶种可以得到均匀的晶种分布, 但由于每个人的个体差异，膜的质量很不稳定，主要是操作繁琐，并且容易产生斑点等原因，严重影响下一工序的顺利进行，导致无法形成均质的汽化膜。而本文介绍的自动涂覆装置能在支撑管上短时间内获得结构致密性能良好的NaA膜，并且质量稳定，使汽化膜的制作形成产业化，加速了汽化膜在分离工程的应用。

[1]李绍炎编．自动机与自动线[M]．清华大学出版社．2007．

[2]焦生杰等编．工程机械机电液一体[M]．人民交通出版社． 2000．

[3]吴宗泽编．机械零件设计手册[M]．机械工业出版社．2003．

(责任编辑 责聪)

Design of the Coating Device for Pervaporation Membrane Seed Crystal

Li Huabei
（Hebei Meibang Engineering Technology Limited Liability Company, Hebei, 050000）

In this paper, it has introduced the working principle and main component structure of seed crystal coating device used for stainless steel or ceramic tubular support with external diameter 12mm and length 800mm, besides, it has analyzed the main factors in fl uencing coating quality and combing with the experimental operation, it has stated the importance of automatic coating device to the production of practical pervaporation membrane.

pervaporation membrane；coating；rotating motion mechanism；straight-line motion mechanism；spring clamping mechanism

T

A

李华北（1970～）男，河北美邦工程科技股份有限公司；研究方向：膜过滤技术。