阅读说明：本技术 一种低浓度so3气体磺化处理无纺布的设备及处理工艺 (Low-concentration SO3Equipment and process for treating non-woven fabric by gas sulfonation ) 是由 孔德康 孔军 于 2020-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种低浓度SO<Sub>3</Sub>气体磺化处理无纺布的设备,包括SO<Sub>3</Sub>储罐,SO<Sub>3</Sub>储罐通过管道连接有自动智能计量泵,自动智能计量泵通过管道连接至SO<Sub>3</Sub>汽化发生器上方一侧,SO<Sub>3</Sub>汽化发生器侧面下方连接有空气干燥机,空气干燥机进气口通过管道连接有空气压缩机,SO<Sub>3</Sub>汽化发生器侧面上方通过管道连接至磺化反应箱左端,SO<Sub>3</Sub>汽化发生器和磺化反应箱之间安装有SO<Sub>3</Sub>气体浓度自动检测仪,磺化反应箱右侧安装有蒸汽加湿箱,蒸汽加湿箱右侧下方连接有蒸汽加热器,蒸汽加湿箱右方设置有放卷装置,磺化反应箱左方设置有清洗机,清洗机左方设置有收卷装置；本发明简单易操作、稳定性好,SO<Sub>3</Sub>气体浓度低,气体用量少,实现废酸雾减量、低浓度废气排放,降低污染和废气处理成本。(The invention provides a low-concentration SO 3 Apparatus for the sulphonation treatment of non-woven fabrics with gas, comprising SO 3 Storage tank, SO 3 The storage tank is connected with an automatic intelligent metering pump through a pipeline, and the automatic intelligent metering pump is connected with the SO through a pipeline 3 Side above the vaporization generator, SO 3 An air dryer is connected below the side surface of the vaporization generator, an air inlet of the air dryer is connected with an air compressor and SO through a pipeline 3 The upper part of the side surface of the vaporization generator is connected to the left end of the sulfonation reaction box through a pipeline, and SO 3 Vaporization generator and sulfonationSO is arranged between the reaction boxes 3 The automatic gas concentration detector comprises a sulfonation reaction box, a steam humidifying box, a steam heater, an unwinding device, a cleaning machine and a winding device, wherein the steam humidifying box is installed on the right side of the sulfonation reaction box; the invention is simple and easy to operate, has good stability and SO 3 The gas concentration is low, the gas consumption is less, the reduction of waste acid mist and the emission of low-concentration waste gas are realized, and the pollution and the waste gas treatment cost are reduced.)

一种低浓度SO3气体磺化处理无纺布的设备及处理工艺

技术领域

本发明属于充电电池的隔膜材料改性技术领域，尤其属于高容量镍氢电池隔膜制造改性方法，具体涉及一种低浓度SO₃气体磺化处理无纺布的设备及处理工艺。

背景技术

镍氢电池作为无污染绿色环保移动电源，得到了广泛应用和发展。用于制作隔膜的材料PP湿法无纺布，由PE（聚乙烯）/PP（聚丙烯）纤维，经湿法抄造、热粘结制得。纤维材料的特性（耐碱、耐酸、耐温、抗氧化），但亲水性差，制成的隔膜不能吸收电解液，为此须进行隔膜磺化处理改性，使隔膜持有永久亲水保液能力。改性后的隔膜增加了对电池氨的吸收能力，而降低电池自放电。

在以往的技术中：有丙烯酸接枝改性、等离子放电处理改性、热浓硫酸磺化改性、高浓度SO₃气体磺化处理等。丙烯酸接枝后的隔膜经高容量电池反复充电后，由于电池内部长时间高温导致隔膜接枝的亲水性单体脱落降解，使电池寿命缩短。等离子放电处理，是采用物理手段，打开高分子材料的分子键，产生氢键，使隔膜亲水吸液。处理后的隔膜不具备吸收氨的能力，电池自放电率高。热浓硫酸磺化处理后的电池隔膜生成磺酸基，被磺化后的隔膜硫和碳的摩尔比3x5^-3-5x10^-3之间。因此浓硫酸磺化后的隔膜具备永久性吸液保液能力，并具有吸收氨的能力。但由于该方法生产过程中为保持硫酸浓度不低于93%。而使用大量添加98%浓硫酸，硫酸用量巨大，并产生大量的废酸和废水，处理废酸的成本高。随着环保要求的不断提高，排放标准提高，浓硫酸磺化改性难以持续。

SO₃气体磺化处理专利(CN101442112B)、专利(CN102569696B)。 提出： SO₃气体浓度95%-100%，磺化时间2S-3S，气体流量0.5士0.1m³/min (每小时流量30m³)，是以高浓度SO₃气体处理的磺化反应，并会产生大量未被吸收的高浓度SO₃气体，虽然后续进行了回收处理，仍然不可避免产生废浓硫酸需另行处理。回收高浓度SO₃气体的吸收处理装置复杂、操作难度大，增加设备投资。由于该工艺采用SO₃气体浓度95%-100%，磺化过程过于剧烈，容易引起隔膜基材布的强度降低，磺化时间过于短暂，不利于渗入到基材无纺布内部硫原子和碳原子生成，影响隔膜使用的持久性。

发明内容

为改进以往磺化技术的不足，本发明第一目的是：提出一种以液体SO₃气化后的低浓度SO₃气体磺化处理无纺布的设备。该设备在磺化处理过程中采用低浓度SO₃气体处理，基材无纺布吸收气体率高，排放的废气浓度低，无需专用的废气回收装置及处理设备，不产生废浓硫酸，基材无纺布磺化后清洗产生的污水减量，酸性浓度低。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种低浓度SO₃气体磺化处理无纺布的设备，包括SO₃储罐，所述SO₃储罐内装有液体SO₃，所述SO₃储罐通过管道连接有自动智能计量泵，所述自动智能计量泵通过管道连接至SO₃汽化发生器上方一侧，所述SO₃汽化发生器侧面下方连接有空气干燥机，所述空气干燥机进气口通过管道连接有空气压缩机，所述SO₃汽化发生器侧面上方通过管道连接至磺化反应箱左端，所述SO₃汽化发生器和磺化反应箱的管道之间安装有SO₃气体浓度自动检测仪，所述磺化反应箱右侧安装有蒸汽加湿箱，所述蒸汽加湿箱右侧下方连接有蒸汽加热器，所述蒸汽加湿箱右方设置有放卷装置，所述磺化反应箱左方设置有清洗机，所述清洗机左方设置有收卷装置，所述清洗机和收卷装置之间还设置有真空泵，所述放卷装置、蒸汽加湿箱、磺化反应箱、清洗机和收卷装置从右到左依次排列在同一条轴线上。

较佳的，所述SO₃汽化发生器和磺化反应箱上方均安装有箱盖，所述SO₃汽化发生器和磺化反应箱外侧均安装有电加热丝和保温层，所述电加热丝缠绕在箱体外侧，所述保温层包裹在箱体外，所述保温层覆盖在电加热丝外部。

较佳的，所述SO₃汽化发生器和磺化反应箱的箱体内均涂有四氟乙烯防腐层，所述SO₃汽化发生器和磺化反应箱与箱盖连接处均设置有密封条，所述密封条是四氟乙烯密封条。

较佳的，所述蒸汽加湿箱内均匀安装有若干根蒸汽分布管，若干所述蒸汽分布管右端连接至蒸汽加热器的出气口；所述磺化反应箱内均匀安装有若干气体分布管，若干所述气体分布管左端通过管道连接至SO₃汽化发生器上，若干所述气体分布管上均开有若干气孔。

较佳的，所述磺化反应箱和蒸汽加湿箱上方的箱盖均是脊背型，所述蒸汽加湿箱外侧包裹有保温层。

较佳的，所述SO₃汽化发生器和磺化反应箱上方均安装有温度传感器，所述蒸汽加湿箱上方安装有温度计。

较佳的，所述清洗机内通过2个隔仓板分隔成3个清洗格，3个清洗格为从进布端至出布端逐渐增高的阶梯型水流洗槽，所述清洗机上方依次设置有4根导辊，3个所述清洗格内下部均设置有1根导辊，无纺布穿过清洗机上7根导辊收拢至收卷装置上。

较佳的，所述空气干燥机和SO₃汽化发生器之间通过管道连接有气体流量计。

一种低浓度SO₃气体磺化处理无纺布的处理工艺，所述方法包括：

S1：选择PP/PE纤维湿法抄造制成的湿法无纺布，厚度0.1mm-0.2mm，单位面积重量45g/m²-75 g/m²，将选好的无纺布从放卷装置的轴上伸出，按照顺序依次穿入蒸汽加湿箱、磺化反应箱和清洗机至收卷装置的轴上；

S2：开启SO₃汽化发生器外部加热，保持SO₃汽化发生器内腔温度在50℃-90℃；

S3：开启空气干燥机和空气压缩机，压缩空气的压力为0.6Mpa-0.8Mpa，气体含水率≤0.01%，调节气体流量计控制干燥空气流量6m³/h-10 m³/h，输入至SO₃汽化发生器内进行加温；

S4：开启SO₃储罐，将液体SO₃引入自动智能计量泵，设定液体流量值8g/min-12g/min，将液体SO₃导入SO₃液化发生器内进行高温气化后，SO₃气体进入磺化反应箱；

S5：开启蒸汽加热器加热蒸汽至温度达到150℃-160℃、蒸汽压力0.6Mpa-0.8Mpa后，输入至蒸汽加湿箱内，无纺布通过蒸汽加湿箱内的时间为10s-30s，加湿后的无纺布传入至磺化反应箱；

S6：将磺化反应箱内加热至磺化反应所需温度，反应温度为50℃-90℃，无纺布磺化反应设定反应时间为10s-60s；

S7：经磺化反应后的无纺布进入清洗机清洗，清洗机出布端的清洗格内注入去离子水，流量设置为0.3m³/h，水流呈梯次与无纺布逆向至进布端的溢水口排出；

S8：清洗好的无纺布一端卷在收卷装置的收卷轴上，控制电机运行线速度进行收卷，同时开启真空泵吸取无纺布上的水分，无纺布运行的线速度为10m/min-15m/min。

较佳的，所述S4还包括：SO₃气体经SO₃气体浓度自动检测仪后，控制SO₃气体浓度设定值为5%-12%。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明组成了低浓度SO₃气体磺化处理无纺布连续进行生产的工业化生产设备，简单、易操作、稳定性好，SO₃气体浓度低，气体用量少，实现了废酸雾减量，低浓度排放废气，不需要另行处理设备，降低了废气处理的成本，达到节能和环保效果；无纺布经蒸汽加湿后进入磺化反应箱，由于PP无纺布表面和内部含有极细水分子，与低浓度SO₃气体反应平稳，不会降低无纺布本身强度，且反应时间长，无纺布内部磺化充分。磺化反应后的无纺布所含有的硫原子和碳原子生成率高，有利于提高镍氢电池的性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中SO₃汽化发生器的结构示意图；

图3为本发明实施例中磺化反应箱和蒸汽加湿箱的结构示意图；

本发明实施例最主要包含以下元件符号：

SO₃储罐-1、自动智能计量泵-2、SO₃汽化发生器-3、空气干燥机-4、空气压缩机-401、气体流量计-402、SO₃气体浓度自动检测仪-5、磺化反应箱-6、气体分布管-601、气孔-602、蒸汽加湿箱-7、蒸汽分布管-701、蒸汽加热器-8、放卷装置-9、清洗机-10、隔仓板-1001、清洗格-1002、导辊-1003、真空泵-11、收卷装置-12、电加热丝-13、保温层-14、四氟乙烯防腐层-15、密封条-16、温度传感器-17、温度计-18。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至图3所示，一种低浓度SO₃气体磺化处理无纺布的设备，包括SO₃储罐1，所述SO₃储罐1内装有液体SO₃，所述SO₃储罐1通过管道连接有自动智能计量泵2，常用型号为YB300，采用无腔体、无叶轮的蠕动泵输送液体溶液，所述自动智能计量泵2通过管道连接至SO₃汽化发生器3上方一侧，所述SO₃汽化发生器3侧面下方连接有空气干燥机4，所述空气干燥机4进气口通过管道连接有空气压缩机401，所述SO₃汽化发生器3侧面上方通过管道连接至磺化反应箱6左端，所述SO₃汽化发生器3和磺化反应箱6的管道之间安装有SO₃气体浓度自动检测仪5，所述磺化反应箱6右侧安装有蒸汽加湿箱7，所述蒸汽加湿箱7右侧下方连接有蒸汽加热器8，提供饱和蒸汽，蒸汽温度≥115℃，所述蒸汽加湿箱7右方设置有放卷装置9，所述磺化反应箱6左方设置有清洗机10，所述清洗机10左方设置有收卷装置，所述清洗机10和收卷装置之间还设置有真空泵11，所述放卷装置9、蒸汽加湿箱7、磺化反应箱6、清洗机10和收卷装置从右到左依次排列在同一条轴线上。

所述SO₃汽化发生器3和磺化反应箱6上方均安装有箱盖，所述SO₃汽化发生器3和磺化反应箱6外侧均安装有电加热丝13和保温层14，所述电加热丝13缠绕在箱体外侧，所述保温层14包裹在箱体外，所述保温层14覆盖在电加热丝13外部。

所述SO₃汽化发生器3和磺化反应箱6的箱体内均涂有四氟乙烯防腐层15，所述SO₃汽化发生器3和磺化反应箱6与箱盖连接处均设置有密封条16，所述密封条16是四氟乙烯密封条16。

所述蒸汽加湿箱7内均匀安装有若干根蒸汽分布管701，若干所述蒸汽分布管701右端连接至蒸汽加热器8的出气口；所述磺化反应箱6内均匀安装有若干气体分布管601，若干所述气体分布管601左端通过管道连接至SO₃汽化发生器3上，若干所述气体分布管601上均开有若干气孔602。

所述磺化反应箱6和蒸汽加湿箱7上方的箱盖均是脊背型，防止滴液，所述蒸汽加湿箱7外侧包裹有保温层14。

所述SO₃汽化发生器3和磺化反应箱6上方均安装有温度传感器17，常用型号有TSEV01，所述蒸汽加湿箱7上方安装有温度计18。

所述清洗机10内通过2个隔仓板1001分隔成3个清洗格1002，3个清洗格1002为从进布端至出布端逐渐增高的阶梯型水流洗槽，所述清洗机10上方依次设置有4根导辊1003，3个所述清洗格1002内下部均设置有1根导辊1003，无纺布穿过清洗机10上7根导辊1003收拢至收卷装置上。

所述空气干燥机4和SO₃汽化发生器3之间通过管道连接有气体流量计402。

一种低浓度SO₃气体磺化处理无纺布的处理工艺，所述方法包括：

S1：选择PP/PE纤维湿法抄造制成的湿法无纺布，厚度0.1mm-0.2mm，单位面积重量45g/m²-75 g/m²，将选好的无纺布从放卷装置9的轴上伸出，按照顺序依次穿入蒸汽加湿箱7、磺化反应箱6和清洗机10至收卷装置的轴上；

S2：开启SO₃汽化发生器3外部加热，保持SO₃汽化发生器3内腔温度在50℃-90℃；

S3：开启空气干燥机4和空气压缩机401，压缩空气的压力为0.6Mpa-0.8Mpa，气体含水率≤0.01%，调节气体流量计402控制干燥空气流量6m³/h-10 m³/h，输入至SO₃汽化发生器3内进行加温；

S4：开启SO₃储罐1，将液体SO₃引入自动智能计量泵2，设定液体流量值8g/min-12g/min，将液体SO₃导入SO₃液化发生器内进行高温气化后，SO₃液体滴入发生器内遇高温立即气化，输入的干燥空气几乎不含水，不会和SO₃气体发生反应，SO₃气体生成后经输气管道上安装的SO₃气体浓度自动检测仪5，监测气体浓度后，SO₃气体进入磺化反应箱6，设定SO₃气体浓度值，SO₃气体浓度自动检测仪5监测到的气体浓度数据传输到自动智能计量泵2上，自动调节加入液体SO₃的添加流量，使SO₃气体浓度稳定在设定数值以内；

S5：开启蒸汽加热器8加热蒸汽至温度达到150℃-160℃、蒸汽压力0.6Mpa-0.8Mpa后，输入至蒸汽加湿箱7内，无纺布通过蒸汽加湿箱7内的时间为10s-30s，加湿后的无纺布传入至磺化反应箱6；

S6：将磺化反应箱6内加热至磺化反应所需温度，反应温度为50℃-90℃，无纺布磺化反应设定反应时间为10s-60s，磺化反应时间以无纺布厚度、面密度而定，SO₃气体经磺化反应的无纺布吸收后，尾气浓度降至1%-3%，废气收集到常规酸雾处理塔中和处理达标排放；

S7：经磺化反应后的无纺布进入清洗机10清洗，清洗机10出布端的清洗格1002内注入去离子水，流量设置为0.3m³/h，水流呈梯次与无纺布逆向至进布端的溢水口排出，排出的废水PH值4-5；

S8：清洗好的无纺布一端卷在收卷装置的收卷轴上，控制电机运行线速度进行收卷，同时开启真空泵11吸取无纺布上的水分，无纺布运行的线速度为10m/min-15m/min。

所述S4还包括：SO₃气体经SO₃气体浓度自动检测仪5后，控制SO₃气体浓度设定值为5%-12%。

具体实施例：

实施例1：采用PP/PE纤维湿法制成的基材无纺布，厚度0.1mm,面密度45g/m²，拉力40N/1.5cm。将无纺布放置与放卷装置9，一端依次导入蒸汽加湿箱7、磺化反应箱6、清洗机10至收卷装置气涨轴卷绕并使无纺布绷紧；蒸汽压力0.7Mpa，过热蒸汽温度155℃，以15m/min的速度对无纺布加湿处理；SO3气体浓度为7%，SO3气体流量为6m³/h,磺化反应箱6温度65℃，反应时间20s，与加湿器相同线速度进行磺化反应；磺化处理后的无纺布进入清洗机10清洗，清洗用的去离子水流量300kg/h，测试排出的废水PH值，调节去离子水流量，至废水PH值4-5。

实施例2：采用PP/PE纤维湿法制成的无纺布，厚度0.15mm，面密度56g/m²,拉力强度45N/1.5cm，与实施例1相同的方法磺化处理；蒸汽压力0.7Mpa，过热蒸汽温度155C，以13m/min的速度对无纺布加湿处理；SO3气体浓度为8%，SO3气体流量为7m³/h，磺化反应箱6温度68℃，反应时间25s,清洗后收卷。实施例3：采用PP/PE纤维湿法制成的无纺布，厚度0.18mm，面密度63g/m²，拉力强度50N/1.5cm，与实施例1相同的方法磺化处理；蒸汽压力0.7Mpa,过热蒸汽温度157℃，以12m/min的速度对无纺布加湿处理；SO3气体浓度为10%，SO3气体流量为9m³/h，磺化反应箱6温度70℃，反应时间30s，清洗后收卷。实施例4：采用PP/PE纤维湿法制成的无纺布，厚度0.2mm,面密度68g/m²，拉力强度55N/1.5cm,与实施例1相同的方法磺化处理；蒸汽压力0.8Mpa,过热蒸汽温度160℃，以11.5m/min的速度对无纺布加湿处理。SO3气体浓度为12%，SO3气体流量为10m³/h，磺化反应箱6温度75℃，反应时间35s，清洗后收卷。

清洗后的磺化隔膜由烘干机烘干后，测试隔膜主要技术指标，检验测试数据表如下：

上述温度传感器、温度计、放卷装置和收卷装置均为常规装置。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。