CN102527245B - 一种对膜分离性能进行测试的装置、系统及方法 - Google Patents

一种对膜分离性能进行测试的装置、系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种对膜分离性能进行测试的装置、系统及方法。该装置包括一膜组件以及套设于该膜组件外侧的膜壳,该膜组件由待测膜、与所述待测膜两端固结的两个硬管构成。该系统包括气源装置、测膜装置和检测装置。气源装置用于向测膜装置提供测膜分离性能所需的原料气和吹扫气;测膜装置,将原料气通过自身的待测膜进行渗透,并收集透过膜的渗透气,且通过吹扫气将渗透气带走,提供给检测装置;检测装置,测试和计算测膜装置提供的渗透气的渗透速率,并计算膜对原料气各组分的分离因子。利用本发明,解决了待测膜和膜壳不可重复利用,一次测膜数量有限导致测试效率低下,实验结果和实际分离过程的结果产生较大误差,测试结果不准确等问题。

Description

一种对膜分离性能进行测试的装置、系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及气体膜分离性能测试技术领域,尤其涉及一种对膜分离性能进行测试的装置、系统及方法。
背景技术
[0002]气体膜分离技术始于20世纪后半期,是一项新型气体分离技术。与传统分离技术如低温蒸馏法和深冷吸附法相比,它具有分离效率高、设备紧凑、能耗较低、操作方便、投资较少等特点,是世界各国特别关注的高新技术领域中研究开发的重点之一。特别是中空纤维气体分离膜(简称中空纤维膜)在石油、天然气、化工等领域的应用,使其成为国家科技和工业发展的重要标志之一。气体膜分离技术的基本原理是根据混合气体中各组分在压力推动下透过膜的传递速率不同,从而达到分离的目的。膜材料的化学性质和膜的结构对膜的分离性能有着决定性的影响,而膜分离性能的表征就需要有与之相应的装置及测试方法。
[0003]现有技术中大多采用排水法或气体渗透速率仪对膜分离性能进行测试。图1是现有技术中采用排水法对膜分离性能进行测试的系统示意图。该测试系统包括气源装置、测膜装置和检测装置。气源装置由纯气钢瓶(1^2,)、过滤减压阀(3'、5')和手动球阀(4'、6')构成,纯气钢瓶(1^2,)中的气体分别是快气和慢气(快气为两种气体中动力学直径较小的气体,慢气为两种气体中动力学直径较大的气体)。8'是测膜装置,检测装置由进气阀12'、水槽13'和量筒14'构成。渗余侧气体由集气瓶11'收集。通过调节纯气钢瓶出口过滤减压阀的开启程度控制进气量,首先测试快气的渗透速率,快气进入测膜装置后,在膜表面由于物理化学作用透过膜进入到膜的另一侧,然后通过排水法收集气体,并测量在一定时间t内排出的水的体积V。这样测量3〜5次,取其平均值带入公式(1)中,即为该气体的渗透速率。与以上步骤相同,测试并计算慢气的渗透速率。
[0004] F = V/t.S.P (1)
[0005]其中F为该气体的渗透速率πι3.πι—2士—ibar—1,S为所测试膜的有效面积m2,P为测膜装置入口处压力表7'的数值,表压bar。
[0006]两种纯气体渗透速率的比值即为该膜对这两种气体的分离因子α1/2:
[0007] a1/2=Fi/F2(2)
[0008]采用排水法对膜分离性能进行测试,实验结果较粗略,受人为操作影响较大。且不同水位下测量得到的数据不相同,数据不精确,不能测量易溶于水的气体的渗透速率及分离因子。
[0009]图2所示为采用气体渗透速率仪对膜分离性能进行测试的系统示意图。该测试系统包括气源装置、测膜装置和检测装置。气源装置由纯气钢瓶(1'、2 0、过滤减压阀(3'、5')和手动球阀(4'、6D构成,纯气钢瓶(1\20中的气体分别是快气和慢气。V是测膜装置,检测装置由进气阀12'、排气阀15'和气体渗透速率仪16'构成。渗余侧气体由集气瓶11'收集。通过调节纯气钢瓶出口过滤减压阀的开启程度控制进气量,首先测试快气的渗透速率,快气进入测膜装置后,在膜表面由于物理化学作用透过膜进入到膜的另一侧,然后通过气体渗透速率仪,测量在一定时间t内通过的气体体积V。这样测量3〜5次,取其平均值带入公式
(1)中,即为该气体的渗透速率。与以上步骤相同,测试并计算慢气的渗透速率。两种纯气体渗透速率的比值即为该膜对这两种气体的分离因子α。
[0010]采用气体渗透速率仪对膜分离性能进行测试时,测试系统对气体流量、压力及纯度要求严格,且气体渗透速率仪价格昂贵。
[0011]采用排水法和气体渗透速率仪对膜分离性能进行测试所采用的气源均要求是待分离气体各组分的纯气体,测试完毕后利用外推法分别计算各个纯气体的渗透速率,快气和慢气渗透速率相比得到分离膜的分离因子。测试方法繁琐且纯气体测量和混合气体测量的结果是有较大差异的,纯气体测量忽略了混合气体中不同气体分子之间的相互作用,混合气体分子在分离膜表面及分离膜内部的作用力是不同于纯气体的,无论排水法和气体渗透速率仪法如何改进,也不能避免由此造成的结果误差。
[0012]现有技术中对中空纤维膜分离性能的测试,需将中空纤维膜制作成膜组件,然后再将膜组件安装在测膜装置上,最后将测膜装置连接到膜分离性能测试系统中进行分离性能的测试。现有测膜装置大多采用图3所示装置,该装置由测试端头101 \树脂102\膜壳103 4卩中空纤维膜10V四部分构成。树脂102\膜壳103 4卩中空纤维膜10V构成膜组件,膜组件和测试端头101'即构成现有多数采用的测膜装置。在将测膜装置连接到膜分离性能测试系统中进行分离性能测试时,具体测试过程如下:膜组件为内压式时,原料气通过膜组件一端面处的通孔进入中空纤维膜膜丝内,流过膜丝内壁,从膜组件另一端面处的通孔处流出。用管路将膜壳两侧的短管连接到一根总管路上,渗透气则通过膜壳两侧短管处引出,从总管路流出;膜组件为外压式时,原料气通过膜壳一侧短管处进入,由膜壳另一侧短管处流出。用管路将膜组件两端连接到一根总管路上,渗透气则通过膜壳两端通孔引出,从总管路流出。
[0013]从上述测试过程可以看出,现有技术对中空纤维膜分离性能的测试存在以下缺陷:
[0014]膜分离性能测试完毕后,一般会将膜组件废弃,待测膜和膜壳不可重复利用,或者将膜组件膜壳两端的树脂凿出以再次利用膜壳进行测试,因此一个膜壳一般只能测试一支中空纤维膜,造成人力、物力及时间的浪费。
[0015]原料气为待测组分的纯气体,导致实验结果和实际分离过程的结果产生较大误差,且不能连续进样、分析,测试结果不准确,测试时间较长等问题。
发明内容
[0016](一)要解决的技术问题
[0017]有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种对膜分离性能进行测试的装置、系统及方法,以解决现有测膜装置中,待测膜和膜壳不可重复利用,一次测膜数量有限导致测试效率低下,原料气为待测组分的纯气体,导致实验结果和实际分离过程的结果产生较大误差,且不能连续进样、分析,测试结果不准确,测试时间较长等问题。
[0018] (二)技术方案
[0019]为达到上述目的,本发明提供了一种对膜分离性能进行测试的测膜装置,该装置包括一膜组件以及套设于该膜组件外侧的膜壳,该膜组件由所述待测膜、与所述待测膜两端固结的两个硬管构成。
[0020]上述方案中,所述膜组件两端具有气体进出该膜组件的通孔,该通孔位于与所述待测膜两端固结的两个硬管的端面处,构成所述待测膜的每根中空纤维膜丝均有一个贯通上下两端硬管端面的通孔。
[0021 ]上述方案中,所述测膜装置包括膜组件、膜壳及密封膜组件和膜壳的卡紧套、卡紧柱、卡紧托、第一橡胶圈和第二橡胶圈;其中,卡紧套、卡紧柱、卡紧托、第一橡胶圈和第二橡胶圈分别有两个,安装于膜壳上下两端,且上下两端的安装方法一致;其中,第一橡胶圈位于膜壳上顶端和卡紧托之间,卡紧托和膜壳之间通过螺纹连接并且利用第一橡胶圈进行密封;第二橡胶圈位于卡紧托中部的圆锥形凹槽处;将卡紧柱套在卡紧套中,卡紧套内壁有螺纹与卡紧托外壁螺纹进行连接。
[0022]为达到上述目的,本发明还提供了一种对膜分离性能进行测试的系统,该系统包括气源装置、测膜装置和检测装置,其中:
[0023]气源装置,用于向测膜装置提供测膜分离性能所需的原料气和吹扫气,以及向检测装置提供载气;
[0024]测膜装置,用于将气源装置提供的原料气通过自身的待测膜进行渗透,并收集透过膜的渗透气,且通过气源装置提供的吹扫气将渗透气带走,提供给检测装置;
[0025]检测装置,用于测试和计算测膜装置提供的渗透气的渗透速率,并计算得到膜对原料气各组分的分离因子,完成对膜分离性能的测试。
[0026]上述方案中,所述气源装置包括原料气1、吹扫气2、载气3、第一过滤减压阀4、第二过滤减压阀7、第三过滤减压阀10、第一气体流量计5、第二气体流量计9、第三气体流量计15、第一压力表12、第二压力表14、气体加湿罐6、换热器8、油水分离器11和尾气排放瓶16,其中:原料气1通过第一过滤减压阀4后经第一气体流量计5测量气体流量,并经气体加湿罐6加湿后,进入换热器8进行换热,然后进入油水分离器11将多余的水分排除掉,接着通过第一压力表12进入测膜装置13;吹扫气2经第二过滤减压阀7减压过滤及第二气体流量计9流量测量后进入测膜装置13;载气3经第三过滤减压阀10后进入检测装置17;从所述测膜装置排出的渗余气体依次通过第二压力表14和第三气体流量计15后进入尾气排放瓶16。
[0027] 上述方案中,所述第一气体流量计5和所述第三气体流量计15的测量范围为0.1〜3L/min,所述第二气体流量计9的测量范围为0.01〜2L/min,所述第一压力表12和所述第二压力表14的测量范围0〜lOMPa。
[0028]上述方案中,所述检测装置为气相色谱仪。
[0029]为达到上述目的,本发明还提供了一种对膜分离性能进行测试的方法,该方法包括:
[0030]气源装置向测膜装置提供测试待测膜分离性能所需的原料气和吹扫气,并向检测装置提供载气;
[0031]测膜装置将气源装置提供的原料气通过自身的待测膜进行渗透,并收集透过膜的渗透气,且通过气源装置提供的吹扫气将渗透气带走,提供给检测装置;
[0032]检测装置测试和计算测膜装置提供的渗透气的渗透速率,并计算得到膜对原料气各组分的分离因子,完成对膜分离性能的测试。
[0033]上述方案中,所述气源装置向测膜装置提供测试待测膜分离性能所需的原料气和吹扫气,包括:原料气1通过第一过滤减压阀4后经第一气体流量计5测量气体流量,并经气体加湿罐6加湿后,进入换热器8进行换热,然后进入油水分离器11将多余的水分排除掉,接着通过第一压力表12进入测膜装置13;吹扫气2经第二过滤减压阀7减压过滤及第二气体流量计9流量测量后进入测膜装置13。
[0034]上述方案中,所述测膜装置将气源装置提供的原料气通过自身的待测膜进行渗透,并收集透过膜的渗透气,且通过气源装置提供的吹扫气将渗透气带走,提供给检测装置,包括:所述测膜装置将气源装置提供的原料气通过测膜装置内的待测膜进行渗透后,原料气经待测膜浓缩后的渗余气通过测膜装置收集后进入到尾气收集瓶内,然后通过气源装置提供的吹扫气将透过待测膜表面的渗透气从测膜装置中带走后,进入到检测装置;所述检测装置测试和计算测膜装置提供的渗透气的渗透速率,并计算膜对原料气各组分的分离因子,包括:测膜装置采用连续进样方式向检测装置提供渗透气;检测装置根据该渗透气计算所测原料气中两个组分的峰面积,并计算所测原料气中两个组分的渗透速率^和内,二者比值即为所测膜对该原料气的分离因子α1/2。
[0035](三)有益效果
[0036]从上述技术方案可以看出,本发明具有以下有益效果:
[0037] 1、利用本发明,气源装置采用混合气作为气源进行测试,大大接近于现实气体运行环境,且气源种类不限;测膜装置能够对内压式或外压式中空纤维分离膜的分离性能进行测试,一次可以同时测试多支膜组件;检测装置采用气相色谱仪进行测试,可以连续进样分析,从而能够不间断地测试膜在各个压力下的分离性能,测试方法相对简单,结果较精确。
[0038] 2、本发明采用的测膜装置,制作方法简单,使测试效率得到提高,测试完毕后无需将树脂凿出即可再利用膜壳,一次可以同时测试不同数量的内压式或外压式膜组件,浇铸及安装方法也较之简单,且膜组件可以重复利用。本发明采用的测膜装置还可用于水处理用分离膜分离性能的测试。
[0039] 3、本发明在膜壳和待测试分离膜中间加入硬管,使得膜壳和膜组件可以分离,不用浇铸在一起,膜壳可以重复利用,降低测试成本。在膜壳两端设置卡紧柱和卡紧套,用于将膜组件卡紧,卡紧托中间有圆锥形凹槽,槽内有密封圈,使膜组件和膜壳很好密封。
[0040] 4、本发明采用混合气作为原料气源,检测装置采用气相色谱仪进行分析,可连续进样,实验结果较精确。
附图说明
[0041]图1是现有技术中采用排水法对膜分离性能进行测试的系统示意图;
[0042]图2是现有技术中采用气体渗透速率仪对膜分离性能进行测试的系统示意图;
[0043]图3是现有技术中测膜装置的示意图;
[0044]图4是本发明提供的对膜分离性能进行测试的系统示意图;
[0045]图5是本发明提供的对膜分离性能进行测试的系统中测膜装置的示意图。
具体实施方式
[0046]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
[0047]如图4所示,图4是本发明提供的对膜分离性能进行测试的系统示意图,该系统包括气源装置、测膜装置和检测装置,其中,气源装置用于向测膜装置提供测试待测膜分离性能的原料气和吹扫气,以及向检测装置提供载气;测膜装置用于将气源装置提供的原料气通过自身的待测膜进行渗透收集透过膜的渗透气,并通过气源装置提供的吹扫气将渗透气带走,提供给检测装置;检测装置用于测试和计算测膜装置提供的渗透气的渗透速率,并计算得到膜对原料气各组分的分离因子,实现对膜分离性能的测试。
[0048]检测装置在本发明中一般采用气相色谱仪。测试前先用气相色谱分别测试快气、慢气的标样(已知含量),得到色谱图,然后计算机计算色谱图的峰面积。在测试过程中得到的快气和慢气的色谱图的峰面积与标样的峰面积比值乘以标样的含量即为所测试快气和慢气的含量,得到的快气和慢气的含量除以峰面积对应的时间和进料气压力,即得到渗透速率值。
[0049]气源装置包括原料气1、吹扫气2、载气3、第一过滤减压阀4、第二过滤减压阀7、第三过滤减压阀10、第一气体流量计5、第二气体流量计9、第三气体流量计15、第一压力表12、第二压力表14、气体加湿罐6、换热器8、油水分离器11和尾气排放瓶16。其中,原料气1通过第一过滤减压阀4后经第一气体流量计5测量气体流量,并经气体加湿罐6加湿后,进入换热器8进行换热,然后进入油水分离器11将多余的水分排除掉,接着通过第一压力表12进入测膜装置13。吹扫气2经第二过滤减压阀7减压过滤及第二气体流量计9流量测量后进入测膜装置13。载气3经第三过滤减压阀10后进入检测装置17。从所述测膜装置排出的渗余气体依次通过第二压力表14和第三气体流量计15后进入尾气排放瓶16。
[0050] 第一气体流量计5和所述第三气体流量计15的测量范围为0.1〜3L/min,所述第二气体流量计9的测量范围为0.01〜2L/min,所述第一压力表12和所述第二压力表14的测量范围0〜lOMPa。
[0051 ]载气3的流量应满足检测装置17的用气要求。原料气1的纯度、温度、流量、压力和湿度均应在所测分离膜要求的范围内。该系统所有连接管路均为316L不锈钢材质,以防止管路生锈及被腐蚀。原料气、吹扫气可以采用钢瓶气,若钢瓶气不能达到纯度要求,需在气瓶出口连接气体过滤装置,以达到所需纯度要求。温度及湿度均有传感器及控制器从而达到显示及调节温湿度的目的。测膜装置前后均有压力表,通过观察前后压差数值的变化,判断所测膜是否超过了安全极限。
[0052]该系统中将测膜装置13的快气出气口和检测装置17直接连接起来,避免重新取样造成误差。通过流量计对膜的进出气流量进行测试,通过检测装置17分析各个峰面积,可以得到分离膜渗透气的构成及各成分的比例,进而计算出渗透速率和分离因子。
[0053]膜组件为内压式时,原料气进出口为测膜装置13左右两端,渗透气从膜壳上侧短管处引出,吹扫气从膜壳下侧短管处进入,将渗透气从膜壳上侧短管处带出;膜组件为外压式时,进出口连接方式与内压式膜组件相反。膜壳两侧的短管内壁有螺纹,可以连接不同型号的气动接头、快插等紧固件,膜组件两封端需用快插或卡箍连接。整套测膜装置可以竖直或水平放置。
[0054]图5是本发明提供的对膜分离性能进行测试的系统中测试装置的示意图,该测膜装置包括一膜组件以及套设于该膜组件外侧的膜壳,该膜组件由所述待测膜、与所述待测膜两端固结的两个硬管构成。膜组件两端具有气体进出该膜组件的通孔,该通孔位于与所述待测膜两端固结的两个硬管的端面处,构成所述待测膜的每根中空纤维膜丝均有一个贯通上下两端硬管端面的通孔。
[0055]测膜装置还包括用于密封该膜组件的卡紧套、卡紧柱、卡紧托、第一橡胶圈和第二橡胶圈;其中,卡紧套、卡紧柱、卡紧托、第一橡胶圈和第二橡胶圈分别有两个,安装于膜壳上下两端,且上下两端的安装方法一致;其中,第一橡胶圈位于膜壳上顶端和卡紧托之间,卡紧托和膜壳之间通过螺纹连接并且利用第一橡胶圈进行密封;第二橡胶圈位于卡紧托中部的圆锥形凹槽处;将卡紧柱套在卡紧套中,卡紧套内壁有螺纹与卡紧托外壁螺纹进行连接。膜组件的两端分别通过卡紧套、卡紧柱、卡紧托、第一橡胶圈和第二橡胶圈进行密封,其中,卡紧托内壁有螺纹和膜壳顶端螺纹连接,通过第一橡胶圈将两者密封;卡紧柱套在卡紧套内,卡紧套内壁有螺纹与卡紧托外壁螺纹连接,并通过旋紧卡紧套,卡紧柱挤压第二橡胶圈,从而将卡紧柱、卡紧套和卡紧托三者密封连接。
[0056]膜组件采用以下方法制作而成。首先,在中空纤维膜两端断面处涂上硅橡胶,目的是将断面处开孔堵住防止树脂进入中空纤维膜丝内腔。然后将两段一定长度直径为Φ6_〜Φ 12mm的尼龙硬管间隔一定距离竖直放置,并用双面胶将该两段硬管底部端面和水平试验台粘接在一起,将一定比例的树脂从两端硬管上端面倒入硬管中,最后将中空纤维膜由该两段硬管上端面插入到两段硬管底部,待树脂固化后将硬管封头靠近底端面2cm处切除,得到膜组件。
[0057]中空纤维膜长度需保证两封端能够被膜测试装置卡紧托上的橡胶圈卡住。制作好的膜组件安装在测膜装置上,用橡胶圈套在膜组件两封端,放入到卡紧托中心孔中,然后用卡紧柱压紧后,将卡紧套与卡紧托拧紧后,即安装完毕。橡胶圈必须有足够的厚度(lcm左右),以保证膜组件两端与卡紧托的密封性。然后就可以将测膜装置连接到膜分离性能测试系统中进行分离性能的测试。
[0058]基于图4和图5所示的对膜分离性能进行测试的系统及装置,本发明还提供了一种对膜分离性能进行测试的方法,该方法包括以下步骤:
[0059]步骤1:气源装置向测膜装置提供测试待测膜分离性能所需的原料气和吹扫气,并向检测装置提供载气;
[0060]步骤2:测膜装置将气源装置提供的原料气通过自身的待测膜进行渗透收集透过膜的渗透气,并通过气源装置提供的吹扫气将渗透气带走,提供给检测装置;
[0061]步骤3:检测装置测试和计算测膜装置提供的渗透气的渗透速率,并计算得到膜对原料气各组分的分离因子,完成对膜分离性能的测试。
[0062]其中,气源装置向测膜装置提供测试待测膜分离性能所需的原料气和吹扫气,包括:原料气1通过第一过滤减压阀4后经第一气体流量计5测量气体流量,并经气体加湿罐6加湿后,进入换热器8进行换热,然后进入油水分离器11将多余的水分排除掉,接着通过第一压力表12进入测膜装置13;吹扫气2经第二过滤减压阀7减压过滤及第二气体流量计9流量测量后进入测膜装置13。
[0063]测膜装置将气源装置提供的原料气通过自身的待测膜进行渗透收集透过膜的渗透气,并通过气源装置提供的吹扫气将渗透气带走,提供给检测装置,包括:所述测膜装置将气源装置提供的原料气通过测膜装置内的待测膜进行渗透后,原料气经待测膜浓缩后的渗余气通过测膜装置收集后进入到尾气收集瓶内,然后通过气源装置提供的吹扫气将透过待测膜表面的渗透气从测膜装置中带走后,进入到检测装置。
[0064]检测装置测试和计算测膜装置提供的渗透气的渗透速率,并计算膜对原料气各组分的分离因子,包括:测膜装置采用连续进样方式向检测装置提供渗透气;检测装置根据该渗透气计算所测原料气中两个组分的峰面积,并计算所测原料气中两个组分的渗透速率?工和内,二者比值即为所测膜对该混合气的分离因子α1/2。
[0065]下面结合具体实施例对本发明还提供的对膜分离性能进行测试的方法进行详细描述。
[0066] 实施例1
[0067]本实施例按照以下步骤依次完成:步骤1:本例中待测膜组件为内压式,膜面积为40cm2。按照图4将测膜装置原料气进出口,渗透气出口,吹扫气出口连接到测膜系统中的对应位置;步骤2:开启载气钢瓶(本实施例中使用H2,纯度达到99.999%),钢瓶上过滤减压阀示数0.0IMPa,打开气相色谱仪,预热1小时;步骤3:加湿罐中加满水后开启加湿罐加热按钮,调节温度到45°C,直到数值稳定;步骤4:开启原料气钢瓶(本例中使用C02/N2混合气,二者比例为20:80,纯度达到99.9%),调节进料气流量调节阀,至测膜装置原料气进口前压力表显示为0.05MPa左右,调节测膜装置原料气出口阀门,至测膜装置进口压力表显示为0.1 MPa ;步骤5:开启吹扫气(本实施例中吹扫气是⑶2/N2中的快气⑶2)钢瓶,纯度达到99.9% ,调节吹扫气流量至1.8L/min,待流量计数值显示稳定;步骤6:设定气相色谱仪自动进样5分钟,开始进样测定,计算机屏幕上出现峰谱图,利用气相色谱仪配套软件计算峰面积,进而分别计算出 C02 和 N2 的渗透速率 Fcci20.258m3'm—2'h—Har—1 和 FN2 = 0.005m3'm—2'h—Har一1,二者比值即为本例中中空纤维膜对CO2/N2混合气的分离因子acc)2/N2 = 52。
[0068] 实施例2
[0069]本实施例按照以下步骤依次完成:步骤1:本例中待测膜组件为外压式,膜面积为106cm2。原料气进出口为测膜装置中膜壳侧壁上的两个短管,渗透气出口为图4中压力表14处,吹扫气进口为图4中压力表12处;步骤2:开启载气钢瓶(本例中使用H2,纯度达到99.999%),钢瓶上过滤减压阀示数0.0lMPa,打开气相色谱仪,预热1小时后,色谱仪达到150°C且温度恒定;步骤3:加湿罐中加满水后开启加湿罐加热按钮,调节温度到45°C,直到数值稳定;步骤4:开启原料气钢瓶(本实施例中使用C02/CH4混合气,二者比例为40:60,纯度达到99.9%),调节进料气流量调节阀,至测膜装置原料气进口前压力表显示为0.05MPa左右,调节测膜装置原料气出口阀门,至测膜装置进口压力表显示为0.1MPa,且数值稳定;步骤5:开启吹扫气(本实施例中吹扫气是C02/CH4中的快气C02)钢瓶,纯度达到99.9%,调节吹扫气流量至1.8L/min,待流量计数值显示稳定;步骤6:设定气相色谱仪自动进样5分钟,开始进样测定,计算机屏幕上出现峰谱图,利用气相色谱仪配套软件计算峰面积,进而分别计算出 C02/CH4 的渗透速率 FC02 = 0.3 26m3.m—2.h-1.bar—1 和 FCH4 = 0.01 lm3.m—2.h—1.bar—1,二者比值即为本例中中空纤维膜对CO2/CH4混合气的分离因子acQ2/CH4 = 30。
[0070]以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种对膜分离性能进行测试的测膜装置,其特征在于,该装置包括一膜组件以及套设于该膜组件外侧的膜壳,该膜组件由待测膜、与所述待测膜两端固结的两个硬管构成,所述膜壳包括上侧短管和下侧短管; 还包括密封膜组件和膜壳的卡紧套、卡紧柱、卡紧托、第一橡胶圈和第二橡胶圈; 其中,卡紧套、卡紧柱、卡紧托、第一橡胶圈和第二橡胶圈分别有两个,安装于膜壳上下两端,且上下两端的安装方法一致;其中,第一橡胶圈位于膜壳上顶端和卡紧托之间,卡紧托和膜壳之间通过螺纹连接并且利用第一橡胶圈进行密封;第二橡胶圈位于卡紧托中部的圆锥形凹槽处;将卡紧柱套在卡紧套中,卡紧套内壁有螺纹与卡紧托外壁螺纹进行连接。
2.根据权利要求1所述的对膜分离性能进行测试的测膜装置,其特征在于,所述膜组件两端具有气体进出该膜组件的通孔,该通孔位于与所述待测膜两端固结的两个硬管的端面处,构成所述待测膜的每根中空纤维膜丝均有一个贯通上下两端硬管端面的通孔。
3.—种对膜分离性能进行测试的系统,其特征在于,该系统包括气源装置、如权利要求1或2所述的测膜装置和检测装置,其中: 气源装置,用于向测膜装置提供测膜分离性能所需的原料气和吹扫气,以及向检测装置提供载气; 测膜装置,用于将气源装置提供的原料气通过自身的待测膜进行渗透,并收集透过膜的渗透气,且通过气源装置提供的吹扫气将渗透气带走,提供给检测装置; 检测装置,用于测试和计算测膜装置提供的渗透气的渗透速率,并计算得到膜对原料气各组分的分离因子,完成对膜分离性能的测试。
4.根据权利要求3所述的对膜分离性能进行测试的系统,其特征在于,所述气源装置包括原料气(1)、吹扫气(2)、载气(3)、第一过滤减压阀(4)、第二过滤减压阀(7)、第三过滤减压阀(10)、第一气体流量计(5)、第二气体流量计(9)、第三气体流量计(15)、第一压力表(12)、第二压力表(14)、气体加湿罐(6)、换热器(8)、油水分离器(11)和尾气排放瓶(16),其中: 原料气(1)通过第一过滤减压阀(4)后经第一气体流量计(5)测量气体流量,并经气体加湿罐(6)加湿后,进入换热器(8)进行换热,然后进入油水分离器(11)将多余的水分排除掉,接着通过第一压力表(12)进入测膜装置(13); 吹扫气(2)经第二过滤减压阀(7)减压过滤及第二气体流量计(9)流量测量后进入测膜装置(13); 载气(3)经第三过滤减压阀(10)后进入检测装置(17); 从所述测膜装置排出的渗余气体依次通过第二压力表(14)和第三气体流量计(15)后进入尾气排放瓶(16)。
5.根据权利要求4所述的对膜分离性能进行测试的系统,其特征在于,所述第一气体流量计(5)和所述第三气体流量计(15)的测量范围为0.1〜3L/min,所述第二气体流量计(9)的测量范围为0.01〜2L/min,所述第一压力表(12)和所述第二压力表(14)的测量范围0〜lOMPao
6.根据权利要求3所述的对膜分离性能进行测试的系统,其特征在于,所述检测装置为气相色谱仪。
7.—种对膜分离性能进行测试的方法,应用于权利要求3所述的系统,其特征在于,该方法包括: 气源装置向测膜装置提供测试待测膜分离性能所需的原料气和吹扫气,并向检测装置提供载气; 测膜装置将气源装置提供的原料气通过自身的待测膜进行渗透,并收集透过膜的渗透气,且通过气源装置提供的吹扫气将渗透气带走,提供给检测装置; 检测装置测试和计算测膜装置提供的渗透气的渗透速率,并计算得到膜对原料气各组分的分离因子,完成对膜分离性能的测试。
8.根据权利要求7所述的对膜分离性能进行测试的方法,其特征在于,所述气源装置向测膜装置提供测试待测膜分离性能所需的原料气和吹扫气,包括: 原料气(1)通过第一过滤减压阀(4)后经第一气体流量计(5)测量气体流量,并经气体加湿罐(6)加湿后,进入换热器(8)进行换热,然后进入油水分离器(11)将多余的水分排除掉,接着通过第一压力表(12)进入测膜装置(13); 吹扫气(2)经第二过滤减压阀(7)减压过滤及第二气体流量计(9)流量测量后进入测膜装置(13)。
9.根据权利要求8所述的对膜分离性能进行测试的方法,其特征在于, 所述测膜装置将气源装置提供的原料气通过自身的待测膜进行渗透,并收集透过膜的渗透气,且通过气源装置提供的吹扫气将渗透气带走,提供给检测装置,包括:所述测膜装置将气源装置提供的原料气通过测膜装置内的待测膜进行渗透后,原料气经待测膜浓缩后的渗余气通过测膜装置收集后进入到尾气收集瓶内,然后通过气源装置提供的吹扫气将透过待测膜表面的渗透气从测膜装置中带走后,进入到检测装置; 所述检测装置测试和计算测膜装置提供的渗透气的渗透速率,并计算膜对原料气各组分的分离因子,包括:测膜装置采用连续进样方式向检测装置提供渗透气;检测装置根据该渗透气计算所测原料气中两个组分的峰面积,并计算所测原料气中两个组分的渗透速率?工和内,二者比值即为所测膜对该原料气的分离因子α1/2。
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