CN109045762A - 一种模块化的多级气液分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于气液分离技术领域，具体涉及一种模块化的多级气液分离装置。包括液体进样模块、多级分离模块和气体出样模块；液体进样模块用于将液体样品形成水膜，形成的水膜与液体进样模块中的分离膜接触以进行气液分离；所述多级分离模块设置于所述液体进样模块和气体出样模块之间，所述多级分离模块中设置分离膜，且所述多级分离模块内部腔体的压力低于所述液体进样模块内部腔体的压力；所述气体出样模块内部腔体的压力低于所述多级分离模块内部腔体的压力。本发明所提供的多级气液分离装置在负压作用下实现了水体的在线水气多级分离，所述多级分离模块是模块化结构，可以在液体进样模块和气体出样模块之间任意数量的叠加。

Description

一种模块化的多级气液分离装置

技术领域

本发明属于气液分离技术领域，具体涉及一种模块化的多级气液分离装置，适用于液体中气体在线多级分离富集。

背景技术

在水质检测、海洋调查、资源勘探、海水养殖业等领域中，水体中可溶气体含量，是评价环境污染、大洋环流、海洋资源、海洋生物等的重要参数。液体中的可溶气体测量大多都需要进行气液分离，气液分离的精准度直接影响着测量的可信度。

现有技术中，常用的双层膜或单层膜作为气液分离装置，由于膜左右两侧分别为常大气压下的水流和压力几乎为零的真空，需要可靠而复杂的密封结构来作保障，这就使得膜与流动水体的接触、膜支撑保护和膜更换便捷性都存在一定的难度。并且，分离膜受温度影响较大，分离膜附近液体温度的精准测量是一个关键的膜气体交换的参数，现有技术中气液分离装置都没有直接测量膜附近温度的功能。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种模块化的多级气液分离装置，所述多级气液分离装置采用模块化设计，膜更换方便，具有可靠地膜支撑结构，可以很好的实现液体中气体的多级在线分离富集，同时具有测量膜附近的液体温度测量的功能。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种模块化的多级气液分离装置，包括：

液体进样模块，用于将液体样品形成水膜，形成的水膜与液体进样模块中的分离膜接触以进行气液分离；且所述液体进样模块包括温度传感器，用于测量所述分离膜处水膜的液体温度；

多级分离模块，所述多级分离模块设置于所述液体进样模块和气体出样模块之间，所述多级分离模块中设置分离膜，且多级分离模块内部腔体的压力低于液体进样模块内部腔体的压力；

气体出样模块，气体出样模块内部腔体的压力低于多级分离模块内部腔体的压力；

所述液体进样模块进行气液分离后产生的气体在所述多级分离模块内部腔体负压作用下穿过所述液体进样模块中的分离膜进入所述多级分离模块内部腔体，然后在所述气体出样模块内部腔体负压作用下穿过所述多级分离模块中的分离膜进入所述气体出样模块内部腔体内，以实现多级分离的目的。

进一步地，所述多级分离模块为模块化结构，所述多级分离模块的数量至少1个，能够在所述液体进样模块和所述气体出样模块之间实现任意数量的叠加。

进一步地，所述液体进样模块包括：液体进样模块壳体、设置于所述液体进样模块壳体上部的进液口、设置于所述设置于所述液体进样模块壳体下部的出液口、连通所述进液口和所述出液口的液体进样模块内部腔体、安装于所述液体进样模块内部腔体中的水膜产生结构、与所述水膜产生结构连接的温度传感器、在所述液体进样模块壳体上设置第一分离气体出口、在所述第一分离气体出口处设置第一分离膜。

进一步地，所述第一分离膜与所述水膜产生结构的距离控制在1mm-3mm；

所述第一分离膜与所述水膜产生结构产生的水膜接触进行气液分离，分离后液体经过出液口排出，分离后气体穿过所述第一分离膜经所述第一分离气体出口从所述液体进样模块排出。

进一步地，所述水膜产生结构与液体样品的接触面是一平面，并涂有一层憎水性化学物质，用于将液体样品形成水膜，使得分离膜附近的液体样品形成稳定的层流运动，以利于液体样品中的气体在分离膜上的渗透。

进一步地，所述多级分离模块包括：

多级分离模块壳体、设置于多级分离模块壳体上的真空抽气口、设置于所述多级分离模块壳体内部的多级分离模块内部腔体、第二分离膜、第一分离膜支撑结构；

在所述多级分离模块壳体的两侧分别设置第一分离气体入口和第二分离气体出口，所述真空抽气口、所述第一分离气体入口和第二分离气体出口均与所述多级分离模块内部腔体连通，所述第二分离膜设置于所述第二分离气体出口处，所述第一分离膜支撑结构设置于所述第一分离气体入口处，用于支撑所述第一分离膜。

进一步地，所述液体进样模块中的所述第一分离气体出口与所述多级分离模块中的所述第一分离气体入口连接；在所述液体进样模块与所述所述多级分离模块连接的一侧设置用于真空密封的第一密封圈。

进一步地，所述气体出样模块包括：

气体出样模块壳体、设置于所述气体出样模块壳体内部的气体出样模块内部腔体、第二分离膜支撑结构、气道变径结构和真空管接口；

在所述气体出样模块壳体的两侧分别设置第二分离气体入口和第三分离气体出口，所述第二分离气体入口和第三分离气体出口均与所述气体出样模块内部腔体连通，所述真空管接口通过所述气道变径结构与所述第三分离气体出口连通；所述第二分离膜支撑结构设置于所述第二分离气体入口处，用于支撑所述第二分离膜。

进一步地，所述多级分离模块中的所述第二分离气体出口与所述气体出样模块中的所述第二分离气体入口连接；

在所述多级分离模块与所述气体出样模块连接的一侧设置用于真空密封的第二密封圈。

进一步地，不包括多级分离模块，所述气液分离装置具体包括：

液体进样模块，用于将液体样品形成水膜，形成的水膜与气液分离膜接触以进行气液分离；且所述液体进样模块包括温度传感器，用于测量所述分离膜处水膜的液体温度；

气体出样模块，一端与真空取样设备连接，能够使气体出样模块内部腔体产生负压，所述气体出样模块的另一端与所述液体进样模块连接；所述液体进样模块进行气液分离后产生的气体在负压作用下穿过气液分离膜进入所述气体出样模块内部腔体内，实现气液分离。

本发明的有益效果是：

(1)本发明所述多级气液分离装置中的多级分离模块采用模块化设计，可以在液体进样模块和气体出样模块之间任意数量的叠加，实线任意膜数的多级分离；每增加一级分离，就增加一次气体成分的过滤筛选，有助于提高有用气体成分的纯度和浓度，由此就可以从液体样品中分离出纯度和浓度都更高的气体成分，便于液体中气体成分的测量和鉴定。

(2)本发明所述多级气液分离装置中，设置温度传感器，能够实现在线测量分离膜处水膜的液体温度，通过测得的水膜温度能够间接推测分离膜的气体交换性能，为分离膜气体渗透相关的计算提供温度补偿，能够提高后续的定量测量和鉴定的精确程度。

(3)本发明所述多级气液分离装置具有水膜产生结构，利用憎水性物质形成水膜的层流运动，有利于液体和分离膜的充分接触，提高分离膜的交换效率。

附图说明

图1为本发明实施例1中气液分离装置剖面图(包括一个多级分离模块)；

图2为本发明实施例1液体进样模块剖面图；

图3为本发明实施例1多级分离模块剖面图；

图4为本发明实施例1气体出样模块剖面图；

图5为本发明实施例1中气液分离装置立体示意图；

图6为本发明实施例2中气液分离装置剖面图(包括两个多级分离模块)；

图7为本发明实施例3中气液分离装置剖面图(不设置多级分离模块)；

附图标记：1.液体进样模块；2.多级分离模块；3.气体出样模块；4.固定螺栓；5.固定螺母；1-1.液体进样模块壳体；1-2.进液口；1-3.出液口；1-4.液体进样模块内部腔体；1-5.水膜产生结构；1-6.温度传感器；1-7.第一分离膜；1-8.第一密封圈；1-9.定位螺钉；2-1.多级分离模块壳体；2-2.真空抽气口；2-3.多级分离模块内部腔体；2-4.第二分离膜；2-5.第一分离膜支撑结构；2-6第二密封圈；3-1.气体出样模块壳体；3-2气体出样模块内部腔体；3-3.第二分离膜支撑结构；3-4.气道变径结构；3-5.真空管接口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

针对现有技术中常用的双层膜或单层膜作为水气分离装置，膜与流动水体的接触、膜支撑保护和膜更换便捷性都存在一定不足，以及针对现有技术中气液分离装置都没有直接测量膜附近温度的功能。本发明实施例提供以下模块化的多级气液分离装置。

实施例1

如图1-5所示，在本实施例中，所述多级气液分离装置包括：

液体进样模块1，用于将液体样品形成水膜，形成的水膜与液体进样模块中的分离膜接触以进行气液分离；且所述液体进样模块包括温度传感器，用于测量所述分离膜处水膜的液体温度；

多级分离模块2，所述多级分离模块设置于所述液体进样模块和气体出样模块之间，所述多级分离模块中设置分离膜，且多级分离模块内部腔体的压力低于液体进样模块内部腔体的压力；

气体出样模块3，气体出样模块内部腔体的压力低于多级分离模块内部腔体的压力；

所述液体进样模块进行气液分离后产生的气体在所述多级分离模块内部腔体负压作用下穿过所述液体进样模块中的分离膜进入所述多级分离模块内部腔体，然后在所述气体出样模块内部腔体负压作用下穿过所述多级分离模块中的分离膜进入所述气体出样模块内部腔体内，以实现多级分离的目的。

如图1所示，在本实施例中，液体进样模块1、多级分离模块2以及所述气体出样模块3通过固定螺栓4和固定螺母5压紧固定，优选地，采用四组固定螺栓4和固定螺母5进行固定。

所述多级分离模块为模块化结构，所述多级分离模块的数量至少1个，能够在所述液体进样模块和所述气体出样模块之间实现任意数量的叠加。在本实施例中，所述多级分离模块的数量为1个。

在所述多级分离模块上设置真空抽气口，用于实现外力从所述真空抽气口抽气以使所述多级分离模块内部腔体产生负压；

所述气体出样模块与真空取样设备连接，与所述多级分离模块相比，所述气体出样模块腔体内部具有最高的真空度；

所述液体进样模块、所述多级分离模块以及所述气体出样模块之间保持一定的负压梯度，以实现多级分离的目的。

在具体实施方式中，所述真空取样设备为质谱仪，本实施例所提供的多级气液分离装置适用于气体质谱仪对液体样品中气体的在线多级分离富集监测。

在本实施例中，如图2所示，所述液体进样模块1包括：液体进样模块壳体1-1、设置于所述液体进样模块壳体上部的进液口1-2、设置于所述设置于所述液体进样模块壳体下部的出液口1-3、连通所述进液口和所述出液口的液体进样模块内部腔体1-4、安装于所述液体进样模块内部腔体中的水膜产生结构1-5、与所述水膜产生结构连接的温度传感器1-6、在所述液体进样模块壳体上设置第一分离气体出口、在所述第一分离气体出口处设置第一分离膜1-7。

具体地，所述第一分离膜与所述水膜产生结构的距离控制在1mm-3mm。

所述第一分离膜1-7与所述水膜产生结构1-5产生的水膜接触进行气液分离，分离后液体经过出液口1-3排出，分离后气体穿过所述第一分离膜1-7经所述第一分离气体出口从所述液体进样模块排出。

所述水膜产生结构与液体样品的接触面是一平面，并涂有一层憎水性化学物质，用于将液体样品形成水膜，使得分离膜附近的液体样品形成稳定的层流运动，以利于液体样品中的气体在分离膜上的渗透。

优选地，所述温度传感器1-6采用螺纹式温度传感器，所述螺纹式温度传感器贯穿设置于所述水膜产生结构的中心处，螺纹式温度传感器的热敏元件与在水膜产生结构上形成的水膜相接触，因此可以测量在线测量水膜产生结构和同第一分离膜之间流动的液体样品温度；所述水膜产生结构通过定位螺钉1-9固定于液体进样模块1壳体上。

如图3所示，所述多级分离模块2包括：

多级分离模块壳体2-1、设置于多级分离模块壳体上的真空抽气口2-2、设置于所述多级分离模块壳体内部的多级分离模块内部腔体2-3、第二分离膜2-4、第一分离膜支撑结构2-5；

在所述多级分离模块壳体的两侧分别设置第一分离气体入口和第二分离气体出口，所述真空抽气口2-2、所述第一分离气体入口和第二分离气体出口均与所述多级分离模块内部腔体2-3连通，所述第二分离膜2-4设置于所述第二分离气体出口处，所述第一分离膜支撑结构2-5设置于所述第一分离气体入口处，用于支撑所述第一分离膜1-7。

具体地，所述液体进样模块中的所述第一分离气体出口与所述多级分离模块中的所述第一分离气体入口连接；在所述液体进样模块与所述所述多级分离模块连接的一侧设置用于真空密封的第一密封圈1-8。

在本实施例中，第一分离膜1-7贴紧所述第一分离膜支撑结构2-5，并通过所述液体进样模块及所述多级分离模块的压紧作用，同时加上第一密封圈的真空密封作用，所述第一分离膜能够得到很好的支撑保护，并且模块化的结构设计，使分离膜的更换极为方便。

如图4所示，所述气体出样模块3包括：

气体出样模块壳体3-1、设置于所述气体出样模块壳体内部的气体出样模块内部腔体3-2、第二分离膜支撑结构3-3、气道变径结构3-4和真空管接口3-5；

在所述气体出样模块壳体的两侧分别设置第二分离气体入口和第三分离气体出口，所述第二分离气体入口和第三分离气体出口均与所述气体出样模块内部腔体连通，所述真空管接口通过所述气道变径结构与所述第三分离气体出口连通；所述第二分离膜支撑结构设置于所述第二分离气体入口处，用于支撑所述第二分离膜2-4。优选地，所述真空管接口通过气道变径结构焊接在气体出样模块壳体上。

具体地，所述多级分离模块中的所述第二分离气体出口与所述气体出样模块中的所述第二分离气体入口连接；

在所述多级分离模块2与所述气体出样模块3连接的一侧设置用于真空密封的第二密封圈2-6。

在本实施例中，第二分离膜2-4贴紧所述第二分离膜支撑结构3-3，并通过所述气体出样模块及所述多级分离模块的压紧作用，同时加上第二密封圈的真空密封作用，所述第二分离膜能够得到很好的支撑保护，并且模块化的结构设计，使分离膜的更换极为方便。

在本实施例中，优选地，所述第一分离膜支撑结构和所述第二分离膜支撑结构采用不锈钢透气板。

采用本实施例所提供的多级气液分离装置进行气液分离时，具体工作过程如下：

液体样品在外在动力(如蠕动泵)的作用下由进液口引入液体进样模块，流经水膜产生结构形成水膜(水膜产生结构表面涂抹憎水性化学物质，可使液体样品形成液体层流运动，进而形成水膜)并与第一分离膜接触，进行气液分离过程，在气液分离过程中，温度传感器(优选螺纹式温度传感器)能够在线测量所述第一分离膜附近水膜液体温度。多级分离模块通过外力抽气使多级分离模块内部腔体产生负压，使多级分离模块内部腔体的压力低于液体进样模块内部腔体的压力；液体样品中的气体通过第一分离膜进入多级分离模块内部腔体。气体出样模块直接连接真空取样设备(如质谱)，具有最高真空度，气体出样模块内部腔体的压力低于多级分离模块内部腔体的压力，多级分离模块内部腔体中的气体在负压作用下穿过所述多级分离模块中的分离膜进入所述气体出样模块内部腔体内，以实现多级分离的目的。

本实施例所提供的多级气液分离装置在负压作用下实现了水体的在线水气多级分离，适用于质谱对液体中气体的在线多级分离富集监测。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，唯不同之处在于，在本实施例中，多级分离模块的数目为两个，如图6所示，在液体进样模块1和气体出样模块3之间，设置两个多级分离模块；

所述液体进样模块、两个所述多级分离模块以及所述气体出样模块之间保持一定的负压梯度，所述液体进样模块进行气液分离后产生的气体在负压梯度作用下依次进入两个所述多级分离模块内部腔体、最后进入所述气体出样模块内部腔体中，实现多级分离。每增加一级分离，就增加一次气体成分的过滤筛选，有助于提高有用气体成分的纯度和浓度，能够从液体样品中分离出纯度和浓度都更高的气体成分，便于液体中气体成分的测量和鉴定。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，唯不同之处在于，在本实施例中，不设置多级分离模块，如图7所示，在液体进样模块1和气体出样模块3之间，不设置多级分离模块。

在本实施例中，所述气液分离装置具体包括：

液体进样模块1，用于将液体样品形成水膜，形成的水膜与气液分离膜接触以进行气液分离；且所述液体进样模块包括温度传感器，用于测量所述分离膜处水膜的液体温度；

气体出样模块3，一端与真空取样设备连接，能够使气体出样模块内部腔体产生负压，所述气体出样模块的另一端与所述液体进样模块连接；所述液体进样模块进行气液分离后产生的气体在负压作用下穿过气液分离膜进入所述气体出样模块内部腔体内，实现气液分离。

Claims (10)

1.一种模块化的多级气液分离装置，其特征在于，包括：

液体进样模块(1)，用于将液体样品形成水膜，形成的水膜与液体进样模块中的分离膜接触以进行气液分离；且所述液体进样模块包括温度传感器，用于测量所述分离膜处水膜的液体温度；

多级分离模块(2)，所述多级分离模块设置于所述液体进样模块和气体出样模块之间，所述多级分离模块中设置分离膜，且多级分离模块内部腔体的压力低于液体进样模块内部腔体的压力；

气体出样模块(3)，气体出样模块内部腔体的压力低于多级分离模块内部腔体的压力；

所述液体进样模块进行气液分离后产生的气体在所述多级分离模块内部腔体负压作用下穿过所述液体进样模块中的分离膜进入所述多级分离模块内部腔体，然后在所述气体出样模块内部腔体负压作用下穿过所述多级分离模块中的分离膜进入所述气体出样模块内部腔体内，以实现多级分离的目的。

2.根据权利要求1所述一种模块化的多级气液分离装置，其特征在于，所述多级分离模块为模块化结构，所述多级分离模块的数量至少1个，能够在所述液体进样模块和所述气体出样模块之间实现任意数量的叠加。

3.根据权利要求1所述一种模块化的多级气液分离装置，其特征在于，所述液体进样模块(1)包括：液体进样模块壳体(1-1)、设置于所述液体进样模块壳体上部的进液口(1-2)、设置于所述设置于所述液体进样模块壳体下部的出液口(1-3)、连通所述进液口和所述出液口的液体进样模块内部腔体(1-4)、安装于所述液体进样模块内部腔体中的水膜产生结构(1-5)、与所述水膜产生结构连接的温度传感器(1-6)、在所述液体进样模块壳体上设置第一分离气体出口、在所述第一分离气体出口处设置第一分离膜(1-7)。

4.根据权利要求3所述一种模块化的多级气液分离装置，其特征在于，所述第一分离膜与所述水膜产生结构的距离控制在1mm-3mm；

所述第一分离膜(1-7)与所述水膜产生结构(1-5)产生的水膜接触进行气液分离，分离后液体经过出液口(1-3)排出，分离后气体穿过所述第一分离膜(1-7)经所述第一分离气体出口从所述液体进样模块排出。

5.根据权利要求3所述一种模块化的多级气液分离装置，其特征在于，所述水膜产生结构与液体样品的接触面是一平面，并涂有一层憎水性化学物质，用于将液体样品形成水膜，使得分离膜附近的液体样品形成稳定的层流运动，以利于液体样品中的气体在分离膜上的渗透。

6.根据权利要求3所述一种模块化的多级气液分离装置，其特征在于，所述多级分离模块(2)包括：

多级分离模块壳体(2-1)、设置于多级分离模块壳体上的真空抽气口(2-2)、设置于所述多级分离模块壳体内部的多级分离模块内部腔体(2-3)、第二分离膜(2-4)、第一分离膜支撑结构(2-5)；

在所述多级分离模块壳体的两侧分别设置第一分离气体入口和第二分离气体出口，所述真空抽气口(2-2)、所述第一分离气体入口和第二分离气体出口均与所述多级分离模块内部腔体(2-3)连通，所述第二分离膜(2-4)设置于所述第二分离气体出口处，所述第一分离膜支撑结构(2-5)设置于所述第一分离气体入口处，用于支撑所述第一分离膜(1-7)。

7.根据权利要求6所述一种模块化的多级气液分离装置，其特征在于，所述液体进样模块中的所述第一分离气体出口与所述多级分离模块中的所述第一分离气体入口连接；在所述液体进样模块与所述所述多级分离模块连接的一侧设置用于真空密封的第一密封圈(1-8)。

8.根据权利要求6所述一种模块化的多级气液分离装置，其特征在于，所述气体出样模块(3)包括：

气体出样模块壳体(3-1)、设置于所述气体出样模块壳体内部的气体出样模块内部腔体(3-2)、第二分离膜支撑结构(3-3)、气道变径结构(3-4)和真空管接口(3-5)；

在所述气体出样模块壳体的两侧分别设置第二分离气体入口和第三分离气体出口，所述第二分离气体入口和第三分离气体出口均与所述气体出样模块内部腔体连通，所述真空管接口通过所述气道变径结构与所述第三分离气体出口连通；所述第二分离膜支撑结构设置于所述第二分离气体入口处，用于支撑所述第二分离膜(2-4)。

9.根据权利要求8所述一种模块化的多级气液分离装置，其特征在于，所述多级分离模块中的所述第二分离气体出口与所述气体出样模块中的所述第二分离气体入口连接；

在所述多级分离模块(2)与所述气体出样模块(3)连接的一侧设置用于真空密封的第二密封圈(2-6)。

10.根据权利要求1所述一种模块化的多级气液分离装置，其特征在于，不包括多级分离模块，所述气液分离装置具体包括：

液体进样模块，用于将液体样品形成水膜，形成的水膜与气液分离膜接触以进行气液分离；且所述液体进样模块包括温度传感器，用于测量所述分离膜处水膜的液体温度；

气体出样模块，一端与真空取样设备连接，能够使气体出样模块内部腔体产生负压，所述气体出样模块的另一端与所述液体进样模块连接；所述液体进样模块进行气液分离后产生的气体在负压作用下穿过气液分离膜进入所述气体出样模块内部腔体内，实现气液分离。