CN204159192U - 一种串联式多级气体分离系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种串联式多级气体分离系统，解决了现有分离膜中只包含一种膜，模孔尺寸单一，导致的对于气体选择性不佳，分离效果不理想的问题。该分离系统包括串联设置的第一分离室、第二分离室和第三分离室。第一分离室设有第一分离膜，第二分离室设有第二分离膜。且第一分离膜所包含的第一控制层模孔大小大于第二分离膜所包含的第二控制层模孔大小。该实用新型通过调节分离膜中控制层的模孔大小可实现对气体的逐级分离，每一层膜只分离一种气体，大大提高气体的分离选择性，分离产物单一且易于收集。具有设计简单、操作方便等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及气体分离膜领域，特别涉及一种串联式多级气体分离系统。
背景技术
随着工业和经济的迅速发展，环境污染和能源短缺问题作为21世纪人们所面临的重大难题，太阳能、生物能、氢能、风能等清洁能源已经成为下一代人类所依靠的主要能源。如何把这些有用的清洁能源(比如氢气，甲烷等)从对环境有害的气体(二氧化碳，二氧化硫等)中分离出来是现在科学研究的重点。
国内外已经制备了各种各样的分离膜，如沸石、碳、二氧化硅、金属有机框架结构和其他材料的薄膜。但是这些薄膜由于模孔尺寸单一，导致对于气体的选择性不佳，被处理之后的气体仍然含有许多杂质，因此达不到处理要求，依旧会对环境产生污染。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种串联式多级气体分离系统，它能对混合气体进行逐级分离。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种基于多孔石墨烯的串联式多级气体分离系统，包括串联设置的第一分离室(1)、第二分离室(2)和第三分离室(3)。其特征在于，所述第一分离室设有进气口(4)、侧部设有第一气体收集口(5)、底部设有第一挡板(6)和第一分离膜(7)；所述第二分离室侧部设有第二气体收集口(9)、底部设有第二挡板(10)和第二分离膜(11)；所述第三分离室侧部设有第三气体收集口(13)。
所述的第一挡板(6)右侧设有第一挡板插口(8)。
所述的第二挡板(10)右侧设有第二挡板插口(12)。
所述的第一挡板(6)为无孔隙不锈钢板。
所述的第二挡板(10)为无孔隙不锈钢板。
所述的第一分离膜(7)为双层膜结构，包括第一控制层(71)和第一载体层(72)。
所述的第二分离膜(11)为双层膜结构，包括第二控制层(111)和第二载体层(112)。
所述的第一控制层(71)模孔的平均孔径大小大于所述的第二控制层(111)模孔的平均孔径大小。
本实用新型的有益效果是：该实用新型通过调节分离膜中控制层的模孔大小可实现对气体的逐级分离，每一层膜只分离一种气体，大大提高气体分离选择性，分离产物单一且易于收集。具有设计简单、操作方便等优点。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是图1中(7)的局部放大示意图。
图3是图1中(11)的局部放大示意图。
在图1中所述的数字标注表示为：(1).第一分离室，(2).第二分离室，(3).第三分离室，(4).进气口，(5).第一气体收集口，(6).第一挡板，(7).第一分离膜，(8).第一挡板插口，(9).第二气体收集口，(10).第二挡板，(11).第二分离膜，(12).第二挡板插口，(13).第三气体收集口。
在图2中所述的数字标注表示为：(71).第一控制层，(72).第一载体层。
在图3中所述的数字标注表示为：(111).第二控制层，(112).第二载体层.
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，结合多孔石墨烯分离H2，CO2，CH4三种混合气体的分离过程对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做此类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
图1为本实用新型提供的一种串联式多级气体分离系统，根据本实施实例，由于H2、CO2和CH4的分子动力学直径分别为和所以第一控制层(71)选择孔径大小为的多孔石墨烯，第二控制层(111)选择孔径大小为的多孔石墨烯。而第一载体层(72)和第二载体层(112)可选择为聚乙烯醇等高聚物，对此本实用新型不做限制。
具体实施过程分为两个阶段，第一阶段为气体分离阶段，此阶段第一气体挡板(6)和第二气体挡板(10)均被拔出，第一气体收集口(5)、第二气体收集口(9)、第三气体收集口(13)、第一挡板插口(8)、第二挡板插口(12)均处于闭合状态。混合气体通过进气口(4)流入第一分离室(1)，由于气压差的作用，混合气体通过第一分离膜(7)渗入第二气体分离室(2)，此时大于第一控制层(71)孔径尺寸的CH4分子不透过第一层控制层(71)，小于膜孔径大小的H2和CO2分子透过第一分离膜(7)，形成透析。H2和CO2混合气体进入第二分离室(2)后，又会向第二分离膜(11)流动，此时大于第二控制层(111)孔径尺寸的CO2分子不透过第二控制层(111)，小于膜孔径大小的H2分子透过第二分离膜(11)，形成二次透析，此时进入第三气体分离室(3)的只有H2分子。
第二阶段为气体收集阶段，此时通过第一挡板插口(8)和第二挡板插口(12)分别插入第一档板(6)和第二档板(10)。然后就可以分别通过第一气体收集口(5)，第二气体收集口(9)和第三气体收集口(13)分别实现CH4，CO2和H2的收集。
除此实例外，可根据不同的气体尺寸选择相应孔径的分离膜进行逐级分离气体，此类变形均落在本实用新型的保护范围之中。
进一步的，若想提高分离效果，可适当增加分离膜的层数和分离室的数目，这种变形也应落在本实用新型的保护范围之中。
此外，第一载体层和第二载体层可选聚酰亚胺，聚乙烯醇，聚砜，聚苯醚，聚乙烯吡咯烷酮，醋酸纤维素等高聚物材料。对此，可根据具体实验条件进行选择，本实用新型不做限制。
以上所述，只是本实用新型的较佳实例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可以利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案作出多种可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种串联式多级气体分离系统，包括串联设置的第一分离室(1)、第二分离室(2)和第三分离室(3)，其特征在于，所述第一分离室设有进气口(4)、侧部设有第一气体收集口(5)、底部设有第一挡板(6)和第一分离膜(7)；所述第二分离室侧部设有第二气体收集口(9)、底部设有第二挡板(10)和第二分离膜(11)；所述第三分离室侧部设有第三气体收集口(13)。
2.根据权利要求1所述的一种串联式多级气体分离系统，其特征是，所述的第一挡板(6)右侧设有第一挡板插口(8)。
3.根据权利要求1所述的一种串联式多级气体分离系统，其特征是，所述的第二挡板(10)右侧设有第二挡板插口(12)。
4.根据权利要求1或2所述的一种串联式多级气体分离系统，其特征是，所述的第一挡板(6)为无孔隙不锈钢板。
5.根据权利要求1或3所述的一种串联式多级气体分离系统，其特征是，所述的第二挡板(10)为无孔隙不锈钢板。
6.根据权利要求1所述的一种串联式多级气体分离系统，其特征是，所述的第一分离膜(7)为双层膜结构，包括第一控制层(71)和第一载体层(72)。
7.根据权利要求6所述的一种串联式多级气体分离系统，其特征是，所述的第二分离膜(11)为双层膜结构，包括第二控制层(111)和第二载体层(112)。
8.根据权利要求7所述的一种串联式多级气体分离系统，其特征是，所述的第一控制层(71)模孔的孔径大小大于所述的第二控制层(111)模孔的孔径大小。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107837645A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-03-27 | 长兴华阁耐物流装备有限公司 | 一种多层过滤的气体分离吸附设备 |
| CN113082989A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-09 | 山东昌邑海能化学有限责任公司 | 一种电子级氢氧化钾生产用的尾气回收装置 |
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2014
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