CN207351867U - 一种可在线检测的气体膜分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可在线检测的气体膜分离装置，包括气体钢瓶，气体钢瓶依次与管路a、管路b、管路c、管路d连通，管路d上连接有渗透池，渗透池设置于加热控温装置内，渗透池还依次与管路e、管路f连通，管路f上连接有转子流量计，管路b的出气端与管路f的进气端之间还连接有抽真空机构；管路b上设置有进气阀a，管路c按气体流动方向依次设置有气动阀a和压力表a，管路e按气体流动方向依次设置有压力表b和气动阀b，管路f上设置有出气阀；气动阀a和气动阀b之间还连接有在线检测机构。能够采用恒体积变压力法和恒压力变体积法进行在线检测，准确测定膜的气体渗透性参数，且能够节省多种气体切换的过渡时间。

Description

一种可在线检测的气体膜分离装置

技术领域

本实用新型属于气体膜分离技术领域，具体涉及一种可在线检测的气体膜分离装置。

背景技术

膜分离是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术，是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术。膜分离技术不仅具有分离、浓缩、纯化和精制的功能，还有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。

不断研究和发展膜分离技术，具体包括膜材料、膜组件及优化、膜技术等，已成为世界各国在高新技术领域中竞争的热点。气体分离膜因其能耗低，无需相变，可依靠压差进行驱动分离，适合自带气压的混合气体分离吸收等优点，目前已被广泛应用于氢气回收，空气分离及有机蒸气回收等领域。气体分离膜分类方法种类繁多，根据成膜材料不同可分为无机膜材料、有机高分子膜材料，其中有机高分子膜材料主要有聚砜(PSF)、聚酰亚胺(PI)、醋酸纤维素(CA)、聚碳酸酯(PC)、含硅聚合物、聚炔、甲壳素类等聚合物，有机高分子分离膜的渗透性和选择性往往不可兼得，即一种高分子膜材料的渗透性较好，而选择性较差，反之亦然，除此之外还有耐高温效果差，耐酸碱性差，强度较低等缺点。相比之下无机膜就能很好的克服这些缺点，研究比较广泛的无机膜有金属膜，金属氧化膜，陶瓷膜，多孔玻璃，沸石，无机高分子等，其中陶瓷膜是新型材料领域的重要组成部分，相比传统聚合物它有着无可比拟的优点，如：孔径分布窄、抗微生物能力强、机械强度高、耐高温、耐化学腐蚀、可清洗性强、使用寿命长等。

气体膜分离工艺参数一般需要经过实验获得，目前，对于气体分离膜的渗透性能的测试方法主要采用恒体积变压力法和恒压力变体积法。恒体积变压力法是指在测试过程中膜材料下游维持一定的真空度，采用高精度的压力传感器测量渗透端气体压力随时间的变化，并根据理想气体状态方程计算气体的渗透速率，恒体积变压力法对渗透仪气体管路的气密性要求较高，使得仪器造价昂贵。另外在测定过程中为了使膜下游达到一定的高真空度，往往需要很长的抽真空时间，因而很多研究者采用廉价、方便的恒压力变体积法，恒压力变体积法是指在膜的进料端(高压侧)维持一定的压力，而下游通过流量计或者色谱来检测渗透侧的气体流量。然而，在恒压力变体积法测定膜气体渗透性的装置中，膜池下游(渗透侧)往往跟大气(皂膜流量计)或吹扫气(色谱检测)相连通，这样会使空气或色谱吹扫气从膜的下游反扩散到上游，另外在更换测定气体的过程中往往在上游用待测气体长时间吹扫以排除残留的气体，这样既浪费时间、浪费待测气体，又在更换测定气体时难以排除被无机膜所吸附的气体，从而严重影响实验的准确性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可在线检测的气体膜分离装置，能够采用恒体积变压力法和恒压力变体积法进行在线检测，准确测定膜的气体渗透性参数，且能够节省多种气体切换的过渡时间。

本实用新型所采用的技术方案是，一种可在线检测的气体膜分离装置，包括气体钢瓶，气体钢瓶依次与管路a、管路b、管路c、管路d连通，管路d上连接有渗透池，渗透池设置于加热控温装置内，渗透池还依次与管路e、管路f连通，管路f上连接有转子流量计，管路b的出气端与管路f的进气端之间还连接有抽真空机构；

管路b上设置有进气阀a，管路c按气体流动方向依次设置有气动阀a和压力表a，管路e按气体流动方向依次设置有压力表b和气动阀b，管路f上设置有出气阀；

气动阀a和气动阀b之间还连接有在线检测机构。

本实用新型的特点还在于，

管路a上设置有减压器。

抽真空机构包括管路j，管路j的一端通过管路g与管路b的出气端连通，管路j的一端还通过管路h与管路f的进气端连接，管路j的另一端与管路k连通，管路k上连接有真空泵，管路g上设置有调节阀a，管路h上设置有调节阀b，管路j上设置有真空阀。

管路j与管路k的连通处连接有管路l，所述管路l上设置有进气阀b。

在线检测机构包括与气动阀a和气动阀b连接的计算机，计算机还分别连接有压力传感器a、温度传感器、压力传感器b，压力传感器a与压力表a连接，温度传感器与加热控温装置连接，压力传感器b与压力表b连接。

管路f的进气端设置有单向阀。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型在线检测的气体膜分离装置，设置有抽真空机构，在采用恒体积变压力法测试膜的渗透性能时，能够起到使膜下游低压侧维持一定真空度的作用；在采用恒压力变体积法更换气体时，在膜上下两侧同时抽真空以排除被膜所吸附或者溶解的气体，有效减少了膜污染，节省了多种气体切换的过渡时间,保证了实验的准确性。

(2)本实用新型在线检测的气体膜分离装置，出气阀前设有单向阀，能防止气体回流，从而有效防止空气反扩散。

(3)本实用新型在线检测的气体膜分离装置，设置有加热控温装置，能够准确调节实验温度，测试不同温度对分离效果的影响。

(4)本实用新型在线检测的气体膜分离装置，设置有计算机，实现了在线检测，即实时检测气体渗透情况。

(5)本实用新型在线检测的气体膜分离装置，设置有气动阀，其密封效果好，具有极好的灵敏度、感应速度和超强的剪切能力，实验中，计算机监测到膜两侧压力出现异常时，能够及时得到反馈自动切断进气，保证了实验的安全性。

附图说明

图1是本实用新型一种可在线检测的气体膜分离装置的结构示意图。

1.气体钢瓶，2.减压器，3.进气阀a，4.气动阀a，5.压力表a，6.加热控温装置，7.压力表b，8.气动阀b，9.单向阀，10.出气阀，11.转子流量计，12.渗透池，13.调节阀a，14.压力传感器a，15.温度传感器，16.压力传感器b，17.调节阀b，18.计算机，19.真空阀，20.真空泵，21.进气阀b，22.管路a，23.管路b，24.管路c，25.管路d，26.管路e，27.管路f，28.管路g，29.管路h，30.管路j，31.管路k，32.管路l。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种可在线检测的气体膜分离装置，如图1所示，包括气体钢瓶1，气体钢瓶1依次与管路a22、管路b23、管路c24、管路d25连通，管路d25上连接有渗透池12，渗透池12设置于加热控温装置6内，渗透池12还依次与管路e26、管路f27连通，管路f27上连接有转子流量计11，转子流量计11与大气相通，管路b23的出气端与管路f27的进气端之间还连接有抽真空机构，管路a22上设置有减压器2，管路b23上设置有进气阀a3，管路c24按气体流动方向依次设置有气动阀a4和压力表a5，管路e26按气体流动方向依次设置有压力表b7和气动阀b8，管路f27上设置有出气阀10，气动阀a4和气动阀b8之间还连接有在线检测机构。

抽真空机构包括管路j30，管路j30的一端通过管路g28与管路b23的出气端连通，管路j30的一端还通过管路h29与管路f27的进气端连接，管路j30的另一端与管路k31连通，管路k31上连接有真空泵20，管路g28上设置有调节阀a13，管路h29上设置有调节阀b17，管路j30上设置有真空阀19。

管路j30与管路k31的连通处连接有管路l32，管路l32上设置有进气阀b21。

在线检测机构包括与气动阀a4和气动阀b8连接的计算机18，计算机18还分别连接有压力传感器a14、温度传感器15、压力传感器b16，压力传感器a14与压力表a5连接，温度传感器15与加热控温装置6连接，压力传感器b16与压力表b7连接。其中气动阀a4、气动阀b8分别和电磁阀配合使用，计算机18还与电磁阀连接，压力传感器a14、温度传感器15、压力传感器b16将信号传递给计算机18，计算机18接收到信号后，对其压力差及温度进行监测，并且计算机18与气动阀a4和气动阀b8连接，当气体流经气动阀a4和气动阀b8时，信号传递给计算机18，计算机18则记录气体经过气动阀a4和气动阀b8的时间。

管路f27的进气端设置有单向阀9，能够防止气体回流，从而有效防止空气反扩散。

本实用新型气体膜分离装置的工作过程如下：

抽真空及实验前检查漏气情况：

将膜材料装入渗透池12中，用密封垫圈封装完毕后首先关闭进气阀a3、出气阀10和进气阀b21，打开气动阀a4、气动阀b8、调节阀a13、调节阀b17和真空阀19，再打开真空泵20，观察计算机18上压力表a5、压力表b7的压力变化，压力均为负时依次关闭真空阀19，真空泵20；然后打开进气阀a3和气体钢瓶1，调节减压器2，观察计算机18上压力表a5、压力表b7的压力变化，压力均为正时依次关闭气体钢瓶1，进气阀a3；最后依次打开真空泵20，真空阀19，当计算机18上压力表a5、压力表b7的压力值再次均为负时依次关闭真空阀19，真空泵20。保持此状态1h，观察压力表a5、压力表b7变化，若无明显变化，则实验装置整体气密性良好。

恒体积变压法的实验过程：

经过上述抽真空过程，在装置整体气密性良好的情况下，打开加热恒温装置6，将温度调至实验所需范围，关闭调节阀a13，依次打开真空泵20，真空阀19和进气阀a3，然后打开气体钢瓶1，调节减压器2，气体通过管路，气体经过气动阀a4和气动阀b8时，气动阀a4和气动阀b8将信号传递至计算机18，此时计算机18分别记录下经过的时间，同时压力传感器a14和压力传感器b16将压力传递给计算机18，计算机18接收到信号后，能够观察到压力表a5、压力表b7的压力变化，将压力调至实验所需范围进行实验。通过计算机18记录渗透池12两侧的压差及气体通过气动阀a4、气动阀b8所需时间，最终确定气体的渗透速率。

恒压力变体积法的实验过程：

经过上述抽真空过程，在装置整体气密性良好的情况下，打开加热恒温装置6，将温度调至实验所需范围，关闭调节阀a13和调节阀b17，依次打开进气阀a3、气体钢瓶1和出气阀10，调节减压器2，气体经过管路，压力传感器a14将压力传递给计算机18，计算机18接收到信号后，能够观察到压力表a5的压力变化，当压力表a5的压力到达实验要求的范围内，通过转子流量计11上转子的位置高度来确定气体的渗透速率。

气体膜分离装置的保护：

在完成实验后，取出膜材料后，关闭进气阀a3，出气阀10，打开调节阀a13、调节阀b17，真空阀19和进气阀b21，从管路l的进气端通入氦气，当计算机18监测的压力均为正时关闭真空阀19和进气阀b21，即在实验停止时间内，整个气体膜分离装置被氦气保护，从而避免整个实验管路被污染和腐蚀，有效延长了气体膜分离装置的使用寿命。

本实用新型气体膜分离装置，设置有计算机18，实现了在线检测，即实时检测气体渗透情况，并以10ms的采样率记录渗透变化，每次测试重复至少3次，从而很大程度上增大了实验的可靠性。

实验过程中，气动阀a4、气动阀b8分别与电磁阀配合使用，气体流经气动阀a4、气动阀b8时，其信号传递给计算机18，计算机18接收信号记录气体经过气动阀a4、气动阀b8的时间，并且压力传感器a14和压力传感器b16将压力信号传递给计算机18，计算机18接收到信号后，能够监测到压力表a5、压力表b7的压力变化，在发现膜两侧压力出现异常时，计算机18会及时将信号反馈至气动阀a4、气动阀b8和电磁阀，从而切断进气，保证实验的安全性。

Claims (6)

1.一种可在线检测的气体膜分离装置，其特征在于，包括气体钢瓶(1)，气体钢瓶(1)依次与管路a(22)、管路b(23)、管路c(24)、管路d(25)连通，所述管路d(25)上连接有渗透池(12)，所述渗透池(12)设置于加热控温装置(6)内，所述渗透池(12)还依次与管路e(26)、管路f(27)连通，所述管路f(27)上连接有转子流量计(11)，所述管路b(23)的出气端与管路f(27)的进气端之间还连接有抽真空机构；

所述管路b(23)上设置有进气阀a(3)，所述管路c(24)按气体流动方向依次设置有气动阀a(4)和压力表a(5)，所述管路e(26)按气体流动方向依次设置有压力表b(7)和气动阀b(8)，所述管路f(27)上设置有出气阀(10)；

所述气动阀a(4)和气动阀b(8)之间还连接有在线检测机构。

2.根据权利要求1所述一种可在线检测的气体膜分离装置，其特征在于，所述管路a(22)上设置有减压器(2)。

3.根据权利要求1或2所述一种可在线检测的气体膜分离装置，其特征在于，所述抽真空机构包括管路j(30)，所述管路j(30)的一端通过管路g(28)与管路b(23)的出气端连通，所述管路j(30)的一端还通过管路h(29)与管路f(27)的进气端连接，所述管路j(30)的另一端与管路k(31)连通，所述管路k(31)上连接有真空泵(20)，所述管路g(28)上设置有调节阀a(13)，所述管路h(29)上设置有调节阀b(17)，所述管路j(30)上设置有真空阀(19)。

4.根据权利要求3所述一种可在线检测的气体膜分离装置，其特征在于，所述管路j(30)与管路k(31)的连通处连接有管路l(32)，所述管路l(32)上设置有进气阀b(21)。

5.根据权利要求1或2所述一种可在线检测的气体膜分离装置，其特征在于，所述在线检测机构包括与气动阀a(4)和气动阀b(8)连接的计算机(18)，所述计算机(18)还分别连接有压力传感器a(14)、温度传感器(15)、压力传感器b(16)，所述压力传感器a(14)与压力表a(5)连接，所述温度传感器(15)与加热控温装置(6)连接，所述压力传感器b(16)与压力表b(7)连接。

6.根据权利要求1或2所述一种可在线检测的气体膜分离装置，其特征在于，所述管路f(27)的进气端设置有单向阀(9)。