CN208852657U - 一种实验室用有机气体膜分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实验室用有机气体膜分离装置，包括气柜a，气柜a依次通过管路连接有过滤器、压缩机、冷凝器、分液罐、膜分离器、混合室、气相色谱仪以及气柜b，分液罐还连接有可凝气体回收瓶，膜分离器渗透侧依次连接有冷肼、真空泵及气体回收器，混合室还连接有转子流量计；分液罐和膜分离器之间的管路上沿进气方向依次设置有第三控气阀门、湿度探头及第一气动阀，膜分离器两侧管路上均设置有第一灵敏压力表，膜分离器和混合室之间的管路上还设置有第二气动阀；气相色谱仪电连接有在线监测装置；分液罐出气端管路上连接有控湿装置。

Description

一种实验室用有机气体膜分离装置

技术领域

本实用新型属于膜分离装置技术领域，涉及一种实验室用有机气体膜分离装置。

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。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、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(包括膜材料、膜组件及优化、膜技术等等)已成为世界各国在高新技术领域中竞争的热点。所谓气体膜分离是指在压力差为推动力的作用下，利用气体混合物中各组分在气体分离膜中渗透速率的不同而使各组分分离的过程。气体膜分离过程中最关键的是膜材料。理想的气体分离膜材料应该同时具有良好的分离性能、优良的热和化学稳定性、较高的机械强度。通常的气体分离用膜可分为多孔质和非多孔质(均质膜)两类，它们均可由无机物和有机高分子材料制成。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。先进的膜分离技术不断面临越来越多的挑战，涉及更严格的产品质量要求，能源效率需求，降低成本的需求和环境需求。从这个角度来看，将膜分离，蒸馏，吸附，过滤，结晶等混合方式结合起来，是提高技术性能并满足所有要求的一种非常有效的方法。近几年我国家用电器产业发展迅速，品种多，产量大。2010年中国汽车产销量达1800万辆，超过美国1700万辆，成为汽车工业历史上名副其实的全球第一。我国家用电器产业和汽车工业的发展离不开汽车塑料化的进程。聚丙烯作为一种高性能的聚合材料广泛应用于汽车、家用电器、管材、高透材料、薄膜等领域。近几年，许多行业对聚丙烯的需求量也不断提升。然而，在聚丙烯的生产工艺过程中，均会产生大量排放气体，尤其是在气相法聚丙烯生产工艺中，气体排放量更大，这些气体中一般均含有氮气、氢气、丙烯、丙烷等组分，该股气体如果不能得到有效的分离回收利用，而是简单地排入火炬系统燃烧后排放，不仅增加了单体原料消耗和能源消耗，还增加了对环境排放的CO₂量，因此，有必要通过更好的途径对排放气体中的有效组分进行分离并且回收利用。现有的实验室有机气体分离装置存在分离效率低，湿度不可控，难以模仿实际工业有机气体分离环境，分离效果不稳定，分离装置动设备多，回收率低，分离装置操作难度大，维护费用高的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种实验室用有机气体膜分离装置，能提高有机气体的分离效率。

本实用新型所采用的技术方案是，一种实验室用有机气体膜分离装置，包括气柜a，气柜a依次通过管路连接有过滤器、压缩机、冷凝器、分液罐、膜分离器、混合室、气相色谱仪以及气柜b，分液罐还连接有可凝气体回收瓶，膜分离器渗透侧依次连接有冷肼、真空泵及气体回收器，混合室连接在膜分离器的进气侧，混合室还连接有转子流量计；分液罐和膜分离器之间的管路上沿进气方向依次设置有第三控气阀门、湿度探头及第一气动阀，膜分离器两侧管路上均设置有第一灵敏压力表，膜分离器和混合室之间的管路上还设置有第二气动阀；气相色谱仪电连接有在线监测装置，在线监测装置还分别与湿度探头、第一气动阀、第二气动阀及第一灵敏压力表电连接；分液罐出气端管路上连接有控湿装置，控湿装置进气端连接在分液罐和第三控气阀门之间，控湿装置出气端连接在第三控气阀门和第一气动阀之间。

本实用新型的特点还在于，

在线监测装置包括工作站，工作站连接有两个压力传感器，每个压力传感器与第一灵敏压力表对应连接，工作站分别与湿度探头、第一气动阀、第二气动阀及气相色谱仪连接。

控湿装置包括水浴控湿设备，水浴控湿设备上设置有第二灵敏压力表、安全阀、注水阀门、排水阀门，水浴控湿设备进气管路上沿进气方向依次设置有第一控气阀门、单向阀，水浴控湿设备出气管路上设置有第二控气阀门。

分液罐出气端的管路上还设置有第一调节阀，第一调节阀位于第三控气阀门和第一控气阀门之前；第一灵敏压力表和冷肼之间设置有第二调节阀；真空泵和气体回收器之间设置有第三调节阀，第二气动阀和混合室之间设置有第四调节阀。

真空泵和第三调节阀之间通过管路连接在第一调节阀的出气端，管路上设置有第五调节阀。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的实验室用有机气体膜分离装置，采用过滤、冷凝与膜分离相结合的方式对有机气体进行分离，能从缓慢渗透性目标组分(基质)中去除快速渗透性杂质气体，分离效率高，采用工作站实时检测，安全系数高；实验过程中实现对湿度的有效控制，能够更准确地模仿工业有机气体分离环境，为实际工业气体分离提供更可靠的理论依据；采用膜分离系统减少动设备的数量，能增大经济效益，降低能源消耗、减少三废排放，实现清洁环保生产，增大社会效益，具有非常好的实用价值；能在线检测(分离效果可实时检测)，分离效率高，动设备少，维护维修费用低，分离效果稳定。

附图说明

图1是本实用新型一种实验室用有机气体膜分离装置的结构示意图。

图中，1.气柜a，2.过滤器，3.压缩机，4.冷凝器，5.分液罐，6.膜分离器，7.混合室，8.气相色谱仪，9.气柜b，10.可凝气体回收瓶，11.冷肼，12.真空泵，13.气体回收器，14.第三控气阀门，15.湿度探头，16.第一气动阀，17.第一灵敏压力表，18.第二气动阀，19.水浴控湿设备，20.第二灵敏压力表，21.安全阀，22.注水阀门，23.排水阀门，24.第一控气阀门，25.单向阀，26.第二控气阀门，27.第一调节阀，28.第四调节阀，29.第二调节阀，30.第三调节阀，31.第五调节阀，32.压力传感器，33.转子流量计，34.工作站。

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。

本实用新型一种实验室用有机气体膜分离装置，如图1所示，包括气柜a1，气柜a1依次通过管路连接有过滤器2、压缩机3、冷凝器4、分液罐5、膜分离器6、混合室7、气相色谱仪8以及气柜b9，分液罐5还连接有可凝气体回收瓶10，膜分离器6渗透侧依次连接有冷肼11、真空泵12及气体回收器13，混合室7连接在膜分离器6的进气侧，混合室7还连接有转子流量计33；分液罐5和膜分离器6之间的管路上沿进气方向依次设置有第三控气阀门14、湿度探头15及第一气动阀16，膜分离器6两侧管路上均设置有第一灵敏压力表17，膜分离器6和混合室7之间的管路上还设置有第二气动阀18；气相色谱仪8电连接有在线监测装置，在线监测装置还分别与湿度探头15、第一气动阀16、第二气动阀18及第一灵敏压力表17电连接；分液罐5出气端管路上连接有控湿装置，控湿装置进气端连接在分液罐5和第三控气阀门14之间，控湿装置出气端连接在第三控气阀门14和第一气动阀16之间。

在线监测装置包括工作站34，工作站34连接有两个压力传感器32，每个压力传感器32与第一灵敏压力表17对应连接，工作站34分别与湿度探头15、第一气动阀16、第二气动阀18及气相色谱仪8连接。

控湿装置包括水浴控湿设备19，水浴控湿设备19上设置有第二灵敏压力表20、安全阀21、注水阀门22、排水阀门23，水浴控湿设备19进气管路上沿进气方向依次设置有第一控气阀门24、单向阀25，水浴控湿设备19出气管路上设置有第二控气阀门26。

分液罐5出气端的管路上还设置有第一调节阀27，第一调节阀27位于第三控气阀门14和第一控气阀门24之前；第一灵敏压力表17和冷肼11之间设置有第二调节阀29；真空泵12和气体回收器13之间设置有第三调节阀30，第二气动阀18和混合室7之间设置有第四调节阀28。

真空泵12和第三调节阀30之间通过管路连接在第一调节阀27的出气端，管路上设置有第五调节阀31。

本实用新型的实验室用有机气体膜分离装置的工作原理如下：

来自气柜a 1的混合气体经过过滤器2后依次与压缩机3、冷凝器4连通，然后经过分液罐5，此时，可凝气冷凝后进入可凝气体回收瓶10，不凝气依次经过第一调节阀27、第一控气阀门24、单向阀25到达水浴控湿设备19，再依次经过第二控气阀门26、湿度探头15、第一气动阀16、第一灵敏压力表17后到达膜分离器6，膜分离器6渗透侧依次通过另一个第一灵敏压力表17、第二调节阀29、冷肼11与真空泵12连接，真空泵12后连接有第三调节阀30、气体回收器13。膜分离器6进气侧依次与第二气动阀18、第四调节阀28、混合室7连接，流经混合室7的气体一方面通过转子流量计33与大气连通，另一方面与气相色谱仪8相通，气相色谱仪8与气柜b9连通，两个第一灵敏压力表17上分别对应连接有压力传感器32，其中两个压力传感器32及第一气动阀16、第二气动阀18与工作站34连接进行信号的传输。

抽真空及实验前检漏：

将膜材料装入膜分离器6中，用密封垫圈封装完毕后首先关闭第一调节阀27、第三调节阀30、第二气动阀18、第一控气阀门24、第二控气阀门26，打开第一气动阀16、第二调节阀29、第五调节阀31、第三控气阀门14，之后打开真空泵12，观察工作站34上两个第一灵敏压力表17的压力变化，压力均为负时依次关闭第二调节阀29、第五调节阀31、真空泵12。然后依次打开第一调节阀27、气柜a1、压缩机3、冷凝器4，观察工作站34上两个第一灵敏压力表17的压力变化，压力均为正时依次关闭气柜a1，压缩机3、冷凝器4、第一调节阀27。最后依次打开真空泵12、第二调节阀29、第五调节阀31，当工作站上真空表的压力值再次均为负时依次关闭第二调节阀29、第五调节阀31、真空泵12。保持此状态1h，观察两个第一灵敏压力表17变化，若无明显变化，则实验装置整体气密性良好。

实验过程：

在上述检漏后气密性良好的情况下关闭第三控气阀门14，打开第一控气阀门24、单向阀25、第二控气阀门26，调节水浴控湿设备19至湿度探头15上的湿度到达实验所需范围，然后依次打开气柜a1、压缩机3、冷凝器4、真空泵12、第一调节阀27、第二调节阀29、第三调节阀30、第四调节阀28、第二气动阀18后调节第一调节阀27、第二调节阀29、第四调节阀28，待转子流量计33的流量处于恒定状态时，打开气柜b9，此时，可在工作站34对混合气体的分离情况进行定性定量分析。

本实用新型的实验室用有机气体膜分离装置，可分离混合有机气体，混合气体的成分有氢气、氮气、烯烃及粉尘。

真空泵12在后期膜分离更换气体时，在膜上下两侧同时抽真空以排除被膜所吸附(无机膜)或者溶解(有机膜)的气体，能有效减少膜污染，节省多种气体切换的过渡时间,保证了实验的准确性；在压缩机3前设置过滤器2，可有效去除混合气体中的粉尘等杂质；在真空泵12前设有冷肼11，能维持真空度，延长真空泵的寿命；在压缩机3后设有冷凝器4，冷凝器4通过深度冷却分离后，混合气体温度可以降至约-30℃以下，大部分的丙烯等可凝气体被冷却回收，而无法够冷却的气体中主要组成为氮气、氢气和饱和丙烯蒸气，可有效分离可凝气体。

本实用新型的实验室用有机气体膜分离装置设有工作站，工作站与灵敏记录仪、显示器和打印机连接进行数据记录和输出，此外工作站分别与气动阀、压力传感器、气相色谱仪连接，实现了在线检测，即实时检测气体渗透情况，以10ms的采样率记录渗透变化，每次测试重复至少3次，测试时间长达24h，以确保测试结果的稳定状态及合理的渗透速率的重现性；

本实用新型的实验室用有机气体膜分离装置气动阀密封效果好，具有极好的灵敏度、感应速度和超强的剪切能力。气动阀安装在滞留线上一方面进行纯化产品的取出。另一方面当发生诸如膜破裂的紧急情况时，自动切断渗透线以保护分离系统，保证了分离实验的安全性。压缩机可以起到增压的作用；混合室可以使气体进行混合均压；

本实用新型的实验室用有机气体膜分离装置，通过压缩机和真空泵在膜两侧形成压差来实现最佳分离效果，降低维护维修费用。真空泵在渗透侧提供更高的驱动力以进行更强的能量传递，从而实现从缓慢渗透性目标组分(基质)中去除快速渗透性杂质气体。实验时，在恒定的进料压力和真空压力下，转子流量计应控制在稳定的流量的状况下进行实验；

本实用新型的实验室用有机气体膜分离装置中混合气体在色谱柱中分离，并由热导检测器得到各组分的检测信号；

本实用新型的实验室用有机气体膜分离装置中水浴控湿设备可以实现湿度可控，更真实的模拟了工业分离有机气体的环境，为实际工业分离提供更可靠的理论依据。

Claims (5)

1.一种实验室用有机气体膜分离装置，其特征在于，包括气柜a(1)，所述气柜a(1)依次通过管路连接有过滤器(2)、压缩机(3)、冷凝器(4)、分液罐(5)、膜分离器(6)、混合室(7)、气相色谱仪(8)以及气柜b(9)，所述分液罐(5)还连接有可凝气体回收瓶(10)，所述膜分离器(6)渗透侧依次连接有冷肼(11)、真空泵(12)及气体回收器(13)，所述混合室(7)连接在膜分离器(6)的进气侧，所述混合室(7)还连接有转子流量计(33)；所述分液罐(5)和膜分离器(6)之间的管路上沿进气方向依次设置有第三控气阀门(14)、湿度探头(15)及第一气动阀(16)，所述膜分离器(6)两侧管路上均设置有第一灵敏压力表(17)，所述膜分离器(6)和混合室(7)之间的管路上还设置有第二气动阀(18)；所述气相色谱仪(8)电连接有在线监测装置，所述在线监测装置还分别与湿度探头(15)、第一气动阀(16)、第二气动阀(18)及第一灵敏压力表(17)电连接；所述分液罐(5)出气端管路上连接有控湿装置，所述控湿装置进气端连接在分液罐(5)和第三控气阀门(14)之间，所述控湿装置出气端连接在第三控气阀门(14)和第一气动阀(16)之间。

2.如权利要求1所述的一种实验室用有机气体膜分离装置，其特征在于，所述在线监测装置包括工作站(34)，所述工作站(34)连接有两个压力传感器(32)，每个所述压力传感器(32)与第一灵敏压力表(17)对应连接，所述工作站(34)分别与湿度探头(15)、第一气动阀(16)、第二气动阀(18)及气相色谱仪(8)连接。

3.如权利要求1所述的一种实验室用有机气体膜分离装置，其特征在于，所述控湿装置包括水浴控湿设备(19)，所述水浴控湿设备(19)上设置有第二灵敏压力表(20)、安全阀(21)、注水阀门(22)、排水阀门(23)，所述水浴控湿设备(19)进气管路上沿进气方向依次设置有第一控气阀门(24)、单向阀(25)，所述水浴控湿设备(19)出气管路上设置有第二控气阀门(26)。

4.如权利要求1所述的一种实验室用有机气体膜分离装置，其特征在于，所述分液罐(5)出气端的管路上还设置有第一调节阀(27)，所述第一调节阀(27)位于第三控气阀门(14)和第一控气阀门(24)之前；所述第一灵敏压力表(17)和冷肼(11)之间设置有第二调节阀(29)；所述真空泵(12)和气体回收器(13)之间设置有第三调节阀(30)，所述第二气动阀(18)和混合室(7)之间设置有第四调节阀(28)。

5.如权利要求1所述的一种实验室用有机气体膜分离装置，其特征在于，所述真空泵(12)和第三调节阀(30)之间通过管路连接在第一调节阀(27)的出气端，所述管路上设置有第五调节阀(31)。