CN216677755U - 一种气体分离膜制备和测试一体化装置及包含该装置的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种气体分离膜制备和测试一体化装置及包含该装置的系统，属于分离设备领域。一种气体分离膜制备和测试一体化装置，所述装置包括由上至下密封连接的下述组件：原料侧气腔、铸膜液腔和渗透侧气腔，渗透侧气腔之上设置用于放置气体分离膜的多孔支撑板；所述原料侧气腔与铸膜液腔之间、铸膜液腔与渗透侧气腔之间活动连接。本实用新型所述装置及系统通过创新设计竹节型膜分离器及相应制膜和测试工艺系统，实现了制膜和测试过程无需反复拆装气体分离膜，保证了膜的一致性和避免膜污染等问题，以及极大程度上简化了操作过程。同时可同步调节压力、温度和湿度条件，实现了制膜过程和测试过程一体化操作。

Description

一种气体分离膜制备和测试一体化装置及包含该装置的系统

技术领域

本实用新型涉及一种气体分离膜制备和测试一体化装置及包含该装置的系统，属于分离设备领域。

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，被广泛应用在石油化工、冶金、医药等领域。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。气体分离膜组件的核心部件为气体分离膜，气体分离膜能够从气体混合物中选择分离某种气体。气体分离膜可用于气体分离、气体净化、气体浓集等方面，受到广泛关注。

在气体分离膜实验室研发阶段，需要对气体分离膜的渗透性和分离性进行大量实验研究，有机气体分离膜主要分为均质膜和复合膜，在气体分离膜制备及测试过程中，温度、压力和湿度等条件均会气体分离膜的微观结构和膜性能产生较大的影响，并且经常需要根据不同分离体系频繁改变制膜和测试条件，尤其在复合膜制备过程中为了降低气体的传质阻力，复合膜的分离层均较薄极易产生缺陷，需要进行多次涂覆。为确保膜渗透性参数测试的准确性，需要尽可能保持多次涂膜及测试过程在同一张膜的相同面积下进行测试，同时膜在更换不同实验条件测试装置过程中，还要尽可能避免与外物接触造成膜表面污染及测试装置安装和密封问题。现有的实验室有机气体分离装置存在制膜过程温度、压力和湿度等条件不可同步控制，制膜和测试过程需要在不同装置上进行，并且改变实验条件经常需要频繁更换装置，实验过程繁琐，多次涂覆过程很难保证膜面积相同并且在膜更换装置过程中极易造成膜污染，导致膜的性能重复性较差，难以进行简便高效准确测试。

发明内容

鉴于以上所述现有装置及系统缺点，本实用新型的目的在于提供一种压力和温湿度可控的气体分离膜制备和测试一体化装置及系统。

一种气体分离膜制备和测试一体化装置，所述装置包括由上至下密封连接的下述组件：原料侧气腔、铸膜液腔和渗透侧气腔，渗透侧气腔之上设置用于放置气体分离膜的多孔支撑板；所述原料侧气腔与铸膜液腔之间、铸膜液腔与渗透侧气腔之间活动连接。

本实用新型所述气体分离膜制备和测试一体化装置主体包括三个腔体，所述腔体可为桶体，截面优选为规则形状，如圆形，正方形等，优选为圆形；三个腔体由上至下依次为原料侧气腔、铸膜液腔和渗透侧气腔。所述原料侧气腔与铸膜液腔之间、铸膜液腔与渗透侧气腔之间均为活动连接，原料侧气腔、铸膜液腔和渗透侧气腔连接处规格相同以方便彼此之间的连接。当进行膜测试时，将原料侧气腔、铸膜液腔和渗透侧气腔相连接；当进行膜制备时，将铸膜液腔和渗透侧气腔相连，并根据制膜所需控制条件选择是否将原料侧气腔和铸膜液腔相连接。在渗透侧气腔之上设置多孔支撑板，所述多孔支撑板用于放置气体分离膜。当进行膜测试和制备时，将多孔支撑板置于铸膜液腔与渗透侧气腔之间。

具体地，在膜制备阶段，当需要控制铸膜过程压力时，将铸膜液腔和渗透侧气腔相连，将原料侧气腔与铸膜液腔通过快装卡箍进行紧固密封，并通过原料侧气腔顶部与恒温恒湿箱相连的温湿度检测器实时检测温湿度。在渗透侧气腔之上设置多孔支撑板，所述多孔支撑板用于放置气体分离膜。

在膜制备阶段，当需要常压操作时，将铸膜液腔和渗透侧气腔相连，并通过恒温恒湿箱内部的温湿度检测器实时检测温湿度。在渗透侧气腔之上设置多孔支撑板，所述多孔支撑板用于放置气体分离膜。当膜测试阶段，将原料侧气腔与铸膜液腔通过快装卡箍进行紧固密封，并通过原料侧气腔顶部与恒温恒湿箱相连的温湿度检测器实时检测温湿度。在渗透侧气腔之上设置多孔支撑板，所述多孔支撑板用于放置气体分离膜。

本实用新型所述气体分离膜制备和测试一体化装置优选，所述原料侧气腔与铸膜液腔之间、铸膜液腔与渗透侧气腔之间利用快装卡箍连接。

本实用新型所述气体分离膜制备和测试一体化装置优选，所述原料侧气腔与铸膜液腔之间设置有密封垫片。

本实用新型所述气体分离膜制备和测试一体化装置优选，所述多孔支撑板两侧设置密封垫片。

为保证所述一体化装置的密封性，各个腔体组件在连接时均利用密封垫片保证装置的密封性，密封垫片的形状根据腔体设置，如环形垫片等。密封垫片的设置方式可采用本领域公开的技术手段，保证整个装置的密封性即可。如，所述腔体连接处可设置凹槽，将密封垫片置于凹槽内协助密封。

本实用新型所述气体分离膜制备和测试一体化装置优选，所述原料侧气腔上设置至少两个用于通气的口；所述渗透侧气腔上设置至少两个用于通气的口。

本发明的另一目的是提供包含上述装置的气体分离膜制备和测试一体化系统。

一种气体分离膜制备和测试一体化系统，所述系统包括下述设备单元：

一个恒温恒湿箱及位于其中的气体分离膜制备和测试一体化装置；

一个气源，所述气源通过管道连通一体化装置原料侧气腔的进气口，原料侧气腔(1)的出气口连通大气环境；所述气源通过管道连通一体化装置渗透侧气腔；渗透侧气腔(3)的出气口连接流量监测装置及组分分析装置；

一个增湿器，所述增湿器通过管道连通一体化装置原料侧气腔的进气口。

进一步地，所述连通气源的管道上设置压力检测装置。

进一步地，所述系统包括若干必要的连通设备单元的管道及控制气体流量的阀门。

本实用新型的有益效果为：本实用新型所提供的装置针对在气体分离膜实验室研发阶段，实验室有机气体分离装置存在制膜过程温度、压力和湿度等条件不可同步控制，制膜和测试过程需要在不同装置上进行，并且改变实验条件经常需要频繁更换装置，实验过程繁琐，多次涂覆过程很难保证膜面积相同并且在膜更换装置过程中极易造成膜污染，导致膜的性能重复性较差，难以进行简便高效准确测试的问题。本实用新型开发了一种压力和温湿度可控的气体分离膜制备和测试一体化装置及系统，通过创新设计竹节型膜分离器(膜池)及相应制膜和测试工艺系统，实现了制膜和测试过程无需反复拆装气体分离膜，保证了膜的一致性和避免膜污染等问题，以及极大程度上简化了操作过程。同时可同步调节压力、温度和湿度条件，实现了制膜过程和测试过程一体化操作。

附图说明

图1为一种气体分离膜制备和测试一体化装置的示意图；

图2为一种气体分离膜制备和测试一体化系统的示意图。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例1

一种气体分离膜制备和测试一体化装置，所述装置的主体包括三个腔体，所述腔体截面为圆形；三个腔体由上至下密封连接，依次为原料侧气腔1、铸膜液腔2和渗透侧气腔3；同时，渗透侧气腔3之上设置用于放置气体分离膜7的多孔支撑板4；所述原料侧气腔1与铸膜液腔2之间、铸膜液腔2与渗透侧气腔3之间利用快装卡箍51、52连接。所述原料侧气腔1上设进气口和出气口；所述渗透侧气腔3上设置进气口和出气口。为保证所述一体化装置的密封性，各个腔体组件在连接时均利用环形密封垫片保证装置的密封性。在原料侧气腔1与铸膜液腔2之间设置密封垫片61；在原铸膜液腔2与渗透侧气腔3之间设置有多孔支撑板4，在多孔支撑板4两侧设置密封垫片62、63。腔体连接处可设置凹槽，将密封垫片置于凹槽内协助密封。利用该装置进行测试和制备膜时，将气体分离膜置于多孔支撑板4上。

一种气体分离膜制备和测试一体化系统，所述系统包括下述设备单元：

一个恒温恒湿箱201及位于其中的气体分离膜制备和测试一体化装置101；

一个气源301，所述气源301连接主管道，主管道设置稳压阀801和压力表701；主管道连接3个分支管道，管道I901直接连接原料侧气腔1的进气口，并利用阀门I601控制气体流量；管道II902上设置增湿器501，来自气源301的气体通过增湿器501调整湿度后进入原料侧气腔1的进气口，并利用调节阀III603和调节阀IV604控制气体流量；管道III903直接连接渗透侧气腔3的进气口，并利用调节阀V605控制气体流量。原料侧气腔1的出气口连通大气，出口管道上设置调节阀II602；渗透侧气腔3的出气口通过管道连通流量监测及组分分析装置401，管道上设置调节阀VI606。

在膜制备阶段，当需要控制铸膜过程压力时，依次将铸膜液腔2、密封垫片62、气体分离膜7、多孔支撑板4、密封垫片63、渗透侧气腔3进行组装，并利用快装卡箍52进行紧固密封。在膜多次涂覆过程中可多次向铸膜液腔2内装入新的铸膜液，装入铸膜液后，将原料侧气腔1与铸膜液腔2通过快装卡箍51进行紧固密封，通过向原料侧气腔1通入气体控制制膜过程的压力。当需要在干燥条件下进行制备时，通过开调节阀I601、调节阀II602，关调节阀V605、调节阀VI606、调节阀III603和调节阀IV604，并通过改变气源301压力和调节阀II602的开度调节各个腔体的压力及改变恒温恒湿箱201的温度同步控制制膜温度，保持制膜温度和压力一段时间后，完成膜制备过程。当需要在增湿条件下进行制备时，通过关调节阀I601、调节阀V605和调节阀VI606，开调节阀II602、调节阀III603和调节阀IV604，并通过改变气源301压力和调节阀II602的开度调节各个腔体的压力及改变恒温恒湿箱201和增湿器501的湿度同步控制制膜温度和湿度，保持制膜温度、湿度和压力一段时间后，完成膜制备过程。膜制备完成后通过可改变温度、压力、湿度条件进行测试过程，气源气体依次经过稳压阀801、压力表701，首先通过开调节阀I601、调节阀II602、调节阀V605和调节阀VI606，关闭调节阀III603和调节阀IV604，原料侧腔1和渗透侧腔3进行气体吹扫置换，置换后关闭阀门II602和阀门V605，进行气体测试。考察湿态气源膜分离性能时，关闭调节阀I601，开启调节阀III603和调节阀IV604，通过控制增湿器501温度来调节湿度，并通过恒温恒湿箱的检测装置进行检测。

在制备和测试过程中，需对温度、压力、湿度进行控制，其中，温度和湿度的控制由恒温恒湿箱和增湿器完成；气体压力由压力表检测。

实施例2

一种气体分离膜制备和测试一体化装置，所述装置的主体包括三个腔体，所述腔体截面为圆形；三个腔体由上至下密封连接，依次为原料侧气腔1、铸膜液腔2和渗透侧气腔3；同时，渗透侧气腔3之上设置用于放置气体分离膜7的多孔支撑板4；所述原料侧气腔1与铸膜液腔2之间、铸膜液腔2与渗透侧气腔3之间利用快装卡箍51、52连接。所述原料侧气腔1上设进气口和出气口；所述渗透侧气腔3上设置进气口和出气口。为保证所述一体化装置的密封性，各个腔体组件在连接时均利用环形密封垫片保证装置的密封性。在原料侧气腔1与铸膜液腔2之间设置密封垫片61；在原铸膜液腔2与渗透侧气腔3之间设置有多孔支撑板4，在多孔支撑板4两侧设置密封垫片62、63。腔体连接处可设置凹槽，将密封垫片置于凹槽内协助密封。利用该装置进行测试和制备膜时，将气体分离膜置于多孔支撑板4上。

一种气体分离膜制备和测试一体化系统，所述系统包括下述设备单元：

一个恒温恒湿箱201及位于其中的气体分离膜制备和测试一体化装置101；

一个气源301，所述气源301连接主管道，主管道设置稳压阀801和压力表701；主管道连接3个分支管道，管道I901直接连接原料侧气腔1的进气口，并利用阀门I601控制气体流量；管道II902上设置增湿器501，来自气源301的气体通过增湿器501调整湿度后进入原料侧气腔1的进气口，并利用调节阀III603和调节阀IV604控制气体流量；管道III903直接连接渗透侧气腔3的进气口，并利用调节阀V605控制气体流量。原料侧气腔1的出气口连通大气，出口管道上设置调节阀II602；渗透侧气腔3的出气口通过管道连通流量监测及组分分析装置401，管道上设置调节阀VI606。

在膜制备阶段，当需要常压操作时，依次将铸膜液腔2、密封垫片62、气体分离膜7、多孔支撑板4、密封垫片63、渗透侧气腔3进行组装，并利用快装卡箍52进行紧固密封。在膜多次涂覆过程中可多次向铸膜液腔2内装入新的铸膜液，装入铸膜液后，通过改变恒温恒湿箱201的温度和湿度同步控制制膜温度和湿度，保持制膜温度和湿度一段时间后，完成膜制备过程。膜制备完成后，将原料侧气腔1与铸膜液腔2通过快装卡箍51进行紧固密封，并通过原料侧气腔1顶部与恒温恒湿箱201相连的温湿度检测器实时检测温湿度。通过可改变温度、压力、湿度条件进行测试过程，气源气体依次经过稳压阀801、压力表701，首先通过开调节阀I601、调节阀II602、调节阀V605和调节阀VI606，关闭调节阀III603和调节阀IV604，原料侧腔1和渗透侧腔3进行气体吹扫置换，置换后关闭阀门II602和阀门V605，进行气体测试。考察湿态气源膜分离性能时，关闭调节阀I601，开启调节阀III603和调节阀IV604，通过控制增湿器501温度来调节湿度，并通过恒温恒湿箱的检测装置进行检测。

在制备和测试过程中，需对温度、压力、湿度进行控制，其中，温度和湿度的控制由恒温恒湿箱和增湿器完成；气体压力由压力表检测。

Claims (9)

1.一种气体分离膜制备和测试一体化装置，其特征在于：所述装置包括由上至下密封连接的下述组件：原料侧气腔(1)、铸膜液腔(2)和渗透侧气腔(3)，渗透侧气腔(3)之上设置用于放置气体分离膜的多孔支撑板(4)；所述原料侧气腔(1)与铸膜液腔(2)之间、铸膜液腔(2)与渗透侧气腔(3)之间活动连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述原料侧气腔(1)与铸膜液腔(2)之间、铸膜液腔(2)与渗透侧气腔(3)之间利用快装卡箍连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述原料侧气腔(1)与铸膜液腔(2)之间设置有密封垫片。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述多孔支撑板(4)两侧设置密封垫片。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述原料侧气腔(1)上设置至少两个用于通气的口；所述渗透侧气腔(3)上设置至少两个用于通气的口。

6.一种气体分离膜制备和测试一体化系统，其特征在于：所述系统包括下述设备单元：

一个恒温恒湿箱(201)及位于其中的气体分离膜制备和测试一体化装置(101)；

一个气源(301)，所述气源通过管道连通一体化装置原料侧气腔(1)的进气口，原料侧气腔(1)的出气口连通大气环境；所述气源通过管道连通一体化装置渗透侧气腔(3)；渗透侧气腔(3)的出气口连接流量监测及组分分析装置(401)；

一个增湿器(501)，所述增湿器(501)通过管道连通一体化装置原料侧气腔(1)的进气口。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述连通气源的管道上设置压力检测装置。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述系统包括若干必要的连通设备单元的管道及控制气体流量的阀门。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述恒温恒湿箱(201)设置用于实时检测温湿度的温湿度检测器；原料侧气腔(1)顶部与温湿度检测器相连。

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