CN86103357A - 带内部包层的改进空心纤维薄膜装置 - Google Patents

Abstract

空心纤维薄膜装置，其特征在于使用了距纤维束的中心纵轴不超过空心纤维束直径的25％的内包层。在内包层内的纤维不一定是空心的。在该纤维束的周围也可以使用弹性外包层。

Description

带内部包层的改进空心纤维薄膜装置

本发明涉及改进的空心纤维薄膜装置，其中一种较薄的材料包围并约束着设置在注入流量分配装置周围的多个内部纤维。

美国专利第3，339，341号描述了一种传统的空心纤维薄膜装置，其中可柔曲的带孔套管部件包围着纤维。最好的是用园形接合纤维套管。该套管用来便于把纤维束插入加压容器中，并且在插入过程中按要求压缩纤维束横截面。

美国专利第3，526，001号公布了在空心纤维薄膜束上采用可柔曲带孔套管，作为辅助的加工手段。

美国专利第4，380，460号公布了一种薄膜设备，其中带开口的管子围绕着纤维束，但该管子得到膨胀，从而与所述装置外壳的内表面相接触。因此带开口的管子不严重阻碍空心纤维的移动。该带开口的管子用来保护纤维束免受外壳内表面的皮屑和其它污物的损害。

美国专利第4，421，529号描述了一种使薄膜气体分离装置间歇运转以减少性能降低的方法。据该文中公布，可用带孔聚合物外包层围绕在纤维束的周围，以阻止纤维的移动。在其实例中使用的是DYNEL布外包层。DYNEL是俄亥俄州克利夫兰的Lamports    Filter    Media公司（Lamports    Filter    Media    Inc    of    Cleveland    Ohio）销售的聚酯纤维纺织品。

美国专利3，690，465号描述了一种设置在带孔聚烯烃芯子周围的空心纤维薄膜装置，该芯子包括由薄带孔材料隔开的基本平行开的空心纤维层，该带孔材料阻止维拥滑动，并防止嵌套。带孔材料的存在大大地降低了这类装置的体积产量。

空心纤维薄膜装置用来从溶液或流体混合物中有选择地分离出至少一种流体成份。这类装置通常包括多个空心纤维薄膜，所述薄膜能够有选择地使流体混合物的至少一种成份渗过。该空心纤维薄膜设置在一个外壳内。该外壳至少有一个入口，用于使流体注入并与空心纤维薄膜的一个表面相接触。最好设有促进注入流体均匀分布的装置。同时还需要至少一个用于排出不能渗过薄膜的流体的出口，和至少一个用于排出渗过薄膜的流体的出口。将空心纤维嵌入至少一个管板。这些纤维的腔与外壳的渗入出口相连通，该管板同外壳的内表面相密封连接。

本发明的目的在于一种改进的空心纤维薄膜装置，该装置包括设置成围绕注入流体分配装置的纤维束的多个空心纤维薄膜，其中薄膜嵌入至少一个管板中，且纤维的腔中通过该管板连通。所作的改进包括至少一个由包围多根围绕注入流量分配装置设置的内部纤维的轴向主要部分的材料制成的包层。把该包层设置在适当的位置，使其距注入流量分配装置的距离不超过穿过垂直于纤维来纵轴的空心纤维外表面横截面的最长弦的25%，在正常工作中，该装置的包层约束在该包层内的纤维的移动，但该包层是带孔的，或是包含有使得注入流体能够通过内部纤维到达空心纤维薄膜的开口。

图1是空心纤维薄膜装置横截面的原理示意图，它代表本发明的一个实施方案。

以往技术中，用于从混合物或溶液中分离出流体成份的空心纤维薄膜装置是已知的。美国专利第3，228，876、第3，455，460和第4，061，574号描述了这类装置。注入流体可以是液态的溶液，如逆渗透情况下那样。本发明的改进空心纤维薄膜装置的特征在于约束包层，并特别适合于分离气体混合物。

在薄膜装置中的空心纤维一般被设置在中心带孔导管或等注入流量分配装置周围。要在芯子上适当安排孔眼，以使流体能基本均匀地沿径向通过空心纤维束向外流动。注入流量分配装置最好包括用以缓冲流量变化及均匀分配流量的带孔聚烯烃导管。

在注入流量分配装置的周围，设置有被约束包层包围的纤维。这些内部纤维可以是空心或实心的，并且，其成份可以与空心纤维薄膜的成份相同或不同。内部纤维最好具有与空心纤维薄膜相同的成份。但要对最接近注入流量分配装置的内部纤维的腔进行密封以使这些内部纤维的腔不与管板相通。

在一个实施方案中，约束包层是可柔曲的带孔材料，以后称作带孔材料或包层。该带孔材料应具有足够的物理强度，以使它在薄膜装置的正常运转期间能维持其完整性，并能约束内部纤维束。说带孔包层包围多根纤维是指：从注入流量分配装置上的一点到空心纤维束最接近的外表面引出的直线依次穿过多根内纤维（最好不少于100根）、带孔包层和多根空心纤维。

在本发明的一个最佳方案中，一般将内部约束包层与注入流量分配装置同轴设置。只要包层能按需要阻止内部纤维的移动，则它可以是任何一种简便结构。约束包层可以是管形套管，螺旋包绕在与注入流量分配装置同轴设置的内部纤维周围的较窄带孔材料带、或具有大致与空心纤维束的暴露外表面纵轴尺寸相同的宽度并以筒形方式包绕在该内部纤维周围的材料带。在需要的情况下，可以通过将约束包层固定在管板中或其它传统的方法，来维持约束包层的张力。

在本发明的另一个实施方案中，约束包层是一材料片，当从垂直于纤维束纵轴的横截面看时，该材料片从注入流量分配装置向外螺旋盘绕。该包层可在设置纤维束的同时设置，特别是当纤维束是按美国专利第3，755，034号的方法设置时。在本发明的这个具体实施方案中，约束包层可以是无孔或不带孔的;然而，最好还是带孔材料。

设置在带孔包层周围的是空心纤维薄膜。空心纤维薄膜和内部纤维都可平行于注入流量分配装置或螺旋围绕在注入流量分配装置的周围。美国专利第3，422，008号描述了这种螺旋结构，它在本文中被列入参考文献。一般地，当本发明应用在具有以并行方式设置的空心纤维薄膜的装置中时最为有效。虽然纤维束的纵轴最好是直线形的，但它也可以是弓形的。

管板一般制作在在邻近空心纤维束的至少一端之处，而在邻接该纤维束的相对一端处，最好设有一个管板或端板。传统上，管板或端板可由环氧树脂或其它热固树脂制成，在工作时，该管板和端板或管板与压力壳密封接合。管板和端板与压力壳一起确定了在空心纤维之外的空间，它不直接与空心纤维的孔相连通。本发明不限于任何特殊结结构的空心纤维薄膜（分离装置）。然而上述标准结构是最佳方案。将要被分离的注入流体从纤维束内部在纤维外向外流出。对薄膜方面内行的人将会认识到，其它结构的空心纤维模式也都是可行的。例如，可以适当的安排这些空心纤维，以使纤维的两端都穿过同一个管板，也可采用同一个中心管板。

应该注意到，可以将若干分离设备以并行或串联的方式连接起来，以增加容量和/或改善分离。内行人能够很容易地把本文中的技术用于这样的结构。

图1为了说明目的，描绘了一种空心纤维薄膜分离装置的横截面，它描绘了本发明的一个具体实施方案。将要分离的流体混合物被引入注入流量分配装置2的进流口1。注入流量分配装置2穿过第一管板3，并终止于第二管板4。注入流量分配装置在这两个管板3和4之间的部分包含有多个孔5，注入流体通过孔5与若干大致沿纵向平行方式设置在带孔注入分配装置2周围的内部纤维6的外表面相接触。带孔包层15围绕并约束着内部纤维6。多个空心纤维薄膜17与注入流量分配装置2大致平行并同轴地设置在其周围。由弹性纤维作成的带孔套管9包围着由空心纤维17构成的纤维束。一些注入流体沿轴向流过，但大多数沿径向流过空心纤维17组成的纤维束而到达包围纤维束的压力壳8上的出流口7。注入流体的其余部分渗过空心纤维17的管壁。空心纤维17的腔通过管板在各端与两管板外侧的集流室11和12相连通。渗过空心纤维17并聚集流室11或12中的流体可通过压力壳8上分别同集流室11和12相连通的出流口13和14排出。为了简化，象管板和压力壳之间的O形密封环，管板固定器（如美国专利第4，061，579号中所描述的），和压力壳的硬件这样一些在先有技术中已知的次要或非必要的部分在图1中都没有显示。也可以将清扫流体引进一个集流室，并通过另一个集流室的出流口将其排出，以有助于渗透物的收集。

内包层可用各种塑料膜，纺织品，非纺织品（包括纸），金属箔或先有技术中已知的具有所需抗拉强度和其它特性的其它材料制作。该包层最好由具有相对其厚度来说很大的面积的可柔曲带孔片材制成。在一个最佳实施方案中，该内包层是管形弹性纤维。内包层最好很薄，以不致显著减少可用于空心纤维薄膜的体积。

在本发明的最佳实施方案中，内包层包含多个孔、洞或开口。合适的带孔材料具有孔、洞或其它开口，从而使材料成为带孔材料。在这类材料中，开口占了表面积的很大一部分，因而表面本来就是不平整的。孔的尺寸可以在很大范围内变化。例如，孔的最大横向线度可以从1微米或5微米到100密耳或250密耳。

适合的孔带材料包括金属和非金属材料，而非金属材料可以是天然或合成的。由于合成材料的成本低且容易制造，因而最好选用合成材料。有代表性的合成材料可以包括聚烯或聚乙烯纤维螺旋连接片材，尼龙织布或尼龙纺织品。对带孔材料的其它说明和例子可参见美国专利第3，690，465号。

本发明的内包层很贴近注入流量分配装置。此外，该包层通常处在适度的张力下，以便限制包层内纤维的移动。当纤维是空心纤维薄膜时，内包层对内部纤维的过分压迫会使这些纤维的分离产量降低。当内部纤维是空心纤维薄膜时，它们最好只占现有空心纤维薄膜表面积的小于25%，更好地是小于10%。在设置过程中，内包层的张力最好在每一吋1到10磅（每米175到1750牛顿）的范围内。

已发现阻止这些内部纤维的移动，和有选择地密封（如果有的话）这些纤维的腔，将会大大延长该薄膜装置的使用寿命。意想不到的发现是离注入流量分配装置较远的包层，会降低体积生产量，因而没有多大（如果有的话）好处。最好还设置围绕纤维束外表面的弹性套筒。

相对于纤维束的外表面，内包层最好更接近注入流量分配装置。如果内包层设置得离注入流量分配装置太远，则它对纤维移动的约束作用将会降低，同时也降低了薄膜装置的体积产量。

另一方面，包层应包围多根纤维，以使注入流体在穿过或流出内包层之前，能与大量纤维接触。从注入流量分配装置上的一点引到内包层上一点的一根线平均应穿过至少10条纤维，较好的是穿过100条，最好的是穿过至少1000条纤维。

内部纤维可以是实心或空心的。纤维的尺寸都不是很重要的，其外径最好在10到500微米的范围内。内部纤维的外直径最好在比空心纤维薄膜的平均外直径大或小50%的范围内。

可以从先有技术中已知的多种材料中，选择构成内部纤维的合成物，以与工作环境和薄膜成份相适应。选择材料与空心纤维薄膜相同的内部纤维是较为方便的。内部纤维最好在成份和尺寸上都与所用空心纤维薄膜一样。如果，内部纤维是空心纤维薄膜，内部纤维的腔不宜与围绕包层设置的空心纤维薄膜的腔体相连通。在加工管板的过程中，可以使内部纤维的腔被堵塞或不打开，以防止这样的连通。

内部纤维最好严密地包在内包层中。内部纤维的壁一般最好，与一个或更多的其它纤维的管壁相接触。内部纤维最好能占到内包层内未被注入流量分配装置占据的体积的至少20%，占到50%则更好。

该薄膜装置中使用的空心纤维，可由在先有技术中用于该目的任何材料制作。如在先有技术中已知的几乎任何可用来制作空心纤维的有机聚合物，都对某些气体具有选择的渗透性。所选用的聚合物应具有实现所需分离所需要的特殊选择性。可用于制作空心纤维薄膜的热塑性聚合物包括聚丁二烯、乙烯-乙烯树脂醋酸盐共聚物，丁二烯-丙烯腈共聚物，苯乙烯-丁二烯共聚物，聚碳酸酯，聚苯撑氧化物，聚乙烯，聚异丁烯，聚-顺-异戊二烯，烯烃2粒子共聚物，如聚乙烯对酞酸盐，聚乙烯氯化物，聚砜，全氟化碳磺酸聚合物，吡咯烷，聚酰胺和纤维素酯或醚这样的聚酯。在该项应用中，较好的空心纤维是那些由干燥的、非对称的醋酸酯或聚合物（4-甲基戊酮-1）制造的。对这类空心纤维的进一步探讨可参见美国专利第4，068，387和美国专利第3，798，185号。

空心纤维薄膜可包含实用的渗透性调节器，增塑器和其它附属装置，及多成份或多层薄膜。对它们的进一步研究探讨可参见美国专利第3，874，986号和4，230，463号。

一般可用先有技术中已知的方法，通过在能产生熔体的温度下把热塑塑料挤压过加热喷丝头，从而制作出空心纤维。将氮气或其它的惰性流体从刚拉制的纤维的中心抽过，以防止纤维在冷却过程中坍塌。可用离喷丝头较近的导丝轮把纤维拉到所需的尺寸，同时仍保持很高的弹性。最好按照需要控制新近拉制的空心纤维的冷却速度，以制成具有最佳物理特性和渗透性的空心纤维。内行人根据经验能很容易地对任何特定的聚合物确定出适当的拉制条件，以制出具有最佳特性的纤维。

拉制非对称醋酸纤维素空心纤维需要不同于对称性空心纤维薄膜的条件。美国专利第4，127，625号描述了一种用非对称空心纤维制作薄膜的方法，在此已将其列入参考文献中。一般，醋酸纤维素空心纤维中所含的乙酰部分（acetyl    moieties）的重量百分比可以到大约40%左右。

空心纤维的尺寸以及纤维壁的厚度一般不是很重要的。只要外径比内径足够地大，以使空心纤维在所采用的跨膜压强下不会受到损害，则内径25到300微米且外径为35到400微米的空心纤维都是适用的。

借助于以往技术中所知的技术方法，把空心纤维薄膜以平行或螺旋的方式，设置在内包层的周围。美国专利第3，422，088和3，755，034说明了这种技术。本文将它们作为参考文献，以便对这种技术进行说明。在本发明的某些实施方案中，最好在弱张力下设置空心纤维薄膜，以便使它们处于直线状态。

用适当的模铸或离心铸造技术制造空心纤维薄膜装置的带孔管板是在先有技术中已知的。在美国专利第3，455，460，第3，492，698和第3，755，034号中对该技术方法作了说明。除了先有技术所知的各种实用材料外，热固环氧树脂通常特别适合于制作管板。例如，可参照美国专利第4，323，454号和本文所引的参考文献。加工管板和开启嵌入其中的纤维腔的技术也是已知的，如在美国专利第4，183，890号中所描述的。

在本发明的一个最佳实施方案中，由弹性纤维作成的带孔套管在管板之间的空心纤维束的外露纤维表面延伸。可以一个套一个地使用多个弹性套管，从而为改进薄膜性能提供最佳的张力。

本薄膜装置的工作条件一般与采用类似空心纤维薄膜的先有技术装置相仿。引用美国专利第4，421，529号和这里引用的其他描述工作条件的参考文献作为参考文献。

横向薄膜压强，即工作过程中空心纤维薄膜的注入侧的压强与薄膜渗透侧的压强之差一定要足够大，以使穿过薄膜的渗过速率达到一个容许值，但这个速率不能高到使空心纤维损坏或坍塌的程度。横向薄膜压强的实用范围取决于许多因素，包括薄膜的材料、薄膜的厚度，所要分离的流体，以及工作期间的温度。所使用的横向薄膜压强一般至少为10磅/平方英寸（psi）（69kpa），最好是40磅/平方英寸（276kPa）。横向薄膜压强的上限不仅受空心纤维薄膜的强度限制，而且也受相联管线和设备的耐压能力的限制。对于某些薄膜空心纤维，超过150psi（1035kpa）的横向薄膜压强是不希望有的（如果能够在此压强下工作的话）。在工作期间为了达到最佳运行性能，一般希望渗透侧的压强维持在尽可能低的水平。

已经观察到，在一段时期未使用之后，在运行开始过程中，反复受到10到15秒内75psi的注入侧压强变化的作用的薄壁空心纤维薄膜，与未受此压强变化作用的装置相比，其性能受到了严重破坏。特定空心纤维装置对薄膜对注入侧压强的迅速变化的反应取决于薄膜的材料、薄膜的厚度、工作时的温度以及其它许多因素。因而，不首先指定这些因素，就不能对容许的压强变化速率提供确定性的指导。然而，一般应避免薄膜注入侧（特别是在薄膜开始升压阶段）在10到15秒内的压强变化大于30磅/平方英寸（207kpa）。

在分离气体时，注入和渗透的温度应足够高，以避免出现有损于纤维薄膜装置的大量冷凝气体，从而以切实可行的速率渗透。工作温度又应足够的低，以使薄膜的性能、寿命和完整性都不会受到破坏。一般，温度最好在-10℃到500℃左右。一般环境温度是方便的。当薄膜装置在高温度下工作运转时，注入压强的突然变化将会使其受到严重的影响。

由本方法进行分离的混合流体在成分上可在很大的范围内变化。应选择合适的薄膜，以使之不会受到混合物中的流体成份的损害，并能够有选择地渗过所需的成份。如果对一个分离装置的分离效果不满意，则可以采用一系列的这类装置。

在本发明中的一个最佳实施方案中，用从重量百分比为75到100的4-甲基戊烯-1聚合物和其他的一些烯烃中得到的聚烯烃，制成空心纤维，并应用于薄膜分离装置，从而由空心中分离出浓缩的氧和氮的气流。4-甲基戊烯-1聚合物可以包含如美国专利第3，798，185号中所描述的调节剂。富氧气体适用于某些医药应用或化学反应（在其中氧气是反应剂）。在装盛易燃液体的器皿内，可用富氮气体作气体覆层之用，以减少燃烧的危险。上述所有应用都可能涉及本分离设备的间歇使用。在本发明的一个最佳实施方案中，在从起动到工作状态的5000个周期之后，该薄膜装置仍具有其初始非渗透分离率的至少90%。

在另一个最佳具体实施方案中，用干燥的醋酸酯薄膜从轻碳氢化合物中分离出二氧化碳和硫化氢。然后依照已知的技术方法，将分离出的二氧化碳注入回天然气井中，以提高气体或石油的回收率。

在本发明的第三个最佳实施方案中，醋酸酯或聚酰胺空心纤维薄膜被用于逆渗透。

已经发现，上述内部纤维可通过使注入流量分配得更均匀，改进空心纤维薄膜装置的初始生产能力。对内包层和所包的空心纤维的密封腔进行监视，以便在空心纤维薄膜装置的性能受到损害的情况下，恢复其生产能力。

下面举出实例和相应的实验，以对本发明加以说明。例1：

设置三个与图1所描述的装置相类似的薄膜装置。每一装置在直径为8英寸（20.32cm）的纤维束内，包含大约有14×10⁶条空心纤维。在环氧树脂的管板之间，每根纤维大约露出38英寸（96.52厘米）。由4-甲基戊烯-1聚合物中，可以溶化旋制出此种纤维。将纤维设置在内径为1.0吋（2.54厘米）的铝管上，该铝管在芯子上以3吋的间隔钻了四排0.5吋（1.27厘米）的孔。在芯子外围的每排孔都是差90度的相角，并有各别的孔与邻近的列错开，以改善注入流量的分配。将该芯子插入渗透性的聚乙烯套环中，以便均匀地分配注入流量。

在软拉伸和均匀分配的条件下，以并行方式将空心纤维设置在芯子的周围，形成一个直径约为8吋（20.32厘米）的纤维束。在临近两纤维束的地方，将3吋（7.62厘米）宽的聚酯织物（销售时，货名为尼龙）的包层与芯子同轴地设置，并与芯子相距大约0.75吋（1.9厘米）。螺旋地绕制该织物，并有百分之五十互搭，且使每吋的张力大约为4到7磅（每米700到1226牛顿）。在比较实验中，配备了一些其它类似的不带内包层的空心纤维薄膜装置。当纤维安装在芯子上的时候，该纤维束的各一端，大约3吋的纤维使用了包含无环胺热塑剂的液态环氧树脂。在将空心纤维全部设置完后，通过加热，使该脂热塑形成管壁。然后，在车床上利用一把峰利的金属刀具削去管壁的表端，露出纤维腔。在例1和比较实验中，为了易于薄膜纤维束的插入，对一个简单的肉色人造纤维制作的弹性管形外科用绷带作了切割，该绷带当平直摆放时具有12cm的正常松弛宽度。切割后的绷带能够设置在或脱离拉伸该弹性支承物的环内。将纤维束缓慢地插入弹性支承物中，以避免纤维受到损害。在弹性包层的上面放置了一个园柱形塑料罩。在例2中，使用的是中弹性支承物，因而将各纤维束插入压力容器中。

当温度在25到40度的范围内，从起始加压到稳定状态，各纤维薄膜装置在同样的条件下反复循环。注入压强通常是每平方吋90磅（621kpa），而不是象每平方吋115磅（793kpa）那么高。在起始工作时，引入阀门在大约180秒的期间内慢慢地打开。然后关闭70秒，在2201个周期之后，用例1和例2中的环氧树脂将内包层内的纤维的腔封闭。对三个空心纤维薄膜装置各自的工作温度，氧的抗渗透百分比量，单位立方吋每秒的渗入流量，以及无效萃取率（即，未渗入量被渗透与未透量的总和除），制作了表1。

正如从例2中所知道的一样，离芯子很近的内包层使空心纤维薄膜装置的无效萃取率增高。在例1中，起始性能是良好的，但在几百个周期之后，内包层内的一些空心纤维破裂，导致性能下降。在例1和例2两个例子中，对内包层内的内部纤维腔的密封，使性能维持了几千个周期。在例1的情况下，在超过10，000个周期之后，仅仅在薄膜受到比一般工作温度高的温度作用之后，无效萃取率才降低。在例2中，具有三个弹性保护套的模件显现出最可靠的运转性能。

Claims (20)

1、空心纤维薄膜装置，它包括在注入流量分配装置周围设置成束的多根空心纤维薄膜，该薄膜嵌入至少一个管板中，且空心纤维薄膜的腔通过该管板连通，该空心纤维薄膜装置的特征在于具有至少一个由带孔材料制作的包层，它包围设置在注入流量分配装置周围的多根内部纤维沿轴向的主要部分，带孔包层被设置在适当的位置，以使它与注入流量分配装置之间的距离不超过穿过与该纤维束纵轴垂直的平面内的空心纤维束外表面横截面的最长弦的25%，并且带孔材料在该装置工作期间限制包层内的纤维移动。

2、如权利要求1所描述的空心纤维薄膜，其中空心纤维薄膜可以用包含75到100重量百分比的4-甲基戊烯-1和其系数量的其他烯烃的聚烯烃或其它烯烃混合物制成。

3、如权利要求2所述的空心纤维薄膜，其中，空心纤维也包含有重量相当于有机硅氧烷或碳氢化合物石油0.1到3倍的各种成份的聚烯烃。

4、如上述权利要求2所述的空心纤维薄膜，其中内部纤维与空心纤维薄膜相同。

5、如权利要求2所述的空心纤维薄膜，其中，对多条内部纤维进行密封，以使这些纤维的腔不能与管壁相通。

6、如权利要求2所述的空心纤维薄膜装置，其中，多条内部纤维不是空心的。

7、如权利要求6所述的空心纤维薄膜，其中，内部纤维用由与空心纤维薄膜成份相同的聚合物制造。

8、如权利要求2所述的空心纤维薄膜装置，其中，带孔材料螺旋地绕在设置在注入流量分配装置上的内部纤维的周围，该包层大致与注入流量分配装置同轴。

9、如权利要求8所述的空心纤维薄膜装置，其中，带孔材料是聚合物纤维纺织品。

10、如权利要求8所述的空心纤维薄膜装置，其中，带孔材料是非纺织纤维。

11、如权利要求9所述的空心纤维薄膜装置，其中，有至少一个弹性的管形材料部件包围并约束空心纤维束。

12、如权利要求10所述的空心纤维薄膜，其中，空心纤维束被至少一个弹性的管形部件包围，并受其约束。

13、从氧和氮的混合物中分离出富氧和富氮气体的方法包括：

（a）在加压条件下，将氧和氮的混合物注入如权利要求11所述的薄膜装置的注入流量分配装置中;

（b）从空心纤维薄膜的腔中抽取出富集的氧气;

（c）抽取通过空心纤维束的未渗透气体气流，该气流的含氮浓度比注入气体高;

14、从氧和氮的混合物中分离富集的氧气和富集的氮气的方法包括：

（a）在加压的条件下，将氧和氮的混合物注入如权利要求12所述的薄膜装置的注入流量分配装置中;

（b）从空心纤维薄膜的腔中抽取出富集的氧气;

（c）抽取穿过空心纤维束的未渗透气体气流，该气流的含氮浓度比注入气体高。

15、空心纤维薄膜装置，包括多个设置在注入流量分配装置周围的空心纤维薄膜，该薄膜嵌入至少一个管板中，且空心纤维薄膜的腔通过该管板连通，该空心纤维薄膜装置的特征在于具有至少一个不带孔材料制作的包层，用来包围设置在注入流量分配装置周围的多条纤维在轴向范围的主要部分，在与该纤维束的纵轴垂直的平面内该包层被螺旋地设置在距注入流量分配装置最远不大于穿过空心纤维束在该平面内的横截面的最长弦的25%处。

16、空心纤维薄膜装置，包括设置在注入流量分配装置周围的多条空心纤维薄膜，该薄膜嵌入至少一个管板中，且空心纤维薄膜的腔通过该管板连通，该空心纤维薄膜装置的特征在于具有至少一个材料包层，以便当多个内部纤维是实心纤维或空心纤维的腔与包层外的其它空心纤维不连通时，包围设置在注入流量分配装置周围的多条纤维沿轴向的主要部分，而多条内部纤维是实心纤维或其腔不与包层外侧的其他空心纤维相连通的空心纤维。

17、如权利要求16所述的薄膜装置，其中，在不超出距注入流量分配装置0.5英寸（1.27厘米）的范围内，大部分内部纤维是实心纤维或带密封腔的纤维。

18、如权利要求17所述的薄膜装置，其中，至少有一个包层是带孔的，并且在与空心纤维束的纵轴相垂直的平面内，在相对注入流量分配装置较为合适的位置，与分配装置同轴地设置该包层，包层距分布装置的距离不超过穿过空心纤维束横截面的最长连心线的百分之二十五。

19、如权利要求18所述的薄膜装置，其中，空心纤维可用4-甲基戊烯-1聚合物制造。

20、如权利要求19所述的薄膜装置，其中，用管形弹性套管包围，并约束空心纤维束。

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