TW201703B - - Google Patents
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Description
201703 Λ 6 _Π_6_ 五、發明説明(1 ) 本發明偽關於氣體的乾燥。更詳細的說就是鼷於一種 用於提高空氣和其它氣體之乾燥程度的薄膜方法和糸統 Ο 先前技蕤的說明 可選擇性滲透氣體混合物中之成份的可滲透膜,已被 視為是用來逹成令人滿意之氣體分離的一種方便且極度 有利的方法。為了S現在實際商業操作上的潜力,所使 用的薄膜糸統必須能夠達到所需程度的加工效率。已知 有如水蒸汽和其它可冷凝的氣體(如二氧化磺)可在許 多薄膜材料中高度滲透,空氣或其它氣體的乾燥就是靨 於薄膜的重要應用範圍,而且需要以乾燥效率的提升來 (諳先閱讀背而之注意事項再艰寫木頁) 裝- 經濟部屮央標準·/ίοΑ工消赀合作社印3i
在膜可透操際種壓間 Η 中 存薄份滲種管逭加空流法 式的成可此是.,將際的方 形大的不在或的能管”透 的於維,。,去可的外滲 維露鐵上级側除有外向膜 鐵暴空本等外中也之内薄 空能中基一 的徑是維由的 中體過而同維内但鐵”用 的氣通。為雄維。由是商 ofi 壓性去 S 空繼態而就中 求多加擇除透中由流 ·也 e 要一的選被滲過是的中之技 的以入可而與通刖”徑言此 高常進中體是會體内内易在 提上得 « 氣為般氣向維,曾 益用使氣透認 一 的外鐵去己 日» 可而滲被體透由入除均 中在式,可則氣滲”通醱式 运料方下的力料而為 β 氣方 技材·列之壓懕進然稱氣透種 此膜排積低的,.,被料滲兩 足薄其面為體中間法進將疽 谋.表做氣作空方的中 C 線- 本紙張尺度边用中困國家標準(CNS)>fM規格(210X297公;《:) 201703 Λ G Π 6 五、發明説明(2_ ) 經濟部十央梂準·/t'Jcx工消合作社印3i 壓壓膜將料是,壓分於較向 由,的分 在燥入淨 高分薄份進或降低的置得方 可上力的 來乾 《潔 離的在成使部下較低膜使的 質用壓端 用組氣> 分份會之須内續要降薄可反 雜實低兩 已膜料(3 行成}透-在持需渐透式相 何在較膜 組薄進 , 進透質滲上是能也逐滲方以。任常膜薄 棋種}門 來滲雜易作論才疽有可列流作的通薄持 膜此(1汽 膜易的較操不壓。具将排氣按透;《 維 薄。即的 薄較中且的,'分來份用的透流滲來通於 的氣亦口 以刖體並際過的出成可膜滲逆度出fit易 用空.出 下,氣,實通份離之知薄的為离離氣以 使的計麵 況體料力在膜成分透已,力稱可分的 * 。所贵設氣 情氣進® 此薄透中滲況成 K 是是被質氣力流少形物 的透的衡因的滲醴易情達低般或中雜的壓氣燥柱産 動滲理平。維易氣較種來較一份體含淨驅氣乾管透 流的處的象鐵較料於這式和式水氣不淸的空中的滲 不壓被同現空,進對,方體方,料或為透淨器門未 或低是共的中來由中中的氣作中進燥做滲潔儀汽} 滞較者一透著 一绩體 S 中料操作種乾偽生及析傾(2 靜輿或近滲沿此持氣技柱進種操它種其産勳分四 , 。在體水接生能如其透此管的埴燥其一 ,而流或括門 過果氣如端發體,使滲在或力。乾或將面,向室包汽 用如料例兩再氣緣且的。组壓動在氣可透差逆驗為的 使進ί的不的外並力壓棋高流 空也滲壓«器口 (請先閲讀背而之注意事項洱艰寫本頁) 本紙张尺度逍用中a Η家详準(CNS) T4規格(210x297公龙) 201703 Λ 6 _Π6_ 五、發明説明(3 ) (請先閲筇背而之注意事項孙填寫本頁) 氣體進入的汽門,和(4)潔淨氣腥和滲透氣體出去的汽 門。此種乾燥器偽使用均質的聚合中空鐵維,而這些鐵 雒則具有足夠的厚度來支撐横跨薄膜兩制所需的壓力差 。此種薄膜的滲透速率非常的小(其傜以滲透度/厚度 (P/t)的比值來表示),邸使是對於离滲透性的氣豔也 是一樣的,這是因為此種均質材料的薄膜所箱的厚度之 故《因此,此種均質的中空鐵維薄膜並不S用於大規模 的商用氣體乾燥方面。 在此技S中,用於氣體乾燥和其它流龌之分離的薄膜 技術亦已為人所熟知,其中所使用的薄膜構型與那些以 均質或均勻密度的單一薄膜材料為基材之薄膜構型不同 。因此,已有後合的和不對稱的中空繼維可用於所需的 流體分離方面。複合的薄膜是在一值多孔基板上含有一 層薄的分:離層,或者是在此多孔基板上塗佈一層合適的 可滲透薄膜材料。這層薄的分離層決定了此後合結構的 分離特性,而靠著多孔基板可提供此分離層物理上的支 撐。在另一方面,所諝的不對稱薄膜則是由單一的可滲 透薄膜材料所構成,其具有(與均質薄膜不同)一層薄 經濟部屮央標準沁Α工消代合作社印製 膜盔是的質 薄篩,質均 了非冏均些 定般相非那 決一 板種與 域,基闸 , Ξ的孔。糗 此孔多溃薄 而多的崩的 .-中生稱 域密禊發對 E 緊薄域不 皮不合 E 和 表較複皮的 的層與表合 透一 用的規 渗及作薄卽 半以其時 -可 ..壓膜 的性域加薄 密特 E 免維 緊離ί#避雄 ,分支了空 的的的為中 本紙张尺度边用中a Η家榣毕(CNS) Ή規怙(2丨0x297公龙) 201703 五、發明説明(4 ) 經濟部屮央標準:^ ex工消1Y·合作社印3i 特一其主或式 氣離因孔 空呈透料鐵向直料空動 , 構將的,方 料分。多 中仍滲進空方垂進中流 值結是中组的 進膜餅的。薄態之的中動向的由的 比 膜常統模聯 的薄外膜去單流膜脚入流方中足 _ 度 薄通糸膜串 壓俱或薄移個的薄料通的的其般氣 厚的-膜薄或 高其側入被 1β 在進是flefllil 料 \ 式用薄艟式 ,,f 通中每整,之腰氣氣中醴進 度型使値一方 時销維則倒得然中膜氣透料法氣中 透。之來整括的 維一織鱧離使雖作薄料滲進方透徑 灌面述式是包行 分那空氣分可,操於進之的理滲内 的方上方這般平 的的中的非常流的直當中面處,的 高度-的 ,一以 體維在域的通叉動垂,徑表的}維 當透上膜組統可 氣纖是匾中造交流供說内外”徑纖 相滲用薄模条, 於空論皮構製於叉向來維之外内空 出的使綑膜膜组 用中無表结之似交方例繼維向的中 現鑊作一薄薄棋· 使膜而或膜组近在動舉在繼内維於 表氣操或成種膜 維薄,層薄楔態。流。則空由繼直 可凝的膜形此薄 纖於置離由膜流式之向.中t 空垂 ,冷業薄以。種 空用位分且薄之方體方細過在中以 比可商合内件這 中使的過並維近的氣動外流,過面 相於際組裝元館。質是在透,鑛附流透流的與的通表 膜蘭實以封成數用均常所滲内空的逆滲之膜是同偽的 薄是在常入組是運非通分,板中維出的 《 薄般相醱維 的別 般置要者來 龌部此基 鐵現側氣維 一 。氣雄 (請先閲讀背而之注意事項#本頁) 本紙張尺度边用中a國家烊準(CNS) fM規w(2]0x297公;«:) 經濟部屮央楳準灼A工消"合作杜印奴 201703 Λ 6 _Π_6_ 五、發明説明(5 ) 方向之方向流動,然後,在外層的區域中,以用於滲透 氣體之出口的方向流動。此種交叉流式的流態是舆逆流式 的流態是不同的。在逆流的流態中,進料氣體或滲透氣 體(視其所欲的操作方式為由内向外或由外向内而定) 是以逆向流動的方式沿著中空繼維的外表面流動,而與 在中空纖維内徑中的滲透氣體或進料氣體的流動方向平 行。例如,在中空鐵維束外層的進料氣體就是以平行於 中空繼維之中心軸的方向流動,而非垂直於中空鑛維的 中心軸。 在上述型式的薄膜乾燥操作中,當使用的是複合的或 不對稱的薄膜時(與緊密,均質的薄膜纖維相對照), 趨向於考《横跨薄膜基板部分之兩端的濃度極化作用以 及在交叉流式的滲透特性下操作。此種濃度極化的現象 在薄膜之基板的兩端相酋明顯,亦即在該基板兩端存在 了綦度梯度,因此跨越複合薄膜的薄分離層或是不對稱 薄膜之薄的表皮區域的驅動力也就降低了。若沒有此種 濃度極化現象的發生,則在薄膜兩邊的進料氣體和滲透 氣體之間的®力差可有效地用來将進料空氣中的水份做 S擇性的滲透,或是進行其它所欲的乾燥操作。鼷於此 方面值得一提的是:即使在基板闸端的滲透成份濃度相 同,亦即0Χ的濃度極化(逭種情況有時也可稱為”完金 徑向混合”),但是橫跨薄膜束之兩端的流態仍為交叉 流式.而整體的滲透結果也將與一般用於交叉流滲透的數 -7 - 本紙张尺度边用中SH家你準(CNS)>P4規格(210x297公放) (請先閲筇背而之注意事項再项寫木頁) 裝· 線· 201703 Λ fi Π 6 五、發明説明(6 ) 經濟部屮央標準而A工消ft··合作社印製 式生的流作作可 操維}達,以産 它分的透才大本 流産膜逆操操逭 燥鐵述要作 ·的 是的大滲積極成 逆端薄非的的, 乾的所,操透高 就膜當的面餹了 成兩則而透要度 膜密前中下滲要 也薄相維表一高 排的-,滲想程 薄緊如子況共需 ί 合有繼的的提 安板}同流較透 行種ί 例情起酋 度後須密大上的 被基化相逆是滲。進此體的失 一 。。厚比必緊極用對 態跨極式:般的認來且氣面損份出合膜是,.用應相 流横度模解一高確膜並的後段水冲適薄或言此使業也 的得濃的了 }更到薄,淨在階箸中不的分而因要商 , 束使的透可合作得維度潔.的随流並維部維。須為加 膜計0¾滲將混操而繼流用賸高將氣式鐵皮鐵力上成增 薄設10流者向透式的逆使氣當 《廢方密表的能作逭的 若態即叉 S 徑滲模密的倒淨相氣的作緊的密壓操。稹 ,形亦交技的流學緊度透潔在的統搡:膜緊耐業度面 的的{與此度叉數質程滲種須燥糸的是薄於的商程膜 同雒話的習程交的均顯在此果乾膜樣的稱對夠在燥薄 相纖的次熟顯比式的明合用效被薄這知對。足且乾著 。是化再。明供形述到配使燥少由,認不多得並的随 同但掻將式到提作上達可不乾不能時要比得播-夠為 相,度性模達可操用會般是的有份率點}大以低足因 式作濃特的可且種使,一者好將水收一厚要度® 到 · 模操全體透其式兩當時膜或良即該回有壁層厚率逹酤 學的完整滲{方由 作薄,到亦使物 的離壁速能缺 ..............一.........裝.....!1. ·.線.. *- (請先閲請背而之注*事項#碭寫本頁) 本紙张尺度边用中H S家樣毕(CNS) TM規怙(210X297公;《:) 201703 經濟部屮央標準而A工消赀合作杜印¾ Λ 6 Ιί 6 五、發明説明(7 ) 。與前面所説相反的是:不對稱薄膜或是複合薄膜的薄 膜分雔層極薄,而靠著其較多孔的支撐部分,提供了所 需的機械強度,以及支撐了非常薄的分離層部分,而這 層分離層則決定了薄膜的分離特性。因此,不對稱薄膜 或複合薄膜與緊密均質的薄膜相較,所箱的表面積要小 得多。 然而在其S際的慝用上,緊密薄膜在其表面的兩端並 不會逋遇到濃度極化的現象,因此使得此種薄膜表現出 逆流方向的滲透;而不對稱薄膜和複合薄膜都會發生濃 度極化的現象,並且趨向於表現出交叉流滲透通i (亦 卽滲透度/時間)的特性。由於使用不對稱薄膜或複合 薄膜先天上就比緊密薄膜具有較佳的改良滲透率,所以 想要在此技雈中進一步的改善不對稱薄膜和複合薄膜之 特性,以利於逹到實際商業操作上薄膜乾燥和其它分_ 搡作的好處。 用於分析薄膜特性的數學楔式可參考C.Y.Pan和H.V. Habgood所箸之”滲透的氣鼸分離法,第一部分”計算 方法和參數分析”,加拿大化工期刊,第56冊,四月, 1978年,197-209頁,文中有詳細的説明。使用此種數 學棋式的分析技術,G.Y. Pan以不對稱薄膜的分析為基 礎得到以下的推論:不論流態和進料氣流及滲透氣流的 流動方向為何.該種薄膜绝是進行交叉流式的滲透操作 。逭些結論和其數學理論基礎皆記戴於"高通蚤不對稱 -9- (請先閲請背而之注意事項-ff-蜞寫木ΙΪ) 裝- 線· 201703 Λ 6 Π 6_ 五、發明説明(8) (請先閲-:·*?背而之注意事項#填寫本頁) 薄膜滲透器的氣醴分離”中,C.Y. Pan,美國化工學會 期刊(AIChE),第29册,第4號,t月,1983年,545-5 5 2 頁。 基於以上的分析,通常我們可做一推論:空氣和其它 氣體的分離操作須以交叉流的方式來操作,並且為了提 高此種操作的效率,可將薄膜束設計成適合提高此種交 叉流滲透操作的形式。因此,許多薄膜束之設計常沿著 其縱向長度上打許多的小孔,以利於進行交叉流式的滲 透流態。如前所述,即使基板的形態可在此種情況下排 除濃度極化的現象,使用此種薄膜束設計所能逹到的整 賭薄膜特性仍會符合交叉流滲透的數學模式。 但是就在最近郤觀察到輿先前所須預期相反的現象.許 多薄膜在操作中顯現出明顯程度的逆流度,並且濃度極 度現象也比所預期的情況輕撖。因此,M.Sidhoui», W. Sengapta和K.K.S irkar在”不對稱的SS酸繼維素中空纖 維:氣體滲透之研究”,美國化工學會期刊,第34冊, 第3號,三月,1 988手,4 1 7 -42 5頁中即討論了早期用 於不對稱薄膜的數學措式和所指出交叉流滲透流態之産 經濟部屮央標準而Α工消1V合作社印3i 不特的向是 態態作逆的 流流操與反 之透流是相 膜滲叉就期 薄流交也預 質叉於,所 均交用式前 或有守楔先 膜具遵的與 薄為金膜 , 性以完薄此 稱先不質因 對原並均 。 的種為合合 要此行符吻 想:態較較 不出流而式 較指其反模 於者.,為 用作膜式行 輿。薄棋的 ί }的學動 生同獻數流 本紙张尺度边用中a國家榀毕(CNS)TM規格(210x29/公甘) 201703 A fi Π 6 五、發明説明(9 ) 經濟部十央標準而Α工消奸合作社印製 顯轻統 和 中加 统膜 的專 棋分待向.·使 明技糸 燥 的有 糸薄 盡諳 或一的的徑態可 一此和 乾 稱擁 .和度 詳申 稱驩類的流其 有在法 膜 對統 法程 更的 對氣此顧向 , 具須方 薄 不糸 方} 做加 不它。明逆法。 實極的 於 或和 膜法 中.附 以其的生之方動 確,離 用 的法 薄方 文在 ,是目産面列流 膜點分 種 合方 種雔 下別 色或的可逸排的 薄觀體 一 。複種 一分 在待 特燥化其,® 的匀 合的氣 供統種此 供似。將將 統乾純,支維均 複式它 提条一而 提類低明色 糸的它態和繼能 和模其 邸和供, 括,或最發待 及氣其形而空時 膜新和 一法提統 包{至本穎 法空或板透中面 薄傾燥 之方是条 尚燥降-新 方行度基滲種表 稱這乾。的式的和 的乾失的的 Η 進程膜的一膜 對於膜率目良目法 目需損目明 加來燥薄膜及薄 不基薄效的改館方 的所透它發 的膜乾的薄以跨 多。之透明的一離。步到滲其本 0 合薄高定著;横 許度良滲發途另分力一逹物和於出 缩維提特沿體在 ,流改流本用的膜能進要産些關指 鳢繼到種;氣體 上逆出逆,離明薄燥明使及這而中述整空達 一 果淨氣 際的展高此分發維.乾發可積著,圍槪用中而括效潔料 實度發提因它本纖的本其面記述範明使的,包合用進 : 程中以 其 空強 ,表 描利發 合雔色混使得 ..............一........裝::訂..:線../ ·Μ (請先閲筇背而之注意事項#艰寫本頁) 本紙張尺度边用中Η Η家楳毕(CNS) TM規枋(210X297公放) 201703 Λ Η 6 五、發明説明(10) 經濟部屮央標準而β工消赀合作社印3i 圖 離 ;形潔匀可其遵由氣成形附相交氣 叉膜 :線 分 的板用均-或分。於計動部形的 \ 交薄 明曲 與。成基使之統度部式用設流局情腆氣 及何 說動 度圖逹之及销糸程少模適其體的用薄«式任 的流 程偽而有以兩膜燥至學是將整維應在如 楔算 細的及態闋統具,膜薄乾丨數為是使鐵際致例 學計 詳體以流的糸且合薄維的循的認均是空實導ί 數來 更流;流間膜-混跨纖物遵式被上則中的將19流用 做中慝逆之薄膜向橫空産會流式計計個前性氣 逆人 示统供的率的薄徑和中到將叉楔設設 一 先待物 的的 圖条的倒速空的的,的逹性交學組的毎些透産 性 e 的膜體兩透中合度態作欲特非數楔它在疽滲值 特技 列薄氣膜滲用複程流操所的而式的其卻與流價 禊此 下之淨薄及使是顯的行進膜,流期。足。逆有 薄習 以用潔越以著或明式進增薄式叉早式但態傾 ft :熟 的使之跨,藉稱立流來下種模交在方,流整少 是些 步所側明態傜對建氣式況此學的以的動的的有 的那 一 明透說形的不側向方情。數性所動流流明, 期由 進發滲來的目括兩逆種的度的特,流向叉發中 C 預可 將本其用板之包板及這量程式膜面叉逆交本作少可式 明為在為基明可基,以産的流.薄方交為生:操滅點模 發 1 括 2 ,發統在體。高化逆前離生成産是動會 一 0 本圖包圖子本糸可氣態在純}以分産能會的流}有數 , 因 此態淨流以它循於體可式近反叉氣 流 (請先閲讀背而之注意事項#碼寫本頁) 本紙張尺度边用中SB家榀準(CNS)f 4規格(210X297公犮) 201703 五、發明説明(U) 材料及構型,其偽以己建立的模式準則為基礎,如所引 經濟部屮央標準劝A工消价合作社印製 以比的的透氣相純作空中態性之 它高流此流的0¾ 可相膜需滲透在或操淨序流特作 其有逆與逆膜為 皆果薄所共滲持度種潔程流膜搡 或具願ί之薄度 性結在了中的維程此將作逆薄業 燥而明為膜此流 待測,代}它力燥到人操於之 Η 乾,出義薄則逆 膜預上取式其動乾逹有的對度際 氣率現定於,酋 薄的用體方或驅需將己似相程實 空效顯之用時而 的式應氣作,的所可來類態顯種 於的且此於ΟΧ。 統模際淨操汽質到也年它流明此 用離並在對10同 糸學實潔的蒸雜渣,近其叉有高 ,分,測性為相 膜數的流流水或須近然或交具提 上體率量特度金 薄該明回叉將份將最雖·序的少於 用氣收的膜流完 何與發燥交中水可至 C程側缺用 應進回性薄逆的 任並本乾以層去是降小燥兩將少 際改丨特:酋測 。,在的丨離除僅失最乾膜,缺 》 以體或}。預 述定用用流分使僅損至的薄的是 的可氣數同度所 所決應使氣的可不透減上於論者 明將之參相程式 中來式所料膜而這滲積業關討或。發膜透値者近楔 薛法模刨進薄此。物面工中所,法本薄滲逭知遇流 技試流透由由因值産膜於 e 面點方在的未。已的逆 行測逆滲體而,數的薄用技·前優的,化{性所式與 先的以,氣,走的度的際此同在度此純物持中棋將 的用。壓物來帶高程需實在如潛流因體産的M學性 用慣較低産出體當化所氣;,的逆 氣的度技數特 裝.....町::線 (請先閲請背而之注总事項#堝寫本頁) 本紙张尺度边用中國困家標毕(CNS) 規格(2K1X297公龙) 201703 經濟部屮央標準/ί';β工消赀合作社印5i Λ η 6 五、發明説明(u) 時,該薄膜的特性將與交叉流模式所預測的結果完金相 同。在本發明之實際應用上,.所能逹到的逆流程度一般 至少約為20X ,通常為50¾或更高,最好是約為80S:或 更高;而具有這麼高的逆流程度之薄膜持性偽表示在薄 膜乾燥技藝方面的極大改善。所以須了解:在任何待別 用途上所觀察到的逆流程度是會随著該鼴用上的整體情 況而定,包括用來分析薄膜待性所使用的特定數學模式 。因此,逆流程度可反映出本發明的好處,而非指要達 到本發明之實用利益所要使用之限制。 如前所述,可利用下列的方式來改進空氣的乾燥或其 其它種氣體純化的待性,(1)薄膜的基板形態,其可在 薄膜的基板之兩端達到明顯的徑向混合;以及(2)在横 跨薄膜的滲透面和未滲透面時具有逆流的流態,而此薄 膜俱由表皮部分和基板部分所構成,亦卽纖維的外部和 其内徑的内部;(3)在薄膜的滲透側使用潔淨氣賭;以 及(4) 一種中空繼維薄膜的排列方式,可使得氣體横跨 薄膜的進料側(未滲透側)和滲透側時能産生均勻的流動 .而該薄膜偽由該表皮部分(或是在複合薄膜中的分離 靥)和該基板部分所構成。綜合逭些新潁的特色可提高 薄膜的特性,並且以髙的回收率得到所要的産物氣》 (即未滲透氣體)。 關於本發明的氣體純化操作(例如空氣的乾燥或是由 進料氣流中分離出雜質)特別適合用於下列情形:即所 -14- 本紙张尺度逍用中困B家標準(CNS)IM規格(210X29V公没) (請先閱-^背而之注意事碩孙项寫本頁) 裝- 線- 經濟部十央標準杓ex工消赀合作杜印5i 201703 五、發明説明(13) 欲分離的水蒸汽或雜質與須被乾燥或純化的進料氣流相 比具有極高的分離選擇性。因此,分離成份相對於欲乾 燥或純化之進料氣流其分離因子,或是選擇性,至少約 為15。本發明特別適合用於分離因子約為50或更高之分 離成份的分離操作,特別是分離因子約為100或更高, 更待別的是當分離因子至少為1 , 000或更高。空氣的乾 燥就是上述内容後面情形的一個《例。其它可使用本發 明於實際商用操作上的例子尚包括(但並非僅限於):由 * 氪氣中將二氣化碩和甲烷分離出來;由惰性氣流中(例 如氮氣)將酸性氣體分離出來;以及由氮氣中將氛氣分 離出來。在本發明的所有這些體条中,此種改良的氣體 分離方法(可含有相當高的産物回收率)皆表現出明顯 逆流式的薄膜特性。 參考圖1中的圈案,其偽為氣體乾燥用的薄膜滲透器 ,在此以數宇1來代表,包括一傾螺旋式繾埔的後合中 空繼雒束2,其具有一致的長度。該複合薄膜的分離層 係沈積在多孔中空繼維的外表面或内表面。而薄膜的高 m.未滲透刨3可為中空繼維的内徑部分,或是外部的 管際空間;4則是代表中空鐵維的另一側,偽低壓,滲 透刨。在以下的說明實例中,分離《俱沈積於中空繼維 的外表面,而离壓的進料氣饅偽施用於薄膜的管際空間 ,亦即施用於分離《所沈積的那一邊。因此.滲透氣體 偽由進料氣體中.以由外向内的方向分離出來的.而滲 -1 5 - 本紙張尺度边用中困Η家榀準(CNS)fM規格(210X297公龙) (請先閲謅背而之注意事項孙填寫本頁) 裝. 線· 201703 經洧部屮央標準劝只工消#合作社印^ Λ η 6 五、發明説明(L4) 透氣體刖由中空纖維的内徑中流出。所欲乾燥的潮濕進 料氣流5偽通入薄膜的高壓衡13,且係由其末端的進料 口通入的;並且經乾燥過的産物氣體6則是由薄膜高壓 制的另一末端或是産物端流出的。乾燥的潔淨氣流7偽 通入薄膜的低壓销.且偽由其末端的産物口進入的,而 載瞞水汽的糜氣流8則偽以低壓由薄膜的另一末端或是 進料端流出。當水份或其它分離成份相對於被乾燥或純 化之進料氣流具有如上述的分離因子時,使用這樣的薄 膜条統,或是如本文中所述的相蘭變化方法,可以在實 用上提高氣體乾燥程度或純化程度。如前所述果基 板兩端的滲透成份濃度相同,則可産生完金的徑向混合 ,也就是0X的濃度極化。真正可逹到的徑向混合程度可 以下列的公式來表示: ymax ' Υ R Η =- ymax y bore 薄膜基板的低壓滲透侧之濃度;y是指在基板的低壓侧 之真正濃度;而ybc)I:e 是指在纖維内徑中的濃度。酋沒 有徑向混合發生時,y將會等於.且在基板表面将 ITlcl Λ 發生濃度棰化的現象。如果是完全徑向混合的蛞,則在 基板兩側將會産生《度搔化,且y將等於ybc^e 。 該種徑向混合相對於基板的孔隙度,代表性後合中空 -1 6 - 本紙张尺度边用中SS家榀準(CNS)>fM規格(2]0x297公甘) (請先閲筇背而之注恁事項洱碼寫本頁) 裝- 線- 201703 Λ fi η g 五、發明説明(15) 纖維薄膜的分離因子(選擇率)及對於空氣乾燥之滲透 通量的關傜皆已找出,並繪於圖2中以用於氣體乾燥方 面。在本文中所謂的”滲透通量”是指用於空氣乾燥方 面的水份滲透率相對於厚度之比值,或者是在氣體純化 操作中之雜質摻透率相對於厚度之比值,其偽以立方英 呎/天/(磅/平方英吋)/平方英呎的工程單位來表 示。圖2中的横座標為薄膜基板的孔隙度除以該滲透通 量,而以對數座標來表示。圖中的曲線説明了不同分離 因子的效應,亦即用於該空氣乾燥用途上的不同分離層 材料之選擇率。分離因子的些徹差異之效應可視為適當的 ,因為由50到1000之分雔因子的曲線事實上是非常接近 的。.對於具有明顯徑向混合程度的情況而言,亦即約在 1 0X以上,則基板孔隙度除以P/T的數值將大於0.005 。而如圖2中所示,對於高度徑向混合的情況而言,亦 即約80S:或甚至於接近完全的徑向混合,則基板孔隙度 除以該滲透通畺將大於0.1 。水的滲透通量值一般約為 5到,50之間(以該工程單位來表示)。因此,為了逹到高 度的徑向混合,基板的孔隙度應約為0.5S;到5Χ或更离; (請先閲筇背而之注意事項洱填寫本頁) 裝· 訂 線 經濟部屮央標準而只工消合作社印3i 為合 約混 應向 度徑 隙之 孔度 及程 以顯 离 6 9 或 明 的 述 所 前 如 到 逹 以 用 適 是 僅 不 園 範 的 度 眯 孔 板 基 種 此 值定板 數決基 此所膜 然下薄 雑況合 。情規 化的或 純度膜 體隙薄 氣孔稱 的勻對 它均不 其有如 於具於 用皆用 適板可 也基也 ,之般 燥用一 乾使值 的所數 氣於此 空基 , 於是的 本紙张尺度逍用中困Η家從毕(CNS) 1Μ規格(210x297公龙) 201703 Λ Γ. _Π_6_ 五、發明説明(ifc) 之低密度之支撐區域的平均孔除度,此類的基板顯現出 某種程度的不對稱性,其具有不同等级的基板孔隙度。 圖2中的曲線是基於基板置於中空餓維薄膜糸統的低 壓側(亦即滲透側)之情況下所決定出來的。事實上, 如果基板是置於中空繼維薄膜糸统的高壓倒(亦即未滲 透侧),則易於逹到高度的徑向混合。在這樣的體糸中 ,圈2中的曲综將以中空雄維薄膜兩端高壓/低壓之比 例向左移動。因此如果情況允許,一般較有利之方法是 將基板置於薄膜的高壓側,也就是進料側。此外,為了 降低高壓和低壓氣流的壓力降,通常較好是將高壓的進 料氣流通入中空繼維薄膜的内徑,而潔淨一滲透氣流則 是在薄膜的管際空間中流過;而不對稱薄膜的薄且緊密 之分離區域和複合薄膜的薄分離塗佈層懍置於薄膜的外 倒。 經濟部中央標準β工消价合作社印奴 (請先閲^背而之注意市項#艰"本頁) 雖然薄膜基板的形態(欲在基板兩端逹到明顯程度的 徑向混合)對於改進乾燥程度或其它氣《純化特性是非 常重要的,但是此種成就本身並無法提供逭種改良的特 性。在上述所提出的其它因素中.最重要的是能在薄膜 的滲透面和未滲透面的兩蟈産生逆流流態。此種逆流流 態可藉替將中空繼維素裝入一餡不可滲透的陣壁中而産 生,其偽沿箸其縱向的外表面置放的,除了未封裝的流 中指出 體通過E域之外。在tt洲專利公告害第0226431¾ (在 Λ 1 987年6月24日所公佈):此種逆流流態的産生將視所需 _ 1 8 一 本紙张尺度边用中困Η家楳準(CNS)<fM規怙(210X297公货) 經濟部屮央標準·而β工消"合作社印5i 201703 五、發明説明(L7) 的操作方式而定(亦即由内向外流動或由外向内流動), 使得進料氣體或滲透氣醱以逆流方式流過中空繼維的外 側,而平行於中空纖維内徑中的滲透氣體或進料氣醱之 流動方向。舉例來説,中空繼維束外倒的進料氣體之流 動方向供平行於繼維束的中心軸,而非與中心軸垂直。 此種不可摻透的障壁材料可以是一種非滲透的包裝膜, 例如聚亞乙烯等。另一種可能性是:此種不可滲透的障 壁材料可以為一種非滲透的塗料(例如聚矽氧烷)用於 無害的溶劑中;或者是在薄膜纖維束上裝置一倨收缩套 管並且將纖維束予以束緊。也可在中空繼維束和薄膜模 組的管際空間之間裝置一健0型環或是其它的障壁,如 結構的i料;或者是將中空鐡維的毅側置於非常犇近薄膜 束的位置,以形成所需的障壁效果。在逭樣的體糸中, 不可滲透的障壁物偽裝入中空繼維束中,而非在其上開 孔以允許氣體由繼維束中流入或流出,因此基本上流體 係沿著所有繼維束中的中空纖維之外表面,以平行於中 空纖維束之中心軸的方向流動。所得到的流態為:潮海 的進料氣流(空氣)和滲透氣«的逆向流動,滲透氣匾 中含有潔淨氣醱及水份或氣體雜質.而逭些水份或氣體 雜質偽滲透穿過薄膜的。 對於本發明之提离空氣乾燥程度或氣鰌純化搡作的第 三値要求是在薄膜的滲透側使用乾燥的潔淨氣《。如果 是進行交叉流式的滲透,則潔淨氣體的使用對於所能逹 -1 9- 本紙张尺度边用中困Η家楳毕(CNS)T4規怙(210x297公龙) (請先閲讀背而之注意事項#艰寫本頁) 裝- 訂_ 201703 A 6 ___ΙΓ6_ 五、發明説明(18) 到的乾燥量並無影鹱。另一方面,在操作時若顯現出明 顯程度的逆流度,則潔淨氣體可輕易地將滲透氣體(例 如在空氣乾燥應用中的水份)由薄膜的表面上除去。潔 淨氣體可使薄膜兩端雒持高的驅動力,以使水份或雜質 能趙鑲由進料氣流中除去。關於整個發明的逭催待色可 將所需的薄膜表面積降低最低,並且可將因需達到所箱 乾燥程度或純化程度的産物(例如乾燥空氣)的損失也 降至最低。我們很容易地可以了解:須將因該氮氣/氣 氣由進料空氣中共续透出來所導致氪氣/氧氣的産物損 失盡可能將其減至最小。例如,想要將因共滲透而導致 的産物損失能維持在薄膜糸統之滲透産物氣醱结流量的 1J:下,較好是能低於0.5X。關於本發明之潔淨的進一步 規定情形,將在下面的例子中做一説明。 經济部屮央標準:工消"合作社印虹 (請先閱讀背而之注意事項孙碭寫本頁) 在本發明實際應用上所需的第四個特色為:中空鐵維 薄膜的排列方式可使得進料氣體和滲透氣體能在薄膜表 面的兩端均匀流過。在本發明這個特色的一値良好的體 条中,中空鐵維薄膜係以内含等長之中空鐵維的螺旋式 纗徺中空纖維薄膜筒的方式來安置。此種螺旋式的纗橈 方式是由Cop Ian等人在美固專利第4,631, 128號中所掲 η,而得以在此技e中閬名的。熟習此技轻者將不難了 解:光是以平行或直線的排列方式將中空繼維置入薄膜 简中並不足以在薄膜兩端産生所擗的氣體均匀流速分佈 ,除非是以上述的特別螺旋鑣繞的方式。因此在寅際上 -20 - 本紙張尺度边用中a Η家详準(CNS) ΤΊ規格(210x297公犮) 201703 Λ 6 Η 6 經濟部屮央榀準局β工消价合作社印$ί 五、發明説明(19) ,以直線方式排列的中空繼雒將含有不同绪曲程度的特 別中空纖維,阻礙了所需均勻流態的形成。然而要知道 :其它種較不經濟的方法也可用來達成該氣體的均勻流 動。因此,可使用篩網或其它限制流動的方式,例如使 用檔板,來産生該種均勻流動的路徑。中空繼維的排列 方式也可類似於澠索的编結方式,而其結構的型態可逹 成所需的均勻氣體流動。 要了解:在本發明的細節上可以和這裡所描述的内容 稍有些變化和修改,只要没有傾離本發明附錄之申請專 利範圍之觀點即可。因此,薄膜材料可以為任何種的合 適材料,只要其可以在適合的分離因子程度的情況下, 選擇性的將水份或所欲除去的雜質由空氣㈤其它氣流中 接透出即可。複合的中空鐵維薄膜通常是以聚ίβ或是.其 它所要的基質和乙基繼維素,鐵維素醱酸酷或其它種此 類的薄膜材料之分離層來製備。不對稱薄膜的材料包括 如纖維素醋酸酯,聚细等也可以使用。然而,值得注意 的是:此種材料只是在此技轻中眾多合適材料中的一種 代表性物質,其可寅際應用於本發明,無論是做為複合 薄膜的基板或分離層材料或者是做為不對稱薄膜中所使 用的材料。此種材料的中空纖維可依此技e中常用的著 名程序來防繊。例如,多孔的聚Μ中空纖維可以依 Cabasso等人在”複合中空纖維薄禊w ,應用聚合物科學 期刊,第23册,1509-1523頁中所述之程序,而在聚W -2 1- (請先閲筇背而之注意事項孙褀寫本頁) 裝· 訂 線. 本紙张尺度逍用中Η國家详毕(CNS) ΤΊ規格(210x297公龙) 201703 A fi Π 6 經濟部屮央標準而β工消作合作社印3i 五、發明説明(2G)· 的三元溶液中纺織而成。著名的管中噴射技術也可在該 纺鏃程序中使用,以约21勺的水做為纖維的外侧淬冷介 質。在繼雒内徑中心的淬冷介質一般常為空氣。淬冷之 後,接著再以水將繼維予以冲洗。清洗之後,將此中空 繼維通入熱的空氣乾燥塔中,而在30亡的溫度下乾燥。 為了製備複合薄膜,經乾燥的中空纖維可以立即在管線 中以適合的分離層溶液予以塗佈,例如以一種乙基纗維 素的聚合物溶液來塗佈。可以將約百分之一的乙基纖維 素溶於異丙醇中而製得此溶液,並且在施用於聚碩中空 纖維的支撐層或基板上之前,先以1.5毫撤米的玻璃濾 器予以過濾。中空繼維基板可直接通入放在塗佈容器中 的經過濾之塗料溶液中.然後在繼維被送入鑣嬈機中缠 繞之前,將塗好的鐵維在空氣烤箱中乾燥。因此而製備 好的聚战[中空纖維複合薄膜具有非常薄的塗佈厚度,例 如約0.2撤米或更小。此種複合中空繼維薄膜(使用繼 維素三醋酸酷做為代表性的薄膜材料)在氣氣和餌氣之 間的分離因子約為5.9 ,並且對於氣的滲透通fi約為 0.08立方英呎/平方英呎•磅/平方英时♦天。中空鐵維 偽用來缠鐃在滲透器的简子上,而在薄膜棋組中置入一 傾或多値逭樣的简子:而薄膜楔組修正成可諶進料氣體 和潔淨氣體通入,並且可骧未滲透氣體,和滲透氣體及 潔淨氣體的综合氣醱被分離除去。熟習此技轻者將可了 解;所有用的薄膜楔組為一捶合適的四汽門棋組,其可 -22- (請先閲筇背而之注意事項孙艰寫本頁) 裝- 訂 線- 本紙张尺度边用中SB家榀毕(CNS)fM規怙(210x297公;!I:) 201703 Λ fi Η 6 五、發明説明(21) 適合進料氣體和潔淨氣體的通入,以及該滲透-潔淨氣 體和未滲透氣流的分離除去。同時有一點要了解的是: 進料氣體可以通入中空繼維的内徑(由内向外的流動方 式),或者是通入薄膜的管際空間(由外向内的流動方 式)〇 有一點須了解的是:除了在本文中所討綸的重要空氣 乾燥用途之外,本發明尚具有許多實用的商業用途。因 此,例如由氮氣或甲烷中快速滲透出二氣化硝的氣謾分 離程度,以及由氮氣中分離出氨,均是關於本發明的其 它應用實例。 在下文中將以特殊的實例來敘述本發明的實際應用情 形。這些例子只是用來説明本發明以及本發明的優點, 而不應視為如附錄之申請專利範圍一樣的限制了本發明 的範圍。 例1 經濟部屮央榀準而A工消"合作社印级 (請先間誚背而之注意事項再碭寫本頁) 在這痼例子中,使用含有等長中空纖維的螺旋式》嬈 简,此简被置入壺中,並且將纖維束予以切剌使得繼維 的兩端可以該氣腰流體,而此棋組可以如圖1中所顥示 的四汽門楔組一樣的運作。所使用的中空餓維薄膜為一 埔後合薄膜.其俗由一種聚5H中空繼維基板所構成,而 在基板上塗覆了 一脣乙基纖維索分離層。逭些中空繼继 是以螺旋的方式逋繞.而其具有相同的有效長度。環携 中空繼雒束的周圍上置有一層不可滲透的聚亞乙烯薄膜 -23- 本紙张尺度边用中as家標毕(CNS) Ή規格(2丨0x297公没) Λ Γ. Π 6 201703 五、發明説明(22) ,以確使中空纖雒外表面的進料氣體和未滲透氣體能逆 向流動,亦即平行於在中空纖雒内徑中流動的滲透氣體 和潔淨氣體。因此所使用薄膜的流態為由外向内。如同 在滲透乾燥法中所使用的,進料空氣和未滲透的氣流或 保留下來的氣流之計示壓力約為150磅/平方英时,然而 滲透氣體的壓力則幾乎接近大氣壓力或是其計示壓力為 0磅/平方英吋。在這樣的情況下,會有少許空氣中的 成份(亦即氣氣和氮氣)和進料空氣中的水蒸汽一起滲透 出來。因此,為了逹到所需的乾燥程度,會有·不少具價 值的産物氣體滲透出來。 為了減少空氣中主要成份的滲透量,所以使用潔淨空 氣來進行試驗,並且潔淨空氣和滲透氣流的計示壓力約 為149磅/平方英吋,所以在薄膜兩端的壓力差只有1磅 /平方英吋。未缠透氣流的流速則為21到85NCFH,但是 即使是在較低流速的情況下,此棰乾燥空氣的階段損失 只有2¾。在試驗中同時也改變潔淨空氣的流速,並且使 用分析儀器來測量進料氣體,未滲透氣體,潔淨氣體和 廢滲透氣流中的水蒸汽蠹度。所測得進料氣流中的水份 含贵只有小幅的變動,平均值為1073PPB。而基本上乾 燦潔淨氣流的水份含蛋約為0:85到1.50傾ppm之間,平 均值約為1.29pPra。對於所使用的薄膜材料而言,水份 相對於氣氣之滲透率的比佰,亦即水和《氣的分離因子 將大於〗00 ,並且水和飢氣的分離因子將比造偁數值要 -24- 本紙張尺度边用中國國家標準(CHS)T4規怙(210x297公及) (請先閲譴背而之注意事頊再堺寫本頁) 訂 線· 經濟部屮央標準XJCX工消作合作社印製. 2〇1*7〇3 Λ β Ιί 6 五、發明説明(Ζ3) 大 得 多 〇 水 的 有 效 P/ t 值 為 介 於 4 和 8 之 間 > 其 單 位 為 上 述 的 工 程 cso 卑 位 〇 而 聚 fin 基 板 的 孔 隙 度 约 介 於 0 . 5¾到 I % 之 間 〇 許 多 試 驗 的 測 試 時 間 甚 至 於 超 過 三 艇 月 〇 因 為 濃 度 要 逹 到 穩 定 狀 態 是 很 缓 慢 的 , 所 以 以 下 的 數 據 所 代 表 的 測 試 時 間 至 少 為 20 宿 小 時 » 或 甚 至 於 數 百 個 小 時 〇 這 結 果 皆 列 於 下 面 的 表 I 中 〇 表] [ 進 料 流 未 灌 透 之 水 份 (NCFH) 清 潔 fcb (P P B ) 除 去 水 份 的 % 1075.0 13.31 53.80 1.48 95.37 99.86 (請先閲請背而之注意节項孙埙寫本頁) 裝. 訂_ 線. 1 2 .97 .05 99.57 99.81 經濟部4-央標準而Α工消1\··合作社印^ 5 6 25 32.85 14.98 1.38 96.91 98.61 99.86 38.40 14.10 1.38 96.24 98.62 99.87 本紙張尺度边用中國國家從準(CNS) 規怙(210x297公犮) 2〇Π〇3 Λ 6' Π 6 經濟部+央標準杓A工消合作社印5i 五、發明説明(24) 上面所使用的清潔比是指潔淨比除以薄膜滲透側之較 低壓力相對於其未滲透倒之較高壓力的比值,亦即, CR=潔淨比+(低壓/高壓)。在這裡的潔淨比是指在STP 狀況下的潔淨體積流相對於STP狀況下的産物體積流之 比值。而這裡所指的stp是指在ου和一大氣壓的標準 狀態。這些結果說明了:使用潔淨氣體 且清潔比大於 一時,在本發明的所有操作條件下,幾乎可將進料氣流 中的水份完全除去。此種操作條件將包括,如前面所討 論及在這個例子中所使用的,一種薄膜基板形態,使其 可在薄膜的基板兩端達到明顯程度的徑向混合;在薄膜 兩端形成逆流的流態;以及一種中空鑛雒薄膜的排列方 式,可使得氣體通過薄膜時能達到均匀的流動。如果並 不須將水份(或雜質)幾乎完全除去的話,則可使用小 於一的#潔比,例如在部分乾燥的應用方面。因此,經 常使用約為0.9的清潔比.甚至於低於至约0.6或0.5也 可用於某些特定用途上。 在第一次掛厂試時,並不使用潔淨空氣,並且所«施的 機構為一種滲透型的淸潔,而非潔淨型的淸潔。結果, 所被除去的水量很少,大約只有13«的水份被進料空氣 中的氣氣和氰氣的滲透效應所除去。在所有其它的試驗 中,以潔淨型的淸潔方式將可有超過95¾的水份被除去 ,逭是視所使用的淸潔比來決定乾燥或純化的程度的。 當淸潔比為1.7時,超過99X的水份可被發潔淨氣流所 -2 6 ~ (請先閲筇背而之注意事項孙堺寫本頁) 裝- 訂 線- 本紙张尺度边用中S國家樣毕(CNS) 規格(2]0x297公龙)
經濟部十央標準灼工消费合作杜印M 201*703 Λ 6 _Πβ_ 五、發明説明(25 ) 除去,而未滲透的氣流刖幾乎與所使用的潔淨氣流一樣 乾燥。值得注意的是:這種以潔淨氣龌來進行乾燥的方 式,可獲得相當良好的結果,卻只會造成極撤量産物氣 體的損失,在所有例子中均小於2¾。所測量出在廢氣流 中的水份含量,使得可針對水份做一質量平衡,其平衡 的结果更肯定了在進料空氣中絶大部分的水份皆已被移 入廢氣流中。有一點值得注意的是:在薄膜以及交叉流 方式操作的情況下,潔淨氣體對於乾燥量並無影堪,並 且此種乾燥操作將伴随著發生氣氣和m氣由被乾燥的進 料空氣中滲透而出的現象。 例2 在這個例子中所使用的薄膜楔組與例1中所使用的模 組類似,除了所使用b中空鐵維係特別用一種乙基繼維 素材料塗上非常厚的一層材料之外。由於薄膜厚度的大 幅增加,因此氣氣和氮氣的滲透通量被大幅的降低。這 個較厚的薄膜可使用一般的壓力差(在薄膜的兩端), 而不會有明顯费的空氣發生滲透。在另一方面,水蒸汽 具有相當大的滲透率,而表現出高的傳输速率,即使是 透過較厚:的薄膜。今人驚訝的,水的有效P/t值為3-5 傾工程單位,並不比例1中的數值低很多。逭暗示了在 例1中有其它的障礙影® 了水份的傅输,例如可能是毛 細凝结的作用。基板的材料與例1中所使用者相同,基 板的孔隙度也一樣,亦卽0.5-1X,並且本發明的其它待 -27- (請先閱請背而之注意事項再碭寫本頁) 裝. 線. 本紙張尺度边用中Η Η家楳毕(CNS) 規怙(210x297公;¢) 201*703 Λ (5 _Π_6_ 五、發明説明(26) 色均輿例1體糸中的特色相同。 例2的測試實驗均是依圖1中的流動曲線圖來進行的 ,而高壓進料氣流和未滲透氣流之絶對壓力均為114.7 磅/平方英时,低壓的潔淨氣體和滲透氣流之絶對壓力 則為14.7磅/平方英时,亦即大氣壓力。乾燥空氣的階 段損失經澍量後得知約為25:。進料空氣氣流中的水份含 量約為3,000ρρ·,而基本上用來做為潔淨用途的乾燥空 氣之水份含量為2.7ρρ·。這些測驗的結果列於下面的表 I中。 (請先閲汸背而之注意帘項典填寫本頁) 進料流 (NCFH) 21 .22 1.2 42.4 經沭部屮央標準而貝工消"合作杜印奴 表Η 未滲透之水份 清潔比 (ppm) 除去水份的X 0.18 2619.0 16.00 1.17 5 1.1 98.42 1.56 5.38 99.84 1.95 3.69 99.87 1.17 12 1.8 96.36 1 . 56 21.96 99.30 1 .9 5 11.46 99.64 1.17 188.0 93.51 1.56 66.06 97.92 1.95 19.80 99.45 63.6 —28 — 裝- 訂_ 線_ 本紙5艮尺度逍用中Η Η家榀準(CNS) ΤΊ規怙(210X297公«:) 2〇Π〇3 Λ 6 15 6 五、發明説明(27) 84 . 8 1 .1 .7 2 5 8 . C ) 91 . 29 1 .56 1 28 ;.9 95 · 03 1 • 95 34.2 t 99 . 00 這 樣 的 結 果 顯 示 : 幾 乎 空 氣 中 的 所 有 水 份 皆 可 被 除 去 * 在 使 用 更 實 用 的 壓 力 差 之 修 件 下 » 潔 淨 氣 流 只 是 産 物 流 的 一 部 份 〇 在 第 — 次 的 測 試 中 並 未 使 用 潔 淨 氣 體 〇 如 表 中 所 示 的 清 潔 比 只 有 18% 9 所 發 生 的 潔 淨 效 果 是 由 於 氣 氣 和 氪 氣 共 滲 透 的縁 故 〇 這 m 結 果 看 起 來 很 差 , 只 有 16¾ 的 水 份 被 除 去 再 一 次 地 證 實 了 光 靠 空 氣 中 之 成 份 的 共 续 透 作 用 並 不 足 以 達 到 滿 意 的 空 氣 乾 燥 所 m 除 去 水 份 的 要 求 〇 與 此 種 不 良 型 式 的 m 透 乾 燥 結 果 相 反 的 y 其 它 清 潔 fcb 大 於 一 之 測 試 结 果 • 一 般 皆 幾 乎 可 將 進 料 空 氣 中 的 水 ϋ) 兀 全 除 去 〇 在 這 些 例 子 中 的 淸 潔 fch 指 ( 潔 淨 流 / 産 物 流 ) 的 比 值 除 以 ( 低 壓 / 高 壓 ) 的 比 值 〇 要 注 意 * 雖 然 在 增 加 壓 力 差 的 情 況 下 其 淸 潔 fcb 大 於 —— ( % 與 在 例 1 中 所 使 用 的 壓 力 差 相 tb ) • 潔 淨 流 仍 只 是 構 成 (請先閲請背而之注意事吱再艰寫本頁) 裝· 訂- 線_ 經濟部屮央標準·-工消赀合作社印¾ 産物流的一部分。 由表Π的结果可看出:乾燥或其它純化的程度將視所 使用的潔淨氣體(具有極离的淸潔比)以及本發明的其 它持色而定,同時也會受待殊用途中所使用的工業氣體 费而定,該數费偽以進料的流速來決定。值得注意的是 :在》際的商業操作中,#種程度的鈍化效果與交叉流 -29- 本紙法尺度边用中《Β家榀毕(CNS)>H規枋(210x297公龙) Λ 6 Π 6 五、發明説明(28) 或滲透清潔操作相比,其具有高的整體純化程度,可以 藉箸諝整進料流速,清潔比和/或潔淨氣流流之相關數 值來改變純化的效果。無論如何,清潔比值高時(如想 要幾近完全乾燥時,其數值可大於一),空氣中的水份 含量,或是氣體中的雜質含量可降至非常低的數值,而 只會有極少量的産物氣體因為滲透清潔之操作而損失。 在上面的兩値例子中,進料空氣的流動方向是由外向 内,並且薄膜的分離層是位於纖維的外表面。要了解: 使用由内向外的流態時,一般也可獲得類似或較佳的結 果,其中進料氣體是通入中空鐵維的内徑中。在後者的 體糸中,複合薄膜的分離層或不對稱薄膜的薄且緊密的 表皮區域一般是位於薄膜的外倒。 雖然這些關於空氣乾燥的例子是使用乾燥的空氣氣流 來做為潔淨氣體,但是事實上進料氣流不一定要為空氣 ,也可以是任何在搡作條件下具有比水或所需除去雜質 還要低的多的滲透率之氣體。因此,在工業設備中可取 得之具價值的工業氣體皆可以乾燥空氣做為潔淨氣流而 予以乾燥的。 (請先閲請背而之注意事項孙艰寫本頁) 裝· 線. 經濟部屮央標準而A工消作合作社印5i -30- 本紙张尺度逍用中SB家楳準(CNS)«JM規格(210X297公¢)
Claims (1)
- 經濟部中央標肀局Μ工消費合作杜印,M 六、申巧專刊範® 第80 108 2 3 0號「純化氣體之方法及条統」專利案 (81年9月倐正) I ' ll.一種薄膜用於提高進料氣流之純化之方法,其包括: a) 將一種含有欲分離之雜質的進料氣流通入一値可滲 透的薄膜糸统,其可選擇性的滲透該雜質;該雜質 在該糸統中關於該進料氣流和/或其成份具有至少 约為15的分離因子;該薄膜糸統包括一種複合薄膜 或是不對稱薄膜,其具有一塊基板區域或是不緊密 的區域,孔隙度 大於0.05¾,以在該薄膜的基板 兩端達到明顯程度的徑向混合; b) 在該薄膜的外側提供一種方法可使其在薄膜的滲透 面和未滲透面的兩端産生逆流流態,而此薄膜包括 該基板部分和其表皮區域或分離層部分;該薄膜糸 統含有的中空缕雒薄膜之排列方式可使得薄膜的進 料劍和滲透側逹成均勻的氣皚流動,而該薄膜包括 該_板部分和其表皮區域或是分紐層部分; c) 將潔淨氣體通入薄膜的滲透側,該潔淨氣體可使滲 透易於進行並且透過薄禊而除去該雜質,所使用的 該潔淨氣腌的清潔比至少 為0.5;該堉潔比傜指 在標準溫度壓力(STP)狀態下,潔淨氣睡的體稹流 速對於STP狀態下未续透産物之腌積流速之比值除 以薄膜低®,滲透側之®力相對於薄膜的高進 料側之壓力的比倌之數值; d) 將未滲透氣膀由薄膜糸統中移去.並做為所要的産 物氣腌;以及 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本百 炎· •訂· 今 木紙张尺度適川屮阀阈家炸平(CNS)从1格(210父297公«) 81. 1. 5.000 (H) 201^03 AT B7 C7 D7 六、申2專利範® e)將潔淨氣體和該毖透氣體由薄膜糸統中,分別移去, 因此而提高了所要的純化程度,並且具有高的未滲 透産物氣體之回收率,此薄膜糸統顯現出明顯程度 的逆流特性,而潔淨氣體取代了所要産物氣體的共 滲透作用,而易於雜質的滲透及其由薄膜的表面被 除去,因此而雒持了使雜質通過該薄膜的驅動力。 2. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該清潔比 為 0 > 6到1 . 7之間。 3. 如申請專利範圍第2項之方法,其中該淸潔比大於一 (請先闌讀背面之注意事項再塡窝本頁) 經濟部中央;|卒局B工消脅合作社印奴 4 .如申請專 料氣流的 5 .如申請專 料氣流和 6 .如申請專 空氣,該 7 .如申請專 空氣以及 8 .如申諳專 ,該水份 9 .如申請專 旋式缠練 薄膜表而 利範圍 分離因 利範圍 其成份 利範圍 雜質為 利範國 其氯氣 利範圍 幾乎可 利範國 ,其基 的兩端 第1項之方舔、,/f\ 子 大於gojp第4天名奪窟., 的緣梦今大 第1 $"之方法, 水和該純化操作 第6項之方法, 和氮氣成份的分 第7項之方法, 由該産物空氣中 第8項之方法. 本上具有相同的 氣體逹到均匀的 32 - 其中該雜質關於該進 其中該雜質蘭於該進 於 1 .0 0 0 〇 其中該進料氣體包括 包括空氣的乾燥。 其中該水份關於進料 雔因子大於1 , 0 0 0。 其中該淸潔比大於一 完全除去。 其中咳中空_維為螺 有效長度,因此可使 流動。 .訂. 2〇1*?〇3 AT B7 C7 DT 六、申乂專利範ffl 1 Ο .如申請專利範圍第8項之方法,其中該種用來在薄 膜表面之兩端建立逆流流態的方法包括一値不可滲 透的障壁物,偽沿著其縱向的外表面將薄膜裝入。 1 1 .如申請專利範圍第1項之方法,其中該基板的孔隙 度大於0 . 5¾。 12.如申請專利範圍第11項之方法,其中該基板的孔隙 度 為0.5¾到5¾或更高。 13..如申請專利範圍第1項之方法,其中該進料氣體包 括空氣,該雜質包括水,該潔淨氣體基本上為乾燥 的,清潔比大於一,該中空繼維是螺旋式缠繞,且 基上具有相同的有效長度,該中空繼維係沿著不可 滲透障壁物的縱向外表面置入。 14. 如申請專利範圍第13項之方法,其中該基板的孔隙 度大於0 . 5 »:。 15. 如申請專利範圍第14項之方法,其中該基板的孔隙 度 為0.5¾到5%或更高。 16. —種用於提高進料氣流之純化程度的薄膜糸統,其 包括: 經濟部中央橾準局®:工消费合作社印製 a〉用於將含有一棰欲分離之雜質的進料氣流通入一 艏可渎透的薄膜糸統中之導管方法; b)—可绽透的薄膜糸統,其可適合謀該進料氣體進 入;該糸統可菝擇性的滲透該雜質;該薄膜糸統 的材料可使得雜質對於該進料氣膀和/或其成份 -33 - 木紙值尺度過川十W W iaWMCNS)1丨格(210x2(J7公;Ιί ) 經濟部中央櫺準局员工消费合作社印奴 2〇l^03 A7 ' B7 C7 _ D7_ 六、申i/r專利苑ffl 的分離因子至少 為15;該薄膜糸統包括一種複 合薄膜或是一種不對稱薄膜,其具有一塊基板或 較不緊密的區域,孔隙度 大於0 . 0 5 S:以在薄膜 的基板部分之兩端逹到明顯程度的徑向混合;該 種複合薄膜或不對稱薄膜偽由中空纖維薄膜所構 成,此中空纖維薄膜的排列方式可使得包含該基 板部分和其表皮或分離層部分的薄膜兩端基本上 •能達到氣體的均勻流動; c )在該薄膜外侧的方法,以在薄膜的滲透面和未滲 透面之兩端建立逆流流體,此薄膜包括該基板部 分和其表皮或分雜層部分; d) 用於薄膜滲透刨之潔淨氣體的導管方法,以提供 至少 為0.5的清潔比;該淸潔比偽指在STP狀 態下,潔淨氣體的體積流速對於STP狀態下未滲 透産物之醴積流速之比值除以薄膜的低壓,滲透 倒之壓力相對於薄膜的高壓,進料刨之壓力的比 值之數值; e) 由薄膜糸統中除去未滲透氣脰的方法,而未滲透 的氣膜傜做為所要的産物氣體;以及 f) 由薄膜糸統中除去潔淨氣脹和該滲透氣體的分離 方法,其中此薄膜糸统偽用來提离所要的純化程 度,並且具有高的未滲透産物氣體之回收率,此 薄膜糸統顯現出明顯程度的逆流持性.而潔淨氣 -34 - 木紙ifc尺度逋川十ffl «茉標準(CNS杉!1格(210 X 297公V ) 請先閃"背面之注意事項^填寫本頁 k. •線· A? B7 C7 ______DT_ 六、申彳範ffl 體取代了所要産物氣體的共滲透作用,而易於雜 質的滲透及其由薄膜的表面被除去,因此而維持 了使雜質通過該薄膜的驅動力。 17. 如申請專利範圍第16項之薄膜糸統,其中該薄膜材 料為可使雜質相對於進料氣流具有大於 100的分 離因子之材料。 18. 如申請專利範圍第17項之薄膜糸統,其中該分離因 .子大於 1,0 0 0。 19. 如申請專利範圍第16項之薄膜糸统,其中該種用於 潔淨氣體的導管方式可提供之清潔比 為0.6到1.7 之間。 20. 如申請專利範圍第19項之薄膜糸統,其中該淸潔比 大於一。 21. 如申請專利範圍第16項之薄膜糸統,其中該中空繼 雒為螺旋式缠繞,而其中空纖維的有效長度基本上 是相同的,因此可使得薄膜兩端易産生氣體的均勻 流動,而該薄膜包括該基板部分和其表皮區域或分 離層部分。 經濟部中央標準局員工消费合作杜印製 (-先開讀背面之注意事項再塡寫本百) •訂· •緣· 22. 如申請專利範圍第16項之薄膜糸统,其中該棰可在 薄膜表面之兩端建立逆流流態的方法包括一個不可 麻透的障壁物,其偽將薄膜沿著其縱向的外表面S 入。 2 3 .如申請專利範圍第1 6項之薄膜条統,其中該表面的 -35- 2〇1^03 AT B7 C7 D7 六、申範ffl 孔隙度大於0 . 5 χ 。 2 4 .如申請專利範圍第2 3項之薄膜糸統 孔隙度 為0 . 5 %到5 %或更高之間。 2 5 .如申請專利範圍第1 6項之薄膜糸統 統包括一種複合的薄膜糸統。 26.如申請專利範圍第25項之薄膜糸統 由聚Μ所構成。 27..如申諳專利範圍第16項之薄膜糸統 統包括一種不對稱的薄膜糸統 其中該表面的 其中該薄膜糸 其中該基板傜 其中該薄膜糸 (-先聞請背面之?±意事項再填寫本百) 訂· 經濟部中央櫺苹局S工消費合作社印51 •綠· 36 - 本紙張尺度適川'1,ffl W家標::M CNS) 'P 4说格(2丨Ο X 297公兌)
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