專利名稱：一種對膜分離性能進(jìn)行測試的裝置、系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體膜分離性能測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種對膜分離性能進(jìn)行測試的裝置、系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
氣體膜分離技術(shù)始于20世紀(jì)后半期，是一項新型氣體分離技術(shù)。與傳統(tǒng)分離技術(shù)如低溫蒸餾法和深冷吸附法相比，它具有分離效率高、設(shè)備緊湊、能耗較低、操作方便、投資較少等特點，是世界各國特別關(guān)注的高新技術(shù)領(lǐng)域中研究開發(fā)的重點之一。特別是中空纖維氣體分離膜(簡稱中空纖維膜)在石油、天然氣、化工等領(lǐng)域的應(yīng)用，使其成為國家科技和工業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志之一。氣體膜分離技術(shù)的基本原理是根據(jù)混合氣體中各組分在壓力推動下透過膜的傳遞速率不同，從而達(dá)到分離的目的。膜材料的化學(xué)性質(zhì)和膜的結(jié)構(gòu)對膜的分離性能有著決定性的影響，而膜分離性能的表征就需要有與之相應(yīng)的裝置及測試方法?，F(xiàn)有技術(shù)中大多采用排水法或氣體滲透速率儀對膜分離性能進(jìn)行測試。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中采用排水法對膜分離性能進(jìn)行測試的系統(tǒng)示意圖。該測試系統(tǒng)包括氣源裝置、測膜裝置和檢測裝置。氣源裝置由純氣鋼瓶(1、2)、過濾減壓閥(3、幻和手動球閥(4、6)構(gòu)成，純氣鋼瓶(1、2)中的氣體分別是快氣和慢氣(快氣為兩種氣體中動力學(xué)直徑較小的氣體，慢氣為兩種氣體中動力學(xué)直徑較大的氣體)。8是測膜裝置，檢測裝置由進(jìn)氣閥12、水槽13和量筒14構(gòu)成。滲余側(cè)氣體由集氣瓶11收集。通過調(diào)節(jié)純氣鋼瓶出口過濾減壓閥的開啟程度控制進(jìn)氣量，首先測試快氣的滲透速率，快氣進(jìn)入測膜裝置后，在膜表面由于物理化學(xué)作用透過膜進(jìn)入到膜的另一側(cè)，然后通過排水法收集氣體，并測量在一定時間t內(nèi)排出的水的體積V。這樣測量3 5次，取其平均值帶入公式(1)中，即為該氣體的滲透速率。與以上步驟相同，測試并計算慢氣的滲透速率。F = V/t · S · P(1)其中F為該氣體的滲透速率m3 · m_2 · r1 · bar'1, S為所測試膜的有效面積m2，P為測膜裝置入口處壓力表7的數(shù)值，表壓bar。兩種純氣體滲透速率的比值即為該膜對這兩種氣體的分離因子α 1/2 α 1/2 = F1A72(2)采用排水法對膜分離性能進(jìn)行測試，實驗結(jié)果較粗略，受人為操作影響較大。且不同水位下測量得到的數(shù)據(jù)不相同，數(shù)據(jù)不精確，不能測量易溶于水的氣體的滲透速率及分離因子。圖2所示為采用氣體滲透速率儀對膜分離性能進(jìn)行測試的系統(tǒng)示意圖。該測試系統(tǒng)包括氣源裝置、測膜裝置和檢測裝置。氣源裝置由純氣鋼瓶(1、2)、過濾減壓閥(3、5)和手動球閥(4、6)構(gòu)成，純氣鋼瓶(1、2)中的氣體分別是快氣和慢氣。8是測膜裝置，檢測裝置由進(jìn)氣閥12、排氣閥13和氣體滲透速率儀14構(gòu)成。滲余側(cè)氣體由集氣瓶11收集。通過調(diào)節(jié)純氣鋼瓶出口過濾減壓閥的開啟程度控制進(jìn)氣量，首先測試快氣的滲透速率，快氣進(jìn)入測膜裝置后，在膜表面由于物理化學(xué)作用透過膜進(jìn)入到膜的另一側(cè)，然后通過氣體滲透速率儀，測量在一定時間t內(nèi)通過的氣體體積V。這樣測量3 5次，取其平均值帶入公式 (1)中，即為該氣體的滲透速率。與以上步驟相同，測試并計算慢氣的滲透速率。兩種純氣體滲透速率的比值即為該膜對這兩種氣體的分離因子α。采用氣體滲透速率儀對膜分離性能進(jìn)行測試時，測試系統(tǒng)對氣體流量、壓力及純度要求嚴(yán)格，且氣體滲透速率儀價格昂貴。采用排水法和氣體滲透速率儀對膜分離性能進(jìn)行測試所采用的氣源均要求是待分離氣體各組分的純氣體，測試完畢后利用外推法分別計算各個純氣體的滲透速率，快氣和慢氣滲透速率相比得到分離膜的分離因子。測試方法繁瑣且純氣體測量和混合氣體測量的結(jié)果是有較大差異的，純氣體測量忽略了混合氣體中不同氣體分子之間的相互作用，混合氣體分子在分離膜表面及分離膜內(nèi)部的作用力是不同于純氣體的，無論排水法和氣體滲透速率儀法如何改進(jìn)，也不能避免由此造成的結(jié)果誤差?，F(xiàn)有技術(shù)中對中空纖維膜分離性能的測試，需將中空纖維膜制作成膜組件，然后再將膜組件安裝在測膜裝置上，最后將測膜裝置連接到膜分離性能測試系統(tǒng)中進(jìn)行分離性能的測試?，F(xiàn)有測膜裝置大多采用圖3所示裝置，該裝置由測試端頭1、樹脂2、膜殼3和中空纖維膜4四部分構(gòu)成。樹脂2、膜殼3和中空纖維膜4構(gòu)成膜組件，膜組件和測試端頭1 即構(gòu)成現(xiàn)有多數(shù)采用的測膜裝置。在將測膜裝置連接到膜分離性能測試系統(tǒng)中進(jìn)行分離性能測試時，具體測試過程如下膜組件為內(nèi)壓式時，原料氣通過膜組件一端面處的通孔進(jìn)入中空纖維膜膜絲內(nèi)，流過膜絲內(nèi)壁，從膜組件另一端面處的通孔處流出。用管路將膜殼兩側(cè)的短管連接到一根總管路上，滲透氣則通過膜殼兩側(cè)短管處引出，從總管路流出；膜組件為外壓式時，原料氣通過膜殼一側(cè)短管處進(jìn)入，由膜殼另一側(cè)短管處流出。用管路將膜組件兩端連接到一根總管路上，滲透氣則通過膜殼兩端通孔弓I出，從總管路流出。從上述測試過程可以看出，現(xiàn)有技術(shù)對中空纖維膜分離性能的測試存在以下缺陷膜分離性能測試完畢后，一般會將膜組件廢棄，待測膜和膜殼不可重復(fù)利用，或者將膜組件膜殼兩端的樹脂鑿出以再次利用膜殼進(jìn)行測試，因此一個膜殼一般只能測試一支中空纖維膜，造成人力、物力及時間的浪費。原料氣為待測組分的純氣體，導(dǎo)致實驗結(jié)果和實際分離過程的結(jié)果產(chǎn)生較大誤差，且不能連續(xù)進(jìn)樣、分析，測試結(jié)果不準(zhǔn)確，測試時間較長等問題。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種對膜分離性能進(jìn)行測試的裝置、系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有測膜裝置中，待測膜和膜殼不可重復(fù)利用，一次測膜數(shù)量有限導(dǎo)致測試效率低下，原料氣為待測組分的純氣體，導(dǎo)致實驗結(jié)果和實際分離過程的結(jié)果產(chǎn)生較大誤差，且不能連續(xù)進(jìn)樣、分析，測試結(jié)果不準(zhǔn)確，測試時間較長等問題。(二)技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種對膜分離性能進(jìn)行測試的測膜裝置，該裝置包括一膜組件以及套設(shè)于該膜組件外側(cè)的膜殼，該膜組件由所述待測膜、與所述待測膜兩端固結(jié)的兩個硬管構(gòu)成。上述方案中，所述膜組件兩端具有氣體進(jìn)出該膜組件的通孔，該通孔位于與所述待測膜兩端固結(jié)的兩個硬管的端面處，構(gòu)成所述待測膜的每根中空纖維膜絲均有一個貫通上下兩端硬管端面的通孔。上述方案中，所述測膜裝置包括膜組件、膜殼及密封膜組件和膜殼的卡緊套21、卡緊柱22、卡緊托23、第一橡膠圈M和第二橡膠圈25;其中，卡緊套21、卡緊柱22、卡緊托23、 第一橡膠圈M和第二橡膠圈25分別有兩個，安裝于膜殼上下兩端，且上下兩端的安裝方法一致；其中，第一橡膠圈M位于膜殼上頂端和卡緊托23之間，卡緊托23和膜殼之間通過螺紋連接并且利用第一橡膠圈24進(jìn)行密封；第二橡膠圈25位于卡緊托中部的圓錐形凹槽處； 將卡緊柱22套在卡緊套21中，卡緊套22內(nèi)壁有螺紋與卡緊托23外壁螺紋進(jìn)行連接。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種對膜分離性能進(jìn)行測試的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括氣源裝置、測膜裝置和檢測裝置，其中氣源裝置，用于向測膜裝置提供測膜分離性能所需的原料氣和吹掃氣，以及向檢測裝置提供載氣；測膜裝置，用于將氣源裝置提供的原料氣通過自身的待測膜進(jìn)行滲透，并收集透過膜的滲透氣，且通過氣源裝置提供的吹掃氣將滲透氣帶走，提供給檢測裝置；檢測裝置，用于測試和計算測膜裝置提供的滲透氣的滲透速率，并計算得到膜對原料氣各組分的分離因子，完成對膜分離性能的測試。上述方案中，所述氣源裝置包括原料氣1、吹掃氣2、載氣3、第一過濾減壓閥4、第二過濾減壓閥7、第三過濾減壓閥10、第一氣體流量計5、第二氣體流量計9、第三氣體流量計15、第一壓力表12、第二壓力表14、氣體加濕罐6、換熱器8、油水分離器11和尾氣排放瓶 16，其中原料氣1通過第一過濾減壓閥4后經(jīng)第一氣體流量計5測量氣體流量，并經(jīng)氣體加濕罐6加濕后，進(jìn)入換熱器8進(jìn)行換熱，然后進(jìn)入油水分離器11將多余的水分排除掉，接著通過第一壓力表12進(jìn)入測膜裝置13 ；吹掃氣2經(jīng)第二過濾減壓閥7減壓過濾及第二氣體流量計9流量測量后進(jìn)入測膜裝置13 ；載氣3經(jīng)第三過濾減壓閥10后進(jìn)入檢測裝置17 ； 從所述測膜裝置排出的滲余氣體依次通過第二壓力表14和第三氣體流量計15后進(jìn)入尾氣排放瓶16。上述方案中，所述第一氣體流量計5和所述第三氣體流量計15的測量范圍為 0. 1 3L/min，所述第二氣體流量計9的測量范圍為0. 01 2L/min，所述第一壓力表12和所述第二壓力表14的測量范圍0 lOMPa。上述方案中，所述檢測裝置為氣相色譜儀。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種對膜分離性能進(jìn)行測試的方法，該方法包括氣源裝置向測膜裝置提供測試待測膜分離性能所需的原料氣和吹掃氣，并向檢測裝置提供載氣；測膜裝置將氣源裝置提供的原料氣通過自身的待測膜進(jìn)行滲透，并收集透過膜的滲透氣，且通過氣源裝置提供的吹掃氣將滲透氣帶走，提供給檢測裝置；檢測裝置測試和計算測膜裝置提供的滲透氣的滲透速率，并計算得到膜對原料氣各組分的分離因子，完成對膜分離性能的測試。
上述方案中，所述氣源裝置向測膜裝置提供測試待測膜分離性能所需的原料氣和吹掃氣，包括原料氣1通過第一過濾減壓閥4后經(jīng)第一氣體流量計5測量氣體流量，并經(jīng)氣體加濕罐6加濕后，進(jìn)入換熱器8進(jìn)行換熱，然后進(jìn)入油水分離器11將多余的水分排除掉，接著通過第一壓力表12進(jìn)入測膜裝置13 ；吹掃氣2經(jīng)第二過濾減壓閥7減壓過濾及第二氣體流量計9流量測量后進(jìn)入測膜裝置13。上述方案中，所述測膜裝置將氣源裝置提供的原料氣通過自身的待測膜進(jìn)行滲透，并收集透過膜的滲透氣，且通過氣源裝置提供的吹掃氣將滲透氣帶走，提供給檢測裝置，包括所述測膜裝置將氣源裝置提供的原料氣通過測膜裝置內(nèi)的待測膜進(jìn)行滲透后，原料氣經(jīng)待測膜濃縮后的滲余氣通過測膜裝置收集后進(jìn)入到尾氣收集瓶內(nèi)，然后通過氣源裝置提供的吹掃氣將透過待測膜表面的滲透氣從測膜裝置中帶走后，進(jìn)入到檢測裝置；所述檢測裝置測試和計算測膜裝置提供的滲透氣的滲透速率，并計算膜對原料氣各組分的分離因子，包括測膜裝置采用連續(xù)進(jìn)樣方式向檢測裝置提供滲透氣；檢測裝置根據(jù)該滲透氣計算所測原料氣中兩個組分的峰面積，并計算所測原料氣中兩個組分的滲透速率F1和F2, 二者比值即為所測膜對該原料氣的分離因子α 1/2。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、利用本發(fā)明，氣源裝置采用混合氣作為氣源進(jìn)行測試，大大接近于現(xiàn)實氣體運行環(huán)境，且氣源種類不限；測膜裝置能夠?qū)?nèi)壓式或外壓式中空纖維分離膜的分離性能進(jìn)行測試，一次可以同時測試多支膜組件；檢測裝置采用氣相色譜儀進(jìn)行測試，可以連續(xù)進(jìn)樣分析，從而能夠不間斷地測試膜在各個壓力下的分離性能，測試方法相對簡單，結(jié)果較精確。2、本發(fā)明采用的測膜裝置，制作方法簡單，使測試效率得到提高，測試完畢后無需將樹脂鑿出即可再利用膜殼，一次可以同時測試不同數(shù)量的內(nèi)壓式或外壓式膜組件，澆鑄及安裝方法也較之簡單，且膜組件可以重復(fù)利用。本發(fā)明采用的測膜裝置還可用于水處理用分離膜分離性能的測試。3、本發(fā)明在膜殼和待測試分離膜中間加入硬管，使得膜殼和膜組件可以分離，不用澆鑄在一起，膜殼可以重復(fù)利用，降低測試成本。在膜殼兩端設(shè)置卡緊柱和卡緊套，用于將膜組件卡緊，卡緊托中間有圓錐形凹槽，槽內(nèi)有密封圈，使膜組件和膜殼很好密封。4、本發(fā)明采用混合氣作為原料氣源，檢測裝置采用氣相色譜儀進(jìn)行分析，可連續(xù)進(jìn)樣，實驗結(jié)果較精確。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中采用排水法對膜分離性能進(jìn)行測試的系統(tǒng)示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中采用氣體滲透速率儀對膜分離性能進(jìn)行測試的系統(tǒng)示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)中測膜裝置的示意圖；圖4是本發(fā)明提供的對膜分離性能進(jìn)行測試的系統(tǒng)示意圖；圖5是本發(fā)明提供的對膜分離性能進(jìn)行測試的系統(tǒng)中測膜裝置的示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖4所示，圖4是本發(fā)明提供的對膜分離性能進(jìn)行測試的系統(tǒng)示意圖，該系統(tǒng)包括氣源裝置、測膜裝置和檢測裝置，其中，氣源裝置用于向測膜裝置提供測試待測膜分離性能的原料氣和吹掃氣，以及向檢測裝置提供載氣；測膜裝置用于將氣源裝置提供的原料氣通過自身的待測膜進(jìn)行滲透收集透過膜的滲透氣，并通過氣源裝置提供的吹掃氣將滲透氣帶走，提供給檢測裝置；檢測裝置用于測試和計算測膜裝置提供的滲透氣的滲透速率，并計算得到膜對原料氣各組分的分離因子，實現(xiàn)對膜分離性能的測試。檢測裝置在本發(fā)明中一般采用氣相色譜儀。測試前先用氣相色譜分別測試快氣、 慢氣的標(biāo)樣(已知含量)，得到色譜圖，然后計算機計算色譜圖的峰面積。在測試過程中得到的快氣和慢氣的色譜圖的峰面積與標(biāo)樣的峰面積比值乘以標(biāo)樣的含量即為所測試快氣和慢氣的含量，得到的快氣和慢氣的含量除以峰面積對應(yīng)的時間和進(jìn)料氣壓力，即得到滲透速率值。氣源裝置包括原料氣1、吹掃氣2、載氣3、第一過濾減壓閥4、第二過濾減壓閥7、 第三過濾減壓閥10、第一氣體流量計5、第二氣體流量計9、第三氣體流量計15、第一壓力表 12、第二壓力表14、氣體加濕罐6、換熱器8、油水分離器11和尾氣排放瓶16。其中，原料氣 1通過第一過濾減壓閥4后經(jīng)第一氣體流量計5測量氣體流量，并經(jīng)氣體加濕罐6加濕后， 進(jìn)入換熱器8進(jìn)行換熱，然后進(jìn)入油水分離器11將多余的水分排除掉，接著通過第一壓力表12進(jìn)入測膜裝置13。吹掃氣2經(jīng)第二過濾減壓閥7減壓過濾及第二氣體流量計9流量測量后進(jìn)入測膜裝置13。載氣3經(jīng)第三過濾減壓閥10后進(jìn)入檢測裝置17。從所述測膜裝置排出的滲余氣體依次通過第二壓力表14和第三氣體流量計15后進(jìn)入尾氣排放瓶16。第一氣體流量計5和所述第三氣體流量計15的測量范圍為0. 1 3L/min，所述第二氣體流量計9的測量范圍為0. 01 2L/min，所述第一壓力表12和所述第二壓力表14 的測量范圍0 lOMPa。載氣3的流量應(yīng)滿足檢測裝置17的用氣要求。原料氣1的純度、溫度、流量、壓力和濕度均應(yīng)在所測分離膜要求的范圍內(nèi)。該系統(tǒng)所有連接管路均為316L不銹鋼材質(zhì)，以防止管路生銹及被腐蝕。原料氣、吹掃氣可以采用鋼瓶氣，若鋼瓶氣不能達(dá)到純度要求，需在氣瓶出口連接氣體過濾裝置，以達(dá)到所需純度要求。溫度及濕度均有傳感器及控制器從而達(dá)到顯示及調(diào)節(jié)溫濕度的目的。測膜裝置前后均有壓力表，通過觀察前后壓差數(shù)值的變化， 判斷所測膜是否超過了安全極限。該系統(tǒng)中將測膜裝置13的快氣出氣口和檢測裝置17直接連接起來，避免重新取樣造成誤差。通過流量計對膜的進(jìn)出氣流量進(jìn)行測試，通過檢測裝置17分析各個峰面積， 可以得到分離膜滲透氣的構(gòu)成及各成分的比例，進(jìn)而計算出滲透速率和分離因子。膜組件為內(nèi)壓式時，原料氣進(jìn)出口為測膜裝置13左右兩端，滲透氣從膜殼上側(cè)短管處引出，吹掃氣從膜殼下側(cè)短管處進(jìn)入，將滲透氣從膜殼上側(cè)短管處帶出；膜組件為外壓式時，進(jìn)出口連接方式與內(nèi)壓式膜組件相反。膜殼兩側(cè)的短管內(nèi)壁有螺紋，可以連接不同型號的氣動接頭、快插等緊固件，膜組件兩封端需用快插或卡箍連接。整套測膜裝置可以豎直或水平放置。圖5是本發(fā)明提供的對膜分離性能進(jìn)行測試的系統(tǒng)中測試裝置的示意圖，該測膜裝置包括一膜組件以及套設(shè)于該膜組件外側(cè)的膜殼，該膜組件由所述待測膜、與所述待測膜兩端固結(jié)的兩個硬管構(gòu)成。膜組件兩端具有氣體進(jìn)出該膜組件的通孔，該通孔位于與所述待測膜兩端固結(jié)的兩個硬管的端面處，構(gòu)成所述待測膜的每根中空纖維膜絲均有一個貫通上下兩端硬管端面的通孔。測膜裝置還包括用于密封該膜組件的卡緊套21、卡緊柱22、卡緊托23、第一橡膠圈M和第二橡膠圈25 ；其中，卡緊套21、卡緊柱22、卡緊托23、第一橡膠圈M和第二橡膠圈25分別有兩個，安裝于膜殼上下兩端，且上下兩端的安裝方法一致；其中，第一橡膠圈M 位于膜殼上頂端和卡緊托23之間，卡緊托23和膜殼之間通過螺紋連接并且利用第一橡膠圈M進(jìn)行密封；第二橡膠圈25位于卡緊托中部的圓錐形凹槽處；將卡緊柱22套在卡緊套 21中，卡緊套22內(nèi)壁有螺紋與卡緊托23外壁螺紋進(jìn)行連接。膜組件的兩端分別通過卡緊套21、卡緊柱22、卡緊托23、第一橡膠圈M和第二橡膠圈25進(jìn)行密封，其中，卡緊托23內(nèi)壁有螺紋和膜殼頂端螺紋連接，通過第一橡膠圈M將兩者密封；卡緊柱22套在卡緊套21 內(nèi)，卡緊套21內(nèi)壁有螺紋與卡緊托23外壁螺紋連接，并通過旋緊卡緊套21，卡緊柱22擠壓第二橡膠圈25，從而將卡緊柱22、卡緊套21和卡緊托23三者密封連接。膜組件采用以下方法制作而成。首先，在中空纖維膜兩端斷面處涂上硅橡膠，目的是將斷面處開孔堵住防止樹脂進(jìn)入中空纖維膜絲內(nèi)腔。然后將兩段一定長度直徑為 Φ6πιπι Φ 12mm的尼龍硬管間隔一定距離豎直放置，并用雙面膠將該兩段硬管底部端面和水平試驗臺粘接在一起，將一定比例的樹脂從兩端硬管上端面倒入硬管中，最后將中空纖維膜由該兩段硬管上端面插入到兩段硬管底部，待樹脂固化后將硬管封頭靠近底端面2cm 處切除，得到膜組件。中空纖維膜長度需保證兩封端能夠被膜測試裝置卡緊托上的橡膠圈卡住。制作好的膜組件安裝在測膜裝置上，用橡膠圈套在膜組件兩封端，放入到卡緊托中心孔中，然后用卡緊柱壓緊后，將卡緊套與卡緊托擰緊后，即安裝完畢。橡膠圈必須有足夠的厚度(Icm左右)，以保證膜組件兩端與卡緊托的密封性。然后就可以將測膜裝置連接到膜分離性能測試系統(tǒng)中進(jìn)行分離性能的測試?；趫D4和圖5所示的對膜分離性能進(jìn)行測試的系統(tǒng)及裝置，本發(fā)明還提供了一種對膜分離性能進(jìn)行測試的方法，該方法包括以下步驟步驟1 氣源裝置向測膜裝置提供測試待測膜分離性能所需的原料氣和吹掃氣， 并向檢測裝置提供載氣；步驟2 測膜裝置將氣源裝置提供的原料氣通過自身的待測膜進(jìn)行滲透收集透過膜的滲透氣，并通過氣源裝置提供的吹掃氣將滲透氣帶走，提供給檢測裝置；步驟3 檢測裝置測試和計算測膜裝置提供的滲透氣的滲透速率，并計算得到膜對原料氣各組分的分離因子，完成對膜分離性能的測試。其中，氣源裝置向測膜裝置提供測試待測膜分離性能所需的原料氣和吹掃氣，包括原料氣1通過第一過濾減壓閥4后經(jīng)第一氣體流量計5測量氣體流量，并經(jīng)氣體加濕罐 6加濕后，進(jìn)入換熱器8進(jìn)行換熱，然后進(jìn)入油水分離器11將多余的水分排除掉，接著通過第一壓力表12進(jìn)入測膜裝置13 ；吹掃氣2經(jīng)第二過濾減壓閥7減壓過濾及第二氣體流量計9流量測量后進(jìn)入測膜裝置13。測膜裝置將氣源裝置提供的原料氣通過自身的待測膜進(jìn)行滲透收集透過膜的滲透氣，并通過氣源裝置提供的吹掃氣將滲透氣帶走，提供給檢測裝置，包括所述測膜裝置將氣源裝置提供的原料氣通過測膜裝置內(nèi)的待測膜進(jìn)行滲透后，原料氣經(jīng)待測膜濃縮后的滲余氣通過測膜裝置收集后進(jìn)入到尾氣收集瓶內(nèi)，然后通過氣源裝置提供的吹掃氣將透過待測膜表面的滲透氣從測膜裝置中帶走后，進(jìn)入到檢測裝置。檢測裝置測試和計算測膜裝置提供的滲透氣的滲透速率，并計算膜對原料氣各組分的分離因子，包括測膜裝置采用連續(xù)進(jìn)樣方式向檢測裝置提供滲透氣；檢測裝置根據(jù)該滲透氣計算所測原料氣中兩個組分的峰面積，并計算所測原料氣中兩個組分的滲透速率 F1和F2，二者比值即為所測膜對該混合氣的分離因子α 1/2。下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明還提供的對膜分離性能進(jìn)行測試的方法進(jìn)行詳細(xì)描述。實施例1本實施例按照以下步驟依次完成步驟1 本例中待測膜組件為內(nèi)壓式，膜面積為 40cm2。按照圖4將測膜裝置原料氣進(jìn)出口，滲透氣出口，吹掃氣出口連接到測膜系統(tǒng)中的對應(yīng)位置；步驟2 開啟載氣鋼瓶(本實施例中使用H2，純度達(dá)到99. 999%)，鋼瓶上過濾減壓閥示數(shù)O.OlMPa，打開氣相色譜儀，預(yù)熱1小時；步驟3 加濕罐中加滿水后開啟加濕罐加熱按鈕，調(diào)節(jié)溫度到45°C，直到數(shù)值穩(wěn)定；步驟4 開啟原料氣鋼瓶(本例中使用C02/N2混合氣，二者比例為20 80，純度達(dá)到99.9%)，調(diào)節(jié)進(jìn)料氣流量調(diào)節(jié)閥，至測膜裝置原料氣進(jìn)口前壓力表顯示為0. 05MPa左右，調(diào)節(jié)測膜裝置原料氣出口閥門，至測膜裝置進(jìn)口壓力表顯示為0. IMPa ；步驟5 開啟吹掃氣(本實施例中吹掃氣是C02/N2中的快氣CO2)鋼瓶， 純度達(dá)到99. 9%，調(diào)節(jié)吹掃氣流量至1. 8L/min，待流量計數(shù)值顯示穩(wěn)定；步驟6 設(shè)定氣相色譜儀自動進(jìn)樣5分鐘，開始進(jìn)樣測定，計算機屏幕上出現(xiàn)峰譜圖，利用氣相色譜儀配套軟件計算峰面積，進(jìn)而分別計算出CO2和N2的滲透速率Fc02O. 258m3 · m_2 · h-1 · bar—1和Fn2 = 0. 005m3 ·πΓ2 -r1 ^baf1, 二者比值即為本例中中空纖維膜對C02/N2混合氣的分離因子α C02/
權(quán)利要求
1.一種對膜分離性能進(jìn)行測試的測膜裝置，其特征在于，該裝置包括一膜組件以及套設(shè)于該膜組件外側(cè)的膜殼，該膜組件由所述待測膜、與所述待測膜兩端固結(jié)的兩個硬管構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對膜分離性能進(jìn)行測試的測膜裝置，其特征在于，所述膜組件兩端具有氣體進(jìn)出該膜組件的通孔，該通孔位于與所述待測膜兩端固結(jié)的兩個硬管的端面處，構(gòu)成所述待測膜的每根中空纖維膜絲均有一個貫通上下兩端硬管端面的通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對膜分離性能進(jìn)行測試的測膜裝置，其特征在于，所述測膜裝置包括膜組件、膜殼及密封膜組件和膜殼的卡緊套(21)、卡緊柱(22)、卡緊托(23)、第一橡膠圈04)和第二橡膠圈05)；其中，卡緊套(21)、卡緊柱(22)、卡緊托(23)、第一橡膠圈04)和第二橡膠圈05)分別有兩個，安裝于膜殼上下兩端，且上下兩端的安裝方法一致；其中，第一橡膠圈04)位于膜殼上頂端和卡緊托之間，卡緊托和膜殼之間通過螺紋連接并且利用第一橡膠圈04)進(jìn)行密封；第二橡膠圈0 位于卡緊托中部的圓錐形凹槽處；將卡緊柱0 套在卡緊套中，卡緊套0 內(nèi)壁有螺紋與卡緊托外壁螺紋進(jìn)行連接。
4.一種對膜分離性能進(jìn)行測試的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括氣源裝置、測膜裝置和檢測裝置，其中氣源裝置，用于向測膜裝置提供測膜分離性能所需的原料氣和吹掃氣，以及向檢測裝置提供載氣；測膜裝置，用于將氣源裝置提供的原料氣通過自身的待測膜進(jìn)行滲透，并收集透過膜的滲透氣，且通過氣源裝置提供的吹掃氣將滲透氣帶走，提供給檢測裝置；檢測裝置，用于測試和計算測膜裝置提供的滲透氣的滲透速率，并計算得到膜對原料氣各組分的分離因子，完成對膜分離性能的測試。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的對膜分離性能進(jìn)行測試的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣源裝置包括原料氣(1)、吹掃氣( 、載氣C3)、第一過濾減壓閥W)、第二過濾減壓閥(7)、第三過濾減壓閥(10)、第一氣體流量計( 、第二氣體流量計(9)、第三氣體流量計(1 、第一壓力表 (12)、第二壓力表(14)、氣體加濕罐(6)、換熱器(8)、油水分離器(11)和尾氣排放瓶(16)， 其中原料氣(1)通過第一過濾減壓閥(4)后經(jīng)第一氣體流量計( 測量氣體流量，并經(jīng)氣體加濕罐(6)加濕后，進(jìn)入換熱器(8)進(jìn)行換熱，然后進(jìn)入油水分離器(11)將多余的水分排除掉，接著通過第一壓力表(1 進(jìn)入測膜裝置(13)；吹掃氣( 經(jīng)第二過濾減壓閥(7)減壓過濾及第二氣體流量計(9)流量測量后進(jìn)入測膜裝置(13)；載氣(3)經(jīng)第三過濾減壓閥(10)后進(jìn)入檢測裝置(17)；從所述測膜裝置排出的滲余氣體依次通過第二壓力表(14)和第三氣體流量計(15)后進(jìn)入尾氣排放瓶(16)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的對膜分離性能進(jìn)行測試的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一氣體流量計(5)和所述第三氣體流量計(15)的測量范圍為0. 1 3L/min，所述第二氣體流量計 (9)的測量范圍為0. 01 2L/min，所述第一壓力表(12)和所述第二壓力表(14)的測量范圍 O lOMPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對膜分離性能進(jìn)行測試的系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測裝置為氣相色譜儀。
8.一種對膜分離性能進(jìn)行測試的方法，應(yīng)用于權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，該方法包括氣源裝置向測膜裝置提供測試待測膜分離性能所需的原料氣和吹掃氣，并向檢測裝置提供載氣；測膜裝置將氣源裝置提供的原料氣通過自身的待測膜進(jìn)行滲透，并收集透過膜的滲透氣，且通過氣源裝置提供的吹掃氣將滲透氣帶走，提供給檢測裝置；檢測裝置測試和計算測膜裝置提供的滲透氣的滲透速率，并計算得到膜對原料氣各組分的分離因子，完成對膜分離性能的測試。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的對膜分離性能進(jìn)行測試的方法，其特征在于，所述氣源裝置向測膜裝置提供測試待測膜分離性能所需的原料氣和吹掃氣，包括原料氣(1)通過第一過濾減壓閥(4)后經(jīng)第一氣體流量計( 測量氣體流量，并經(jīng)氣體加濕罐(6)加濕后，進(jìn)入換熱器(8)進(jìn)行換熱，然后進(jìn)入油水分離器(11)將多余的水分排除掉，接著通過第一壓力表(1 進(jìn)入測膜裝置(13)；吹掃氣( 經(jīng)第二過濾減壓閥(7)減壓過濾及第二氣體流量計(9)流量測量后進(jìn)入測膜裝置(13)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的對膜分離性能進(jìn)行測試的方法，其特征在于，所述測膜裝置將氣源裝置提供的原料氣通過自身的待測膜進(jìn)行滲透，并收集透過膜的滲透氣，且通過氣源裝置提供的吹掃氣將滲透氣帶走，提供給檢測裝置，包括所述測膜裝置將氣源裝置提供的原料氣通過測膜裝置內(nèi)的待測膜進(jìn)行滲透后，原料氣經(jīng)待測膜濃縮后的滲余氣通過測膜裝置收集后進(jìn)入到尾氣收集瓶內(nèi)，然后通過氣源裝置提供的吹掃氣將透過待測膜表面的滲透氣從測膜裝置中帶走后，進(jìn)入到檢測裝置；所述檢測裝置測試和計算測膜裝置提供的滲透氣的滲透速率，并計算膜對原料氣各組分的分離因子，包括測膜裝置采用連續(xù)進(jìn)樣方式向檢測裝置提供滲透氣；檢測裝置根據(jù)該滲透氣計算所測原料氣中兩個組分的峰面積，并計算所測原料氣中兩個組分的滲透速率 F1和F2，二者比值即為所測膜對該原料氣的分離因子α 1/2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對膜分離性能進(jìn)行測試的裝置、系統(tǒng)及方法。該裝置包括一膜組件以及套設(shè)于該膜組件外側(cè)的膜殼，該膜組件由待測膜、與所述待測膜兩端固結(jié)的兩個硬管構(gòu)成。該系統(tǒng)包括氣源裝置、測膜裝置和檢測裝置。氣源裝置用于向測膜裝置提供測膜分離性能所需的原料氣和吹掃氣；測膜裝置，將原料氣通過自身的待測膜進(jìn)行滲透，并收集透過膜的滲透氣，且通過吹掃氣將滲透氣帶走，提供給檢測裝置；檢測裝置，測試和計算測膜裝置提供的滲透氣的滲透速率，并計算膜對原料氣各組分的分離因子。利用本發(fā)明，解決了待測膜和膜殼不可重復(fù)利用，一次測膜數(shù)量有限導(dǎo)致測試效率低下，實驗結(jié)果和實際分離過程的結(jié)果產(chǎn)生較大誤差，測試結(jié)果不準(zhǔn)確等問題。
文檔編號B01D65/10GK102527245SQ20101060916
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者張硯龍, 徐世義, 李紅賓, 蔡彥 申請人:新奧科技發(fā)展有限公司