專利名稱：一種中空纖維膜氣體分離教學(xué)實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及學(xué)習(xí)用教具，特別提供了一種中空纖維膜氣體分離教學(xué)實驗裝置。
膜分離技術(shù)是近幾十年發(fā)展起來的新興學(xué)科，由于其在各個領(lǐng)域，特別是在氣體分離領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，許多教學(xué)單位都開設(shè)了膜分離技術(shù)的有關(guān)課程，但是至今還沒有可以方便、直觀、形象地展示氣體膜分離過程和原理的教具面世，給膜技術(shù)教學(xué)帶來一定困難。
本實用新型的目的在于提供一種中空纖維膜氣體分離教學(xué)實驗裝置，其可以方便、直觀、形象地展示氣體膜分離過程和原理，解決教學(xué)中遇到的難題。
本實用新型提供了一種中空纖維膜氣體分離教學(xué)實驗裝置，由空氣壓縮機(1)、空氣過濾器(2)、精密過濾器(3)、熱交換器(4)、膜分離器(5)、測氧儀(6)及聯(lián)接管線構(gòu)成，其特征在于空氣壓縮機(1)、空氣過濾器(2)、精密過濾器(3)、熱交換器(4)、膜分離器(5)進(jìn)氣口(51)由管線順序串接；膜分離器(5)的富氧氣出口(52)通過富氧取樣閥(16)與富氧取樣口(19)相連；膜分離器(5)的富氮氣出口(53)通過富氮調(diào)節(jié)閥(13)、富氮取樣閥(15)與富氮取樣口(18)相連；校正口(17)通過校正閥(14)接入進(jìn)氣閥(12)與熱交換器(4)之間管線；富氧取樣口(19)、富氮取樣口(18)、校正口(17)、測氧儀入口(20)安置在空間上相鄰近的位置；測氧儀入口(20)與測氧儀(6)、測樣流量計(10)順序相連；空氣壓縮機(1)與空氣過濾器(2)之間接放空調(diào)壓閥(11)；膜分離器(5)的富氧氣出口(52)接富氧流量計(8)；富氧調(diào)節(jié)閥(13)、富氮取樣閥(15)管線間聯(lián)富氮流量計(9)；上述所有部件均裸露安置于板面(21)和框架(22)之上；中空纖維膜分離器(5)是透明管外殼。
此外，本實用新型中膜分離器(5)采用雙封頭內(nèi)壓結(jié)構(gòu)。
本實用新型中空纖維膜氣體分離裝置可作為教學(xué)儀器向?qū)W生實驗演示和闡明膜法氣體分離的過程和原理。為了方便、直觀、形象地展示氣體膜分離過程和原理，本裝置采用敞開式結(jié)構(gòu)，不設(shè)整機外殼，所有部件都直接排列在板面和框架上，每個部件的位置和管路走向都可一目了然。同時本裝置采用的中空纖維膜分離器是透明管外殼，可以清楚地看見中空纖維在分離器內(nèi)的形態(tài)。
以下結(jié)合附圖通過實施例詳述本實用新型。
附


圖1為中空纖維膜氣體分離裝置實物后視圖。
附圖2為中空纖維膜氣體分離裝置結(jié)構(gòu)原理圖。
附圖3為中空纖維膜氣體分離器結(jié)構(gòu)圖。
實施例如
圖1所示，中空纖維膜氣體分離教學(xué)實驗裝置，所有部件均裸露安置于面板(21)和框架(22)上，其連接如圖2所示，其特征在于空氣壓縮機(1)、空氣過濾器(2)、精密過濾器(3)、熱交換器(4)、膜分離器(5)進(jìn)氣口(51)由管線順序串接；膜分離器(5)的富氧氣出口(52)通過富氧取樣閥(16)與富氧取樣口(19)相連；膜分離器(5)的富氮氣出口(53)通過富氮調(diào)節(jié)閥(13)、富氮取樣閥(15)與富氮取樣口(18)相連；校正口(17)通過校正閥(14)接入進(jìn)氣閥(12)與熱交換器(4)之間管線；富氧取樣口(19)、富氮取樣口(18)、校正口(17)、測氧儀入口(20)安置在空間口相鄰近的位置；測氧儀入口(20)與測氧儀(6)、測樣流量計(10)順序相連；空氣壓縮機(1)與空氣過濾器(2)之間接放空調(diào)壓閥(11)；膜分離器(5)的富氧氣出口(52)接富氧流量計(8)；富氧調(diào)節(jié)閥(13)，富氮取樣閥(15)管線間聯(lián)富氮流量計(9)；中空纖維膜分離器(5)是透明管外殼。
本裝置采用空氣為進(jìn)氣原料?？諝庠诘厍蛏洗嬖诘钠毡樾?，使本裝置極為方便地獲得原料氣，只要運轉(zhuǎn)一臺空氣壓縮機(1)即可。本裝置用粗細(xì)兩個空氣過濾器(2)(3)和一個熱交換器(4)作為空氣進(jìn)入膜分離器前的預(yù)處理過程-原料氣的凈化和調(diào)溫過程。膜分離器由若干中空纖維膜組成，采用雙封頭內(nèi)壓式結(jié)構(gòu)。膜分離器結(jié)構(gòu)見圖3。空氣進(jìn)入膜分離器(5)后，從中空纖維膜的內(nèi)腔流過，并在壓力差的推動下透過中空纖維膜?？諝庵械难踅M份較快地透過中空纖維膜，空氣中的氮組份較慢地透過中空纖維膜。透過中空纖維膜的氣體在中空纖維膜外形成滲透氣，即富氧氣體。未透過中空纖維膜而繼續(xù)從中空纖維膜內(nèi)腔流過的氣體成為尾氣，即富氮氣體。滲透氣流量用流量計(8)測得，尾氣流重用流量計(9)測得。本裝置用一臺測氧儀(6)測示滲透氣和尾氣中的氧濃度。從尾氣出口(18)取樣測得的是富氮中的氧濃度，從滲透氣出口(19)取樣測得的是富氧中的氧濃度。那么富氮氣中的氮濃度可以簡單地以(100％-富氮中的氧濃度％)表示。
本裝置通過閥(11)和閥(13)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流量和壓力。閥(14)(15)(16)為取樣閥，通過閥(14)的出口(17)取空氣樣以校正測氧儀。
通過改交不同的操作參數(shù)溫度t，壓力p，流量Q和濃度c可以在本裝置上測到不同的氣體分離結(jié)果。如，在一定溫度和壓力下，改變進(jìn)氣流量，可以得到富氮氣流量和濃度的關(guān)系，也可以改變溫度和壓力測得富氮或富氧濃度與流量的關(guān)系等。
如果改變氣源，本裝置可以進(jìn)行其它混合氣體的分離實驗，如H2/N2、H2/CO、CO2/N2等。
此外，本裝置也可以直接作為小型富氮機或小型富氧機使用。
通過對本裝置的演示操作可以加深學(xué)生對氣體膜分離的原理和過程的認(rèn)識和理解。
例如，用前述流程組裝的中空纖維膜氣體分離實驗裝置長130cm，高45cm，寬35cm，可以方便地置于實驗臺上演示操作。此裝置采用一根φ30×1000mm透明外殼中空纖維膜分離器，其氧透量為8.8×10-6cm3/cm2·s·cmHg。分離系數(shù)為6(0.5MPa,14℃下操作)。用此裝置進(jìn)行0.6MPa和0.5MPa(13.5℃)下的操作實驗，數(shù)據(jù)如下壓力 富氮氣 富氧氣 富氮氣中 富氧氣中 溫度流量流量氧濃度氧濃度P(MPa) Q(mh) Q(mh)C(0％)C(0％)T(℃)0.6 0.052 0.1171.6 31.0 13.50.6 0.080.1153.5 34.1 13.50.6 0.140.12 6.8 38.6 13.50.6 0.2 0.1238.9 40.8 13.50.6 0.4 0.13 12.8 44.6 13.5壓力 富氮氣富氧氣 富氮氣中 富氧氣中 溫度流量 流量氧濃度氧濃度P(MPa) Q(mh) Q(mh)C(0％)C(0％)T(℃)0.50.04 0.0971.5 30.3 13.50.50.07 0.1 3.7 34.0 13.50.50.12 0.12 6.8 37.6 13.50.50.17 0.1029.0 40.1 13.50.50.32 0.10313.2 43.7 13.5
從以上數(shù)據(jù)可以看出壓力對富氮和富氧流量的影響，流量對富氮和富氧濃度的影響等。對不同實驗?zāi)康模梢栽诒狙b置允許的范圍內(nèi)自由調(diào)整操作參數(shù)，以得到不同的實驗結(jié)果。
權(quán)利要求1．一種中空纖維膜氣體分離教學(xué)實驗裝置，由空氣壓縮機(1)、空氣過濾器(2)、精密過濾器(3)、熱交換器(4)、膜分離器(5)、測氧儀(6)及聯(lián)接管線構(gòu)成，其特征在于空氣壓縮機(1)、空氣過濾器(2)、精密過濾器(3)、熱交換器(4)、膜分離器(5)進(jìn)氣口(51)由管線順序串接；膜分離器(5)的富氧氣出口(52)通過富氧取樣閥(16)與富氧取樣口(19)相連；膜分離器(5)的富氮氣出口(53)通過富氮調(diào)節(jié)閥(13)、富氮取樣閥(15)與富氮取樣口(18)相連；校正口(17)通過校正閥(14)接入進(jìn)氣閥(12)與熱交換器(4)之間管線；富氧取樣口(19)、富氮取樣口(18)、校正口(17)、測氧儀入口(20)安置在空間上相鄰近的位置；測氧儀入口(20)與測氧儀(6)、測樣流量計(10)順序相連；空氣壓縮機(1)與空氣過濾器(2)之間接放空調(diào)壓閥(11)；膜分離器(5)的富氧氣出口(52)接富氧流量計(8)；富氧調(diào)節(jié)閥(13)，富氮取樣閥(15)管線間聯(lián)富氮流量計(9)；上進(jìn)所有部件均裸露安置于板面(21)和框架(22)之上；中空纖維膜分離器(5)是透明管外殼。
2．按權(quán)利要求1所述中空纖維膜氣體分離教學(xué)實驗裝置，其特征在于膜分離器(5)采用雙封頭內(nèi)壓結(jié)構(gòu)。
專利摘要一種中空纖維膜氣體分離教學(xué)實驗裝置,其特征在于:空氣壓縮機、空氣過濾器、精密過濾器、熱交換器、膜分離器進(jìn)氣口由管線順序串接;膜分離器的富氧氣出口通過富氧取樣閥與富氧取樣口相連;膜分離器的富氮氣出口通過富氮調(diào)節(jié)閥、富氮取樣閥與富氮取樣口相連;校正口通過校正閥接入進(jìn)氣閥與熱交換器之間管線;測氧儀入口與測氧儀、測樣流量計順序相連;所有部件均裸露安置于板面和框架之上;中空纖維膜分離器是透明管外殼。本實用新型可以方便、直觀、形象地展示氣體膜分離過程和原理,解決教學(xué)中遇到的難題。
文檔編號G09B25/02GK2328067SQ9823779
公開日1999年7月7日 申請日期1998年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月29日
發(fā)明者馬廟江, 王秀義, 楊慶良, 劉欽 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所