专利名称：一种中空纤维膜气体分离教学实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及学习用教具，特别提供了一种中空纤维膜气体分离教学实验装置。
膜分离技术是近几十年发展起来的新兴学科，由于其在各个领域，特别是在气体分离领域的广泛应用，许多教学单位都开设了膜分离技术的有关课程，但是至今还没有可以方便、直观、形象地展示气体膜分离过程和原理的教具面世，给膜技术教学带来一定困难。
本实用新型的目的在于提供一种中空纤维膜气体分离教学实验装置，其可以方便、直观、形象地展示气体膜分离过程和原理，解决教学中遇到的难题。
本实用新型提供了一种中空纤维膜气体分离教学实验装置，由空气压缩机(1)、空气过滤器(2)、精密过滤器(3)、热交换器(4)、膜分离器(5)、测氧仪(6)及联接管线构成，其特征在于空气压缩机(1)、空气过滤器(2)、精密过滤器(3)、热交换器(4)、膜分离器(5)进气口(51)由管线顺序串接；膜分离器(5)的富氧气出口(52)通过富氧取样阀(16)与富氧取样口(19)相连；膜分离器(5)的富氮气出口(53)通过富氮调节阀(13)、富氮取样阀(15)与富氮取样口(18)相连；校正口(17)通过校正阀(14)接入进气阀(12)与热交换器(4)之间管线；富氧取样口(19)、富氮取样口(18)、校正口(17)、测氧仪入口(20)安置在空间上相邻近的位置；测氧仪入口(20)与测氧仪(6)、测样流量计(10)顺序相连；空气压缩机(1)与空气过滤器(2)之间接放空调压阀(11)；膜分离器(5)的富氧气出口(52)接富氧流量计(8)；富氧调节阀(13)、富氮取样阀(15)管线间联富氮流量计(9)；上述所有部件均裸露安置于板面(21)和框架(22)之上；中空纤维膜分离器(5)是透明管外壳。
此外，本实用新型中膜分离器(5)采用双封头内压结构。
本实用新型中空纤维膜气体分离装置可作为教学仪器向学生实验演示和阐明膜法气体分离的过程和原理。为了方便、直观、形象地展示气体膜分离过程和原理，本装置采用敞开式结构，不设整机外壳，所有部件都直接排列在板面和框架上，每个部件的位置和管路走向都可一目了然。同时本装置采用的中空纤维膜分离器是透明管外壳，可以清楚地看见中空纤维在分离器内的形态。
以下结合附图通过实施例详述本实用新型。
附
图1为中空纤维膜气体分离装置实物后视图。
附图2为中空纤维膜气体分离装置结构原理图。
附图3为中空纤维膜气体分离器结构图。
实施例如
图1所示，中空纤维膜气体分离教学实验装置，所有部件均裸露安置于面板(21)和框架(22)上，其连接如图2所示，其特征在于空气压缩机(1)、空气过滤器(2)、精密过滤器(3)、热交换器(4)、膜分离器(5)进气口(51)由管线顺序串接；膜分离器(5)的富氧气出口(52)通过富氧取样阀(16)与富氧取样口(19)相连；膜分离器(5)的富氮气出口(53)通过富氮调节阀(13)、富氮取样阀(15)与富氮取样口(18)相连；校正口(17)通过校正阀(14)接入进气阀(12)与热交换器(4)之间管线；富氧取样口(19)、富氮取样口(18)、校正口(17)、测氧仪入口(20)安置在空间口相邻近的位置；测氧仪入口(20)与测氧仪(6)、测样流量计(10)顺序相连；空气压缩机(1)与空气过滤器(2)之间接放空调压阀(11)；膜分离器(5)的富氧气出口(52)接富氧流量计(8)；富氧调节阀(13)，富氮取样阀(15)管线间联富氮流量计(9)；中空纤维膜分离器(5)是透明管外壳。
本装置采用空气为进气原料。空气在地球上存在的普遍性，使本装置极为方便地获得原料气，只要运转一台空气压缩机(1)即可。本装置用粗细两个空气过滤器(2)(3)和一个热交换器(4)作为空气进入膜分离器前的预处理过程-原料气的净化和调温过程。膜分离器由若干中空纤维膜组成，采用双封头内压式结构。膜分离器结构见图3。空气进入膜分离器(5)后，从中空纤维膜的内腔流过，并在压力差的推动下透过中空纤维膜。空气中的氧组份较快地透过中空纤维膜，空气中的氮组份较慢地透过中空纤维膜。透过中空纤维膜的气体在中空纤维膜外形成渗透气，即富氧气体。未透过中空纤维膜而继续从中空纤维膜内腔流过的气体成为尾气，即富氮气体。渗透气流量用流量计(8)测得，尾气流重用流量计(9)测得。本装置用一台测氧仪(6)测示渗透气和尾气中的氧浓度。从尾气出口(18)取样测得的是富氮中的氧浓度，从渗透气出口(19)取样测得的是富氧中的氧浓度。那么富氮气中的氮浓度可以简单地以(100％-富氮中的氧浓度％)表示。
本装置通过阀(11)和阀(13)调节系统的流量和压力。阀(14)(15)(16)为取样阀，通过阀(14)的出口(17)取空气样以校正测氧仪。
通过改交不同的操作参数温度t，压力p，流量Q和浓度c可以在本装置上测到不同的气体分离结果。如，在一定温度和压力下，改变进气流量，可以得到富氮气流量和浓度的关系，也可以改变温度和压力测得富氮或富氧浓度与流量的关系等。
如果改变气源，本装置可以进行其它混合气体的分离实验，如H2/N2、H2/CO、CO2/N2等。
此外，本装置也可以直接作为小型富氮机或小型富氧机使用。
通过对本装置的演示操作可以加深学生对气体膜分离的原理和过程的认识和理解。
例如，用前述流程组装的中空纤维膜气体分离实验装置长130cm，高45cm，宽35cm，可以方便地置于实验台上演示操作。此装置采用一根φ30×1000mm透明外壳中空纤维膜分离器，其氧透量为8.8×10-6cm3/cm2·s·cmHg。分离系数为6(0.5MPa,14℃下操作)。用此装置进行0.6MPa和0.5MPa(13.5℃)下的操作实验，数据如下压力 富氮气 富氧气 富氮气中 富氧气中 温度流量流量氧浓度氧浓度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压力 富氮气富氧气 富氮气中 富氧气中 温度流量 流量氧浓度氧浓度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
从以上数据可以看出压力对富氮和富氧流量的影响，流量对富氮和富氧浓度的影响等。对不同实验目的，可以在本装置允许的范围内自由调整操作参数，以得到不同的实验结果。
权利要求1．一种中空纤维膜气体分离教学实验装置，由空气压缩机(1)、空气过滤器(2)、精密过滤器(3)、热交换器(4)、膜分离器(5)、测氧仪(6)及联接管线构成，其特征在于空气压缩机(1)、空气过滤器(2)、精密过滤器(3)、热交换器(4)、膜分离器(5)进气口(51)由管线顺序串接；膜分离器(5)的富氧气出口(52)通过富氧取样阀(16)与富氧取样口(19)相连；膜分离器(5)的富氮气出口(53)通过富氮调节阀(13)、富氮取样阀(15)与富氮取样口(18)相连；校正口(17)通过校正阀(14)接入进气阀(12)与热交换器(4)之间管线；富氧取样口(19)、富氮取样口(18)、校正口(17)、测氧仪入口(20)安置在空间上相邻近的位置；测氧仪入口(20)与测氧仪(6)、测样流量计(10)顺序相连；空气压缩机(1)与空气过滤器(2)之间接放空调压阀(11)；膜分离器(5)的富氧气出口(52)接富氧流量计(8)；富氧调节阀(13)，富氮取样阀(15)管线间联富氮流量计(9)；上进所有部件均裸露安置于板面(21)和框架(22)之上；中空纤维膜分离器(5)是透明管外壳。
2．按权利要求1所述中空纤维膜气体分离教学实验装置，其特征在于膜分离器(5)采用双封头内压结构。
专利摘要一种中空纤维膜气体分离教学实验装置,其特征在于:空气压缩机、空气过滤器、精密过滤器、热交换器、膜分离器进气口由管线顺序串接;膜分离器的富氧气出口通过富氧取样阀与富氧取样口相连;膜分离器的富氮气出口通过富氮调节阀、富氮取样阀与富氮取样口相连;校正口通过校正阀接入进气阀与热交换器之间管线;测氧仪入口与测氧仪、测样流量计顺序相连;所有部件均裸露安置于板面和框架之上;中空纤维膜分离器是透明管外壳。本实用新型可以方便、直观、形象地展示气体膜分离过程和原理,解决教学中遇到的难题。
文档编号G09B25/02GK2328067SQ9823779
公开日1999年7月7日 申请日期1998年5月29日 优先权日1998年5月29日
发明者马庙江, 王秀义, 杨庆良, 刘钦 申请人:中国科学院大连化学物理研究所