专利名称：一种中空纤维复合膜分离器漏丝检测方法
技术领域：
本发明涉及膜分离技术。它提供了一种中空纤维复合膜分离器漏丝或涂层不完全的检测方法。此方法用仪器如色谱仪或测氧仪等分析渗透气成份，可以准确、快速地检测出漏丝或涂层不完全的中空纤维膜，提高复合膜分离器的气体分离系数。
气体分离膜是分离气体的一种膜技术。自1979年以来，Monsanto公司使气体膜分离第一次工业化以来，气体膜分离已经有了很大发展，在膜分离过程中已占有相当重要比例。早期膜渗透系数小，渗透率低，使得膜过程费用高。而且还有一个不利条件，就是参透率高的高聚物其选择性差；反之，渗透率低的高聚物，其选择性好。大多数玻璃态的高聚物对气体都具有高的渗透率系数，所以他们对气体分离很有用。也容易纺成具有低的孔隙率(小于0.01％)的非对称中空纤维。但是这些中空纤维对气体分离来说实在是太多孔了，所以不能用。如果还想利用这些玻璃态的高聚物，那么就要试着使中空纤维的孔隙率非常低(小于10-7％)或者试着把中空纤维表面的孔阻住。在底膜上涂上一层膜材料，使膜的渗透系数减小一些，选择性并不减少。Monsanto公司曾提出具有历史意义的概念″阻力复合膜″，把硅橡胶用真空涂层的方法，涂在非对称高分予底膜上，以修补高分予底膜上的缺陷。由于硅橡胶的气体渗透率大，所以这种复合膜的分离性能主要取决于非对称底膜。由于非对称底膜的致密层极薄，因此渗透系数较原来的均质膜有很大幅度提高，可以满足工业化的需要。迄今为止，气体膜分离已在许多方面应用，如从合成氨尾气中回收氢气，从空气中分离氧、氮或二氧化碳，从天然气中分离氦等。
中空纤维气体膜分离器一般结构如
图1所示，中空纤维束一端是开口的，原料气走壳程，渗透气走丝程，这时中空纤维能承受较高的压力。由于在制做中空纤维复合膜的过程中，会产生涂层不完全或漏丝的地方。这样，非对称底膜表面上的某些缺陷未得到修补，会使整个膜分离器分离性能大大降低。
以前检测漏丝的方法是整个分离器测量。就是分别用两种纯气体对膜分离器测量气体流量Q1、Q2，然后用公式J=Q/A·Δp·t,α=J1/J2来计算两种气体的分离系数。如果气体的分离系数太低，则该分离器无法达到希望的分离效果，一根分离器就报废。比如对于氮氧分离器来说，如果氮氢气体分离系数αH2/N2=3.9，这样的分离系数太低，往往无法满足要求。如果分离器中的中空纤维涂层不完全，多孔性支持膜直接与气体接触。表面涂层的中空纤维膜是阻力复合膜，与多孔膜的特性不同，阻力复合膜的底膜的表面孔隙率在比较宽的范围内(＜10-4％)都有比较高的气体分离系效。而普通多孔膜的孔隙率如果大于10-7％，该膜的气体分离系数就会降到很小的值。因此，存在漏丝或者涂层不完全的中空纤维膜的分离器就会明显降低整个分离器的气体分离系数。
本发明的目的在于提供一种中空纤维复合膜分离器的检测法，其可以检测出分离器中某根丝的涂层情况，并借对该漏丝的处理提高分离器产品的合格率。
本发明提供了一种中空纤维复合膜分离器漏丝检测方法，其特征在于将待分离的混合气体压缩作为原料气送入膜分离器，在参透气侧逐一取1根或2～5根丝的渗透气进行气体分离分析，如果渗透气中快气(混合气体中渗透率大的气体)浓度相对其它中空纤维的浓度低，可以断定这根或这些中空丝维必有漏丝。
气体膜分离机理是溶解--扩散机理，根据此机理，气体分离系数小的膜，其渗透气中快气的浓度也小。而且根据中空纤维膜N2-H2分离器分离过程的数学模型，得到yo=β-β2-4(P2/P1)(α-1)α·Xo2(P2/P1)(α-1)]]>其中P1--原料气压力，MPaP2--渗透气压力，MPayo--渗透气中H2浓度xo--原料气中H2浓度β=(α-1)(xo+P2/P1)+1从上公式也可以看出随着α(气体分离系数)的增加，yo值也逐渐增加，本发明是利用特制的检测头，套住分离器渗透气测一根丝或数根丝，使其内的渗透气进入色谱仪的取样管。根据色谱分析结果，如果快气的浓度明显低于其它根丝时，那么可以断定这根丝必为漏丝或者涂层不完全。用粘合剂如环氧树脂把渗透气出口封住，就可以提高整个分离器的气体分离效果。
本发明不仅适用于复合膜，可以还用在非复合膜由于纺丝过程产生缺陷的检测。
下面结合附图通过实施例详述本发明。
附图1为中空纤维复合膜分离器结构示意图。
附图2为测试H2示意图。
实施例1使氢气/氮气比例为1∶4的混合气体通入硅橡胶/聚砜中空纤维复合膜N2/H2分离器。在渗透气侧测得混合气中氢气的浓度为0.225，由于该浓度很低，因此断定该复合膜分离器必有漏丝。于是在分离器环氧封头一侧，将分离器放上开口法兰，用图2所示取样橡胶头扣住一根丝。测得某些中空纤维渗透气中如的含量只有0.20，于是断定这些丝为漏丝。用环氧树脂把这些丝的渗透气出口封住。然后再测分离器整个分离效果，测得渗透气中H2的含量为0.378。
实施例2用聚醚砜复合中空纤维膜制成富氧膜分离器，使压缩空气通入该中空纤维复合膜分离器。在渗透气侧测得混合气中氧气的浓度为0.21，由于该浓度很低，因此断定该复合膜分离器必有漏丝。于是在分离器环氧封头一侧，将分离器换上开口法兰，用图2所示取样头扣住一根丝。测得某些中空纤维渗透气中O2的含量只有0.181，于是断定这些丝为漏丝。用环氧树脂把这些丝的渗透气出口封住。然后再测分离器整个分离效果，测得渗透气中O2的含量为0.308。
权利要求
1．一种中空纤维复合膜分离器漏丝检测方法，其特征在于将待分离的混合气体压缩作为原料气送入膜分离器，在渗透气侧逐一取1根或2～5根丝的渗透气进行气体分离分析，如果渗透气中快气(混合气体中参透率大的气体)浓度相对其它中空纤维的浓度低，可以断定这根或这些中空丝维必有漏丝。
全文摘要
一种中空纤维复合膜分离器漏丝检测方法,将待分离的混合气体压缩作为原料气送入膜分离器,在渗透气侧逐一取1根或2～5根丝的渗透气进行气体分离分析,如果渗透气中快气(混合气体中渗透率大的气体)浓度相对其它中空纤维的浓度低,可以断定这根或这些中空纤维必有漏丝。本发明可以检测出分离器中某根丝的涂层情况,并借对该漏丝的处理提高分离器产品的合格率。
文档编号B01D65/00GK1231940SQ9811391
公开日1999年10月20日 申请日期1998年4月16日 优先权日1998年4月16日
发明者任常青, 赵勇, 刘富强, 邢丹敏, 曹义鸣, 邓麦村 申请人:中国科学院大连化学物理研究所