气体分离膜渗透率及分离系数测试仪及其测试方法技术

本发明专利技术提供的一种气体分离膜渗透率及分离系数测试仪及其测试方法，能够采用稳态法和非稳态法两种原理，实现气体分离膜对单组分或多组分气体的渗透率和分离系数的测试，同时对于渗透和分离能力较弱的气体进行富集后进行检测，从而提高检测灵敏度。从而提高检测灵敏度。从而提高检测灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
气体分离膜渗透率及分离系数测试仪及其测试方法


[0001]本专利技术涉及气体分离膜测试相关的仪器设备领域，具体涉及一种气体分离膜渗透率及分离系数测试仪及其测试方法。

技术介绍

[0002]气体分离膜的是一种选择性透过膜，其机械强度能保证承受一定的压差的气体分离膜。不同的气体分离膜对不同种类的气体分子的透过率（通过“渗透率”来表征）和选择性（通过“分离系数”来表征）不同，因而可以从气体混合物中选择分离某种气体。如从空气中收集氧，从合成氨尾气中回收氢，从石油裂解的混合气中分离氢、一氧化碳等。所以对气体分离膜的渗透率和分离系数进行评价测试的仪器设备是研究气体分离膜的必要工具。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供的技术方案是：气体分离膜渗透率及分离系数测试仪，其气路结构以气体分离膜为界限分为上下两个部分，即气体分离膜上部气路结构和气体分离膜下部气路结构。
[0004]气体分离膜上部的气路结构包括：第一气源，第二气源，第一质量流量控制器的进气口与第一气源的出气口连接；第二质量流量控制器的进气口与第二气源的出气口连接；所述第一质量流量控制器和第二质量流量控制器的出气口合并到一起与第一四通阀的接口一连接；气体分离膜夹具包括上腔和下腔两个部分，气体分离膜被夹在所述气体分离膜夹具的上腔和下腔中间，所述气体分离膜夹具的上腔和下腔的两端均具有进气口和出气口，所述上腔的进气口与第一四通阀的接口四连接，所述上腔的出气口与第一四通阀的接口三连接；第一压力传感器固定设置在所述第一四通阀的接口四和所述气体分离膜夹具的上腔的进气口的连接管路的支路上；所述第一四通阀的接口二与第二四通阀的接口一连接，所述第二四通阀的接口二与尾气排口连接；气体检测器接口的进气口与第二四通阀的接口四连接，其出气口与尾气排口连接，气体检测器连接在气体检测器接口上。
[0005]气体分离膜下部的气路结构包括可选的两种结构，分别为稳态法气路结构或非稳态法气路结构。
[0006]稳态法气路结构包括：第三质量流量控制器的进气口与第三气源的出气口连接，其出气口与所述气体分离膜夹具的下腔的进气口连接，所述气体分离膜夹具的下腔的出气口与所述第二四通阀的接口三连接，第二压力传感器位置固定设置在所述第三质量流量控制器出气口与所述气体分离膜夹具的下腔的进气口的连接管路的支路上。
[0007]非稳态法气路结构包括：第三质量流量控制器的进气口与第三气源的出气口连接，其出气口与第三四通阀的接口四连接，所述气体分离膜夹具下腔的进气口与气体循环泵的出气口连接；所述气体分离膜夹具下腔的出气口与第三四通阀的接口二连接，所述气体循环泵的进气口与第三四通阀的接口一连接，第二压力传感器固定设置在气体分离膜夹具的下腔的进气口和气体循环泵的连接管路的支路上，所述第三四通阀的接口三与所述第
二四通阀的接口三连接。
[0008]可选的，所述气体分离膜夹具上腔和下腔具有加热功能，可以为气体分离膜加热处理。
[0009]可选的，在所述第一四通阀和第二四通阀之间的连接管路上可安装设置背压阀，所述背压阀的进气口与所述第一四通阀的接口二连接，所述背压阀的出气口与第二四通阀的接口一连接。
[0010]可选的，所述气体分离膜下部的稳态法气路结构中，所述气体分离膜夹具的下腔和所述第二四通阀之间安装冷阱管，其连接方式为：所述冷阱管的进气口与所述气体分离膜夹具的下腔的出气口连接，所述冷阱管的出气口与所述第二四通阀的接口三连接，所述冷阱管置于冷阱杯内，冷阱杯内放入液态制冷剂。
[0011]可选的，所述气体检测器可以是热导检测器、质谱检测器、红外光谱检测器等。
[0012]渗透率及分离系数测试方法是基于气体分离膜渗透率及分离系数测试仪进行测试的方法，该测试方法分为稳态法和非稳态法：方法一，稳态法：稳态法是基于气体分离膜上部的结构和气体分离膜下部可选的两种结构中的稳态法气路结构所组成的测试仪进行的一种测试方法；稳态法测试步骤如下：步骤一S01：气体分离膜活化预处理过程，包括：将面积为S的气体分离膜安装在气体分离膜夹具上，气体分离膜夹具的上腔和下腔给气体分离膜加热，使气体分离膜表面吸附的杂质气体脱附，同时，所述第二质量流量控制器控制第二气源中的吹扫气体以一定流量流出，所述第一四通阀切换为接口一和接口四连通、接口二和接口三连通、接口一和接口二隔绝、接口三和接口四隔绝的状态，从所述第二质量流量控制器流出的吹扫气体经过气体分离膜上端流出；所述第三质量流量控制器控制第三气源中的吹扫气体以一定流量经过气体分离膜下端流出；所述气体分离膜上端和下端流过的吹扫气体将其受热脱附的杂质气体吹走；步骤二S02：气体渗透与分离过程，包括：气体分离膜夹具停止加热使气体分离膜恢复室温，所述第二质量流量控制器关闭，所述第一质量流量控制器控制第一气源中的测试气体以一定流量经过气体分离膜上端流出，该测试气体为混合气体且各组分浓度已知，以下对该混合气体中的某两种组分的渗透率及分离系数测试进行描述，其他组分类似，令该两种组分名称为组分1和组分2，组分1的摩尔浓度为C
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，组分2的摩尔浓度为C
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；此时第一压力传感器记录气体分离膜上端的气体压力为P1；气体分离膜上端的测试气体组分1和组分2经过气体分离膜渗透进入气体分离膜下端，所述第二压力传感器记录气体分离膜下端的压力值为P2；步骤S03：渗透与分离气体检测：所述第三质量流量控制器控制所述第三气源中的气体将从气体分离膜上端渗透到气体分离膜下端的气体吹到气体检测器接口处，所述气体检测器检测流过的气体中组分1的摩尔浓度为C
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，组分2的摩尔浓度为C
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，,检测时长为t时从气体分离膜上端渗透到气体分离膜下端的组分1的气体量为V1组分2的气体量为V2；步骤S04：渗透率及分离系数计算：渗透率计算：渗透率是指单位时间、单位压差、单位气体分离膜（15）横截面积的气
体分离膜（15）上端混合气体中某一组分气体通过渗透的方式进入气体分离膜（15）下端的气体量，计算公式如公式（Ⅰ）所示：（Ⅰ）其中：Q为气体渗透率，单位为：ml/Pa/s/m2；V1为渗透过气体分离膜（15）的组分1的气体量，单位为：ml；P1为气体分离膜（15）上端的气体压力，单位为：Pa；C
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为气体分离膜（15）上端组分1气体摩尔浓度；P2为气体分离膜（15）下端的气体压力，单位为：Pa；C
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为气体分离膜（15）下端组分1气体摩尔浓度；t为开始测试到结束测试的用时，单位为：s；S为气体分离膜（15）横截面积；分离系数计算：组分1对组分2的分离系数计算公式如公式（Ⅱ）所示：（Ⅱ）其中：C
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为气体分离膜上端组分1的摩尔浓度；C
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为气体分离膜下端组分1的摩尔浓度；C
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为气体分离膜上端组分2的摩尔浓度；C
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为气体分离膜下端组分2的摩尔浓度；方法二，非稳态法测试：非稳态法是基于气体分离膜上部的结构和气体分离膜下部可选的两种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.气体分离膜渗透率及分离系数测试仪，其气路结构以气体分离膜（15）为界限分为上下两个部分，即气体分离膜（15）上部气路结构和气体分离膜（15）下部气路结构；气体分离膜（15）上部气路结构包括：第一气源（1），第二气源（2），第一质量流量控制器（4）的进气口与第一气源（1）的出气口连接；第二质量流量控制器（5）的进气口与第二气源（2）的出气口连接；所述第一质量流量控制器（4）和第二质量流量控制器（5）的出气口合并到一起与第一四通阀（8）的接口一（18）连接；气体分离膜夹具（10）包括上腔和下腔两个部分，气体分离膜（15）被夹在所述上腔和下腔中间，所述气体分离膜夹具（10）的上腔和下腔的两端均具有进气口和出气口，所述上腔的进气口与第一四通阀（8）的接口四（21）连接，所述上腔的出气口与第一四通阀（8）的接口三（20）连接；第一压力传感器（9）固定设置在所述第一四通阀（8）的接口四（21）和所述气体分离膜夹具（10）的上腔的进气口的连接管路的支路上；所述第一四通阀（8）的接口二（19）与第二四通阀（12）的接口一（18）连接，所述第二四通阀（12）的接口二（19）与尾气排口连接；气体检测器接口（13）的进气口与第二四通阀（12）的接口四（21）连接，气体检测器接口（13）出气口与尾气排口连接，气体检测器（14）连接在气体检测器接口（13）上；气体分离膜（15）下部的气路结构包括：稳态法气路结构或者非稳态法气路结构；所述稳态法气路结构，包括：第三质量流量控制器（6）的进气口与第三气源（3）的出气口连接，第三质量流量控制器（6）的出气口与所述气体分离膜夹具（10）的下腔的进气口连接，所述气体分离膜夹具（10）的下腔的出气口与所述第二四通阀（12）的接口三（20）连接，第二压力传感器（11）位置固定设置在所述第三质量流量控制器（6）出气口与所述气体分离膜夹具（10）的下腔的进气口的连接管路的支路上；或者，气体分离膜（15）下部的气路结构也可以是所述非稳态法气路结构，包括：第三质量流量控制器（6）的进气口与第三气源（3）的出气口连接，第三质量流量控制器（6）的出气口与第三四通阀（16）的接口四（21）连接，所述气体分离膜夹具（10）下腔的进气口与气体循环泵（17）的出气口连接，所述气体分离膜夹具（10）下腔的出气口与第三四通阀（16）的接口二（19）连接，所述气体循环泵（17）的进气口与第三四通阀（16）的接口一（18）连接，第二压力传感器（11）固定设置在气体分离膜夹具（10）的下腔的进气口和气体循环泵（17）的连接管路的支路上，所述第三四通阀（16）的接口三（20）与所述第二四通阀（12）的接口三（20）连接。2.根据权利要求1所述的气体分离膜渗透率及分离系数测试仪，其特征在于，所述气体分离膜夹具（10）的上腔和下腔具有加热功能，可以为气体分离膜（15）加热处理。3.根据权利要求1所述的气体分离膜渗透率及分离系数测试仪，其特征在于，在所述第一四通阀（8）和第二四通阀（12）之间的连接管路上可安装设置背压阀（7），所述背压阀（7）的进气口与所述第一四通阀（8）的接口二（19）连接，所述背压阀（7）的出气口与第二四通阀（12）的接口一（18）连接。4.根据权利要求1所述的气体分离膜渗透率及分离系数测试仪，其特征在于，所述第一四通阀（8）、第二四通阀（12）、第三四通阀（16）为位于不同位置的三个功能相同的四通阀，均具有四个接口，分别为接口一（18）、接口二（19）、接口三（20）、接口四（21），所述第一四通阀（8）、第二四通阀（12）、第三四通阀（16）有两种连通状态，第一种连通状态为：接口一（18）和接口四（21）连通、接口二（19）和接口三（20）连通、接口一（18）和接口二（19）隔绝、接口三（20）和接口四（21）隔绝；第二种连通状态为：接口一（18）和接口二（19）连通、接口三（20）和接口四（21）连通、接口一（18）和接口四（21）隔绝、接口二（19）和接口三（20）隔绝。
5.根据权利要求1所述的气体分离膜渗透率及分离系数测试仪，其特征在于，所述气体分离膜（15）下部的稳态法气路结构中气体分离膜夹具（10）的下腔和所述第二四通阀（12）之间安装冷阱管（22），其连接方式为：所述冷阱管（22）的进气口与所述气体分离膜夹具（10）的下腔的出气口连接，所述冷阱管（22）的出气口与所述第二四通阀（12）的接口三（20）连接，所述冷阱管（22）置于冷阱杯（23）内，冷阱杯（23）内放入液态制冷剂。6.根据权利要求1所述的气体分离膜渗透率及分离系数测试仪，其特征在于，所述气体分离膜（15）下部的非稳态法气路结构中所述第三四通阀（16）切换为如下连通状态：接口一（18）和接口二（19）连通、接口三（20）和接口四（21）连通、接口一（18）和接口四（21）隔绝、接口二（19）和接口三（20）隔绝，启动气体循环泵（17）可使在由所述气体循环泵（17）、气体分离膜夹具（10）的下腔、第三四通阀（16）及其连接管路构成的封闭空间中的气体循环流动。7.根据权利要求1所述的气体分离膜渗透率及分离系数测试仪，其特征在于，所述气体检测器（14）可以是热导检测器、质谱检测器、红外光谱检测器。8.气体分离膜渗透率及分离系数测试方法，基于权利要求1
‑
6所述的气体分离膜渗透率及分离系数测试仪进行测试，其特征在于，对气体分离膜（15）的渗透率及分离系数进行测试，测试方法分为稳态法和非稳态法，步骤如下：方法一，稳态法：稳态法是基于气体分离膜（15）上部的气路结构和气体分离膜（15）下部的稳态法气路结构组成的测试仪进行的一种测试；稳态法测试步骤如下：步骤一S01：气体分离膜（15）活化预处理，包括：将面积为S的气体分离膜（15）安装在气体分离膜夹具（10）上，气体分离膜夹具（10）的上腔和下腔给气体分离膜（15）加热，使气体分离膜（15）表面吸附的杂质气体脱附，同时，所述第二质量流量控制器（5）控制第二气源（2）中的吹扫气体以一定流量流出，所述第一四通阀（8）切换为接口一（18）和接口四（21）连通、接口二（19）和接口三（20）连通、接口一（18）和接口二（19）隔绝、接口三（20）和接口四（21）隔绝的状态，从所述第二质量流量控制器（5）流出的吹扫气体经过气体分离膜（15）上端流出；所述第三质量流量控制器（6）控制第三气源（3）中的吹扫气体以一定流量经过气体分离膜（15）下端流出；所述气体分离膜（15）上端和下端流过的吹扫气体将其受热脱附的杂质气体吹走；步骤二S02：气体渗透与分离，包括：气体分离膜夹具（10）停止加热使气体分离膜（15）恢复室温，所述第二质量流量控制器（5）关闭，所述第一质量流量控制器（4）控制第一气源（1）中的测试气体以一定流量经过气体分离膜（15）上端流出，该测试气...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳剑峰，
申请(专利权)人：贝士德仪器科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：