CN1488419A - 一种膜式气液分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的膜式气液分离装置，包括一筒型贮液室、至少一集气室、至少一疏水膜、至少一亲水膜和集液室，疏水膜装在贮液室和集气室之间，疏水膜和贮液室之间设有气液混合进口，集气室室壁上装有与之相通的排气管；贮液室通过安装在贮液室内或者安装在贮液室内紧靠集液室端部的亲水膜与集液室相连通；集液室室壁上装有排液管；还可包括装在集液室中的伸缩膜；疏水膜和亲水膜均可为平面膜，其透孔孔径为0－1000，厚度为0.1－0.4mm；疏水膜和亲水膜也均可为中空管状，内径为1－1.5mm.，外径为1.5－3mm；本气液分离装置可有效地解决电泳仪，尤其是空间电泳仪电极循环回路中气体－液体的分离问题，保证电泳仪正常运行，且具有体积小，重量轻其安装位置不受重力的影响等优点。
Description
发明领域
本发明属膜分离技术领域，特别是涉及一种膜式气液分离装置。
背景技术
电泳仪特别是空间电泳仪在使用的过程中，正、负电极液循环回路内因电解作用，在电极附近会产生气体(阴极产生氢气，阳极产生氧气)，所产生的气体与液相工质(缓冲液)需要进行分离，否则，气体会在循环回路中积聚而形成气堵，破坏电泳分离过程的正常进行。因此，电泳仪特别是空间电泳仪在使用的过程中，必须解决其气-液分离问题，以确保电泳仪特别是空间电泳仪的正常工作。
由于重力的作用，在地面上使用的电泳仪中的气-液分离问题容易解决，而对于空间电泳仪在使用的过程中存在的气-液分离问题，目前，国外未见公开报道；国内有些单位用纤维膜方法进行工质的分离的研究，如水的过滤和纯化装置，目的是过滤、分离工质中的杂质和细菌。但是这种分离大都是针对气-气工质或液-液工质的分离研究和生产的。对于气-液的分离，尤其是可用于空间微重力环境下的气液分离器，尚无人研究。
另外，在其它一些领域，如油田中的油气分离，磁流体推进中的海水-气分离等，都需要一种气液分离装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用纤维膜，能有效地进行气体和液体分离的膜式气液分离装置，以有效地解决电泳仪，尤其是空间电泳仪电极循环回路中气体-液体的分离，保证电泳仪的正常运行。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的膜式气液分离装置，其特征在于，该膜式气液分离装置包括一筒型贮液室3、至少一集气室1、至少一疏水膜2、至少一亲水膜4和集液室5；所述疏水膜2安装在贮液室3和集气室1之间，疏水膜2和贮液室3之间设有气液混合进口6，集气室1室壁上安装有与之相通的排气管11；所述贮液室3通过安装在贮液室3内或者安装在贮液室3内紧靠集液室5端部的亲水膜4与集液室5相连通；集液室5室壁上安装有排液管51；所述疏水膜2为平面纤维疏水膜，其疏水膜的透孔孔径为
厚度为0.1-0.4mm；所述疏水膜2通过第一环形板21安装在贮液室3和集气室1之间，所述第一环形板21的一侧侧面上均匀分布有环形沟槽，疏水膜2贴在第一环型板21有环形沟槽的侧面上，第一环形板21侧壁上设有与第一环型板(21)的环形沟槽相连通的气液混合进入口6；所述疏水膜2为直管式或U型管式中空管状纤维疏水膜管束，其疏水膜的透孔孔径为
该中空管状纤维疏水膜管的内径为1-1.5mm.，外径为1.5-3mm；所述直管式或U型管式中空管状纤维疏水膜管束包括20-100根直管式或U型管式中空管状纤维疏水膜管；所述亲水膜4为平面纤维亲水膜，其亲水膜的透孔孔径为
厚度为0.1-0.4mm.；所述亲水膜4通过横截面上带有小孔的第二环型板41被安装在贮液室3中紧靠集液室5的端部，第二环型板41上均匀分布有小通孔；所述亲水膜2为直管式或U型管式中空管状纤维疏水膜管束，与贮液室3同轴向安装在贮液室3中，其亲水膜的透孔孔径为
该中空管状纤维疏水膜管的内径为1.1.5mm.，外径为1.5-3mm.；所述直管式或U型管式中空管状纤维亲水膜管束包括20-100根直管式或U型管式中空管状纤维亲水膜管；所述的疏水膜2为聚偏氟乙烯膜、聚丙烯膜或聚四氟乙烯膜；所述的亲水膜为二醋酸纤维素膜，聚砜膜或聚丙烯晴膜；本发明提供的膜式气液分离装置还可进一步包括安装在集液室5中的伸缩膜12。
本发明提供的膜式气液分离装置具有以下优点：该膜式气液分离装置可有效地解决电泳仪，尤其是空间电泳仪电极循环回路中气体-液体的分离问题，保证电泳仪的正常运行，而且具有体积小，重量轻(干重小于400克)，工作压力小于2个大气压，其安装位置不受重力的影响等优点。
附图说明
附图1为本发明(平面疏水膜和平面亲水膜单气室)的结构示意图；
附图2为本发明(两级平面疏水膜、双气室和中空管状亲水膜)的结构示意图；
附图3为第一环型板21的结构示意图；
附图4为第二环型板41的结构示意图；
附图5为直管式中空管状纤维亲水膜4或直管式中空管状纤维疏水膜2的结构示意图；
其中，集气室1 疏水膜2 贮液室3
亲水膜4 集液室5 气液混合进入口6
第一环型板21 排气管11 排液管51
伸缩膜12 第二环型板41 气液混合进入管61
集气室1A 集气室1B
具体实施方式
图1和图2分别为本发明的实施例结构示意图，由图1和图2可知，本发明提供的膜式气液分离装置包括一筒型贮液室3、至少一集气室1、至少一疏水膜2、至少一亲水膜4和集液室5，疏水膜2安装在贮液室3和集气室1之间，疏水膜2和贮液室3之间设有气液混合进口6，集气室1室壁上安装有与之相通的排气管11；贮液室3通过安装在贮液室3内或者安装在贮液室3内紧靠集液室5端部的亲水膜4与集液室5相连通；集液室5室壁上安装有排液管51；所述疏水膜2为平面纤维疏水膜，其疏水膜的透孔孔径为
厚度为0.1-0.4mm；疏水膜2通过第一环形板21安装在贮液室3和集气室1之间，第二环形板21的一侧侧面上均匀分布有环形沟槽，疏水膜2贴在第一环型板21有环形沟槽的侧面上，第一环形板21侧壁上设有与第一环型板21的环形沟槽相连通的气液混合进入口6；所述疏水膜2为直管式或U型管式中空管状纤维疏水膜管束，其疏水膜的透孔孔径为
该中空管状纤维疏水膜管的内径为1.1.5mm.，外径为1.5-3mm；所述直管式或U型管式中空管状纤维疏水膜管束包括20-100根直管式或U型管式中空管状纤维疏水膜管；所述亲水膜4为平面纤维亲水膜，其亲水膜的透孔孔径为
厚度为0.1-0.4mm.；所述亲水膜4通过横截面上带有小孔的第二环型板41被安装在贮液室3中紧靠集液室5的端部，第二环型板41上均匀分布有小通孔；所述亲水膜2为直管式或U型管式中空管状纤维疏水膜管束，与贮液室3同轴向安装在贮液室3中，其亲水膜的透孔孔径为
该中空管状纤维疏水膜管的内径为1-1.5mm.，外径为1.5-3mm；所述直管式或U型管式中空管状纤维亲水膜管束包括20-100根直管式或U型管式中空管状纤维亲水膜管；所述的疏水膜2为聚偏氟乙烯膜、聚丙烯膜或聚四氟乙烯膜；所述的亲水膜为二醋酸纤维素膜，聚砜膜或聚丙烯晴膜；为了防止工作过程中贮液室压力增高，与大气压力起一个平衡作用，本发明提供的膜式气液分离装置可进一步包括垂向安装在集液室5中的伸缩膜12。
在图1的实施例中，疏水膜2为由聚偏氟乙烯(或聚丙烯或聚四氟乙烯)制做的平面纤维疏水膜，其透孔孔径为
(当然也可为
或
通过第一环形板21安装在贮液室3和集气室1之间，第一环形板21的一侧侧面上均匀分布有环形沟槽，疏水膜2贴在第一环型板21有环形沟槽的侧面上，第一环形板21侧壁上设有与第一环型板21的环形沟槽相连通的气液混合进入口6，气液混合进入口6上安装有气液混合进入管61；亲水膜4为由二醋酸纤维素(或聚砜或聚丙烯晴)制做的平面纤维亲水膜，其透孔孔径为
(当然也可为
或
通过横截面上带有小孔的第二环型板41被安装在贮液室3中紧靠集液室5的端部；在集液室5中还可安装一垂向放置的伸缩膜12(图中未示出)。使用时，将本发明的膜式气液分离装置通过驱动泵接入电泳仪中分离室的电极室，与电极室构成流体循环回路；流入贮液室3的气液混合物，由于疏水膜的作用，其中的气体透过疏水膜2进入集气室1并通过排气管11排出；而去除了气体的液体流经亲水膜而从排液管51排出。由此即把水气混合的两相流体变成为水的单相流体，即可获得不含气的流体；对于闭环流动系统，必须同时采用疏水膜和亲水膜，才能实现把两相流变为单相流的气液分离过程。方法是使水气混合的两相流体先流经疏水膜，把气体分离出去；然后，再流经亲水膜(只能透过水)，以获得只有单相(水)的流体，从而实现气液的分离。
图2所示为一种由两级平面疏水膜、双气室和一级中空管状亲水膜构成的膜式气液分离装置；其结构是：集气室1B的上端设有排气口11，疏水膜2通过第一环形板21安装在贮液室3和集气室1之间，第一环形板21的一侧侧面上均匀分布有环形沟槽，疏水膜2贴在第一环型板21有环形沟槽的侧面上，第一环形板21侧壁上设有与第一环型板21的环形沟槽相连通的气液混合进入口6；亲水膜4为直管式中空管状纤维疏水膜管束(也可为U型管式)，其具体结构见图5，与贮液室3同轴向安装在贮液室3中，其亲水膜的透孔孔径为
该中空管状纤维疏水膜管的内径为1-1.5mm.，外径为1.5-3mm；所述直管式中空管状纤维亲水膜管束包括20-100根直管式或U型管式中空管状纤维亲水膜管；集液室5的上端室壁上安装有排液管51。图3为第一环型板21的结构示意图，图4为第二环型板41的结构示意图，由图可知，第一环型板21的一侧侧面上设有均匀分布的环形沟槽，气液混合进入口6与该环形沟槽相通：第二环型板41的侧面上设有均匀分布的小通孔。
其工作过程是：
气液混合物从气液混合进入口6进入到右边的第一环形板21，通过在第一环形板21上的圆环沟槽被疏水膜2吸附，渗透而分离；余下的流体进入第二环形板41再次使混合液中的气体得到进一步的分离；分离了气体后的流体流向贮液室3，通过贮液室3内的亲水纤维中空管束，由管外向管内渗透，经亲水纤维管束后流出的流体是不含气体的液体。
所述疏水膜可以是平面膜，也可以用中空纤维膜；膜材料可以是聚偏氟乙烯膜、聚丙烯膜或聚四氟乙烯膜；亲水膜也可用平面膜或中空纤维膜；膜材料可以是二醋酸纤维素，聚砜或聚丙烯晴；膜的微孔直径在
范围；平面膜的厚度可在0.1～0.4mm范围内选择；中空纤维管的内径为1～1.5mm，外径1.5～3mm。
实际上，本发明的膜式气液分离装置可有下列七种组合形式，可卧式安装，也可垂直安装：
A.平面疏水膜(单集气室)+平面亲水膜；
B.单级平面疏水膜(单集气室)+直管式中空纤维亲水膜；
C.中空纤维疏水膜(单集气室)+直管式中空纤维亲水膜(可以是同心圆结构，也可采用套筒式结构)；
D.单级平面疏水膜(单集气室)+U型管式中空纤维亲水膜；
E.多级(两级)平面疏水膜(双集气室)+U型管式中空纤维亲水膜；
F.多级(两级)平面疏水膜(双集气室)+直管式中空纤维亲水膜；
G.两级平面疏水膜(单集气室)+直管式中空纤维亲水膜。
Claims (14)
1、一种膜式气液分离装置，其特征在于，该膜式气液分离装置包括一筒型贮液室(3)、至少一集气室(1)、至少一疏水膜(2)、至少一亲水膜(4)和集液室(5)，所述疏水膜(2)安装在贮液室(3)和集气室(1)之间，疏水膜(2)和贮液室(3)之间设有气液混合进口(6)，集气室(1)室壁上安装有与之相通的排气管(11)；所述贮液室(3)通过安装在贮液室(3)内或者安装在贮液室(3)内紧靠集液室(5)端部的亲水膜(4)与集液室(5)相连通；集液室(5)室壁上安装有排液管(51)。
2、按权利要求1所述的膜式气液分离装置，其特征在于，所述疏水膜(2)为平面纤维疏水膜，其疏水膜的透孔孔径为
厚度为0.1-0.4mm。
3、按权利要求2所述的膜式气液分离装置，其特征在于，所述疏水膜(2)通过第一环形板(21)安装在贮液室(3)和集气室(1)之间，所述第一环形板(21)的一侧侧面上均匀分布有环形沟槽，疏水膜(2)贴在第一环型板(21)有环形沟槽的侧面上，第一环形板(21)侧壁上设有与第一环型板(21)的环形沟槽相连通的气液混合进入口(6)。
4、按权利要求1所述的膜式气液分离装置，其特征在于，所述疏水膜(2)为直管式或U型管式中空管状纤维疏水膜管束，其疏水膜的透孔孔径为
该中空管状纤维疏水膜管的内径为1-1.5mm.，外径为1.5-3mm。
5、按权利要求4所述的膜式气液分离装置，其特征在于，所述直管式或U型管式中空管状纤维疏水膜管束包括20-100根直管式或U型管式中空管状纤维疏水膜管。
6、按权利要求1所述的膜式气液分离装置，其特征在于，所述亲水膜(4)为平面纤维亲水膜，其亲水膜的透孔孔径为
厚度为0.1-0.4mm.。
7、按权利要求6所述的膜式气液分离装置，其特征在于，所述亲水膜(4)通过横截面上带有小孔的第二环型板(41)被安装在贮液室(3)中紧靠集液室(5)的端部，第二环型板(41)上均匀分布有小通孔。
8．按权利要求1所述的膜式气液分离装置，其特征在于，所述亲水膜(2)为直管式或U型管式中空管状纤维疏水膜管束，与贮液室(3)同轴向安装在贮液室(3)中，其亲水膜的透孔孔径为
该中空管状纤维疏水膜管的内径为1-1.5mm.，外径为1.5-3mm。
9、按权利要求8所述的膜式气液分离装置，其特征在于，所述直管式或U型管式中空管状纤维亲水膜管束包括20-100根直管式或U型管式中空管状纤维亲水膜管。
10、按权利要求1、2、3、或5所述的膜式气液分离装置，其特征在于，所述的疏水膜(2)为聚偏氟乙烯膜、聚丙烯膜或聚四氟乙烯膜。
11、按权利要求1、6、7、8或9所述的膜式气液分离装置，其特征在于，所述的亲水膜为二醋酸纤维素膜，聚砜膜或聚丙烯晴膜。
12、按权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的膜式气液分离装置，还进一步包括安装在集液室(5)中的伸缩膜(12)。
13、按权利要求10所述的膜式气液分离装置，还进一步包括安装在集液室(5)中的伸缩膜(12)。
14、按权利要求11所述的膜式气液分离装置，还进一步包括安装在集液室(5)中的伸缩膜(12)。
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