專利名稱：一種應(yīng)用中空纖維膜干燥技術(shù)的膜空氣分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種應(yīng)用中空纖維膜干燥技術(shù)的膜空氣分離裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種制氮系統(tǒng)，主要用于空氣分離領(lǐng)域，具體地說，涉及一種 應(yīng)用中空纖維膜干燥技術(shù)的膜空氣分離裝置。
背景技術(shù)：
[0002]膜分離技術(shù)是上世紀(jì)末國際上新興的一種高科技分離技術(shù)。膜分離技術(shù)系利用具 有特殊選擇分離性的有機(jī)高分子或無機(jī)材料，形成不同形態(tài)結(jié)構(gòu)的膜，在一定驅(qū)動力作用 下，使雙元或多元組份因透過膜的速率不同而達(dá)到分離或特定組份富集的目的。[0003]氣體膜分離是利用有些高分子材料，對某些氣體組分具有選擇性滲透和擴(kuò)散的特 性，將這些材料制成超細(xì)的中空纖維，并制成內(nèi)部裝有中空纖維束的分離膜件，可用于氣體 分離或純化的目的。[0004]氣體干燥膜正是利用某種高分子材料，對壓縮空氣中的水分具有選擇性滲透和擴(kuò) 散的特性，將這種材料制成的膜分離組件用于壓縮空氣的干燥凈化。當(dāng)含有大量氣態(tài)水分 的壓縮空氣經(jīng)過這種干燥膜件時，水分很快從膜纖維材料的壁面上進(jìn)行滲透與擴(kuò)散，水分 從膜纖維材料的低壓側(cè)被排出，而壓縮空氣中的氧氣及氮?dú)獾冉M分，由于其從這種高分子 纖維材料中滲透的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水分，而未被滲透出來，從而從中空纖維膜件的另一端輸 出，獲得所需要的干燥壓縮空氣。[0005]當(dāng)經(jīng)干燥膜凈化后的空氣流經(jīng)空氣分離膜時，這種中空纖維材料又對壓縮空氣中 的氧氮?dú)怏w組分具有選擇性滲透和擴(kuò)散的特性，氧氣被首先滲透和擴(kuò)散出來，而氮?dú)鉂B透 和擴(kuò)散性慢于氧氣。因而當(dāng)經(jīng)過預(yù)先干燥的壓縮空氣進(jìn)入這種空氣分離膜時，氧氣被分離 出來，氮?dú)鈩t作為產(chǎn)品輸出。[0006]由于這種中空纖維只有人類頭發(fā)絲相當(dāng)?shù)奈⑿≈睆剑蚨鴮嚎s空氣的凈化具有 很高的要求。不僅不能含有機(jī)械雜質(zhì)，還必須保證空氣具有一定的干燥度，以提高空氣分離 膜的使用效率及延長使用壽命。[0007]本實(shí)用新型解決了原料空氣的干燥問題，尤其在有防爆要求等特定的環(huán)境下，具 有良好的實(shí)用價值。[0008]現(xiàn)有的空氣分離膜制氮裝置及其生產(chǎn)過程如圖1示，它存在的缺陷如下[0009]1.空氣壓縮機(jī)(11)、后冷卻器(12)及氣水分離器(13)均集成在空壓機(jī)內(nèi)部。無 論采用風(fēng)冷或水冷方式，都需要消耗較多的能量，將壓縮空氣冷卻到常溫，未進(jìn)行壓縮空氣 余熱的利用；[0010]2.采用冷凍式壓縮空氣干燥裝置(15)，對壓縮空氣進(jìn)行干燥，去除壓縮空氣中的 大部分水分；[0011]3.由于前述過程中已將壓縮空氣冷卻后溫度過度降低，其壓縮空氣的溫度水平已 低于空氣分離膜組(19)的最佳操作溫度，因此，還必須使用電加熱器(17)或其它形式的加 熱器將壓縮空氣的溫度調(diào)節(jié)升高到空氣分離膜組(19)的最佳操作溫度范圍，因而需要再消 耗能量。壓縮空氣的溫度從壓縮機(jī)中的高溫，到后冷卻器及冷凍式干燥機(jī)中的降溫，再到電加熱器升溫。過程中未能有效利用壓縮空氣的余熱。 實(shí)用新型內(nèi)容[0012]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用中空纖維膜干燥技術(shù)的膜空氣 分離裝置，該裝置能克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，尤其在某些特定場合(如防爆區(qū)域)無法 應(yīng)用冷凍式干燥機(jī)的情況下，保證進(jìn)入空氣分離膜組件壓縮空氣的干燥度，充分利用壓縮 空氣本身的壓縮余熱，刪除現(xiàn)有技術(shù)中的電加熱環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能環(huán)保的目的。[0013]本實(shí)用新型解決上述問題所采用的技術(shù)方案是一種應(yīng)用中空纖維膜干燥技術(shù)的 膜空氣分離裝置，包括空氣壓縮機(jī)、外置后冷卻器、旁路溫度調(diào)節(jié)閥、氣水分離器、空氣緩沖 罐、過濾裝置、中空纖維干燥膜組、程控切斷閥、空氣分離膜及氮?dú)饩彌_罐，所述空氣壓縮機(jī) 輸出端同時與外置后冷卻器、旁路溫度調(diào)節(jié)閥接通，外置后冷卻器、旁路溫度調(diào)節(jié)閥的另一 端與氣水分離器、空氣緩沖罐、過濾裝置、中空纖維干燥膜組、程控切斷閥通過輸送管路依 次接通，程控切斷閥另一端與至少一個空氣分離膜接通，所述空氣分離膜進(jìn)行氧氮分離后 的產(chǎn)品氮?dú)廨敵龆送ㄟ^輸送管路與氮?dú)饩彌_罐接通。[0014]該裝置中，空氣干燥膜組與空氣分離膜組為前后串聯(lián)布置，先對壓縮空氣進(jìn)行干 燥，再對壓縮空氣進(jìn)行分離?？諝鈮嚎s機(jī)本身不附帶有后冷卻器，壓縮空氣直接在高溫狀態(tài) 下出空壓機(jī)，避免了傳統(tǒng)膜分離制氮裝置中壓縮空氣先被冷卻、后再被加溫的溫度狀態(tài)反 復(fù)，而利用了壓縮空氣本身的余熱，起到了明顯的節(jié)能效果，符合節(jié)能環(huán)保的理念。后置的 外置后冷卻器、旁路溫度調(diào)節(jié)閥可以實(shí)現(xiàn)壓縮空氣冷卻后溫度的調(diào)節(jié)，將壓縮空氣溫度自 動控制維持在適合于氣體干燥膜及空氣分離膜最佳分離效率的較高溫度水平，以實(shí)現(xiàn)壓縮 空氣余熱的利用。該裝置中，不再需要在中空纖維膜組前設(shè)置電加熱器或其它加熱裝置，來 提高壓縮空氣的溫度，而是直接利用壓縮空氣余熱來維持一定的溫度水平，裝置流程中壓 縮空氣溫度處于平穩(wěn)狀態(tài)，并且裝置中不需要在空氣凈化系統(tǒng)中設(shè)置冷凍式或吸附式空氣 干燥裝置干燥壓縮空氣，而選用中空纖維干燥膜組代替上述傳統(tǒng)的空氣干燥裝置，無須對 該干燥組件供電，無須進(jìn)行再生切換，完全靜態(tài)運(yùn)行，特別適用于防爆區(qū)域的膜空氣分離裝 置。[0015]所述空氣分離膜進(jìn)行氧氮分離后的富氧廢氣經(jīng)各空氣分離膜膜件的側(cè)方匯總排 放或者與回收裝置接通。[0016]所述氮?dú)饩彌_罐通過管路與用戶終端接通。[0017]所述中空纖維干燥膜組具有調(diào)節(jié)壓縮空氣干燥度的調(diào)節(jié)裝置。干燥膜組其輸出的 壓縮空氣干燥度可調(diào)節(jié)，從而可以滿足不同用途的需求。[0018]綜上所述，本實(shí)用新型的有益效果是[0019]1.利用壓縮空氣的余熱，經(jīng)適度冷卻，維持壓縮空氣溫度在干燥膜及空氣分離膜 高效率工作所必須的溫度范圍，無須再進(jìn)行額外的電加熱等能量輸入，省略了現(xiàn)有技術(shù)中 的電加熱環(huán)節(jié)。是一種綠色節(jié)能環(huán)保的新技術(shù)；[0020]2.省略了耗能的冷凍式干燥環(huán)節(jié)，用靜態(tài)運(yùn)行的空氣干燥膜代替。對于某些特定 場合(如防爆區(qū)域)，由于此種干燥膜不涉及電氣附件，不存在防爆問題及隱患，它的應(yīng)用更 加顯示出其優(yōu)越性；[0021]3.空氣干燥膜良好的干燥性能，可以確保進(jìn)入空氣分離膜件的壓縮空氣干燥度達(dá)到要求，消除了現(xiàn)有技術(shù)中在采用過熱度控制可能存在的隱患。4.本實(shí)用 新型通過改變現(xiàn)有技術(shù)中空氣分離膜制氮裝置的成套組件，尤其在某些 特定的應(yīng)用場合(如防爆區(qū)域)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，有效地利用了壓縮空氣的 余熱，是一種綠色節(jié)能環(huán)保的新技術(shù)，具有很高的實(shí)用價值。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)流程圖。圖2為本實(shí)用新型的系統(tǒng)流程圖。附圖中標(biāo)號對應(yīng)零部件名稱為1-空氣壓縮機(jī)，2-外置后冷卻器，3-旁路溫度調(diào) 節(jié)閥，4-氣水分離器，5-空氣緩沖罐，6-過濾裝置，7-中空纖維干燥膜組，8-程控切斷閥， 9-空氣分離膜，10-氮?dú)饩彌_罐，11-空氣壓縮機(jī)，12-后冷卻器，13-氣水分離器，14-空氣 緩沖罐，15-冷凍式干燥機(jī)，16-過濾裝置，17-電加熱器，18-程控切斷閥，19-空氣分離膜， 110-氮?dú)饩彌_罐。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的實(shí) 施方式不限于此。參見圖2所示，一種應(yīng)用中空纖維膜干燥技術(shù)的膜空氣分離裝置，包括空氣壓縮 機(jī)1、外置后冷卻器2、旁路溫度調(diào)節(jié)閥3、氣水分離器4、空氣緩沖罐5、過濾裝置6、中空纖 維干燥膜組7、程控切斷閥8、空氣分離膜9及氮?dú)饩彌_罐10，中空纖維干燥膜組7具有調(diào)節(jié) 壓縮空氣干燥度的調(diào)節(jié)裝置，所述空氣壓縮機(jī)1輸出端同時與外置后冷卻器2、旁路溫度調(diào) 節(jié)閥3接通，空氣壓縮機(jī)1輸出未經(jīng)冷卻的壓縮空氣，通過外置后冷卻器2及旁路溫度調(diào)節(jié) 閥3可調(diào)節(jié)壓縮空氣的冷卻效果，將壓縮空氣溫度自動控制維持在適合于氣體干燥膜及空 氣分離膜最佳分離效率的較高溫度水平，以實(shí)現(xiàn)壓縮空氣余熱的利用，外置后冷卻器2、旁 路溫度調(diào)節(jié)閥3的另一端與氣水分離器4、空氣緩沖罐5、過濾裝置6、中空纖維干燥膜組7、 程控切斷閥8通過輸送管路依次接通，程控切斷閥8另一端與至少一個空氣分離膜9接通， 所述空氣分離膜9進(jìn)行氧氮分離后的產(chǎn)品氮?dú)廨敵龆送ㄟ^輸送管路與氮?dú)饩彌_罐10接通， 氮?dú)饩彌_罐10通過管路與用戶終端接通，空氣分離膜9進(jìn)行氧氮分離后的富氧廢氣經(jīng)各空 氣分離膜9膜件的側(cè)方匯總排放或者與富氧回收裝置接通。本實(shí)用新型的空氣分離膜制氮裝置的氮?dú)馍a(chǎn)過程為本身不帶后冷卻器的空氣壓縮機(jī)，將環(huán)境空氣壓縮到額定壓力，并在壓縮后的高 溫狀態(tài)下進(jìn)入外置的后冷卻器中，該后冷卻器與旁路的自動控制閥可以實(shí)現(xiàn)冷卻后壓縮空 氣的溫度調(diào)節(jié)控制，使得冷卻后的壓縮空氣溫度控制在后續(xù)干燥膜與空氣分離膜凈化或分 離效率最佳的范圍內(nèi)，經(jīng)壓縮空氣的氣水分離、緩沖及過濾，去除其中的游離狀態(tài)的水分、 微塵、油霧等雜質(zhì)，進(jìn)入空氣干燥膜進(jìn)行水分的進(jìn)一步除去。符合溫度、壓力及空氣質(zhì)量等 級要求的凈化壓縮空氣，經(jīng)自動控制閥門的通/斷控制，進(jìn)入空氣分離膜進(jìn)行空氣的氧、氮 分離，富氧廢氣從空氣分離膜的低壓側(cè)排放，而氮?dú)猱a(chǎn)品則從空氣分離膜的另外一端輸出。如上所述，便可較好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.一種應(yīng)用中空纖維膜干燥技術(shù)的膜空氣分離裝置，其特征在于，包括空氣壓縮機(jī) (1)、外置后冷卻器(2)、旁路溫度調(diào)節(jié)閥(3)、氣水分離器(4)、空氣緩沖罐(5)、過濾裝置 (6)、中空纖維干燥膜組(7)、程控切斷閥(8)、空氣分離膜(9)及氮?dú)饩彌_罐(10)，所述空氣 壓縮機(jī)(1)輸出端同時與外置后冷卻器(2)、旁路溫度調(diào)節(jié)閥(3)接通，外置后冷卻器(2)、 旁路溫度調(diào)節(jié)閥(3)的另一端與氣水分離器(4)、空氣緩沖罐(5)、過濾裝置(6)、中空纖維 干燥膜組(7)、程控切斷閥(8)通過輸送管路依次接通，程控切斷閥(8)另一端與至少一個 空氣分離膜(9)接通，所述空氣分離膜(9)進(jìn)行氧氮分離后的產(chǎn)品氮?dú)廨敵龆送ㄟ^輸送管 路與氮?dú)饩彌_罐(10)接通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用中空纖維膜干燥技術(shù)的膜空氣分離裝置，其特征在 于，所述空氣分離膜(9)進(jìn)行氧氮分離后的富氧廢氣經(jīng)各空氣分離膜(9)膜件的側(cè)方匯總 排放或者與富氧回收裝置接通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種應(yīng)用中空纖維膜干燥技術(shù)的膜空氣分離裝置，其特 征在于，所述氮?dú)饩彌_罐(10)通過管路與用戶終端接通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種應(yīng)用中空纖維膜干燥技術(shù)的膜空氣分離裝置，其特 征在于，所述中空纖維干燥膜組(7 )具有調(diào)節(jié)壓縮空氣干燥度的調(diào)節(jié)裝置。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種應(yīng)用中空纖維膜干燥技術(shù)的膜空氣分離裝置，用于氮?dú)馍a(chǎn)領(lǐng)域。該裝置包括空氣壓縮機(jī)、外置后冷卻器、旁路溫度調(diào)節(jié)閥、氣水分離器、空氣緩沖罐、過濾裝置、中空纖維干燥膜組、程控切斷閥、空氣分離膜及氮?dú)饩彌_罐，所述空氣壓縮機(jī)輸出端同時與外置后冷卻器、旁路溫度調(diào)節(jié)閥接通，外置后冷卻器、旁路溫度調(diào)節(jié)閥的另一端與氣水分離器、空氣緩沖罐、過濾裝置、中空纖維干燥膜組、程控切斷閥通過輸送管路依次接通，程控切斷閥另一端與至少一個空氣分離膜接通，所述空氣分離膜進(jìn)行氧氮分離后的產(chǎn)品氮?dú)廨敵龆送ㄟ^輸送管路與氮?dú)饩彌_罐接通。本實(shí)用新型利用壓縮空氣的余熱，經(jīng)適度冷卻，維持壓縮空氣溫度在干燥膜及空氣分離膜高效率工作所必須的溫度范圍，無須再進(jìn)行額外的電加熱等能量輸入，省略了現(xiàn)有技術(shù)中的電加熱環(huán)節(jié)，是一種綠色節(jié)能環(huán)保的新技術(shù)。
文檔編號B01D53/26GK201815225SQ201020568898
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者劉階, 孟翰武, 沈強(qiáng), 胡波 申請人:西梅卡亞洲氣體系統(tǒng)成都有限公司