[实用新型]利用中空纤维膜富集氙的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于环境保护和核化工领域，具体是一种利用中空纤维膜分离去除O₂、CO₂、H₂O和富集氙的装置。

背景技术

在化学化工过程中，去除气流中的CO₂和H₂O通常使用的方法是吸收法、吸附法、冷冻法等。吸收法对环境会造成污染；吸附法需要再生，能耗大；深冷法也需要消耗大量的能量。如果要求同时去除气流中的O₂和N₂，就要结合更多的方法，造成除杂部分设备非常庞大。

由于环境空气中放射性氙含量极低，无法直接测量，需要采用吸附分离技术将氙富集、分离纯化后，再进行放射性测量，实现监测环境空气中放射性氙同位素活度浓度的目的。氙的吸附能力较低，需要较大尺寸的吸附床和多级吸附分离操作，才能达到氙的浓缩要求。

中空纤维膜是一种极细的空心膜管，膜管的外径约为0.25mm，内径约为0.15mm。聚酰亚胺具有很好的热稳定性、机械强度和耐有机溶剂能力，最高使用温度达150℃，玻璃化温度很高（Tg400℃），因此是一类较好的膜材料。

根据Graham的隙流定律（又称气体扩散定律）理论，同温同压下隙流速度与气体摩尔质量的平方根成反比，Xe与O₂、CO₂和H₂O等杂质气体的分子量差别很大，隙流定律为中空纤维膜浓缩氙的可能性提供了理论上的支持。

使用中空纤维膜富集Xe和去除O₂、CO₂、H₂O等杂质气体的相关专利目前还未见到。

发明内容

本实用新型的目的是：提供一种利用中空纤维膜分离去除O₂、CO₂、H₂O和富集氙的装置，利用中空纤维膜（无需再生、重量轻、能耗低）对所采集的气体进行预处理，可以有效去除大部分N₂、O₂、CO₂和H₂O等杂质，浓缩氙，在相同取样体积的条件小，可以减小吸附床的尺寸和纯化级数。

本实用新型的技术方案：利用中空纤维膜分离去除O₂、CO₂、H₂O和富集氙的装置，包括空压机、缓冲罐，空压机通过PU管与缓冲罐相连，在所述的缓冲罐后部通过PU管依次将水相分离器、质量流量计、中空纤维膜A、B、C和质量流量控制器相连。所述的中空纤维膜A、B、C至少设置三根。所述的空压机为普通的市售无油空压机。

本实用新型的有益效果：利用中空纤维膜对O₂、CO₂、H₂O等杂质气体和Xe的去除能力不同的特点，可以对大体积的样品气体进行预处理，在除掉大部分杂质气体的同时，对氙的损失很少，即浓缩了氙，减小了样品体积。利用膜分离技术可以使样品气容积减少2/3，非常有利于气体中氙的进一步富集浓缩。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

附图1为本实用新型的主视结构示意图。

具体实施方式

实施例1、利用中空纤维膜分离去除O₂、CO₂、H₂O和富集氙的装置，如图1所示，包括空压机1、缓冲罐2，空压机1通过PU管与缓冲罐2相连，在所述的缓冲罐2后部通过PU管依次将水相分离器3、质量流量计4、中空纤维膜A、B、C5、6、7和质量流量控制器8相连。所述的中空纤维膜A、B、C5、6、7至少设置三根。所述的空压机（1）为普通的市售无油空压机。

实践中，（1）将三根或三根以上的UBE牌NM-B05A聚酰亚胺中空纤维膜（长度60cm，外径50mm）用PU管串接起来；（2）在第一根中空纤维膜前端接质量流量计，第三根膜后端接质量流量控制器；（3）用小型无油空压机提供气源，使空气依次经过质量流量计、中空纤维膜、质量流量控制器；（4）用电子学模块采集膜前端质量流量计的流量信号，换算出实时流量，再去控制膜后端的质量流量控制器，使产品气流量始终为原料气流量的1/3；（5）按照以上操作步骤，即可保证氙的损失率不大于10%，H₂O的去除率为99.4%，CO₂的去除率为99.9%，O₂的去除率为94%，N₂的去除率为60%。