[发明专利]一种膜法除湿分离器

说明书

本发明涉及膜分离技术，具体地说是利用高分子膜对水蒸气有较高的选择性，从而可以脱去空气中的水份，并且引入一部分干燥后的空气作为吹扫气，脱湿效果更为明显。

在工业生产、医药卫生及日常生活中，空气除湿是一个普遍存在的问题。而且不同的环境对空气除湿的要求也不相同。例如在图书馆、博物馆等经常有人出入的地方，在需要将环境空气干燥的同时，还要求空气中氧/氮比例保持不变；而在寒冷地区的仪表密封用气，为避免气体中的水结冰阻塞管路，要将气体干燥到露点低于最低气温，但不需考虑气体组成的变化；另外在化工、仓储等行业中需要用干燥的富氮气作为保护气，所有这些都离不开空气除湿。

水蒸气是极性气体，它在各种高分子中的溶解系数都很大，所以渗透系数也大，比较容易与空气分离。由于水蒸气在膜中的渗透速率比其它气体大2～3个数量级，因此，在渗透气侧的水蒸气的传质阻力会影响水的传质速率，所以膜组件设计要特别注意。在满足除湿要求前提下并不一定要求膜的水蒸气/空气分离系数很大。解决这个问题的方法有两种，一是在渗透气侧抽真空以移走水蒸气；另一种方法是在渗透气侧引入吹扫气，带走或降低水蒸气浓度。这样才能保持原料气和渗透气侧水蒸气最大压差，而不降低其传质速率。但是在渗透气侧抽真空，操作复杂，成本大。如果在渗透气侧加干空气吹扫，使渗透过来的水蒸气来不及凝结即被吹走，可增大水蒸气压力差，但也需另配吹扫干气管线。如美国专利U.S.Patent 4,783,201是用非复合多孔膜作为气体脱湿膜。多孔膜经后处理，改变膜的特性与孔径分布，在满足一定的脱湿要求下，有部分空气渗透过膜。经过后处理可以使水蒸气有选择的从原料气中分离出来而不明显改变余下气体的比率。在渗透气侧损失的空气作为吹扫气可以增加除湿效果，而渗透气体多少与多孔膜结构有复杂关系，膜结构与后处理方法与处理程度有关。在1.45×10⁴Pa压力下，此专利中吹扫气占原料气的15％。另外，在美国专利U.S.Patent5,034,025中，在渗透气侧用一干的可压缩的有机气体作吹扫气，使其带走渗透的水蒸气。最后收集，并压缩这一吹扫气，使其分解为有机液相和水溶液相，然后循环利用有机液相作吹扫气。

本发明的目的在于提供一种膜法除湿分离器，其可以高效、简便、经济地将空气中的水蒸气去除。

一种膜法除湿分离器，为普通的中空纤维膜分离器结构，其特征在于：靠近进气口的中空纤维膜部分地带有涂层，未涂层的中空纤维膜面积占中空纤维膜总面积的5～15％。

本发明中中空纤维膜(2)的材料为聚砜、聚醚砜；涂层(21)材料为硅橡胶。

由于本发明采用部分复合的中空纤维膜对空气进行脱湿。在涂层的复合中空纤维末端有一部分未涂层的中空纤维膜。具体流程为：压缩后的湿空气首先进入膜分离器。由于涂层的膜表面对水蒸气的渗透系数要远大于空气中氧气和氮气的渗透系数，这样，涂层部分就对水蒸气有较高的选择性。因此，涂层部分可以除去一大部分水份，脱去水份的空气再与未涂层的中空纤维膜接触，而未涂层部分的孔径较大，因此，水蒸气、空气的渗透系数都较大，而且其差别较小。这里有一部分脱湿后的干气可以渗透过膜与进气形式逆流作为吹扫气，带走渗透侧过多的水蒸气。涂层部分与未涂部分面积比值对脱湿效果有影响，合适的比值可以大大增加脱湿效率。这样就可以保持中空纤维膜内外侧水蒸气较大的分压力差，也可以防止由于渗透的水蒸气凝结增加传质阻力的现象发生。

下面结合附图通过实施例详述本发明。

附图1为膜法除湿分离器结构原理示意图。

实施例1

如图1所示，膜法除湿分离器，由环氧树脂封头(13)进行腔体(1)密封，由带进、出气口(11)(12)的腔体(1)内置中空纤维膜(2)构成，中空纤维膜(2)的靠近进气口(11)部分为带涂层的复合中空纤维膜(21)，靠近出口部分为末带涂层的中空纤维膜(22)，中空纤维膜(2)的渗透气出口(23)设置在靠近进气口(11)的一端。

在聚砜中空纤维膜上部分涂硅橡胶，涂层部分面积为200cm²，未涂部分占中空纤维膜总面积的10％。制成如图所示的φ8×520膜分离器。进气为0.8MPa，20℃下的饱合水蒸气，经过膜分离器除湿后，膜分离器出口气体组成为：O₂组成为20.78％，其露点为-40℃。

比较例1

在面积为200cm²的聚砜中空纤维膜上全部涂上硅橡胶，然后制成φ8×520的膜分离器。进仍为20℃的饱合水蒸气，经过分离器脱湿后，出口气组成为：O₂气含量20.66％，其露点为15℃。