CZ36119U1 - Zařízení pro stanovení transportních vlastností neporézních polymerních materiálů pro plyny - Google Patents
Zařízení pro stanovení transportních vlastností neporézních polymerních materiálů pro plyny Download PDFInfo
- Publication number
- CZ36119U1 CZ36119U1 CZ202239746U CZ202239746U CZ36119U1 CZ 36119 U1 CZ36119 U1 CZ 36119U1 CZ 202239746 U CZ202239746 U CZ 202239746U CZ 202239746 U CZ202239746 U CZ 202239746U CZ 36119 U1 CZ36119 U1 CZ 36119U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- cell
- membrane
- pressure sensor
- gas
- another
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims description 56
- 239000000463 material Substances 0.000 title description 15
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 49
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 32
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 11
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 10
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 210000005056 cell body Anatomy 0.000 description 3
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- -1 permeability Substances 0.000 description 1
- 239000010908 plant waste Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
- B01D65/10—Testing of membranes or membrane apparatus; Detecting or repairing leaks
- B01D65/102—Detection of leaks in membranes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
- G01N15/082—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Description
CZ 36119 Ul
Zařízení pro stanovení transportních vlastností neporézních polymerních materiálů pro plyny
Oblast techniky
Technické řešení se týká zařízení - permeační cely specifické konstrukce - pro stanovení transportních vlastností neporézních polymerních materiálů v podobě membrán a filmů při průchodu plynu za účelem rychlého vyhodnocení použitelnosti daného polymemího materiálu pro separaci plynných směsí.
Dosavadní stav techniky
Transport plynu v polymerních membránách, neboli filmech, je popsán rozpustnostně-difúzním mechanismem, kdy je propustnost, tj. permeabilita, plynu membránou dána jeho difuzivitou a rozpustností v materiálu polymemího filmu. Znalost těchto veličin je nezbytná při posuzování vhodnosti dané polymemí membrány při jejím použití pro separaci plynných směsí. Jednotlivé transportní parametry materiálu pro daný plyn jsou obvykle určovány na základě nezávislých měření na rozdílných zařízeních.
Permeabilita bývá stanovena z permeačních experimentů prováděných na permeační cele. Standardní permeační metody umožňují stanovení propustnosti i vyhodnocení difúzního koeficientu plynu v materiálu membrány z časové závislosti rostoucího tlaku plynu v uzavřeném prostoru pod membránou. V případě permeační cely klasické konstmkce jsou rozměry uzavřených vnitřních objemů pod a nad membránou v řádu desítek až stovek mililitrů. Informace o sorpci plynu v materiálu membrány však tyto běžně používané permeační postupy neposkytují a sorpce se obvykle stanovuje pomocí sorpčních aparatur založených na gravimetrických, tj. sledování přírůstku hmotnosti materiálu po sorpci plynu, nebo častěji pomocí volumetrických měření, tj. sledování poklesu tlaku plynu v uzavřeném kalibrovaném objemu způsobeném sorpcí plynu v materiálu. Hodnoty rozpustnosti lze získat také nepřímo, a to výpočtem z naměřených hodnot permeability a difuzivity ze vztahu: Permeabilita (P) = Difuzivita (D) x Rozpustnost (S). Tyto hodnoty jsou ale většinou zatíženy velkou chybou.
Do současné doby nebyla popsána žádná zařízení, která by umožňovala současné stanovení transportních vlastností, tj. permeabilita, difuzivita a sorpce, neporézních polymerních membrán při průchodu plynu z jediného měření a tím snadno a rychle získat informaci o mechanismu transportu plynů a selektivitě polymemí membrány pro danou plynnou směs.
Podstata technického řešení
Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny zařízením pro stanovení transportních vlastností neporézních polymerních materiálů pro plyny, podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že obsahuje celu ve tvaru válce složenou z těla cely s vnitřní kavitou a víka cely s vnitřní kavitou, přičemž u kavit je umístěn polymemí materiál ve tvaru membrány. Vnitřní objem kavity nad membránou a pod membránou odpovídá objemu testovaného polymemího materiálu, přičemž tělo cely je opatřeno tlakovým čidlem a kapilárou pro odvod plynu ze spodního objemu cely a víko cely je opatřeno dalším tlakovým čidlem a další kapilárou pro odvod plynu z horního objemu cely, a ještě další kapilárou pro přívod plynu ze zásobníku plynu s ještě dalším tlakovým čidlem. Tlakové čidlo, další tlakové čidlo a ještě další tlakové čidlo jsou propojeny s řídícím systémem.
Kavita v těle cely a kavita ve víku cely mají s výhodou objem v rozmezí od 100 do 2000 pl.
- 1 CZ 36119 UI
Kovová kapilára a další kovová kapilára jsou ve výhodném provedení připojeny k vývěvám.
Cela a zásobník plynu jsou s výhodou umístěny v termostatickém prostředí.
Mezi tlakovým čidlem, dalším tlakovým čidlem a ještě dalším tlakovým čidlem a řídícím systémem mohou být umístěny A/D převodníky.
Podstatou předkládaného technického řešení je zařízení pro rychlé a spolehlivé stanovení transportních vlastností neporézních polymemích membrán, tj. permeability, difuzivity a sorpce daného plynu v neporézní membráně najednou.
Zařízení poskytuje důležité parametry polymemích tenkovrstvých materiálů pro jejich účinnou aplikaci v oblasti membránového dělení směsí. Membránové materiály s takto určenými parametry, díky předkládanému technickému řešení, je možné efektivně aplikovat pro dělení různých směsí plynů a par, tzn. odstranění nežádoucí složky z plynné směsi nebo naopak obohacení směsi o žádoucí složku.
Předmětem předkládaného technického řešení je zařízení pro velmi rychlou charakterizaci tenkovrstvého polymemího materiálu, ve smyslu jeho využití pro dělení směsí plynů a par. Zařízení, podle technického řešení zahrnuje permeační celu ve tvaru válce s vnitřní kavitou sestávající ze dvou částí, mezi něž je vložen a utěsněn tenkovrstvý polymemí materiál - membrána. Utěsněná membrána tak dělí vnitřní kavitu cely ve tvaru válce na dvě hermeticky oddělené části. Horní část cely zařízení je opatřena kapilárou pro přívod plynu a tlakovým čidlem pro snímání tlaku plynu nad membránou, z dolní části cely vychází kapilára pro odvod plynu pod membránou, jehož tlak je rovněž snímán tlakovým čidlem. Podstata technického řešení spočívá v tom, že vnitřní objemy cely jsou srovnatelné s objemem testovaného materiálu a tím je možné určit na základě permeačního měření i rozpustnost plynu v materiálu membrány. Díky této konstrukci zařízení je možné určit s výhodou tři základní charakteristiky membrány a to permeabilitu, difúzní koeficient plynu a sorpci plynu. Dosud známá zařízení umožňují z měření vyhodnotit pouze permeabilitu, tj. tok plynu a difúzní koeficient plynu v membráně za daných podmínek daných tlakem pl nad membránou, pod membránou p2 a teplotou T. Sorpční měření je však nutné provádět samostatně na jiném zařízení.
Ve výhodném provedení je cela konstruována, jako válec s vnitřní kavitou s přibližně stejnými objemy nad a pod membránou, které jsou srovnatelné s objemem testované membrány. Při tomto uspořádání je množství plynu sorbovaného v testované membráně při jeho transportu membránou srovnatelné s množstvím plynu nad a pod membránou a je tak možné ho stanovit. Vnitřní objemy nad a pod membránou jsou s výhodou v rozmezí od 100 do 2000 pl.
Ve výhodném provedení je horní část kavity, tj. prostoru nad membránou a dno dolní části kavity, tj. prostoru pod membránou, zdrsněn pro zajištění dostatečného míchání plynu.
Ve výhodném provedení je cela zhotovena z nerezové oceli AISI 304 a AISI 316 v tlakové třídě PN 10.
Ve výhodném provedení může být zařízení umístěno v termostatovaném prostoru, tj. boxu pro měření za konstantní teploty.
Objasnění výkresů
Zařízení pro stanovení transportních vlastností neporézních polymemích materiálů pro plyny podle tohoto technického řešení bude blíže osvětleno na konkrétním příkladu provedení s pomocí připojeného Obr. 1, na kterém je znázorněn schematický nákres zařízení - cely pro stanovení transportních vlastností neporézních polymemích membrán.
-2CZ 36119 Ul
Příklad uskutečnění technického řešení
Bylo zkonstruováno zařízení - cela pro stanovení transportních vlastností neporézních polymemích membrán 2, které je schematicky znázorněné na obr. 1. Cela ve tvaru válce se skládá z těla 1 cely s vnitřní kavitou, kam je umístěna testovaná membrána 2 s účinným průměrem 36,4 mm - účinná plocha membrány A = 1,041 x 10-3 m2 a víka 3 cely s vnitřní kavitou, pomocí kterého je membrána 2 utěsněna přes těsnící kroužek, který není vyobrazen. Tělo 1 cely je opatřeno kovovou kapilárou 4 s ventilem 5 pro odvod plynu ze spodní části, a tlakovým čidlem 6 pro snímání tlaku pod membránou 2. Víko 3 cely je rovněž vybaveno další kovovou kapilárou 7 s dalším ventilem 8 pro evakuování vnitřní kavity víka 3 cely a dalším tlakovým čidlem 9 pro snímání tlaku plynu nad membránou 2. Plyn je do horního objemu VI cely nad membránou 2 přiváděn ještě další kovovou kapilárou 10 přes ještě další ventil 11 ze zásobníku 12 o objemu V0 opatřeného ještě dalším tlakovým čidlem 13. do kterého je plyn přepouštěn z hlavního zásobníku 14 plynu přes regulátor 15 tlaku. Tlaky plynu v objemech V0, VI a V2 jsou snímány A/D převodníky 16 a zaznamenávány řídícím systémem 17. Výstupy z objemů cely nad a pod membránou 2 jsou opatřeny vývěvami 18 pro evakuování vnitřních objemů těla 1 cely a víka 3 cely. Konstantní teplota cely je zajištěna jejím umístěním v termostatickém prostředí 19.
Funkce zařízení podle technického řešení je následující, viz Obr.l. Před měřením transportu plynu testovaným polymemím materiálem, jsou vnitřní objemy VI, V2 těla 1 i víka 3 permeační cely s vloženou membránou 2 řádně evakuovány prostřednictvím vývěv 18. Zásobník 12 plynu s objemem V0, který je řádově větší než objem VI, oddělený ještě dalším ventilem 11 od horního uzavíratelného objemu VI víka 3 cely nad membránou 2 je naplněn měřeným plynem z hlavního zásobníku 14 přes regulátor 15 plynu na požadovaný tlak sledovaný ještě další tlakovým čidlem 13. V čase t = 0 je tento ještě další ventil 11 rychle otevřen a znovu uzavřen a je nastaven počáteční tlak. Ve stejném okamžiku je uzavřen ventilem 5 i objem V2 pod membránou 2, v němž tlak plynu vlivem transportu přes polymemí membránu 2 narůstá. Při vlastním experimentu jsou měřeny měnící se tlaky p 1 a p2 v čase v obou uzavřených objemech V1 nad a V2 pod membránou 2 pomocí tlakového čidla 6 a dalšího tlakového čidla 9, zpracovány A/D převodníky 16 a zaznamenány řídícím systémem 17. Transportní proces je ukončen, když tlaky na obou stranách membrány 2 dosáhnou stejné hodnoty tlaku, který je měřen tlakovým čidlem 6 a dalším tlakovým čidlem 9. Z časového průběhu tlaků nad a pod membránou 2 a ze znalosti tloušťky membrány 2 lze vyhodnotit všechny požadované transportní parametry testované membrány 2 - permeabilitu, difúzivitu a sorpci měřeného plynu v dané polymemí membráně 2.
Průmyslová využitelnost
Znalost transportních veličin je nezbytná při posuzování vhodnosti dané membrány při jejím použití pro separaci plynných směsí. Zařízení podle předkládaného technického řešení, zajistí rychlé zhodnocení použitelnosti daného polymemího materiálu pro separaci plynných směsí. Příkladem aplikace charakterizované membrány může být odstranění oxidu uhličitého pro zvýšení koncentrace metanu v bioplynu, který se získává při zpracování rostlinného odpadu v bioplynových stanicích.
Claims (5)
1. Zařízení pro stanovení transportních vlastností neporézních polymemích materiálů pro plyny, vyznačující se tím, že obsahuje celu ve tvaru válce složenou z těla (1) cely s vnitřní kavitou a víka (3) cely s vnitřní kavitou, přičemž u kavit je umístěn polymemí materiál ve tvaru membrány (2) a vnitřní objem kavity nad membránou (2) a pod membránou (2) odpovídá objemu testovaného polymemího materiálu, přičemž tělo (1) cely je opatřeno tlakovým čidlem (6) a kapilárou (4) pro odvod plynu ze spodního objemu V2 cely a víko (3) cely je opatřeno dalším tlakovým čidlem (9) a další kapilárou (7) pro odvod plynu z horního objemu VI cely a ještě další kapilárou (10) pro přívod plynu ze zásobníku (12) plynu s ještě dalším tlakovým čidlem (13), a tlakové čidlo (6), další tlakové čidlo (9) a ještě další tlakové čidlo (13) jsou propojeny s řídícím systémem (17).
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že kavita v těle (1) cely a kavita ve víku (3) cely má objem v rozmezí od 100 do 2000 pl.
3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že kovová kapilára (4) a další kovová kapilára (7) jsou připojeny k vývěvám (18).
4. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že cela a zásobník (12) plynu jsou umístěny v termostatickém prostředí (19).
5. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že mezi tlakovým čidlem (6), dalším tlakovým čidlem (9) a ještě dalším tlakovým čidlem (13) a řídícím systémem (17) jsou umístěny A/D převodníky.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ202239746U CZ36119U1 (cs) | 2022-03-21 | 2022-03-21 | Zařízení pro stanovení transportních vlastností neporézních polymerních materiálů pro plyny |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ202239746U CZ36119U1 (cs) | 2022-03-21 | 2022-03-21 | Zařízení pro stanovení transportních vlastností neporézních polymerních materiálů pro plyny |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ36119U1 true CZ36119U1 (cs) | 2022-06-07 |
Family
ID=81972699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ202239746U CZ36119U1 (cs) | 2022-03-21 | 2022-03-21 | Zařízení pro stanovení transportních vlastností neporézních polymerních materiálů pro plyny |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ36119U1 (cs) |
-
2022
- 2022-03-21 CZ CZ202239746U patent/CZ36119U1/cs active IP Right Grant
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7793552B2 (en) | High suction double-cell extractor | |
| US8447537B2 (en) | Methods and apparatus for determining the permeability and diffusivity of a porous solid | |
| US9945826B2 (en) | Functional test for gas sensors | |
| US6964191B1 (en) | Apparatus and technique for measuring permeability and permeant sorption | |
| US9146224B2 (en) | Low dead-volume core-degassing apparatus | |
| JPH10108855A (ja) | 負圧式の採血管の貯蔵寿命を迅速に推定する方法及びその装置 | |
| CN111551476B (zh) | 基于压差法的气体渗透性能测试***及方法 | |
| CN113092310A (zh) | 一种u型振荡管测密度的变压器油含气量测试装置及方法 | |
| US20140013824A1 (en) | Method and apparatus for increasing the speed and/or resolution of gas permeation measurements | |
| US5016468A (en) | Method and apparatus for the determination of moisture in materials | |
| CN111551477B (zh) | 阻隔性能测试***及方法 | |
| CZ36119U1 (cs) | Zařízení pro stanovení transportních vlastností neporézních polymerních materiálů pro plyny | |
| JPH01227045A (ja) | 油入機器用ガス検出装置および油中ガス採取装置並びにガス検出方法 | |
| RU2350925C1 (ru) | Газовый плотномер (варианты) | |
| Brown | Permeability | |
| CN117169088B (zh) | 一种高压氢渗透连续监测装置及其测试方法 | |
| EP1468269A1 (en) | Method and device for determining penetration of gaseous substances through a membrane | |
| CN116793914A (zh) | 岩样骨架体积测定装置和方法 | |
| Jung | Review of Developed Methods for Measuring Gas Uptake and Diffusivity in Polymers Enriched by Pure Gas under High Pressure | |
| RU2808428C1 (ru) | Способ и устройство для исследования барьерных свойств полимерных материалов | |
| US20240091780A1 (en) | Analyte permeation testing instrument with test sample peripheral edge sealing surround | |
| RU2823440C1 (ru) | Устройство для определения газопроницаемости полимерных материалов | |
| CN219104842U (zh) | 一种液化气体水分测试装置 | |
| US20060120920A1 (en) | Hydrogen or helium sensor | |
| RU196401U1 (ru) | Лабораторная установка для определения массовой доли основного вещества в гидридах и карбидах щелочных металлов |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20220607 |