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沼氣提純中膜提純的工作原理是讓氣體有選擇性的透過膜的表面。氣體透過薄膜的驅動力是滲透側（中空纖維內部）分壓和透過側（中空纖維外部空間）分壓之間的差異。即氣體膜分離是借助氣體各組分在膜中滲透速率的不同而實現的，滲透推動力是膜兩側的分壓差。膜材料主要是某些聚合材料如醋酸纖維、聚酰亞胺等制作。當膜兩邊存在壓差時，滲透率高的氣體組分以很高的速率透過薄膜，形成滲透氣流，滲透率低的氣體則絕大部分在薄膜進氣側形成殘留氣流、兩股氣流分別引出從而達到分離的目的。通過膜組件的合理組合，可以獲得不同純度的甲烷濃度，當然，甲烷的回收率也隨之變化。膜法工程設計的重要的目的是在保證產品氣指標的前提下獲得大的回收率，和降低運行成本。
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