本实用新型公开了用于制备高纯度氢气的膜分离设备，包括钯膜组件、合成气流通框架、盲板法兰、石墨垫片、连接螺栓及螺母；在两盲板法兰之间设有多个钯膜组件，盲板法兰与钯膜组件之间及钯膜组件与钯膜组件之间设有合成气流通框架，盲板法兰与合成气流通框架之间及合成气流通框架与钯膜组件之间安装石墨垫片；合成气流通框架为方形框架，中间为空腔；方形框架与盲板法兰或钯膜组件形成封闭的空间，在合成气流通框架设有含氢合成气导入和导出管，导入和导出管与钯膜组件的气体流通空间连通；在合成气流通框架四周设有凸台。本实用新型将含氢合成气直接引入钯膜组件两侧，设计紧凑、体积小、拆卸方便，可提纯分离得到高纯度氢气，并且氢气透过率大。