本实用新型公开了一种膜分离装置，包括膜分离机构、控温外壳、安装支架、空调温控设备、导通管、连接管、连接件和卡接组件，所述控温外壳固定安装在膜分离机构外侧，且控温外壳与膜分离机构之间为中空内腔，所述导通管贯穿固定在控温外壳一侧，且导通管远离控温外壳的一侧固定安装有连接件，所述空调温控设备位于安装支架一侧，此一种膜分离装置，通过设置的控温外壳，并配合空调温控设备进行控温，能够对膜分离机构本体进行直接的控温，保证膜分离机构内的实时温度，进而有效保证膜分离机构的分离性能，从而高效完成混合气体的膜分离。