【摘 要】
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在暖通空调领域,盐溶液以其优异的理化性质越来越多地被用作与空气进行热质交换的介质。随着溶液与空气热质交换的进行,溶液的浓度会不断降低,溶液的原始性能随之发生变化。因此,为恢复溶液的原始性能,需对其进行再生。现有的溶液再生方法因存在着能耗高、热效率低下、再生效率低、设备复杂等缺点亟待被改进或替代。真空膜蒸馏技术以其膜通量大、热效率高、设备简单等优点被广泛应用在物质的分离提纯领域,本文尝试将其应用于暖
【基金项目】
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国家自然科学国际合作基金项目(51520105009); 江苏省重点研发计划项目(BE2018118)
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在暖通空调领域,盐溶液以其优异的理化性质越来越多地被用作与空气进行热质交换的介质。随着溶液与空气热质交换的进行,溶液的浓度会不断降低,溶液的原始性能随之发生变化。因此,为恢复溶液的原始性能,需对其进行再生。现有的溶液再生方法因存在着能耗高、热效率低下、再生效率低、设备复杂等缺点亟待被改进或替代。真空膜蒸馏技术以其膜通量大、热效率高、设备简单等优点被广泛应用在物质的分离提纯领域,本文尝试将其应用于暖通空调领域的溶液再生,通过理论和实验研究证明了其用于暖通空调领域溶液再生的可行性。本文深入分析了真空膜蒸馏溶液再生过程的传热传质机理,确定了溶液流动边界层内的传热传质系数以及Knudsen扩散—Poiseuille流动作为跨膜传质的理论模型,并对Li Cl和Li Br两种常用除湿溶液的物性参数进行了归纳总结。重点对Li Cl和Li Br两种常用除湿溶液进行了真空膜蒸馏再生实验,实验结果表明:两种溶液的膜通量均随溶液进口温度、流速以及系统真空度的升高而增加,而随溶液质量浓度的升高急剧下降,在实验范围内Li Cl溶液的膜通量最高可达7.18 kg/(m~2·h),Li Br溶液的膜通量最高可达8kg/(m~2·h),Li Cl和Li Br溶液即使在40%和50%的高浓度下,其膜通量仍可达到1 kg/(m~2·h)和0.998 kg/(m~2·h);热效率随溶液进口温度和系统真空度的升高而增大并最终趋于恒定,随溶液流速和质量浓度的升高而降低,在实验范围内热效率普遍高于80%,Li Cl溶液的热效率最高可达94.76%,Li Br溶液的热效率最高可达97.12%;跨膜传质系数的实验值随溶液进口温度和系统真空度的升高呈小幅增大,随溶液流速的升高先增大后趋于恒定,随溶液质量浓度的升高而锐减;温度极化效应随溶液进口温度、流速以及系统真空度的升高而增强,随溶液质量浓度的升高而减弱。溶液流速为0.6 m/s时,各再生性能参数均可达到较高水平;在各实验操作条件下馏出液的电导率均小于120μs/cm,截留率均接近于100%,有效地保证了溶液再生过程中溶质的零损失。通过建立中空纤维膜内真空膜蒸馏过程的数学模型,模拟计算了各实验操作条件下的膜通量,模拟结果表明两种溶液的膜通量理论值和实验值吻合较好,最大偏差均在±15%以内;模拟分析了各实验操作条件下中空纤维膜内溶液主体温度和膜表面温度沿溶液流向的分布及变化规律,以及中空纤维膜长度和膜材料结构参数对膜通量的影响。本文研究结果表明真空膜蒸馏是一种非常具有潜力的溶液再生方法,在优化操作条件下,各再生性能均能达到较高水平,对解决当前暖通空调领域的溶液再生问题具有重要的意义。
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