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随着人们生活水平的提高,空调得到了前所未有的快速发展,成为建筑能耗中的耗能大户,建筑节能对于缓解能源紧张有重要作用。膜全热交换器由于能同时回收空气中的显热和潜热,降低空调的能耗,因而具有广阔的发展前景。
目前用于除湿的膜大多为有机高分子膜,但水蒸汽在固体膜中的扩散速率较低,限制了它在某些领域的应用。支撑液膜由于具有比固体膜更大的渗透速率,因此将支撑液膜用于空气除湿是可行的。
本文先对支撑液膜的传质方式、不稳定性机理及其解决方法以及在工业上的应用进行了叙述,指出复合支撑液膜是解决支撑液膜不稳定性的有效方法之一;然后讨论了各个因素对复合支撑液膜传质性能的影响,制备了几种除湿/全热回收用复合支撑液膜,接着利用SEM、AFM、ASAP等对膜结构进行了表征,最后对基于复合支撑液膜的膜全热交换器传质机理进行了分析,建立了传质理论计算模型。
复合支撑液膜包括液膜相、支撑体和皮层三部分。影响复合支撑液膜传质性能的因素很多,如支撑层孔径、液膜相浓度、添加剂含量和铸膜液固相含量等。实验利用FLEC系统和膜全热交换器测试了复合支撑液膜的透湿及透CO<,2>性能。实验发现,液膜相浓度越大,膜的传质系数越大,越能有效阻止CO<,2>气体的渗透。添加剂含量和铸膜液固相含量对膜传质性能也有很大的影响。添加剂含量越大、铸膜液固相含量越小时,膜的渗透效率和传质系数越高。当支撑层孔径为0.65μm、液膜相浓度为40%、添加剂含量为2.4%、固相含量为5%时,水蒸气的渗透速率为4~9×10<-5>kg/(m<2>·s),传质系数为0.01~0.017m/s,而Cμ气体则几乎不能透过。
利用SEM、AFM、ASAP等对皮层膜结构进行了表征,发现微孔膜孔形状不规则,膜孔径分布在一定的孔径范围之内。当添加剂含量较大时,膜的孔隙率和平均孔径较大,这是添加剂含量较大的膜具有较大渗透速率的原因。
此外,本文还对基于复合支撑液膜的膜全热交换器传质过程进行了分析,建立了膜全热交换器的传质计算模型,实验与理论结果吻合的较好,该模型可以用于膜全热交换器总传质系数的估算。