溶液除濕再生性能實驗的研究發展

劉立寧

摘 要：溶液再生過程是溶液除濕系統重要的傳熱傳質過程。本文對一些學者關于溶液除濕系統再生性能的實驗研究進行了簡單的介紹和總結。

關鍵詞：溶液除濕；溶液再生；再生性能

引言

傳統空調通常采用冷卻除濕的方式將空氣的溫度處理到露點溫度以下，實現空氣的除濕和降溫。但這種方式不僅使壓縮制冷系統由于蒸發溫度的降低而導致性能系數降低，而且會在表冷器表面生成凝結水使霉菌滋生，從而影響空氣品質[1]。然而，溶液除濕方法可將除濕與降溫過程分開，解決了上述問題。

再生過程是溶液除濕系統重要的傳熱傳質過程，再生性能的高低直接影響了除濕過程中除濕性能的強弱。為了充分利用低品位能源，可以使用太陽能、工業廢熱、冷凝熱等作為除濕溶液的再生熱源，這樣既可以使運行成本降低，又可減少廢熱的排放，同時達到了節能和環保的雙重目的[2]。

1 再生機理

除濕過程是濃溶液從被處理空氣中吸收水分，并放出潛熱的過程；而溶液的再生過程正好與其相反即除濕后的稀溶液從外界獲取熱量使水分從溶液蒸發到空氣中的過程。溶液表面的蒸氣壓和空氣的蒸氣壓的差值是水分傳遞的驅動勢，但是這個差值大于零時溶液的再生過程才能夠發生。影響除濕溶液表面蒸氣壓的兩個重要因素是濃度和溫度。在除濕器中濃溶液由于吸收水分而濃度降低，此時它的蒸氣壓逐漸變大，當它的蒸氣壓高于被處理空氣蒸氣壓時，除濕過程停止，而將吸濕后的稀溶液通過低品位熱源的加熱升溫到一定值后，通入再生器與空氣接觸，只要保持它的蒸氣壓與接觸的空氣的蒸氣壓的差值為正，再生過程就會發生。

2 國外某些再生過程的實驗研究

Martin和Goswami實驗測試了三甘醇溶液在聚丙烯Rauschert Hilflow環散裝填料的逆流填料塔再生裝置中的熱質交換過程。Fumo和Goswami分析了以LiCl溶液為吸濕溶液在上述逆流填料塔中溶液與濕空氣的再生熱質交換過程[2]。Longo G A[3]等實驗測試了分別采用LiBr溶液、LiCl溶液和KCOOH溶液，使用塑料環散裝填料的逆流填料塔的除濕再生過程，對于3種溶液的再生性能也進行了比較。國內許多學者也對再生過程進行了不同程度的研究，文章意在主要對他們的研究進行介紹和總結。

3 國內有關再生過程的研究

在國內，許多學者對溶液除濕的再生性能都進行了研究。本文總結的這類研究包括以下兩方面內容：溶液和空氣的進口參數及熱源溫度等對再生性能的影響；比較兩種不同的除濕溶液再生過程的傳熱傳質性能。

3.1 溶液和空氣進口參數及熱源溫度等對再生性能的影響

（1）2005年時東南大學的殷勇高、張小松等人，基于以溴化鋰溶液為除濕劑的除濕系統，對其溶液的再生過程進行了實驗研究[4]，該實驗主要研究了熱源溫度對系統再生性能的影響情況。實驗的再生系統由填料塔式再生器、加熱器、濃稀溶液槽、風機、溶液泵、管道及相應的測控系統組成。實驗工況為：空氣質量流量為0.09768 kg/s，LiCl溶液的質量流量為0.071 kg/s，LiCl溶液進口濃度為20%，再生器入口空氣的干球溫度為27.5 ℃，相對濕度60%，熱源溫度的變化范圍為55.5～77.5 ℃。

實驗測定了熱源溫度對入口空氣含濕量、再生量和傳質系數的影響，結果表明熱源溫度對空氣含濕量的變化影響很大，隨著熱源溫度的降低，空氣含濕量的變化也有所下降；隨著熱源溫度的升高，系統的再生量和傳質系數都增大，系統再生性能增強，尤其在熱源溫度達到75 ℃以后，這種增強更加顯著。

（2）同樣在2005年，清華大學的劉曉華、江億等人搭建了叉流再生器性能測試試驗臺[2]，以溴化鋰溶液為除濕劑，測試了溶液和空氣進口參數對再生性能的影響。該實驗采用總換熱量、全熱效率、再生量和再生效率描述再生器的熱質交換性能，前兩者表征全熱換熱能力，后兩者表征傳質能力。實驗主要由空氣處理系統、溶液再生系統和熱水系統三部分組成。表冷器、加熱器、加濕器、風機等組成了空氣處理系統，用于控制再生器進口的空氣參數；再生器、濃溶液罐、稀溶液罐、溶液泵等組成了溶液再生系統；熱水系統用來調節進入再生器的溶液溫度。通過實驗，此文獻得出了溶液與空氣進口參數對再生效果的影響如表1所示。

表1 溶液與空氣進口參數對再生效果的影響趨勢

以上3組實驗雖然是在實驗裝置和參數不同的情況下進行的，但它們得出的溶液和空氣進口參數對再生性能的影響效果是基本相符的。

3.2 LiBr和LiCl溶液的再生傳熱傳質性能對比

清華大學的易曉勤、劉曉華等人為了比較LiBr和LiCl溶液的再生傳熱傳質性能，于2010年搭建了一組溶液再生實驗臺，分別采用了LiBr和LiCl溶液實驗測試了一系列在除濕空調的再生器中常見的工況[3]，本次實驗再生器的氣液接觸形式為叉流。

該實驗最終得出：在LiCl溶液濃度為32%，LiBr溶液濃度與其等效為46.52%，其它各條件相同時，LiBr溶液的再生量比LiCl溶液的再生量略高約0.5 g/s；進口參數等效的條件下，低濃度區內LiCl溶液的再生量比LiBr溶液的再生量稍高，高濃度區內LiBr溶液的再生量稍高；在LiBr溶液濃度大于46%（等效LiCl溶液濃度為31.35%）以后使用LiBr溶液的再生量略高。

4 結束語

溶液再生過程是溶液除濕系統的重要環節，再生器中再生量的變化直接影響著系統能否維持在設計的制冷量水平上，所以以上對影響再生量的各參數的實驗研究，為提高溶液除濕系統的效率和保證系統的穩定運行提供了依據。

東南大學的李秀偉、張小松等人曾提出以LiCl和CaCl2的混合溶液作為除濕劑的想法，并對其相關的熱物性進行了研究。杜張和劉韞剛也提出了以LiCl和CaCl2的混合溶液作為除濕劑，并測試了它的除濕性能。由于混合液在經濟性和除濕性能上都占有優勢，因此對其再生性能的研究會是個新的方向。

參考文獻

[1]高煜，張歡，由世俊，等.利用蒸發式冷凝器再生除濕溶液時傳質系數的實驗研究[J].暖通空調，2012，42（1）：65～68.

[2]劉曉華，江億，常曉敏，等.溶液除濕空調系統中叉流再生裝置熱質交換性能分析[J].暖通空調，2005，35（12）：10～15.

[3]易曉勤，劉曉華，江億，等.兩種除濕溶液的再生性能對比實驗研究[J].太陽能學報，2010，31（2）：168～172.

[4]殷勇高，張小松，權碩，等.溶液除濕冷卻系統的再生性能實驗研究[J].工程熱物理學報，2005，26（6）：915～917.