王倩闡述膜除濕原理，介紹膜材料類型、形態(tài)。對膜除濕技術(shù)在壓縮空氣干燥領(lǐng)域、空調(diào)領(lǐng)域（全熱回收、空氣除濕）的應用進行了綜述。

　　-），女，江西南昌人，教授，碩士，主要從事空調(diào)制冷方面的教學科研和工程設計工作。

　　膜分離技術(shù)是一種新型分離技術(shù)，是以選擇性透過膜作為分離介質(zhì)，在膜兩側(cè)驅(qū)動力（如壓力差、濃度差、溫度差）的作用下，原料側(cè)的組分有選擇性地透過膜，實現(xiàn)分離、提純，具有操作方便、分離效率高、能耗低等優(yōu)點，在水處理、有機溶劑混合物分離、氣體分離等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應用H.空調(diào)系統(tǒng)的除濕能耗較大，膜除濕技術(shù)的應用有望降低空調(diào)系統(tǒng)的除濕能耗。本文對膜除濕技術(shù)在壓縮空氣干燥及空調(diào)領(lǐng)域的應用進行綜述。

　　1膜除濕的原理對于特定的膜材料，水蒸氣的透過速率比氮氣、氧氣等高至少兩個數(shù)量級，膜除濕技術(shù)利用水蒸氣的這一特性，使得濕空氣在通過膜表面時，水蒸氣透過膜進入滲透側(cè)而其他氣體不能透過，實現(xiàn)水蒸氣與干燥空氣分離。在滲透側(cè)，若不能及時將滲透過來的水蒸氣移走，由于膜材料的親水性，水分子將很容易在滲透側(cè)聚積，使后續(xù)透過速率降低，導致除濕性能急劇下降（即產(chǎn)生濃差極化現(xiàn)象），般可以采用吹掃、抽真空方法解決濃差極化問題0.吹掃方法可分為外吹掃、自吹掃。外吹掃是將處理后的部分干燥空氣作為吹掃氣，把滲透側(cè)的水蒸氣移走；自吹掃是通過調(diào)節(jié)膜的孔隙率，讓小部分干燥空氣也通過膜滲透到滲透側(cè)，滲透的干燥空氣作為吹掃氣將滲透側(cè)的水蒸氣移走，保證滲透過程的連續(xù)進行。抽真空方法是指在滲透側(cè)抽真空將水蒸氣移走。當然，也可以采用吹掃和抽真空相結(jié)合的方法來解決濃差極化問題。以中空纖維管膜為例，各種解決濃差極化問題方法的原理見濕空氣中空纖維管膜濕空氣中空纖維管膜水蒸氣J水蒸氣吹掃氣||吹掃氣干燥空氣|濕空氣h空纖維管膜抽真空水蒸氣抽真空水蒸氣干燥空氣毫無疑問，膜材料是膜除濕技術(shù)的核心，優(yōu)良的膜材料應該具有分離因子高、抗腐蝕性能強、柔韌性好、機械強度高、使用壽命長、成本合理、便于工業(yè)化生產(chǎn)等特點。根據(jù)膜的物理結(jié)構(gòu)和化學性質(zhì)，可將膜分為微孔膜、均質(zhì)膜、復合膜：①微孔膜是結(jié)構(gòu)較疏松的膜，孔徑范圍為3100nm，其分離原理與傳統(tǒng)過濾機理類似，即由待過濾原料粒徑和膜孔徑?jīng)Q定過濾效果，水分子的直徑約。4nm，很容易透過微孔膜。②均質(zhì)膜也稱為致密膜，其孔徑一般在1.5nm以下，結(jié)構(gòu)非常緊密，其分離效果取決于組分在膜中的擴散系數(shù)、溶解度。均質(zhì)膜又可分為對稱膜、非對稱膜兩種：對稱膜的截面結(jié)構(gòu)一致；非對稱膜則不同，一般下層為多孔底層，上層為致密皮層。③復合膜是在多孔支撐層上復合一層很薄（厚度約0.2pm）、致密、具有特種功能的活性膜層，復合膜的分離特性主要由活性膜層決定，多孔支撐層僅起支撐作用。

　　按照材料可分為無機膜、有機膜兩類。無機膜包括陶瓷膜、金屬膜、玻璃膜、分子篩復合膜、沸石膜等，雖然無機膜具有耐高溫、耐有機溶劑、耐酸堿、抗微生物侵蝕、剛性及機械強度好等優(yōu)點，但由于在裝填密度、制造成本及工業(yè)化應用普及率等方面還有待改進和完善，因此目前的膜除濕技術(shù)中應用的膜以有機膜為主?？梢猿赡さ挠袡C材料很多，一般都是具有特殊傳質(zhì)功能的高分子材料，主要類型有纖維素及其衍生物、聚砜類、聚酰胺類、聚酰亞胺類和其他類別。其中，聚砜類膜材料近年來發(fā)展非常迅速，現(xiàn)已成為現(xiàn)代工業(yè)中應用*廣泛的高分子膜材料之一，它的優(yōu)點是機械性能好、化學性能穩(wěn)定、耐腐蝕耐高溫，彌補了傳統(tǒng)有機膜大多不耐高溫、酸堿的缺點，也常作為復合膜的多孔支撐層使用。聚砜類膜材料的表面自由能較低，水接觸角很大，體現(xiàn)為較強的疏水性。邢丹敏等人對聚砜中空纖維管膜、磺化聚砜-聚砜復合中空纖維管膜的除濕性能進行了實驗研究，認為聚砜中空纖維管膜適用于中等要求的空氣除濕工況，采用磺化聚砜-聚砜復合中空纖維管膜可以明顯提高膜的除濕性能。

　　制備膜時，鑄膜劑中除溶劑、膜材料外，還可能有添加劑或其他改性物質(zhì)，膜材料、添加齊U、改性物質(zhì)等不揮發(fā)分占鑄膜劑總量的質(zhì)量分數(shù)稱為固含量。馬文寶等人研究了固含量對聚砜類膜材料透濕性能的影響，提出了改善其透濕性能的方法。張新儒等人考慮到非對稱膜制造工藝復雜，不利于工業(yè)生產(chǎn)，采用了濕法成膜法，測試了由該工藝制備的非對稱膜的透濕性能，并進行了各層（多孔底層、皮層）傳質(zhì)阻力的分析。王洪大等人對膜的透濕機理和膜的研究進展進行了較為全面的論述。

　　膜的基本形態(tài)有兩種：平板式、中空纖維管式。

　　平板膜結(jié)構(gòu)簡單，流動阻力小，制備工藝簡單。中空纖維管膜為管狀，制備工藝比較復雜，與平板膜相比，具有組裝膜件簡單，比表面積大，重現(xiàn)性好等特點。中空纖維管膜組件具有很高的裝填密度，0.3m3的中空纖維管膜組件可以提供500m2有效膜面積，而同樣條件下的平板膜組件僅為20m2.在國外，膜除濕技術(shù)在壓縮空氣干燥領(lǐng)域已進入工業(yè)應用時代，廣泛應用于醫(yī)用壓縮空氣、閥門及氣動機用氣、通信電纜加壓過程用氣、儀器測試實驗用氣、礦用設備壓縮空氣、臭氧制取機原料用氣、船舶供氣、核能站用氣、汽車噴漆用清潔空氣等。

　　采用中空纖維管膜的壓縮空氣干燥器結(jié)構(gòu)見0.干燥器內(nèi)裝填中空纖維管膜組件，結(jié)構(gòu)類似于管式換熱器。濕壓縮空氣由干燥器的一端進入中空纖維管膜，水蒸氣滲透到中空纖維管膜外，*終被排放到大氣中，凝結(jié)水聚積在干燥器底部*終排出，干燥壓縮空氣由干燥器另端輸出。

　　水蒸氣由ANDREW公司生產(chǎn)的以膜干燥器為干燥設備的充氣機，處理量為56.6L/min，干燥空氣（產(chǎn)品氣）露點為-45丈。由Permea公司生產(chǎn)的Prism膜干燥器已有逾5000套在世界各地應用，采用中空纖維管膜脫除壓縮空氣中的水分。處理量范圍為1 3000m3/h，脫水率高達99%以上，干燥空氣露點達到-40丈。在壓縮空氣壓力一定情況下，脫水率越低，得到的干燥空氣流量越大；在脫水率一定情況下，壓縮空氣的壓力越高，得到的干燥空氣流量越大。由國內(nèi)船舶重工集團公司第七一八研究所研發(fā)生產(chǎn)的壓縮空氣膜干燥器，可以在進氣溫度為-1050°C，進氣壓力為20700kPa，環(huán)境溫度為-10 50°C條件下工作，干燥空氣露點達到-40體損失比例在040%，噪聲小于45dB.許多學者對膜除濕技術(shù)在空調(diào)領(lǐng)域的應用進行了研究，全熱換熱器就是其中一個重要方向，目前已經(jīng)進入實用階段。在空調(diào)系統(tǒng)中，為了保證室內(nèi)空氣品質(zhì)，必須引入一定量的新風，也要將室內(nèi)部分空氣排出室外。由于新風負荷占空調(diào)系統(tǒng)負荷的比例較大，采用熱回收的方法是減小新風處理能耗，有效利用排風能量的有效手段。由于夏季新風高溫潮濕而排風低溫干燥，因此采用全熱換熱器比采用顯熱換熱器能取得更好的節(jié)能效果。受民用建筑空間限制，排風冷（熱）回收一般采用板式或板翅式全熱換熱器而不采用轉(zhuǎn)輪式全熱換熱器。板全熱換熱器主要由熱質(zhì)交換材料、波紋瓦楞紙支撐結(jié)構(gòu)和框架組成，其中影響全熱交換效率的*主要部件是熱質(zhì)交換材料。長期以來，熱質(zhì)交換材料一般都是經(jīng)過特殊處理的具有吸濕換熱特性的紙張。

　　隨著膜技術(shù)的發(fā)展，人們開始將膜材料作為熱質(zhì)交換材料應用于全熱換熱器。

　　行了研究，建立了數(shù)學模型并進行了實驗驗證。J.L.Nm等人建立了膜的熱質(zhì)傳遞模型，定義了一個新的無量綱數(shù)，使得對熱濕耦合的膜全熱換熱器的分析更加簡便。L.Z.Zhang等人在香港濕熱條件下，對膜全熱換熱器的節(jié)能性進行了研究。殷平選擇了一種孔徑小于2nm，厚度為3050|xm，具有良好水蒸氣滲透性能的膜，復合在種透濕性能強、傳熱效果好且具有一定強度的纖維材料（作為支撐層）上，取消了波紋瓦楞紙支撐結(jié)構(gòu)，對支撐層的材料厚度、孔徑等進行了多次優(yōu)化實驗，確定了組合形式，并對采用這種新型膜的膜全熱換熱器的全熱交換效率、適宜迎面風速、阻力、泄漏率等進行了測量。

　　汪會勇等人研究了基于親水-憎水復合膜的膜全熱換熱器的傳熱傳質(zhì)性能，建立了逆流膜全熱交換器傳熱傳質(zhì)計算模型，實驗結(jié)果與理論結(jié)果吻合較好。梁才航等人M將膜全熱換熱器用于制冷除濕機，研究了在室內(nèi)干球溫度27丈、濕球溫度19丈條件下，室外空氣溫度、相對濕度、流量對制冷除濕機的除濕能力和制冷性能系數(shù)的影響。與傳統(tǒng)制冷除濕機相比，配置膜全熱換熱器的制冷除濕機的除濕量、制冷性能系數(shù)分別是傳統(tǒng)制冷除濕機的3.2倍、1.8倍。

　　空調(diào)領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的除濕方法有冷卻除濕、吸濕劑除濕、固體吸附除濕等。對于膜除濕技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)空氣除濕中的應用，目前研究較多的方法主要有膜-吸濕劑法、再循環(huán)膜接觸器法、膜濕泵法、吹掃-抽真空聯(lián)合法等。

　　膜-吸濕劑法是指在膜一側(cè)流動的是待處理的濕空氣，另一側(cè)流動的是吸濕劑，由于只有水蒸氣可以透過膜，因此該方法可對空氣進行除濕而又不會產(chǎn)生由于吸濕劑直接噴淋空氣帶來的微小液滴進入被處理空氣中的現(xiàn)象，膜-吸濕劑法采用的除濕設備為膜接觸器（見）。膜-吸濕劑法的除濕效果較好且避免吸濕劑夾帶問題，但與傳統(tǒng)吸濕劑除濕方法一樣，吸濕劑吸濕后同樣存在濃度降低、需要再生的問題。

　　為解決膜-吸濕劑法吸濕劑再生問題，使除濕連續(xù)進行，學者們提出了再循環(huán)膜接觸器法，工作原理見，再生氣可為室內(nèi)回風或干燥空氣。除濕方法仍為膜-吸濕劑法，但在系統(tǒng)中設置了再生膜接觸器對稀釋后的吸濕劑進行再生，使得吸濕劑在兩個膜接觸器中循環(huán)流動。V.Usachov等人以三甘醇為吸濕劑對配置再循環(huán)膜接觸器的空調(diào)系統(tǒng)進行了實驗研究，在除濕、再生溫差小于30*佳氣液比下，可得到露點為-30°C的干燥空氣。

　　S.Bergem等人將再循環(huán)膜接觸器法與壓縮式制冷機相結(jié)合，組成全空氣空調(diào)系統(tǒng)（見）。新風與回風的混合風經(jīng)除濕膜接觸器除濕后送入空調(diào)區(qū)域，作為吸濕劑的氯化鋰溶液經(jīng)蒸發(fā)器冷卻后進入除濕膜接觸器吸收混合風中的水分，稀釋后的氯化鋰溶液流入液箱，上部氯化鋰稀溶液隨即由溶液循環(huán)泵9抽出經(jīng)過經(jīng)濟器預熱后進入冷凝器，進一步加熱后在再生膜接觸器中氯化鋰稀溶液將水分傳遞給新風與排風的混合空氣，濃縮后的氯化鋰濃溶液分成兩部分，一部分經(jīng)過經(jīng)濟器降溫后送入液箱，另一部分與氯化鋰稀溶液混合（調(diào)整進入再生膜接觸器的氯化鋰溶液濃度）后進入冷凝器，三通閥起到調(diào)節(jié)流量的作用。模擬計算顯示該系統(tǒng)的節(jié)能效果明顯。

　　驗方法，得到10%吹掃比（吮掃空氣量占干燥空氣量）聯(lián)合抽真空，能使膜接觸器除濕性能大幅提高。

　　式表面冷卻器、嘖水式表面冷卻器相結(jié)合的空氣處理系統(tǒng)，流程見。新風通過中空纖維管膜進行干燥處理，然后進入間接式表面冷卻器進行冷卻，*后經(jīng)過嘖水式表面冷卻器進行冷卻及相對濕度控制。

　　補水冷水循環(huán)泵相比在全熱交換器中的應用，膜除濕技術(shù)在空氣除濕方面的研究距實際應用還有較大距離。這主要由于要將膜除濕技術(shù)應用于空氣除濕，在傳質(zhì)驅(qū)動力上存在一定困難。膜除濕技術(shù)在壓縮空氣干燥領(lǐng)域能夠得到廣泛應用，得益于壓縮空氣能夠在膜兩側(cè)建立一定的壓差，但在空調(diào)領(lǐng)域中被處理空氣基本為常壓，不可能將空氣升壓后再進行處理。若采用滲透側(cè)抽真空方法，真空泵必然要消耗電能，而且對膜接觸器的密封要求很高。

　　在一些有特殊要求的場所中，膜除濕技術(shù)也有應用空間。以飛機飛行艙的環(huán)境控制要求為例，隨著航空技術(shù)水平的不斷提高，機內(nèi)各種電子設備的數(shù)量越來越多，環(huán)境的濕度控制越來越重要，高濕的環(huán)境將降低電子設備的可靠性，也會使得制冷設備的效率降低。目前，世界上多種先進飛機均采用高壓除水式環(huán)境控制系統(tǒng)，空氣除水的關(guān)鍵部件是空氣冷凝器（使空氣中水分凝結(jié)）、高壓水分離器，高壓水分離器主要采用離心作用使水分離，氣流通過旋流器后獲得切向速度，分離段內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)流場，7j<滴在旋轉(zhuǎn)流場的離心力作用下獲得徑向速度，撞擊在壁面上，經(jīng)集水間隙進入集水器中。袁衛(wèi)星等人對膜除濕技術(shù)應用于潛艇艙室的方案進行了可行性分析，并進行了實驗，認為膜除濕法有著冷卻法和吸收、吸附法不可比擬的優(yōu)勢。

　　膜除濕是一種新興的除濕技術(shù)，與傳統(tǒng)除濕方法相比具有很多獨特的優(yōu)點，在壓縮空氣干燥及空調(diào)領(lǐng)域有很好的發(fā)展應用前景。雖然膜除濕技術(shù)目前還存在除濕應用面窄、規(guī)模不大以及造價較高等不足，但隨著膜技術(shù)研究的不斷深入以及與其他技術(shù)相結(jié)合，膜除濕技術(shù)必將在空調(diào)及其他領(lǐng)域取得更大發(fā)展。

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