压缩空气溶液除湿过程性能及热质交换特性研究

发布时间：2017-08-20 06:12

  本文关键词：压缩空气溶液除湿过程性能及热质交换特性研究

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【摘要】：为解决传统压缩空气冷冻干燥技术能耗高、制冷剂泄漏污染环境,同时空压机运行过程产生的废热未有效利用等问题,结合溶液除湿系统体积小、易操作、除湿剂量相对较少且能有效利用60-80℃低品位热源如空压机余热驱动再生等优点。本文提出一种基于溶液除湿技术对压缩空气进行深度除湿干燥的方法,并采用空压机余热驱动稀溶液再生。本文采用理论与实验结合的方式对该新型干燥系统的性能进行探讨,主要研究内容与成果如下：综述现有压缩空气干燥系统运行情况,总结并回顾国内外有关传统压缩空气干燥技术以及常压状态下溶液除湿技术的研究进展,包括各类型系统的优缺点以及除湿性能的理论和实验研究进展。首先,阐述采用空压机余热驱动的新型压缩空气溶液除湿系统工作原理,搭建以LiCl-H2O溶液作为除湿剂的逆流填料塔型高压除湿器性能测试实验台,对系统中主要部件,包括空压机、高压除湿器、填料以及溶液泵型号和结构尺寸进行介绍,并对系统中典型除湿工况下的实验数据误差进行分析,结果显示系统主要性能参数的最大相对误差均在5%以内,表明实验数据具有较高的可信度。其次,在压缩空气溶液除湿系统性能测试平台上,以压缩空气出口含湿量、除湿器进出口含湿量差、除湿量以及除湿效率作为除湿性能的评价指标,对LiCl-H2O溶液用于压缩空气除湿过程进行理论分析与实验研究。理论分析表明0.80MPa下系统能够达到的极限干燥度为0.11g/kg,实验研究压缩空气、溶液进口参数如空气压力、流速、溶液流量、溶液温度以及溶液浓度对除湿性能的影响,实验得出除湿系统运行的最佳液气比为1.5左右。该理论分析与实验结果为压缩空气溶液除湿系统适用场所及运行优化提供参考依据。然后,基于有限体积法(FVM)构建除湿器传热传质的数学模型,并结合实验数据对绝热模型的可靠性进行验证,获得不同运行参数下传热传质系数的大小并分析进口参数对传热传质性能的影响。利用实验数据拟合得到传热传质系数关联式,并将实验数据与利用模型和传热传质系数经验关联式计算所得的数据进行比较,表明压缩空气出口温度、含湿量、溶液出口温度的实验值与模拟值之间的误差分别保持在士1.5℃、+0.3g/kg以及±0.5℃以内,为高压溶液除湿器的设计以及选型提供理论和实验依据；通过传热传质经验关联式以及模型对系统运行的最佳液气比进行预测,推荐0.50MPa下系统运行的最佳液气比在1.3-1.6之间。最后,以南京地区夏季除湿工况为例比较压缩空气溶液除湿系统与冷冻干燥系统在相同压力下以及溶液除湿在较低压力下达到冷冻除湿相同干燥度的能效,探索空压机余热驱动稀溶液再生的可行性,研究表明相同压力下达到相同干燥度时,0.30MPa下压缩空气溶液除湿可比冷冻除湿系统节能16.0%且单位除湿量的电耗低1.42 kJ/g；不同压力下达到相同干燥度时,0.65MPa下的溶液除湿系统比0.80MPa下冷冻除湿系统节能17.9%,单位除湿量能耗低2.94 kJ/g;不同除湿工况下空压机余热均能满足LiCl稀溶液再生要求,实际应用中有望替代传统的压缩空气冷冻干燥技术。
【关键词】：压缩空气 溶液除湿 传热传质 性能研究 余热回收
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 主要符号表10-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 压缩空气除湿/干燥技术研究现状12-16
• 1.2.1 压缩空气冷冻干燥技术研究现状12-14
• 1.2.2 压缩空气吸附除湿技术研究现状14-16
• 1.3 常压溶液除湿技术研究现状16-18
• 1.3.1 常压溶液除湿系统性能研究16-17
• 1.3.2 常压溶液除湿传热传质模型研究17-18
• 1.4 本文的研究内容18-19
• 第二章 压缩空气溶液除湿实验系统19-27
• 2.1 压缩空气溶液除湿/再生系统原理19-20
• 2.2 压缩空气溶液除湿实验装置20-23
• 2.2.1 实验系统组成20-21
• 2.2.2 系统主要部件与测量装置21-23
• 2.3 实验测试内容23
• 2.4 实验系统误差分析23-25
• 2.4.1 误差分析基本原理23-24
• 2.4.2 实验数据误差分析24-25
• 2.5 本章小结25-27
• 第三章 压缩空气溶液除湿性能实验研究27-42
• 3.1 除湿性能评价指标27-28
• 3.2 出口含湿量理论分析28-29
• 3.3 压缩空气溶液除湿系统除湿性能实验研究29-36
• 3.3.1 空气压力对压缩空气溶液除湿性能的影响29-31
• 3.3.2 压缩空气流速对压缩空气溶液除湿性能的影响31-32
• 3.3.3 溶液流量对压缩空气溶液除湿性能的影响32-33
• 3.3.4 溶液温度对压缩空气溶液除湿性能的影响33-35
• 3.3.5 溶液浓度对压缩空气溶液除湿性能的影响35-36
• 3.4 系统运行液气比对除湿性能的影响36-40
• 3.4.1 空气质量流量变化引起的液气比变化37-38
• 3.4.2 溶液质量流量变化引起的液气比变化38-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第四章 压缩空气溶液除湿传热传质性能与模型研究42-60
• 4.1 压缩空气溶液除湿器耦合传热传质模型42-45
• 4.1.1 高压溶液除湿器工作原理42
• 4.1.2 基于有限体积法的压缩空气溶液除湿数学模型42-45
• 4.2 获取传热、传质系数的数值方法45-46
• 4.3 高压溶液除湿器耦合传热传质性能研究46-53
• 4.3.1 能量平衡分析46-48
• 4.3.2 空气压力对传热传质系数的影响48-49
• 4.3.3 压缩空气流速对传热传质系数的影响49-50
• 4.3.4 溶液流量对传热传质系数的影响50-51
• 4.3.5 溶液温度对传热传质系数的影响51-52
• 4.3.6 溶液浓度对传热传质系数的影响52-53
• 4.4 压缩空气溶液除湿耦合传热传质关联式与模型验证53-57
• 4.4.1 除湿过程耦合传热传质系数实验关联式53-55
• 4.4.2 压缩空气除湿过程出口参数数值计算方法55-56
• 4.4.3 压缩空气溶液除湿过程实验验证56-57
• 4.5 基于模型计算的系统运行最佳液气比探索57-58
• 4.6 本章小结58-60
• 第五章 压缩空气溶液除湿与冷冻除湿系统能耗比较60-68
• 5.1 压缩空气干燥系统能效评价指标60
• 5.2 压缩空气干燥系统能耗计算方法60-62
• 5.3 压缩空气溶液除湿与冷冻除湿系统能耗比较62-65
• 5.3.1 相同压力工况下能耗比较62-64
• 5.3.2 不同压力工况下能耗比较64-65
• 5.4 空压机余热再生稀溶液的可行性分析65-67
• 5.5 本章小结67-68
• 第六章 研究总结与展望68-71
• 6.1 研究总结68-70
• 6.2 研究展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-77
• 硕士期间发表论文及其他成果77

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本文编号：704987