气隙式膜蒸馏在溴化锂吸收式制冷系统中的应用

化
工进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
2020年第39卷第1期
开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：
气隙式膜蒸馏在溴化锂吸收式制冷系统中的应用
李恋，陈志，杨进飞，王计辉，李建明
（四川大学化学工程学院，四川成都610065）
摘要：以1H ,1H ,2H ,2H -全氟癸基三乙氧基硅烷（PFDTES ）为改性剂，采用表面接枝方法制备疏水性PFDTES-Al 2O 3管式复合膜，并将其应用于溴化锂吸收式制冷系统。

通过LiBr/H 2O 溶液的气隙式膜蒸馏实验，测试管式复合膜对溶液的分离性能。

结果表明：通过PFDTES 成功制备出疏水性PFDTES-Al 2O 3管式复合膜；膜蒸馏渗透通量随着操作压力、进料温度及进料流量的增大而增大，随着进料浓度的增大而减小；对于LiBr 的截留率始终保
持在99.99%以上。

在膜蒸馏实验结果的基础上，进一步利用Aspen Plus 软件模拟了基于PFDTES-Al 2O 3复合膜的新型溴化锂吸收式制冷系统的换热过程，研究该复合膜应用于溴化锂吸收式制冷系统的可行性。

结果表明：性能系数（COP ）随着LiBr/H 2O 稀溶液浓度及流量的增大而减小，随着LiBr/H 2O 稀溶液温度的升高而增大；并且LiBr/
H 2O 稀溶液温度及流量是主要的影响因素。

在操作压力0.08MPa 、LiBr/H 2O 稀溶液流量86L/h 、质量分数50%、温度＞70℃、冷侧流量120L/h 和温度20℃的条件下，COP ＞0.7，说明将PFDTES-Al 2O 3复合膜用于溴化锂吸收式制冷系统，不仅可以减小设备的体积，还能降低运行成本，具有较高的可行性。

关键词：Al 2O 3陶瓷膜；膜蒸馏；溴化锂吸收式制冷；Aspen Plus 模拟；性能系数
中图分类号：TQ02
文献标志码：A
文章编号：1000-6613（2020）01-0080-09
Application of air-gap membrane distillation in lithium bromide
absorption refrigeration system
LI Lian ，CHEN Zhi ，YANG Jinfei ，WANG Jihui ，LI Jianming
(School of Chemical Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065,Sichuan,China)
Abstract:Hydrophobic PFDTES-Al 2O 3tubular composite membrane was prepared by grafting with 1H,1H,2H,2H -perfluorodecyltriethoxysilane (PFDTES)and applied to lithium bromide absorption refrigeration system.The separation performance of the tubular composite membrane for LiBr/H 2O solution was tested by the air gap membrane distillation (AGMD)experiment.The results showed that hydrophobic PFDTES-Al 2O 3tubular composite membranes were successfully prepared with PFDTES.The permeation flux of membrane distillation increased as the operating pressure,feed temperature and feed flow rate increased and decreased with the increase of feed concentration.The rejection rate of LiBr remained above 99.99%.Based on the results of AGMD,the heat transfer process of a novel lithium bromide absorption refrigeration system including PFDTES-Al 2O 3tubular composite membrane was simulated by Aspen Plus,and the feasibility of applying PFDTES-Al 2O 3composite membrane to lithium bromide absorption refrigeration system was studied.The results showed that the coefficient of performance (COP)decreased with the increase of concentration and flow rate of LiBr/H 2O solution and increased with the increase of
研究开发
DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0576收稿日期：2019-04-12；修改稿日期：2019-06-03。

第一作者：李恋（1994—），男，硕士研究生，研究方向为过滤与分离。

E-mail ：scu.lilian@ 。

通信作者：陈志，教授，硕士生导师，研究方向为流体密封技术、过滤与分离。

E-mail ：chenzhi19@ 。

引用本文：李恋,陈志,杨进飞,等.气隙式膜蒸馏在溴化锂吸收式制冷系统中的应用[J].化工进展,2020,39(1):80-88.
Citation ：LI Lian,CHEN Zhi,YANG Jinfei,et al.Application of air-gap membrane distillation in lithium bromide absorption refrigeration system[J].Chemical Industry and Engineering Progress,2020,39(1):80-88.
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第1期李恋等：气隙式膜蒸馏在溴化锂吸收式制冷系统中的应用temperature of LiBr/H2O solution.Moreover,the temperature and flow rate of LiBr/H2O solution were the main influencing factors.When the operating pressure was0.08MPa,the flow rate of LiBr/H2O solution was86L/h,the mass fraction was50%,the temperature of LiBr/H2O solution was more than70℃,the flow rate of cold side was120L/h and the temperature was20℃,the COP was more than0.7.It was shown that the application of PFDTES-Al2O3tubular composite membrane in lithium bromide absorption refrigeration system not only reduces the volume of the equipment but also reduces the cost and has high feasibility.
Keywords:Al2O3ceramic membrane;membrane distillation;lithium bromide absorption refrigeration; Aspen Plus simulation;COP
在环境问题日益严重的今天，能源危机已成为
全人类的共识。

在众多的制冷方法中，蒸汽吸收式
制冷较于压缩式制冷系统来说，采用环保型制冷
剂具有更低的功耗，因而具有环保节能的优点，日
益受到关注[1]。

传统的蒸汽吸收式制冷系统主要由发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器4个部分组成。

对于溴化锂吸收式制冷系统，在发生器中利用工作
热源加热由溶液泵从吸收器输送来的具有低浓度的
溶液，使溶液中大部分水分蒸发出来。

因此，发生
器的性能对溴化锂吸收式制冷系统的制冷量和性能
系数（COP）有着重要的影响。

传统的吸收式制冷
系统存在体积大、成本高以及能源利用率低等诸多
不足之处，而且在发生器中由于水溶液的自由表面
存在于发生蒸发的区域，当系统处于运动状态时，
其正常的工作状态将会受到干扰，系统的抗稳定性
能差，从而限制了吸收式制冷系统在车载空调等移
动环境的应用[2-3]。

近些年来，微孔疏水膜逐渐应用于从混合气体
和二元水溶液中进行气或水的蒸馏过程[4]。

膜蒸馏（MD）因所需的操作温度、操作压力、截留率高及
占地面积小等优势，被认为是现有商业海水淡化技
术的低成本替代品[5-6]。

在膜材料的选用方面，MD 中最常研究的疏水膜一般由高分子聚合物制成，例
如聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、
聚丙烯（PP）等[7-9]，然而聚合物膜的热稳定性却不如陶瓷膜[10]。

目前，尝试用于MD的陶瓷膜大多数由金属氧化物制成，例如Al2O3、ZrO2及SiO2等，但由于其表面均具有羟基（—OH），具有亲水性，
因而无法直接用于MD过程。

然而，众多研究表
明，氟代烷基硅烷可有效改性陶瓷膜表面，使其呈
现疏水特性[11-13]。

膜蒸馏技术用于LiBr/H2O溶液的分离过程已有研究。

Sudoh等[14]采用PTFE疏水膜对质量分数为0～55%的LiBr/H2O溶液的直接接触式膜蒸馏（DCMD）过程进行了研究，认为浓度边界层和热边界层对膜蒸馏过程中有重要影响。

但是，文中没有提及进料流量和进料温度等对渗透通量的影响。

Kim等[15]提出将疏水膜用于溴化锂吸收式制冷系统以使系统小型化，并且提出可利用废热或其他可用热源加热。

Wang等[16]提出一种通过真空膜蒸馏工艺分离质量分数为50%的LiBr/H2O溶液，并论证了其用于溴化锂吸收式制冷系统的可行性，但其并未研究不同浓度的LiBr/H2O溶液对于结果的影响。

本研究选用管式Al2O3陶瓷膜作为支撑体，使用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷（PFDTES）进行疏水改性，制备疏水管式复合膜（PFDTES-Al2O3）。

在此基础上，提出了一种基于PFDTES-Al2O3管式复合膜的新型单效溴化锂吸收式制冷系统，即用制得的PFDTES-Al2O3管式复合膜组件代替传统的溴化锂吸收式制冷系统中的发生器，从而克服传统的溴化锂吸收式制冷系统体积大、效率低及稳定性差的缺点。

为了研究水蒸气在PFDTES-Al2O3管式复合膜上的渗透性，对制得的PFDTES-Al2O3管式复合膜对于LiBr/H2O溶液的膜蒸馏性能进行了实验研究。

同时，基于膜蒸馏实验结果，通过使用Aspen Plus软件，对该制冷系统的制冷性能作了模拟研究，探索了将PFDTES-Al2O3管式复合膜用于单效溴化锂吸收式制冷系统的可行性。

1实验材料与方法
1.1药品与仪器
1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷（PFDTES）、无水乙醇、浓盐酸、异丙醇等均为分析纯，溴化锂，阿拉丁试剂（99%）。

仪器装置包括：自制膜蒸馏组件，自制膜反应器，电热恒温干燥箱（202-100型），超声波清洗仪（KH5200E型），电导率仪（DDS-307型），红
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化工进展2020年第39卷
外分析仪（IRPrestige-21型），扫描电镜仪（TM3030plus 型）等。

1.2
PFDTES-Al 2O 3管式复合膜的制备
选用某公司生产的ϕ12mm×2mm 、长150mm 、
平均孔径为1.2μm 的商品Al 2O 3陶瓷膜作为疏水改性的基体。

先用质量分数为5%稀盐酸浸泡24h ，
使陶瓷基体表面的羟基（OH ）增多，取出后用乙醇水溶液超声波清洗2次，每次15min ，置于恒温干燥箱中烘干待用。

然后，在干燥环境中配置0.01mol/L 的PFDTES-异丙醇改性溶液，备用。

再将经稀盐酸浸泡后的膜管置于膜反应器中，倒入已
经配制好的PFDTES-异丙醇改性溶液，30℃反应72h 后取出，用乙醇水溶液超声波清洗2次，每次
15min ，置于干燥箱中烘干，制得PFDTES-Al 2O 3管式复合膜。

1.3
复合膜的表征
通过红外光谱表征疏水改性前后PFDTES-
Al 2O 3管式复合膜内表面的化学结构组成。

通过场发射扫描电镜表征膜的表面形貌，分析改性处理后膜表面的元素组成。

由于管式膜内表面为曲面，相对于平板膜来说，水接触角难以测量，且测量结果不准确，故采用纯水渗透性能实验来表征PFDTES-Al 2O 3管式复合膜内表面的疏水性。

1.4
复合膜的膜蒸馏性能测试
选取所制的超疏水PFDTES-Al 2O 3管式复合膜，
用LiBr/H 2O 溶液进行气隙式膜蒸馏（AGMD ）实验，在不同的实验条件下，测试复合膜对于LiBr/H 2O 溶液的膜蒸馏性能。

AGMD 实验装置如图1
所示。

热侧LiBr/H 2O 溶液经原液槽加热至指定温度
后，由泵输送，先后经过压力表P1及温度表T1后到达膜组件热侧，再经阀门、流量计F1返回至原液槽；冷却水（大量）在冷水槽由泵输送，经压力表P2及温度表T2后到达膜组件冷侧，换热后经阀门、流量计F2返回至冷水槽，从而建立起气隙式膜蒸馏（AGMD ）的热侧、冷侧循环。

热侧LiBr/H 2O 溶液在经过PFDTES-Al 2O 3管式复合膜时，水分蒸发形成水蒸气，穿过膜孔后在冷却管内壁被冷却水冷却，形成渗透液。

由于膜蒸馏实验的产出蒸汽量相对较小，一次实验结束时循环溶液的浓度最多增加2%，因此溶液浓度的变化的影响可忽略不计。

同理，冷凝蒸汽所需要带走的热量相对很小，最大时只能将冷却水的出口温度上升0.05℃，故其影响也可以忽略不计。

膜蒸馏性能主要通过渗透通量以及LiBr 的截留率来衡量，用式(1)和式(2)计算。

J =W At (1)R =
c h -c p
c h ×100%
(2)
式中，W 为渗透液液质量，kg ；A 为有效面积，m 2；t 为时间，h ；c h 为原溶液LiBr 浓度；c p 为渗透液LiBr 浓度。

实验过程中发现，LiBr/H 2O 溶液浓度与电导率的关系如图2所示，通过曲线拟合，发现LiBr/H 2O 溶液浓度与电导率呈线性关系，故LiBr 的截留率可通过式(3)计算。

R =
k h -k p
k h
×100%
(3)
式中，k h 为原溶液电导率；k p 为渗透液电导率。

1.5基于复合膜的新型制冷系统性能
如图3，传统的单效溴化锂吸收式制冷系统主要由发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器4
个部分组
图1AGMD
实验装置图2
LiBr/H 2O 溶液浓度与电导率的关系
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第1期李恋等：气隙式膜蒸馏在溴化锂吸收式制冷系统中的应用
成。

LiBr/H 2O 稀溶液在发生器中被加热，水分在一定压力下沸腾，产生制冷剂蒸气，稀的LiBr/H 2O 溶液被浓缩，形成浓溶液。

由发生器产生的制冷剂蒸气进入冷凝器，被冷凝器中的冷却水冷凝形成制冷剂水。

制冷剂水通过节流阀节流后进入蒸发器，由于蒸发器内压力很低，制冷剂水在吸收了冷媒水的热量后蒸发，形成制冷剂蒸气，而冷媒水温度降低，即达到了制冷的目的。

为使蒸发器中制冷剂水的蒸发过程持续进行，蒸发过程形成的制冷剂蒸气必须及时被吸收。

发生器形成的浓溶液进入吸收器，并被冷却水冷却，温度降低。

而这种高浓度、低温度的溶液具有强烈吸湿性，用它来吸收蒸发器产生的制冷剂蒸气，从而又形成LiBr/H 2O 稀溶液，经溶液热交换器加热后可进入发生器循环利用，从而形成制冷循环[17]。

溴化锂吸收式制冷系统在工作过程中，若将过程中每小时供给发生器的热量表示为Q g ，制冷剂水在蒸发器中吸取冷媒水的热量表示为Q 0，制冷机工作过程中输送流体的泵消耗功为P 0，则将所获得的冷量Q 0与输入制冷系统的总能量Q g +P 0的比值
称为性能系数（COP ），用式(4)计算。

COP =
Q 0
Q g +P 0
(4)
又在制冷机工作中，输送流体的泵类的消耗功很少，可忽略不计，因此，COP 的计算式可简化为式(5)。

COP =
Q 0Q g
(5)
COP 表示消耗单位热量所获得的冷量，是衡量
溴化锂吸收式制冷机的主要经济指标。

因此，在一定条件下，性能系数越大，制冷系统的经济性就越好。

根据复合膜LiBr/H 2O 溶液的膜蒸馏实验结果，考虑用PFDTES-Al 2O 3管式复合膜代替传统的发生器，设计出新型溴化锂吸收式制冷系统，再利用Aspen Plus 软件进行制冷过程模拟，探究LiBr/H 2O 稀溶液的浓度、温度及流量对于COP 的影响，并探索将该复合膜应用于溴化锂吸收式制冷系统的可行性。

2实验结果与讨论
2.1
改性机理与红外光谱分析
经稀盐酸处理后的Al 2O 3陶瓷膜表面羟基（OH ）数增多，而选用的改性剂有三个烷氧基官能团（C 2H 5O ），在改性条件下发生缩聚反应[图1中R 为含氟长链(CH 2)2(CF 2)7CF 3]，从而在陶瓷膜内表面嫁接上如图4所示的一层含氟长链的有机层。

由于该层具有很强的疏水性，使得改性后的Al 2O 3陶瓷膜呈现超疏水特性[10]，改性过程如图4所示。

经PFDTES 疏水改性前后的红外光谱分析结果如图5所示。

可以看出，经PFDTES 改性后，在波数1295cm −1处出现了新的C F 键伸缩峰，在波数1180cm −1处出现了为Si O Si
键的反对称伸缩峰，
图3
传统单效溴化锂吸收式制冷系统流程
图4PFDTES 疏水改性Al 2O 3陶瓷膜过程
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化工进展2020年第39卷
说明PFDTES已成功接枝到Al2O3陶瓷膜表面[18-19]。

2.2扫描电镜（SEM）和能谱（EDS）分析
经PFDTES疏水改性前后的Al2O3陶瓷膜表面的SEM图见图6(a)与(b)。

从图6中可以看出，经PFDTES改性前后，膜表面的形态并未发生显著的变化，这与Fang等[10]的研究结果一致。

为弄清表面修饰层的物质成分，对改性后的Al2O3陶瓷膜进行能谱（EDS）分析，分析结果如图7所示。

结果表明，改性后的陶瓷膜表面存在一定量的F、Si元素，这些元素在改性前是没有的，由此可以推断，PFDTES已成功接枝到膜表面。

2.3疏水性分析
膜的疏水性是衡量膜蒸馏用膜性能的重要参数。

在20℃下对PFDTES-Al2O3复合膜进行纯水渗透性能测试并与改性前进行对比，结果如图8所示。

改性前Al2O3陶瓷膜的纯水通量随着操作压力的升高基本呈直线上升，而改性后Al2O3陶瓷膜在低于0.12MPa压力下仍没有水渗透通过，当压力继续增加至0.14MPa时，开始有较小的渗透通量，说明经PFDTES疏水性能良好，且改性后的Al2O3陶瓷膜的穿透压力（LEP）在0.12～0.14MPa之间。

2.4膜蒸馏性能分析
2.4.1操作压力对渗透通量以及LiBr截留率的影响
实验热侧LiBr/H2O溶液质量分数为50%，温度为65℃、流量为12L/h，冷侧冷却水流量为120L/h、温度为20℃。

在该操作条件下，操作压力对渗透通量以及LiBr截留率的影响见图9。

从图9可知，随着操作压力从0.05MPa增加到0.08MPa，PFDTES-Al2O3管式复合膜渗透通量明显增加，而截留率呈现下降的趋势，但始终保持在99.99%以上。

这主要是因为膜两侧压差是由原料液在该温度下的饱和蒸汽压以及操作压力提供[20]
，图7改性后的Al2O3陶瓷膜表面EDS
元素分析图62000倍率Al2O3陶瓷内膜表面的SEM
图
图8Al2O3
陶瓷膜改性前后纯水通量图5Al2O3陶瓷膜改性前后红外光谱图
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第1期李恋等：气隙式膜蒸馏在溴化锂吸收式制冷系统中的应用操作压力的升高使得膜蒸馏热侧的传质推动力——水蒸气分压增加，从而渗透通量增加。

另一方面，操作压力的升高可能使得一小部分膜孔被润湿，从而使得很小部分溶液混入渗透液使后者被污染，截留率稍有下降。

2.4.2进料浓度对渗透通量以及LiBr 截留率的
影响
实验操作压力为0.08MPa ，热侧LiBr/H 2O 溶液
温度为65℃、流量为12L/h ，冷侧冷却水流量为120L/h 、温度为20℃。

在该实验条件下，进料浓度对渗透通量以及LiBr 截留率的影响见图10。

从图10可知，随着进料质量分数从45%增加到60%，PFDTES-Al 2O 3管式复合膜渗透通量逐渐减小，而对于LiBr 的截留率略有下降的趋势，但仍在99.99%以上。

当LiBr/H 2O 溶液的浓度上升时，
根据拉乌尔定律可知，水的饱和蒸汽压会下降，从而使得膜蒸馏过程的传质推动力减小。

另外，LiBr 浓度的升高，容易引起膜附近产生浓差极化现象，造成膜污染[21]，因此造成复合膜渗透通量逐渐减小，LiBr 截留率略有下降。

2.4.3进料温度对渗透通量以及LiBr 截留率的影响
实验操作压力为0.08MPa ，热侧LiBr/H 2O 溶液
质量分数为50%、流量为12L/h ，冷侧冷却水流量为120L/h 、温度为20℃。

在该实验条件下，进料温度对渗透通量以及LiBr 截留率的影响见图11。

从图11可以看出，随着进料温度的上升，渗透通量逐渐增大。

对曲线进行拟合，发现呈指数增加趋势，与Banat 等[22]的研究结果一致。

这主要是因为在渗透侧的压力恒定时，进料温度的上升使得LiBr/H 2O 溶液侧蒸气压增大，从而疏水膜两侧蒸气压差增加，即传质推动力增加。

在此过程中，LiBr 截留率基本无变化，始终保持在99.99%左右，说明在实验范围内，进料温度对于LiBr 截留率的影响不大。

2.4.4进料流量对渗透通量以及LiBr 截留率的
影响
实验操作压力为0.08MPa ，热侧LiBr/H 2O 溶液
质量分数为50%，冷侧冷却水流量为120L/h 、温度为20℃。

由于渗透流量相对于进料流量很小，可以
忽略不计，因此选用流量计F2的读数近似为进料流量。

在该实验条件下，进料流量对渗透通量以及LiBr 截留率的影响见图12。

图12表明，随着进料流量的增加，渗透通量
逐渐增大，通过曲线拟合，还可以发现呈线性趋势增加，在此过程中LiBr 截留率始终保持在99.99%左右。

产生此现象原因可能是在膜管通道截面积一定的情况下，进料流量提高使管流速度增加，进而导致进料溶液的扰动增强和膜表面的热边界层厚度减小，可有效缓解温差极化现象。

另外，管流速度加快，还可以缓解运行过程中的膜污染及减小传质
过程中的边界层阻力，因此导致渗透通量增加。

图9操作压力对渗透通量以及LiBr
截留率的影响
图10
进料浓度对渗透通量以及LiBr
截留率的影响
图11
进料温度对渗透通量以及LiBr 截留率的影响
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化工进展2020年第39卷
2.5制冷系统的性能分析
参考图3所示的传统单效溴化锂吸收式制冷系统，设计出如图13所示的基于复合膜组件的新型单效溴化锂吸收式制冷系统。

与传统溴化锂吸收式制冷系统相比，用膜蒸馏组件取代发生器与冷凝器，使新系统结构更紧凑。

在Aspen Plus软件中对该系统进行换热过程的数值模拟，Aspen Plus中模拟流程见图14。

考虑到Aspen Plus中的分离单元无法模拟膜蒸馏的真实过程，且前述实验已有膜蒸馏过程数据，因而在Aspen Plus中不再关心AGMD的内部过程，仅考虑进出口参数。

由于实验时仅采用单根ϕ12mm×2mm、长150mm的膜管进行实验，由于制冷剂水产量数据过小而无法在工业计算级别的
Aspen Plus中进行准确计算。

考虑实际应用时可通过膜管并联来增加制冷剂水产量，故在模拟时根据实验增大AGMD进出口参数，以便能够在软件中进行计算。

此外，制冷循环模拟所采用的参数见表1。

对上述新型单效溴化锂吸收式制冷系统进行传热过程数值模拟，需作出如下几个假设：
（1）膜蒸馏实验LiBr截留率始终保持在99.99%以上，故膜组件渗透物为纯组分蒸气；
（2）流体在流动过程中无任何阻力，即忽略流动过程中的压力损失；
（3）不存在吸收不足的情况，即由吸收器出来的稀溶液是对应温度、压力下的饱和溶液；
（4）蒸发器无冷量损失，其余各换热设备也无热量损失，即忽略整个过程中与周围环境的热量交换。

由于闭环系统在计算时迭代结果不易收敛，故将系统设置为开环，即有一个进口（INLET）和一个出口（OUTLET）。

在模拟计算中不断调节参数，如果使开环系统INLET的输入参数值与OUTLET相应参数值的相对误差均小于1‰，则认为其与实际的闭环系统等效。

2.5.1LiBr/H2O稀溶液浓度对COP的影响
根据操作压力0.07MPa及0.08MPa，热侧LiBr/ H2O稀溶液温度为80℃、流量12L/h，冷侧冷却水流量120L/h、温度20℃下的膜蒸馏实验数据，在Aspen Plus中设置AGMD单元的进出口参数，再进行各单元换热过程的数值模拟，得出LiBr/H2O稀溶液浓度与蒸发器冷负荷及COP之间的关系，如图15所示。

表1制冷循环模拟参数
循环参数
发生温度
蒸发温度
吸收器温度
冷却水进口温度
稀溶液流量
数值
60～90℃
5℃
38℃
20℃
86～138L·h
−1图14Aspen Plus中新型单效溴化锂吸收式
制冷系统模拟流程图
图13
新型单效溴化锂吸收式制冷系统
图12进料流量对渗透通量以及LiBr截留率的影响
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第1期李恋等：气隙式膜蒸馏在溴化锂吸收式制冷系统中的应用通过图15所示结果可以发现，新型溴化锂吸收式制冷系统的COP 随着LiBr/H 2O 稀溶液浓度的增加呈现减小的趋势，但在实验浓度范围内变化较小。

一方面可能是因为LiBr/H 2O 稀溶液浓度升高，膜污染加剧，导致制冷剂水的产量减少，从而使得蒸发器冷负荷减小，另一方面稀溶液浓度升高，其定压比热容减小，使得发生器热负荷减小，但影响相对较小，因而根据定义式(5)可知，COP 会小幅度下降。

此外，在给定浓度范围内，0.08MPa 操作压力下系统COP 均达到0.75以上，满足目前单效溴化锂吸收式制冷系统的要求。

但是，传统的溴化锂吸收式制冷系统中LiBr/H 2O 稀溶液加热温度一般在85℃以上[23]，新系统的加热温度为80℃，从低品位能源利用角度来说所设计的新型溴化锂吸收式制冷系统相对于传统的溴化锂吸收式制冷系统的具有一定的优势。

2.5.2LiBr/H 2O 稀溶液温度对COP 的影响
根据操作压力0.07MPa 及0.08MPa ，热侧LiBr/H 2O 稀溶液质量分数为50%、流量12L/h ，冷侧冷却水流量120L/h 、温度20℃下的膜蒸馏实验数据，在Aspen Plus 中设置AGMD 单元的进出口参数，再进行各单元换热过程的数值模拟，得出LiBr/H 2O 稀溶液温度与对蒸发器冷负荷及COP 之间的关系，如图16所示。

如图16中所示，新型制冷系统的COP 随着LiBr/H 2O 稀溶液温度的增大而逐渐增大。

这主要是由于LiBr/H 2O 稀溶液温度增加，复合膜两侧的温差增大，膜蒸馏的传质推动力增加，从而制冷剂水的产量增加，蒸发器的冷负荷随之增加。

在0.08MPa 的操作压力下，当LiBr/H 2O 稀溶液温度达到70℃时，系统的COP 就开始达到0.7左右，而传统单效溴化锂吸收式制冷系统热源温度为85～150℃，COP 一般在0.65～0.70[23]。

因此，在相近的COP 下
新型单效溴化锂吸收式制冷系统所需的热源温度低，可充分利用太阳能、低品位废热等作为热源，经济性更好。

2.5.3LiBr/H 2O 稀溶液流量对COP 的影响
根据操作压力0.07MPa 及0.08MPa ，热侧LiBr/H 2O 稀溶液温度80℃、质量分数50%和流量12L/h ，冷侧冷却水流量120L/h 、温度20℃下的膜蒸馏实验数据，在Aspen Plus 中设置AGMD 单元的进出口参数，再进行各单元换热过程的数值模拟，得出LiBr/H 2O 稀溶液流量与蒸发器冷负荷及COP 之间的关系，如图17所示。

图17表明，随着LiBr/H 2O 稀溶液流量的增加，新型溴化锂吸收式制冷系统的COP 逐渐减小。

在0.08MPa 的压力下，稀溶液流量从86L/h 增加到138L/h ，蒸发器的制冷量增加了约14%。

虽然流量的增加会使膜管渗透通量增大，导致制冷剂水的流量增大，但稀溶液流量的增大将会使加热器的热负荷大大增加，消耗更多的能量，同时吸收器需要冷却水带走的热量增大，根据COP 的计算式(5)易知，制冷系统的COP 将会大幅度减小。

因此，新型溴化锂吸收式制冷系统所需的LiBr/H 2O 稀溶液流量不
宜过大，这也可以减小流体输送泵的消耗功，更加
图15LiBr/H 2O 稀溶液浓度对蒸发器冷负荷及COP
的影响
图16
LiBr/H 2O 稀溶液温度对蒸发器冷负荷及COP
的影响
图17
LiBr/H 2O 稀溶液流量对蒸发器冷负荷及COP 的影响
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化工进展2020年第39卷
经济。

3结论
（1）1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷（PFDTES）可以成功应用于Al2O3管式陶瓷膜的疏水改性，FTIR表征说明PFDTES已成功接枝到Al2O3陶瓷膜内表面。

通过纯水渗透性能测试，发现改性前后Al2O3陶瓷膜的纯水通量变化明显，改性后复合膜的穿透压力在0.12～0.14MPa之间，表明疏水改性效果良好。

（2）将经PFDTES疏水改性后的Al2O3陶瓷膜用于LiBr/H2O溶液的膜蒸馏实验，发现在实验范围内，随着操作压力的升高，渗透通量快速增加；随着进料浓度的增加，渗透通量逐渐减小；随着进料温度的增加，渗透通量迅速增加；随着稀溶液流量的增加，渗透通量呈线性增加；PFDTES-Al2O3管式复合膜对LiBr的截留率始终保持在99.99%以上。

（3）将PFDTES-Al2O3陶瓷复合膜用于单效溴化锂吸收式制冷系统，通过在Aspen Plus中进行模拟，发现将PFDTES-Al2O3陶瓷复合膜用来代替传统系统中的发生器，其理论COP可以达到0.7以上，满足单效溴化锂吸收式制冷系统的要求。

因此，将PFDTES-Al2O3膜用于溴化锂吸收式制冷系统，不仅可以使得整体结构更为紧凑，还可以充分利用太阳能、低品位废热等作为热源，经济性更好，具有可行性。

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