膜蒸馏具有可在常压下对热敏料液进行低温浓缩、便于处理中高浓度料液等特点,可应用于食品、医药、化工等行业中多种类型的料液的浓缩分离或提纯处理,将热泵与多效膜组件集成为热泵多效膜蒸馏系统,并对系统的动态性能进行研究,获得适宜的调控方案,对装置的能耗、可靠性和寿命都有重要影响。本文以热泵两效直接接触式膜蒸馏装置为代表,对其调控进行了较系统的理论和实验研究。为改善普通膜组件存在的流动短路等问题,提出了一种热泵膜蒸馏专用的穿流型膜组件,给出了该膜组件的结构、基本方程,并对其热效率、膜通量随关键要素的变化规律进行了计算分析。以上述分析为指导,研制了全透明穿流型中空纤维实验膜蒸馏组件,并对其性能进行了实验测试,结果表明,当料液流量为1.8g/s,冷凝水流量为1.8g/s,料液进口温度在45℃～56℃变化,冷凝水出口温度在36℃～46℃变化时,膜通量可达1.5～2.5kg/(m2·h),热效率可达43%～53%,热效率可比传统管壳式中空纤维膜蒸馏组件提高30%以上。构建了热泵两效膜蒸馏装置物理模型和数学模型,编制了热泵两效膜蒸馏装置计算软件,并分析了无辅冷器、有辅冷器、液罐容积变化和初始工况参数变化时装置状态参数和性能指标随时间的变化规律。结果表明,当料液和冷凝水的初始温度为30℃,液罐内料液和冷凝水质量为3kg,在50min时辅冷器启动并设置其散热量为635W时,该装置一效料液温度可稳定在70℃,二效料液温度可稳定在49℃;此时一效膜组件热效率和二效膜组件热效率均为47.5%,一效膜组件膜通量为1.6kg/(m2 · h),二效膜组件膜通量为1.06 kg/(m2 · h),热泵制热系数为6.3,装置造水比为6.25。研制了热泵两效膜蒸馏实验装置,对装置在变工况时的动态特性进行了实验研究。结果表明,所研制的热泵两效膜蒸馏实验装置的动态规律与理论分析基本一致,利用辅冷器可以很好地实现对装置工况的调控。