空气压缩流程是低温空分系统的最主要耗能单元,占系统总耗功的70~80%,然而大量压缩热因品位低且波动大而难以回收利用。随着空分系统向大规模、低能耗方向发展,亟需回收压缩余热,提高系统效率。由于高温高湿空气会导致压缩机输入功增大、水蒸气冷凝等问题,采用压缩余热驱动的溶液除湿技术对压缩机入口空气进行降温除湿是降低压缩能耗的潜在途径。然而,空分系统中空气压缩流程的典型特征是空气流量高,温湿度全年波动大,因而效能较低的溶液除湿技术难以满足压缩入口的全工况深度除湿要求。本文以实现空气压缩流程节能化为目标,遵循过程机理分析-模块强化方法-系统实验验证的研究思路,围绕溶液除湿过程传质阻力分布规律、高气液流量比下溶液除湿强化方法及溶液基深度除湿技术三方面展开研究,具体内容与成果如下:（1）建立了膜式溶液除湿器的流动、传热与传质共轭模型,揭示除湿过程中气、固、液相域的传质阻力分布规律。针对除湿性能衰退原因不明确的问题,本文建立了考虑膜渗透特性的膜式溶液除湿器的流动、传热与传质共轭模型,并基于传质阻力分布与浓度极化理论发现,在空气流动的上游区域局部传质阻力主要为跨膜渗透阻力,在下游则主要为空气对流传质阻力,溶液侧阻力占比始终小于22%;采用归一化统计学方法,揭示了变工况下平均传质阻力与浓度极化变化的内在关系。（2）提出了一种基于多级内冷结构的溶液除湿驱动势均布和效能强化方法,有效改善溶液除湿过程的驱动势分布均匀性,显著提高高气液流量比下的除湿效能。针对溶液除湿器的驱动势分布不均及高气液流量比下效能低的问题,本文基于传热传质驱动势均布理论,提出了一种“多级除湿,分层内冷”溶液除湿强化结构。与单级绝热型相比,多级内冷型溶液除湿器的传热传质驱动势分布均匀性分别改善41%和57%。同时,在8.60~20.10的高气液流量比范围内,实验潜热效能达到0.42以上,是同工况下现有除湿器的两倍以上。（3）设计搭建了国际首套面向空分压缩节能的直接接触冷却-多级内冷溶液深度除湿系统,实现全空气工况的深度除湿,并证明其在空气压缩流程中的节能效果。针对溶液除湿系统在高湿空气且高气液流量比工况下难以实现深度除湿的难题,本文基于梯级处理的思想,设计搭建了一套直接接触冷却-多级内冷溶液深度除湿系统。在32℃、20 g/kg的实验工况下,即使气液流量比高达9.65,梯级除湿系统仍能将含湿量降至6.00 g/kg,实现了高湿空气和高气液流量比工况下的深度除湿;与传统的三级压缩流程相比,引入该深度除湿系统后压缩耗功节能率最高达8.33%。