编辑推荐：
为解决淡水资源短缺及传统卤水浓缩高能耗问题，研究人员基于 Aspen Plus 模拟，探究卤水质量流量（BMF）等参数对耦合系统性能影响。发现 IAT 等提升可改善参数，BMF 增大致部分参数下降，为相关工艺提供参考。
淡水资源作为人类社会生产不可或缺的资源，却面临着供需失衡的严峻挑战。地球虽有 70% 的面积被水覆盖，但 97% 为咸水，淡水仅占 3%，且农业、工业用水占比高达 89% 和 9%。传统卤水浓缩与海水淡化技术如蒸发法能耗高（单效蒸发需 290 kJ/kg 热能和 2.5-3 kWh/m3 电能），反渗透（RO）膜易污染、预处理严格， humidification-dehumidification（HDH）技术虽节能但小规模应用适配性不足。在此背景下，开发高效低耗的卤水处理与淡水制备技术成为学界与工业界的迫切需求。
为突破传统技术瓶颈，国内研究人员针对小规模、分散式淡水需求场景，开展了空气源热泵耦合卤水喷雾浓缩 / 空气冷凝系统（BCDS）的性能研究。该研究成果发表于《Desalination and Water Treatment》，旨在通过热泵技术的高效热交换特性，提升卤水蒸发与湿空气冷凝效率，实现能量的梯级利用，为解决沿海地区卤水资源开发及淡水短缺问题提供新路径。
研究团队采用 Aspen Plus 软件构建 BCDS 模拟模型，以 R134a 为制冷剂，设定初始条件为：入口卤水温度（IBT）30℃、卤水质量流量（BMF）100 kg/h、盐度 3.5%、入口空气量（IAV）9000 m3/h、入口空气温度（IAT）25℃、入口空气相对湿度（IARH）40%。通过改变 BMF、IAT、IARH、IAV、IBT 等参数，分析系统性能指标，包括冷凝水量（msim,wt）、冷凝效率（ηcond）、浓缩后盐度（Cconc）和浓缩比（γconc）。
4.1 卤水质量流量（BMF）的影响
当 BMF 从 60 kg/h 增至 100 kg/h 时，msim,wt从 50.00 kg/h 升至 68.35 kg/h，但ηcond从 0.83 降至 0.68，Cconc和γconc亦呈下降趋势。这是由于 BMF 过高时，液滴蒸发趋近饱和，气液界面传质驱动力减弱，虽冷凝水量增加，但浓缩效率降低。
4.2 入口空气温度（IAT）的影响
IAT 从 45℃升至 70℃，msim,wt从 68.35 kg/h 增至 77.34 kg/h，ηcond、Cconc和γconc均显著提升。高温空气增强了吸湿能力，增大了水蒸气分压差，加速蒸发过程，使浓缩后卤水盐度和冷凝效率同步提高。
4.3 入口空气相对湿度（IARH）的影响
IARH 从 5% 升至 25%，msim,wt和ηcond上升，而Cconc和γconc下降。高湿度环境虽抑制蒸发，但湿空气更易达到饱和状态，冷凝阶段仅需小幅降温即可获得更多冷凝水，体现了蒸发与冷凝过程的动态平衡。
4.4 入口空气量（IAV）的影响
IAV 从 8000 m3/h 增至 10000 m3/h，各项性能参数均提升。气流量增加强化了对流传热传质，维持了蒸发室低相对湿度环境，形成持续的热质传递梯度，使液滴蒸发效率和湿空气携水能力增强，冷凝阶段获得更高产水量。
4.5 入口卤水温度（IBT）的影响
IBT 从 30℃升至 50℃，参数提升幅度较小。升高 IBT 虽增加分子动能和饱和蒸气压，促进蒸发，但显热贡献远低于潜热，故对系统性能影响有限。
研究表明，BCDS 系统通过热泵冷凝器加热空气提升卤水蒸发速率，同时利用蒸发器冷凝湿空气，实现 “一机两用”。系统能效比（COP）达 4.63，综合能耗仅 180 kWh/t，较传统多效蒸发工艺节能 40%-60%。其优势在于耦合热泵双向热交换特性，同步实现卤水浓缩与淡水制备，且设备初始投资和维护成本更低，为沿海地区卤水资源化利用及分散式淡水供应提供了高效、经济的技术方案，对缓解全球水资源危机具有重要借鉴意义。
