渗透汽化膜分离技术依靠混合物中各组分在膜中溶解（或吸附）和扩散速率的不同达到分离目的，分离过程不受气液平衡限制，具有高效、节能、环保等优点，特别适用于近沸、恒沸混合物的分离。NaA分子筛膜是一种重要的无机渗透汽化膜材料，由NaA分子筛在多孔支撑体上紧密堆积而成的薄膜，其孔径在0.42 nm左右。该分子筛膜用于有机溶剂脱水，具有渗透通量大、分离选择性高、热化学稳定性好等优点，在机溶剂的生产和回收中具有广阔的应用前景。目前，日本三井造船公司、德国Inocermic公司以及本课题组初步实现了NaA分子筛膜用于有机溶剂脱水技术的产业化应用，并展现出显著的节能减排优势。然而，该技术尚处于产业化的初级阶段，加强NaA分子筛膜渗透汽化脱水过程中传质与渗透规律的研究，有助于膜分离装备和过程参数的优化，从而降低设备投资和操作成本，进一步拓展该技术的应用领域。本文围绕NaA分子筛膜渗透汽化脱水过程的优化，采用计算流体力学(CFD)方法研究了NaA分子筛膜的渗透汽化传质行为，并在实验基础上研究了应用过程中NaA分子筛膜的渗透规律。本研究主要内容包括：　　⑴采用CFD方法研究了NaA分子筛膜渗透汽化脱水过程中膜组件内的传质现象。基于管式NaA分子筛膜在乙醇/水溶液中的渗透汽化脱水过程的实验数据，拟合出渗透水通量的数学表达式，并将此关系式用于CFD模拟，模拟结果与经典Leveque方程所计算的结果相吻合。在操作温度为70℃、进料水含量为10 wt.％、原料流速为1mm·s-1的条件下，通过CFD模拟的水浓度分布图揭示了NaA分子筛膜在渗透汽化脱水过程中存在的浓差极化现象。以浓差极化边界层厚度和浓差极化指数为衡量指标，进一步研究了操作条件对膜传质过程的影响。结果显示，当操作温度为70℃时原料流速从1mm·s-1提高至100 mm·s-1，膜组件出口处浓差极化边界层厚度从1.70 mm减小至0.25mm，浓差极化指数从0.40增加至0.80;当原料流速为100 mm·s-1时，操作温度从25℃提高至70℃，出口边界处浓差极化边界层厚度从0.13mm提高至0.25 mm，浓差极化指数从0.95减小至0.80。研究结果表明，增加原料流速、降低操作温度能够有效减弱渗透汽化过程中的浓差极化效应。　　⑵研究了在NaA分子筛膜组件内的流体流动与渗透汽化传质行为。以乙醇渗透汽化脱水为模型体系，通过CFD模拟考察了流体流经膜组件后的压强降和膜表面的平均水浓度，并对具有不同内部折流板（圆缺形）结构的管式膜组件进行了比较。研究结果显示，折流板能够有效地提高膜组件内膜表面的水浓度。针对论文所涉及的膜组件，膜组件入口流速大于0.28 m·s-1时，采用设有两个缺口折流板的膜组件性能优于设有一个缺口折流板的膜组件。优化折流板结构能够提高膜渗透通量、减少流体流动的能量损失。对设有两个缺口折流板的膜组件进一步进行了优化，结果显示，在入口流速为0.3m·s-1、膜表面与折流板圆孔边缘之间设有4.5 mm的间隙时，流体流经膜组件的机械损失相对较少，同时基本消除了浓差极化现象。　　⑶针对实际渗透汽化脱水过程设计，论文开展了NaA分子筛膜在应用过程中膜渗透规律的研究。基于NaA分子筛膜在乙醇、异丙醇、丁酮、丙酮和乙二醇单甲醚有机溶剂中渗透汽化脱水的渗透性能实验数据，分别利用过原点的直线方程、抛物线方程、三次多项式方程对渗透水通量随原料含水量变化的规律进行了拟合。研究结果表明，过原点的抛物线方程、三次多项式能够准确描述渗透水通量随原料含水量的变化规律，该规律为工艺过程的设计提供了重要的计算依据。