摘 要蒸汽渗透是一种高效节能的膜分离技术，特别适用于共沸和近沸混合物的分离。基于 NaA 分子筛膜的蒸汽渗透分离技术在有机溶剂脱水过程中表现出的优异分离性能，已经实现了工业应用。为了将膜工艺进一步推广应用，本文以解决实际问题为导向，结合实验数据，构筑了分离膜从微观到宏观尺度计算的理论体系，分析内在规律，指导工业放大，选择工艺流程。在微观分子尺度上分析了吸附和传质特性，归纳了传质模型方程；在宏观流体尺度上分析了膜组件内部流动传质规律，设计了新型组件结构；在过程工艺尺度上提出了多效精馏-膜分离耦合工艺，优化了流程能耗。通过模拟计算可以得到在蒸汽渗透操作的压力和温度条件下，乙醇/水体系透过 NaA 分子筛膜分别适用于数值模拟与过程模拟的传质通量模型。通过使用基于有限元的有限体积法流体数值模拟软件 CFX，在中空纤维膜壁面处定义质量损失源项，完成对单根中空纤维 NaA 分子筛膜组件蒸汽渗透过程的传质通量模拟，提出了适用于流体数值模拟的 NaA 分子筛膜传质模型，得到模型传质系数为 5.5×10-8 kg·m-2·s-1·Pa-1；采用巨正则蒙特卡罗（GCMC）方法对 NaA 分子筛进行吸附模拟，揭示了脱水过程中通量变化规律，并通过拟合乙醇蒸汽渗透脱水实验结果，提出了适用于过程模拟的半经验渗透通量方程，从而指导膜工艺下一步的放大以及生产工作。尽管目前管式 NaA 分子筛膜已实现产业化，但是仍然存在渗透通量低、膜组件成本高等不足，制约了其进一步推广应用。与管式 NaA 分子筛膜产品相比，中空纤维 NaA 分子筛膜渗透通量高、装填密度大、组件成本低，有望成为下一代渗透汽化分子筛膜产品。设计与开发中空纤维分子筛膜组件的构型对提高膜组 件 效 率 、 降 低 膜 组 件 成 本 具 有 重 要 的 意 义 。 本 文 基 于 计 算 流 体 力 学（CFD），采用 FLUENT 软件设计开发了高装填密度的 7 束型中空纤维 NaA 分子筛膜渗透汽化组件，考察了折流板的引入对膜组件流场分布的影响。膜组件进出口流速较高、主体流速较低；在膜组件内适当位置添加 2 块轴向折流板和 4I摘 要块径向折流板，显著提高了膜组件内流速分布的均匀情况以及流线的规则程度。NaA 分子筛膜主要适用于含水量低于 20 wt.%的有机溶剂脱水，将分子筛膜蒸汽渗透工艺与精馏过程相耦合，将塔顶蒸汽直接引入膜分离系统，不但能够显著降低过程能耗，而且可以降低精馏塔的回流比，突破精馏技术的限...
