膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜并以膜两侧蒸气分压差作为传质推动力的分离过程。与传统分离技术相比,膜蒸馏具有截留率高、成本低、操作温度和操作压力低、占地小等优点,被公认为一种非常有前途的分离技术。根据冷侧冷凝方式的不同,膜蒸馏可分为直接接触式膜蒸馏(DCMD)、气隙式膜蒸馏(AGMD)、真空式膜蒸馏(VMD)、气体吹扫式膜蒸馏(SGMD)等。其中,气隙式膜蒸馏因其产品纯度高、汽化效率高、可以有效避免渗透侧膜孔润湿等优点而受到广泛青睐。目前,膜蒸馏过程所用膜材料主要为有机膜(如PVDF、PTFE、PP等),大多数无机膜因其亲水性及制膜成本较高等原因,在膜蒸馏方面应用研究较少。但无机膜中的炭膜具有疏水性好、制膜成本相对较低、化学稳定性好、抗污染能力强、孔径分布均匀等优点,因而近年来逐渐受到研究者的关注并相继开展了研究,但其在膜蒸馏方面的应用研究却鲜见报道,其机理模型的探讨也尚未见报道。鉴于此,本文进行了管式炭膜气隙式膜蒸馏氯化钠水溶液的实验研究,考察了料液温度、流量、浓度对渗透通量的影响;建立了炭膜气隙式膜蒸馏过程的传热模型,分别利用搜索法和追赶-迭代法实现了气隙式膜蒸馏过程传热方程组的求解;建立了气隙式膜蒸馏过程的传质机理模型,并利用所建模型对气隙式膜蒸馏过程的传递现象进行了分析。研究了料液温度、料液流量、料液浓度、冷却水温度、冷却水流量、膜材料热导率等因素对膜蒸馏过程渗透通量与汽化效率的影响,并分析了膜蒸馏过程温差极化现象、传热热阻以及浓差极化现象;利用计算流体力学软件FLUENT 6.3对膜蒸馏过程料液侧传递过程进行了数值模拟,直观形象地描绘了温度场分布以及膜壁面温度、渗透通量、料液侧边界层的温差极化因子沿料液流动方向的分布,为优化分析提供了科学依据。