膜蒸餾過程是傳熱與傳質(zhì)的偶合過程，并且這兩種傳遞過程都分別由邊界層內(nèi)的傳遞和跨膜傳遞兩部分組成，因此傳熱和傳質(zhì)之間的關(guān)系比較復(fù)雜。

1 質(zhì)量傳遞

在膜蒸餾過程中，當(dāng)料液流過膜表面時(shí)，難揮發(fā)的物質(zhì)被截留，而易揮發(fā)的物質(zhì)（通常為水）以蒸氣的形式透過膜，導(dǎo)致難揮發(fā)物質(zhì)在膜表面處的濃度高于其在料液主體中濃度的濃度極化現(xiàn)象。Martlnez通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在料液流速和溫度相同的情況下，分別以4mol/L的NaCl水溶液以及40％的蔗糖溶液為料液時(shí)，其通量均與以純水為料液存在較大差異。作者認(rèn)為前者主要?dú)w因于隨著NaCl濃度的升高，水的活度降低，后者則主要?dú)w因于溫差與濃差極化。Peng Ping等在研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水溶液中NaCl的濃度為20％時(shí)，水通量是純水通量的64％。Alklaibi的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鹽溶液的濃度從2％增加到5％，通量下降16％。

就理論上而言，濃度極化會(huì)削弱濃度邊界層內(nèi)的傳質(zhì)推動(dòng)力，從而使MD過程的跨膜通量減小，但若揮發(fā)性組分的蒸汽壓隨溶質(zhì)濃度的升高下降不明顯，濃度極化對(duì)跨膜通量的影響可以忽略。濃度極化對(duì)膜蒸餾過程影響的另一方面是當(dāng)膜表面處溶質(zhì)濃度高至一定程度將會(huì)導(dǎo)致膜被潤濕。

膜蒸餾的跨膜傳質(zhì)過程包括揮發(fā)性組分（通常為水）在熱側(cè)濃度邊界層內(nèi)的傳遞及其在膜孔內(nèi)的傳遞過程。對(duì)于在膜孔內(nèi)進(jìn)行的跨膜傳質(zhì)過程，眾多研究者均采用如下簡化形式來描述跨膜通量從即認(rèn)為它與水的跨膜蒸氣壓差成正比：

N=C（ptfm～Ptpm） （1）

式中，C為滲透系數(shù)或傳質(zhì)系數(shù)；tfm和tpm分別為進(jìn)料側(cè)及滲出側(cè)膜表面的溫度。文獻(xiàn)中出現(xiàn)MD跨膜傳質(zhì)機(jī)理通常包括：黏性流動(dòng)、Kundsen擴(kuò)散和分子擴(kuò)散或它們之間的組合， 即Molecular&Knudsen擴(kuò)散模型、Knudsen擴(kuò)散-黏性流動(dòng)模型及Knudsen&Molecular擴(kuò)散-黏性流動(dòng)模型。

Phattaranawik等提出了傳遞區(qū)域的概念，將DCMD傳質(zhì)過程中膜內(nèi)按照孔徑分布劃分成Knudson擴(kuò)散區(qū)和過渡區(qū)，并認(rèn)為過渡區(qū)對(duì)傳質(zhì)起到了主要作用。通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，膜的孔徑分布和傳質(zhì)過程膜中空氣反方向分子擴(kuò)散通量對(duì)DCMD通量的影響并不顯著。Lawson等在通過模型預(yù)測VMD過程的通量時(shí)，將傳遞過程看作Knudson擴(kuò)散和黏性流動(dòng)兩種機(jī)理共同作用的結(jié)果。Ding等提出了三參數(shù)模型預(yù)測直接接觸式膜蒸餾系數(shù)和MD的通量，稱為Knudsen擴(kuò)散-分子擴(kuò)散-Poiseuille流動(dòng)傳遞模型（KMPT），并考察了中空纖維膜組件中纖維絲隨機(jī)分布所造成的溝流效應(yīng)對(duì)膜蒸餾組件通量的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)溝流效應(yīng)的存在使膜組件的通量大大降低。

研究者們通過上述傳質(zhì)機(jī)理建立跨膜傳質(zhì)模型，對(duì)傳質(zhì)模型中跨膜傳質(zhì)系數(shù)的確定可歸結(jié)為兩種方法：一是通過確定膜的空隙率、曲率因子、平均孔徑及膜厚等結(jié)構(gòu)參數(shù)，由經(jīng)驗(yàn)公式關(guān)聯(lián)；另一種方法是結(jié)合對(duì)膜兩側(cè)壁溫和水蒸氣分壓的計(jì)算，通過測定通量，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的非線性回歸得到。傳質(zhì)系數(shù)確定后，再反過來計(jì)算膜蒸餾通量，因此，模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果通常能夠較好的吻合。

2 熱量傳遞

由于熱邊界層的存在，料液側(cè)膜表面處的溫度低于料液主體的溫度，滲透液側(cè)膜表面的溫度高于滲透液主體的溫度，造成溫度極化現(xiàn)象。溫度極化是影響MD過程熱效率的重要因素，通常定義溫度極化系數(shù)Θ用以衡量MD過程對(duì)外加推動(dòng)力的利用程度。

Θ=（Tfm－Tpm）/（Tf－Tp） （2）

優(yōu)良的MD系統(tǒng)要求邊界層的傳熱情況達(dá)到最佳，即Θ應(yīng)接近于1（通常在0.4～0.6）。Schofield等將MD系統(tǒng)的Θ值提高至0.65；Lawson通過采用性能優(yōu)良的膜及優(yōu)化組件設(shè)計(jì)，將Θ值提高至0.8左右；Martinez等也通過使用特殊結(jié)構(gòu)的支承網(wǎng)令Θ值大大提高。

膜蒸餾過程中的熱量傳遞主要由汽化潛熱和跨膜熱傳導(dǎo)兩部分。丁忠偉等通過對(duì)膜兩側(cè)進(jìn)行熱量衡算，并假設(shè)傳熱為穩(wěn)態(tài)過程，得到了流體在膜兩側(cè)表面溫度的表達(dá)式。閻建民等針對(duì)氣隙式膜組件給出了熱邊界層內(nèi)傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。Rodriguez-Maroto等針對(duì)直接接觸式膜蒸餾組件給出了流道內(nèi)的速度和溫度分布曲線，將流道內(nèi)的溫度分布表示為由膜組件入口和出口處測得的溫度的函數(shù)，通過對(duì)計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值的比較指出，當(dāng)工作流體溫度較高且做層流流動(dòng)的情況下，用分別測得的組件進(jìn)、出口處的溫度來表示膜兩側(cè)的主體溫度存在著較大的誤差。Phattaranawik等對(duì)直接接觸式膜蒸餾研究表明，強(qiáng)化傳質(zhì)對(duì)傳熱系數(shù)的影響可以忽略，料液的溫度對(duì)傳熱起較大的作用。 

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