本论文以天然气及压缩空气等工业气体脱湿为应用背景，针对水蒸气微量、可凝和在聚合物膜中高渗透速率的特性，首先研究了水蒸气在均质聚合物膜（聚砜、聚砜/磺化聚砜共混及硅橡胶）中的渗透行为，两种特殊行为——成簇迁移和溶胀作用的相互竞争使水蒸气在聚合物膜中的溶解、扩散及渗透系数与原料水蒸气压力（活度）、温度等的关系与永久性气体（N₂、H₂等）不同。 利用阻力模型对水蒸气在聚砜/硅橡胶非对称复合膜中的渗透速率及阻力分布进行研究，揭示了支撑层阻力对水蒸气通过非对称复合膜渗透的重要影响，并提出通过改变膜结构参数提高水蒸气渗透速率及分离性能的方法。 采用微元法建立了中空纤维膜脱湿工艺过程数学模型，考察影响脱湿过程的因素如中空纤维丝内压降、膜几何尺寸、膜性能及操作条件等。同时，建立工业规模天然气膜法脱湿试验装置并进行了现场试验，净化天然气露点及甲烷回收率均达到了工业应用要求。现场试验结果与模拟计算结果具有一致性，同时模拟计算的结论也在试验中得到验证。 以上的研究为膜法脱湿技术中膜材料的选择、膜结构的控制、膜分离器的改进及脱湿工艺过程优化等提供理论指导和依据。