化工单元操作过程中分离过程所消耗的能量占总能耗的主要部分,其中精馏过程是公认的能耗过高的过程。因此对精馏分离过程的用能分析以及深层次研究具有重要意义。热泵技术应用于分离过程是一种能有效提高过程热力学效率的节能技术,能够降低生产过程中的能耗,取得较大的经济效益。非平衡热力学分析法近几十年用于化工分离过程,它能够分析具体的节能部位、潜力以及原因,以便于采取相应的节能措施。本文对20万吨／年异丁烷脱氢制取异丁烯的前期精馏工段进行模拟设计以及节能优化,主要通过流程模拟软件对精馏过程进行优化设计,‘以及利用热泵技术对流程进行改造,并通过非平衡热力学原理对过程进行能耗分析,主要进行了如下工作：工艺流程设计以及操作参数的优化：分析原料特点,确定了三塔精馏方案。通过优化设计,确定三座精馏塔的塔板数、进料位置、回流比等操作参数。结果表明,在流程设计中,当精馏塔塔板数分别为48、60、93块,质量回流比分别为100、7、5时较为优化。精馏方式的优化(宏观优化)：针对常规精馏能耗较高的情况,对物料体系以及精馏塔设备和操作参数进行分析,采用热泵精馏技术进行节能改造。选用塔顶气相压缩式热泵技术改造该分离过程,利用外设压缩机将塔顶出来的气相流进行压缩升温升压,从而作为塔底的热源而其自身通过换热器冷却。结果表明,相对于常规精馏能耗从68.16 GJ/t降低到了45.87 GJ/t,能耗下降了32.7%。公用工程费用(循环冷却水和中低压蒸汽耗量)预估每年可节约115.87万元。过程用能的分析与优化(微观计算)：根据非平衡热力学理论,将任一微系统的耗能率与熵产速率通过耗散函数进行关联,再通过研究精馏塔内各部位熵产速率的变化对有效能损失的影响关系来找出节能的部位,并通过调整工艺方案和主体设备来达到有效能损失的降低。