无水叔丁醇是一种重要的化工原料,然而在工业生产过程中会与水形成最低共沸物,难以通过简单精馏的方式获得高纯叔丁醇。基于此,本文提出双塔萃取精馏、隔壁塔萃取精馏和反应精馏三种精馏工艺来制取高纯度叔丁醇。在双塔萃取精馏和隔壁塔的优化中,利用Aspen Plus软件模拟该分离过程,以年度总费用(TAC)最低为目标函数,采用序贯迭代搜索法进行工艺参数优化,最终得到最佳操作参数。在反应精馏塔的设计中,利用环氧乙烷水合反应的非催化、强加热和不可逆的特性,在反应精馏塔内多处进料环氧乙烷,环氧乙烷可与水反应,打破叔丁醇/水的共沸平衡,从而制得无水叔丁醇。对操作压力、进料比、理论板数、进料位置和持液量等操作参数进行详细的灵敏度分析以优化反应精馏塔的流程,并探究反应精馏分离方案用于叔丁醇除水的可行性和潜力。最后,以反应精馏塔的稳态结果为基础,在Aspen Dynamics中建立3种控制方案,并分别对三种控制结构施加±10%的进料流率和±5%的组分扰动以研究工艺的可控性。模拟结果表明,与双塔萃取精馏相比,隔壁塔萃取精馏能节约2.23%的能耗,但因使用高压蒸汽作为加热介质,操作费用增加11.10%,整个流程的TAC增加6.51%,因此隔壁塔萃取精馏并不具备经济性。而优化后的反应精馏塔则能节约47.69%的能耗和35.36%的TAC,显现出巨大的应用潜力。动态模拟研究发现,引入Q_R/F的前馈控制结构和R/F的比例控制结构的温度组成串级控制方案能有效抵抗干扰,灵敏板温度的振动幅度减小,且产品纯度趋于稳定。