精馏在化学工业中应用广泛,精馏过程的能耗大约占化工生产总能耗的30%,其热力学效率仅为5%-20%,是一种高能耗,低能量利用率的单元操作过程。内部热耦合精馏(HIDiC)降低了过程的不可逆性,增加过程的热力学效率。以乙醇-水二元物系为研究对象,对同轴式内部热耦合塔(HIDiC)进行实验研究,在连续操作条件下,得到塔内的温度分布图。通过计算传热系数和温差,得到精馏段和提馏段塔间的传热量。相比于普通精馏塔,压缩比为2.2时,同轴式HIDiC节约能量62.6%,操作费用减少23.46%。研究压缩比和进料热状态对热泵精馏、差压精馏和内部热耦合精馏三种构型的影响。对苯-甲苯二元物系进行研究,结果表明对于热泵精馏,当压缩比为2.4,汽相分率为0.2时,热泵精馏的操作费用最低。对于差压精馏,当压缩比为2.4,汽相分率为0时,操作费用最低。对于内部热耦合精馏压缩比为2.1时,汽相分率为0.2时,操作费用最低。在此基础上对三种构型的精馏过程进行年度总费用(TAC)的计算,结果发现:相比于常规单塔流程,热泵、差压和内部热耦合精馏流程节能效果都明显,且内部热耦合精馏塔的TAC最低。由于进料热状态对HIDiC的节能有很大的影响,对于分开进料的HIDiC,汽相从提馏段进入,液相从精馏段进入。对近沸程正丁醇-异丁醇二元物系进行研究,结果表明分开进料的操作费用均低于常规HIDiC,且当汽相分率为0.2时节能效果较好,优化气液相进料位置得到,当NF=2时,分开进料的操作费用最低。对分开进料的HIDiC采用以组成控制为基础的控制方案,但波动峰值大,恢复周期较长。据此提出了温度组成串级控制方案,塔顶和塔釜产品纯度波动峰值明显降低,且达到稳定状态所需的时间大幅缩短;最后提出了控制塔釜杂质(异丁醇)浓度的改进的温度组成串级控制方案,进一步降低了塔釜产品的稳定时间,达到了产品纯度和温度平稳恢复的最佳控制效果。