在以往的研究中,包括热泵精馏塔和各类HIDiC构型在内的热耦合塔工艺在分离近沸点物系时较传统精馏塔表现出了良好的节能效果和经济优势。本文在前人工作的基础上,利用Aspen Plus模拟软件对多组二元物系开展了关于传统精馏和各类热耦合精馏工艺的对比研究,并针对特定HIDiC构型进行了详细地设计分析和优化研究。在对丙烯-丙烷分离过程的分析讨论中,本文基于同轴式HIDiC构型提出了一种强化换热的改进HIDiC构型,该构型在原有塔内换热的基础上,又将精馏段塔顶蒸汽经再压缩后与提馏段塔底液体进行换热,从而代替了使用低压蒸汽作为热源的再沸器。文中对该构型中存在的三个关键性操作变量做了详细的优化分析,即塔内、塔外的热量分配问题,精馏段操作压力和第二压缩机压缩比的取值问题。优化结果显示年均总费用随着换热方式逐渐由塔内多换热板向塔外单一换热器转变而逐渐减小。由此,本文开发了一种新型的双塔分离式HIDiC构型,在该构型中,塔内平行塔板间无换热,换热均在塔外换热器中进行。该新工艺在年均总费用和总能耗方面的表现均优于其他所有热耦合塔工艺。此外,本文另针对相对挥发度依次递增的四组二元物系(苯-氟苯、苯-正庚烷、苯-甲苯、苯-氯苯)开展了传统精馏和四种热耦合精馏工艺(热泵精馏、HIDiC通用构型、HIDiC简化构型、差压热耦合精馏)的模拟研究,分析结果表明,热耦合节能工艺在分离相对挥发度较小(沸点差较小)的物系时,相比于传统精馏表现出良好的节能效果和经济优势;随着物系的相对挥发度不断增大,热耦合工艺的优势逐渐减小甚至消失。当热耦合精馏工艺在分离体系下能够发挥其节能优势时,又以热泵精馏塔和差压热耦合精馏塔的效果最为显著,而HIDiC相关塔工艺由于其特殊的操作特性,在经济性方面并不具有良好的竞争态势。此外,HIDiC构型的换热形式和换热器换热位置的选择将对工艺最终的经济效益具有重要影响。