在化工生产中精馏是应用最广泛的化工分离单元操作，也是主要的能源耗费场所。精馏塔的热集成是精馏过程节能的重要途径，而热集成中的热泵精馏更是最具有节能潜力的技术之一。因此，在精馏过程中采用热泵精馏降低能耗和成本来提高经济效益具有重要的现实意义。热泵精馏是既向塔底供热又向塔顶供冷的逆卡诺循环系统，节能的效果显著，但如何在生产中应用热泵精馏是过程集成和过程强化的难点。为此本文基于对热泵精馏原理及各种类型热泵精馏特点的分析，通过实例研究，应用将复杂问题分解为相对独立的子问题然后逐一求解的思想，提出了一个六层次策略来求解较优热泵精馏流程，并对每一层次分别求解，使构建较优热泵精馏流程的复杂性得到较好的解决。通过分析常规和热泵精馏系统的热力学特性，建立了热泵精馏流程数学模型及优化设计方法，针对不同的热泵精馏流程结构采用不同的优化设计方法以获得最大的经济效益；为验证热泵精馏流程的可行性提供有利依据，建立了用于确定热泵精馏热集成方案的经济评价标准；将策略与优化设计算法相结合应用于热泵精馏流程，以实现构建较优热泵精馏流程。根据提出的构建热泵精馏的策略和规则，以粗苯乙烯精馏塔和乙苯回收塔为例，进行了热泵精馏流程的构建及模拟与优化设计。结果表明：粗苯乙烯塔应采用A型开式热泵精馏流程，采用此热泵精馏流程一次性投资增加577.5万元，但可节约能耗83.74％，总经济效益每年可增加1607.8万元；乙苯回收精馏塔的塔底与塔顶温差(41.7℃)较大，不适合应用热泵精馏流程，采用热泵精馏流程后不具备好的经济效益。结果验证了本文所提出的策略及建立的优化设计算法，能够产生较优的热泵精馏流程。