吡啶、乙腈是化工过程重要的原料,广泛应用于制药及化工领域。目前人们的节能减排及资源回收利用意识逐渐提高。因此对制药行业产生的大量废水中有用物质的回收利用,以减少环境污染和资源浪费成为一项重要的工业生产过程。在治丙肝药物中间体合成过程中会产生大量的吡啶-乙腈-水混合物废液。本文以该工业物系为研究对象进行工艺设计及优化。因料液中存在两个两元共沸物,无法通过普通精馏进行分离且乙腈-水较吡啶-水混合物更易于分离。通过分析该三元物系的剩余曲线图可知,通过加入乙腈共沸剂,用共沸精馏方法使塔底得到99.5%以上纯度的吡啶,塔顶得到乙腈-水的混合物。分析乙腈-水物系发现其对压力敏感且可以用萃取精馏进行分离,故可以考虑用变压精馏方法或者萃取精馏方法对共沸精馏过程中塔顶采出的乙腈-水物系进行分离。综上分析,本文对吡啶-乙腈-水物系分离设计出共沸-萃取精馏工艺与共沸-变压精馏工艺两套方案,且均得到纯度99.5%以上乙腈和吡啶产品。本文采用ASPEN PLUS软件对吡啶-乙腈-水三元物系进行模拟分析。以吡啶及乙腈的产品纯度和塔釜总能耗为目标函数,利用单因素分析法初步优化精馏塔操作参数,缩小操作变量变化范围。通过中心组和实验设计,应用响应面方法对整个工艺系统进行优化模拟,寻找两套工艺的最佳参数组合。响应面优化与单因素优化结果相比共沸-萃取精馏系统再沸器负荷节约37.27%,共沸-变压精馏系统再沸器负荷节约27.36%。对响应面优化后工艺进行换热优化,发现热集成优化前后共沸-萃取精馏系统节能12.3%,共沸-变压精馏系统节能33.0%。对比两种工艺发现,经过换热优化后共沸-萃取精馏工艺较共沸-变压精馏工艺总体节约能耗约1.04%,但是共沸-变压精馏工艺中减少了萃取剂夹带对产品纯度的影响且没有萃取剂投入消耗,故最终选择共沸-变压精馏工艺分离此三元物系。