精馏过程具有连续操作和处理量大等特点,广泛应用于多组分物质的分离。然而,能源的高消耗和高成本,使得从业者努力寻找有效的解决方案进一步提高能源利用效率。在多组分物系的分离过程中,隔板精馏塔与常规精馏塔序列相比具有较好的节能效果。本文以热模中试隔板精馏塔为研究对象,采用Aspen Plus对其进行模拟研究,并自行设计和指导建设热模中试隔板塔实验装置对其进行实验研究。针对隔板塔节能工艺,以乙醇-正丙醇-正丁醇物系的分离为对象,提供一套完整的设计优化方法。基于Fenske-Underwood-Gilliland-Kirkbride方程建立三塔简捷设计模型,得到隔板塔设计过程中所涉及的一些主要的工艺参数,并在此计算结果之上建立隔板塔严格计算模型。利用AspenPlus对常规精馏序列和隔板精馏工艺进行严格模拟,并优化其操作参数;采用响应面分析中的BBD设计方法对其进行预测调优;通过考察隔板塔内部的隔板传热对精馏过程的影响,为后续中试装置的建设和控制分析提供一定的依据;与常规精馏塔序列对比,对隔板塔进行热力学分析和经济分析,结果表明隔板塔的资本投资增加5.33%,但因其热力学效率得到明显提高,能源消耗减少33.35%,综合目标年度总费用(TAC)降低25.85%。自行设计和指导建设热模中试DWC实验装置,其中包括工艺流程、主要设备、仪表选型、操作规程等。采用三元醇类物系,对其操作特性进行实验研究,通过实验与模拟相对比,结果表明:产品的纯度、沿塔的组成和温度分布均与模拟结果吻合较好,各参数平均相对偏差均在较小范围之内。针对隔板塔进行动态分析,在稳态运行的基础上,添加进料流量和组成变化±10%的扰动,对比考察3种控制结构的动态响应效果。结果表明,在引入进料扰动后,基本控制结构(CS1)反应较慢,产品偏差较大。据此提出的Q_R/F和温度组成串级控制结构(CS2)可以有效降低产品纯度波动,降低恢复平衡的周期;改进的温差控制结构(CS3)可以更加有效减少产品高纯度的偏差和恢复平衡的停留时间。