精馏是化工生产中最常用的分离技术,但是也为耗能高的过程。热集成和热耦合方式是常见的精馏节能方式。常见的热集成方式有前馈集成和反馈集成,热耦合方式有部分热耦合与全部热耦合(即隔板塔DWC)。一些研究表明,全热耦合塔相对于传统序列能够节能30%左右。然而,由于缺少成熟的设计方法和潜在的控制问题,全热耦合塔的工业应用受到了很大的限制。而且从不少文献还可以看出,任何一种精馏方式的节能效果均和所分离的物系和进料组成等有很大的关系,对于某一特定的物系和进料组成,应该采用哪一种精馏方式则是重要的优化决策问题。本文针对三组元混合物的分离,研究传统的直接分离序列、间接分离序列、热集成方式(包括带有反馈集成的直接序列和带有前馈集成的间接序列)、部分热耦合序列的侧线精馏和侧线提馏,以及完全热耦合方式(即隔板塔)的总费用及其之间的比较,以期给出适合不同物系及组成的最佳精馏分离方式。本文选取六种不同分离指数的烃类物系,以及多种进料组成条件,针对不同物系分别给出在多种进料条件下总费用最小的精馏分离方式,据此将最适合某种精馏方式的进料组成标于进料组成三角图,进而在图上给出适于不同精馏方式的区域划分。结果表明,分离指数以及进料组成对于精馏方式的选择有很大的影响;热集成精馏、部分热耦合以及完全热耦合精馏方式分别在不同物系和组成条件下具有优势。根据上述分析结果,本文还提出了选择三组元分离最佳精馏方式的经验规则,且据此建立了用于选择三组元分离最佳精馏方式算法,并通过算例对算法进行的验证。本文还对三种改进的完全热耦合精馏塔流程进行了严格模拟,对其有效性和等价型进行了验证,并结合塔径的设计,证明了这三种改进流程的可行性。