裂解碳五资源作为石脑油裂解制乙烯过程的重要副产物,若能对其加以合理的利用,则既有利于保护仅有的地球资源又能提高我国乙烯行业的综合竞争力。因此,实现碳五资源的有效利用对于石油化工企业来说就显得尤为重要。又由于异戊二烯（IP）是裂解碳五资源中附加值最高、应用最为广泛的物质,并且我国对其的需求量也呈现逐年增长的趋势,故而如何才能高效且节能地实现高纯度IP产品的分离就成为碳五资源综合利用的一个重要研究方向。为了积极响应国家节能减排的“双碳”政策,结合目前国内已经实现工业化的传统热二聚两段式萃取精馏工艺存在流程较长,工艺复杂且能耗较高等缺点,本文采取过程强化手段,分别对裂解碳五制高纯度IP工艺原料预处理工段和萃取精馏工段进行了热耦合工艺的稳态设计、多目标优化以及动态控制研究。针对原料预处理工段,本文基于反应精馏技术进一步将其与脱炔塔耦合在一起形成了裂解碳五隔壁反应精馏（RDWC）工艺,并以响应面工具（代理模型）为桥梁,结合MOEA/D多目标算法（优化目标为年总成本（TAC）、CO2排放量和环戊二烯二聚选择性）对其结构和操作参数进行了优化,从而实现对过程经济性和环保性的权衡,进而可以为工艺人员提供更多最优操作工况的选择。优化结果表明,与反应精馏工艺相比,RDWC工艺可节省TAC 12.3%,减少CO2排放量34.8%,此外选择性也有所提高。针对萃取精馏工段,本文采用简化原料的方式,从萃取剂筛选出发,设计、模拟优化并比较了常规萃取精馏工艺（CEDC）、隔壁萃取精馏工艺（EDWC）、带中间再沸器的隔壁萃取精馏工艺（IR-EDWC）和改进的差压热耦合萃取精馏工艺（IDPT-ED）。结果显示,虽然IDPT-ED工艺显示了巨大的节能潜力,但是由于需增设压缩机,其TAC相较CEDC工艺较高;EDWC工艺相较CEDC工艺其热负荷更小但是由于其需要的高品位热源更多,导致其TAC也相对较高,而IR-EDWC工艺则展示出了更好的效果,其TAC和CO2排放量均较优。相比CEDC工艺,IR-EDWC工艺可以节省TAC 24.9%,CO2排放量也减少了41.9%。为了确保论文数据的准确性,本文还进一步完成了以原始碳五预处理产品为进料的IR-EDWC工艺模拟优化,结果显示,其相较于CEDC工艺可节省TAC 30.78%,减少CO2排放量44.32%,效果显著。考虑到RDWC和IR-EDWC工艺原料复杂且耦合程度高,因此其动态控制研究也是重点、难点所在。故本文在第五章中通过改进的相对增益矩阵和非方相对增益矩阵法确定了温度灵敏板的位置以及其与被控变量之间配对关系,并基于此完成了对RDWC和IR-EDWC工艺的控制方案设计、模拟计算以及扰动分析,从扰动的动态响应结果可以看出本章设计的控制方案能够较好的应对流量和组成两种扰动,其瞬时偏差和余差都非常小,针对如此复杂进料条件下的高度热耦合工艺控制过程来说,其过渡时间也是较为满意的。