有机水溶液脱水是化工、环保和制药等领域生产有机物的一个重要环节。在面对共沸物体系,膜分离技术分离效率高且节能,但是存在通量小,成本高的问题;虽然传统的精馏技术通量大,但是处理不了共沸体系。而精馏-蒸汽渗透耦合技术通过结合精馏技术与膜分离技术各自的优势,有着操作简单、经济成本低等优势。如何设计精馏-蒸汽渗透耦合过程、平衡精馏塔与膜之间的设备与操作费用已经成为阻碍该技术广泛应用的主要问题。所以本研究以Na A蒸汽渗透膜耦合精馏技术分离乙醇水体系为例,开展精馏-蒸汽渗透耦合技术对于共沸水溶液脱水流程的建模、优化及控制方法方面的研究。首先,为了模拟精馏-蒸汽渗透过程,本文在方程导向的建模环境中编写蒸汽渗透膜分离模型,选用半经验方程作为膜通量的计算公式,然后利用模型预测膜实验渗透量并与实验数据作比较,拟合出各组分的渗透系数与渗透活化能。结果表明该模型能够准确预测乙醇/水体系在Na A分子筛膜中的蒸汽渗透过程。在此基础上,建立精馏-蒸汽渗透膜分离耦合过程模拟模型,并提出基于灵敏度分析的精馏-蒸汽渗透(D-VP)耦合过程严格模型优化方法,以经济性评估为参考,发现精馏塔塔顶压力与浓度是权衡精馏塔和膜费用的关键参数。为了简便优化过程,提出精馏-蒸汽渗透耦合工艺的简捷模型,由膜的一维模型和基于Mc Cabe图表法的最小回流比估算模型所组成。该简捷优化方法将压力因素考虑在优化过程中,进一步应用到精馏-蒸汽渗透-精馏(D-VP-D)过程。在验证简洁优化算法后,以乙醇脱水过程为例进行耦合过程优化,评价比较在不同乙醇产品质量要求下不同精馏-膜耦合过程的总费用。本文还利用动态模拟软件针对D-VP过程进行动态模拟与分析,针对产品浓度要求提出采出气流量控制和渗透压控制两种不同的控制方案,并对两个控制方案进行±10%的进料流量和进料组成扰动。结果表明:两种方案均能及时控制产品浓度和塔底浓度;渗透压控制方案的调节时间更短。