微精馏系统是指由内径在10～1000μm之间的微通道组成的精馏系统,微通道内流体的流动特性和换热特性是实现微精馏系统传热传质强化的重要前提。在精馏系统中,塔板能够实现混合流体的充分接触,在传热和传质过程中,实现轻重组分的分离。本研究首先模拟了塔板特性,通过在微通道设计可旋转方柱的思想,模拟了微精馏系统的传热传质特性。在研究过程中,建立了2D微通道的仿真模型,通过改变微通道中放置方柱的个数、角度、位置来近似模拟精馏塔中不同形态的塔板,研究发现,在低雷诺数时,随着入口流速的增加微通道内的涡街现象越明显,从而导致了温度分布变化越明显。随着方柱个数的增加和位置的变化,微通道内温度分布呈现不同的情况,同时,当方柱个数为2时,最大混合效率9.51%,当方柱个数为3时,最大混合效率11.49%。然后,将提高微精馏系统的传热传质能力作为优化目标,进行结构优化。设计对3种不同结构的微通道传质模型进行仿真模拟,得到微通道内的速度、组分分布,将得到的仿真数据通过辨识的方法建立微通道简化模型。之后以仿真模型混合效率与简化模型混合的效率差值为目标函数,采用遗传算法对简化模型的入口条件进行优化,得到最佳的入口排布方式。最后,设计了3D微精馏系统仿真模型,采用VOF模型和Mixture模型进行模拟,分析了采用这两种流体模型时微精馏系统内的流体特性。为了将气液两相分离,在微通道末端加入方腔,利用重力特性实现轻重组分的分离。同时,基于热集成的思想,将出口气相携带的热量作为热源二次加热微通道,通过结构优化达到扩大传热温差的目的,仿真结果表明:增加了再热段的微通道可以实现有效升温。