内部能量集成精馏塔（internally heat integrated distillation column, HIDiC），也称内部热集成精馏塔，是一种集成化高、效果显著的精馏节能方式，兼有热泵精馏和透热精馏的特点。它是通过压缩机与节流阀的压力调节，使精馏段与提馏段进行内部的热量交换，可同时节省精馏段的冷凝量和提馏段的加热量，从而实现显著节能。虽然内部热集成为精馏塔提高有效能利用提供了较大空间，但由于需要在常规精馏塔的基础上加入压缩机、节流阀和换热设备等辅助设备，特别是透热方式能量集成的引入使得HIDiC的设计、操作和分析更加复杂，可控变量增加，内部能量集成方式和程度对总体能耗以及投资费用的影响规律尚待深入了解，因而仍需要通过实验和模拟等手段对HIDiC进行深入研究。本文首先对HIDiC的换热过程和分离效率进行了实验研究，设计完善了透热精馏塔实验装置，通过一系列实验，对精馏中的透热换热量、总换热系数以及伴有透热换热的精馏塔分离效率进行了测定，为该种类型精馏塔的设计提供了参考数据。实验结果表明，总换热系数随两塔段压差的增加而降低，塔段间的换热会较为明显的影响提馏段（外塔）的分离效率。根据以上实验研究得到的总换热系数和换热量，使用Aspen PlusTM软件对两塔段间换热量的分布情况进行了模拟分析，结果表明，在对透热精馏的每板间的换热量进行计算时，若每板间的换热温差相差不大，即每板换热量分布较为均匀，使用总换系数得到的计算结果的误差较小；若塔板间的换热温差相差较大，即每板换热量分布不均匀，使用统一的总换热系数得到的计算结果的误差较大。HIDiC塔段间的换热量是HIDiC设计计算过程中较为重要的参数，通过对HIDiC的热力学效率分析，了解到HIDiC的热力学效率和过程的可逆性较常规精馏塔有了数倍的提高，在保持与常规精馏塔相同的塔板数的情况下，两塔段间的总换热量及其换热面积较大，从而增加了设计和安装难度。针对两种物系的精馏分离模拟，研究了HIDiC的塔板数增加对换热量和年度总费用的影响。模拟结果表明，无论分离易分离的宽沸点物系还是分离难分离的窄沸点物系，通过增加一定数量的的塔板数，均可降低HIDiC的内部液相回流量和汽相蒸发量，从而使塔段间的换热量下降，可实现在不增加换热温差的情况下减少换热面积，进而使其年度总费用得到优化。最后，针对传统能量集成精馏序列所需压差较高，而内部热集成精馏的换热方式较为复杂的特征，结合透热精馏的节能优势，提出了带有中间热集成的精馏序列（IHISDC），通过分离三元物系实例，对该序列进行了模拟分析和优化。结果表明，IHISDC将传统能量集成序列中高压塔塔顶与低压塔塔底的热交换转化为塔段间的热交换，从而降低了两塔间的压差，进而降低了公用工程费用。同时发现，若保持塔板数不变,两精馏塔的中间热集成会使未集成塔段的外输冷、热负荷增加。