得益于内部的高度耦合,隔离壁蒸馏塔（Dividing-Wall Distillation Column,DWDC）能有效降低分离操作的非可逆性,进而实现操作效率大幅提升的目的,取得了投资成本、安装空间以及操作能耗显著减少的三重效果,并已实现了较为广泛的应用,彰显了过程强化的巨大优势。但这并不意味着DWDC已无节能潜力可挖,采用多隔离壁和热泵等技术继续对DWDC实施再强化设计能够实现更多的节能可能性。但由于DWDC的再强化过程涉及大量复杂的结构与操作变量,导致再强化DWDC的综合、设计与控制成为一个极具挑战性的问题。为解决该问题,本文提出一种系统性的综合、设计与控制思想,即通过预先确定再强化DWDC最优拓扑结构的方式,使拓扑结构与设计和操作变量解耦,从而使得其综合、设计与控制问题转变为特定拓扑结构下的结构和操作变量的搜索优化与控制结构的设计问题进而可以大幅降低过程开发中的模型化、结构和操作变量搜索优化以及工艺与控制结构筛选的工作负担。再强化DWDC包括但不限于复杂DWDC的开发、DWDC的蒸汽再压缩（Vapor Recompressed Dividing-Wall Distillation Column,DWDC-VRHP）与反应DWDC（Reactive Dividing-Wall Distillation Column,R-DWDC）的开发。本文突出展示了DWDC-VRHP与R-DWDC的综合、设计与控制。（i）DWDC-VRHP的综合、设计与控制。虽然蒸汽再压缩热泵（Vapor Recompressed Heat Pump,VRHP）能显著提高DWDC的热力学效率与经济效益,但由于DWDC双塔多段拓扑结构的影响,导致DWDC-VRHP的开发出现多种可能,比如DWDC与单、多和多级VRHPs等的结合,这使得其开发过程异常复杂而繁琐,极大可能恶化过程可控性。为解决此问题,本文采用系统的思想对DWDC-VRHP的开发进行研究。（ii）R-DWDC的综合、设计与控制。把反应操作进一步耦合于DWDC的综合与设计之中,能够最大限度地挖掘反应操作与分离操作相互耦合的潜力。但由于分隔壁技术的引入所导致的分隔壁数量与位置的多样性以及反应段的不同安排方式等使得R-DWDC的开发具有很多可能性,包括单、双和多隔离壁等情形,极大地增加了系统开发的复杂性与繁琐性,极有可能恶化R-DWDC的动态特性。为解决此问题,本文采用系统的思想对R-DWDC的开发进行研究。具体研究内容展示如下:1.DWDC的双塔多段结构特性导致DWDC-VRHP的开发异常复杂而繁琐。尽管许多人揭示了DWDC-VRHP的巨大优势,但他们实际上忽略了这些过程开发中的固有问题。在本研究中,对轻组分占优的三元宽沸点物系进行研究,由于轻组分与中间/重组分的分离会引起主要的能量消耗,VRHP应该被用于减少这些分离过程的不可逆性,由此产生了DWDCVRHP的最优设计,即一个DWDC+二级VRHPs的结构。第一级VRHP利用再压缩的塔顶蒸汽预热进料,不仅利用了进料与塔顶之间温差小的优势,而且还有利于通过进料分流促进气/液相间的传质传热。第二级VRHP被用于预分离蒸馏塔（Pre-fractionator,PF）的提馏段以图进一步削减非可逆性。通过两个苯系和烷烃系中的例子证明了此结构的最优性。该原理适用于任意DWDC（无论分隔壁处于何位置）。预先确定DWDC-VRHP的最优设计极大地削减了其过程开发中的建模、参数搜索优化与工艺和控制结构筛选等复杂而繁琐的任务。2.对于中间组分占优的三元宽沸点物系,由于DWDC的PF与主分离蒸馏塔（Main Distillation Column,MDC）之间的质量与热量耦合程度最大,过多的热量总是存在于中间产品位置周围,因此可以通过VRHP将多余的热量有效地用于辅助PF提馏段或公共提馏段的分离操作。由此可得DWDC-VRHP的最优设计,即一个DWDC+两个VRHPs。第一个VRHP利用中间产品与公共提馏段之间温差小的优势,将再压缩的侧线蒸汽用于加热后者,从而有助于降低分离操作的不可逆性。第二个VRHP通过压缩经第一个VRHP的高温冷凝液预热后的塔顶蒸汽将其潜热释放到PF提馏段,以图进一步降低非可逆性。对于分隔壁位于顶部和底部的DWDC,其DWDC-VRHP的最优设计也可以以相同的方式导出。通过两个苯系和烷烃系中的例子证明了此设计原理的可行性和有效性。3.具有最不利相对挥发度排序（Most Unfavorable Ranking of Relative Volatilities,MURRV）四元可逆反应的分离通常需要一个反应蒸馏塔（Reactive Distillation Column,RDC）+一个或两个常规蒸馏塔（Conventional Distillation Columns,CDCs）组成的多塔系统。多塔系统虽涉及高能量强度的反应与分离操作,但同时也体现出了巨大的过程强化潜力。以带有外部环流的RDC（Reactive Distillation Column with an External Recycle,ER-RDC）与CDC组成的两塔系统（ER-RDC with a CDC,ER-RDC+CDC）为基础,通过仔细协调ER-RDC与CDC之间的物质与热量耦合,推演出了一种反应双隔壁蒸馏塔（Reactive Double Dividing-Wall Distillation Column,RDDWDC）。根据反应热效应特性,左侧分隔壁位于顶部或底部,除了允许ER-RDC与CDC之间的物质与热量耦合之外,还有利于反应段的反应操作。右侧分隔壁位于中间,不仅可以强化ER-RDC与CDC之间的物质与热量耦合,还可以强化分离操作之间的物质与热量耦合。推演出的RDDWDC本质上具有最大程度的过程强化,因此成为分离具有MURRV的四元可逆反应的最具热力学效率的结构。通过对分离具有MURRV的两个放热与吸热四元可逆反应的研究,证明了R-DDWDC是一种极具竞争力的替代结构,同时也说明了此设计原理的有效性和可行性。4.R-DDWDC内部的高度质量与热量耦合使得其动态控制成为一大难题。在当前工作中,针对具有MURRV的理想四元吸热可逆反应,研究了R-DDWDC的操作可行性。四点单回路温度控制系统导致产品C与D的浓度存在较大的稳态偏差,其原因主要是未能严格保持反应物A与B之间的化学计量比。之后设计了温度+温度串级控制方案用于加强化学计量比的控制,该控制方案确保了产品稳态偏差的大幅降低。最终合成了温差+温度串级控制方案,极大地改善了R-DDWDC的动态性能与可控性,其性能甚至优于最有效的双温差控制方案。这些结果不仅说明了RDDWDC的操作可行性,而且还揭示了所提出的温差+温度串级控制方案对其它任何复杂蒸馏塔的推断控制具有普遍意义。