变压精馏和萃取精馏是目前分离大宗共沸物的常用技术,但其依然面临着能耗和投资花费较高、热力学认知匮乏等问题,当被分离物系为三元共沸时,情况更为复杂。基于此,本课题从对共沸物的热力学探究出发,详细分析了共沸物的温度组成（T-xy）图、三元相图、残余曲线、等挥发度曲线和精馏边界线等热力学性质,围绕四氢呋喃共沸废液难以分离的难题,深入探究了二元、三元四氢呋喃相关共沸物变压精馏和萃取精馏时所遵循的热力学规律,为找到变压精馏和萃取精馏工艺过程节能的方向和途径提供理论指导,从而有效、全面地指导工艺设计,获得经济和环境效益俱佳的工艺设计方案。本文主要研究内容和结果如下:（1）以四氢呋喃/水、甲醇/四氢呋喃二元体系为例,研究了双组分共沸物的变压精馏工艺。首先,通过探究共沸组成和温度随压力的变化规律,考察变压精馏的可行性;结合高低压时共沸组成与进料组成之间的关系,通过T-xy图分析可行的产品分离顺序,设计了对应的常规和热集成工艺流程。然后,针对变压精馏工艺设计的难点之一:如何确定循环流股流量和组成,提出采用遗传算法来全局优化常规变压精馏工艺的方法,实现通过优化本身来确定循环流股的流量和组成。首次采用遗传算法优化热集成变压精馏工艺,提出最优热集成变压精馏工艺的概念。结果表明,变压精馏分离四氢呋喃/水共沸物,经遗传算法优化所得工艺比文献值的年总花费（TAC）和CO₂排放量分别降低了10.5%和17.3%,取得了较大进步,并验证了所提出的遗传算法优化变压精馏工艺的有效性;最优热集成工艺的TAC和CO₂排放量均优于直接热集工艺,表明遗传算法全局优化换热量与其他变量的必要性。变压精馏分离甲醇/四氢呋喃共沸物,分离顺序影响常规和热集成变压精馏工艺,验证了预判分离顺序,进行全面研究的必要性。（2）以甲醇/四氢呋喃/水三元共沸体系为例,研究了2.0-2b类共沸物的变压精馏工艺设计,针对变压精馏分离三元共沸物产品分离顺序复杂多变的问题,首次提出采用极值估算法来分析可行的产品分离顺序,通过对三元相图、残余曲线图、精馏边界线、塔内进出料的组成平衡线等热力学规律的分析探究,发现了变压精馏分离2.0-2b类共沸物的三个基本规律,判断了不同进料组成下可行的产品分离顺序。以甲醇:四氢呋喃:水=0.375:025:0.375的进料组成为例,设计了两种可行的常规及其对应的热集成变压精馏工艺,分别采用遗传算法进行全局优化,获得了最佳设计方案,验证了采用极值估算法判断产品分离顺序的有效性。（3）研究了二元最低共沸物的萃取精馏工艺,以四氢呋喃/水、甲醇/四氢呋喃为研究对象。通过对混合物的热力学探究,评估了萃取精馏的可行性,比较了不同添加剂的优劣;首次提出ROE(F_E,Pope/F_E,Pref)新概念,来快速评估操作压力对萃取精馏工艺的影响;设计了减压及其热集成萃取精馏工艺,采用两步优化法和遗传算法分别对四氢呋喃/水、甲醇/四氢呋喃萃取精馏工艺进行了优化。结果表明,减压操作不仅有利于常规萃取精馏工艺的节能,更有利于提高热集成萃取精馏工艺的热效率。该结果也验证了所提出的ROE新概念的有效性。（4）研究了2.0-2b类三元共沸物的萃取精馏工艺,提出了系统的研究方法:通过对混合物的热力学探究筛选最佳的添加剂、确定可行的产品分离顺序及对应的工艺结构设计、工艺优化和过程强化。通过热力学探究,首次提出在不使用添加剂的条件下打破给定组成的三组分共沸物的方法（流程S3）。以甲醇/四氢呋喃/水共沸体系为研究对象。在规定的进料组成下,以二甲基亚砜为添加剂,有三种可行的产品分离顺序,并设计了对应的三种萃取精馏工艺,经遗传算法全局优化后,结果表明,S1工艺最优。为了进一步降低能耗,引入了热集成和热泵技术。首次实现十二种双效热集成工艺同时优化,可减少大量重复性优化工作。此外,设计了四种热泵辅助萃取精馏工艺,比较了其优劣。（5）对比分析了变压精馏和萃取精馏分离四氢呋喃/水、甲醇/四氢呋喃、甲醇/四氢呋喃/水的经济效益和环境效益。结果表明,对于以上三个研究体系,萃取精馏的TAC和CO₂排放量均低于变压精馏工艺,为工业生产过程提供参考。