以内部热耦合技术为基础的理想热耦合精馏塔(ideal heat-integrated distillation column, HIDiC)作为精馏塔的一个前沿发展,近年来高效率低能耗的特性备受研究学者的青睐。尽管理想HIDiC的概念上世纪就被提出,但对其的研究都停留在理论阶段没有实际应用到化工过程。究其原因是在精馏塔内部设计和应用热耦合技术时,管壳内部狭小的空间造成了障碍。因此,对于更易设计与应用的HIDiC简化结构的研究有其必要性。从实际的观点考虑,用三个外部换热器近似代替HIDiC精馏段和提馏段之间的耦合部分在理论上是可行的。为此本文提出了理想HIDiC(简称S-0)的三种简化设计。一种是精馏段和提馏段的顶部,中间和底部分别设置换热器的设计(简称S-1)；一种是顶部和中间换热器都设置在精馏段顶部塔板,提馏段顶部蒸汽经压缩与提馏段底部换热构成底部换热器的设计(简称S-2)；另一种是顶部、中间和底部换热器都设置在精馏段顶部塔板的设计(S-3)。对理想HIDiC以及三种简化设计分别建立相对应的稳态数学模型和动态数学模型,进行综合与设计,并以乙烯乙烷二元理想物系分离为例,从固定传热面积和精馏段顶部压力两个方面对三种简化设计进行模拟仿真,研究简化设计对理想HIDiC性能的影响。结果表明S-1的静态性质不如S-0,但动态特性得到了改善。S-2和S-3设计可以减小操作费用和操作费用,但相比于S-1的动态可控性变差。尽管通过增加换热器的面积能够减少操作费用,但简化设计加强了顶部回路和底部回路的交互性,恶化了系统的动态特性和可控性。为了得到更有效的HIDiC的简化设计,应该合理考虑过程综合与设计和系统动态特性与可控性的均衡。