随着能源危机的持续增长、环境控制的日益严格，化工产品的价格和质量竞争趋于全球化，最优化技术被广泛用于厂级工艺设计、操作与控制的优化，在满足各种限制条件下有效降低成本、提高系统的综合效益。精馏分离过程是石油、化工生产过程中常用的高能耗生产单元，该过程的集成优化设计对提高装置的效率具有重要意义。本文主要以苯-甲苯精馏过程为例，对过程建模、优化与控制进行深入研究，将机理模型与最优化技术恰当结合，并将最佳的优化结构应用于厂级控制方案的设计与模拟仿真中，实现苯-甲苯精馏过程一体化工程设计。　　本研究主要内容包括：⑴采用平衡级精馏塔建模方法，建立精馏过程的机理模型。运用Newton-Raphson算法和广义追赶法算法求解精馏过程的MESH方程，编写MATLAB程序，实现苯-甲苯精馏过程数学机理模型的稳态模拟计算与仿真。⑵以年生产总成本最小化为优化目标，以建立的数学模型方程为约束条件，采用Powell优化算法对苯-甲苯精馏过程进行优化求解。通过经济优化计算获取最优操作变量（各块进料板的进料比）和结构变量（塔径、塔高、传热面积等）。⑶考虑到Powell优化算法的局限性，进一步运用混合整型规划算法对苯-甲苯精馏过程进行优化设计。编写GAMS软件程序，通过经济优化计算获取最优结构变量（塔板数、进料板位置）和操作变量（加热量、冷凝量、塔径等）。并采用预处理过程，以确保精馏模型求解的全局收敛性和全局最优解。⑷以上述优化设计后的精馏塔最优结构为基础，进行先进控制方案的设计与模拟研究。提出了以轻重产品比作为被控变量、冷凝器负荷和再沸器负荷作为操作变量设计预测控制算法，实现质量闭环控制。并采用在线滚动优化策略进行质量预测控制。在优化控制中运用该预测控制和优化算法，使精馏过程动态运行在最优操作点。以苯-甲苯精馏过程为例，编写仿真程序验证提出的优化控制方法的有效性。