化学工业中存在许多能形成二个及以上共沸物的混合物,必须有效分离以免引起环境污染和资源浪费。萃取精馏和变压精馏是分离共沸混合物的常用方法,对于含有多个共沸物的多组分体系,其分离序列的优化设计和动态控制具有重要的研究意义。本文以甲醇-乙腈-苯和四氢呋喃-乙醇-水二个多共沸物三元体系为例,利用Aspen Plus和Aspen Dynamics分别对萃取精馏和变压精馏分离序列的设计、模拟、优化和控制等进行了研究。对于萃取精馏分离甲醇-乙腈-苯的研究,根据热力学性质选择和比较氯苯和苯胺二种萃取剂,确定氯苯更为适宜;根据萃取剂氯苯对体系中组分相对挥发度的影响,提出了四种传统萃取精馏分离序列和十种热耦合塔萃取精馏分离序列,并以年总费用(total annual costs,TAC)最小为目标,利用序贯迭代搜索方法进行了优化设计;传统萃取精馏分离序列中最小TAC为6.806×105$/a,热耦合塔萃取精馏分离序列中最小TAC为5.834×105$/a,另一种有前途的热耦合塔萃取精馏分离序列的TAC为6.380X 105$/a。最后,建立了三种分离序列的控制结构以应对进料流量和进料组成的扰动,并利用Aspen Dynamics进行动态模拟,验证了控制结构的有效性和鲁棒性。在变压精馏分离四氢呋喃-乙醇-水体系的研究中,根据共沸物的压力敏感性分析,提出了六种常规变压精馏分离序列(WET,WTE,TEW,TWE,ETW和EWT);利用精馏边界线的高度弯曲性,提出了二种具有跨边界精馏的变压精馏分离序列;以最小TAC为目标利用序贯迭代搜索方法对以上分离方案进行了优化设计。结果表明:常规变压精馏最优分离序列(ETW)的TAC为11.81 × 106$/a,跨边界精馏分离序列WET和TWE的TAC为12.27×106$/a和12.13×106$/a,与其常规序列相比,TAC分别减少18.47%和26.17%。另外,对上述三种变压精馏分离序列提出了多种热集成方案,大幅减少了能耗费用和经济成本;在稳态设计的基础上,对不同热集成方案的操作性能和动态控制进行了研究。结果表明:常规变压精馏最优分离序列(WTE)的经济性更好,热集成也能够大幅度节约能耗,但是跨边界精馏分离序列的操作性和可控制性更好,并且热集成方案由于自由度的减少和集成度的提高,其控制性能也在减弱。