以乙醇和水为分离物系,采用自制同轴式内部热耦合塔中试装置,在连续进料操作条件下,通过构建传热模型和划分区域的方法,研究了不同压缩比下的传热量和传热系数;实验结果分析表明,压缩比为2.2时,该实验装置的传热量最大;继而研究了实现外回流为零时所需要的换热面积,并利用热力学分析方法,以年度总费用(TAC)作为优化指标,对其进行了设计优化;结果表明,随着最小换热温差的增大,限制传热塔板数不断增加,即所需外部换热装置个数不断减少,年度总费用(TAC)呈现降低的趋势,同时发现在实现外回流为零时,存在着跨越夹点的传热,剔除跨越夹点的传热能够降低能耗,实现更好的经济效益;除此之外,对实现冷凝器负荷为零时的装置进行了热力学效率分析,当耦合方式为“1”to“4”时,操作费用最低(热力学效率最高),表明在精馏段与提馏段两端进行耦合时,换热器两端的温差并不是越大越好,温差越大,会使热力学效率降低,且由于冷凝器负荷低于再沸器负荷,可以推断冷凝器为主导作用,耦合位置越接近主冷凝器端,操作费用越低;优化得到的热耦合装置与热泵精馏、常规精馏作了对比,选出更适合此状态下乙醇、水物系分离的外部热耦合精馏塔。以苯、甲苯物系为研究对象,优化出压缩比为2.3时年度总费用(TAC)最低,通过运用热力学分析方法,得到换热器个数为6时年度总费用最低;并通过运用热力学效率分析方法对苯、甲苯物系进行设计优化,同样得到与乙醇、水物系相似的理论—耦合两端的换热温差并不是越大越好,温差越大,会使热力学效率降低,且由于冷凝器负荷与再沸器负荷相近,两端均起主导作用;对热耦合塔优化后的装置与热泵精馏、普通精馏进行了对比,选出更适合此状态下苯、甲苯物系分离的外部热耦合精馏塔。