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分离过程的设计通常以系统的总费用最小为目标,涉及选择适宜的分离方法,确定最优的分离序列,实现系统热集成等环节,是化工过程系统工程研究的重要问题之一。对多组分分离过程,相平衡模型及计算方法是过程设计最关键也是最复杂的环节,然而目前仍未有更简单有效的针对多组分相平衡问题的计算方法。本文在分析多组分分离过程本身特性的基础上,提出了一种基于拟二元法的相平衡计算方法,并将该法用于分离过程设计问题的研究。1、用拟二元相平衡模型表达多组分精馏与恒沸精馏的相平衡关系,并可求取得到拟二元体系的平衡数据和平衡相图,且可直接用于多组分精馏过程的图解设计计算。提出基于迭代的拟二元逐级计算的多组分精馏塔的设计法。首先采用基于优化的逐级计算法计算每块塔板上各物质的组成,然后进行拟二元精馏过程的设计。实例研究表明:这一方法也可以容易的得到多组分精馏的最小回流比和最少理论板数;而且也适用于理想、非理想体系,对恒沸精馏该方法也能得到比较好的结果。2、提出一种多组分精馏塔的简捷设计法。首先应用Aspen plus软件模拟计算每块塔板上各物质的组成,然后通过VB语言编程进行拟二元精馏过程的设计,并通过软件集成使整个设计过程可以自动运行。实例研究表明,这一方法很容易得到多组分精馏的最小回流比和最少理论板数;既可以用于理想的精馏体系又可以用于非理想的精馏体系;对于有夹带剂加入的恒沸精馏过程,这一方法仍然适用。3、针对改良西门子法多晶硅生产中尾气分离工艺操作条件苛刻的缺点,对尾气分离工艺进行改进。首先应用Aspen plus软件,将精馏、吸收、吸附等不同分离方法进行组合,确定分离尾气混合物的分离序列,并构建了四个可行的工艺流程。模拟结果表明:四个流程都可在比较温和的操作条件下达到较好的分离效果;其次用温焓图进一步分析各流程的能量利用情况,结果发现:四个流程进行热集成的意义不大,但分离所需的冷凝温度为250K,易于实现;最后比较四个流程的设备以及流程中吸收剂的加入量、主要设备的操作压力、接吸附的流股中H2的摩尔分率、QH,min和QC,min的大小,最终得到了分离尾气的最佳流程。该流程在第①步中用两个闪蒸罐完成分离,用作预分离的闪蒸罐操作压力为506.6kPa;第②步的吸收过程可将H2由0.89提高到0.981(摩尔分率),吸收剂用量为278kmol/h;第③步塔顶分凝器所需温度为253K,且可将HCl比较完全的分离到塔顶;第④步吸收剂用量为111kmol/h,HCl被提纯到0.99;第⑤步为简单的二元精馏,进料混合物中仅含有SiHCl3和SiCl4。