精馏是化工生产中最成熟可靠的分离单元操作,但同时也是一个高能耗、低热力学效率的过程,因此精馏过程的节能问题一直受到广泛关注,各种精馏节能技术也层出不穷,比如热集成精馏、热耦合精馏和热泵精馏等。这就使得对于相同的分离任务,存在多种可供选择的流程结构可以完成分离目标,但是其费用却大不相同,而精馏过程的费用与物系的热力学性质,进料组成和分离要求等息息相关。因此,如何在众多精馏结构中找到年度总费用(TAC)最低的精馏方式是一个非常关键的问题,同时,也引出了另外一个重要的过程系统优化问题,即在最优精馏结构的选择过程中,物系性质,进料条件和分离要求等因素对其有什么影响。本文针对三组分混合物的分离,选取六种不同分离指数(ESI)的物系,综合研究ESI、分离要求和进料组成对最优三组元精馏结构优化选择的影响。首先,对选定的六种物系,在不同的进料组成条件下,用简捷设计结合严格模拟分别对传统的直接和间接序列、带有热集成的精馏序列、部分热耦合精馏序列(侧线精馏和侧线提馏)以及全热耦合精馏序列(隔板塔)进行优化设计,并以TAC作为标准进行评价,将TAC最小的精馏方式标在进料组成三角图上,从而得出全局进料组成范围下最优精馏结构在进料组成三角图上的分布,以此为基础研究物系和进料组成对最优三组元精馏结构选择的影响。用相同的方法,首次研究分离要求变化对最优精馏结构选择的影响。结果表明,物系、进料组成和分离要求这三个因素都对精馏过程的费用有很大的影响,三个因素之间相互制约、相互影响共同决定了在特定情况下该选用何种精馏方式。