本论文对年产7000吨N-甲基吡咯烷酮生产工艺流程中的反应工段和分离工段进行优化，分别设计了两个工段的工艺流程。利用流程模拟软件ASPENPLUS对工艺流程、工艺参数、主体设备进行了优化设计，得到以下结论：（1）对反应工段进行优化设计，采用连续管式反应器代替间歇釜式反应器，实现了N-甲基吡咯烷酮的连续化生产，新工艺中使用了静态混合器代替搅拌桨作为物料的混合设备，最终确定的反应工段的工艺流程是两股物料先进入到静态混合进行充分混合，随后由高压泵加压，打入预热器中，在预热器升温后进入管式反应器进行反应；（2）管式反应器可以作为N-甲基吡咯烷酮连续生产的反应器，反应器内的反应温度是240℃，压力为70atm，管径0.1m，长800m，总体积6m~3，相同条件下，间歇反应器体积为50m~3，反应结束后需要停车，放料，浪费生产时间，两种反应器相比，管式反应器体积小，设备投资成本降低约94%，实现连续化操作，提高生产效率；（3）对反应工段的静态混合器的结构和尺寸等参数进行了计算，选择SV型静态混合器，直径50mm，混合长度1000mm，压力降707.42Pa，设计压力70atm，混合单元数8个，与传统的机械搅拌相比，每年可节约42万元的电费。对SV型静态混合器的结构进行了改进，将管式轴向进料管改为了喷嘴式进料，使得一种物料被雾化，增大了与另一种物料的接触面积。（4）通过对两种不同方案的比较，确定了分离工段的工艺流程为出反应器的物料经过闪蒸后，液相物质进入脱轻塔，连续操作脱出甲胺和水，釜液进入脱重塔精制，产品从塔顶流出，最终产品的纯度可以达到99.6%以上。该方案闪蒸罐的操作压力是1.2atm，脱轻塔和脱重塔的进料温度、塔板数、进料板位置和回流比分别为74.00℃、10、5、0.11和89.66℃、19、9、0.32，与另一种方案相比，该方案的投资费用可节省约30%，每年可节约冷却水173728.8t，2.0MPa蒸汽4562.28t，0.6MPa蒸汽54.94t，公用工程费用预期可每年节省约213万元。