随着金融危机后的全球经济复苏与世界重心回归实体经济的发展趋势,科技创新与产业革命为社会带来了新机遇,新兴产业成为新一轮的发展热点,同时,实现传统工业的创新改进也同样引人注目。面对高耗能的精馏工业,节能降耗有着巨大的竞争优势。在传统的分离作业中,出现了节能性能更优的新型设备,逐渐动摇着两端出料的常规精馏塔的地位。隔离壁精馏塔(DWDC)独具特殊的结构,塔体被一块隔离壁在竖直空间一分为二,成为预分离塔和主精馏塔,并整合于一个塔壳中,与完全热耦合精馏塔具有相同的热力学效率。隔离壁精馏塔相较常规精馏塔,不仅能够节省设备投资、操作费用,降低能量消耗,还能实现塔顶、侧线、塔釜三股出料的多元混合物的分离操作。然而,由于预分离塔和主精馏塔之间的物质耦合与能量耦合十分强烈,导致隔离壁精馏塔在四点浓度(三个主要采出产品的浓度要求和中间产物中杂质的浓度比)的控制条件下,出现了设计和操作的黑洞问题。本文建立了隔离壁精馏塔的稳态和动态数学模型,利用Aspen软件进行工业生产运行的模拟仿真,并对其内部结构进行全面系统的研究分析。然后,巧妙地利用多进料策略,制定出一种简单、适用度高的综合设计方法,通过改变进料股数、位置、流量大小,重新平衡了两塔之问的耦合关系,有效地完成了DWDC的黑洞填补工作。此外,对两个分离实例——理想物系A,B,C和实际物系乙醇、丙醇、丁醇分离系统的稳态分析和动态研究,证实了该方法的可行性及有效性。其中与多侧线采出策略的对比,突出了该方法的节能优势。并且对寻优后所得设计结构的三点控制效果进行了闭环测试,验证了最终过程设计的动态特性和可控性能得到了提升,且进一步推测其提升程度与稳态能量消耗差异有关。