乙醇是一种广泛应用于国防工业、医疗卫生、有机合成、食品工业、工农业生产等领域的重要化工原料,随着能源替代战略的不断推进,乙醇需求量逐年上升。精馏是乙醇生产过程中的必要环节,存在着过程能耗大、热效率低、运行费用高等问题。热泵精馏是一种高效节能技术,但由于乙醇-水溶液体系的共沸特性,目前针对乙醇-水的MVR热泵精馏技术缺少理论指导与实际应用。本文结合乙醇-水溶液特性,开发了两种乙醇分割式MVR热泵精馏系统工艺流程,通过对处理量为100 kg/h的系统进行仿真优化、热力学分析以及工艺流程设计,旨在为乙醇分割式MVR热泵精馏技术实际生产应用提供指导。基于乙醇-水溶液体系相平衡图,开发了直接压缩式和外部工质式两种乙醇分割式MVR热泵精馏系统工艺流程,并通过温焓(T-H)图,分析系统用能特点。为研究乙醇分割式MVR热泵精馏系统操作特性,利用Aspen Plus软件建立了系统仿真模拟流程,采用序列二次规划算法对系统进行了灵敏度分析,研究了系统回流比、进料位置等主要参数与系统节能特性之间关系,优化了系统操作参数。发现最佳回流比为4.5-4.8,最佳进料板位置为第15块塔板。建立了乙醇分割式MVR热泵精馏系统热力学模型,对直接压缩式和外部工质式两种乙醇分割式MVR热泵精馏系统从热力学性能、能耗及运行经济性三个方面进行了评价和对比分析。结果表明,直接压缩乙醇分割式MVR热泵精馏系统较外部工质式可节约能耗64.36%,节省运行费用75.77%,性能更优。结合上述优化及分析结果,对处理量为100 kg/h的乙醇分割式MVR热泵精馏系统进行了设计计算,验证了本文开发的乙醇分割式MVR热泵精馏系统可节约能耗60%以上,节约运行费用70%以上,适用于乙醇精馏生产过程中的节能改造。