经生物质发酵得到的生物乙醇含有多种微量组分,在分离过程中这些微量组分将大大影响乙醇产品的纯度。因此,本文针对多组分生物乙醇体系的分离过程进行了设计与控制研究,以期指导生物乙醇的工业生产。以含有异戊醇、异丁醇和正丙醇的生物乙醇体系为研究对象,采用二甲基亚砜作为萃取剂,首先提出常规四塔萃取精馏流程,基于年度总费用TAC最小,运用序贯迭代法进行经济优化,得到最优工艺参数。在此基础上,通过结合预浓缩塔和溶剂回收塔,进一步提出热集成三塔萃取精馏流程及其热集成等效四塔萃取精馏流程,对比分析上述三个流程在最优工艺条件下的经济性。结果表明,相比于常规四塔萃取精馏流程,热集成三塔萃取精馏流程及其热集成等效四塔萃取精馏流程分别减少TAC约5.52%和6.20%。以最优稳态设计为基础,针对上述三个流程分别提出不同的控制结构,通过引入±20%的进料流量和组分扰动评估其可行性。结果表明,对于常规四塔萃取精馏流程,固定萃取剂循环量与萃取精馏塔进料量比例的控制结构基本可以消除稳态偏差,添加高值选择器辅助回流比控制器的控制结构可以有效的处理进料扰动,表现出理想的控制效果。对于热集成三塔萃取精馏流程,固定萃取剂循环量与萃取精馏塔进料量比例的控制结构基本可以消除稳态偏差,但系统的剧烈波动导致产品纯度存在较大的瞬时偏差。对于热集成等效四塔萃取精馏流程,固定萃取剂循环量与新鲜进料量比例的控制结构可以降低稳态偏差,双温度控制策略可以有效的处理进料扰动,表现出理想的控制效果。经对比,常规四塔萃取精馏流程和热集成等效四塔萃取精馏流程具有优越的控制性能,热集成三塔萃取精馏流程的动态控制性能相对较差。