在化工生产中，非均相共沸物的分离需要依靠精馏过程与热力学自动液液分相的结合，包括二元和三元等多元非均相共沸物的分离。对这一类体系的分离流程，进行过程强化和集成，实现节能降耗、降低设备投资以及占地面积，具有重要的学术和应用价值。隔板塔（Dividing Wall Column, DWC）是一种基于热耦合原理、适用于多组分分离的高效精馏塔构型，目前已被广泛用于理想混合物的分离。因此，将隔板塔应用于非均相共沸物的分离，可以使得隔板塔分离与液液分相进一步耦合，实现过程强化的目标。
近期，中国科学院大学化学工程学院王二强课题组以含有中间沸点二元非均相共沸物的四元混合物的分离工艺展开模拟研究，提出了一种应用于该体系分离的新型非均相共沸隔板塔构型(MHADWC)，与不同的分离路线做出能耗上的对比，同时结合热力学第二定律，进一步研究了塔内的有效能损失情况，相关工作发表于Chemical Engineering Research and Design 期刊, 2023, 189: 384-400, doi.org/10.1016/j.cherd.2022.11.044。
图1含有中间沸点二元非均相共沸物的四元混合物的分离构型：(1)分相器耦合在普通精馏塔提馏段的分离构型(MHAD)，(2) 分相器耦合在隔板精馏塔隔板左侧的分离构型(MHADWC)
以丙酮(Acetone)、甲基异丙基酮(MIPK)、水、二异丁基甲酮(DIPK)组成的四元混合物为分离目标，其中MIPK与水可以形成二元非均相共沸物，且沸点处于中间位置。根据传统塔及隔板塔分离构型，共设计六条不同的分离路线，按照相同的进料条件和产品规格分别进行稳态模拟，流程收敛之后，根据热力学第二定律，使用有效能守恒计算得到全塔的有效能损失情况。
模拟过程中发现，由传统非均相共沸精馏工艺HAD改进而来的隔板非均相共沸精馏工艺HADWC，不能通过减少塔板内部的组分返混情况降低塔板上的有效能损失。而新提出的非均相共沸精馏工艺MHADWC相比MHAD工艺，能够通过消除塔内中间组分的返混减少一部分由组成变化引起的有效能损失。
最终结果表明，新型非均相共沸隔板精馏塔MHADWC具有最低的分离能耗，与传统的分离工艺相比可以节省能耗30%以上，热力学效率也有明显的提高。
图2 六种不同分离工艺路线的能耗费用、设备费用以及年操作费用TAC的结果对比图
图3 六种不同分离工艺路线塔板上的有效能损失及总能耗的结果对比图
王明媚硕士研究生（中国科学院大学）为该论文的第一作者。相关工作得到了北京市自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项等支持。
