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燃料乙醇作为一种可再生液体燃料,其在改进汽油辛烷值、提高汽油含氧量与减少汽车尾气中有害物质排放等方面具有显著优势,现已成为全球消费量最大的生物燃料,具有巨大的市场潜力。本文首先对现有精馏节能技术与燃料乙醇分离工艺进行了概述与分析,确定采用共沸精馏与萃取精馏两种工艺进行燃料乙醇脱水工艺研究,并对两种工艺所用夹带剂进行筛选,得出性能较优的萃取剂乙二醇与共沸剂环己烷,对于乙醇-水-乙二醇,乙醇-水-环己烷两组三元物系,选择NRTL热力学模型,发现二元汽液平衡模拟结果与实验数据吻合较好,证明热力学模型选择准确。在此基础上,本文还对两组三元体系进行剩余曲线图分析,证明了共沸精馏与萃取精馏的可行性。其次,本文利用流程模拟软件Aspen plus对传统燃料乙醇生产工艺,浓缩与共沸精馏脱水工艺、浓缩与萃取精馏脱水工艺,分别进行模拟、优化与综合性能评估,得出浓缩与萃取精馏脱水工艺优于浓缩与共沸精馏脱水工艺,其具有较少的总能耗、年总费用与CO2排放。再次,以浓缩单塔的模拟结果为基准,将四种节能技术包括差压热耦合、热泵精馏、带有中间再沸器的热泵精馏与内部热耦合精馏,应用于发酵醇液的浓缩工艺,并对每个流程进行优化与经济评估,结果表明,热泵精馏工艺经济性最好,其相对于常规浓缩精馏塔年总费用可减少高达23.5%,同时将其用于全流程节能研究。最后,基于热泵精馏、萃取精馏脱水工艺与共沸精馏脱水工艺的模拟结果,提出五种热集成新构型,并对流程进行优化与综合性能评估,对比结果可知,浓缩与萃取脱水热集成构型二是最节能的选项,同时相对于其传统工艺,该构型可实现总能耗节省58.82%,CO2排放量减少56.3%,年总费用减少23.6%,因此可以预测热集成构型二应用于实际工业生产时,将带来良好的经济与环境效益。