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反应精馏是集反应和精馏于同一设备中进行的化工操作过程，将该技术应用于工业生产，可以缩短工艺流程，减少所需设备的数量，节省设备投资。目前，反应精馏技术已经在工业生产中得到了广泛地应用。但是由于塔内存在着化学反应和分离之间的复杂相互作用，使得有关反应精馏共同规律方面的研究比较少。 本文从反应精馏过程的基础理论，即热力学、反应动力学、流场、传质等出发，建立了能够描述精馏塔内液体三维流动和混合的反应精馏混合池模型，主要的结论如下: 1、确立了适于反应精馏的化学相平衡模型，即:以一个Gibbs反应器和绝热闪蒸釜描述一个理论塔板。此外，引用并修正了以往精馏级效率的定义。结果表明:新定义的级效率有较明确的物理意义、易计算、非奇异性，具有唯一性，便于考察反应精馏各级的能力。 2、通过对塔板上液体流动分布以及化学反应的分析，建立了能够关联液体流速分布和化学反应的液相浓度模型。并以一维流动三维扩散模型为基础，预测了在反应条件下，收率沿催化精馏塔的轴向、径向分布。这些模型的提出有助于对反应精馏过程的了解和认识。 3、鉴于以往的工作，推出级间存在返混时的反应精馏离散模型，并得出与反应精馏微分模型等价的离散模型反混参数关联式。实例计算结果显示，该模型可以反映由于液体在塔内的返混现象所造成的传质推动力的下降，以及由此所产生的反应精馏设备效率的降低。 4、修正了工业多组分分离过程的三维混合池模型，使之适用于反应精馏过程。由于针对于反应精馏三维混合池模型的求解在计算上的困难，本文采用了收敛性较强的序贯模块技术，对均相和非均相反应精馏过程进行了模拟。模型的模拟结果能够较全面地反映塔内的非理想流动与混合行为。通过计算可以得出塔内汽、液两项的浓度、温度等的三维分布。 5、精馏开工策略不同，对持液量较高的反应精馏塔很重要。为此，本文通过非平衡级动态模型研究了不同的开工策略。结果显示，塔的进料组成不同将会影响到反应精馏过程的时间。此外，本文还采用了人工神经网络和遗传算法对反应精馏过程进行了建模和优化，计算结果表明，该法可以迅速地得到优化变量和目标函数的解，而且具有获得全局最优解的能力。