【摘 要】
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正丁醇和正庚烷是重要的化工原料。在常压下,二者混合会形成共沸物,传统蒸馏方式无法将其分离。液-液萃取具有操作温度低,操作设备简单,对环境的污染小等优点,成为分离共沸混合物的常用方法。随着环境保护和节能要求的增加,传统的有机溶剂作为萃取剂逐渐淘汰。离子液体具有蒸气压低、可设计等优点,有望作为液-液萃取过程的萃取剂而代替传统有机溶剂。因此,研究以离子液体作为萃取剂的液-液萃取过程是非常重要的。基于以上
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正丁醇和正庚烷是重要的化工原料。在常压下,二者混合会形成共沸物,传统蒸馏方式无法将其分离。液-液萃取具有操作温度低,操作设备简单,对环境的污染小等优点,成为分离共沸混合物的常用方法。随着环境保护和节能要求的增加,传统的有机溶剂作为萃取剂逐渐淘汰。离子液体具有蒸气压低、可设计等优点,有望作为液-液萃取过程的萃取剂而代替传统有机溶剂。因此,研究以离子液体作为萃取剂的液-液萃取过程是非常重要的。基于以上讨论,本文选用离子液体作为萃取剂来分离正丁醇+正庚烷共沸混合物,具体的研究内容如下:（1）使用COSMO-RS理论计算了由17种阳离子和12种阴离子组成的离子液体的无限稀释活度系数,进而计算得到了离子液体相对于正丁醇和正庚烷的溶解度和选择性。综合考虑离子液体的选择性和物理化学性质,例如热稳定性和粘度,最终选择1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺[EMM][DCA]、1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺[BMIM][DCA]和1-己基-3-甲基咪唑二氰胺[HMIM][DCA]作为萃取剂。（2）采用液-液平衡釜法测量了正庚烷+正丁醇+离子液体{[EMM][DCA]、[BMIM][DCA]和[HMIM][DCA]}的三元液-液相平衡实验数据,并使用Othmer–Tobias、Bachman和Hand方程进行检验,结果表明:三个方程的线性相关系数均大于0.98,这说明实验数据准确性较高。通过实验数据计算的分配系数和选择性来比较三种离子液体的分离性能,结果表明:当正丁醇浓度较低时,分配系数遵循[HMIM][DCA]＞[BMIM][DCA]＞[EMIM][DCA]。选择性遵循:[EMIM][DCA]＞[BMIM][DCA]＞[HMIM][DCA]。同时,使用活度系数模型—NRTL模型关联了实验数据,实验数据与计算数据之间的均方根偏差（RMSD）均小于1%。（3）利用Aspen进行了以[HMIM][DCA]为萃取剂的工艺流程模拟,并得到了可用于工业的模拟数据。设计了完整的萃取工艺流程路线,并以产品正庚烷的质量分数为99.5%为目标,探究了不同塔板,产品正庚烷的纯度随萃取剂与原料进料量的比值（S/F）的变化趋势。结果表明:当萃取塔有4块塔板,S/F达到0.35以上时,正庚烷的纯度达到目标。当萃取塔分为6块塔板,S/F达到0.255时,正庚烷的纯度达到目标。当萃取塔的塔板数有8块时,S/F达到0.25时,正庚烷的纯度达到目标。（4）使用基于密度泛函理论（DFT）的量子化学计算来分析萃取分离机理,结合B3LYP方法与6-311G++（d,p）基组,对三种几何构型{[EMIM][DCA]+正丁醇,[BMIM][DCA]+正丁醇,[HMIM][DCA]+正丁醇}进行几何优化。计算了带有基组重叠误差（BSSE）的相互作用能,其相互作用分别为-49.4823k J·mol-1、-49.8919k J·mol-1和-50.2044k J·mol-1。约化密度梯度函数（RDG）用来分析离子液体与正丁醇之间的相互作用类型,相互作用强度通过基于QTAIM理论的拓扑分析来计算。结果表明:离子液体与正丁醇之间形成氢键和范德华力作用,氢键占据主导地位,且氢键强度为中等强度。
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