乙醇是一種重要的有機溶劑,可以用作清潔液體燃料,還可以用作重要的化工生產原材料,但是乙醇極易與水形成共沸物,采用傳統的分離技術,不能得到高純度的乙醇產品。萃取精餾技術很好的解決了這個問題,他綜合了溶劑萃取(分離效率高)和精餾(操作簡單、處理能力大)的雙重優點。 對萃取精餾過程來說,萃取劑的選擇很重要。離子液體具有獨特的優勢,例如非揮發性、鹽效應、高分離性能、可再生性、室溫下是液體狀態、熱穩定性、化學穩定性等,在近年來萃取精餾分離烷烴/烯烴物系、醇/芳香烴物系、醇/水物系以及其他物系的研究中,離子液體的應用和研究取得了很大的發展。到目前為止,所有的乙醇/水物系分離的離子液體萃取劑都集中在使用單一離子液體,但是分離效果有限。現在工業上采用乙二醇作為萃取劑,但是其分離效果不佳,且溶劑比大,溶劑損失大。由此,本文提出兩種復合萃取劑,分別是：離子液體加固體無機鹽、乙二醇加離子液體。從大量的研究結果來看,[EMIM]+[Ac]-的分離效果最佳,同時考慮到他的高熔點和低粘度,本論文中選擇[EMIM]+[Ac]-作為復合萃取劑中的離子液體。本論文中提出的新的復合萃取劑可以推廣到其他的含水物系的分離應用中去,這是因為他們的分離機理是一致的。 本論文工作的主要內容可以分為以下幾部分：1)針對提出的離子液體加固體無機鹽的復合萃取劑,我們提供了10種固體無機鹽進行研究,采用實驗(等壓條件下101.3kPa的汽液平衡實驗)加計算(COSMO-RS模型計算)相結合的方法篩選出分離效果最好的一種無機鹽,進而做全濃度的汽液平衡實驗,得到全面的實驗數據,為工業生產、設備設計、工藝優化等提供重要的基礎數據；2)針對提出的乙二醇加離子液體的復合萃取劑,研究其分離性能的優劣,采用實驗的方法(等壓條件下101.3kPa的汽液平衡實驗),得到全濃度范圍內汽液平衡實驗數據；3)基于得到的實驗結果,在分子水平(密度泛函理論和COSMO-RS理論)上,采用高斯軟件和COSMO-thennX軟件,從結合能、σ分布、混合焓等方面對新的復合萃取劑其優越的分離性能進行理論分析；4)比較幾種不同的萃取劑(乙二醇、離子液體、乙二醇加離子液體、離子液體加固體無機鹽)分離能力的大小順序,對萃取劑的選擇提供重要的基礎實驗數據；5)使用化工流程模擬軟件Aspen Plus對萃取精餾過程進行流程概念設計及模擬計算,分析能耗情況、溶劑比、回流比、乙醇產品純度等。其中,需要有二元交互作用參數,本論文使用NRTL模型關聯實驗數據得到。這樣,本論文工作包括了分子水平到工業規模。 本論文的研究結果如下：1)分別與兩種基準萃取劑(離子液體[EMIM]+[Ac]-、乙二醇)相比較,兩種復合萃取劑都提高了分離效果,而且隨著萃取劑添加量的增大(包括復合萃取劑添加量增大以及復合萃取劑中固體無機鹽或離子液體添加量增大),乙醇對水的相對揮發度增大,分離效果提高；2)利用密度泛函理論和COSMO-RS模型理論,對本論文中得到的實驗結果在分離機理方面給予了定性分析和解釋；3)選擇NRTL模型關聯汽液平衡實驗數據,得到二元交互作用參數,為工業生產、設備設計、工藝改進優化提供了主要的數據,并且平均相對偏差(ARD)均在允許范圍內(均小于10%),這說明了該模型適合本論文中所研究的體系；4)通過Aspen Plus軟件,對新的工藝流程進行流程概念設計和模擬計算,得出如下結論：以達到相同的產品(乙醇)純度和采出率要求為前提,與單獨使用離子液體比較,復合萃取劑(離子液體[EMIM]+[Ac]-加固體無機鹽醋酸鉀)能耗降低了19.04%(無熱集成),]9.75%(有熱集成)；與單獨使用乙二醇比較,復合萃取劑(乙二醇加離子液體[EMIM]+[Ac]-)能耗降低了15.02%(無熱集成),16.51%(有熱集成),均達到了節能減排的目的。這里需要指出的是,復合萃取劑(離子液體[EMIM]+[Ac]-加固體無機鹽醋酸鉀)與復合萃取劑(乙二醇加離子液體[EMIM]+[Ac]-)相比較,在工藝流程方面,后者不改變原來流程,也就是說不會增加設備費用和增加另外的物流。但是前者需要在溶劑回收時使用閃蒸罐來代替精餾塔,工藝流程有了改變。