【摘 要】
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现代工业发展迅速,开发新能源、提高废弃物资源化利用率有利于经济社会的绿色、低碳发展。目前甲醇汽油、乙醇汽油等生物燃油由于其热值高、污染小等优势逐渐成为研究的热点,但其生产与加工过程中会产生很多含低碳醇二元共沸物。在工业上通常使用萃取精馏等特殊分离方法分离共沸物。作为一类新型离子液体,低共熔溶剂（DESs）由于其蒸汽压低、热稳定性好、制备简单、环境友好性强和可设计性等优点近年来被广泛应用于共沸物分离
【基金项目】
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国家自然科学基金（21808117,21776145）；
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现代工业发展迅速,开发新能源、提高废弃物资源化利用率有利于经济社会的绿色、低碳发展。目前甲醇汽油、乙醇汽油等生物燃油由于其热值高、污染小等优势逐渐成为研究的热点,但其生产与加工过程中会产生很多含低碳醇二元共沸物。在工业上通常使用萃取精馏等特殊分离方法分离共沸物。作为一类新型离子液体,低共熔溶剂（DESs）由于其蒸汽压低、热稳定性好、制备简单、环境友好性强和可设计性等优点近年来被广泛应用于共沸物分离等领域。本文研究了以氯化胆碱:乙二醇（1:2）和氯化胆碱:甘油（1:2）两种DESs为萃取剂分离异丙醇-水共沸物的萃取精馏过程。首先从量子化学角度,使用COSMOSAC模型,通过分析多种萃取剂与异丙醇之间形成氢键的强度阐释了DESs能够高效分离异丙醇-水共沸物的微观机理,结果表明,DESs与异丙醇之间的氢键强度远高于乙二醇。从经济性能、热力学效率、环境影响对使用乙二醇为萃取剂的传统工艺和使用DESs为萃取剂的新工艺进行了对比。结果表明,以氯化胆碱:乙二醇（1:2）为萃取剂的工艺萃取剂用量、高压蒸汽和冷凝水用量分别降低66.67%、32.50%和35.48%,总设备成本降低27.31%,年度总成本（TAC）降低了30.92%,热力学效率提高40.34%,温室气体和酸性气体的排放量降低30%以上。将萃取精馏塔塔顶热量绝热压缩后作为再沸器的一部分热源,TAC进一步降低了7.69%。以氯化胆碱为氢键受体,乙二醇、甘油、尿素为氢键供体,制备了氯化胆碱:乙二醇（1:2）、氯化胆碱:甘油（1:2）、氯化胆碱:尿素（1:2）三种胆碱类DESs,通过核磁共振氢谱对DESs所含氢原子的类型及数量进行了验证。以三种DESs为萃取剂在298.15 K、1 atm的条件下测量了正己烷-甲醇-DESs和正己烷-异丙醇-DESs三元体系的液液相平衡数据并计算了甲醇和异丙醇在DESs中的分配系数及DESs对它们的选择性。结果表明,甲醇在三种DESs中的分配系数均为异丙醇的10倍以上,且DESs对甲醇的选择性比异丙醇高20倍以上。使用分子动力学模拟研究了DESs萃取甲醇和异丙醇液液相平衡过程中的萃取机理,计算了DESs与两种低碳醇之间的相互作用能、径向分布函数和空间分布函数等。结果表明DESs与甲醇之间的相互作用力远大于DESs与异丙醇之间的相互作用力,在三种DESs中,氯化胆碱:乙二醇（1:2）对低碳醇-正己烷共沸物的分离效果最佳,其中氯离子在萃取过程中发挥的作用最大。为了得到DESs从烷烃中提取低碳醇的一般规律,采用上述方法研究了DESs对甲醇-正庚烷和异丙醇-正庚烷两种共沸物的分离效果,并与之前的工作进行了对比。结果表明,DESs对甲醇-正庚烷共沸物的分离效果更好,且分离效果略优于甲醇-正己烷。从以上分析结果中可以总结出:DESs对低碳醇-正庚烷共沸物的分离效果优于低碳醇-正己烷共沸物。三种DESs中,氯化胆碱:乙二醇（1:2）对低碳醇-烷烃共沸物的分离效果最佳,低碳醇/烷烃与DESs之间相互作用力的强度随碳链的增长而减小,这对工业中含低碳醇二元共沸物的高效快速分离具有重要的借鉴意义。
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