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由发酵法制备的2,3-丁二醇(2,3-butanediol，BD)作为生物基产品，是一种非常有潜力的化工原料和潜在的替代能源。但是由于2,3-丁二醇的性质特殊性，即高沸点、高粘度、高亲水性，从发酵液中对其进行分离纯化较为困难，成为了制约生物法制备2,3-丁二醇工业化生产的瓶颈之一。
本文重点研究生物法制备2,3-丁二醇的分离纯化过程，针对2,3-丁二醇分离纯化的难点，以降低分离过程能耗为目标，提出了新的萃取与精馏相结合的分离工艺路线。论文的主要内容和结论如下：
(1)由于2,3-丁二醇具有高亲水性，直接进行蒸馏分离不仅能耗高，而且很难达到完全分离。本文首次设计了一条萃取与精馏相结合的分离工艺路线，选用能与水形成低共沸物的溶剂进行萃取，通过共沸精馏在脱溶剂的同时从产品中脱除水，从而达到简化流程、降低能耗的目的。
(2)由于发酵液中含有多种表面活性物质，本文采用絮凝法对其进行预处理，去除蛋白质等表面活性物质，尽量减少萃取过程中的乳化现象，使液．液萃取得以顺利进行。以絮凝率和蛋白去除率为指标，得出适用于本文发酵液的较优絮凝条件：即以氯化铁为絮凝剂，用量为28g/L(发酵液)，不需调节pH值，搅拌时间10min。在此工艺条件下，絮凝率和蛋白去除率均可达98％以上。
(3)根据本文提出的创新工艺路线，针对既能萃取2,3-丁二醇、又能在后续精馏中与水形成低共沸物的三种萃取溶剂，即正丁醇、乙酸丁酯和乙酸乙酯，分别对其三元体系的液-液相平衡进行研究，首次提供了水-2,3-丁二醇-正丁醇、水-2,3-丁二醇-乙酸丁酯和水-2,3-丁二醇-乙酸乙酯在298.15K、308.15K和318.15K三个温度下的液-液相平衡数据，为相关体系的萃取过程设计提供了必要的基础数据。
(4)在液-液相平衡数据的基础上，得出正丁醇、乙酸丁酯和乙酸乙酯三种萃取溶剂的不同特点。设计了两条创新的间歇-循环萃取工艺路线。根据乙酸乙酯、乙酸丁酯分配系数小、相比要求较大的特点，设计萃取工艺-(即溶剂循环、料液间歇进料)，该工艺具有相比逐渐增大、溶剂循环萃取的特点；根据正丁醇分相区小、相比范围较小的特点，设计了萃取工艺二(即溶剂与精馏后水相连续循环、料液间歇进料)，该工艺具有相比不变、溶剂循环萃取的特点。对萃取工艺进行考察，得出可行工艺条件：以正丁醇为萃取溶剂，按照萃取工艺二循环操作，相比为0.75(按质量计)，当澄清槽水相中2,3-丁二醇质量浓度为1.7％时停止萃取循环操作，萃取率可达74.96％。
(5)针对本文的精馏分离体系，重点对2,3-丁二醇与萃取剂的二元汽-液相平衡进行了系统研究。首次提供了2,3-丁二醇-正丁醇、2,3-丁二醇-乙酸丁酯及2,3-丁二醇-乙酸乙酯三个二元体系在常压下的汽-液相平衡数据，为精馏过程设计提供了必要的基础数据。
(6)在相平衡数据的基础上，以过程数学模拟软件为指导，确定了合适的精馏流程，并考察三元精馏过程及溶剂回收过程。通过共沸精馏实验，得出正丁醇带水能力为0.7215g/g；丁醇层回流体积流速与进料体积流速的比值为0.4；当塔釜温度超过175℃时，2,3-丁二醇浓度可达98％以上。同时，对溶剂回收工艺进行了设计并通过实验验证。
(7)以10％的2,3-丁二醇溶液为原料，对整个分离过程进行耦合，2,3-丁二醇最终浓度可达98.33％，回收率可达62.7％，说明根据本文的工艺来分离纯化2,3-丁二醇是合理可行的。
本文提出了一条从发酵液中分离纯化2,3-丁二醇的新工艺，研究成果为生产装置的开发和设计提供了理论和实验基础。