中國報告大廳網訊，隨著全球化工行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，環(huán)己烷作為一種重要的有機溶劑，在制藥、涂料、聚合物合成等多個領域的需求不斷攀升。據行業(yè)數據顯示，2025年全球環(huán)己烷市場規(guī)模預計達到120億美元，年復合增長率約為5.2%。在中國，環(huán)己烷的市場需求增長更為顯著，預計年增長率將超過7%。然而，環(huán)己烷在生產過程中常與丙酮形成共沸物，傳統(tǒng)分離技術能耗高且效率低，難以滿足現代化工對綠色、高效生產的要求。因此，開發(fā)新型分離技術成為環(huán)己烷行業(yè)的重要發(fā)展方向。本文通過研究離子液體萃取分離環(huán)己烷-丙酮體系的機理及工藝模擬，探討如何通過技術創(chuàng)新實現環(huán)己烷的高效分離，為行業(yè)提供新的解決方案。

  一、環(huán)己烷分離技術的現狀與挑戰(zhàn)

  《2025-2030年中國環(huán)己烷產業(yè)運行態(tài)勢及投資規(guī)劃深度研究報告》指出，環(huán)己烷與丙酮的分離是化工生產中的關鍵環(huán)節(jié)，二者在常壓下形成共沸物，傳統(tǒng)蒸餾方法難以高效分離，且能耗巨大。液 - 液萃取作為一種綠色高效的分離技術，近年來受到廣泛關注。然而，選擇合適的萃取劑是實現高效分離的關鍵。離子液體因其低揮發(fā)性、高熱穩(wěn)定性和結構可調性，成為研究熱點。盡管已有研究展示了離子液體在分離環(huán)己烷 - 丙酮體系中的潛力，但目前的研究多集中在溶劑篩選和初步機理探討上，缺乏系統(tǒng)性的工藝模擬與優(yōu)化研究，難以直接應用于工業(yè)化生產。

  二、基于離子液體的環(huán)己烷分離工藝設計

  (一)離子液體的選擇與液 - 液相平衡實驗

  通過COSMO-RS模型篩選，以1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺([EMIM][DCA])作為萃取劑，系統(tǒng)研究了環(huán)己烷 - 丙酮 - [EMIM][DCA]體系的液 - 液相平衡(LLE)。實驗在303.15K和1.01325MPa條件下進行，測得的分配系數(β)和選擇性(S)分別為11.04和607.99，表明[EMIM][DCA]能夠有效分離環(huán)己烷和丙酮。通過Othmer-Tobias方程驗證熱力學一致性，回歸系數R2>0.99，進一步確認了實驗數據的可靠性。

  (二)環(huán)己烷分離的工藝模擬與優(yōu)化

  基于非隨機雙液(NRTL)模型對LLE數據進行關聯，均方根誤差(RMSD)小于2%，為后續(xù)工藝流程模擬奠定了基礎。利用Aspen Plus軟件對萃取過程進行模擬優(yōu)化，構建了完整的液 - 液萃取工藝流程。通過靈敏度分析，確定了最佳萃取級數和溶劑比(S/F)，最終實現了環(huán)己烷產品純度達到99%以上的目標。模擬結果表明，當萃取級數為7且S/F僅為0.2時，環(huán)己烷純度可達99%以上，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)分離方法。

  三、環(huán)己烷分離的機理分析

  (一)相互作用能計算

  環(huán)己烷行業(yè)現狀分析指出，通過量子化學計算，研究了[EMIM][DCA]與環(huán)己烷及丙酮之間的相互作用能。計算結果表明，[EMIM][DCA]與丙酮之間的相互作用能為-60.4661 kJ/mol，顯著高于與環(huán)己烷的相互作用能(-23.2198 kJ/mol)，表明[EMIM][DCA]對丙酮具有更強的親和力，能夠有效從環(huán)己烷 - 丙酮共沸物中萃取丙酮。

  (二)靜電勢(ESP)與獨立梯度模型(IGMH)分析

  ESP分析顯示，丙酮羰基上的氧具有強電負性，而[EMIM][DCA]陽離子上的氫具有強電正性，二者之間存在顯著的靜電吸引作用。IGMH分析進一步揭示了[EMIM][DCA]與丙酮之間的相互作用類型主要為范德華力和弱氫鍵，這為理解[EMIM][DCA]的萃取機理提供了分子層面的依據。

  四、結論與展望

  通過離子液體[EMIM][DCA]的篩選與實驗研究，結合量子化學計算和Aspen Plus工藝模擬，本研究成功實現了環(huán)己烷 - 丙酮體系的高效分離。實驗結果表明，[EMIM][DCA]具有優(yōu)異的分離性能，能夠在較低的溶劑比下實現高純度環(huán)己烷的回收。量子化學分析揭示了[EMIM][DCA]與丙酮之間的強相互作用機制，為離子液體在類似體系中的應用提供了理論支持。隨著2025年環(huán)己烷市場需求的持續(xù)增長，這種綠色高效的分離技術有望在工業(yè)生產中得到廣泛應用，推動環(huán)己烷行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。未來，將進一步優(yōu)化工藝參數，探索更多類型的離子液體在復雜體系中的應用潛力，為化工行業(yè)的綠色轉型提供更多的技術選擇。

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