中國(guó)報(bào)告大廳網(wǎng)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(jī)溶劑，在制藥、涂料、聚合物合成等多個(gè)領(lǐng)域的需求不斷攀升。據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，2025年全球環(huán)己烷市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到120億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率約為5.2%。在中國(guó)，環(huán)己烷的市場(chǎng)需求增長(zhǎng)更為顯著，預(yù)計(jì)年增長(zhǎng)率將超過(guò)7%。然而，環(huán)己烷在生產(chǎn)過(guò)程中常與丙酮形成共沸物，傳統(tǒng)分離技術(shù)能耗高且效率低，難以滿足現(xiàn)代化工對(duì)綠色、高效生產(chǎn)的要求。因此，開發(fā)新型分離技術(shù)成為環(huán)己烷行業(yè)的重要發(fā)展方向。本文通過(guò)研究離子液體萃取分離環(huán)己烷-丙酮體系的機(jī)理及工藝模擬，探討如何通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)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(shù)的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

  《2025-2030年中國(guó)環(huán)己烷產(chǎn)業(yè)運(yùn)行態(tài)勢(shì)及投資規(guī)劃深度研究報(bào)告》指出，環(huán)己烷與丙酮的分離是化工生產(chǎn)中的關(guān)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(shù)，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。然而，選擇合適的萃取劑是實(shí)現(xiàn)高效分離的關(guān)鍵。離子液體因其低揮發(fā)性、高熱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)可調(diào)性，成為研究熱點(diǎn)。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(jī)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(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。

  二、基于離子液體的環(huán)己烷分離工藝設(shè)計(jì)

  (一)離子液體的選擇與液 - 液相平衡實(shí)驗(yàn)

  通過(guò)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(shí)驗(yàn)在303.15K和1.01325MPa條件下進(jìn)行，測(cè)得的分配系數(shù)(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(guò)Othmer-Tobias方程驗(yàn)證熱力學(xué)一致性，回歸系數(shù)R2>0.99，進(jìn)一步確認(rèn)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(jī)雙液(NRTL)模型對(duì)LLE數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，均方根誤差(RMSD)小于2%，為后續(xù)工藝流程模擬奠定了基礎(chǔ)。利用Aspen Plus軟件對(duì)萃取過(guò)程進(jìn)行模擬優(yōu)化，構(gòu)建了完整的液 - 液萃取工藝流程。通過(guò)靈敏度分析，確定了最佳萃取級(jí)數(shù)和溶劑比(S/F)，最終實(shí)現(xiàn)了環(huán)己烷產(chǎn)品純度達(dá)到99%以上的目標(biāo)。模擬結(jié)果表明，當(dāng)萃取級(jí)數(shù)為7且S/F僅為0.2時(shí)，環(huán)己烷純度可達(dá)99%以上，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)分離方法。

  三、環(huán)己烷分離的機(jī)理分析

  (一)相互作用能計(jì)算

  環(huán)己烷行業(yè)現(xiàn)狀分析指出，通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算，研究了[EMIM][DCA]與環(huán)己烷及丙酮之間的相互作用能。計(jì)算結(jié)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(duì)丙酮具有更強(qiáng)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(shì)(ESP)與獨(dú)立梯度模型(IGMH)分析

  ESP分析顯示，丙酮羰基上的氧具有強(qiáng)電負(fù)性，而[EMIM][DCA]陽(yáng)離子上的氫具有強(qiáng)電正性，二者之間存在顯著的靜電吸引作用。IGMH分析進(jìn)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(jī)理提供了分子層面的依據(jù)。

  四、結(jié)論與展望

  通過(guò)離子液體[EMIM][DCA]的篩選與實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)合量子化學(xué)計(jì)算和Aspen Plus工藝模擬，本研究成功實(shí)現(xiàn)了環(huán)己烷 - 丙酮體系的高效分離。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)現(xiàn)高純度環(huán)己烷的回收。量子化學(xué)分析揭示了[EMIM][DCA]與丙酮之間的強(qiáng)相互作用機(jī)制，為離子液體在類似體系中的應(yīng)用提供了理論支持。隨著2025年環(huán)己烷市場(chǎng)需求的持續(xù)增長(zhǎng)，這種綠色高效的分離技術(shù)有望在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，推動(dòng)環(huán)己烷行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。未來(lái)，將進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)，探索更多類型的離子液體在復(fù)雜體系中的應(yīng)用潛力，為化工行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型提供更多的技術(shù)選擇。

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