中国报告大厅网讯，随着全球化工行业的持续发展，环己烷作为一种重要的有机溶剂，在制药、涂料、聚合物合成等多个领域的需求不断攀升。据行业数据显示，2025年全球环己烷市场规模预计达到120亿美元，年复合增长率约为5.2%。在中国，环己烷的市场需求增长更为显著，预计年增长率将超过7%。然而，环己烷在生产过程中常与丙酮形成共沸物，传统分离技术能耗高且效率低，难以满足现代化工对绿色、高效生产的要求。因此，开发新型分离技术成为环己烷行业的重要发展方向。本文通过研究离子液体萃取分离环己烷-丙酮体系的机理及工艺模拟，探讨如何通过技术创新实现环己烷的高效分离，为行业提供新的解决方案。
《2025-2030年中国环己烷产业运行态势及投资规划深度研究报告》指出，环己烷与丙酮的分离是化工生产中的关键环节，二者在常压下形成共沸物，传统蒸馏方法难以高效分离，且能耗巨大。液 - 液萃取作为一种绿色高效的分离技术，近年来受到广泛关注。然而，选择合适的萃取剂是实现高效分离的关键。离子液体因其低挥发性、高热稳定性和结构可调性，成为研究热点。尽管已有研究展示了离子液体在分离环己烷 - 丙酮体系中的潜力，但目前的研究多集中在溶剂筛选和初步机理探讨上，缺乏系统性的工艺模拟与优化研究，难以直接应用于工业化生产。
(一)离子液体的选择与液 - 液相平衡实验
通过COSMO-RS模型筛选，以1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺([EMIM][DCA])作为萃取剂，系统研究了环己烷 - 丙酮 - [EMIM][DCA]体系的液 - 液相平衡(LLE)。实验在303.15K和1.01325MPa条件下进行，测得的分配系数(β)和选择性(S)分别为11.04和607.99，表明[EMIM][DCA]能够有效分离环己烷和丙酮。通过Othmer-Tobias方程验证热力学一致性，回归系数R2>0.99，进一步确认了实验数据的可靠性。
(二)环己烷分离的工艺模拟与优化
基于非随机双液(NRTL)模型对LLE数据进行关联，均方根误差(RMSD)小于2%，为后续工艺流程模拟奠定了基础。利用Aspen Plus软件对萃取过程进行模拟优化，构建了完整的液 - 液萃取工艺流程。通过灵敏度分析，确定了最佳萃取级数和溶剂比(S/F)，最终实现了环己烷产品纯度达到99%以上的目标。模拟结果表明，当萃取级数为7且S/F仅为0.2时，环己烷纯度可达99%以上，显著优于传统分离方法。
(一)相互作用能计算
环己烷行业现状分析指出，通过量子化学计算，研究了[EMIM][DCA]与环己烷及丙酮之间的相互作用能。计算结果表明，[EMIM][DCA]与丙酮之间的相互作用能为-60.4661 kJ/mol，显著高于与环己烷的相互作用能(-23.2198 kJ/mol)，表明[EMIM][DCA]对丙酮具有更强的亲和力，能够有效从环己烷 - 丙酮共沸物中萃取丙酮。
(二)静电势(ESP)与独立梯度模型(IGMH)分析
ESP分析显示，丙酮羰基上的氧具有强电负性，而[EMIM][DCA]阳离子上的氢具有强电正性，二者之间存在显著的静电吸引作用。IGMH分析进一步揭示了[EMIM][DCA]与丙酮之间的相互作用类型主要为范德华力和弱氢键，这为理解[EMIM][DCA]的萃取机理提供了分子层面的依据。
通过离子液体[EMIM][DCA]的筛选与实验研究，结合量子化学计算和Aspen Plus工艺模拟，本研究成功实现了环己烷 - 丙酮体系的高效分离。实验结果表明，[EMIM][DCA]具有优异的分离性能，能够在较低的溶剂比下实现高纯度环己烷的回收。量子化学分析揭示了[EMIM][DCA]与丙酮之间的强相互作用机制，为离子液体在类似体系中的应用提供了理论支持。随着2025年环己烷市场需求的持续增长，这种绿色高效的分离技术有望在工业生产中得到广泛应用，推动环己烷行业的可持续发展。未来，将进一步优化工艺参数，探索更多类型的离子液体在复杂体系中的应用潜力，为化工行业的绿色转型提供更多的技术选择。
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