苯基乙基丙二酸二乙酯是一种中枢神经药物的有机中间体,用于生产苯巴比妥、扑痫酮等神经性药物。现有合成工艺采用20%乙醇钠作为催化剂,苯乙酸乙酯、碳酸二乙酯与溴乙烷为原料,经克莱森酯缩合反应与乙基化反应合成产品。该工艺存在间歇操作、生产周期长等问题制约反应效率。因此,开发苯基乙基丙二酸二乙酯高效合成工艺,提升工艺生产效率具有重要意义。采用反应精馏技术对克莱森酯缩合反应进行改进,通过实验确定了克莱森酯缩合反应时间、原料配比以及乙基化反应时间等对于产品收率的影响。优化后的克莱森酯缩合反应时间为2 h,苯乙酸乙酯与碳酸二乙酯配比为1:4,乙基化反应时间为3 h。基于COSMO-SAC模型计算了反应体系各物质间的无限活度稀释系数并对数据进行回归,得到体系间的交互作用参数。对年产1400 t苯基乙基丙二酸二乙酯合成工艺进行模拟,基于序贯迭代优化序列优化工艺参数。利用能量、经济、环境与（火用）分析方法,评估工艺的可行性。结果表明:该工艺的运行成本为1.597×10~7$/y,设备成本为4.596×10~5$/y;产品市场价格不低于2.1×10~4$/t时,工艺具备工业应用潜力;反应精馏单元的高能耗造成的全球变暖潜能（GWP）和酸性气体潜能（AP）分别占工艺总排放的58.9%与50.28%;分离纯化单元的（火用）损失最高,占整个生产工艺（火用）损失的48.1%。设计了双塔变压间歇精馏与多储罐双塔变压间歇精馏工艺对回收的溴乙烷-乙醇共沸物与碳酸二乙酯-溴乙烷-乙醇三元单共沸混合物进行分离。基于带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）,分别以两种分离工艺的设备费用与二氧化碳排放作为目标函数,高压塔操作压力作为决策变量,对工艺参数进行多目标优化。双塔变压间歇精馏分离溴乙烷-乙醇工艺的高压塔操作压力为7 atm,工艺的设备成本为2.142×10~5$/y,二氧化碳排放为1.146×10~6 kg/h,TAC为1.942×10~5$/y;多储罐双塔变压间歇精馏工艺的高压塔操作压力为7 atm,工艺的设备成本为2.635×10~5$/y,二氧化碳排放为3.990×10~5 kg/h,TAC为1.294×10~5$/y。

离子液体（ILs）作为一种新型溶剂,具有挥发性低和结构可调等优点,近年来广泛应用于绿色合成、气体吸收和分离等领域。由于离子液体的阴-阳离子以及低共熔溶剂（DESs）的氢键供体-受体组合繁冗,导致其在气体吸收与萃取分离过程中的效果差异较大,通过分子动力学模拟（MD）与实验、流程模拟、生命周期评价等多种研究手段多尺度结合对碳捕集与低碳醇分离过程中的扩散性质及聚集行为展开研究具有重要意义。采用量子化学和分子动力学模拟方法考察CO2和H2S等酸性气体在咪唑基ILs中的结构和动力学特性,并对乙醇胺基DES氢键供受体及两者摩尔比的组合设计。模拟ILs密度与实验密度的偏差小于5%,验证了力场参数及分析结果的准确性。计算动力学平衡后的不同分子间总非键相互作用力、径向分布函数与空间分布函数,相互作用能结果表明,Ch Cl:MEA（1:6）与CO2间总非键相互作用力为-3674.88 k J·mol-1,高于Ch Cl:MEA（1:7）、Ch Cl:MEA（1:8）,且MEA与CO2间总非键相互作用力占DES总体的76.87%,与工业中常用吸收剂10%MEA相比提升约4.2倍。动力学分析结果表明,Ch Cl:MEA（1:6）中两种不同的MEA分子通过NH2/NH2、NH2/OH和OH/OH基团间的氢键直接相互作用,CO2分布MEA周围无Ch Cl的空隙中,Ch Cl:MEA（1:6）在吸收前后结构几乎没有改变。综合考虑温度、粘度及溶剂成本,建议工业中使用10%的Ch Cl:MEA（1:6）。扩散系数顺序为:MDEA＜[BMIM][PF6]＜[BMIM][BF4]＜[HMIM][TF2N]＜[BMIM][TF2N]＜[EMIM][TF2N]。综合考虑离子液体粘度、热容、毒性,由于[EMIM]+在低温下容易结晶,增加温度控制的成本,选择[BMIM][TF2N]作为吸收剂。采用生命周期评价方法评估咪唑型ILs脱除酸性气体新工艺实际减少的碳排放和增加的能源消耗。对三种离子液体碳脱除与存储流程溶剂生产和使用阶段的生命周期环境分析对比表明,基础原料的制备过程中废弃化合物排放占全生命周期的90%,改进后工艺对环境的影响仅为基础工艺的33-36%,余热回收的碳捕集与存储工艺生命周期CO2排放量仅为2.03 kg CO2 eq/t。使用CML2000方法对CCS-IL过程的GWP、ADP、ODP、HTP、AP、EP、POCP、FAETP、TETP九个类别环境影响进行分析,除ADP外,其他环境影响指标均是Li NTf2占主要部分,生产阴离子前体的输入能量是阳离子前体的15倍,生产阴离子是造成环境负担的主要原因。采用相平衡计算、分子动力学模拟、流程模拟结合的方法实现咪唑型ILs绿色高效分离低碳醇共沸物。温度、压力、阴阳离子类型等预测变量对CO2溶解度影响趋势与实验报道相吻合,温度从25℃升高到60℃,萃取效率显著降低,室温效率高有利于工艺的节能降耗,且IL的萃取能力不受初始低碳醇浓度的影响,使IL可以应用于更广泛的低碳醇分离。以[BMIM][HSO4]作为萃取剂分离低碳醇工艺最低年总成本相比传统工艺低17.31%,GWP和EP分别降低了86.1%和85.0%,具有良好的可持续发展优势。

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。

本文针对丙二醇甲基醚和水二元非均相共沸物,借助Aspen Plus与Aspen Plus Dynamics软件研究了不同比例的萃取剂对分离性能的影响以及进料预热工艺和部分热集成工艺经济性、环境影响和热力学效率。同时,考察了混合萃取剂的液液萃取-共沸精馏工艺的动态控制性能并与单一萃取剂工艺的动态性能进行比较。基于溶剂选择性原则筛选了氯仿和2-乙基己酸为混合萃取剂。以最小年度总费用为目标,采用序贯迭代优化算法对氯仿和2-乙基己酸作为混合萃取剂的混合过程进行优化,得到了最佳溶剂比、过程的操作参数和TAC。与单一萃取剂氯仿和2-乙基己酸的工艺相比,混合溶剂（70 mol%氯仿和30 mol%2-乙基己酸）的TAC分别降低34.41%和26.7%。通过分析不同组成的混合溶剂与单一溶剂对精馏塔热负荷的影响,证明了混合溶剂带走大量的水,导致后续分离需要较小的热负荷进而降低工艺的TAC。基于最优比例萃取剂的过程,对其节能工艺进行了研究。结果表明,进料预热工艺的TAC降低了17.73%,二氧化碳排放减少12.32%,由于提升进料温度使得精馏塔内部的?损失得到降低,提高了过程的热力学效率;部分热集成工艺的TAC降低了22.55%,二氧化碳排放量减少16.40%,热力学效率提高到15.6%。基于70 mol%氯仿和30 mol%2-乙基己酸作为混合萃取剂的液液萃取-共沸精馏工艺,对其动态性能进行了探究。通过引入±20%进料流量和进料组成扰动对工艺进行分析,提出的组成与回流比串级控制结构对混合工艺具有非常好的抗扰动性能,实现了液液萃取-共沸精馏的有效控制。通过对比单萃取剂过程的动态性能,发现单萃取剂过程的动态性能要优于混合萃取剂的过程。为了进一步比较二者工艺的动态性能,将混合萃取剂过程的响应控制结构应用在单一萃取剂过程中,通过对比平方差积分（ISE）,发现混合萃取剂工艺的ISE大于单萃取剂工艺的ISE。通过对结果分析,表明了混合萃取剂工艺具有很大的节能优势,但是动态控制性能要逊于单萃取剂过程。

煤化工生产中的合成气净化系统直接影响整个煤气化过程及后续工序的稳定运行。低温甲醇洗技术是目前脱除合成气中酸性气体较为成熟的技术,其冷能消耗较大。本文针对该问题提出基于[BMIM][Tf2N]的德士古煤气化合成气的CO2捕集和脱硫工艺,基于多目标优化方法对工艺进行优化,结合余热制冷和余热发电技术改进工艺的能量利用效率,通过能量、?、经济和环境等方面对集成工艺进行分析和评价。本文提出了一种使用离子液体[BMIM][Tf2N]作为物理溶剂在常温下同时脱除合成气中H2S和CO2等酸性气体的工艺,该工艺对CO2和H2S的去除率分别达到97.6%和95.3%。与低温甲醇洗工艺相比,该工艺在CO2产品气中CO2的摩尔分数和CO2脱除率方面较优,同时离子液体的损耗率低,回收能耗低。因此,离子液体是一种很好的可以替代冷甲醇用于大规模捕集CO2和脱除H2S的溶剂。在基于[BMIM][Tf2N]的合成气净化基础工艺上添加了热集成、CO2压缩和运输过程对流程进行改进。对工艺的能源、经济和环境分析结果显示过程的经济性能与环境性能存在矛盾。为了平衡该矛盾,采用带精英策略的非支配排序遗传算法对过程进行多目标优化,计算得到的多目标优化方案的CO2逸出量和年总费用分别比其理想最小值高5.9%和1.5%。针对提出的CO2捕集与分离技术存在的电耗、冷能消耗高的问题,提出有机朗肯循环、吸收式制冷循环和合成气净化工艺集成的工艺。通过对该工艺在能源、?、经济和环境等方面的分析与计算发现,有机朗肯循环的热效率为0.148,吸收式制冷循环的性能系数为0.1058;余热利用系统的?效率为42.88%;集成工艺的运行成本比基础工艺降低81%;总等效CO2排放量为2.03 kg CO2-eq/t。因此,集成工艺的提出有利于煤化工行业CO2的捕集与分离以及利用低品位余热工艺的优化和改进。

丙酮和二乙胺在化工和制药等行业中拥有十分重要的应用。在镇痛药物盐酸丙帕他莫生产过程中的氨化反应阶段,丙酮和二乙胺接触而产生了含二乙胺/丙酮共沸物的废液。由于普通的精馏技术无法从含二乙胺/丙酮共沸物的废液中提纯出纯度较高的二乙胺或丙酮,所以本文利用萃取精馏进行了二乙胺/丙酮共沸物的分离工艺设计与优化。本文以二甲基亚砜（DMSO）或乙二醇（EG）为萃取剂,利用软件Aspen Plus对萃取精馏工艺进行了设计和优化的模拟。通过萃取剂DMSO、EG与二乙胺/丙酮共沸体系之间汽液平衡的实验研究,基于实验数据回归得到的模型参数,探讨了所选萃取剂对分离工艺的影响。本文基于相似相溶原理和COSMO-SAC模型确定了DMSO和EG作为萃取剂的可行性。在大气压（101.3 kPa）下测定了二乙胺/丙酮、二乙胺/DMSO、二乙胺/EG、丙酮/DMSO和丙酮/EG体系的汽液相平衡数据并通过了Herington法和Van Ness法的热力学一致性检验。利用Wilson、NRTL和UNIQUAC三种热力学模型对实验数据进行了回归,得到了模型的热力学参数。以年度总费用（TAC）最小为目标,采用序贯迭代法进行了以DMSO或EG为萃取剂的二乙胺/丙酮体系萃取精馏工艺的优化。通过优化,得到了两个工艺的塔板数、回流比、塔径、进料位置等设备参数和操作参数的最优值。比较了以EG为萃取剂和以DMSO为萃取剂的二乙胺/丙酮体系萃取精馏最优工艺的TAC,结果表明,在二乙胺/丙酮的萃取精馏分离工艺中,当以EG为萃取剂时的TAC比以DMSO为萃取剂低53.94%。本文所获得的基础化工实验数据及工艺流程参数能对此类共沸物的工业分离提供一定的理论指导。

离子液体是一种完全由阴阳离子组成的可设计绿色介质和软材料,具有很强的结构设计自由度。阴阳离子的组合产生了广阔的化学空间。由于时间和材料的限制,通过实验研究离子液体的性质不能满足生产的需要,因此研究离子液体的构性关系建模实现离子液体高效筛选具有重要应用价值。本文提出了基于随机森林（RF）和卷积神经网络（CNN）的描述符监督学习模型,结合回归模型构建了离子液体电导率、乙酰胆碱酯酶抑制毒性和二氧化硫溶解度的构性关系模型并对模型性能进行了评估。采用统计参数和模型误差等手段研究了描述符筛选和迁移学习对回归模型拟合结果的影响。基于1500个离子液体的电导率实验数据点,提出了随机森林集成学习模型来量化分子结构及理化描述符对电导率的贡献,并实现高贡献描述符的筛选。然后结合支持向量机非线性回归模型（SVR）和多层感知机深度神经网络回归模型（MLP）对离子液体电导率进行构性关系建模。RF-MLP模型的拟合程度最高,决定系数为0.996,均方误差为0.79,平均绝对误差为4.03。RF-MLP模型对每个数据点的绝对误差均在0.2以内,具有很高的准确度和计算效率。随机森林模型筛选后的高贡献描述符可以减少数据冗余,结合后续回归模型可实现特定电导率的离子液体结构筛选,具有良好的应用前景。基于266种不同离子液体的乙酰胆碱酯酶抑制毒性实验数据,利用CNN独有的矩阵处理结构对离子液体描述符进行建模和训练。然后,从构建的CNN模型中的特征提取层迁移学习代表离子液体的特征向量作为后续的回归模型输入来预测离子液体的乙酰胆碱酯酶抑制毒性。最优的CNN-MLP模型决定系数为0.962,均方误差为0.015,平均绝对误差为0.103。CNN-MLP模型的相对误差均在0.1以内。结果表明,基于卷积神经网络迁移学习的MLP回归模型可以实现离子液体乙酰胆碱酯酶抑制毒性的准确预测。深度学习建模可以实现特征的自动学习,避免人工特征选择造成的误差。温度压力等环境因素显著影响离子液体中二氧化硫溶解度。基于221个离子液体中二氧化硫溶解度数据点,利用CNN实现离子液体描述符、温度和压力特征迁移学习。然后,结合RF、SVR和MLP对离子液体中二氧化硫溶解度进行构性关系建模。通过对比单模型和集成模型对卷积神经网络的描述符学习能力进行了验证,单回归模型中最优的RF模型决定系数为0.946,均方误差为0.036,平均绝对误差为0.0026。集成CNN迁移学习模型后最优的CNN-RF模型决定系数为0.992,均方误差为0.0159,平均绝对误差为0.0004,相比单回归模型准确度有明显的增加。结果表明,卷积神经网络提取的特征能显著提高模型的准确性和鲁棒性,可用于离子液体的计算机辅助分子设计和筛选,为人工智能应用于离子液体构性关系建模提供新思路。

氢能具有可再生、无污染等特点,已成为最具潜力的能源载体。由于我国煤炭资源丰富,煤制氢是一种有效缓解氢供需矛盾的重要途径。使用化石能源带来的环境问题推动了替代制氢工艺的发展。生物质是一种很有前途的可再生能源,也是一种有吸引力的制氢资源,可以解决其中的一些环境问题。本文利用文献中获得的实验数据对生物质制氢和煤制氢过程的模拟结果进行了验证。根据模拟结果,从热力学第一定律和第二定律的角度进行了技术经济分析。技术经济分析包括能源效率、材料消耗、总投资、生产成本和碳税。生物质制氢和煤制氢的能量效率分别为37.88%和37.82%。生物质制氢工艺比煤制氢工艺具有更多的原材料消耗和总资本投资。生物质制氢工艺比煤制氢工艺具有更少的生产成本和温室气体排放。对生物质制氢和煤制氢过程的能量分析表明,作为制氢工艺的核心操作单元,气化装置的操作条件严重制约着工艺过程的能量利用率。本文采用全生命周期分析的方法对煤制氢和生物质制氢工艺的能耗和温室气体排放进行了分析。结果表明,生物质制氢工艺的能源消耗比煤制氢工艺的能源消耗低75.4%。生物质制氢工艺的温室气体排放量比煤制氢工艺的相应值低89.6%。此外,敏感性分析表明,管道运输是最环保的氢气运输方式。原料气化温度在1400～1500℃范围内,能源消耗和温室气体排放最低。针对生物质制氢过程二氧化碳排放的问题,本研究设计了具有二氧化碳捕集与封存技术的生物质制氢过程模型。与未采用二氧化碳捕集与封存技术的生物质制氢过程相比,采用二氧化碳捕集与封存技术的生物质制氢过程总资本投资增加了1.3%,生产成本增加了14.6～19.4%。未采用二氧化碳捕集与封存技术的生物质制氢工艺的能效比采用二氧化碳捕集与封存技术的生物质制氢工艺高17%。从能耗、经济性和环保性的角度来看,80%CO2捕集率的生物质制氢工艺是一种更适合于二氧化碳捕集与封存技术的系统。针对生物质气化合成气中含有大量的甲烷气,本文设计了基于甲烷三重整技术的生物质制氢工艺。与未采用甲烷三重整技术的生物质制氢工艺相比,采用甲烷三重整的生物质制氢的总资本投资提高了10.97%,生产成本降低了10.12%。未采用甲烷三重整技术的生物质制氢比采用甲烷三重整技术的生物质制氢能耗低3.09%,温室气体排放低7.85%。氧化碳捕集与封存技术的生物质制氢过程和采用甲烷三重整技术的生物质制氢过程均可以实现CO2的负排放。上述研究对降低温室气体排放,改善环境性能,开发清洁可持续的生物质制氢工艺具有重要意义。

采用萃取精馏技术分离压敏性共沸物是一种新的分离手段。本文以压敏性共沸物乙醇-苯、乙醇-乙酸乙酯的分离为例,基于标准挥发度曲线随压力的变化趋势,探究了萃取精馏塔塔压对工艺经济性以及动态控制特性的影响。以乙醇-苯体系为例,根据常压下标准挥发度曲线初步筛选出了1,2-丙二醇、二甲基亚砜、对二甲苯、氯苯四种萃取剂。通过进一步分析萃取剂对乙醇-苯体系相对挥发度的影响,确定出不同类型的萃取剂1,2-丙二醇和对二甲苯。研究发现不同类型萃取剂下标准挥发度曲线随压力改变有不同的变化趋势。因标准挥发度曲线与萃取剂用量有关,可得出萃取剂用量与压力有关。为找出标准挥发度曲线变化趋势与工艺经济性的关系,以最小年度总费用（TAC）为目标函数,对包括萃取精馏塔塔压在内的工艺参数进行优化。研究发现,当1,2-丙二醇为萃取剂时,TAC随压力的降低呈下降趋势,而当对二甲苯为萃取剂时,TAC随压力的升高呈下降趋势,这与标准挥发度曲线随压力的变化趋势是一致的。常压下以1,2-丙二醇为萃取剂工艺的经济性优于以对二甲苯为萃取剂的经济性,TAC减少了7.42%。优化压力后,以对二甲苯为萃取剂工艺的TAC反而更小,TAC减少了9.17%。在研究乙醇-乙酸乙酯体系过程中存在同样的情况。压力的改变导致了萃取剂的选择发生了改变,这为萃取剂的选择提供了新的思路。基于经济性最优,进一步探究了萃取精馏塔塔压对动态控制特性的影响。对于乙醇-苯体系,两类萃取剂均是最优压力下的控制结构较为复杂。对于乙醇-乙酸乙酯体系,压力对控制特性几乎没有影响,常压和最优压力下的控制结构基本相同,且在抗扰动能力方面各有优劣。本文的研究结果表明在减少萃取剂用量、降低TAC、以及选择萃取剂方面,萃取精馏塔塔压有着重要的影响;在动态控制方面,体系不同时压力对于动态控制特性的影响不同。

化工分离技术日益成熟,但是寻找绿色高效的分离溶剂仍然是研究的重点。离子液体因具有可设计性和难挥发性被广泛应用于共沸物的萃取分离过程。本文研究了采用离子液体分离正庚烷-叔丁醇、正庚烷-碳酸二甲酯、正辛烷-正丁醇三个共沸体系的液-液相行为与萃取机理,设计并优化了离子液体萃取分离共沸物的工艺。主要研究内容及结果如下:首先,采用COSMO-SAC模型筛选无限稀释下的分配系数与选择性均较高的离子液体作为萃取剂并进行微观相互作用研究。针对正庚烷-叔丁醇体系,从100种离子液体中筛选出[Omim][OTf]、[Hmim][OTf]和[Bmim][OTf];针对正庚烷-碳酸二甲酯体系,从280种离子液体中筛选出[Omim][OTf]、[Omim][PF6]和[Omim][NTf2];针对正辛烷-正丁醇体系,从418种离子液体中选择[Bmim][HSO4]、[Bmim][NO3]和[Bmim][OTf]。基于量子化学计算在分子尺度上探究共沸物与离子液体之间的相互作用机理。计算叔丁醇、碳酸二甲酯、正丁醇与筛选出的离子液体分子间的电荷密度、键能和键长,确定共沸物与离子液体之间存在氢键相互作用,且[Hmim][OTf]与叔丁醇、[Omim][NTf2]与碳酸二甲酯、[Bmim][NO3]与正丁醇之间的相互作用最强,其键能分别为-104.3264 k J/mol、-96.5253 k J/mol、-65.1188 k J/mol。其次,测定298.15 K、常压下三种含烷烃共沸物与上述筛选的离子液体之间的液-液相平衡实验数据,根据Othmer-Tobias方程对实验数据进行可靠性检验,关联精度均接近1;采用NRTL模型对实验数据进行相关性分析,均方根误差均小于0.02,证明实验数据与关联数据吻合性高。根据液-液相平衡实验数据计算分配系数与选择性,确定了三个体系的最佳萃取剂分别为[Hmim][OTf]、[Omim][NTf2]、[Bmim][NO3],其分离正庚烷-叔丁醇、正辛烷-正丁醇、正庚烷-碳酸二甲酯体系的分配系数分别为6.7368、6.3270、3.2859,选择性系数分别为63.8061、134.8467、111.7199。最后,设计并优化了离子液体分离含烷烃体系的工艺。设计[Hmim][OTf]、[Omim][NTf2]、[Bmim][NO3]萃取分离正庚烷-叔丁醇、正庚烷-碳酸二甲酯、正辛烷-正丁醇体系的工艺,优化得到最佳萃取级数分别为3、3、2,进料比分别为0.06、0.05、0.015,最小年度总成本为9.2343×10~5$/y、6.4657×10~5$/y、8.6489×10~5$/y。本研究为筛选绿色、清洁的分离溶剂与实际运用离子液体提供了理论基础。