基于COSMO-SAC模型筛选的乙二醇/甲酰胺/1,2-丙二醇对环己烷-异丙醇共沸体系的液液相平衡研究及温度效应分析

针对环己烷(Cyclohexane)与异丙醇(IPA)共沸体系分离难题，研究人员通过COSMO-SAC模型筛选乙二醇(EG)、甲酰胺和1,2-丙二醇作为萃取剂，测定303.15-323.15 K温度下的液液相平衡(LLE)数据，结合NRTL/UNIQUAC模型回归参数。结果表明EG具有最优分离效能，温度升高会降低EG和甲酰胺的萃取能力，为工业废液资源化提供低能耗解决方案。

　　

环己烷作为苯的低毒替代品广泛应用于医药、涂料等领域，而异丙醇(IPA)则是脂溶性物质的高效溶剂。两者在化工生产中形成的共沸物（340.75 K时含33 wt% IPA）难以通过常规精馏分离，直接排放既污染环境又浪费资源。虽然萃取精馏法可获得99.96 wt%高纯度产品，但能耗问题突出。相较之下，液液萃取因能耗低、选择性高成为更具潜力的分离方案，而萃取剂筛选是技术核心。传统实验筛选耗时费力，量子力学基础的COSMO-SAC模型为高效预测提供了新思路。

陕西某研究团队在《The Journal of Chemical Thermodynamics》发表的研究中，采用COSMO-SAC模型结合Materials Studio的Dmol³
模块分析σ-profile（电荷密度分布）和分子间相互作用能，筛选出乙二醇(EG)、甲酰胺和1,2-丙二醇三种潜在萃取剂。通过测定303.15-323.15 K温度范围内的LLE数据，结合分配系数(D)和分离因子(S)评估性能，并利用Othmer-Tobias和Hand方程验证数据可靠性。最终采用Aspen Plus 11中的NRTL（非随机双液体）和UNIQUAC（通用拟化学）模型进行参数回归，通过GUI-MATLAB验证模型准确性。

预测萃取剂性质
通过σ-profile分析发现EG与IPA的氢键受体区域互补性最强，相互作用能计算证实EG-IPA(-40.2 kJ/mol)结合力显著强于甲酰胺(-35.6 kJ/mol)和1,2-丙二醇(-38.1 kJ/mol)，预示EG具有最佳萃取潜力。

实验LLE数据
温度升高导致EG和甲酰胺的两相区面积缩小10-15%，而1,2-丙二醇受温度影响较小。在303.15 K时，EG体系的S值达28.6，远高于甲酰胺(9.3)和1,2-丙二醇(12.4)，其D值(0.42)也优于其他两者。

结论
研究表明EG在低温下展现最优分离性能，但温度敏感性提示工业应用需控温；1,2-丙二醇的温度稳定性则适合变温操作场景。NRTL和UNIQUAC模型的RMSD均<0.02，验证了参数可靠性。该研究不仅为共沸体系分离提供了EG这一高效萃取剂，还建立了可推广的COSMO-SAC预测-实验验证-模型回归技术路线，对化工废液资源化处理具有重要指导意义。