环戊烷和新己烷是石油化工行业中非常重要的有机化工原料,具有非常高的经济附加值,且在混合C5资源中占有不小的比例。目前我国对于混合C5资源的综合利用途径较为单一且利用率较低,大部分资源经过简单分离后以溶剂油或低纯度单体烃类油等产品进行销售,很少进行深度分离,造成资源的浪费。因此,开展C5资源分离技术的研发和创新,对C5资源进行合理利用,是我国石油化工行业所亟待解决的重要课题之一。本课题结合新疆康佳投资(集团)有限责任公司的C5资源分离提纯项目,开展了环戊烷和新己烷分离的研究,开发了萃取精馏新型混合溶剂,并同时对水合物法分离该体系进行了研究,具有重要的学术和工程意义。考虑到环戊烷和新己烷是近沸且共沸的体系,萃取精馏是分离这类体系的有效方法。本文首先建立了预测烷烃、环烷烃在常规溶剂中无限稀释活度系数的优化COSMO-RS方法,计算常规溶剂存在下新己烷-环戊烷体系的相对挥发度,筛选出较优的溶剂。并通过量化计算分析常规溶剂与环戊烷、新己烷之间的相互作用,为常规溶剂的筛选提供必要的理论依据。同样,通过COSMO-RS方法计算了环戊烷、新己烷在936种离子液体中的无限稀释活度系数和选择性系数,研究了离子液体结构与选择性的关系。结果表明,离子液体对环戊烷/新己烷的选择性受阴、阳离子种类影响,阳离子上增加官能团可显著提高离子液体的选择性。通过量化计算研究了离子液体-环戊烷/新己烷的微观结构和相互作用,在分子水平上揭示了环戊烷、新己烷与离子液体相互作用的差异。研究表明,环戊烷与离子液体之间的作用更强,这是离子液体显著改变体系相对挥发度的原因。在溶剂筛选的基础上,采用了 CP-I型双循环汽液相平衡釜测定了 101.3 kPa和不同剂油比下环戊烷+新己烷+常规溶剂三元体系和环戊烷+新己烷+常规溶剂+离子液体四元体系的汽液相平衡数据。实验结果表明,由常规溶剂+离子液体组成的混合溶剂以及常规溶剂都能改变体系的相对挥发度,但是混合溶剂的效果要明显优于常规溶剂,且混合溶剂中离子液体的含量较少。此外,随着剂油比的增大,相对挥发度随之增加。因此,这种混合溶剂可以作为分离环戊烷和新己烷体系的新型溶剂,提高了分离效果。利用汽液相平衡数据,拟合得到了 NRTL热力学模型的二元交互作用参数,并导入到Aspen Plus流程模拟软件中。研究了常规溶剂的萃取精馏工艺以及混合溶剂(常规溶剂+离子液体)的萃取精馏工艺。对比两种工艺条件,采用混合溶剂时的流程所需的理论板数、热负荷等都小于常规溶剂的流程。通过经济分析表明,含混合溶剂的萃取精馏工艺的TAC(Total Annual Cost)比常规溶剂更少,进一步验证了新型混合溶剂在环戊烷-新己烷体系分离上的优越性,且在工业应用时并不需要改变常规溶剂萃取精馏的流程。通过分子动力学模拟初步探讨了水合物法分离环戊烷和新己烷的可能性。分别考察了环戊烷、新己烷在水中的溶解度,从而验证了力场参数的可靠性。研究了常压下不同温度对环戊烷水合物稳定性的影响,结果表明,在285 K时环戊烷水合物开始分解,这个温度稍大于文献中的实验值。并且考察了新己烷水合物在常压和280 K时的稳定性。在这基础上研究了加入新己烷后环戊烷水合物的生长状况,结果发现环戊烷水溶液和水合物的相界面上有新的笼形生成,这对于水合物法分离环戊烷/新己烷是有利的。因此,通过分子动力学模拟可以从分子水平提供一些理论指导,而判断这个方法是否可行还需要从实验角度来验证。