本文以程序模擬的方式將離子液體於共沸物分離上之應用做一分析，包含萃 取蒸餾製程及萃取製程，並對於此兩種製程皆以最適化分析得到最佳結果。雖然 於萃取蒸餾系統上新式離子液體夾帶劑[EMIM][Cl]在總體能耗上較傳統之夾帶劑 甘油略低，但因其於萃取蒸餾塔底之高溫使得須使用燃油作為熱源，於成本上並 不如甘油來得經濟。另外於[EMIM][EtSO4]萃取系統中分離較簡易且耗能較低之原 因在總年成本上與操作成本上皆較變壓蒸餾來得為佳。
萃取蒸餾系統中雖然[EMIM][Cl]提升酒精與水相對揮發度之能力較甘油來得 好，但於萃取蒸餾塔之再沸器熱負載卻較甘油來得高，原因有二，其一是離子液 體所具有的高沸點性質導致分離出之離子液體只要純度提高，則溫度就會較高，
因而造成萃取蒸餾塔塔底之高溫，此現象亦造成工廠中無法使用蒸汽為熱源，而 需要以燃油加熱。其二是塔底所造成之高溫及離子液體之高液相定壓熱容，而使 得再沸器熱負載提高。綜合以上兩點，以離子液體作夾帶劑即便提升相對揮發度 能力較傳統夾帶劑好，但並不一定於總年成本上具有優勢。
萃取系統之下游分離系統需要將離子液體[EMIM][EtSO4]回收，亦會遇到上述 提到之高溫及高熱負載問題，以萃取系統來說，提純之離子液體並不需要達太高 之純度，最適化結果顯示離子液體溶劑回收純度僅需 96.5 mol%即可回流至萃取塔 中，並不是特別高，也因此在提純的程度不是這麼高的情況下，壓力降低對於塔 底溫度之改變較顯著，因此能夠有效地降低高溫以及高熱負載，故以低壓蒸餾之 方式對於萃取系統之分離則相當有經濟上之優勢。
離子液體以其可塑性適用於許多共沸物之分離，例如提升萃取蒸餾中物質之 相對揮發度，或運用於萃取系統作為溶劑使用，目前之研究皆主要著眼於前段萃
取蒸餾或萃取之好處及優勢，但若是要將其實際應用於工業界上主要問題乃在於 後段之離子液體回收，離子液體幾乎無相對揮發度之性質使其要分離至高純度面 對許多挑戰，若是以傳統之蒸餾分離，使用低壓蒸餾是必要之手段，而離子液體 於氣液平衡之分離上需面對離子液體形成氣態會有熱分解之情況，使用非質子型 離子液體可有效改善熱分解之現象，但仍舊會有少部分的熱分解，不利於工業上 長久操作。但離子液體其陰陽離子之置換有無數種，目前研究出來之離子液體也 僅僅是冰山之一角，未來或許能夠發現具抗熱分解效應能夠穩定的長時間操作之 離子液體，但可以確定的是離子液體之特殊性質仍舊具有許多應用上的潛力。
命名法
ETBE ethyl tert-butyl ether
ETOH ethanol
[EMIM][Cl] 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride [EMIM][EtSO4] 1-ethyl-3-methylimidazolium ethyl sulfate
Qr 再沸器熱負載
Qc 冷凝器熱移除
RR 回流比
D 塔徑
Cp 液相定壓比熱
MW 分子量
TB 沸點
TC 臨界溫度
PC 臨界壓力
VC 臨界體積
OMEGA 離心因子
ZC 臨界壓縮因子
MUP 偶極矩
TAC 總年成本
參考文獻
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附錄 總 年 成 本 計 算 公 式
A. 再沸器熱交換面積(AR)
AR[𝑓𝑡2] = 𝑄𝑅 𝑈𝑅∆𝑇𝑅
where UR= 250 [𝐵𝑇𝑈 ℎ𝑟 ∙ 𝑓𝑡⁄ 2]
B. 冷凝沸器熱交換面積(AC)
AC[𝑓𝑡2] = 𝑄𝐶 𝑈𝐶∆𝑇𝐶
∆𝑇𝐶 = 𝑇𝑖𝑛− 𝑇𝑜𝑢𝑡 𝑙𝑛 (𝑇𝐶− 𝑇𝑂𝑈𝑇
𝑇𝐶− 𝑇𝑖𝑛 )
coolant type Tin(oF) Tout(oF) Uc(BTU/hr∙ft2) cooling water 90 120 150 chilled water, 40oF 45 90 150 refrigeration, 10oF 10 10 250 refrigeration, -30oF -30 -30 250 refrigeration, -90oF -90 -90 250
C. 塔高之計算(H )
𝐻[𝑓𝑡] = 2.3(𝑁𝑇− 1)
D. 蒸 餾 塔 主 體 價 格 計 算
column cost[$] =M&S
280 101.9𝐷1.066𝐻0.802(2.18 + 1) where M&S= 1,533.3 (2011 4th Q)
E. 蒸餾塔板價格計算
tray cost[$] =M&S
280 4.7𝐷1.55𝐻(1 + 0 + 0)
F. 熱 交 換 器 裝 置 價 格 計 算 heat exchanger[$] = M&S
280 101.3 [ 𝐴𝑅0.65(2.29 + 1.35) +𝐴𝐶0.65(2.29 + 0.85)]
G. 冷卻劑價格計算
coolant type Price ($/GJ) cooling water 0.29
vacuum system[$] = 𝐶𝐸
500 1690𝑆0.41𝐹 3.18 where CE=550 (2011)
S=suction pressure(torr)
F(cost multiplying cost factor) 1 Stage 1.0
2 Stage 1.8 3 Stage 2.1
J. 轉盤式萃取塔價格計算
Rotating disk contactors[$] = 𝐶𝐸
500 320𝑆0.84 3.18 where CE=550 (2011)
S = (Height, H, ft)(Diameter, D, ft)1.5
作者簡介
姓名：陳柏彰 出生地：台北市
出生日：民國 78 年 3 月 9 日 學歷：台北市立建國高級中學
國立台灣大學化學工程學系學士 國立台灣大學化學工程學系碩士