随着化石能源的日益减少,生物异丁醇凭借广泛的应用和优异的燃料性能引起了人们的关注。异丁醇是合成多种高附加值化合物的原料,也是一种具有十分优异的燃料性能的化合物。与乙醇相比,异丁醇具有更高的能量密度,更低的含氧量和吸湿性,是一种理想的汽油添加剂或替代品。然而生物异丁醇的生产却存在着发酵液浓度低、杂质多、分离困难成本高等诸多问题,因此开发高效低成本的下游分离工艺成为生物异丁醇工业化生产的关键。本论文分别采用溶剂萃取、盐/溶剂萃取和盐析法三种方法分离模拟发酵液中的异丁醇,系统的研究了萃取剂和盐析剂的浓度、种类以及温度对萃取体系的影响,获得了相平衡数据并探索出了最佳分离条件。通过Aspen模拟构建了溶剂萃取精馏、盐/溶剂萃取精馏和盐析精馏分离工艺流程,并进行了能耗分析。溶剂萃取结果表明随着萃取剂浓度的增加,异丁醇的回收率显著增加,但脱水率随之下降。当萃取剂的用量等于或低于1:2时,不同萃取体系的异丁醇的回收率的排序如下:R（环戊醇）<R（叔戊醇）<R（正戊醛）<R（异辛醇）,异辛醇作为萃取剂时具有最高的回收率。当稀水溶液与异辛醇质量比为1:3时,（水+异丁醇+异辛醇）体系中异丁醇的回收率高达99.20%,分离效果优异。萃取温度越高,使用环戊醇、叔戊醇和异辛醇作萃取剂时异丁醇的回收率越高,正戊醛则相反。盐/溶剂萃取结果表明异丁醇的分离效果受盐和萃取剂的种类和浓度的影响极大。当K₄P₂O₇的初始摩尔盐浓度高于1.01 mol?kg^-1且异丁醇的稀水溶液与异辛醇的质量比为1:1时,异丁醇的回收率可达到100%,脱水率可达到91.62%,分离效果最佳。在相同的初始摩尔盐浓度和萃取剂条件下,不同阴离子的盐析效果排序如下:Cl^-<SO₄^2-<HPO₄^2-<CO₃^2-<PO₄^3-<P₂O₇^4-。异丁醇的分配行为和萃取效果能够通过Othmer-Tobias方程、Bancroft方程以及溶解度方程进行评估。盐析结果表明随着初始摩尔盐浓度的增加,异丁醇的回收率和脱水率都随之增大,更高的盐浓度能够产生更好的分离效果。K₄P₂O₇具有最好的盐析效果,当其初始摩尔盐浓度为1.63 mol?kg-1时,异丁醇的回收率高达100%。通过溶解度方程拟合后得到不同盐的α值排序如下:α（K₄P₂O₇）<α（K₃PO₄）<α（K₂CO₃）<α（K₂HPO₄）,α值越大,回收率越低,盐析能力越弱。采用Aspen Plus对三种分离工艺进行模拟并分析可得,经溶剂萃取精馏、盐/溶剂萃取精馏和盐析精馏后,最终获得异丁醇的质量分数分别为99.99%、100%和100%,能耗分别为5.59、3.76和2.4 MJ/kg异丁醇。盐析精馏工艺分离效果好、流程简单能耗低,有利于实现异丁醇的高效低成本分离。