本发明提供了一种分离氯甲烷和异丁烷混合物的装置及方法，包括萃取精馏塔，所述萃取精馏塔上设置氯甲烷和异丁烷混合物进料口、萃取剂进料口及氯甲烷气相出口；萃取剂进料口输送的萃取剂包括正己烷和/或异己烷；与所述萃取精馏塔的塔底连接的冷却器；与所述冷却器连接的萃取剂回收塔；与所述萃取剂回收塔的塔顶连接的异丁烷回收单元；与所述萃取剂回收塔的塔底连接的萃取剂回收塔塔釜再沸器，及通过管道连接的萃取剂缓冲罐。本发明通过特定种类的萃取剂在上述装置下，能够分离氯甲烷和异丁烷，获取高纯度氯甲烷和异丁烷；另外，该装置利用能量耦合技术，能耗较低。