化工工藝流程萃取劑選擇問題探究

胡昌彬

摘 要：萃取作為化工工藝流程中的一種重要分離手段，主要是利用萃取劑將兩種不同溶解度及分配系數(shù)的溶液分離。在分離過程中萃取劑起著不可或缺的作用，它不僅關系到萃取工藝成功與否，而且影響到其經(jīng)濟性及實用性。為此選擇合適的萃取劑至關重要。本文就此先分析了化工工藝流程萃取劑的選擇原則，并重點探討了選擇合理萃取劑的有效方法。

關鍵詞：化工工藝流程；萃取劑；原則；方法

化工工藝流程主要是通過化學反應將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的過程，包括原料處理（凈化、乳化、混合）、化學反應（氧化、還原、聚合）及產(chǎn)品精制（去除雜質(zhì)及廢棄混合物）三個步驟，且每一個步驟都有固定的流程和要求，涉及到催化劑、萃取劑、原料選擇等諸多內(nèi)容。萃取分離法在化工工藝流程中占重要地位，而萃取劑的正確選擇是保證萃取工藝安全運行且經(jīng)濟合理的關鍵所在。本文共分為兩個部分，第一部分分析了化工工藝流程萃取劑選擇基本原則；第二部分重點探討了正確選擇萃取劑的有效方法，旨在給相關人員提供一定的借鑒作用。

1 化工工藝流程萃取劑選擇基本原則

萃取作為一種經(jīng)典的分離手段，利用萃取劑把化合物從一種溶液中有效轉(zhuǎn)移到另一種溶液中，在這個過程中要選擇合適的萃取劑。根據(jù)多年來的化工生產(chǎn)經(jīng)驗，總結(jié)出化工工藝流程萃取劑選擇要遵循物理性質(zhì)及化學性穩(wěn)定、毒性小、選擇性良好等原則，具體來說主要表現(xiàn)如下。

第一，物理性質(zhì)及化學性穩(wěn)定原則。化工工藝流程生產(chǎn)過程中涉及到很多化學反應，如氧化反應、還原反應等。為此需選擇物理及化學性質(zhì)穩(wěn)定的萃取劑，減少對化工工程生產(chǎn)流程的影響，保證萃取質(zhì)量。

第二，毒性小原則。隨著化學化工工藝的不斷發(fā)展和進步，對化工生產(chǎn)質(zhì)量提出更高的要求：優(yōu)質(zhì)、高效、經(jīng)濟安全、毒性小。為此一方面要完善各項生產(chǎn)工藝，減少毒性。另一方面選擇毒性小的萃取劑，減少化工生產(chǎn)整體毒性，實行安全操作。

第三，選擇性良好原則。化工工藝流程萃取劑選擇性要良好，這樣可以有效擴大分離系數(shù)，且分離系數(shù)越大，萃取劑越合理。

第四，經(jīng)濟實惠原則。現(xiàn)代社會提倡節(jié)能環(huán)保，化工工藝流程生產(chǎn)也不例外。在保證萃取劑質(zhì)量的基礎上盡量選擇經(jīng)濟實惠的萃取劑，節(jié)約成本，盡可能地以最少的成本投入獲取最大的經(jīng)濟效益。

2 正確選擇萃取劑的有效方法

2.1 正規(guī)溶液理論選擇萃取劑

正規(guī)溶液理論作為萃取劑選擇的一種常見手段，具有形式簡單、操作方便等優(yōu)點，但其不足之處在于使用范圍有限。具體來說，正規(guī)溶液理論可以根據(jù)純物質(zhì)的性質(zhì)直接判斷混合物的性質(zhì)，在中低極性混合溶液中應用較多，可作為非極性分子（分子力為色散例）判斷的重要手段。但不適用于極性分子，主要是因為極性分子間力相對較復雜，可見該理論對萃取劑的選擇有一定的局限。為此很多學者建議在極性溶劑中采取內(nèi)聚能形式，利用無限稀釋活度系數(shù)計算極性分析相關數(shù)值，在某些極性分子檢測中獲得成功，適當擴展了該理論的適用范圍，但仍然有使用限制。

2.2 UNIFAC模型選擇方法

化工工藝流程萃取劑主要由有機物組成，雖然有機物類型多樣且混雜，但在某種程度上它們是由幾十種基團組成，于是很多研究者著手研究從幾十種基團中判斷混合物的性質(zhì)，從而選擇萃取劑，這就是所謂的UNIFAC模型選擇法。

UNIFAC模型選擇法有兩種基本概念：①基團溶液。基團溶液主要是在基團貢獻模型基礎上發(fā)展而來的。②局部組成。局部組成概念是在擬化學理論的基礎上發(fā)展而來的，最初使用該概念的是UNIQUAC 法。隨著時代的發(fā)展，UNIFAC模型開始被提出并不斷完善，如Gmehling 的修正模型、Hooper 的修正模型、Kikic 的修正模型等。其中以第一種修整模型最為重要，具有參數(shù)齊全、適用范圍相對較大等優(yōu)點。隨后Gmehling等人對該修正模型不斷改進和創(chuàng)新，最終得到簡化公式，根據(jù)該供述可以快速有效地獲得無限稀釋活度系數(shù)，在萃取劑選擇上有著較大的靈活性且精確度高，可作為化工工藝流程萃取劑選擇的重要手段。

2.3 NRTL 模型法

NRTL 模型是由Prausnitz提出的，他意識到液體混合物中局部組成且混合過程不是隨機的，因此他增添了非隨機參數(shù)，提出基于液相分層的NRTL 模型法。隨后相關學者（如意大利學者Vetere）對該模型法進行了一系列深入研究和拓展，使得NRTL 模型法除了在含水體系中應用外，還可以在其他體系中運用，且預測精度較高。

2.4 選擇反萃取能力強的萃取劑

利用萃取劑進行化工萃取工藝時，若萃取過程中環(huán)境受到影響，那么萃取物質(zhì)也容易發(fā)生變化（從有機物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樗@就要求萃取劑具有較強的反萃取能力。為此需根據(jù)化工生產(chǎn)工藝及實際條件選擇合適的萃取劑，且保證該萃取劑具有化學性穩(wěn)定、毒性小、物理性質(zhì)良好、經(jīng)濟實惠等功能。

2.5 化工工藝流程萃取劑選擇注意事項

第一，控制萃取劑的含量。對混合物進行萃取時，應嚴格控制萃取物的容量，即萃取期間，其單位容量能夠?qū)姳Ａ舴蛛x物進行保留，該方式才能充分體現(xiàn)單位萃取劑的萃取能力。除此之外，萃取劑還具有保存有效成分的特點，即萃取期間，可以分離原材料中的雜質(zhì)和有效成分。目前，市場上的萃取劑種類非常多，例如：醇、醛類中性萃取劑、羧酸類酸性萃取劑、螯合萃取劑、季銨鹽類胺類萃取劑等。由于萃取劑的過程存在差異，其萃取效果也各不相同。因此，進行實際萃取期間，根據(jù)萃取需要選擇合適的萃取劑，如利用萃取技術處理工業(yè)廢水時，可選擇環(huán)乙醇類、苯等萃取劑。本文筆者主要采用多種萃取劑處理酸化廢水，發(fā)現(xiàn)環(huán)乙醇類的萃取效果明顯高于其他種類的萃取劑。因此，筆者認為，當廢水的pH≥7時，可采用乙醇類萃取劑處理。

第二，低互溶性。基于對材料的萃取功能，應保證萃取劑的密度與材料的密度存在差異，即兩種物質(zhì)相溶性較差。萃取劑具有油溶點低的特點，而水溶相對較好。取萃取劑對材料（水）進行萃取時，可以促使材料分層，有效避免乳化現(xiàn)象。因此，工業(yè)人員應基于材料的密度，選擇與其密度差較大的萃取劑進行工業(yè)萃取，能夠充分保證萃取質(zhì)量。

第三，保證萃取劑化學性質(zhì)穩(wěn)定。萃取劑化學性質(zhì)主要包括熔點、沸點、相對密度及腐蝕性等，保證上述這些化學性質(zhì)符合要求，如熔點及沸點要低、相對密度要小、腐蝕性低等。舉例來說，煤化工污水中主要有害物質(zhì)為酚，需通過合適的萃取劑把酚含量有效降低。目前煤化工萃取劑主要有重苯、二異丙基醚、粗苯等。其中重苯、粗苯等物質(zhì)易揮發(fā)，易造成二次污染；二異丙基醚相對上述物質(zhì)具有乳化性弱、揮發(fā)性弱等特點，因此煤化工污水處理可選取二異丙基醚。

3 結(jié)束語

萃取在化工工藝流程中占有重要地位，且萃取分離工藝的正常運行及經(jīng)濟合理性與萃取劑的選擇有著直接的聯(lián)系。為此要根據(jù)化工工藝流程生產(chǎn)實際情況選擇化學性及物理性穩(wěn)定、毒性小、選擇性高、經(jīng)濟實惠、反萃取能力強的萃取劑。同時嚴格按照萃取工藝標準或要求操作，安全高效地分離化學物質(zhì)，充分發(fā)揮萃取劑及萃取分離法在化工工藝流程生產(chǎn)中的作用。

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