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變為產品的過程，包括原料處理（凈化、乳化、混合）、化學反應（氧化、還原、聚合）及產品精制（去除雜質及廢棄混合物）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

萃取作為一種經典的分離手段，利用萃取劑把化合物從一種溶液中有效轉移到另一種溶液中，在這個過程中要選擇合適的萃取劑。根據多年來的化工生產經驗，總結出化工工藝流程萃取劑選擇要遵循物理性質及化學性穩定、毒性小、選擇性良好等原則，具體來說主要表現如下。

第一，物理性質及化學性穩定原則。化工工藝流程生產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穩定的萃取劑，減少對化工工程生產流程的影響，保證萃取質量。

第二，毒性小原則。隨著化學化工工藝的不斷發展和進步，對化工生產質量提出更高的要求：優質、高效、經濟安全、毒性小。為此一方面要完善各項生產工藝，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，且分離系數越大，萃取劑越合理。

第四，經濟實惠原則。現代社會提倡節能環保，化工工藝流程生產也不例外。在保證萃取劑質量的基礎上盡量選擇經濟實惠的萃取劑，節約成本，盡可能地以最少的成本投入獲取最大的經濟效益。

2 正確選擇萃取劑的有效方法

2.1 正規溶液理論選擇萃取劑

正規溶液理論作為萃取劑選擇的一種常見手段，具有形式簡單、操作方便等優點，但其不足之處在于使用范圍有限。具體來說，正規溶液理論可以根據純物質的性質直接判斷混合物的性質，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聚能形式，利用無限稀釋活度系數計算極性分析相關數值，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，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展而來的，最初使用該概念的是UNIQUAC 法。隨著時代的發展，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，具有參數齊全、適用范圍相對較大等優點。隨后Gmehling等人對該修正模型不斷改進和創新，最終得到簡化公式，根據該供述可以快速有效地獲得無限稀釋活度系數，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，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，若萃取過程中環境受到影響，那么萃取物質也容易發生變化（從有機物質轉變為水），這就要求萃取劑具有較強的反萃取能力。為此需根據化工生產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定、毒性小、物理性質良好、經濟實惠等功能。

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，其單位容量能夠對強保留分離物進行保留，該方式才能充分體現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，根據萃取需要選擇合適的萃取劑，如利用萃取技術處理工業廢水時，可選擇環乙醇類、苯等萃取劑。本文筆者主要采用多種萃取劑處理酸化廢水，發現環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，有效避免乳化現象。因此，工業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萃取，能夠充分保證萃取質量。

第三，保證萃取劑化學性質穩定。萃取劑化學性質主要包括熔點、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、粗苯等物質易揮發，易造成二次污染；二異丙基醚相對上述物質具有乳化性弱、揮發性弱等特點，因此煤化工污水處理可選取二異丙基醚。

3 結束語

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濟合理性與萃取劑的選擇有著直接的聯系。為此要根據化工工藝流程生產實際情況選擇化學性及物理性穩定、毒性小、選擇性高、經濟實惠、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，充分發揮萃取劑及萃取分離法在化工工藝流程生產中的作用。

參考文獻

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