間苯二酚合成路線中的萃取操作

王悅，李超

（天津市化工設計院，天津300193）

間苯二酚合成路線中的萃取操作

王悅，李超

（天津市化工設計院，天津300193）

本文主要研究間苯二酚的萃取分離，討論了間苯二酚的萃取和分離等出現(xiàn)的具體問題并提出了解決問題的方法。闡述了間苯二酚在不同溫度下的萃取效果。

間苯二酚；間苯二胺；萃??；分離；正丁醇

本文研究的主要目的是，水解法合成間苯二酚應用到工業(yè)上，需要將合成產(chǎn)物進行萃取，萃取后的醇相中除了含有間苯二酚外，還含有少量間苯二胺，以及氯化銨（以鹽酸為催化劑）或硫酸銨（以硫酸為催化劑），將醇相間苯二酚和間苯二胺分離開來后，再檢測其中間苯二酚的含量。

液液萃取又稱溶劑萃取，是利用原料液中組分在適當溶劑中溶解度的差異而實現(xiàn)分離的單元操作。液液萃取至少涉及三個組分，即原料液中兩個組分和溶劑。選用的溶劑應對原料液中一個組分有較大的溶解力，該易溶組分稱為溶質(zhì)，以A表示，本課題中組分A為間苯二酚；對另一組分完全不溶解或部分溶解，該難溶組分稱為稀釋劑（或稱原溶劑），以B表示，本課題中組分B為間苯二胺。選用的溶劑又稱萃取劑，以S表示。

萃取操作的基本過程是將一定的溶劑加到被分離的混合物中，采取措施使原料液和萃取劑充分混合，溶質(zhì)通過相界面由原料液向萃取劑中擴散，所以萃取操作也屬于質(zhì)量傳遞過程。萃取操作完成后使兩液相進行沉降分離，其中含萃取劑S多的一相稱為萃取相，以E表示，本課題中萃取相E為醇相；含稀釋劑B多的一相稱為萃余相，以R表示，本課題中萃余相R為水相。萃取過程可連續(xù)操作，也可分批進行。

萃取相E和萃余相R都是均相混合物，為了得到產(chǎn)品A并回收溶劑S，還需對這兩相分別進行分離。通常采用蒸餾方法進行分離。當溶質(zhì)A為不揮發(fā)或揮發(fā)度很低的組分時，則可采用蒸發(fā)方法分離，有時也可采用結晶或其他化學方法。萃取相和萃余相脫除溶劑后分別得萃取液和萃余液。

1　萃取劑的選擇

萃取劑的選擇是萃取操作分離效果和經(jīng)濟性的關鍵。萃取劑的性能主要由萃取劑的選擇性、萃取劑回收的難易與經(jīng)濟性、萃取劑的其他物性來衡量。

1.1萃取劑的選擇性和選擇性系數(shù)

選擇性是指萃取劑S對原料液中兩個組分溶解能力的差異。若S對溶質(zhì)A的溶解能力比對稀釋劑B的溶解能力大得多，即組分A在萃取相E中的質(zhì)量分率比B大的多，組分B在萃余相R中的質(zhì)量分率比A大得多，那么這種萃取劑的選擇性就好。萃取劑的選擇性可用選擇性系數(shù)表示。選擇性系數(shù)值直接與分配系數(shù)有關。分配系數(shù)是指在一定溫度下，溶質(zhì)在E相和R相中的組成之比。其計算公式如下：

本課題中：

萃取相E為醇相；萃余相R為水相；組分A為間苯二酚；組分B為間苯二胺。

其中分配系數(shù)越大，萃取分離的效果越好。在同一物系中，分配系數(shù)的值隨溫度而變。選擇性系數(shù)越大，也越有利于組分的分離。萃取劑的選擇性高，對溶質(zhì)的溶解能力大，對于一定的分離任務，可減少萃取劑用量，降低回收溶劑操作的能量消耗，并且可獲得高純度的產(chǎn)品A間苯二酚。

1.2萃取劑回收的難易與經(jīng)濟性

萃取后的E相和R相，通常以蒸餾方法進行分離。萃取劑回收的難易直接影響萃取操作的費用，在很大程度上決定萃取過程的經(jīng)濟性。因此，要求溶劑S與原料液中組分的相對揮發(fā)度要大，不應形成恒沸物，并且最好是組成低的組分為易揮發(fā)組分。若被萃取的溶質(zhì)不揮發(fā)或揮發(fā)度很低，而S為易揮發(fā)組分時，則S的汽化熱要小，以節(jié)省能耗。

溶劑的萃取能力大，可減少溶劑的循環(huán)量，降低E相溶劑回收費用；溶劑在被分離混合物中的溶解度小，也可減少R相中溶劑回收的費用。

1.3萃取劑的其他物性

為使E相和R相能較快地分層以從速分離，要求萃取劑與被分離混合物有較大的密度差，特別是對沒有外加能量的萃取設備，較大的密度差可加速分層，以提高設備的生產(chǎn)能力。

此外，選擇萃取劑還應考慮其他一些因素，諸如：萃取劑應具有比較低的黏度，具有化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，對設備腐蝕性要小，來源充分，價格較低廉等。

一般說來，很難找到滿足上述所有要求的萃取劑。在選用萃取劑時要根據(jù)實際情況加以權衡以保證滿足主要要求。通過比較，本實驗采用正丁醇作萃取溶劑。

并附正丁醇物理性質(zhì)如下表1。

表1　正丁醇物理性質(zhì)

2　萃取方案

分別考察常溫下（20℃）和50℃時正丁醇對等體積間苯二酚和間苯二胺混合液的萃取率。試驗分四個點，分別取四種不同濃度的待萃取溶液，且四個濃度成倍數(shù)關系，每種待萃取溶液中間苯二酚和間苯二胺的濃度都相同。萃取后用液相色譜分別檢測每個點的醇相和水相中兩種物質(zhì)的含量，并計算出兩相下的萃取率，于是間苯二酚和間苯二胺在每個溫度下都會得到各自的八個對應的萃取數(shù)據(jù)，然后由這八個數(shù)據(jù)算出該溫度下正丁醇對該物質(zhì)的萃取系數(shù)。

試驗中的四個點分別為：原溶液、1/2倍濃度溶液、1/4倍濃度溶液、1/16倍濃度溶液。原溶液中間苯二酚和間苯二胺的濃度都為60mg/mL。其他的依次按倍數(shù)減小。

2.1待萃取溶液的配制

配制間苯二酚和間苯二胺的濃度都相同的待萃取溶液，稱取6g間苯二酚和6g間苯二胺，用少量蒸餾水溶解，轉移至100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度并搖勻。

用移液管準確量取上述溶液25mL，于干燥的帶塞錐形瓶中作為原溶液。其中間苯二酚和間苯二胺其的濃度均為60mg/mL。

同樣配制1/2倍濃度溶液、1/4倍濃度溶液、1/16倍濃度溶液各25mL。

2.220℃條件下萃取

準確量取原溶液10mL，于25mL的干燥分液漏斗中，再加入等體積的正丁醇，充分振搖、靜置分離，然后醇相用正丁醇稀釋至25mL，水相用水稀釋至25mL。稀釋時使用滴定管往容量瓶中滴加液體，直至刻度，并記錄所耗液體的體積。算出萃取前后各相體積的變化。

再取一定量的稀釋液配制成待測液，用液相色譜檢測待測液中間苯二酚和間苯二胺的濃度。同樣處理其他三個點的溶液。具體配制方法見表2。

表2　萃取后待測液的配制

2.350℃條件下萃取

置入水浴箱之中幾分鐘后用另一10mL移液管準確量取50℃的正丁醇放入錐形瓶在水中劇烈晃動5min后倒入干燥的分液漏斗中（注：盡量把瓶中液體控干凈）靜置幾分鐘，后面的方法同上。

萃取前先打開恒溫水浴箱并升溫至50℃，將正丁醇試劑瓶放入其中水浴約10min待用。取原溶液10mL于25mL分液漏斗中，加入等體積的上述正丁醇，充分振搖、靜置分離，然后將醇相和水相都稀釋至25mL，方法跟常溫萃取一樣。

再取一定量的稀釋液配制成代測液，用液相色譜檢測待測液中間苯二酚和間苯二胺的濃度。同樣處理其他三個點的溶液。具體配制方法與表1相同。

2.4萃取結果分析與萃取系數(shù)計算

表3　20℃條件下萃取結果

表4　50℃條件下萃取結果

根據(jù)分別在20℃和50℃條件下對樣品進行萃取操作的結果（表3、表4），具體分析如下：

從兩種物質(zhì)的萃取效果橫向比較來看，間苯二胺的平均萃取率在約60%左右，而作為產(chǎn)品的間苯二酚平均萃取率達到85%以上，這還只是萃取一次，如果連續(xù)萃取3次，相信萃取率可達95%以上，這樣的萃取效果基本上達到令人滿意的程度。

將表3和表4中的數(shù)據(jù)代入公式1、公式2，計算得出萃取系數(shù)，計算結果詳見表5和表6。通過比較，間苯二酚的分配系數(shù)更大，萃取分離的效果更好。從兩個不同溫度的萃取數(shù)據(jù)來看，溫度的變化對于這個實驗的萃取效果影響程度不大。

實驗結果及數(shù)據(jù)說明選擇正丁醇作為本試驗的萃取劑是合理的。

表5　分配系數(shù)計算結果

表6　選擇行性系數(shù)計算結果

3　萃取操作誤差分析

本萃取操作產(chǎn)生誤差原因主要為以下幾方面：

⑴原料產(chǎn)品和萃取劑是否充分混合。

⑵對萃取相和萃余相的分液操作是否符合要求（包括分液漏斗是否潔凈；分液前是否充分分層等）。

⑶移液管、容量瓶、漏斗等試驗器材的相關操作是否符合要求。

⑷定容時溶液的揮發(fā)和稱取固體時讀數(shù)和儀器造成的誤差。

［1］梁誠.間苯二酚的生產(chǎn)、市場與發(fā)展［J］·河南化工，2001，（2）：1-2.

［2］楊華.國內(nèi)外間苯二酚的生產(chǎn)與應用［J］.精細化工原料及中間體，2004，（1）：25-28.

［3］崔小明.間苯二酚的生產(chǎn)應用及市場前景［J］.四川化工與腐蝕控制，2002，（5）：41-44.

［4］常玉，譚世語，張東翔.間苯二酚的生產(chǎn)技術現(xiàn)狀［J］.精細化工中間體，2002，（5）：1-4.

［5］王莉.間苯二酚合成技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.化工文摘，2005，（6）：43-45.

［6］張培毅.間苯二酚合成技術與市場分析［J］.化工進展，2005，（7）：814-815.

［7］戴子林，魯藝，危青，等.間苯二酚的合成方法［J］.五邑大學學報，2000，（6）：24-28.

The extracting processofresorcinol

WANG Yue，LIChao
（ChemicalEngineering Design Institute，Tianjin 300193，China）

This article studies the extraction and stripping ofresorcinol，discusses problems of the extraction and stripping ofresorcinol，and solves the problems.The extraction effect at different temperature in the extraction and stripping ofresorcinol is introduced.

Resorcinol；Meta-phenylenediamine；Extraction；Stripping；Butylalcohol

10.3969/j.issn.1008-1267.2015.05.007

TQ028.3+

A

1008-1267（2015）05-0022-04

2015-06-01