化工工藝流程中的萃取劑選擇及應(yīng)用

龍旭佳

（涉縣津東經(jīng)貿(mào)有限責(zé)任公司，河北邯鄲 056300）

隨著近年來生命科學(xué)、材料科學(xué)、精細(xì)化工等新興學(xué)科逐漸發(fā)展，促進(jìn)現(xiàn)代化分離技術(shù)的廣泛運(yùn)用，并逐漸完善了分離學(xué)科理論，很大程度上提升了現(xiàn)代分離技術(shù)水平，也逐漸發(fā)展形成獨(dú)立存在的學(xué)科。萃取在分離方法中作為較經(jīng)典的一種，在分離科學(xué)領(lǐng)域中占據(jù)重要地位，本質(zhì)是為了能夠運(yùn)用萃取劑，成功轉(zhuǎn)變物質(zhì)親水性為疏水性，實(shí)現(xiàn)二者分離，所以萃取劑在實(shí)現(xiàn)萃取操作中作用重大[1]。而在化學(xué)領(lǐng)域萃取也始終扮演重要決策，雖然萃取僅僅作為其中一個(gè)環(huán)節(jié)，但是卻幾乎關(guān)聯(lián)所有成果甚至整個(gè)科研項(xiàng)目能夠成功。所以有必要對萃取這一操作步驟加大重視度，始終秉持嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)認(rèn)真態(tài)度，科學(xué)合理選擇化工工藝中應(yīng)用的萃取劑，保證萃取劑能夠提升萃取工作效率，確保萃取有效可靠性，達(dá)到物質(zhì)分離預(yù)期目標(biāo)，順利開展化工工藝。

1 化工工藝流程及萃取劑概述

1.1 化工工藝流程

化工工藝作為能夠運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)，改變原本材料為其他物質(zhì)，并通過運(yùn)用這項(xiàng)工藝技術(shù)從而成功提取溶液內(nèi)的有效成分展開深入研究，一般情況下化工工藝流程中需要注意以下三環(huán)節(jié)：

（1）處理原材料過程中，應(yīng)當(dāng)注意到原材料和相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)一致性，從而能夠?qū)崿F(xiàn)科學(xué)合理的處理原材料，盡可能減少誤差發(fā)生率[2]。

（2）對化學(xué)反應(yīng)環(huán)境加大注意，對于特定溫度壓強(qiáng)條件下，原料進(jìn)行預(yù)處理后進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，來達(dá)到預(yù)期的化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)換率，并確保產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)能夠取得一定產(chǎn)品質(zhì)量。在轉(zhuǎn)化原材料時(shí)往往會涉及有關(guān)反應(yīng)，而想要對這些關(guān)系深入分析，就需要運(yùn)用更專業(yè)的技術(shù)原理展開深入探索。

（3）對產(chǎn)品進(jìn)行精處理過程，經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)后所獲產(chǎn)品往往存在諸多雜質(zhì)，如雜物、廢物，這種情況下需要全部去除。那么在雜質(zhì)分離處理中，就要注意分離方法和技術(shù)設(shè)備的選擇，確保各類生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備條件都能夠與要求相符。如今我國的化工工藝中也存在一定共性，只要正確掌握基本流程，就等同于基本掌握了主要問題，究竟怎樣才能夠?qū)崿F(xiàn)更科學(xué)合理的化工工藝流程，就要確保最終所獲產(chǎn)品的質(zhì)量精良滿足批量規(guī)模化生產(chǎn)。

1.2 萃取劑

那么在整個(gè)化工工藝流程中涉及的一大關(guān)鍵問題環(huán)節(jié)，就是如何選擇性價(jià)比高的萃取劑，萃取劑選擇應(yīng)用結(jié)果，很大程度影響了化工工藝產(chǎn)品質(zhì)量，所以同樣需要化工技術(shù)人員重視對萃取劑的選擇應(yīng)用。萃取劑作為一種應(yīng)用于化學(xué)萃取作用的溶劑，需要兩種互不相容液體，在相溶液體間是無法實(shí)現(xiàn)萃取工藝作用的，那么在萃取劑作用下自然可以成功分離兩種液體。所以對化學(xué)工藝流程的萃取劑選擇，要保證具備良好選擇性，較好物理性，較強(qiáng)穩(wěn)定性，較快萃取速度和較高性價(jià)比，幾乎不存在毒性或毒性較小[3]。只有從多方面因素綜合考慮，才能夠權(quán)衡利弊合理選擇萃取劑。

2 化學(xué)工藝流程中萃取劑選擇原則方法

2.1 選擇原則

2.1.1 良好物理性和穩(wěn)定性

萃取劑選擇需要具備較好物理性，基于萃取劑物理性能夠?qū)瘜W(xué)工藝流程中的萃取操作產(chǎn)生一定影響，不僅如此萃取劑還需要具備較好化學(xué)穩(wěn)定性，萃取劑的穩(wěn)定性與化學(xué)工藝流程的整個(gè)操作安全性直接關(guān)聯(lián)，所以應(yīng)當(dāng)選擇較小腐蝕作用，較弱聚合、分解化學(xué)反應(yīng)，較強(qiáng)抗氧化熱穩(wěn)定性的萃取劑[4]。

2.1.2 萃取速度快性價(jià)比高

萃取劑在選擇時(shí)要達(dá)到較快的萃取速度，從而對整個(gè)化工工藝流程經(jīng)濟(jì)性有效提升，并且萃取劑產(chǎn)品價(jià)格及最終達(dá)到效果并非一定要形成正比，選擇萃取劑價(jià)格時(shí)也要求達(dá)到一定的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。

2.1.3 安全性和反萃取性

萃取劑在化學(xué)工藝流程應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)具備無刺激性、無毒、較弱揮發(fā)性和不易燃等技術(shù)特點(diǎn)。在充分保證萃取劑安全性基礎(chǔ)上，做好一系列安全防護(hù)措施。另外萃取劑選擇也需要較好反萃取性，一旦改變萃取條件，能夠成功實(shí)現(xiàn)萃取物質(zhì)的有機(jī)相轉(zhuǎn)變?yōu)樗唷?/p>

綜上要注意以上幾點(diǎn)萃取劑選擇原則的同時(shí)，還要考慮到萃取劑有著豐富的原料來源，簡易化制備技術(shù)特點(diǎn)，對于多樣化萃取劑選擇過程中需要保證選擇萃取劑的合理有效性。事實(shí)上想要達(dá)到具備以上全部選擇條件的萃取劑十分有限，那么在不同的化工工藝流程中，可以結(jié)合相關(guān)工藝特點(diǎn)與產(chǎn)品所需，并把握不同化學(xué)工藝流程的操作側(cè)重點(diǎn)選擇萃取劑[5]。

2.2 選擇方法

2.2.1 采用正規(guī)溶液理論

正規(guī)溶液理論作為一種基于本身簡易理論形式，能夠根據(jù)純物質(zhì)性保證獲得混合物預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，所以在學(xué)術(shù)界中同樣普遍運(yùn)用。萃取精餾由于擁有溶解濃度較大，所以可以成功忽略溶質(zhì)間的相互作用。在應(yīng)用于低級性、中級性溶液中，所獲計(jì)算結(jié)果能夠達(dá)到和實(shí)驗(yàn)結(jié)果較高的吻合度。但在應(yīng)用于極性分子中，因?yàn)閺?fù)雜分子的存在，只有在色散力分子非極性分子中應(yīng)用正規(guī)溶液適用性較好，而應(yīng)用于極性分子則誤差較大[6]。因此為了能夠在實(shí)際應(yīng)用中，拓寬正規(guī)溶液理論的實(shí)際適用范圍，部分研究者就通過采用內(nèi)聚能方式拓展至極性溶液，在極性分子計(jì)算中拓展運(yùn)用正規(guī)溶液理論，無線稀釋活度系數(shù)表達(dá)公式，取得了一定物系成功，但也存在較大局限性。

2.2.2 采用UNIFAC模型

基于UNIFAC模型完成萃取劑選擇，就算有機(jī)物類別較多，包括了幾十種基因，應(yīng)用于基因預(yù)測混合性物質(zhì)來講應(yīng)用前景也較好，有助于工程開發(fā)設(shè)計(jì)，而這也正是設(shè)計(jì)UNIFAC 方程初衷，該模型在應(yīng)用中主要包括兩大重要概念[7]，一是基因溶液，二是局部組成，基于基因貢獻(xiàn)模型基礎(chǔ)上提出了基因溶液概念，最初在ASOG 方法中應(yīng)用，在擬化學(xué)理論基礎(chǔ)上提出了局部組成概念，后經(jīng)多數(shù)學(xué)者的不斷修正后，獲得了存在一定影響力的KIkic 修正模型、Larson 修正模型、Gmehling修正模型等。以上UNIFAC 模型內(nèi)，以Gmehling 修正模型有著較大的應(yīng)用范圍，有較齊全的參數(shù)，并在后續(xù)研究中對該模型參數(shù)不斷修正補(bǔ)充，最終獲得簡化公式可以實(shí)現(xiàn)萃取劑的簡便選擇，增加了模型的實(shí)用性。

2.2.3 采用NRTL模型

在NRTL 模型中萃取劑選擇研究中，Prausnitz 考慮到局部組物存在于液體混合物內(nèi)，在非隨機(jī)混合過程中，就可以充分運(yùn)用雙流體理論，成功導(dǎo)出應(yīng)用于液相分層NRTL 方程[8]。往往體系相互作用計(jì)算難度較大，NRTL 方程自提出后便在關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中廣泛應(yīng)用，之后由Vetere 提出NRTL 方程預(yù)測功能，并不斷改進(jìn)公式適用于含水體系，并不斷提高預(yù)測精度。

3 萃取劑選擇應(yīng)用中注意事項(xiàng)

萃取在化學(xué)工藝流程中作為常見的化工分離方法，在化工工藝流程中應(yīng)用優(yōu)勢突出，能夠改變物質(zhì)親水性，經(jīng)一系列轉(zhuǎn)化工藝成功轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷?，?shí)現(xiàn)分離目標(biāo)。那么在萃取劑選擇中的分離成效如何，就要注意選擇萃取劑時(shí)的以下注意事項(xiàng)。

3.1 足夠萃取容量

萃取擁有足夠高的容量，那么在單位范圍內(nèi)就能達(dá)到更高的萃取能力和更高的萃取效率。一般情況下越高的萃取劑容量，就能夠達(dá)到更強(qiáng)的雜質(zhì)去除能力，也可以獲取更好的萃取效果，即目標(biāo)物分離越純。所以選擇萃取劑高容量至關(guān)重要，怎樣運(yùn)用萃取方法對生活中的廢水加以處理，以及處理后是否可以有效去除廢水內(nèi)的雜質(zhì)。由于萃取劑不同容量不同，所以最終在目標(biāo)物質(zhì)應(yīng)用中效果也各不相同。經(jīng)應(yīng)用試驗(yàn)證實(shí)，將萃取劑應(yīng)用于酸化廢水處理中，應(yīng)用環(huán)乙醇萃取劑可以達(dá)到60%應(yīng)用雜質(zhì)去除有效率，所以可以將這種萃取劑應(yīng)用于酸化廢水中。

3.2 萃取劑及料液互溶

盡可能采用能夠讓二者互溶性較低的萃取劑，能夠確保萃取劑和料液之間形成明顯密度差，在化工工藝流程中運(yùn)用料液代表水，對于稀釋液內(nèi)能夠達(dá)到較高溶解度。這種情況下采用萃取劑可以易與水分層，并且不會產(chǎn)生第三相且不會出現(xiàn)任何乳化問題。

3.3 萃取劑化學(xué)熱穩(wěn)定性

萃取劑在化學(xué)工藝流程中應(yīng)用，一般具備了較好的化學(xué)性及穩(wěn)定性，良好化學(xué)性及熱穩(wěn)定性，也作為萃取劑在應(yīng)用中優(yōu)先選擇的基礎(chǔ)條件，低熔點(diǎn)、沸點(diǎn)一般不高、較小的相對密度、低黏度和低腐蝕的萃取劑，一般可以達(dá)到較高的萃取效率。但是由于二乙丙基醚的乳化難度較大沸點(diǎn)較高，所以揮發(fā)難度較大，其他物質(zhì)不是容易乳化易揮發(fā)，就是在應(yīng)用中極易發(fā)生二次污染，所以對萃取劑進(jìn)行綜合考慮，最終選擇二乙丙基醚該萃取劑應(yīng)用于煤化工酚水處理中。

3.4 盡量不采用傷害人體的萃取物質(zhì)

在選擇萃取劑時(shí)也需要注意萃取劑對人體造成的毒性問題，通常對人體在長期使用中造成危害，因此對化工工藝流程中選擇萃取劑，需要盡可能地避開應(yīng)用危險(xiǎn)萃取物質(zhì)。汽油、二氯乙烷、異丙苯等萃取物質(zhì)，均會很大程度危害人體神經(jīng)系統(tǒng)，甲苯、氯化苯又都會對人體造血系統(tǒng)形成一定程度的傷害作用，盡管可以用于化工工藝流程萃取劑選擇中，但在具體的安全用量上一定要高度重視。

4 結(jié)語

總而言之，化工工藝流程的萃取劑選擇應(yīng)用作為至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，對于萃取劑選擇也有諸多潛在性要求，所以需綜合考慮多方要求，保持科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度確保人體安全前提下，選擇可以達(dá)到較快萃取速度，優(yōu)秀萃取效果的萃取劑，保證萃取工藝質(zhì)量和整體效率，綜合提升化工萃取工藝的經(jīng)濟(jì)合理性。