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淺談化學工業(yè)萃取劑的選擇與應用
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隨著科學技術的進步與發(fā)展,現(xiàn)代分離的手段不斷被推廣和運用,分離技術逐漸成為一門精細的學科。萃取作為一種經(jīng)典的分離方法,在現(xiàn)代化工技術中仍占有較重要的位置,萃取劑在其中扮演著重要角色。本文簡要敘述了在化學工業(yè)中萃取劑的選擇與應用。
化學工業(yè);萃取劑;選擇;應用
隨著經(jīng)濟與科技的不斷發(fā)展,科技將會不斷的造福人類,這體現(xiàn)了科技的強大力量?;瘜W工業(yè)是我國工業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)之一,而萃取在化學工業(yè)中一直占有較重要的位置,其中萃取劑扮演著十分重要的角色。當萃取劑沒有選擇好,那么就相當于在建設大廈初期沒有做好基礎的地基工作。由于萃取劑的重要性,因此,需要秉承著嚴謹?shù)膽B(tài)度對待化工工藝設計中萃取劑的選擇。
簡單的說,萃取(Extraction)指利用溶質在兩種互不相溶的溶劑中溶解度的不同,使溶質從一種溶劑內(nèi)轉移到另外一種溶劑中,將絕大部分的溶質提取出來的方法。萃取又稱溶劑萃取或液液萃取(以區(qū)別于固液萃取,即浸取),亦稱抽提(通用于石油煉制工業(yè)),是一種用液態(tài)的萃取劑處理與之不互溶的雙組分或多組分溶液,實現(xiàn)組分分離的傳質分離過程,是化學工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用的單元操作。萃取劑就是用于萃取的溶劑,常見的萃取劑有:苯、四氯化碳、酒精、煤油、直餾汽油、乙烷、環(huán)乙烷、水……,水是最廉價、最易得、最安全的萃取劑。以上的萃取劑主要為物理萃取劑,主要使用在化工生產(chǎn)中??扇芪镔|在不同的溶劑中有著不同的溶解度,也就是分配系數(shù)不同,即在一定溫度下,可溶物與兩種溶劑不發(fā)生化學作用時,其在兩種溶劑中溶解度之比是一個定值。不論所加可溶物的量是多少,都是如此,屬于物理變化。分配定律是萃取方法理論的主要依據(jù),用公式表示為CA/CB=K。CA、CB分別表示一種物質在兩種互不相溶或微溶的溶劑中的濃度,K是一個常數(shù),即分配系數(shù)。
萃取劑有多種,各種萃取劑對不同的溶質相差甚遠,其選擇得是否適當,直接關系到生產(chǎn)效率的高低,甚至是能決定生產(chǎn)能否正常進行。通常,化學工業(yè)選用萃取劑的原則是:
(1)和原溶液中的溶劑互不相溶或微溶
若萃取劑在原溶劑中有較大的溶解度,原溶劑在萃取后是保留組分時,則會造成對原溶劑的污染;原溶劑是廢棄組分時,會產(chǎn)生萃取劑的過多損耗,引起生產(chǎn)成本升高。
(2)對溶質的溶解度要遠大于原溶劑,即具有較高萃取容量的萃取劑
若萃取劑對溶質的溶解度不夠大,要達到一定的分離目標,一則萃取劑的用量要足夠多,生產(chǎn)設備投資將直線上升。二則可能要進行更多次的萃取,無疑也會增加設備投資,增加操作工作量、成本。有機化合物在有機溶劑中一般比在水中溶解度大,在萃取時,若在水溶液中加入一定量的電解質如食鹽,利用“鹽析效應”以降低有機物和萃取溶劑在水溶液中的溶解度,常常改善萃取效果。
(3)不易于揮發(fā)、沒有毒性或低毒性
大多數(shù)萃取劑為有機溶劑,易揮發(fā)的話,VOC的釋放產(chǎn)生大氣污染。若萃取劑有毒性,操作人員接觸后傷害操作人員身體健康,后果將更加嚴重。例如四氯化碳和三氯乙烯容易導致人類肝臟功能的損傷,四氯化碳和苯是對人體腎臟功能最大的隱形殺手,甲苯和氯化苯使身體無法正常造血等。化工生產(chǎn)的前提之一是要保證從業(yè)人員的身心健康安全,所以應盡量避開對人體有傷害的萃取劑。
(4)萃取劑不能與原溶液的溶劑反應
(5)廉價、易得到
(6)萃取劑與被萃取溶液之間密度差盡量大
萃取與其他分離溶液組分的方法相比,優(yōu)點在于大多數(shù)為常溫操作,節(jié)省能源,不涉及固體、氣體,操作方便。萃取在化工生產(chǎn)中,如下情況下應用,通常是有利的:
(1)料液各組分的沸點相近,甚至形成共沸物,為精餾所不易奏效的場合,如石油餾分中烷烴與芳烴的分離,煤焦油的脫酚。
(2)低濃度高沸組分的分離,用精餾能耗很大,如稀醋酸的脫水。
(3)不穩(wěn)定物質,如熱敏性物質的分離。
萃取最基本的操作是單級萃取。它是使料液與萃取劑在混合過程中密切接觸,讓被萃組分通過相際界面進入萃取劑中,直到組分在兩相間的分配基本達到平衡。然后靜置分層,分離成為兩層液體,即由萃取劑轉變成的萃取液和由料液轉變成的萃余液,把所需要或要去除的物質從溶液中萃取出來。通常萃取一次是不夠的,必須重復萃取數(shù)次,為了提高萃取率,可以采用多種方法:化工工業(yè)常見的一是多級錯流萃取,料液和各級萃余液都與新鮮的萃取劑接觸,可達較高萃取率,但萃取劑用量大,萃取液平均濃度低。二是多級逆流萃取,料液與萃取劑分別從級聯(lián)(或板式塔)的兩端加入,在級間作逆向流動,最后成為萃余液和萃取液,各自從另一端離去。三是連續(xù)逆流萃取,在微分接觸式萃取塔中,料液與萃取劑在連續(xù)逆向流動的過程中進行接觸傳質。料液和萃取劑經(jīng)過多次或連續(xù)萃取,因而萃取率較高,萃取液中被萃組分的濃度也較高,因而應用占多數(shù)。
綜上所述,正確選擇萃取劑,設計合適的萃取工藝,對于化工行業(yè)具有十分重要的意義。萃取技術,目前仍在發(fā)展中。許多物質,都可用萃取法提取和分離。萃取劑的選擇和研制,工藝和操作條件的優(yōu)化,萃取流程和設備的設計開發(fā),都是讓萃取更好服務于化工工業(yè)的努力方向。
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