王悅，李超

（天津市化工設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(wèn)題并提出了解決問(wèn)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(yīng)用到工業(yè)上，需要將合成產(chǎn)物進(jìn)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(lái)后，再檢測(cè)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(dāng)溶劑中溶解度的差異而實(shí)現(xiàn)分離的單元操作。液液萃取至少涉及三個(gè)組分，即原料液中兩個(gè)組分和溶劑。選用的溶劑應(yīng)對(duì)原料液中一個(gè)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(duì)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(guò)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(guò)相界面由原料液向萃取劑中擴(kuò)散，所以萃取操作也屬于質(zhì)量傳遞過(guò)程。萃取操作完成后使兩液相進(jìn)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(guò)程可連續(xù)操作，也可分批進(jìn)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(duì)這兩相分別進(jìn)行分離。通常采用蒸餾方法進(jìn)行分離。當(dāng)溶質(zhì)A為不揮發(fā)或揮發(fā)度很低的組分時(shí)，則可采用蒸發(fā)方法分離，有時(shí)也可采用結(jié)晶或其他化學(xué)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(jì)性的關(guān)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(jì)性、萃取劑的其他物性來(lái)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(duì)原料液中兩個(gè)組分溶解能力的差異。若S對(duì)溶質(zhì)A的溶解能力比對(duì)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(guān)。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(jì)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(duì)溶質(zhì)的溶解能力大，對(duì)于一定的分離任務(wù)，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(jì)性

萃取后的E相和R相，通常以蒸餾方法進(jìn)行分離。萃取劑回收的難易直接影響萃取操作的費(fèi)用，在很大程度上決定萃取過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。因此，要求溶劑S與原料液中組分的相對(duì)揮發(fā)度要大，不應(yīng)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(shí)，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(fèi)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(fèi)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(duì)沒有外加能量的萃取設(shè)備，較大的密度差可加速分層，以提高設(shè)備的生產(chǎn)能力。

此外，選擇萃取劑還應(yīng)考慮其他一些因素，諸如：萃取劑應(yīng)具有比較低的黏度，具有化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，對(duì)設(shè)備腐蝕性要小，來(lái)源充分，價(jià)格較低廉等。

一般說(shuō)來(lái)，很難找到滿足上述所有要求的萃取劑。在選用萃取劑時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況加以權(quán)衡以保證滿足主要要求。通過(guò)比較，本實(shí)驗(yàn)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(shí)正丁醇對(duì)等體積間苯二酚和間苯二胺混合液的萃取率。試驗(yàn)分四個(gè)點(diǎn)，分別取四種不同濃度的待萃取溶液，且四個(gè)濃度成倍數(shù)關(guān)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(cè)每個(gè)點(diǎn)的醇相和水相中兩種物質(zhì)的含量，并計(jì)算出兩相下的萃取率，于是間苯二酚和間苯二胺在每個(gè)溫度下都會(huì)得到各自的八個(gè)對(duì)應(yīng)的萃取數(shù)據(jù)，然后由這八個(gè)數(shù)據(jù)算出該溫度下正丁醇對(duì)該物質(zhì)的萃取系數(shù)。

試驗(yàn)中的四個(gè)點(diǎn)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(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度并搖勻。

用移液管準(zhǔn)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(zhǔn)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(shí)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(cè)液，用液相色譜檢測(cè)待測(cè)液中間苯二酚和間苯二胺的濃度。同樣處理其他三個(gè)點(diǎn)的溶液。具體配制方法見表2。

表2　萃取后待測(cè)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(zhǔn)確量取50℃的正丁醇放入錐形瓶在水中劇烈晃動(dòng)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(cè)液，用液相色譜檢測(cè)待測(cè)液中間苯二酚和間苯二胺的濃度。同樣處理其他三個(gè)點(diǎn)的溶液。具體配制方法與表1相同。

2.4萃取結(jié)果分析與萃取系數(shù)計(jì)算

表3　20℃條件下萃取結(jié)果

表4　50℃條件下萃取結(jié)果

根據(jù)分別在20℃和50℃條件下對(duì)樣品進(jìn)行萃取操作的結(jié)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(lái)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(dá)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(dá)95%以上，這樣的萃取效果基本上達(dá)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(jì)算得出萃取系數(shù)，計(jì)算結(jié)果詳見表5和表6。通過(guò)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(gè)不同溫度的萃取數(shù)據(jù)來(lái)看，溫度的變化對(duì)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的萃取效果影響程度不大。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)說(shuō)明選擇正丁醇作為本試驗(yàn)的萃取劑是合理的。

表5　分配系數(shù)計(jì)算結(jié)果

表6　選擇行性系數(shù)計(jì)算結(jié)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(duì)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(yàn)器材的相關(guān)操作是否符合要求。

⑷定容時(shí)溶液的揮發(fā)和稱取固體時(shí)讀數(shù)和儀器造成的誤差。

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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