间苯二酚合成路线中的萃取操作

王悦，李超

（天津市化工设计院，天津300193）

间苯二酚合成路线中的萃取操作

王悦，李超

（天津市化工设计院，天津300193）

本文主要研究间苯二酚的萃取分离，讨论了间苯二酚的萃取和分离等出现的具体问题并提出了解决问题的方法。阐述了间苯二酚在不同温度下的萃取效果。

间苯二酚；间苯二胺；萃取；分离；正丁醇

本文研究的主要目的是，水解法合成间苯二酚应用到工业上，需要将合成产物进行萃取，萃取后的醇相中除了含有间苯二酚外，还含有少量间苯二胺，以及氯化铵（以盐酸为催化剂）或硫酸铵（以硫酸为催化剂），将醇相间苯二酚和间苯二胺分离开来后，再检测其中间苯二酚的含量。

液液萃取又称溶剂萃取，是利用原料液中组分在适当溶剂中溶解度的差异而实现分离的单元操作。液液萃取至少涉及三个组分，即原料液中两个组分和溶剂。选用的溶剂应对原料液中一个组分有较大的溶解力，该易溶组分称为溶质，以A表示，本课题中组分A为间苯二酚；对另一组分完全不溶解或部分溶解，该难溶组分称为稀释剂（或称原溶剂），以B表示，本课题中组分B为间苯二胺。选用的溶剂又称萃取剂，以S表示。

萃取操作的基本过程是将一定的溶剂加到被分离的混合物中，采取措施使原料液和萃取剂充分混合，溶质通过相界面由原料液向萃取剂中扩散，所以萃取操作也属于质量传递过程。萃取操作完成后使两液相进行沉降分离，其中含萃取剂S多的一相称为萃取相，以E表示，本课题中萃取相E为醇相；含稀释剂B多的一相称为萃余相，以R表示，本课题中萃余相R为水相。萃取过程可连续操作，也可分批进行。

萃取相E和萃余相R都是均相混合物，为了得到产品A并回收溶剂S，还需对这两相分别进行分离。通常采用蒸馏方法进行分离。当溶质A为不挥发或挥发度很低的组分时，则可采用蒸发方法分离，有时也可采用结晶或其他化学方法。萃取相和萃余相脱除溶剂后分别得萃取液和萃余液。

1　萃取剂的选择

萃取剂的选择是萃取操作分离效果和经济性的关键。萃取剂的性能主要由萃取剂的选择性、萃取剂回收的难易与经济性、萃取剂的其他物性来衡量。

1.1萃取剂的选择性和选择性系数

选择性是指萃取剂S对原料液中两个组分溶解能力的差异。若S对溶质A的溶解能力比对稀释剂B的溶解能力大得多，即组分A在萃取相E中的质量分率比B大的多，组分B在萃余相R中的质量分率比A大得多，那么这种萃取剂的选择性就好。萃取剂的选择性可用选择性系数表示。选择性系数值直接与分配系数有关。分配系数是指在一定温度下，溶质在E相和R相中的组成之比。其计算公式如下：

本课题中：

萃取相E为醇相；萃余相R为水相；组分A为间苯二酚；组分B为间苯二胺。

其中分配系数越大，萃取分离的效果越好。在同一物系中，分配系数的值随温度而变。选择性系数越大，也越有利于组分的分离。萃取剂的选择性高，对溶质的溶解能力大，对于一定的分离任务，可减少萃取剂用量，降低回收溶剂操作的能量消耗，并且可获得高纯度的产品A间苯二酚。

1.2萃取剂回收的难易与经济性

萃取后的E相和R相，通常以蒸馏方法进行分离。萃取剂回收的难易直接影响萃取操作的费用，在很大程度上决定萃取过程的经济性。因此，要求溶剂S与原料液中组分的相对挥发度要大，不应形成恒沸物，并且最好是组成低的组分为易挥发组分。若被萃取的溶质不挥发或挥发度很低，而S为易挥发组分时，则S的汽化热要小，以节省能耗。

溶剂的萃取能力大，可减少溶剂的循环量，降低E相溶剂回收费用；溶剂在被分离混合物中的溶解度小，也可减少R相中溶剂回收的费用。

1.3萃取剂的其他物性

为使E相和R相能较快地分层以从速分离，要求萃取剂与被分离混合物有较大的密度差，特别是对没有外加能量的萃取设备，较大的密度差可加速分层，以提高设备的生产能力。

此外，选择萃取剂还应考虑其他一些因素，诸如：萃取剂应具有比较低的黏度，具有化学稳定性和热稳定性，对设备腐蚀性要小，来源充分，价格较低廉等。

一般说来，很难找到满足上述所有要求的萃取剂。在选用萃取剂时要根据实际情况加以权衡以保证满足主要要求。通过比较，本实验采用正丁醇作萃取溶剂。

并附正丁醇物理性质如下表1。

表1　正丁醇物理性质

2　萃取方案

分别考察常温下（20℃）和50℃时正丁醇对等体积间苯二酚和间苯二胺混合液的萃取率。试验分四个点，分别取四种不同浓度的待萃取溶液，且四个浓度成倍数关系，每种待萃取溶液中间苯二酚和间苯二胺的浓度都相同。萃取后用液相色谱分别检测每个点的醇相和水相中两种物质的含量，并计算出两相下的萃取率，于是间苯二酚和间苯二胺在每个温度下都会得到各自的八个对应的萃取数据，然后由这八个数据算出该温度下正丁醇对该物质的萃取系数。

试验中的四个点分别为：原溶液、1/2倍浓度溶液、1/4倍浓度溶液、1/16倍浓度溶液。原溶液中间苯二酚和间苯二胺的浓度都为60mg/mL。其他的依次按倍数减小。

2.1待萃取溶液的配制

配制间苯二酚和间苯二胺的浓度都相同的待萃取溶液，称取6g间苯二酚和6g间苯二胺，用少量蒸馏水溶解，转移至100mL容量瓶中，用水稀释至刻度并摇匀。

用移液管准确量取上述溶液25mL，于干燥的带塞锥形瓶中作为原溶液。其中间苯二酚和间苯二胺其的浓度均为60mg/mL。

同样配制1/2倍浓度溶液、1/4倍浓度溶液、1/16倍浓度溶液各25mL。

2.220℃条件下萃取

准确量取原溶液10mL，于25mL的干燥分液漏斗中，再加入等体积的正丁醇，充分振摇、静置分离，然后醇相用正丁醇稀释至25mL，水相用水稀释至25mL。稀释时使用滴定管往容量瓶中滴加液体，直至刻度，并记录所耗液体的体积。算出萃取前后各相体积的变化。

再取一定量的稀释液配制成待测液，用液相色谱检测待测液中间苯二酚和间苯二胺的浓度。同样处理其他三个点的溶液。具体配制方法见表2。

表2　萃取后待测液的配制

2.350℃条件下萃取

置入水浴箱之中几分钟后用另一10mL移液管准确量取50℃的正丁醇放入锥形瓶在水中剧烈晃动5min后倒入干燥的分液漏斗中（注：尽量把瓶中液体控干净）静置几分钟，后面的方法同上。

萃取前先打开恒温水浴箱并升温至50℃，将正丁醇试剂瓶放入其中水浴约10min待用。取原溶液10mL于25mL分液漏斗中，加入等体积的上述正丁醇，充分振摇、静置分离，然后将醇相和水相都稀释至25mL，方法跟常温萃取一样。

再取一定量的稀释液配制成代测液，用液相色谱检测待测液中间苯二酚和间苯二胺的浓度。同样处理其他三个点的溶液。具体配制方法与表1相同。

2.4萃取结果分析与萃取系数计算

表3　20℃条件下萃取结果

表4　50℃条件下萃取结果

根据分别在20℃和50℃条件下对样品进行萃取操作的结果（表3、表4），具体分析如下：

从两种物质的萃取效果横向比较来看，间苯二胺的平均萃取率在约60%左右，而作为产品的间苯二酚平均萃取率达到85%以上，这还只是萃取一次，如果连续萃取3次，相信萃取率可达95%以上，这样的萃取效果基本上达到令人满意的程度。

将表3和表4中的数据代入公式1、公式2，计算得出萃取系数，计算结果详见表5和表6。通过比较，间苯二酚的分配系数更大，萃取分离的效果更好。从两个不同温度的萃取数据来看，温度的变化对于这个实验的萃取效果影响程度不大。

实验结果及数据说明选择正丁醇作为本试验的萃取剂是合理的。

表5　分配系数计算结果

表6　选择行性系数计算结果

3　萃取操作误差分析

本萃取操作产生误差原因主要为以下几方面：

⑴原料产品和萃取剂是否充分混合。

⑵对萃取相和萃余相的分液操作是否符合要求（包括分液漏斗是否洁净；分液前是否充分分层等）。

⑶移液管、容量瓶、漏斗等试验器材的相关操作是否符合要求。

⑷定容时溶液的挥发和称取固体时读数和仪器造成的误差。

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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