关于桉叶油素的提取工艺流程设计模板

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1、关于桉叶油素的提取工艺流程设计模板64资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。nn目录1.总论 -1.1概述 -1.2设计的目的和意义 -1.3设计依据 -1.4设计的指导思想 -1.5设计的范围, 装置组成及建设规模-1.6原料桉叶的规格及预处理- 1.7桉叶油气相色谱图及其质量分数-2.工艺论证-2.1 桉叶油提取工艺路线的选择-2.2桉叶油分离提纯工艺方案的选择-2.3桉油精馏工艺的选择- 2.4精馏塔的选择-3.工艺计算- 3.1物料衡算-3.2挥发度计算-3.3精馏塔工艺计算及选型-4.厂房的整体布置设计-5非工艺专业要求- 5.1公用工程-5.2安全卫生-6三

2、废处理-6.1桉叶油素生产对环境的污染-6.2处理方法-7技术经济分析-7.1投资估算-7.2劳动定员-8参考文献-致谢-附工程图纸1、 桉叶油素提取工艺流程图2、 填料塔设计条件图1 总论1.1概述11.1.1桉油来源桉树为桃金娘科乔木, 原产于澳大利亚, 中国引种桉树已有一百多年的历史, 至今已有20个省、 市种植了桉树人工林, 面积达160万公顷, 年产桉树约 多万立方米, 桉叶油4000吨。桉叶油是桉树(Eucalyptus)叶油腺细胞分泌出来的芳香精油, 是世界上十大精油品种之一。1.1.2桉叶油素性质1, 8一按叶油素或按树脑, 分子式C10H18O, 分子量154.24,属单菇类

3、化合物。它为无色液体, 味辛冷, 有与樟脑相似的气味, 熔点1.5, 沸点176178, 密度(25 )0.921 0.930g/cm3, 折射率nD20 1.4541.461, 与乙醇、 氟仿、 乙醚及油可混溶, 几乎不溶于水。1.1.3桉叶油的利用情况 桉叶油在商业贸易中根据其成分河主要的最后用途可分为3种:医药用油、 香料用油和工业用油, 其中最重要的是医药按油。( 1)医药按油医药桉油是主要的按油治疗剂, 主要成分是1, 8按叶油素或按树脑, 分子式C10H18O, 分子量154.24,属单菇类化合物。它为无色液体, 味辛冷, 有与樟脑相似的气味, 熔点1.50C, 沸点176-178

4、 0C, 密度(25 )0.9210.930g/cm3, 折射率nD20 1.4541.461, 与乙醇、 氟仿、 乙醚及油可混溶, 几乎不溶于水。英国药典规定药用油的按叶油素不应低于70%。根据按叶油中按叶油素的含量不同将按油分为不同等级(例70-75%, 80-85%及纯按油)。医药用型精油又称按树脑型, 是当前国内生产数量最大和应用最普遍的一种油型。可用于芳草型香精, 以及配制精油及牙膏、 牙粉、 口腔清洁剂、 药皂等香精, 具有解热、 消炎、 抗菌、 防腐、 平喘及镇痛作用。其树种以窿缘桉和蓝桉为主, 年产量在 吨以上, 占按油精的70%以上。中国科学院广州化学研究所与广州香料厂利用柠

5、檬按叶油为原料合成薄荷脑取得成功并投入生产, 为医药下业、 食品下业和日化工业提供了重要产品。以后又合成了康香草酚, 该产品在医药上用做防腐、 杀菌、 消炎和镇痛等药物的主成分。蓝按油能抗结核杆菌, 可作为吸入剂用于呼吸系统疾病, 慢性气管炎患者内服有祛痰作用, 哮喘时既可内服又可注入;可治疗某些皮肤病, 并作为创面溃疡和屡管的冲洗剂;也可作为除臭剂和神经痛患者的镇痛药。日前国内建成多家按油提纯加工与制药的联合生产厂, 分别生产出风油精、 清凉油、 白花油、 十滴水、 驱蚊油、 止咳糖如桉叶糖和四季润喉片等居家旅行及家庭常见药品, 亦有部分提纯产品供外贸出口。( 2)香料按油香料用型按树精油的

6、卞要成分是香茅醛, 其次是牛垅儿醇, 大量用于生产各种香料、 香精、 肥皂、 化妆品及食品等。这种精油主要是从柠檬按中蒸制, 柠檬按精油中含有令人愉快的香味。( 3)工业按油工业用型桉树精油卞要成分是胡椒酮和a_水芹烯。在工业上常见作溶剂、 杀菌剂、 矿物浮选剂和部分化学原料。窿缘桉叶油因其含有的按叶油素较低, 常作为原料, 经过减压分馏, 提纯到桉叶油素含量达到70%以上再利用.桉叶油是一种天然洗涤剂, 一般衣服地毯之类织物如粘有口香糖、 墨水、 油污等很难清洗, 但用桉叶油洗涤非常容易洗净污迹。桉叶油具有很好的表面活性和杀菌能力, 是一种理想的乳化剂和杀菌剂.湖南省林科所在开发天然植物提取

7、物作为特异性杀虫剂的研究中发现, 柠檬桉叶油对马尾松害虫有较高的活性, 幼虫期施用导致畸形变态, 幼虫死亡率较高, 成虫羽化率较低, 部分不孵化;成虫期施用有不育效应;孵化期施用有抑孵作用.据此初步认为柠檬桉叶油是一种无毒、 安全的新型杀虫剂。1.1.4桉叶油素提取方法桉叶油素是以桉叶为原料, 经粉碎、 净化, 水蒸气蒸馏, 萃取, 精馏, 根据沸点不同将其它杂质组分分离出去而获得。1.1.5 世界按叶油素和蓝按油市场及中国按油市场发展现状 在19 之前桉叶油素的商品化来源是来自欧洲和北美的苦艾油和来自南亚和印度的白千层油。到了19 , 澳大利亚生产蓝桉油和按叶油素并进入世界市场。由于这一原囚

8、, 白千层油于是慢慢减少, 并到了30年代在美国市场上消失。这些新的精油中的桉叶油素含量是造成白千层油减少的因素。直到一次世界大战之后, 澳大利亚是商品化生产桉叶油的主要国家。自那以后, 巴西、 哥伦比亚、 西班牙、 南非、 巴拉圭、 葡萄牙、 中国和印度进入了这一市场, 澳大利亚的产量已大大减少。中国还开始用樟树根来生产一种桉叶油。到了1980年, 中国已成为桉叶油的主要供应国。随着中国人民生活水平的提高, 供应链将会又一次变化。这些产品的下一个产品化来源是印度和越南。 中国引种桉树已有1 的历史, 而按叶油下业体系的建立是近30多年的事。由于生产快, 栽种后短期内即可生产桉叶油, 取得了良

9、好的经济效益。在桉树林区, 桉叶油作为一种副产品, 其经济收入约占总收入的20, 中国南方各省的桉树林区, 桉叶油产量急剧增加, 很快便成为世界桉叶油贸易中的主要出口国。大约300多种桉树含有精油, 但具有商业开发价值的桉树不到20种, 当前中国用作精油的只有儿个树种, 包括柠檬按、 窿缘桉、 直杆桉和蓝桉等。中国是最大的桉叶醇型精油生产地仁占世界贸易的70%, 中国桉油产量每年超过3000吨。中国桉叶油的生产始于1958年, 经过六十年代大力发展, 至七十年代中国每年桉叶油生产达3000多吨。中国的桉叶油资源十分丰富。广东和广西是柠檬桉的主产区。广东湛江地区柠檬桉叶油产量为1000吨, 柠檬

10、桉叶和小枝含油率为1.17%,桉油含量为77.6%。广西从柳州到钦州、 南宁、 合浦一线也有大量种植。广州市1950年开始规划营造桉叶油用林及柠檬桉( E.citriodora) 油蒸馏厂, 现在广州市百花香料厂也有柠檬桉油分馏车间, 加工柠檬桉油各馏分用于调香工业。湛江市药用油厂年出口桉油近200多吨, 当前正在技术改造, 设计一了新型蒸馏塔, 提高桉油产量和质量。最近10多年来石南各地大力发展直干桉、 蓝桉, 年产量为1500多吨。弥勒、 沪西、 建水、 个旧等地区分布直杆桉最多, 年产500吨以上。直干桉的出油率达1.5-2.3%, 其油含桉油素65-73%。直杆按所生产的桉叶油收入约占

11、总收入的23%。云南弥勒县东风林场年生产桉叶油100吨, 云南大部分地区的气候土壤等自然条件, 极适合蓝桉生长, 蓝桉叶的出油率为1.3 - 1.7%。 福建省桉树在沿海各市县均有很大发展, 在桉树林区土法蒸馏随处可见。香料厂可直接购买乡镇企业生产的粗油, 直接分馏提纯香茅醛、 香茅醇和攻瑰醇.用于专门的香料配方中。同时, 福建香料厂也开展桉叶油的加工。1.1.6桉叶油生产中存在的问题及解决方法桉树叶油是当前世界上从树叶类提取的各类天然油中, 数量最多的一种, 近年产量约1万吨。中国现己成为桉叶油生产和贸易大国之一, 桉叶油产区主要在华南诸省。桉叶油工业方兴未艾, 可是生产上也存在着一些问题。

12、( 1) 桉叶油生产不时受到外贸困扰。在近几年几次受到外贸冲击, 国内桉叶油市场尚未开拓, 造成周期性的积压, 有关部门应该作好市场预测, 统筹安排, 以确保桉叶油的正常生产。( 2)下艺落后, 质量不高。日前国内的桉叶油生产还是沿用传统的生产下艺设备, 几乎全为人工操作、 间歇生产, 生产工艺、 技术设备和生产方式等都十分落后。国内经营桉树的林业部门和单位, 几乎全是用生产的初级精油粗油仁( 含按叶油素30%)供应市场, 而没有建立自身的提纯加工工厂。根据这些问题, 从技术观点出发, 要解决问题必须做: ( 1)抓好桉叶油生产质量控制。首先应会同主管部门、 科研和主管单位及早建立按树叶原料标

13、准和桉叶油产品质量标准。桉叶油的质量涉及到按油的品质、 成分乃至理化特性, 是桉油质量的前提。而长久以来中国一直沿用国外的桉叶质量标准, 至今尚无自己的标准。( 2)加强科研工作, 提高产油率。中国林业工作者在长期的生产中, 曾对影响桉油产量及质量的多种因素进行了详细测定, 筛选了较为合理的原料生产( 树种、 树龄、 部位、 采集季节和原料堆放)和蒸馏工艺。但与先进国家相比, 中国的桉油生产有很大差距。国外桉油高含量树种丰桉( E. dives)产油率为3.04.5%, 辐射桉( E.radiata) 为3.05.0%。中国产油率最高的直杆桉含油率也仅为1.5 2.3%( 以上产油率均为水蒸气

14、蒸馏法得出)。因此建议引进或采用基因工程选育富含桉叶油的生理化学类型品系桉树是值得研究的课题。( 3)视桉叶油的开发利用。 中国是桉叶油输出大国, 长期以来, 把眼光放在外销上使得桉叶油的生产受外贸影响严重。一旦在国际贸易巾失去优势, 桉叶油将大量滞销, 使刚兴起来的桉油工业疲软。因此, 从现在开始, 必须大力开展桉叶油的利用工作, 尽快开拓国内市场, 研究桉叶油深加工技术。1.2设计的目的和意义2经过设计能够培养综合运用所学基础课、 技术基础和专业课的知识, 分析和解决工程技术问题的工作能力; 巩固、 深化和扩大所学基本理论、 基本知识和基本技能; 培养调查研究、 查阅文献和收集资料的能力,

15、 理论分析的能力, 制定设计或试验方案的能力, 设计、 计算和绘图的能力, 技术经济分析和组织工作能力; 使撰写论文和设计说明书的能力受到综合训练; 还能够培养创新能力和团队精神, 树立良好的学术思想和工作作风。经过完成设计, 能够知道桉叶油素的用途; 基本掌握桉叶油素提取提纯的生产工艺; 了解国内外桉油生产的发展现状; 以及其发展的趋势。1.3 设计的依据1.3.1海南大学材料与化工学院毕业设计选题:海南大学设计任务书: 桉叶油素的提取工艺流程设计1.3.2 设计的基础资料1.3.2.1 工艺流程 水洗塔烘干机粉碎机水蒸气蒸馏釜锅炉蒸汽残渣冷凝器油水分层器乙醚萃取器废水固定床吸附干燥器乙醚回

16、收塔减压精馏塔1, 8桉叶油素杂质油桉树叶 1.3.2.2 精馏工段的工艺参数 根据实验获得的工艺参数资料。具体数据为操作压力绝压为5kPa, 操作温度120。1.4设计的指导思想以设计任务书为基础, 探索中国桉叶油素生产工业的发展。加强理论联系实际, 扩大知识面; 培养独立思考、 独立工作的能力。整个设计应贯彻节省基建投资, 充分重视技术进步, 降低工程造价, 节约能源和降低原料消耗等角度出发, 同时积极治理三废和综合利用副产物, 充分重视环保以利于生活, 生产和提高经济效益为原则进行设计, 尽量采用定型原料, 节约占地面积, 生产高质量桉叶油素产品。1.5设计的范围装置组成及建设规模1.5

17、.1设计的范围1、 年产1000吨桉叶油素生产工艺流程的设计2、 物料衡算3、 主要生产设备设计、 选型4、 设计绘图1) 、 从原料到成品生产工艺流程图( 简图) ; 2) 、 主要设备主体结构图; 3) 、 技术经济指标1.5.2生产和辅助车间设置( 1.) 设生产车间4个原料预处理车间: 包括原料桉叶的贮存、 干燥、 粉碎处理以及密封保存。桉叶油提取车间: 水蒸气蒸馏方法提取桉叶油。精馏车间: 减压精馏法分离提纯桉叶油。动力车间: 包括全厂供排水、 锅炉供热、 软水脱盐水、 供电。( 2.) 设辅助车间3个机修车间: 包括机修、 电仪修理。综合楼: 包括中心化验室、 质量检验、 安全环保

18、。综合仓库1.5.3 建设规模1.5.3.1生产能力年产1000吨桉叶油素, 年开工日为330天, 日产为3.03吨, 建设期2年。1.5.3.2 工作制度合成车间日工作小时为24小时, 每日3班轮流替换, 每班8小时连续生产, 共4个班。1.5.3.3厂址选择该厂建设在海南某桉树人工林附近, 计划占地约140亩, 地段属南北向; 厂房基建部分由某工程设计院设计。1.6 原料桉叶规格及预处理实验用的原料为海南产的大叶按, 树叶颜色为绿色, 有刺激性清凉药用气味。对原料进行预处理: 1.将从海南买来的桉树叶经水洗塔清洗后, 用烘干机烘干, 以尽量减少其中的水分含量, 便于粉碎; 2.将叶子置于机

19、械搅碎机中搅碎, 并用塑料袋密封保存, 以备用。 另外, 原料经粉碎后粒度变小, 表面能增加, 浸出速度加快, 但粉碎度过高, 在存放过程中有效成分易挥发损失, 一般而言, 粒度以2080目为宜。实验根据参考文献, 将桉叶粉碎的粒度定于20 100目之间。1.7 桉叶油气相色谱图及其质量分数 将水蒸气蒸馏法所制得的按叶油不经任何化学处理, 直接进行GC-MS分析。下图即为水蒸气蒸馏法所得按叶油的气相色谱图。经计算机谱库检索, 用面积归一法分别得到它们的质量分数。表7 粗桉油组成组分百分比出峰时间( min) 1,8-桉叶油素71.08% 6.08 -蒎烯3.13%25.104,7,7-三甲基二

20、环4.1.0庚-2-烯13.22%27.77 (S)-a,a-4-三甲基-3-环己烯-1-甲醇5.21%28.32 1R-(1a,2b,5a)-5-甲基-2-(1-甲基乙基)1.81%32.99 1-甲基环丙基-环己醇1.61%35.14 蓝桉醇3.93%37.882工艺论证首先将桉树叶经水洗烘干后; 将叶子置于机械搅碎机搅碎, 并用塑料袋密封保存作为满足条件的原料; 第二步就是桉叶油的提取, 将原料桉树叶粉末与蒸馏水混合, 采用水蒸气蒸馏法提取桉叶油, 将粗桉油经萃取后送入减压精馏塔精馏, 得到1, 8按叶油素。2.1桉叶油提取工艺路线的选择从按叶中提取按叶油的方法较多, 在众多的提取工艺中

21、, 就桉叶油的物理化学性质, 主要有水蒸气蒸馏法和超临界CO2萃取法。2.1.1水蒸气蒸馏法 能随水蒸气蒸馏四而不被破坏的植物成分, 可用水蒸气蒸馏法进行提取。水蒸气蒸馏是将水蒸气通入不溶或难溶于水但有一定挥发性的有机物中, 使该有机物质在低于100的温度下, 随着水蒸气一起蒸馏出来。当两种互不相溶的物质A和B混合加热时, 该物质的蒸气压是各组分蒸气压之和, 即P=PA+PB( P为混合物的蒸气压, PA、 PB为组分A和B各自的蒸气压)。 若PA为水的蒸气压, PB为与水不相溶的高沸点有机物的蒸气压, 则P等于101.325KP。时的温度, 就是水与该有机物所组成的混合物的沸点, 而该沸点必

22、定低于水和该有机物各自的沸点, 因此水蒸气蒸馏就能够在常压、 低于100的条件下, 把高沸点的组分与水一起蒸出来, 除去水份即可得到高沸点的有机物。 能用水蒸气蒸馏的物质必须是与水互不相溶、 不反应、 在100左右时有一定蒸气压的挥发性物质。水蒸气蒸馏适用于分离纯化一些沸点较高、 又易分解破坏的物质, 常见此法来分离及提纯与水互不相溶的挥发性液态或固态有机化合物。水蒸气蒸馏法特别适用于中草药的挥发油提取, 同时, 它也是工业生产植物油粗油最普遍的方法之一。2.1.2超临界CO2萃取按叶油 超临界CO2( SC-CO2) 萃取技术用于药物、 食品等的提取和纯化等方面具有-以下优点: 1.适于分离

23、热敏性物质。由于CO2的临界温度(Tc=31.060C)易于达到, 故可在室温下对天然植物的有效成分进行提取, 从而防止了热敏性物质的氧化, 而且能使高沸点、 低挥发度、 易热解的物质远在其沸点之下萃取出来; 2.超临界CO2萃取为绿色化学工艺。CO2具有无毒、 无味、 不燃烧、 不腐蚀、 价格便宜、 易于精制、 易于回收等优点, 与传统溶剂萃取法相比, 无溶剂残留; 同时不但避免了大量有机溶剂的使用, 也防咔了提取过程对人体健康的危害和对环境的污染; 3.萃取速度快、 效率高、 能耗少。由于超临界CO2萃取迅速分为两相( 气、 液), 达到迅速的、 选择性地提取的目的。不但萃取效率高、 能耗

24、低, 而且杂质少, 有效成分高度富集; 4.超临界CO2:还具有抗氧化灭菌作用, 有利于保证和提高天然物产品的质量; 5.超临界CO2:萃取比溶剂萃取的步骤少, 流程短, 操作参数也易于控制, 产品质量稳定, 无有机溶剂的残留。上述的这些优势无疑为人们提供了一种提取、 分离、 制备及浓缩的全新方法。 然而, 超临界CO2萃取技术也有其局限性: 1.高压下操作必然会对设各提出更高要求; 2.设备一次性投资费用较高, 投资风险大; 3.对工艺操作人员及技术要求较高等; 4.用简单的超临界萃取方法无法生产高纯度的产品, 这就需要与其它分离技术相结合; 5.超临界CO:萃取性能的普适性不高, 主要适用

25、于非极性或弱极性的化合物的提取, 如油脂、 挥发油的提取; 6.就中草药的有效成分提取而言, 超临界CO2萃取仅对中药中的某些非极性或弱极性的有效成分的提取具有优越性。由于中草药成分复杂, 近似化合物很多, 起疗效的化合物质为!义的化学成分, 不但包括挥发油, 生物碱、 黄酮类、 皂类小分子化合物, 也包括多糖、 蛋白、 肤等生物大分子等, 因而, 在中药有效成分提取工艺过程中, 还应考虑与其它分离、 纯化技术相结合。 桉叶油作为药用原料, 其中的有效成分主要是1, 8按叶油素, 它是单萜类化合物, 本设计查阅相关实验文献, 以确定最有利于工业生产桉叶油素的方法。文献表明, 水蒸气蒸馏法从按叶

26、中提取的挥发油中含有31种不同组分, 其中含有1, 8-cineole54.73%, 出油率为1.2%左右。相比水蒸气蒸馏, 超临界CO2对桉树叶中挥发油的萃取具有良好的选择性。在足够的CO2的萃取下, 桉叶中油的萃取率均在5%以上, 萃取出的物质相对较少, 这是由于系统在室温下操作, 可保护挥发油中的热敏性物质没有因受热而分解产生原本挥发油组分中不存在的物质。可是萃取出的挥发油中1, 8-cineole的含量却很低, 最高的只能达到14. 46%。比较两种提取方法哪种较为可行, 主要从三个方面考量: ( 1) 实验的出油率; ( 2) 所提取的粗油中含有所需成分的含量; ( 3) 从经济因素

27、方面考量。 虽然超临界CO2萃取法的提取率高达5%以上, 远远超过了水蒸气蒸馏法1.2%的提取率, 可是由于其中1, 8-cineole的含量过低, 而且由于超临界CO2萃取实验设备昂贵、 对实验操作人员的要求均很高, 因此我们选用水蒸气蒸馏法为下一步分离提纯按叶油提供按叶粗油。2.2 桉叶油分离提纯工艺方案的选择 采用连续减压精馏法进行分离提纯。2.2.1 减压精馏法简介 精馏的实质就是利用物质挥发度不同, 将混合物进行分馏。多用于挥发性成分和小分子物质的初步分离。由于芳香油组分多对热及空气中的氧较敏感, 因此分馏时宜在减压下进行, 即采用减压精馏。 精馏是实际工业生产中最常见的分离方法,

28、它是以能量为分离介质的, 故从能量消耗来说, 比较有利;精馏不处理固相物质, 比结晶法来得好;也不需要加入可能会使物料污染的分离介质;又易于在一个容器内实现多级过程。按过程类别加以考虑后, 能够认为对于按叶油的分离提纯, 精馏是一种较好的分离方法。不用精馏的原因常不外是:( 1) 产品会因受热而损坏; ( 2) 分离因子十分接近于1; ( 3) 精馏时要用过高或过低的压力或温度。2.2.1.1实验室实验装置及操作步骤 实验装置设备如图所示。 (装置部分说明如下: ( 1) 塔体采用401000mm的玻璃塔柱, 塔顶装有冷凝器和捕集器, 塔釜为5OOmL的三口烧瓶。塔釜、 塔体和冷凝器的连接为磨

29、口连接, 便于拆卸清各管路的连接均采用厚壁乳胶管。(2)填料为33mm不锈钢网环。(3)加热系统由5OOW的温煲构成, 加热电压由0-220V的固态调节器调节。(4)回流比调节器采用LST-2型精密回流比调节控制器。(5)塔釜与U型压差计、 温度计相连, 以随时测定塔釜压力和温度。(6)冷凝管上端与真空泵相连, 实验过程中整个密闭系统处于低压状态。而其间设置冷胜, 是为了将冷却水没有冷却的组分用液氮冷却, 避免进入真空泵, 造成对真空泵的损坏, 使实验能够顺利进行。 间歇减压精馏提纯实验的实验步骤如下: ( 1)在塔釜中加入水蒸气提取的按叶粗油200mL, 放入沸石; ( 2)打开真空泵, 使

30、系统达到低压状态, 此时, 口以看到粗油表面有大量气体冒出, 这是因为粗油在低压下对空气的溶解度降低, 空气从油中分离出来。 ( 3)打开冷却水, 开电源加热; ( 4)进行全回流1小时左右, 使塔内填料湿润, 并使系统内部达到气液平衡。当系统内部达到气液平衡时, 扫开回流比调节一器, 开始采集提纯样。 ( 5)调节回流比调节器, 使回流比达到6: 1, 采样1#样后将回流比调至10: 1, 收集2#, 然后将回流比调至12: 1分别收集3#, 4#, 5#试样。釜中剩下的约30m1样为重组分物质。 ( 6)采集提纯样的同时记录各时间段的釜压及釜温。 ( 7)停止采样, 先关掉回流比调节器,

31、停止加热。待釜温下降到接近室温后, 关掉真空泵, 停止冷却水。 ( 8) 倒出釜中剩下的液体, 对三口瓶及填料塔等实验仪器进行清洗, 以便下次使用。2.3桉油精馏工艺的选择精馏的典型工艺主要是: 低压工艺( ICI低压工艺、 Lurgi低压工艺) 、 中压工艺、 高压工艺。桉叶油素提取工艺中最重要的工序是桉油的精馏, 其关键技术是桉油精馏操作条件, 设计采用用的是低压精馏工艺。2.3.1桉油精馏塔的选择精馏塔实际是分离提纯系统中最重要的设备。从操作结构, 材料及维修等方面考虑, 精馏塔应具有以下要求: ( 1) 能够有效将粗桉油中的桉叶油素含量提高到80%以上; ( 2 ) 反应器内部结构合理

32、, 能保证温度、 压力容易控制, 处理量大, 效率高, 生产强度大; ( 3) 结构紧凑, , 提高低压空间利用率; 容器及内件间无渗漏; 填料装御方便; 制造安装及维修容易。在上述原则的指导下开发的桉油精馏塔, 按不同的方法分类主要有: 按操作方式: 连续式和间歇式。按冷却介质种类: 自热式和外冷式( 管壳型、 冷管型) 。按气流方向: 轴向式、 径向式和轴径向式。本设计根据桉油的物理化学性质选择采用连续式减压精馏塔。2.3.2填料的选用2.3.2.1填料种类的选择: 填料种类的选择要考虑分离工艺的要求, 一般考虑以下几个方面: (1)传质效率要高 一般而言, 规整填料的传质效率高于散装填料

33、(2)通量要大 在保证具有较高传质效率的前提下, 应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料(3)填料层的压降要低(4)填料抗污堵性能强, 拆装、 检修方便 2.3.2.2填料规格的选择 填料规格是指填料的公称尺寸或比表面积。( 1) 散装填料规格的选择 工业塔常见的散装填料主要有DN16、 DN25、 DN38、 DN50、 DN76等几种规格。同类填料, 尺寸越小, 分离效率越高, 但阻力增加, 通量减少, 填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中, 又会产生液体分布不良及严重的壁流, 使塔的分离效率降低。因此, 对塔径与填料尺寸的比值要有一规定, 一般塔径与填料公称直径的比值D

34、/d应大于8。( 2) 规整填料规格的选择 工业上常见规整填料的型号和规格的表示方法很多, 国内习惯用比表面积表示, 主要有125、 150、 250、 350、 500、 700等几种规格, 同种类型的规整填料, 其比表面积越大, 传质效率越高, 但阻力增加, 通量减少, 填料费用也明显增加。选用时应从分离要求、 通量要求、 场地条件、 物料性质及设备投资、 操作费用等方面综合考虑, 使所选填料既能满足技术要求, 又具有经济合理性。应予指出, 一座填料塔能够选用同种类型, 同一规格的填料, 也可选用同种类型不同规格的填料; 能够选用同种类型的填料, 也能够选用不同类型的填料; 有的塔段可选用

35、规整填料, 而有的塔段可选用散装填料。设计时应灵活掌握, 根据技术经济统一的原则来选择填料的规格。2.3.2.3填料材质的选择填料的材质分为陶瓷、 金属和塑料三大类。(1)陶瓷填料 陶瓷填料具有很好的耐腐蚀性及耐热性, 陶瓷填料价格便宜, 具有很好的表面润湿性能, 质脆、 易碎是其 最大缺点。在气体吸收、 气体洗涤、 液体萃取等过程中应用较为普遍。(2)金属填料 金属填料可用多种材质制成, 选择时主要考虑腐蚀问题。碳钢填料造价低, 且具有良好的表面润湿性能, 对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用; 不锈钢填料耐腐蚀性强, 一般能耐除Cl 以外常见物系的腐蚀, 但其造价较高, 且表面润湿性能较

36、差, 在某些特殊场合( 如极低喷淋密度下的减压精馏过程) , 需对其表面进行处理, 才能取得良好的使用效果; 钛材、 特种合金钢等材质制成的填料造价很高, 一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。一般来说, 金属填料可制成薄壁结构, 它的通量大、 气体阻力小, 且具有很高的抗冲击性能, 能在高温、 高压、 高冲击强度下使用, 应用范围最为广泛。(3)塑料填料 塑料填料的材质主要包括聚丙烯( PP) 、 聚乙烯( PE) 及聚氯乙烯( PVC) 等, 国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好, 可耐一般的无机酸、 碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好, 可长期在100C以下使用。塑料填料质轻、

37、 价廉, 具有良好的韧性, 耐冲击、 不易碎, 能够制成薄壁结构。它的通量大、 压降低, 多用于吸收、 解吸、 萃取、 除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能差, 但可经过适当的表面处理来改进其表面润湿性能。经过比较以及考虑到实验要求, 本设计采用钢鲍尔环填料。2.3.3精馏操作条件的确定与论证2.3.3.1操作温度桉油精馏的操作温度主要是由桉叶油素的化学性质决定的。操作温度的控制同样是一个操作费用的控制问题, 在设计中, 需要延长精馏塔的使用寿命, 防止其的迅速老化加快。一般而言, 在反应初期, 反应温度维持较底的数值, 随着使用时间的增加, 逐步提高反应温度。由于按叶油素在150以上变

38、为褐色, 并变的粘稠, 178时, 油素颜色变得更深, 更加粘稠, 发生剧烈的化学反应, 导致其物理化学性质明显改变。故综合考虑各种因素, 确定操作温度为120。2.3.3.2操作压力压力是桉油精馏过程的重要工艺条件之一。由于操作温度须控制在120, 因此降低压力对降低各组分沸点有利, 由于压力高, 组分的分压提高, 因而其沸点也提高。很容易超过120, 引发副反应, 影响精馏。本设计采用绝压为5kPa的操作压力。2.3.3.3桉油组成 粗桉油组成复杂, 达到三十多种组分, 但主要组分有七种, 其它组分含量较低, 可忽略不计。这七种组分分别为: 2.3.3.4空速空速不但是一个和合成回路气体循

39、环量相关联的工艺控制参数, 也是一个影响综合经济效益的变量。桉油精馏过程中, 首先塔内的气体空速必须满足分离要求, 空速过低, 分离效果差, 空速过高, 系统阻力加大或精馏系统投资加大, 能耗增加, 使用周期缩短。空速的选择需要根据每一种组分的特性, 在一个相对较小的范围内变化。本设计中空速定为1 。2.4精馏塔的选择2.4.1 精馏塔的选择不论采用何种精馏工艺流程, 精馏塔都是该工艺的核心设备.其决定着工艺能耗的高低和产品质量的好坏。当前常见的精馏塔主要有四种塔型: 泡罩塔, 浮阀塔, 填料塔和新型垂直筛板塔。四者各有特点: ( 1 ) 泡罩塔 该类型塔塔板效率高, 操作弹性大, 塔阻力小,

40、 但单位面积的生产能力低, 设备体积大, 结构复杂, 投资较大。该塔已经逐渐被其它塔代替。( 2) 浮阀塔 该类型塔板效率高, 操作弹性大, 操作适应性强, 单位面积生产能力大, 造价较低。但浮阀易损坏, 维修费用高。当前该塔仍被广泛使用, 但有使用逐渐减少的趋势。( 3 ) 填料塔 填料塔是在塔内装填新型高效填料, 如不锈钢网波纹填料, 每米填料相当5块以上的理论板。塔总高一般为浮阀塔的一半。该塔生产能力大, 压降小, 分离效果好, 结果简单, 维修量极小, 相对投资较小, 是当前使用较多的塔型之一。( 4 ) 新型垂直筛板 该塔传质效率高, 传质空间利用率好, 处理能力大, 操作弹性大,

41、结构简单可靠, 投资小, 板液面梯度小, 液面横向混合好无流动传质死区。综合比较上面四种塔, 能够知道填料塔和新型垂直筛板性质更加优越, 同时考虑到新型垂直筛板是一种新型塔, 当前使用很少, 技术难得, 而填料塔使用较普遍, 技术非常成熟, 因此设计选用了填料塔。为了让企业大幅度降低生产成本、 提高产品质量和扩大市场占有率, 因此本设计采用的填料精馏塔, 塔内采用了高效的、 经特殊工艺处理的不锈钢鲍尔环填料和配套的新型气液分布器。3工艺计算3.1物料衡算工厂设计为年产桉叶油素1000吨, 开工时间为每年330天, 采用连续操作, 则每小时桉叶油素的产量为0.126吨, 即0.126 t/h。精

42、馏工段经过水蒸气蒸馏工艺的粗桉油, 进入减压精馏塔的粗桉油中各组分的组成经过计算可得下表: 表7 粗桉油组成组分百分比进料量1,8-桉叶油素71.08% 0.817kmol/h -蒎烯3.13%0.036kmol/h 4,7,7-三甲基二环4.1.0庚-2-烯13.22%0.172kmol/h (S)-a,a-4-三甲基-3-环己烯-1-甲醇5.21%0.060kmol/h 1R-(1a,2b,5a)-5-甲基-2-(1-甲基乙基)1.81%0.021kmol/h 1-甲基环丙基-环己醇1.61%0.0206kmol/h 蓝桉醇3.93%0.031 kmol/h计算方法:粗桉油 =0.126/

43、 0.7108=0.177 t/h-蒎烯的量 = 0.1773.13% = 5.55 kg/h 即0.036 kmol/h 4,7,7-三甲基二环4.1.0庚-2-烯量 = 0.17713.22% = 23.40kg/h 即 0.172kmol/h , (S)-a,a-4-三甲基-3-环己烯-1-甲醇的量=0.1775.21% =9.22kg/h 即0.060kmol/h1R-(1a,2b,5a)-5-甲基-2-(1-甲基乙基)的量=0.1771.81% = 3.20 kg/h 即0.021kmol/h 1-甲基环丙基-环己醇的量=0.1771.61%=2.85kg/h即0.0206kmol/

44、h 蓝桉醇的量= 0.1773.93%=6.96 kg/即 0.031kmol/h 3.2挥发度计算由于桉油各组分挥发度难以查找, 故要根据其与相平衡常数关系, 即计算出各组分的值来确定其相对挥发度。由于, 因此要计算值须先计算活度系数i和饱和蒸汽压pis,而活度系数需要用UNIFAC法计算, UNIFAC法将基团法和UNIQUAC模型结合起来, 基本方程为: i i C+iR i C qi+lili=(ri-qi)-(ri-1)i=式中, 配位数Z取为10, i是组分i的摩尔分数, i和i分别是表面积分数和体积分数, 它们分别由表面积参数Qk 和体积参数Rk计算而得, 式中ki 是在分子i

45、中基团k的数目, 它是整数。ic称为组合项活度系数, 反映纯组分i分子形式和大小的贡献、 , 即只与纯组分的结构和性质有关, 与其它分子存在无关。计算ic 需要的数据是所涉的基团的Qk 和Rk 值, 这类微观参数可查阅化工数据( 马沛生 著) 第244页表8-5 UNIFAC基团体积和表面积参数。经过此种方法计算各组分活度系数。组分( 1) , 含有以下基团: : 1个 1个 1个 4个 3个组分( 2) , 含有以下基团: 1个 1个 1个 3个 2个 2个 组分( 3) , 含有以下基团: 1个 1个 2个 2个 3个组分( 4) , 含有以下基团: 1个 3个 3个 1个 1个 1个组分

46、( 5) , 含有以下基团: 1个 2个 3个 1个 1个组分( 6) , 含有以下基团: 个个个个个组分( 7) , 含有以下基团: 个个个个个对于各组分, 经过查表计算如下: q1=10.468+10+10.288+40.540+30.848=5.400.6908+10.2195+10.4469+40.6744+30.9011=6.7581l1=5(6.7581-5.4)-(6.7581-1)=1.0324q2=10.988+11.200+10+30.288+20.540+20.848=5.8282=11.1173+11.000+10.2195+30.4469+20.6477+20.901

47、1=6.8285l2=5(6.8285-5.828)-(6.8285-1)=-0.826q3=10.676+10.000+20.228+30.288+20.540+30.848=4.7563=10.8886+10.2195+20.4469+20.4469+20.6744+30.9011=6.054l3=5(6.054-4.756)-(6.054-1)=1.436q4=10.543+30.000+30.422+10.288+10.540=4.8324=11.000+30.9011+30.6744+10.4469+10.2195+10.8886=6.032l4=5(6.032-4.832)-(6.

48、032-1)=-0.768q5=10.543+20.000+30.422+10.288+10.540=4.7255=11.000+20.9011+30.6744+10.4469+10.2195=5.828l5=5(5.828-4.725)-5.828-1)=0.859q6=10.988+51.200+10+10.288+10.540+10.848=5.7656=11.000+50.9011+10.6744+10.4469+10.2195+10.8886=6.021l6=5(6.021-5.765)-(6.021-1)=1.324q7=10.543+40.000+50.422+20.288+40

49、.540=4.3267=11.000+40.9011+50.6744+20.4469+40.2195=5.838l7=5(5.838-4.326)-(5.838-1)=-0. 7541=5.40.71/(5.400.71+5.8280.0313+4.7560.1323+4.8320.0521+4.7250.0181+5.7650.0161+4.3260.0393)=0.3211=6.75810.71/(6.75810.71+6.82850.0313+6.0540.1323+6.0320.0521+5.8280.0181+6.0210.0161+5.8380.0393)=0.4622=5.828

50、0.0313/(5.400.71+5.8280.0313+4.7560.1323+4.8320.0521+4.7250.0181+5.7650.0161+4.3260.0393)=0.2972=6.82850.0313/(6.75810.71+6.82850.0313+6.0540.1323+6.0320.0521+5.8280.0181+6.0210.0161+5.8380.0393)=0.3783=4.7560.1323/(5.400.71+5.8280.0313+4.7560.1323+4.8320.0521+4.7250.0181+5.7650.0161+4.3260.0393)=0.

51、3483=6.0540.1323/(6.75810.71+6.82850.0313+6.0540.1323+6.0320.0521+5.8280.0181+6.0210.0161+5.8380.0393)=0.4724=4.8320.0521/(5.400.71+5.8280.0313+4.7560.1323+4.8320.0521+4.7250.0181+5.7650.0161+4.3260.0393)=0.3014=6.0320.0521/(6.75810.71+6.82850.0313+6.0540.1323+6.0320.0521+5.8280.0181+6.0210.0161+5.8

52、380.0393)=0.4545=4.7250.0181/(5.400.71+5.8280.0313+4.7560.1323+4.8320.0521+4.7250.0181+5.7650.0161+4.3260.0393)=0.2825=5.8280.0181/(6.75810.71+6.82850.0313+6.0540.1323+6.0320.0521+5.8280.0181+6.0210.0161+5.8380.0393)=0.3966=5.7650.0161/(5.400.71+5.8280.0313+4.7560.1323+4.8320.0521+4.7250.0181+5.7650

53、.0161+4.3260.0393)=0.2646=6.0210.0161/(6.75810.71+6.82850.0313+6.0540.1323+6.0320.0521+5.8280.0181+6.0210.0161+5.8380.0393)=0.3927=4.3260.0393/(5.400.71+5.8280.0313+4.7560.1323+4.8320.0521+4.7250.0181+5.7650.0161+4.3260.0393)=0.2127=5.8380.0393 (6.75810.71+6.82850.0313+6.0540.1323+6.0320.0521+5.8280

54、.0181+6.0210.0161+5.8380.0393)=0.358组分( 1) , 由公式, 得, )则 组分( 2) , 同理得, ) =0.134则 组分( 3) , ) =0.163组分( 4) , ) =0.145组分( 5) , ) =0.161组分( 6) , ) =0.131组分( 7) , ) =0.114计算饱和蒸汽压也要采用基团贡献法, 具体采用CSGS-PRV法, 其关系式为: 根据基团贡献法要求, 将各组分拆分成以下各种基团, 经过查阅化工数据( 马沛生著) 第84页表3-2中的和值来循序渐进计算以上各式。 各组分拆分基团如下: 第一种组分含有以下基团: 1个 2个 3个 4个 1个第二种组分含有以下基团: 1个 3个 1个 1个 2个 2个 1个第三种组分含有以下基团: 3个 2个 1个 1个 2个 1个 第四种组分含有以下基团: 1个 3个 1个 3个 1个 1个第五种组分含有以下基团: 1个 3个 1个 1个 1个 1个 1个1个第六种组分含有以下基团: 1个 5个 1个 1个 1个 1个第七种组分含有以下基团: 4个 1个 2个 4个 5个