課程設(shè)計（論文）桉葉油素的提取工藝流程設(shè)計

1、目錄1.總論 -1.1概述 -1.2設(shè)計的目的和意義 -1.3設(shè)計依據(jù) -1.4設(shè)計的指導思想 -1.5設(shè)計的范圍，裝置組成及建設(shè)規(guī)模-1.6原料桉葉的規(guī)格及預處理- 1.7桉葉油氣相色譜圖及其質(zhì)量分數(shù)-2.工藝論證-2.1 桉葉油提取工藝路線的選擇-2.2桉葉油分離提純工藝方案的選擇-2.3桉油精餾工藝的選擇- 2.4精餾塔的選擇-3.工藝計算- 3.1物料衡算-3.2揮發(fā)度計算-3.3精餾塔工藝計算及選型-4.廠房的整體布置設(shè)計-5非工藝專業(yè)要求- 5.1公用工程-5.2安全衛(wèi)生-6三廢處理-6.1桉葉油素生產(chǎn)對環(huán)境的污染-6.2處理方法-7技術(shù)經(jīng)濟分析-7.1投資估算-7.2勞動定員-8

2、參考文獻-致謝-附工程圖紙1、桉葉油素提取工藝流程圖2、填料塔設(shè)計條件圖1 總論1.1概述11.1.1桉油來源桉樹為桃金娘科喬木，原產(chǎn)于澳大利亞，中國引種桉樹已有一百多年的歷史，至今已有20個省、市種植了桉樹人工林，面積達160萬公頃，年產(chǎn)桉樹約2000多萬立方米，桉葉油4000噸。桉葉油是桉樹(eucalyptus)葉油腺細胞分泌出來的芳香精油，是世界上十大精油品種之一。1.1.2桉葉油素性質(zhì)1, 8一按葉油素或按樹腦，分子式c10h18o，分子量154.24,屬單菇類化合物。它為無色液體，味辛冷，有與樟腦相似的氣味，熔點1.5，沸點176178，密度(25 )0.921 0.930g/cm

3、3，折射率nd20 1.4541.461，與乙醇、氟仿、乙醚及油可混溶，幾乎不溶于水。1.1.3桉葉油的利用情況 桉葉油在商業(yè)貿(mào)易中根據(jù)其成分河主要的最后用途可分為3種:醫(yī)藥用油、香料用油和工業(yè)用油，其中最重要的是醫(yī)藥按油。（1)醫(yī)藥按油醫(yī)藥桉油是主要的按油治療劑，主要成分是1, 8按葉油素或按樹腦，分子式c10h18o，分子量154.24,屬單菇類化合物。它為無色液體，味辛冷，有與樟腦相似的氣味，熔點1.50c，沸點176-178 0c，密度(25 )0.9210.930g/cm3，折射率nd20 1.4541.461，與乙醇、氟仿、乙醚及油可混溶，幾乎不溶于水。英國藥典規(guī)定藥用油的按葉油素

4、不應低于70%。根據(jù)按葉油中按葉油素的含量不同將按油分為不同等級(例70-75%，80-85%及純按油)。醫(yī)藥用型精油又稱按樹腦型，是目前國內(nèi)生產(chǎn)數(shù)量最大和應用最普遍的一種油型?？捎糜诜疾菪拖憔约芭渲凭图把栏?、牙粉、口腔清潔劑、藥皂等香精，具有解熱、消炎、抗菌、防腐、平喘及鎮(zhèn)痛作用。其樹種以窿緣桉和藍桉為主，年產(chǎn)量在2000噸以上，占按油精的70%以上。中國科學院廣州化學研究所與廣州香料廠利用檸檬按葉油為原料合成薄荷腦取得成功并投入生產(chǎn)，為醫(yī)藥下業(yè)、食品下業(yè)和日化工業(yè)提供了重要產(chǎn)品。以后又合成了康香草酚，該產(chǎn)品在醫(yī)藥上用做防腐、殺菌、消炎和鎮(zhèn)痛等藥物的主成分。藍按油能抗結(jié)核桿菌，可作為吸

5、入劑用于呼吸系統(tǒng)疾病，慢性氣管炎患者內(nèi)服有祛痰作用，哮喘時既可內(nèi)服又可注入;可治療某些皮膚病，并作為創(chuàng)面潰瘍和屢管的沖洗劑;也可作為除臭劑和神經(jīng)痛患者的鎮(zhèn)痛藥。日前國內(nèi)建成多家按油提純加工與制藥的聯(lián)合生產(chǎn)廠，分別生產(chǎn)出風油精、清涼油、白花油、十滴水、驅(qū)蚊油、止咳糖如桉葉糖和四季潤喉片等居家旅行及家庭常用藥品，亦有部分提純產(chǎn)品供外貿(mào)出口。（2)香料按油香料用型按樹精油的卞要成分是香茅醛，其次是牛垅兒醇，大量用于生產(chǎn)各種香料、香精、肥皂、化妝品及食品等。這種精油主要是從檸檬按中蒸制，檸檬按精油中含有令人愉快的香味。（3)工業(yè)按油工業(yè)用型桉樹精油卞要成分是胡椒酮和a_水芹烯。在工業(yè)上常用作溶劑、殺菌

6、劑、礦物浮選劑和部分化學原料。窿緣桉葉油因其含有的按葉油素較低，常作為原料，經(jīng)過減壓分餾，提純到桉葉油素含量達到70%以上再利用.桉葉油是一種天然洗滌劑，通常衣服地毯之類織物如粘有口香糖、墨水、油污等很難清洗，但用桉葉油洗滌非常容易洗凈污跡。桉葉油具有很好的表面活性和殺菌能力，是一種理想的乳化劑和殺菌劑.湖南省林科所在開發(fā)天然植物提取物作為特異性殺蟲劑的研究中發(fā)現(xiàn)，檸檬桉葉油對馬尾松害蟲有較高的活性，幼蟲期施用導致畸形變態(tài)，幼蟲死亡率較高，成蟲羽化率較低，部分不孵化;成蟲期施用有不育效應;孵化期施用有抑孵作用.據(jù)此初步認為檸檬桉葉油是一種無毒、安全的新型殺蟲劑。1.1.4桉葉油素提取方法桉葉油

7、素是以桉葉為原料，經(jīng)粉碎、凈化，水蒸氣蒸餾，萃取，精餾，根據(jù)沸點不同將其他雜質(zhì)組分分離出去而獲得。1.1.5 世界按葉油素和藍按油市場及我國按油市場發(fā)展現(xiàn)狀 在1900年之前桉葉油素的商品化來源是來自歐洲和北美的苦艾油和來自南亞和印度的白千層油。到了1900年，澳大利亞生產(chǎn)藍桉油和按葉油素并進入世界市場。由于這一原囚，白千層油于是慢慢減少，并到了30年代在美國市場上消失。這些新的精油中的桉葉油素含量是造成白千層油減少的因素。直到一次世界大戰(zhàn)之后，澳大利亞是商品化生產(chǎn)桉葉油的主要國家。自那以后，巴西、哥倫比亞、西班牙、南非、巴拉圭、葡萄牙、中國和印度進入了這一市場，澳大利亞的產(chǎn)量已大大減少。中國

8、還開始用樟樹根來生產(chǎn)一種桉葉油。到了1980年，中國已成為桉葉油的主要供應國。隨著中國人民生活水平的提高，供應鏈將會又一次變化。這些產(chǎn)品的下一個產(chǎn)品化來源是印度和越南。 我國引種桉樹已有113年的歷史，而按葉油下業(yè)體系的建立是近30多年的事。由于生產(chǎn)快，栽種后短期內(nèi)即可生產(chǎn)桉葉油，取得了良好的經(jīng)濟效益。在桉樹林區(qū)，桉葉油作為一種副產(chǎn)品，其經(jīng)濟收入約占總收入的20，我國南方各省的桉樹林區(qū)，桉葉油產(chǎn)量急劇增加，很快便成為世界桉葉油貿(mào)易中的主要出口國。大約300多種桉樹含有精油，但具有商業(yè)開發(fā)價值的桉樹不到20種，目前中國用作精油的只有兒個樹種，包括檸檬按、窿緣桉、直桿桉和藍桉等。中國是最大的桉葉醇

9、型精油生產(chǎn)地仁占世界貿(mào)易的70%，我國桉油產(chǎn)量每年超過3000噸。我國桉葉油的生產(chǎn)始于1958年，經(jīng)過六十年代大力發(fā)展，至七十年代我國每年桉葉油生產(chǎn)達3000多噸。我國的桉葉油資源十分豐富。廣東和廣西是檸檬桉的主產(chǎn)區(qū)。廣東湛江地區(qū)檸檬桉葉油產(chǎn)量為1000噸，檸檬桉葉和小枝含油率為1.17%,桉油含量為77.6%。廣西從柳州到欽州、南寧、合浦一線也有大量種植。廣州市1950年開始規(guī)劃營造桉葉油用林及檸檬桉（ e.citriodora）油蒸餾廠，現(xiàn)在廣州市百花香料廠也有檸檬桉油分餾車間，加工檸檬桉油各餾分用于調(diào)香工業(yè)。湛江市藥用油廠年出口桉油近200多噸，目前正在技術(shù)改造，設(shè)計一了新型蒸餾塔，提高

10、桉油產(chǎn)量和質(zhì)量。最近10多年來石南各地大力發(fā)展直干桉、藍桉，年產(chǎn)量為1500多噸。彌勒、滬西、建水、個舊等地區(qū)分布直桿桉最多，年產(chǎn)500噸以上。直干桉的出油率達1.5-2.3%，其油含桉油素65-73%。直桿按所生產(chǎn)的桉葉油收入約占總收入的23%。云南彌勒縣東風林場年生產(chǎn)桉葉油100噸，云南大部分地區(qū)的氣候土壤等自然條件，極適合藍桉生長，藍桉葉的出油率為1.3 - 1.7%。 福建省桉樹在沿海各市縣均有很大發(fā)展，在桉樹林區(qū)土法蒸餾隨處可見。香料廠可直接購買鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)生產(chǎn)的粗油，直接分餾提純香茅醛、香茅醇和攻瑰醇.用于專門的香料配方中。同時，福建香料廠也開展桉葉油的加工。1.1.6桉葉油生產(chǎn)中存在

11、的問題及解決方法桉樹葉油是目前世界上從樹葉類提取的各類天然油中，數(shù)量最多的一種，近年產(chǎn)量約1萬噸。我國現(xiàn)己成為桉葉油生產(chǎn)和貿(mào)易大國之一，桉葉油產(chǎn)區(qū)主要在華南諸省。桉葉油工業(yè)方興未艾，但是生產(chǎn)上也存在著一些問題。（1）桉葉油生產(chǎn)不時受到外貿(mào)困擾。在近幾年幾次受到外貿(mào)沖擊，國內(nèi)桉葉油市場尚未開拓，造成周期性的積壓，有關(guān)部門應該作好市場預測，統(tǒng)籌安排，以確保桉葉油的正常生產(chǎn)。（2)下藝落后，質(zhì)量不高。日前國內(nèi)的桉葉油生產(chǎn)還是沿用傳統(tǒng)的生產(chǎn)下藝設(shè)備，幾乎全為人工操作、間歇生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝、技術(shù)設(shè)備和生產(chǎn)方式等都十分落后。國內(nèi)經(jīng)營桉樹的林業(yè)部門和單位，幾乎全是用生產(chǎn)的初級精油粗油仁（含按葉油素30%)供應

12、市場，而沒有建立自身的提純加工工廠。根據(jù)這些問題，從技術(shù)觀點出發(fā)，要解決問題必須做：（1)抓好桉葉油生產(chǎn)質(zhì)量控制。首先應會同主管部門、科研和主管單位及早建立按樹葉原料標準和桉葉油產(chǎn)品質(zhì)量標準。桉葉油的質(zhì)量涉及到按油的品質(zhì)、成分乃至理化特性，是桉油質(zhì)量的前提。而長久以來我國一直沿用國外的桉葉質(zhì)量標準，至今尚無自己的標準。（2)加強科研工作，提高產(chǎn)油率。我國林業(yè)工作者在長期的生產(chǎn)中，曾對影響桉油產(chǎn)量及質(zhì)量的多種因素進行了詳細測定，篩選了較為合理的原料生產(chǎn)（樹種、樹齡、部位、采集季節(jié)和原料堆放)和蒸餾工藝。但與先進國家相比，我國的桉油生產(chǎn)有很大差距。國外桉油高含量樹種豐桉（e. dives)產(chǎn)油率為

13、3.04.5%，輻射桉（e.radiata）為3.05.0%。我國產(chǎn)油率最高的直桿桉含油率也僅為1.5 2.3%（以上產(chǎn)油率均為水蒸氣蒸餾法得出)。因此建議引進或采用基因工程選育富含桉葉油的生理化學類型品系桉樹是值得研究的課題。（3)視桉葉油的開發(fā)利用。 我國是桉葉油輸出大國，長期以來，把眼光放在外銷上使得桉葉油的生產(chǎn)受外貿(mào)影響嚴重。一旦在國際貿(mào)易巾失去優(yōu)勢，桉葉油將大量滯銷，使剛興起來的桉油工業(yè)疲軟。因此，從現(xiàn)在開始，必須大力開展桉葉油的利用工作，盡快開拓國內(nèi)市場，研究桉葉油深加工技術(shù)。1.2設(shè)計的目的和意義2通過設(shè)計可以培養(yǎng)綜合運用所學基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)課的知識，分析和解決工程技術(shù)問題

14、的工作能力；鞏固、深化和擴大所學基本理論、基本知識和基本技能；培養(yǎng)調(diào)查研究、查閱文獻和收集資料的能力，理論分析的能力，制定設(shè)計或試驗方案的能力，設(shè)計、計算和繪圖的能力，技術(shù)經(jīng)濟分析和組織工作能力；使撰寫論文和設(shè)計說明書的能力受到綜合訓練；還可以培養(yǎng)創(chuàng)新能力和團隊精神，樹立良好的學術(shù)思想和工作作風。通過完成設(shè)計，可以知道桉葉油素的用途；基本掌握桉葉油素提取提純的生產(chǎn)工藝；了解國內(nèi)外桉油生產(chǎn)的發(fā)展現(xiàn)狀；以及其發(fā)展的趨勢。1.3 設(shè)計的依據(jù)1.3.1海南大學材料與化工學院畢業(yè)設(shè)計選題:海南大學設(shè)計任務(wù)書：桉葉油素的提取工藝流程設(shè)計1.3.2 設(shè)計的基礎(chǔ)資料1.3.2.1 工藝流程 水洗塔烘干機粉碎機

15、水蒸氣蒸餾釜鍋爐蒸汽殘渣冷凝器油水分層器乙醚萃取器廢水固定床吸附干燥器乙醚回收塔減壓精餾塔1，8桉葉油素雜質(zhì)油桉樹葉 1.3.2.2 精餾工段的工藝參數(shù) 根據(jù)實驗獲得的工藝參數(shù)資料。具體數(shù)據(jù)為操作壓力絕壓為5kpa，操作溫度120。1.4設(shè)計的指導思想以設(shè)計任務(wù)書為基礎(chǔ)，探索我國桉葉油素生產(chǎn)工業(yè)的發(fā)展。加強理論聯(lián)系實際，擴大知識面；培養(yǎng)獨立思考、獨立工作的能力。整個設(shè)計應貫徹節(jié)省基建投資，充分重視技術(shù)進步，降低工程造價，節(jié)約能源和降低原料消耗等角度出發(fā)，同時積極治理三廢和綜合利用副產(chǎn)物，充分重視環(huán)保以利于生活，生產(chǎn)和提高經(jīng)濟效益為原則進行設(shè)計，盡量采用定型原料，節(jié)約占地面積，生產(chǎn)高質(zhì)量桉葉油素

16、產(chǎn)品。1.5設(shè)計的范圍裝置組成及建設(shè)規(guī)模1.5.1設(shè)計的范圍1、年產(chǎn)1000噸桉葉油素生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計2、物料衡算3、主要生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計、選型4、設(shè)計繪圖1）、從原料到成品生產(chǎn)工藝流程圖（簡圖）；2）、主要設(shè)備主體結(jié)構(gòu)圖；3）、技術(shù)經(jīng)濟指標1.5.2生產(chǎn)和輔助車間設(shè)置（1.）設(shè)生產(chǎn)車間4個原料預處理車間：包括原料桉葉的貯存、干燥、粉碎處理以及密封保存。桉葉油提取車間：水蒸氣蒸餾方法提取桉葉油。精餾車間：減壓精餾法分離提純桉葉油。動力車間：包括全廠供排水、鍋爐供熱、軟水脫鹽水、供電。（2.）設(shè)輔助車間3個機修車間：包括機修、電儀修理。綜合樓：包括中心化驗室、質(zhì)量檢驗、安全環(huán)保。綜合倉庫1.5.3

17、 建設(shè)規(guī)模1.5.3.1生產(chǎn)能力年產(chǎn)1000噸桉葉油素，年開工日為330天，日產(chǎn)為3.03噸，建設(shè)期2年。1.5.3.2 工作制度合成車間日工作小時為24小時，每日3班輪流替換，每班8小時連續(xù)生產(chǎn)，共4個班。1.5.3.3廠址選擇該廠建設(shè)在海南某桉樹人工林附近，計劃占地約140畝，地段屬南北向；廠房基建部分由某工程設(shè)計院設(shè)計。1.6 原料桉葉規(guī)格及預處理實驗用的原料為海南產(chǎn)的大葉按，樹葉顏色為綠色，有刺激性清涼藥用氣味。對原料進行預處理： 1.將從海南買來的桉樹葉經(jīng)水洗塔清洗后，用烘干機烘干，以盡量減少其中的水分含量，便于粉碎； 2.將葉子置于機械攪碎機中攪碎，并用塑料袋密封保存，以備用。 另

18、外，原料經(jīng)粉碎后粒度變小，表面能增加，浸出速度加快，但粉碎度過高，在存放過程中有效成分易揮發(fā)損失，一般而言，粒度以2080目為宜。實驗根據(jù)參考文獻，將桉葉粉碎的粒度定于20 100目之間。1.7 桉葉油氣相色譜圖及其質(zhì)量分數(shù) 將水蒸氣蒸餾法所制得的按葉油不經(jīng)任何化學處理，直接進行g(shù)c-ms分析。下圖即為水蒸氣蒸餾法所得按葉油的氣相色譜圖。經(jīng)計算機譜庫檢索，用面積歸一法分別得到它們的質(zhì)量分數(shù)。表7 粗桉油組成組分百分比出峰時間（min）1,8-桉葉油素71.08% 6.08 -蒎烯3.13%25.104,7,7-三甲基二環(huán)4.1.0庚-2-烯13.22%27.77 (s)-a,a-4-三甲基-3

19、-環(huán)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-甲基環(huán)丙基-環(huán)己醇1.61%35.14 藍桉醇3.93%37.882工藝論證首先將桉樹葉經(jīng)水洗烘干后；將葉子置于機械攪碎機攪碎，并用塑料袋密封保存作為滿足條件的原料；第二步就是桉葉油的提取，將原料桉樹葉粉末與蒸餾水混合，采用水蒸氣蒸餾法提取桉葉油，將粗桉油經(jīng)萃取后送入減壓精餾塔精餾，得到1, 8按葉油素。2.1桉葉油提取工藝路線的選擇從按葉中提取按葉油的方法較多，在眾多的提取工藝中，就桉葉油的物理化學性質(zhì)，主要有水蒸氣蒸餾法和超臨界co2萃取法。2.1.1水蒸氣蒸餾法 能

20、隨水蒸氣蒸餾四而不被破壞的植物成分，可用水蒸氣蒸餾法進行提取。水蒸氣蒸餾是將水蒸氣通入不溶或難溶于水但有一定揮發(fā)性的有機物中，使該有機物質(zhì)在低于100的溫度下，隨著水蒸氣一起蒸餾出來。當兩種互不相溶的物質(zhì)a和b混合加熱時，該物質(zhì)的蒸氣壓是各組分蒸氣壓之和，即p=pa+pb（p為混合物的蒸氣壓，pa、pb為組分a和b各自的蒸氣壓)。 若pa為水的蒸氣壓，pb為與水不相溶的高沸點有機物的蒸氣壓，則p等于101.325kp。時的溫度，就是水與該有機物所組成的混合物的沸點，而該沸點必定低于水和該有機物各自的沸點，所以水蒸氣蒸餾就可以在常壓、低于100的條件下，把高沸點的組分與水一起蒸出來，除去水份即可

21、得到高沸點的有機物。 能用水蒸氣蒸餾的物質(zhì)必須是與水互不相溶、不反應、在100左右時有一定蒸氣壓的揮發(fā)性物質(zhì)。水蒸氣蒸餾適用于分離純化一些沸點較高、又易分解破壞的物質(zhì)，常用此法來分離及提純與水互不相溶的揮發(fā)性液態(tài)或固態(tài)有機化合物。水蒸氣蒸餾法特別適用于中草藥的揮發(fā)油提取，同時，它也是工業(yè)生產(chǎn)植物油粗油最普遍的方法之一。2.1.2超臨界co2萃取按葉油 超臨界co2（sc-co2）萃取技術(shù)用于藥物、食品等的提取和純化等方面具有-以下優(yōu)點： 1.適于分離熱敏性物質(zhì)。由于co2的臨界溫度(tc=31.060c)易于達到，故可在室溫下對天然植物的有效成分進行提取，從而防止了熱敏性物質(zhì)的氧化，而且能使高

22、沸點、低揮發(fā)度、易熱解的物質(zhì)遠在其沸點之下萃取出來； 2.超臨界co2萃取為綠色化學工藝。co2具有無毒、無味、不燃燒、不腐蝕、價格便宜、易于精制、易于回收等優(yōu)點，與傳統(tǒng)溶劑萃取法相比，無溶劑殘留；同時不僅避免了大量有機溶劑的使用，也防咔了提取過程對人體健康的危害和對環(huán)境的污染； 3.萃取速度快、效率高、能耗少。由于超臨界co2萃取迅速分為兩相（氣、液)，達到迅速的、選擇性地提取的目的。不僅萃取效率高、能耗低，而且雜質(zhì)少，有效成分高度富集； 4.超臨界co2:還具有抗氧化滅菌作用，有利于保證和提高天然物產(chǎn)品的質(zhì)量； 5.超臨界co2:萃取比溶劑萃取的步驟少，流程短，操作參數(shù)也易于控制，產(chǎn)品質(zhì)量

23、穩(wěn)定，無有機溶劑的殘留。上述的這些優(yōu)勢無疑為人們提供了一種提取、分離、制備及濃縮的全新方法。 然而，超臨界co2萃取技術(shù)也有其局限性： 1.高壓下操作必然會對設(shè)各提出更高要求; 2.設(shè)備一次性投資費用較高，投資風險大; 3.對工藝操作人員及技術(shù)要求較高等; 4.用簡單的超臨界萃取方法無法生產(chǎn)高純度的產(chǎn)品，這就需要與其他分離技術(shù)相結(jié)合; 5.超臨界co:萃取性能的普適性不高，主要適用于非極性或弱極性的化合物的提取，如油脂、揮發(fā)油的提取; 6.就中草藥的有效成分提取而言，超臨界co2萃取僅對中藥中的某些非極性或弱極性的有效成分的提取具有優(yōu)越性。由于中草藥成分復雜，近似化合物很多，起療效的化合物質(zhì)為

24、!義的化學成分，不僅包括揮發(fā)油，生物堿、黃酮類、皂類小分子化合物，也包括多糖、蛋白、膚等生物大分子等，因而，在中藥有效成分提取工藝過程中，還應考慮與其他分離、純化技術(shù)相結(jié)合。 桉葉油作為藥用原料，其中的有效成分主要是1, 8按葉油素，它是單萜類化合物，本設(shè)計查閱相關(guān)實驗文獻，以確定最有利于工業(yè)生產(chǎn)桉葉油素的方法。文獻表明，水蒸氣蒸餾法從按葉中提取的揮發(fā)油中含有31種不同組分，其中含有1, 8-cineole54.73%，出油率為1.2%左右。相比水蒸氣蒸餾，超臨界co2對桉樹葉中揮發(fā)油的萃取具有良好的選擇性。在足夠的co2的萃取下，桉葉中油的萃取率均在5%以上，萃取出的物質(zhì)相對較少，這是由于系

25、統(tǒng)在室溫下操作，可保護揮發(fā)油中的熱敏性物質(zhì)沒有因受熱而分解產(chǎn)生原本揮發(fā)油組分中不存在的物質(zhì)。但是萃取出的揮發(fā)油中1, 8-cineole的含量卻很低，最高的只能達到14. 46%。比較兩種提取方法哪種較為可行，主要從三個方面考量：（1）實驗的出油率；（2）所提取的粗油中含有所需成分的含量；（3）從經(jīng)濟因素方面考量。 雖然超臨界co2萃取法的提取率高達5%以上，遠遠超過了水蒸氣蒸餾法1.2%的提取率，但是由于其中1, 8-cineole的含量過低，而且由于超臨界co2萃取實驗設(shè)備昂貴、對實驗操作人員的要求均很高，所以我們選用水蒸氣蒸餾法為下一步分離提純按葉油提供按葉粗油。2.2 桉葉油分離提純工

26、藝方案的選擇 采用連續(xù)減壓精餾法進行分離提純。2.2.1 減壓精餾法簡介 精餾的實質(zhì)就是利用物質(zhì)揮發(fā)度不同，將混合物進行分餾。多用于揮發(fā)性成分和小分子物質(zhì)的初步分離。由于芳香油組分多對熱及空氣中的氧較敏感，因此分餾時宜在減壓下進行，即采用減壓精餾。 精餾是實際工業(yè)生產(chǎn)中最常用的分離方法，它是以能量為分離介質(zhì)的，故從能量消耗來說，比較有利;精餾不處理固相物質(zhì)，比結(jié)晶法來得好;也不需要加入可能會使物料污染的分離介質(zhì);又易于在一個容器內(nèi)實現(xiàn)多級過程。按過程類別加以考慮后，可以認為對于按葉油的分離提純，精餾是一種較好的分離方法。不用精餾的原因常不外是:（1）產(chǎn)品會因受熱而損壞；（2）分離因子十分接近于

27、1；（3）精餾時要用過高或過低的壓力或溫度。2.2.1.1實驗室實驗裝置及操作步驟 實驗裝置設(shè)備如圖所示。 (裝置部分說明如下：（1）塔體采用401000mm的玻璃塔柱，塔頂裝有冷凝器和捕集器，塔釜為5ooml的三口燒瓶。塔釜、塔體和冷凝器的連接為磨口連接，便于拆卸清各管路的連接均采用厚壁乳膠管。(2)填料為33mm不銹鋼網(wǎng)環(huán)。(3)加熱系統(tǒng)由5oow的溫煲構(gòu)成，加熱電壓由0-220v的固態(tài)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)。(4)回流比調(diào)節(jié)器采用lst-2型精密回流比調(diào)節(jié)控制器。(5)塔釜與u型壓差計、溫度計相連，以隨時測定塔釜壓力和溫度。(6)冷凝管上端與真空泵相連，實驗過程中整個密閉系統(tǒng)處于低壓狀態(tài)。而其間設(shè)置

28、冷勝，是為了將冷卻水沒有冷卻的組分用液氮冷卻，避免進入真空泵，造成對真空泵的損壞，使實驗能夠順利進行。 間歇減壓精餾提純實驗的實驗步驟如下: （1)在塔釜中加入水蒸氣提取的按葉粗油200ml，放入沸石; （2)打開真空泵，使系統(tǒng)達到低壓狀態(tài)，此時，口以看到粗油表面有大量氣體冒出，這是因為粗油在低壓下對空氣的溶解度降低，空氣從油中分離出來。 （3)打開冷卻水，開電源加熱； （4)進行全回流1小時左右，使塔內(nèi)填料濕潤，并使系統(tǒng)內(nèi)部達到氣液平衡。當系統(tǒng)內(nèi)部達到氣液平衡時，掃開回流比調(diào)節(jié)一器，開始采集提純樣。 （5)調(diào)節(jié)回流比調(diào)節(jié)器，使回流比達到6: 1，采樣1#樣后將回流比調(diào)至10: 1，收集2#，

29、然后將回流比調(diào)至12: 1分別收集3#, 4#, 5#試樣。釜中剩下的約30m1樣為重組分物質(zhì)。 （6)采集提純樣的同時記錄各時間段的釜壓及釜溫。 （7)停止采樣，先關(guān)掉回流比調(diào)節(jié)器，停止加熱。待釜溫下降到接近室溫后，關(guān)掉真空泵，停止冷卻水。 （8）倒出釜中剩下的液體，對三口瓶及填料塔等實驗儀器進行清洗，以便下次使用。2.3桉油精餾工藝的選擇精餾的典型工藝主要是：低壓工藝（ici低壓工藝、lurgi低壓工藝）、中壓工藝、高壓工藝。桉葉油素提取工藝中最重要的工序是桉油的精餾，其關(guān)鍵技術(shù)是桉油精餾操作條件，設(shè)計采用用的是低壓精餾工藝。2.3.1桉油精餾塔的選擇精餾塔實際是分離提純系統(tǒng)中最重要的設(shè)備

30、。從操作結(jié)構(gòu)，材料及維修等方面考慮，精餾塔應具有以下要求：（1）能夠有效將粗桉油中的桉葉油素含量提高到80%以上；（2 ）反應器內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理，能保證溫度、壓力容易控制，處理量大，效率高，生產(chǎn)強度大；（3） 結(jié)構(gòu)緊湊，提高低壓空間利用率；容器及內(nèi)件間無滲漏；填料裝御方便；制造安裝及維修容易。在上述原則的指導下開發(fā)的桉油精餾塔，按不同的方法分類主要有： 按操作方式：連續(xù)式和間歇式。按冷卻介質(zhì)種類：自熱式和外冷式（管殼型、冷管型）。按氣流方向：軸向式、徑向式和軸徑向式。本設(shè)計根據(jù)桉油的物理化學性質(zhì)選擇采用連續(xù)式減壓精餾塔。2.3.2填料的選用2.3.2.1填料種類的選擇：填料種類的選擇要考慮分離工藝

31、的要求，通?？紤]以下幾個方面：(1)傳質(zhì)效率要高 一般而言，規(guī)整填料的傳質(zhì)效率高于散裝填料(2)通量要大 在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料(3)填料層的壓降要低(4)填料抗污堵性能強，拆裝、檢修方便 2.3.2.2填料規(guī)格的選擇 填料規(guī)格是指填料的公稱尺寸或比表面積。（1）散裝填料規(guī)格的選擇 工業(yè)塔常用的散裝填料主要有dn16、dn25、dn38、dn50、dn76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應用于小直徑塔中，又會產(chǎn)生液體分布不良及嚴重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對塔徑與填

32、料尺寸的比值要有一規(guī)定，一般塔徑與填料公稱直徑的比值d/d應大于8。（2）規(guī)整填料規(guī)格的選擇 工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號和規(guī)格的表示方法很多，國內(nèi)習慣用比表面積表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種規(guī)格，同種類型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費用也明顯增加。選用時應從分離要求、通量要求、場地條件、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足技術(shù)要求，又具有經(jīng)濟合理性。應予指出，一座填料塔可以選用同種類型，同一規(guī)格的填料，也可選用同種類型不同規(guī)格的填料；可以選用同種類型的填料，也可以選用不同類型的填料；有的塔段可選用

33、規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。設(shè)計時應靈活掌握，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟統(tǒng)一的原則來選擇填料的規(guī)格。2.3.2.3填料材質(zhì)的選擇填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類。(1)陶瓷填料 陶瓷填料具有很好的耐腐蝕性及耐熱性，陶瓷填料價格便宜，具有很好的表面潤濕性能，質(zhì)脆、易碎是其 最大缺點。在氣體吸收、氣體洗滌、液體萃取等過程中應用較為普遍。(2)金屬填料 金屬填料可用多種材質(zhì)制成，選擇時主要考慮腐蝕問題。碳鋼填料造價低，且具有良好的表面潤濕性能，對于無腐蝕或低腐蝕性物系應優(yōu)先考慮使用；不銹鋼填料耐腐蝕性強，一般能耐除cl 以外常見物系的腐蝕，但其造價較高，且表面潤濕性能較差，在某些特殊場合（如極低噴淋密

34、度下的減壓精餾過程），需對其表面進行處理，才能取得良好的使用效果；鈦材、特種合金鋼等材質(zhì)制成的填料造價很高，一般只在某些腐蝕性極強的物系下使用。一般來說，金屬填料可制成薄壁結(jié)構(gòu)，它的通量大、氣體阻力小，且具有很高的抗沖擊性能，能在高溫、高壓、高沖擊強度下使用，應用范圍最為廣泛。(3)塑料填料 塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯（pp）、聚乙烯（pe）及聚氯乙烯（pvc）等，國內(nèi)一般多采用聚丙烯材質(zhì)。塑料填料的耐腐蝕性能較好，可耐一般的無機酸、堿和有機溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，可長期在100c以下使用。塑料填料質(zhì)輕、價廉，具有良好的韌性，耐沖擊、不易碎，可以制成薄壁結(jié)構(gòu)。它的通量大、壓降低，多用于吸收

35、、解吸、萃取、除塵等裝置中。塑料填料的缺點是表面潤濕性能差，但可通過適當?shù)谋砻嫣幚韥砀纳破浔砻鏉櫇裥阅?。通過比較以及考慮到實驗要求，本設(shè)計采用鋼鮑爾環(huán)填料。2.3.3精餾操作條件的確定與論證2.3.3.1操作溫度桉油精餾的操作溫度主要是由桉葉油素的化學性質(zhì)決定的。操作溫度的控制同樣是一個操作費用的控制問題，在設(shè)計中，需要延長精餾塔的使用壽命，防止其的迅速老化加快。一般而言，在反應初期，反應溫度維持較底的數(shù)值，隨著使用時間的增加，逐步提高反應溫度。由于按葉油素在150以上變?yōu)楹稚?，并變的粘稠?78時，油素顏色變得更深，更加粘稠，發(fā)生劇烈的化學反應，導致其物理化學性質(zhì)明顯改變。故綜合考慮各種因素

36、，確定操作溫度為120。2.3.3.2操作壓力壓力是桉油精餾過程的重要工藝條件之一。由于操作溫度須控制在120，因此降低壓力對降低各組分沸點有利，由于壓力高，組分的分壓提高，因而其沸點也提高。很容易超過120，引發(fā)副反應，影響精餾。本設(shè)計采用絕壓為5kpa的操作壓力。2.3.3.3桉油組成 粗桉油組成復雜，達到三十多種組分，但主要組分有七種，其他組分含量較低，可忽略不計。這七種組分分別為：2.3.3.4空速空速不僅是一個和合成回路氣體循環(huán)量相關(guān)聯(lián)的工藝控制參數(shù)，也是一個影響綜合經(jīng)濟效益的變量。桉油精餾過程中，首先塔內(nèi)的氣體空速必須滿足分離要求，空速過低，分離效果差，空速過高，系統(tǒng)阻力加大或精餾

37、系統(tǒng)投資加大，能耗增加，使用周期縮短。空速的選擇需要根據(jù)每一種組分的特性，在一個相對較小的范圍內(nèi)變化。本設(shè)計中空速定為12000。2.4精餾塔的選擇2.4.1 精餾塔的選擇不論采用何種精餾工藝流程，精餾塔都是該工藝的核心設(shè)備.其決定著工藝能耗的高低和產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。目前常用的精餾塔主要有四種塔型：泡罩塔，浮閥塔，填料塔和新型垂直篩板塔。四者各有特點：（1 ）泡罩塔 該類型塔塔板效率高，操作彈性大，塔阻力小，但單位面積的生產(chǎn)能力低，設(shè)備體積大，結(jié)構(gòu)復雜，投資較大。該塔已經(jīng)逐漸被其他塔代替。（2） 浮閥塔 該類型塔板效率高，操作彈性大，操作適應性強，單位面積生產(chǎn)能力大，造價較低。但浮閥易損壞，維修

38、費用高。目前該塔仍被廣泛使用，但有使用逐漸減少的趨勢。（3 ）填料塔 填料塔是在塔內(nèi)裝填新型高效填料，如不銹鋼網(wǎng)波紋填料，每米填料相當5塊以上的理論板。塔總高一般為浮閥塔的一半。該塔生產(chǎn)能力大，壓降小，分離效果好，結(jié)果簡單，維修量極小，相對投資較小，是目前使用較多的塔型之一。（4 ）新型垂直篩板 該塔傳質(zhì)效率高，傳質(zhì)空間利用率好，處理能力大，操作彈性大，結(jié)構(gòu)簡單可靠，投資小，板液面梯度小，液面橫向混合好無流動傳質(zhì)死區(qū)。綜合比較上面四種塔，可以知道填料塔和新型垂直篩板性質(zhì)更加優(yōu)越，同時考慮到新型垂直篩板是一種新型塔，目前使用很少，技術(shù)難得，而填料塔使用較普遍，技術(shù)非常成熟，所以設(shè)計選用了填料塔。

39、為了讓企業(yè)大幅度降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和擴大市場占有率，所以本設(shè)計采用的填料精餾塔，塔內(nèi)采用了高效的、經(jīng)特殊工藝處理的不銹鋼鮑爾環(huán)填料和配套的新型氣液分布器。3工藝計算3.1物料衡算工廠設(shè)計為年產(chǎn)桉葉油素1000噸，開工時間為每年330天，采用連續(xù)操作，則每小時桉葉油素的產(chǎn)量為0.126噸，即0.126 t/h。精餾工段通過水蒸氣蒸餾工藝的粗桉油，進入減壓精餾塔的粗桉油中各組分的組成通過計算可得下表： 表7 粗桉油組成組分百分比進料量1,8-桉葉油素71.08% 0.817kmol/h -蒎烯3.13%0.036kmol/h 4,7,7-三甲基二環(huán)4.1.0庚-2-烯13.22%0.172

40、kmol/h (s)-a,a-4-三甲基-3-環(huán)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-甲基環(huán)丙基-環(huán)己醇1.61%0.0206kmol/h 藍桉醇3.93%0.031 kmol/h計算方法:粗桉油 =0.126/ 0.7108=0.177 t/h-蒎烯的量 = 0.1773.13% = 5.55 kg/h 即0.036 kmol/h 4,7,7-三甲基二環(huán)4.1.0庚-2-烯量 = 0.17713.22% = 23.40kg/h 即 0.172kmol/h , (s)-a,a-4-三甲基-

41、3-環(huán)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-甲基環(huán)丙基-環(huán)己醇的量=0.1771.61%=2.85kg/h即0.0206kmol/h 藍桉醇的量= 0.1773.93%=6.96 kg/即 0.031kmol/h 3.2揮發(fā)度計算由于桉油各組分揮發(fā)度難以查找，故要根據(jù)其與相平衡常數(shù)關(guān)系，即計算出各組分的值來確定其相對揮發(fā)度。由于，所以要計算值須先計算活度系數(shù)i和飽和蒸汽壓pis,而活度系數(shù)需要用unifac法

42、計算，unifac法將基團法和uniquac模型結(jié)合起來，基本方程為：i i c+ir i c qi+lili=(ri-qi)-(ri-1)i=式中，配位數(shù)z取為10，i是組分i的摩爾分數(shù)，i和i分別是表面積分數(shù)和體積分數(shù)，它們分別由表面積參數(shù)qk 和體積參數(shù)rk計算而得，式中ki 是在分子i 中基團k的數(shù)目，它是整數(shù)。ic稱為組合項活度系數(shù)，反映純組分i分子形式和大小的貢獻、，即只與純組分的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有關(guān)，與其他分子存在無關(guān)。計算ic 需要的數(shù)據(jù)是所涉的基團的qk 和rk 值，這類微觀參數(shù)可查閱化工數(shù)據(jù)（馬沛生 著）第244頁表8-5 unifac基團體積和表面積參數(shù)。通過此種方法計算各組分

43、活度系數(shù)。組分（1），含有以下基團： 1個 1個 1個 4個 3個組分（2），含有以下基團：1個 1個 1個 3個 2個 2個 組分（3），含有以下基團：1個 1個 2個 2個 3個組分（4），含有以下基團：1個 3個 3個 1個 1個 1個組分（5），含有以下基團：1個 2個 3個 1個 1個組分（6），含有以下基團： 個個個個個組分（7），含有以下基團：個個個個個對于各組分，通過查表計算如下：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)-

44、(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+20.9011=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=10.54

45、3+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)-(6.032-1)=-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+5

46、0.9011+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+40.540=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

47、=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=5.8280.0313/(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.

48、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)=0.3483=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