全 文 ：研究报告
从山苍子油中提取柠檬醛的研究与流程设计
吴松海　贾绍义
(天津大学化工学院　天津　300072)
曾林久　李良龙
(国营建中化工总公司香料厂　宜宾　644000)
Study and Design on Refining Process of Citral from Litsea Cubeba
Wu Songhai　Jia Shaoyi
(School of Chemical Engineering , Tiangjin Univ., 　Tianjin　300072)
Zeng Linjiu　Li Lianglong
(Perfumery Plant of National Jian Zhong Chemical Engineering Company , 　Yibin　644000)
Abstract
The refining process o f citral product from natural litsea cubeba was studied by means of v acuum ba tch distillation.The
distillatory curve and suitable operating conditions of the refined process are obtanined and the design of industrial technolog ical
process is based on the studied results.The study and design results are v aluable for commercial design.
Key words:litsea cubeba　citral　vacuum batch distillation　packing tower
摘要
采用减压间歇精馏方法 ,对从天然产物山苍子油中提取柠檬醛产品的精制过程进行了研究。通过研究 , 获得了该精
制过程的精馏曲线和适宜操作条件 ,并根据研究结果进行了工艺过程的初步设计。该研究及初步设计结果对工程设计
具有参考价值。
关键词:山苍子油　柠檬醛　间歇精馏　填料塔
　　柠檬醛是合成香料及制药工业的中间体 ,主要
用于合成高档香料紫罗兰酮系列产品和药品维生
素A 、叶绿醇等 ,亦用于调配柠檬香精 、柑橘香精和
复合果香香精等 ,在日化和食品行业用途广泛。
柠檬醛通常是从山苍子油中提取 ,亦可由 β
-蒎烯 、异戊间二烯进行化学合成而得 ,目前 ,国
内多采用前者生产柠檬醛 。山苍子是一种天然产
物 ,我国的山苍子资源丰富 ,主要分布在云南 、四
川 、贵州 、广西 、湖南等地。传统的生产方法是先
用水蒸气蒸馏法从山苍子鲜果中抽提出山苍子油
(其中含柠檬醛 55 ～ 85%),然后再用化学法提取
柠檬醛产品[ 1] 。用化学法提取柠檬醛产品 ,其工
艺流程长 、产品收率低 ,且化学试剂对产品的香气
有一定的影响 。近年来 ,出现了关于用精馏方法
从山苍子油中提取柠檬醛产品的研究报导[ 2] ,但
报导极少 ,且研究得不够充分 。为此 ,本文采用减
压间歇精密精馏方法 ,对从山苍子油中提取柠檬
醛产品的过程进行了系统的研究 。通过研究 ,获
得了精馏曲线和精制过程的适宜操作条件 ,并根
据研究结果进行了工艺过程的初步设计 。
1　实验研究
1.1　实验装置与流程
山苍子油为热敏性物系 ,受热易氧化和聚合 ,
为此本实验研究采用了减压间歇精馏方法。实验
主要装置有:精馏塔 ,内径 Υ25mm ,内装2.5×2.5
mm 不锈钢θ环填料;精馏釜 ,容积 500ml ,采用油
　收稿日期:2001-01-02
—1—
第三期
二★★一年六月
香料香精化妆品
FLAVOUR FRAGRANCE COSMETICS
No.3
June , 2001
浴加热 ,加热总功率 2.0kW ,通过调压器调节加
热功率;冷凝器 ,球泡式 ,换热面积 0.05m2 。真空
泵 ,抽气速率 2L/ s ,极限真空 20Pa(绝压)。实验
流程如图 1所示 。
图 1　实验流程图
1.精馏釜;2.油浴;3.填料塔;4.冷凝器;5.采集接收器;
6.温度计;7.回流比调节器;8.压力计;9.真空泵;10.调压器
1.2　实验原料
实验所用原料由国营建中化工总公司香料厂
提供 ,原料组成如下:
轻组分:22.11%(w t%,下同)
柠檬醛:75.68%
重组分:2.21%
1.3　实验方法
实验中 ,根据物系的特点 ,采用了变回流比的
间歇精馏技术[ 3] 。实验的目的是根据产品的纯
度和收率的要求 ,确定出适宜的填料层高度 、塔顶
操作绝压及各阶段所采用的回流比 。
实验开始时 ,先采用全回流操作 ,使塔内尽快
建立起浓度梯度和温度梯度 ,待塔顶温度稳定后 ,
即可按所确定的回流比采出物料。根据原料组成
和分离要求 ,将塔顶馏出分为以下几个阶段:第一
阶段采出前馏分 ,要求其中的柠檬醛含量≤3%;
第二阶段采出过渡馏分 ,要求其中的柠檬醛含量
≤60%,该馏分集中收集后再返回精馏塔以回收
其中的柠檬醛;第三阶段采出柠檬醛产品 ,要求其
中的柠檬醛含量≥95%;第四阶段采出后馏分 ,该
馏分集中收集后亦返回精馏塔以回收其中的柠檬
醛;最后少量柠檬醛和重组分残留在精馏釜内 ,实
验结束后取出。
实验中 , 分别采 用了 900mm 、 1100mm 、
1500mm三个填料层高度和 900Pa、700Pa、500Pa
三种塔顶绝压 。通过实验 ,得出各操作条件下柠
檬醛产品的纯度和收率 , 然后按产品纯度(≥
95%)、收率(一次收率≥50%)要求 ,并结合工程
实际情况确定出适宜的填料层高度 、塔顶操作绝
压及各阶段所采用的回流比。
1.4　实验研究
1.4.1　适宜操作条件
通过实验 ,确定出用间歇精馏方法从山苍子
油中提取柠檬醛产品过程的适宜操作条件 ,见表
1。在该条件下 ,柠檬醛产品的纯度为 95.21%,
一次收率为 51.8%,满足生产工艺要求。
表 1　适宜操作条件
馏出物阶段 回流比 塔顶绝压(Pa) 填料层高度(mm)
1
2
3
4
1～ 2
5～ 6
0.5～ 1
0
500 1100
1.4.2　精馏曲线
精馏曲线对多组分物系间歇精馏过程的操作
具有一定的指导作用 。本文将适宜操作条件下的
实验数据绘成塔顶馏出物柠檬醛质量百分数 —时
间 t 、塔顶温度 T —时间 t 两组精馏曲线 ,如图 2 、
图 3所示 。
图 2　塔顶馏出物柠檬醛质量
百分数随时间的变化曲线
图 3　塔顶温度随时间的变化曲线
2　工艺过程设计
2.1　生产工艺流程的设计
该精馏过程属热敏性物系的分离 ,物料受高
温易分解和聚合 。根据上述特点 ,设计出生产工
—2—
第三期 从山苍子油中提取柠檬醛的研究与流程设计 总第六十六期
艺流程如图 4所示。
图 4　生产工艺流程图
1.原料罐;2.精馏釜;3.降膜蒸发器;4.精馏塔;5.塔顶冷凝器;6.塔底冷凝器;7.捕集器;8.前(后)馏分接收罐;9.过渡馏分接
收罐;10.柠檬醛产品罐;11.主真空系统;12.辅真空系统;13.回流比调节器
　　在生产工艺流程设计过程中 ,主要注意了以
下几点:
(1)由于该系统为高真空度的减压精馏过程 ,
为减少物料损失和保护真空泵 ,在冷凝器后设置
了真空捕集器。
(2)在流程中设置辅助真空系统 ,与各接收罐
等设备相连。当需切换接收罐等设备时 ,先用辅
助真空系统抽真空 ,使该设备的真空度与系统的
真空度相近 ,然后再切入系统 ,这样 ,可维持精馏
塔真空度的稳定 。
(3)因山苍子油属热敏性物系 ,为防止物料过
热 ,采用降膜蒸发器进行加热 ,维持物料与加热介
质的温差在 15℃以内 ,以实现低温差传热 。
(4)在流程中设置了塔底气相出料口和塔底
冷凝器 ,当采出后馏分时 ,关闭塔顶冷凝器后的真
空阀门 ,开启塔底冷凝器后的真空阀门 ,使塔内上
升蒸汽由塔底侧线采出 ,以加快采出速度和降低
塔釜温度 。
2.2　填料塔的设计计算
2.2.1　塔径计算
间歇精馏过程为非稳态过程 ,除温度 、压力等
参数随时间变化外 ,塔内的气液负荷也随着馏出
组分的变化而变化。因此 ,在计算塔径时 ,应考虑
气液负荷的变化 ,按不同的馏出阶段分别进行。
计算时 ,先按设计要求定出间歇精馏操作周期 ,根
据产量要求 ,求出每个周期的产品量和需处理的
原料量 。然后 ,由试验得出的各馏分的数量及馏
出时间比例 ,计算出采出速率 D ,再依据下列公
式计算塔径:
V =(R +1)D (1)
VS = V
3600ρ
G
(2)
u = Fρ
G
(3)
d = 4 VSπu (4)
　　式中 ,D 为塔顶采出速率 ,单位 kg/h;R 为回
流比;V 为气相质量流率 , kg/h;ρ
G
为气相密度 ,
kg/m3;Vs 为气相体积流率 , m3/ s;F 为气相动能
因子 ,(m/s)(kg/m3)0.5;u 为空塔气速 ,m/ s;d 为
塔径 ,mm 。
按上述公式计算出馏出各馏分的塔径后 ,取
较大者作为设计塔径 。
2.2.2　填料层高度计算
填料层高度 Z 的计算采用等板高度法[ 4] ,计
算公式为:
　　Z =HETP·N T (5)
式中 , HETP 为填料层的等板高度 , m;N T
为达到分离要求所需的理论板数。山苍子油属高
沸 、热敏性物系 ,分离难度较大 ,达到分离要求所
需的理论板数较多 ,且塔内气液负荷变化较大。
这就要求所选用的填料除分离效率高外 ,还应有
较大的操作弹性。CY型金属丝网波纹填料的特
性是分离效率高 ,操作弹性大[ 5] ,为此 ,设计中选
用CY700型金属丝网波纹填料。由手册[ 6]查出
该填料的等板高度 HETP 数据后 ,再由实验所得
的达到分离要求所需的理论板数 N T 即可计算出
所需的填料层高度。
设计所采用的填料层高度 Z′依据下式[ 7]得
出:
　　　　Z′=1.3　Z (6)
根据上述设计方法 ,对国营建中化工总公司
香料厂的 300吨/年柠檬醛项目的精馏系统进行
—3—
香料香精化妆品 二★★一年六月
了设计 ,该项目已建成投产。生产情况表明:实际
生产中的操作条件与本研究基本相同 ,生产能力
及产品的纯度均达到设计要求 。
3　结　　论
(1)采用减压间歇精馏方法对山苍子油进行
精制可以得到高纯度的柠檬醛产品 ,该方法较化
学提取法工艺流程缩短 ,生产成本降低 ,具有一定
的经济效益。
(2)本研究结果及设计方法合理可靠 ,得到了
实际生产的验证 。
参考文献
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1995:672
(上接第 6 页)
表 2　六甲基茚满(HMI)乙酰化试验结果
序号 HMI(g)
CH3COCl
(g)
AlCl3
(g)
粉檀麝香
(g)
产率
(%)
1 34.0 15.0 25.0 26.1 84.6
2 34.0 15.0 25.0 25.6 84.0
3 34.0 15.0 25.0 24.8 84.2
　＊HMI 乙酰化反应的平均收率为:84.3%
　　由对异丙基甲苯与原料烯生成茚满时 ,可以
有五种茚满同系物生成 ,它们都可以乙酰化生成
相应的酰化产物:
以上五种同系物 ,由于结构相似 ,所以沸点都
很相近 ,一般精馏法亦难以分开。其中只有(c)没
有香气;(a)为粉檀麝香主产品 ,常温下呈固体结
晶状态 ,香气最为强烈和细腻;(b)熔点为 31 ～
32℃,香气较(a)为淡;(d)常温下呈液体状态 ,有
弱的粉檀麝香香味;(e)常温下呈固体结晶状态 ,
熔点为 61 ～ 62℃,有麝香和木香香气 ,但香气相
对最弱。
由于(b)和(d)常温下呈液体状态 ,据文献报导
两种同系物约占茚满酰化产物的 30%左右 ,香气
虽不及正品粉檀麝香那样强烈和细腻 ,但在调香上
仍有应用价值 ,故一般作为液体粉檀麝香出售。
参考文献
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