全 文 ：王贤书，王 勤，施建南． 山苍子油减压连续精馏分离提纯柠檬醛的工艺模拟［J］． 江苏农业科学，2012，40(9) :237 － 240．
山苍子油减压连续精馏分离提纯柠檬醛的工艺模拟
王贤书，王 勤，施建南
(贵阳中医学院药学系，贵州贵阳 550002)
摘要:应用 Aspen Plus软件对山苍子油减压连续精馏分离柠檬醛的工艺进行了模拟。在考虑各组分特性的基础
上，首先设计了分离工艺流程;然后采用 DSTWU简捷法模型对精馏装置进行了设计和计算，得到了各塔的塔板数、回
流比和温度等操作参数;最后采用 RadFrac严格模型对精馏塔进行了验证，并就相关工艺参数进行了灵敏度分析，讨
论了理论塔板数、回流比、馏出量等参数对精馏的影响。在优化条件下，可以将柠檬醛质量分数提高到 98． 10%，柠檬
醛总收率为 93． 82%。
关键词:山苍子油;柠檬醛;减压精馏;模拟
中图分类号:TQ028． 4 文献标志码:A 文章编号:1002 － 1302(2012)09 － 0237 － 03
收稿日期:2012 － 02 － 10
基金项目:贵州省科学技术基金(编号:黔科合 J字［2011］2063 号)。
作者简介:王贤书(1977—) ，女，贵州遵义人，硕士，讲师，主要从事制
药化工原理教学和药物分离过程模拟与优化研究。E － mail:
xianshu913@ sina． com。
山苍子［Litsea cubeba (Lour．)Pers．］，别名山胡椒、木姜
子，为樟科木姜子属的落叶灌木或小乔木［1］。山苍子在我国
广泛分布于长江以南的广西、广东、福建、江西、江苏、浙江、湖
南、云南、贵州、四川等省(区) ，从山苍子果实中提取的挥发
油(山苍子油)具有显著抗菌、祛痰、抗心率失常等作用，其主
要成分是柠檬醛(包括 β －柠檬醛、α －柠檬醛)。柠檬醛是香
料工业、制药工业的重要原料，主要被用于合成紫罗兰酮系列
高档香料产品、维生素 A、叶绿醇等，柠檬醛还具有广谱抗菌
作用，在临床应用、食品防霉、保鲜以及粮食作物杀虫杀菌、消
除黄曲霉素中应用广泛［2］。我国山苍子资源丰富，是山苍子
油生产及出口大国。山苍子油成分复杂，主要是萜、烯、醛、
酮、醇类，以萜类含量最高，这些化合物沸点高，属热敏性物
质。目前从山苍子油分离提取柠檬醛的方法主要有减压精馏
法［3］和分子蒸馏法［4 － 5］。分子蒸馏法对设备和密封性要求较
高，分子蒸馏过程的蒸发量要比传统蒸馏过程小，单级蒸发器
只具有一级理论塔板数，不适用于对分离纯度要求很高的物
系过程［6］。为了从天然芳香油中提取得到高纯度单离香料
柠檬醛，解决工业生产上难以获得高含量(﹥ 97%)柠檬醛的
难题，本研究引入化工流程模拟软件 Aspen Plus 对山苍子油
建立精馏分离模型，进行了工艺模拟计算，旨在为获得高纯度
柠檬醛产品的分离工艺设计提供理论依据。
1 材料与方法
1． 1 材料
研究样品为贵州省安顺地区产山苍子挥发油，表 1 给出
了贵州大学理化分析测试中心通过气相色谱 －质谱联用仪
(GC － MS)测定的该样品主要成分及含量。
表 1 山苍子油主要化学组分及其理化性质
组分名称 分子式 相对分子质量
相对含量
(%)
常压沸点
(℃)
相对密度
(kg /m3)
折光率
(n20)
α －蒎烯(α － pinene) C10H16 136 2． 57 155 ～ 160 858． 0 ～ 860． 0 1． 464 5 ～ 1． 465 5
β －蒎烯(β － pinene) C10H16 136 1． 38 164 ～ 166 864． 0 ～ 872． 0 1． 476 0 ～ 1． 481 0
甲基庚烯酮(methy heptenone) C8H14O 126 4． 83 173 865． 6 1． 440 0
月桂烯(myrcene) C10H16 136 3． 92 166 ～ 168 801． 3 1． 465 0
d －柠檬烯(d － limonene) C10H16 136 9． 85 175 ～ 176 842． 0 1． 472 3
香茅醛(citroncilal) C10H18O 154 2． 12 205 ～ 208 851． 0 1． 446 0
α －松油醇(α － terpineol) C10H18O 154 0． 76 214 ～ 299 923． 0 1． 485 0
β －柠檬醛(β － citral) C10H16O 152 33． 56 228 ～ 229 897． 2 1． 489 1
香叶醇(Geraniol) C10H18O 154 1． 38 229 878． 0 1． 468 0
α －柠檬醛(α － Citra) C10H16O 152 39． 63 228 ～ 230 889． 8 1． 489 1
1． 2 分离要求
柠檬醛纯度 ＞ 98． 0%，柠檬醛回收率 ＞ 90． 0%。
1． 3 工艺流程设计
采用 Aspen Plus软件得到低压条件(5 kPa)下山苍子油
中其他主要成分与柠檬醛的气液组成关系(图 1)。由图 1 可
见，当压力为 5 kPa时，比柠檬醛易挥发的组分与柠檬醛的气
液相平衡曲线出现在对角线右下角，由平衡曲线偏离对角线
的程度可得:轻组分和柠檬醛分离的难易程度依次为香茅醛、
d －柠檬烯、甲基庚烯酮、β －蒎烯、月桂烯、α －蒎烯;α －松油
醇。香叶醇比柠檬醛更难挥发，其与柠檬醛的气液相平衡曲
线出现在对角线左上角［7］。从图 1 还可以看出，α －松油醇
与柠檬醛形成了具有正偏差的非理想溶液，这与赖寿永等在
测定柠檬醛与重组分气 －液相平衡时发现的共沸点结果［8］
一致，验证了 Aspen Plus软件模拟结果的可靠性。
—732—江苏农业科学 2012 年第 40 卷第 9 期
DOI:10.15889/j.issn.1002-1302.2012.09.018
根据山苍子油各组分含量及其和柠檬醛气液相的平衡关
系，从山苍子油中分离柠檬醛主要是除去比柠檬醛易挥发的
轻组分和比柠檬醛难挥发的重组分，为此本研究建立两塔串
联精馏系统，可将柠檬醛含量提高到 98%。首先将山苍子油
原料通过 T1 精馏塔分离提纯，从塔顶得到比柠檬醛易挥发的
轻组分，从塔底得到柠檬醛和比柠檬醛难挥发的组分。将 T1
精馏塔塔底出料作为 T2 精馏塔进料，分离提纯后在塔顶得到
含量为 98%的柠檬醛组分，塔底得到比柠檬醛难挥发的重组
分。分离流程如图 2 所示。
2 柠檬醛减压精馏分离系统的模拟和优化
2． 1 物性方法选择及数据估算
物性方法的选择将直接影响计算结果精确度，是流程模
拟的关键，Aspen Plus软件提供了几十种气 －液、液 －液相平
衡计算方法和多种传递性质方法，适于各种物性体系计算。
一般减压精馏分离过程中的气 －液相平衡通过活度系数法计
算，其中改进基团贡献法(UNIFAC － DMD)［9］是重要方法之
一，该方法可以很好地表达含有各种非电解质如烃、酮、酯、醛
和醇等成分的混合物的气 －液和液 －液相平衡［10］，是目前预
测相平衡最准确的方法［11］，所以本研究选择 UNIFAC － DMD
物性方法进行计算。
山苍子油是多组分体系，其中有些组分的物性参数在
Aspen数据库中未被包含，因此须运用 Aspen Plus 软件中的
Properties Estimation模块进行物性估算，然后进行流程运算。
2． 2 模拟条件
T1 精馏塔采用全凝器，进料量为 140 kg /h，进料温度为
25 ℃，进料压力为 10 kPa，塔顶操作压力为 3 kPa。T2 精馏塔
采用全凝器，塔顶操作压力为 1 kPa。
2． 3 精馏塔简捷设计
通过 Aspen Plus 软件中的简捷法蒸馏设计模块
(DSTWU)可以确定最小回流比、最小理论板数;用 Winn －
Underwood － Gilliland 方法可得到实际回流比、实际塔板数。
根据分离流程中各塔作用和各目的产品纯度要求，设定各塔
回收率，进行简捷设计估算。轻关键组分、重关键组分回收率
设定见表 2。
表 2 各塔分离要求设定值
塔名 轻关键组分回收率 重关键组分回收率
T1 0． 99(香茅醛) 0． 01(柠檬醛)
T2 0． 95(柠檬醛) 0． 10(香叶醇)
在确定各塔轻关键组分、重关键组分回收率的基础上，利
用 Aspen Plus软件计算可得各塔最小回流比、最小理论塔板
数及规定回流比所需实际理论塔板数，也可初步得到进料位
置、塔顶馏出量及冷凝器、再沸器的热负荷等(表 3)。
表 3 各塔操作参数计算结果
塔名 最小回流比 实际回流比
最小理论塔
板数(块)
实际理论塔
板数(块)
进料板位置
(块)
冷凝器负荷
(kW)
再沸器负荷
(kW)
塔顶温度
(℃)
塔釜温度
(℃)
塔顶出料与
进料比值
T1 0． 82 0． 87 14 60 30 6． 19 13． 40 65． 25 144． 23 0． 28
T2 2． 94 3． 29 28 60 31 41． 30 38． 24 88． 57 138． 90 0． 93
2． 4 严格法核算及灵敏度分析
因简捷法计算结果仅为估算，尤其是对于非理想多组分
混合物准确性不高，须利用严格法模型(RadFrac)进行准确
模拟计算。将简捷法得到的塔顶馏出量、回流比、理论板数输
入到严格法模型中，二者计算结果常有一定出入，这时须调整
回流比或理论板数，使塔顶、塔底的组成符合设计要求。通过
灵敏度(sensitivity)分析回流比、理论板数及塔顶馏出量与柠
檬醛质量分数和回收率的关系，即可确定回流比、理论板数、
塔顶馏出量等操作参数。本研究以 T2 精馏塔为例进行灵敏
度分析和操作参数选择，结果分别见图 3、图 4、图 5。
由图 3 可知，随着理论塔板数增加，塔顶柠檬醛质量分数
逐渐稳定。当理论塔板数大于 30 块时，塔顶柠檬醛质量分数
达到 ＞ 98%的要求，由于热敏性物质在塔内停留时间较短，在
较小回流比情况下，必然需要较多的理论塔板数，因此取该塔
理论塔板数为 60 块。
由图 4 可知，随着回流比增大，塔顶柠檬醛质量分数逐渐
增加，再沸器热负荷也呈大幅度直线上升。当回流比大于 2
时，达到了塔顶柠檬醛质量分数要求。为减少热敏性物质在
塔内停留时间，降低冷凝器和再沸器热负荷，应在保证产品质
量的前提下降低回流比，因此将该塔回流比定为 2。
—832— 江苏农业科学 2012 年第 40 卷第 9 期
由图 5 可知，随着馏出量增加，塔顶柠檬醛质量分数和总
回收率都不断增大。合适馏出量应控制在 98 kg /h。优化操
作参数后，塔顶产品柠檬醛质量分数达 98． 10%，柠檬醛总回
收率为 93． 82%。
2． 5 塔板温度变化情况
图 6 给出了 T2 塔板温度变化情况，从冷凝器到再沸器温
度逐渐增大，原因是塔板温度分布与液体组成和压力分布密
切相关［12］。柠檬醛是一种热敏性物质，柠檬醛在 180 ℃以下
较为稳定，一般不引起分解和氧化反应［3］。因此采用减压精
馏法分离柠檬醛时须将精油沸点控制在 180 ℃以下。由图 6
可见，在减压条件下当塔顶温度从 89 ℃升到塔底温度 141 ℃
时，都能满足柠檬醛不被分解的温度条件。
2． 6 计算机模拟结果
通过简捷法估算、严格法核算、灵敏度分析后，根据各塔
优化的理论塔板数和回流比操作参数，模拟出精馏分离系统
各塔相关物流的流量、温度、压力及各组分质量分数等参数
(表 4)。
表 4 柠檬醛减压精馏分离系统各塔相关物流模拟结果
物流
质量流量
(kg /h)
温度
(℃)
压力
(kPa)
各组分质量分数(%)
α －蒎烯 β －蒎烯甲基庚烯酮 月桂烯 d －柠檬烯 香茅醛 α －松油醇 β －柠檬醛 香叶醇 α －柠檬醛
F 140 25． 00 10． 0 2． 57 1． 38 4． 83 3． 92 9． 85 2． 12 0． 76 33． 56 1． 38 39． 63
D1 40 67． 21 3． 0 8． 99 4． 83 16． 91 13． 72 34． 48 7． 38 0． 25 6． 15 0． 02 7． 27
W1 100 143． 91 8． 9 0 0 0 0 0 0． 02 0． 96 44． 52 1． 92 52． 58
D2 98 88． 60 1． 0 0 0 0 0 0 0． 02 0． 98 44． 98 0． 90 53． 12
W2 2 141． 14 6． 9 0 0 0 0 0 0 0． 08 22． 04 51． 86 26． 00
3 结论
根据山苍子油中各组分特性，设计了两塔减压连续精馏
系统分离高纯度柠檬醛的工艺流程，分离后柠檬醛纯度达
98． 10%，回收率达 93． 82%，满足分离要求。
应用化工模拟软件 Aspen Plus 对柠檬醛分离系统进行了模
拟，得到了各塔理论板数、进料板位置、回流比、馏出量等设计参数。
对各塔进行了灵敏度分析，得到了相关物流的流量、温
度、压力、各组分质量分数等理论数据;通过分析精馏塔的精
馏过程，探讨了塔内各平衡级上的温度变化及影响因素。
利用 Aspen Plus软件可以对从山苍子油中减压连续精馏
分离高纯度柠檬醛的工艺模拟优化，此方法可以推广到其他
天然产物应用领域，为天然产物挥发油中单体化合物的分离
提纯提供理论依据。
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(下转第 240 页)
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櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄
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翟建青，刘芝平，韩 燕，等． 辐照酱鸭研究初探［J］． 江苏农业科学，2012，40(9) :240 － 242．
辐照酱鸭研究初探
翟建青，刘芝平，韩 燕，包建忠，王锦荣，陈秀兰，曹 宏
(江苏里下河地区农业科学研究所，江苏扬州 225007)
摘要:以60Co γ射线辐照酱鸭真空包装制品，研究辐照对酱鸭杀菌效果及营养成分的影响。结果表明:辐照对酱
鸭灭菌效果明显，综合考虑辐照后酱鸭的外观、口感及营养品质等因素，采用 6 kGy剂量对酱鸭真空包装制品进行辐
照最佳，不仅能有效控制酱鸭中的细菌数，而且对酱鸭蛋白质、脂肪等营养指标影响很小，色、香、味等感官性状良好，
辐照后于(25 ± 0． 5)℃下贮藏的产品保质期可达 90 d。
关键词:酱鸭制品;辐照保质;营养品质
中图分类号:TS251． 6 + 1 文献标志码:A 文章编号:1002 － 1302(2012)09 － 0240 － 03
收稿日期:2012 － 02 － 14
作者简介:翟建青(1976—) ，男，河北晋州人，助理研究员，主要从事
辐照技术的应用和研究工作。E － mail:zhjqhn@ 126． com。
通信作者:曹 宏，男，副研究员，主要从事辐照技术的应用和研究工
作。E － mail:ch88188@ 163． com。
致谢:感谢杨鹤峰研究员、沈庆康研究员、蒋云升教授对本研究工作
的指导!
鸭肉是一种美味佳肴，为餐桌上的上乘肴馔，是各种美味
名菜的主要原料。鸭肉营养价值高，蛋白质含量比畜肉的蛋
白质含量高得多，脂肪含量适中且分布较均匀，含有丰富的维
生素、微量元素，并具有低脂肪、低胆固醇的特点，因而鸭肉也
是人们进补的优良食品。用鸭肉制成的酱鸭、烤鸭、香酥鸭等
产品工艺精湛、风味独特，深受广大消费者欢迎;但是该类产
品多以即食加工为主，保质期短，很难满足消费者长期贮藏的
要求。
食品辐照是利用射线照射食品，对食品进行杀虫、消毒、
杀菌、防霉等处理，达到延长保藏时间、提高食品质量目的的
操作过程，是一种可在常温下进行物理杀菌的高效、节能、安
全、清洁的绿色加工方法，在保持产品原有色、香、味的条件
下，能有效杀灭致腐、致病菌等微生物，提高食品的卫生质量，
延长保质期。本试验以酱鸭为试材，初步探索了辐照对酱鸭
保质期和营养品质的影响。
1 材料与方法
1． 1 材料
以市售检验检疫合格的樱桃谷鸭为原材料，参照文献
［1］，自行加工酱鸭样品，并进行真空包装。
1． 2 辐照处理
辐照处理在江苏里下河地区农业科学研究所扬州辐照中
心进行，辐射装置为60 Co源 γ射线装置，采用动态模式进行辐
照，每处理重复 3 次，辐照剂量分别设定为 0、3、6、9 kGy。
1． 3 指标测定与方法
辐照结束后于(25 ± 0． 5)℃条件下贮藏 30、60、90 d，并
进行菌落总数、pH值、水分含量、水分活度、营养成分、感官品
质等指标测定。
细菌菌落总数按国家标准 GB /T 4789． 02—2003 进行测
定;pH值按酸度计电极电位法测定;水分含量按直接干燥法
测定;Aw值按水分活度仪直接法测定;粗蛋白含量按微量凯
氏定氮法测定;粗脂肪含量按索氏抽提法测定［2］;氨基酸含
量按 GB /T 14965—1994 茚三酮比色法进行测定;TBA值按参
考文献［3］所述方法测定;感官品质评价采用评分法，其中 9
分表示很好，6 分以上为正常可以接受，5 ～ 6 分为基本可以接
受，5 分以下为不可接受，1 分为很差。
1． 4 数据统计处理
试验数据用 Excel 进行初步整理与计算，数据分析采用
SPSS 12． 0 统计软件进行。
2 结果与分析
2． 1 辐照对菌落总数的影响
采用国家标准 GB /T 4789． 02—2003 对样品进行微生物
测定，辐照处理后样品均未检测出大肠菌群、肠管致病菌和致
病性球菌，菌落总数检测结果见表 1。根据表 1，用 Excel 对
数值进行处理，得到不同剂量辐照后贮藏期与菌落总数变化
趋势图(图 1)。
—042— 江苏农业科学 2012 年第 40 卷第 9 期