全 文 ：短程蒸馏山苍子油提纯柠檬醛的应用研究
沙　勇 ,肖宗源 ,吐　松
(厦门大学化学化工学院化学工程与生物工程系 ,福建 厦门 361005)
摘要:研究了短程蒸馏技术分离提纯山苍子油中柠檬醛的工艺条件 ,通过改变短程蒸馏的加热温度和蒸馏压力 ,以调整短
程蒸馏馏余物收率和柠檬醛浓度。通过定量调查馏出物收率与馏出物中柠檬醛质量分数的相互关系 ,以及馏余物收率与馏余
物中柠檬醛质量分数的相互关系 ,探讨了馏余物收率对短程蒸馏山苍子油提纯柠檬醛分离效果的影响;从馏余物收率与柠檬醛
收率的相互影响关系出发,并结合目前山苍子油中分离柠檬醛的实际工业生产状况和市场状况 ,获取了使用短程蒸馏山苍子油
分离柠檬醛的适当馏余物收率及操作状况。
关键词:短程蒸馏;分离;柠檬醛;山苍子油
中图分类号:TQ028.16;R284.2　 文献标识码:A　 文章编号:0253-4320(2008)S2-0298-03
Application study on refining citral from Litsea cubeba oil by the short-path
distillation technology
SHA Yong , XIAO Zong-yuan , TU Song
(Department of Chemical and Biochemical Engineering , College of Chemistry and Chemical Engineering ,
Xiamen University , Xiamen 361005 , China)
Abstract:Technical conditions for refining citral from Litsea cubeba oil by short-path distillation are investigated through
experiments.The residue yield of the short-path distillation and the mass fraction of citral in the residue are adjusted by changing
either the heating temperature or the distillation pressure.Influence of the residue yield on separation effect of citral is discussed
by comparing the residue yield with the citral concentration in the residue and comparing the distillate yield with the citral
concentration in the distillate.Moreover , the citral yield in the short-path distillation is compared with the residue yield in order
to recover citral as more as possible.Through combining the experimental results with the current production and market of the
commercial citral , the optimal conditions and the residue yield of the short-path distillation for obtaining high-purity Citral are
determined.
Key words:short-path distillation;separation;citral;Litsea cubeba oil
　收稿日期:2008-07-23
　作者简介:沙勇(1971-),男 ,博士 ,副教授 ,主要从事分离工程方面的研究 ,ysha@xmu.edu.cn。
　　山苍子 ,樟科木姜子属落叶小乔木 ,又名山胡
椒 ,是中国独有的野生天然香料植物 ,主要分布我国
南方地区 ,其果实通过蒸汽蒸馏获取的山苍子油 ,是
国际十大天然精油之一。中国目前是世界上山苍子
油最大的生产国和出口国[ 1] 。山苍子油的主要有效
成份是柠檬醛 ,化学名为 3 ,7-二甲基-2 ,6-辛二烯-1
-醛[ 2] ,柠檬醛是香料工业 、制药工业中极为重要的
原料[ 3] 。柠檬醛有反式异构体香叶醛(又称 α柠檬
醛)及顺式异构体橙花醛(又称 β柠檬醛)2 种异构
体 ,一般情况下柠檬醛是指上述 2种异体物的混合
物 ,其化学性质不稳定 ,高温下易环化和聚合 。
目前我国从山苍子油中分离提取柠檬醛的方
法 ,主要有化学法和减压蒸馏法 。化学法工艺流程
长 ,工艺条件严格 ,收率低 ,原料消耗大 ,碱液污染
大 ,因此大规模工业生产一般不采用[ 4] 。目前广泛
使用的减压蒸馏法 ,往往使用大回流比和较多理论
板数的蒸馏塔 ,致使设备投资和能量消耗较高;在真
空条件下塔温仍在 393 K 以上 ,山苍子油易发生反
应 ,颜色变深 , 影响产品外观 ,不易获取质量分数
95%以上合格的柠檬醛产品[ 5] 。目前中国市场上市
售山苍子油柠檬醛质量分数在 50%～ 80%,仅能以
较低的价格作为初级原料产品出售 。笔者利用短程
蒸馏能耗低 、物料加热温度低和停留时间短的特
点[ 6-7] ,以避免减压蒸馏能耗高 、不易获取合格质量
高纯度柠檬醛的缺点 ,研究了从山苍子油中提纯柠
檬醛的短程蒸馏工艺条件 。
1　实验原理与方法
短程蒸馏是一种新型的液-液混合物分离技
术 ,其在高真空度下操作 ,操作温度低;其技术通过
使加热面上易挥发组分加热蒸发直接抵达冷凝面进
行冷凝 ,从而使易挥发组分与停留在加热面上的难
·298·
Oct.2008 现代化工 第 28卷增刊(2)
Modern Chemical Industry 2008年 10月
挥发组分得以分离。短程蒸馏蒸发速度快 ,操作温
度低 ,物料在设备内停留时间短 ,特别适合处理热敏
性的天然产物[ 8] 。
实验采用已经实现工业化应用的旋转刮膜式短
程蒸馏器 ,型号汉维 MD-S80。刮膜式短程蒸馏器
可以连续进行分离操作 ,生产能力大 ,适合工业生
产。实验用短程蒸馏器结构如图 1所示 ,物料从短
程蒸馏器上部的进料口进入蒸馏器 ,在可调速电机
通过传动轴驱动的刮膜装置作用下 ,分布于短程蒸
馏器由热夹套加热的壁面 ,形成均匀的液膜 ,液膜厚
度一般为 0.1 ～ 1 mm;刮膜装置同时使沿加热面向
下流动的液层得到充分搅动 ,可大大强化传热和传
质过程 。在物料向下流动的加热过程中 ,物料中的
轻组分不断被蒸发出来 ,在内置冷凝器上冷凝后流
到底部汇集后 ,由馏出物出料口排出短程蒸馏装置;
重组分则沿着加热面流到底部的残渣收集槽后 ,由
馏余物出料口排出短程蒸馏装置。
1—传动轴;2—热媒;3—刮膜装置;4—冷凝器;
5—馏余物收集槽;6—电机;7—热夹套
图 1　短程蒸馏器示意图
实验用短程蒸馏装置的物料蒸发加热温度由热
媒温度控制 ,实验采用的热媒为温度可调的恒温导
热油;馏出物冷凝温度由冷却介质温度控制 ,实验采
用的冷却介质为 3℃的恒温水;短程蒸馏器真空出
口连接往复式真空泵 ,蒸馏器内部最低绝对压力可
为10 Pa 。
实验时首先建立冷却介质及热媒循环 ,开启真
空泵 ,待系统设定温度 、压力稳定后 ,由高位槽通过
蒸馏器进料口计量进料 ,启动刮膜装置 ,即可由馏出
物 、馏余物出料口获取产品。
山苍子油及分离后产品的化学组成及含量采用
气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)进行分析 ,由于山
苍子油为天然产物 ,由数十种化合物构成 ,故主要针
对目标产品柠檬醛的含量进行分析 。实验使用的山
苍子油购自福建三明 ,浅黄色 ,经 GC-MS 分析 ,柠
檬醛质量分数为 80.3%。
2　结果与讨论
在山苍子油进料流量为10 mL/min 、刮膜转速为
300 r/min操作条件下 ,通过调整短程蒸馏加热温度
及蒸馏压力 ,可以调节蒸出的馏出物量 ,通过分析柠
檬醛在馏出物及馏余物中的质量浓度 ,可以定量了
解短程蒸馏山苍子油的柠檬醛分离效果 。实验采用
的加热温度范围为 308 ～ 333 K , 蒸馏压力范围为
100 ～ 1 500 Pa;提高加热温度及降低蒸馏压力 ,在同
等进料条件下可增加蒸出的馏出物量[ 9] 。
由于山苍子油通过短程蒸馏被切割分离成馏出
物和馏余物 ,柠檬醛的分离效果同馏出物与馏余物
的切割比有关 ,因此定义馏出物收率为馏出物与进
料的质量比 ,定义馏余物收率为馏余物与进料的质
量比 ,显然 ,馏出物收率与馏余物收率之和为 1。通
过考察馏出物收率 、馏余物收率与柠檬醛在馏出物
及馏余物中质量浓度的关系 ,可以定量分析短程蒸
馏山苍子油的柠檬醛分离效果 。
如图 2所示 ,随着短程蒸馏蒸出量的增加 ,即馏
余物收率减少时 ,馏余物中柠檬醛质量分数的逐渐
增大 ,在馏余物收率为 48%～ 55%时 ,在馏余物中
柠檬醛质量分数在 98%以上 ,获取的高纯度柠檬醛
馏余物为浅黄色的清澈液体 ,柠檬香味浓郁怡人 。
但是随着短程蒸馏蒸出量的增加 ,即馏出物收率增
加时 ,如图 3显示 ,馏出物中柠檬醛质量分数也逐渐
增大 ,意味着原料中的一部分柠檬醛进入到馏出物中。
从图 2 和图 3可知山苍子油中重组分为柠檬
醛 ,其余主要为沸点比柠檬醛低的轻组分化合物 ,
　　(上接第 297页)
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·299·2008年 10月 沙勇等:短程蒸馏山苍子油提纯柠檬醛的应用研究
因此随着蒸出物即馏出物量的增加 ,轻组分化合物
逐渐进入馏出物中。但随着馏出物的增加 ,山苍子
油中沸点比柠檬醛高的组分在馏余物中所占的比例
升高 ,导致图 2 中馏出物收率为 48%时 ,柠檬醛质
量分数较之馏出物收率为 51%时柠檬醛质量分数
要小 ,但是从可获取的馏余物柠檬醛最高质量分数
为98.6%可知 ,山苍子油中沸点高于柠檬醛的更重
组分化合物含量很少 ,因此短程蒸馏山苍子油分离
柠檬醛 ,分离任务主要为将柠檬醛和沸点低于柠檬
醛沸点的轻组分化合物分离。
在获取高纯度柠檬醛的前提下 ,也应保证柠檬
醛的收率 ,即保证尽可能多的柠檬醛经短程蒸馏后
出现在具有最高浓度的馏余物中 ,在本文中柠檬醛
收率定义为馏余物收率×馏余物柠檬醛质量分数/
原料柠檬醛质量分数 。
由图 2和图 3可知 ,尽管随着馏余物收率的减
少 ,在馏余物中柠檬醛浓度提高 ,但是有一部分柠檬
醛进入到馏出物中 ,造成柠檬醛收率的减少 ,图 4即
定量地表明了馏余物收率对柠檬醛收率的影响。尽
管在馏余物收率在 0.5左右 ,可获取柠檬醛质量分
数为98%以上的馏余物产品 ,但是柠檬醛收率为
60%左右。因此应综合图 2 、图 3 、图 4 ,结合目前山
苍子油中分离柠檬醛的实际工业生产状况和市场状
况 ,获取最佳馏余物收率及操作状况。
目前工业分离山苍子油柠檬醛收率的平均水平
为70%,柠檬醛质量分数在 95%以上的柠檬醛成品
主要依赖于进口[ 3] ,由图 2 、图 3可知 ,当馏余物收
率为 60%时 , 此时对应的操作条件为加热温度
　　　　
图 4　馏余物收率对柠檬醛收率的影响
328 K ,蒸馏压力为 230 Pa , 可保证柠檬醛收率在
70%以上 ,馏余物柠檬醛质量分数在 96%以上 ,馏
余物柠檬醛产品作为高端产品 ,有较好的市场定位;
此时馏出物产品中尚含有质量分数为 55%左右的
柠檬醛 ,可作为低端产品出售 。
3　结语
使用短程蒸馏技术分离提纯山苍子油中柠檬
醛 ,实验结果表明 ,当山苍子油原料柠檬醛质量分数
为0.803 、进料流量为 10 mL/min 、刮膜转速为 300
r/min 、加热温度 328 K 、蒸馏压力为 230 Pa 时 ,馏余
物收率为 60%,可保证馏余物柠檬醛质量分数在
96%以上 ,保证柠檬醛收率在 70%以上 ,馏余物柠
檬醛产品可作为高端产品 ,馏出物产品可作为低端
产品出售 。与传统的化学分离法和减压蒸馏法相
比 ,短程蒸馏能耗低 、物料加热温度低和停留时间
短 ,实验最高加热温度仅为 333 K ,最大限度地保持
了原料的天然性 ,此外其操作简单 ,对环境无污染 。
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·300· 现代化工 第 28卷增刊(2)