第五章 水蒸气蒸馏.pdf

1第五章 水蒸气蒸馏|1桃金娘 丁香 众香叶中药生产中提取和纯化挥发油的主要方法历史水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏的发明和应用源于人类从植物提取 香精油 ， 以用作香料 2， 以用作香料 精油是指广泛存在于植物体内的一类主要由萜类、脂肪族、芳香族化合物组成的油状混合物大多数具有芳香气味，在常温下有挥发性，不溶于水，并能随水蒸气蒸出，所以又称为挥发油或芳香油利用了植物中的原有水分而把精油夹带出来后来采用了加水或水蒸气蒸馏的方法现代方法初期方法|3超临界萃取、分子蒸馏等设备造价高，工艺复杂，操作条件苛刻，使应用受到很大的限制，往往限于少数稀贵物质的提取缺点用于中药生产中的蒸馏技术水蒸气蒸馏法蒸馏萃取技术：1 966年开发，集蒸馏和萃取为一体，对各种香料及中药挥发油都有较高的回收率 ;蒸馏萃取技术 水扩散蒸馏技术|4对各种香料及中药挥发油都有较高的回收率水扩散蒸馏过程:水蒸气低压下在装置中自上而下地通过植物层，然后在重力作用下，水蒸气将油带入冷凝器，此技术在特殊场合下应用具有独特的效果4从产品产量、质量、经济效益等方面综合考虑水蒸气蒸馏 ——最实用的方法5.1 水蒸气蒸馏的原理基于不互溶液体的独立蒸气压原理基于不互溶液体的独立蒸气压原理原理在被分离的混合物中直接通入水蒸气后，当混合物各组分的蒸气分压和水蒸气的分压之和等| 5主要优点于操作压力时，系统便开始沸腾。

水蒸气和被分离组分的蒸气一起蒸出，在塔顶产品和水几乎不互溶的情况下，馏出液经过冷凝后可以分层，把水除掉即得产品能够降低蒸馏温度过热水蒸气蒸馏100P＝常数gg+A(l)水 (l) +gTf* T/0CT待分离组分A的沸点为Tf，当只有A的液相存在时 ， 随着水蒸气原理|6水 (l) +A(l)A x xA水Tff时 ， 随着水蒸气量的不断增多，A组分的分压不断减小，系统沸点不断下降[图 ]： 常压下完全不互溶系统的温度组成曲线[例]： 在760mmHg下，水的沸点100℃，苯的沸点80.1℃，苯与水混合的蒸馏温度为69.5℃2饱和水蒸气蒸馏当系统中有水相和A的液相同时存在时 ， 系统的原理100P＝常数gg+A(l)水 (l) +gTf* T/0CTTf|7， 系统的沸腾温度降至该系统压力下的最低值，即Tf[图 ]： 常压下完全不互溶系统的温度组成曲线这种情况的降温效果比没有水相存在时要好水 (l) +A(l)A x xA水f5.2 水蒸气量的计算水和被分离物质的蒸气分压仅受温度的影响，与混合液组成无关蒸气分压等于该温度下纯水与被分离物质各自单独存在时的蒸气压 ， 蒸气总压是两者蒸气分压之和5.2.1 5.2.1 通入饱和水蒸气通入饱和水蒸气|8，P = Pa+ Pb式中 P ——系统总压;Pa ——被分离组分的分压，相当于在蒸馏温度下被分离组分单独存在时的蒸气压;Pb ——水蒸气的分压，也就是在蒸馏温度下水的饱和蒸气压。

图中的虚线是用系统总压减去各温度下水的蒸气压而标绘的99[例 ]: 在 760mmHg下，苯与水混合的蒸馏温度为 69.5℃ ，在300mmHg下为 46℃ ，在 70mmHg下为 l3℃其他液体的曲线为普通蒸气压与温度的关系曲线虚线与被蒸馏液体曲线的交点表示水与有机液体组成的系统在该总压下的沸腾温度如果被蒸馏物系与水完全不互溶，则用于夹带蒸馏液的水蒸气量可根据理想气体分压定律算得AAAAppyyMGMG水水水水==//|1010从而AAAMpoMpoGG水水水=AApopopp水水=注意(1)上式算出的 G水仅是带出 GA产品所需的水汽量，末将加热混合液和使产品汽化以及弥补热损失所消耗的蒸汽量计算在内(2) 离开蒸馏釜的水蒸气通常并末被产品蒸汽所饱和 ， 故实际蒸汽消耗量大于所求出的|1111， 故实际蒸汽消耗量大于所求出的理论值饱和系数 φ (φ=0.6-0.8)校正实际水蒸气量 =理论值 / φ5.2.2 通入过热水蒸气„ 水蒸气不会冷凝，釜内只有一层被蒸馏物的液层，而无水层出现有时在直接通入过热水蒸气的同时，还通过间壁进行加热注意|12„ p水不等于 P0水，随通入的水蒸气量变而变„ 蒸馏温度一般均比有水层出现时的蒸馏温度高P水=P总-PoA当规定了釜内压力和蒸馏温度后3„P总逐渐降低 ， 但 P0A保持不变 ， G水逐渐减少所以AAAMpoMpopGG水总水)(A−=讨论|1313， 但 保持不变 ， 水逐渐减少„水蒸气蒸馏也可在减压下进行，以减少水蒸气耗量、降低温度、预防被蒸馏液体的分解„当外压降至等于被蒸馏液体的蒸气压PoA时，水蒸气的消耗为零，则为真空蒸馏加热方法有 2种 :（ 1）用直接蒸汽加热（开口蒸汽或活汽）常在蒸汽管上钻很多小孔 ， 蒸汽喷出后 ， 除典型的例子是松脂加工。

对采集的松脂进行水蒸气蒸馏，得到液态的松节油和固态的松香55..22..3 3 水蒸气蒸馏的应用举例|14常在蒸汽管上钻很多小孔 ， 蒸汽喷出后 ， 除加热外，还有鼓泡作用„常有部分蒸汽冷凝，在蒸馏液中出现水层„规定了操作的总压，则混合液的沸点也就随之而定，即限制了蒸馏温度的提高缺点必须同时用闭汽和活汽加热，使活汽不致冷凝成水，就可根据需要控制蒸馏温度 2）间接蒸汽加热（闭口蒸汽或闭汽 )为提高蒸汽温度和防止蒸汽冷凝成水分，蒸馏时常将蒸汽过热至 300℃ 左右 15蒸馏时常将蒸汽过热至 左右 „闭汽主要用于加热脂液，闭汽可利用其潜热„活汽主要用于降低松节油的沸点，使松节袖尽快蒸发，活汽只能利用其显热„在保证一定油水比的前提下，尽可能发挥闭汽的作用，以节约蒸汽和冷凝水1）蒸汽干度大，锅内不会形成水层，有两个自由度，在蒸馏时可同时规定蒸馏的温度和蒸馏系统的压力2）蒸汽温度越高，比容越大，一定质量的蒸汽鼓泡越多 ， 因而随蒸汽带出的松节油也越使用过热蒸汽有下列优点|1616蒸汽鼓泡越多 ， 因而随蒸汽带出的松节油也越多，即效率越高但是，温度太高，在蒸馏过程中也会引起某些物质的聚合。

3）蒸汽温度高，锅内无水分存在，有利于防止松香结晶最初阶段，馏出的主要是低沸点的优质油，随着蒸馏过程的进行，低沸点组分逐步减少，相应的高沸点组分逐步加多另一方面，从溶液的观点看，脂液是松香溶解在松节油中的混合液，溶剂(松节油)越少，沸点越高，因此在蒸馏末期必须提高蒸馏温度，加大活汽用量， 才能使高沸点松节油蒸出 蒸馏松节袖|17， 蒸馏末期，脂液中的松节油主要是长叶烯（沸点254-256℃）和沸点更高的石竹烯等，因此要提高松香软化点就必须开大活汽，提高蒸馏温度，但提高蒸馏温度，将影响松香颜色，并加深树脂异构化，引起大量的枞酸结晶目前已采用减压水蒸气蒸馏来提高松香质量，降低成本，并且效果显著。