冰片副产物粗品白轻油及小茴...的资源化回收工艺模拟与优化_肖春燕.pdf

第 卷第 期 年 月广 州 化 工 .科学实验冰片副产物粗品白轻油及小茴香油的资源化回收工艺模拟与优化肖春燕，肖文龙，易争明（湘潭大学化工学院，湖南 湘潭）摘 要：合成冰片在医药、化妆品以及香料中应用广泛。本文用 软件设计处理冰片生产工艺中产生的白轻油与小茴香油废液体系的分离提纯工艺。为高效回收副产物小茴香油及白轻油中经济价值较高的组分，以葑醇、冰片、莰烯和蒎烯等物质的回收率、产品纯度为目标，对工艺参数进行优化。结果表明，在优化操作参数下，莰烯和蒎烯产品回收率高达.，葑醇回收率.。为冰片的大规模连续化工业生产提供了参考。关键词：冰片；模拟；优化中图分类号：.文献标志码：文章编号：（）基金项目：国家大学生创新实验计划资助项目（）。第一作者：肖春燕，女，级化学工程与工艺专业本科生。通讯作者：易争明，男，教授，主要从事传质与分离工程领域的理论与实验研究、工业开发和应用工作。，（，）：，.，.，.，.：；冰片，俗称冰片脑、龙脑、梅片，常作为医药及香料使用。我国是世界上松节油生产大国，蕴藏着巨大的资源潜力，但松节油常作为低附加值的原材料出口，其开发和利用技术十分落后。研究利用松节油中的 蒎烯进行酯化皂化反应合成冰片的工艺，是充分利用我国自然资源，发展经济的一项重要课题。蒎烯酯化皂化法合成冰片的工艺会产生粗品白轻油和粗品小茴香油，其中粗品白轻油是生产流程中酯化后蒸汽蒸馏得到的粗轻油混合物。粗品小茴香油是由两种来源的副产油混合得到，一种副产油是由皂化后所得的水龙脑离心甩干得到，另一种是结晶过程中产生的。目前企业的处理方法为：粗品小茴香油于干馏锅干馏（烧煤加热，负压操作，操作温度 ）得到小茴香油成品和脑油。其中，脑油入脑油冷却槽冷却（外有冷水夹套）静置，分离上层清油再次干馏，下层经滤布过滤得到的雪脑后续送皂化（雪脑中小茴香油含量较高，若直接一次性溶解，影响冰片软化点，故入皂化锅皂化后再次得到粗龙脑）。目前采用的副产物分离工艺过于落后，间歇的操作方式使生产力低下，蒸馏的分离方式能量消耗大且分离效果差，副产物回收利用率低。考虑到副产物小茴香油及白轻油中含有大量的回收利用价值较高的莰烯、蒎烯、葑醇和冰片等物质，若能找到绿色节能的分离方案替代该厂落后的分离系统，将给该厂带来巨大的经济效益，同时改善该厂周围环境，带来巨大的社会效益。本文针对冰片副产物小茴香油及白轻油的具体组成及性质和现有工艺的实际运行数据，对拟采用的精馏工艺进行论证与设计。为高效回收副产物小茴香油及白轻油中经济价值较高的组分，在确定最终精馏工艺的基础上以葑醇、冰片、莰烯和蒎烯等物质的回收率、产品纯度为目标，对该工艺参数进行优化。原料组成副产物白轻油、小茴香油是湖南某冰片生产工厂实际生产第 卷第 期肖春燕，等：冰片副产物粗品白轻油及小茴香油的资源化回收工艺模拟与优化 过程中副产的粗品油，其组分如表、表 所示。本文采用精馏技术提纯白轻油、小茴香油等粗品油中经济价值较高的组分葑醇、莰烯及蒎烯。设计标准为葑醇达到工业级（）要求，同时塔底葑醇的含量低于。莰烯和蒎烯同时回收作为工业溶剂（或，依据塔高来定）使用。表 小茴香油的组成 中文名称质量分数 葑醇冰片.莰烯.双戊烯水乙酸小茴香酯.乙酸异龙脑酯.异丙基甲苯.樟脑.异冰片醇.萜品油烯.表 白轻油的组成表 中文名称质量分数 葑醇.冰片.莰烯.双戊烯.乙酸冰片酯.水.均四甲苯.蒎烯.工艺流程模拟针对冰片副产物小茴香油及白轻油的具体组成及性质，结合现有工艺的实际运行情况及工厂需求，得到四种可行的分离方案。如图 所示。方案一粗品白轻油先经油水分离器除去一部分水，然后经过预热器加热后，进入莰烯蒎烯回收塔。粗品小茴香油经过预热器加热后，进入预分离塔，塔底重组分进入葑醇回收塔。方案二粗品白轻油先经油水分离器除去一部分水，然后经过预热器加热后，进入莰烯蒎烯回收塔。塔底重组分进入与粗品小茴香油进行混合，进入预分离塔，塔底重组分进入葑醇回收塔。方案三为粗品小茴香油与粗品白轻油先混合，然后经过油水分离器除水，预热器加热后进入莰烯蒎烯回收塔，塔釜产品进入预处理塔。塔底得到的产物进入葑醇回收塔。方案四简介粗品小茴香油与粗品白轻油先混合，然后经过油水分离器除水，进入预热器加热后进入预处理塔。预处理塔塔顶产品进入莰烯蒎烯回收塔，回收塔塔顶得到莰烯和蒎烯，塔底得到双戊烯、均四甲苯等物质。预处理塔塔釜产品进入葑醇回收塔，回收塔塔顶得到目标产品葑醇，塔底得到冰片等重组分。图 四种分离工艺对比图.在 中运用设计规定的功能确保四个方案莰烯蒎烯的产品纯度相同，且达到目标值。对四种分离方案的莰烯和蒎烯的回收效果、葑醇的回收效果、冰片的分离效果和公用工程用量进行对比，结果分别如表 表 所示。表 分离系统中莰烯和蒎烯的回收效果对比 分离方案莰烯和蒎烯产品纯度莰烯和蒎烯产品收率产品总量（）蒎烯含量（）莰烯（）方案一.方案二.方案三.方案四.表 分离系统中葑醇的回收效果对比 分离方案葑醇产品纯度葑醇产品收率产品总量（）葑醇含量（）方案一.方案二.方案三.方案四.表 分离系统中冰片的分离效果对比 分离方案冰片产品纯度冰片产品收率冰片含量（）方案一流股一.流股二.方案二.方案三.方案四.广 州 化 工 年 月表 分离系统中公用工程用量对比 分离方案冷却水用量（）高压蒸汽用量（）方案一.方案二.方案三.方案四.综合分析，在保证各方案分离的产品纯度达标且相同的前提下，通过对比发现方案一葑醇的收率较差，方案二能耗高，方案三莰烯和蒎烯的收率差，方案四葑醇、莰烯和蒎烯等目标产物回收效果较好，且能耗低，冰片分离效果较好，因此方案四为最佳分离方案。工艺优化.莰烯蒎烯回收塔的优化以莰烯蒎烯的产品纯度和收率为指标，对莰烯蒎烯回收塔理论塔板数、回流比、塔顶采出率 、进料位置等参数进行优化，以实现高分离效率和低分离能耗。.塔板数的优化如图 所示，塔板数增加带来的效果是莰烯和蒎烯的产品纯度、收率均增加，当塔板数大于 块之后，莰烯和蒎烯的产品纯度、收率变化不明显。且塔板数增加会提高设备成本，因此莰烯蒎烯回收塔塔板数 定为 块。图 莰烯蒎烯回收塔的塔板数与莰烯和蒎烯的产品纯度、收率的关系.进料位置的优化如图 所示，随着进料位置下移，莰烯蒎烯的产品纯度、收率均先增大后减小，莰烯蒎烯回收塔总能耗先减小后增大，为使莰烯和蒎烯的产品纯度、收率达到最大值且总能耗最小，进料位置，可定在第 块板。图 莰烯蒎烯回收塔进料位置与莰烯和蒎烯产品纯度、收率、总能耗的关系.，.回流比的优化使用 中的设计规定功能，在选取不同的塔顶釆出率时，通过调节回流比使莰烯和蒎烯的产品纯度满足分离要求。如图 所示，在调节回流比满足莰烯和蒎烯的质量分数为 的分离要求下，随着塔顶釆出率的增加，莰烯和蒎烯的产品收率呈直线递增趋势，而莰烯蒎烯回收塔的总能耗刚开始增加不明显，当塔顶釆出率大于.时，总能耗递增趋势较明显。因此综合考虑能耗及产品收率，塔顶釆出率选取为.，此时满足莰烯和蒎烯的质量分数为 的回流比是.。图 莰烯蒎烯回收塔塔顶釆出率与莰烯和蒎烯产品纯度、收率、总能耗的关系.，.葑醇回收塔的优化.塔板数的优化第 卷第 期肖春燕，等：冰片副产物粗品白轻油及小茴香油的资源化回收工艺模拟与优化 图 葑醇回收塔的塔板数与葑醇的产品纯度、收率的关系.如图 所示，塔板数增加使葑醇的产品纯度、收率均增加，当塔板数大于 块之后，葑醇的产品纯度、收率变化不明显。且考虑到塔板数增加会增加设备成本，因此塔板数可定为 块。.进料位置的优化如图 所示，随着进料位置的下移，葑醇产品纯度、收率均出现了先增大后减小的趋势，葑醇回收塔总能耗先减小后增大，为使为使葑醇的产品纯度、收率达到最大值且总能耗相对较小，进料位置，可定在第 块板。图 葑醇回收塔进料位置与葑醇产品纯度、收率、总能耗的关系.，.回流比的优化使用 中的设计规定功能，在选取不同的塔顶釆出率时，通过调节葑醇回收塔的回流比使葑醇的产品纯度满足分离要求。如图 所示，在调节回流比满足葑醇质量分数为分离要求下，随着塔顶釆出率的增加，葑醇的产品收率呈直线递增趋势，而精馏塔的总能耗刚开始增加不明显，当塔顶釆出率大于.时，总能耗递增趋势较快。综合考虑能耗及产品收率，塔顶釆出率选取为.，此时满足葑醇的产品质量分数为 的回流比是.。图 葑醇回收塔塔顶釆出率与莰烯和蒎烯产品纯度、收率、总能耗的关系.，结 论本文应用 软件设计了处理冰片生产工艺中产生的白轻油与小茴香油废液体系的分离提纯工艺，具体结论如下：（）针对冰片副产物小茴香油及白轻油的具体组成及性质和现有工艺的实际运行数据，对拟采用的精馏工艺进行论证与设计。借助 软件对拟定的几种精馏方案进行对比，结合工厂实地调研的情况确定最终的精馏方案。（）应用 软件对最终确定的精馏方案的理论塔板数、回流比、采出率、进料位置等工艺参数优化，得到的最优工艺参数为：莰烯蒎烯产品塔的理论塔板数 ，回流比.，塔顶采出率 .，进料位置 ，；葑醇产品塔的理论塔板数 ，回流比 .，塔顶采出率 .，进料位置 ，。参考文献 莫开林，吴斌，李江，等.樟树资源化学加工利用产业发展现状生物质化学工程，（）：.李菲菲，方静，马琼，等.龙脑液导致癌细胞凋亡的实验研究中国生物工程杂志，（）：.吴寿荣，程刚，冯岩.冰片药理作用的研究进展中草药，（）：.王中洋，庞玉新，杨全.中药冰片资源及生产加工现状中国现代中药，（）：.刘永根，邓志红，杨义文，等.合成外型龙脑的新方法江西师范大学学报（自然版），（）：.袁晓敏，张平辉，赵振东.蒎烯酯化皂化法合成龙脑催化剂研究进展工业催化，（）：.陈尚和，江美玉，黄兴.硼钛基复合催化剂在合成龙脑生产中的应用生物质化学工程，（）：.