桉叶油素的提取工艺流程设计

/书目1.总论1.1概述1.2设计的目的和意义1.3设计依据1.4设计的指导思想1.5设计的范围，装置组成及建设规模1.6原料桉叶的规格及预处理1.7桉叶油气相色谱图及其质量分数2.工艺论证2.1桉叶油提取工艺路途的选择2.2桉叶油分别提纯工艺方案的选择2.3桉油精馏工艺的选择2.4精馏塔的选择3.工艺计算3.1物料衡算3.2挥发度计算3.3精馏塔工艺计算及选型4.厂房的整体布置设计5非工艺专业要求5.1公用工程5.2平安卫生6三废处理6.1桉叶油素生产对环境的污染6.2处理方法7技术经济分析7.1投资估算7.2劳动定员8参考文献致谢附工程图纸1、桉叶油素提取工艺流程图2、填料塔设计条件图1总论1.1概述「1」桉油来源桉树为桃金娘科乔木，原产于澳大利亚，中国引种桉树已有一百多年的历史，至今已有20个省、市种植了桉树人工林，面积达160万公顷，年产桉树约2000多万立方米，桉叶油4000吨。桉叶油是桉树(Eucalyptus)叶油腺细胞分泌出来的芳香精油，是世界上十大精油品种之一。桉叶油素性质1,8一按叶油素或按树脑，分子式C10H18O，分子量154.24,属单菇类化合物。它为无色液体，味辛冷，有和樟脑相像的气味，熔点1.5℃，沸点176~178℃，密度(25℃)0.921~0.930g桉叶油的利用状况桉叶油在商业贸易中依据其成分河主要的最终用途可分为3种:医药用油、香料用油和工业用油，其中最重要的是医药按油。（1)医药按油医药桉油是主要的按油治疗剂，主要成分是1,8—按叶油素或按树脑，分子式C10H18O，分子量154.24,属单菇类化合物。它为无色液体，味辛冷，有和樟脑相像的气味，熔点1.50C，沸点176^-1780C，密度(25℃)0.921~0.930g/cm3，折射率nD201.454~1.461，和乙醇、氟仿、乙醚及油可混溶，几乎不溶于水。英国药典规定药用油的按叶油素不应低于70%。依据按叶油中按叶油素的含量不同将按油分为不同等级(例70-75%，80-85%及纯按油)。医药用型精油又称按树脑型，是目前国内生产数量最大和应用最普遍的一种油型。可用于芳草型香精，以及配制精油及牙膏、牙粉、口腔清洁剂、药皂等香精，具有解热、消炎、抗菌、防腐、平喘及镇痛作用。其树种以窿缘桉和蓝桉为主，年产量在2000吨以上，占按油精的70%以上。中国科学院广州化学探讨所和广州香料厂利用柠檬按叶油为原料合成薄荷脑取得成功并投入生产，为医药下业、食品下业和日化工业供应了重要产品。以后又合成了康香草酚，该产品在医药上用做防腐、杀菌、消炎和镇痛等药物的主成分。蓝按油能抗结核杆菌，可作为吸入剂用于呼吸系统疾病，慢性气管炎患者内服有祛痰作用，哮喘时既可内服又可注入;可治疗某些皮肤病，并作为创面溃疡和屡管的冲洗剂;也可作为除臭剂和神经痛患者的镇痛药。日前国内建成多家按油提纯加工和制药的联合生产厂，分别生产出风油精、凉快油、白花油、十滴水、驱蚊油、止咳糖如桉叶糖和四季润喉片等居家旅行及家庭常用药品，亦有部分提纯产品供外贸出口。（2)香料按油香料用型按树精油的卞要成分是香茅醛，其次是牛垅儿醇，大量用于生产各种香料、香精、肥皂、化妆品及食品等。这种精油主要是从柠檬按中蒸制，柠檬按精油中含有令人快乐的香味。（3)工业按油工业用型桉树精油卞要成分是胡椒酮和a_水芹烯。在工业上常用作溶剂、杀菌剂、矿物浮选剂和部分化学原料。窿缘桉叶油因其含有的按叶油素较低，常作为原料，经过减压分馏，提纯到桉叶油素含量达到70%以上再利用.桉叶油是一种自然洗涤剂，通常衣服地毯之类织物如粘有口香糖、墨水、油污等很难清洗，但用桉叶油洗涤特殊简洁洗净污迹。桉叶油具有很好的表面活性和杀菌实力，是一种志向的乳化剂和杀菌剂.湖南省林科所在开发自然植物提取物作为特异性杀虫剂的探讨中发觉，柠檬桉叶油对马尾松害虫有较高的活性，幼虫期施用导致畸形变态，幼虫死亡率较高，成虫羽化率较低，部分不孵化;成虫期施用有不育效应;孵化期施用有抑孵作用.据此初步认为柠檬桉叶油是一种无毒、平安的新型杀虫剂。桉叶油素提取方法桉叶油素是以桉叶为原料，经粉碎、净化，水蒸气蒸馏，萃取，精馏，依据沸点不同将其他杂质组分分别出去而获得。世界按叶油素和蓝按油市场及我国按油市场发呈现状在1900年之前桉叶油素的商品化来源是来自欧洲和北美的苦艾油和来自南亚和印度的白千层油。到了1900年，澳大利亚生产蓝桉油和按叶油素并进入世界市场。由于这一原囚，白千层油于是慢慢削减，并到了30年头在美国市场上消逝。这些新的精油中的桉叶油素含量是造成白千层油削减的因素。直到一次世界大战之后，澳大利亚是商品化生产桉叶油的主要国家。自那以后，巴西、哥伦比亚、西班牙、南非、巴拉圭、葡萄牙、中国和印度进入了这一市场，澳大利亚的产量已大大削减。中国还起先用樟树根来生产一种桉叶油。到了1980年，中国已成为桉叶油的主要供应国。随着中国人民生活水平的提高，供应链将会又一次变更。这些产品的下一个产品化来源是印度和越南。我国引种桉树已有113年的历史，而按叶油下业体系的建立是近30多年的事。由于生产快，栽种后短期内即可生产桉叶油，取得了良好的经济效益。在桉树林区，桉叶油作为一种副产品，其经济收入约占总收入的20，我国南方各省的桉树林区，桉叶油产量急剧增加，很快便成为世界桉叶油贸易中的主要出口国。大约300多种桉树含有精油，但具有商业开发价值的桉树不到20种，目前中国用作精油的只有儿个树种，包括柠檬按、窿缘桉、直杆桉和蓝桉等。中国是最大的桉叶醇型精油生产地仁占世界贸易的70%，我国桉油产量每年超过3000吨。我国桉叶油的生产始于1958年，经过六十年头大力发展，至七十年头我国每年桉叶油生产达3000多吨。我国的桉叶油资源特殊丰富。广东和广西是柠檬桉的主产区。广东湛江地区柠檬桉叶油产量为1000吨，柠檬桉叶和小枝含油率为1.17%,桉油含量为77.6%。广西从柳州到钦州、南宁、合浦一线也有大量种植。广州市1950年起先规划营造桉叶油用林及柠檬桉（E.citriodora）油蒸馏厂，现在广州市百花香料厂也有柠檬桉油分馏车间，加工柠檬桉油各馏分用于调香工业。湛江市药用油厂年出口桉油近200多吨，目前正在技术改造，设计一了新型蒸馏塔，提高桉油产量和质量。最近10多年来石南各地大力发展直干桉、蓝桉，年产量为1500多吨。弥勒、沪西、建水、个旧等地区分布直杆桉最多，年产500吨以上。直干桉的出油率达1.5-2.3%，其油含桉油素65-73%。直杆按所生产的桉叶油收入约占总收入的23%。云南弥勒县东风林场年生产桉叶油100吨，云南大部分地区的气候土壤等自然条件，极适合蓝桉生长，蓝桉叶的出油率为1.3-1.7%。福建省桉树在沿海各市县均有很大发展，在桉树林区土法蒸馏随处可见。香料厂可干脆购买乡镇企业生产的粗油，干脆分馏提纯香茅醛、香茅醇和攻瑰醇.用于特地的香料配方中。同时，福建香料厂也开展桉叶油的加工。桉叶油生产中存在的问题及解决方法桉树叶油是目前世界上从树叶类提取的各类自然油中，数量最多的一种，近年产量约1万吨。我国现己成为桉叶油生产和贸易大国之一，桉叶油产区主要在华南诸省。桉叶油工业方兴未艾，但是生产上也存在着一些问题。（1）桉叶油生产时常受到外贸困扰。在近几年几次受到外贸冲击，国内桉叶油市场尚未开拓，造成周期性的积压，有关部门应当作好市场预料，统筹支配，以确保桉叶油的正常生产。（2)下艺落后，质量不高。日前国内的桉叶油生产还是沿用传统的生产下艺设备，几乎全为人工操作、间歇生产，生产工艺、技术设备和生产方式等都特殊落后。国内经营桉树的林业部门和单位，几乎全是用生产的初级精油—粗油仁（含按叶油素30%)供应市场，而没有建立自身的提纯加工工厂。依据这些问题，从技术观点动身，要解决问题必需做：（1)抓好桉叶油生产质量限制。首先应会同主管部门、科研和主管单位及早建立按树叶原料标准和桉叶油产品质量标准。桉叶油的质量涉及到按油的品质、成分乃至理化特性，是桉油质量的前提。而许久以来我国始终沿用国外的桉叶质量标准，至今尚无自己的标准。（2)加强科研工作，提高产油率。我国林业工作者在长期的生产中，曾对影响桉油产量及质量的多种因素进行了详细测定，筛选了较为合理的原料生产（树种、树龄、部位、采集季节和原料堆放)和蒸馏工艺。但和先进国家相比，我国的桉油生产有很大差距。国外桉油高含量树种丰桉（E.dives)产油率为3.0~4.5%，辐射桉（E.radiata）为3.0~5.0%。我国产油率最高的直杆桉含油率也仅为1.5~2.3%（以上产油率均为水蒸气蒸馏法得出)。因此建议引进或接受基因工程选育富含桉叶油的生理化学类型品系桉树是值得探讨的课题。（3)视桉叶油的开发利用。我国是桉叶油输出大国，长期以来，把眼光放在外销上使得桉叶油的生产受外贸影响严峻。一旦在国际贸易巾失去优势，桉叶油将大量滞销，使刚兴起来的桉油工业疲软。因此，从现在起先，必需大力开展桉叶油的利用工作，尽快开拓国内市场，探讨桉叶油深加工技术。1.2设计的目的和意义「2」通过设计可以培育综合运用所学基础课、技术基础和专业课的学问，分析和解决工程技术问题的工作实力；巩固、深化和扩大所学基本理论、基本学问和基本技能；培育调查探讨、查阅文献和收集资料的实力，理论分析的实力，制定设计或试验方案的实力，设计、计算和绘图的实力，技术经济分析和组织工作实力；使撰写论文和设计说明书的实力受到综合训练；

还可以

培育创新实力和团队精神，树立良好的学术思想和工作作风。通过完成设计，可以知道桉叶油素的用途；基本驾驭桉叶油素提取提纯的生产工艺；了解国内外桉油生产的发呈现状；以及其发展的趋势。1.3设计的依据海南高校材料和化工学院毕业设计选题:海南高校设计任务书：《桉叶油素的提取工艺流程设计》设计的基础资料.1工艺流程水洗塔水洗塔烘干机粉碎机水蒸气蒸馏釜锅炉蒸汽残渣冷凝器油水分层器乙醚萃取器废水固定床吸附干燥器乙醚回收塔减压精馏塔1，8桉叶油素杂质油桉树叶.2精馏工段的工艺参数依据试验获得的工艺参数资料。详细数据为操作压力绝压为5kPa，操作温度120℃。1.4设计的指导思想以设计任务书为基础，探究我国桉叶油素生产工业的发展。加强理论联系实际，扩高校问面；培育独立思索、独立工作的实力。整个设计应贯彻节约基建投资，充分重视技术进步，降低工程造价，节约能源和降低原料消耗等角度动身，同时主动治理三废和综合利用副产物，充分重视环保以利于生活，生产和提高经济效益为原则进行设计，尽量接受定型原料，节约占地面积，生产高质量桉叶油素产品。1.5设计的范围﹑装置组成及建设规模设计的范围1、年产1000吨桉叶油素生产工艺流程的设计2、物料衡算3、主要生产设备设计、选型4、设计绘图1）、从原料到成品生产工艺流程图（简图）；2）、主要设备主体结构图；3）、技术经济指标生产和帮助车间设置（1.）设生产车间4个原料预处理车间：包括原料桉叶的贮存、干燥、粉碎处理以及密封保存。桉叶油提取车间：水蒸气蒸馏方法提取桉叶油。精馏车间：减压精馏法分别提纯桉叶油。动力车间：包括全厂供排水、锅炉供热、软水脱盐水、供电。（2.）设帮助车间3个机修车间：包括机修、电仪修理。综合楼：包括中心化验室、质量检验、平安环保。综合仓库建设规模.1生产实力年产1000吨桉叶油素，年开工日为330天，日产为3.03吨，建设期2年。.2工作制度合成车间日工作小时为24小时，每日3班轮番替换，每班8小时连续生产，共4个班。.3厂址选择该厂建设在海南某桉树人工林旁边，支配占地约140亩，地段属南北向；厂房基建部分由某工程设计院设计。1.6原料桉叶规格及预处理试验用的原料为海南产的大叶按，树叶颜色为绿色，有刺激性凉快药用气味。对原料进行预处理：1.将从海南买来的桉树叶经水洗塔清洗后，用烘干机烘干，以尽量削减其中的水分含量，便于粉碎；2.将叶子置于机械搅碎机中搅碎，并用塑料袋密封保存，以备用。另外，原料经粉碎后粒度变小，表面能增加，浸出速度加快，但粉碎度过高，在存放过程中有效成分易挥发损失，一般而言，粒度以20~80目为宜。试验依据参考文献，将桉叶粉碎的粒度定于20~100目之间。1.7桉叶油气相色谱图及其质量分数将水蒸气蒸馏法所制得的按叶油不经任何化学处理，干脆进行GC-MS分析。下图即为水蒸气蒸馏法所得按叶油的气相色谱图。经计算机谱库检索，用面积归一法分别得到它们的质量分数。表7粗桉油组成组分百分比出峰时间（min）=1\*GB2⑴1,8-桉叶油素71.08%6.08=2\*GB2⑵β-蒎烯3.13%25.10=3\*GB2⑶4,7,7-三甲基二环[]庚-2-烯13.22%27.77=4\*GB2⑷(S)-a,a-4-三甲基-3-环己烯-1-甲醇5.21%28.32=5\*GB2⑸[1R-(1a,2b,5a)]-5-甲基-2-(1-甲基乙基)1.81%32.99=6\*GB2⑹1-甲基环丙基-环己醇1.61%35.14=7\*GB2⑺蓝桉醇3.93%37.882工艺论证首先将桉树叶经水洗烘干后；将叶子置于机械搅碎机搅碎，并用塑料袋密封保存作为满足条件的原料；其次步就是桉叶油的提取，将原料桉树叶粉末和蒸馏水混合，接受水蒸气蒸馏法提取桉叶油，将粗桉油经萃取后送入减压精馏塔精馏，得到1,8—按叶油素。2.1桉叶油提取工艺路途的选择从按叶中提取按叶油的方法较多，在众多的提取工艺中，就桉叶油的物理化学性质，主要有水蒸气蒸馏法和超临界CO2萃取法。水蒸气蒸馏法能随水蒸气蒸馏四]而不被破坏的植物成分，可用水蒸气蒸馏法进行提取。水蒸气蒸馏是将水蒸气通入不溶或难溶于水但有确定挥发性的有机物中，使该有机物质在低于100℃若PA为水的蒸气压，PB为和水不相溶的高沸点有机物的蒸气压，则P等于101.325KP。时的温度，就是水和该有机物所组成的混合物的沸点，而该沸点必定低于水和该有机物各自的沸点，所以水蒸气蒸馏就可以在常压、低于100℃能用水蒸气蒸馏的物质必需是和水互不相溶、不反应、在100℃左右时有确定蒸气压的挥发性物质。水蒸气蒸馏适用于分别纯化一些沸点较高、又易分解破坏的物质，常用此法来分别及提纯和水互不相溶的挥发性液态或固态有机化合物。水蒸气蒸馏法超临界CO2萃取按叶油超临界CO2（SC-CO2）萃取技术用于药物、食品等的提取和纯化等方面具有-以下优点：1.适于分别热敏性物质。由于CO2的临界温度(Tc=31.060C)易于达到，故可在室温下对自然植物的有效成分进行提取，从而防止了热敏性物质的氧化，而且能使高沸点、低挥发度、易热解的物质远在其沸点之下萃取出来；2.超临界CO2萃取为绿色化学工艺。CO2具有无毒、无味、不燃烧、不腐蚀、价格便宜、易于精制、易于回收等优点，和传统溶剂萃取法相比，无溶剂残留；同时不仅避开了大量有机溶剂的运用，也防咔了提取过程对人体健康的危害和对环境的污染；3.萃取速度快、效率高、能耗少。由于超临界CO2萃取快速分为两相（气、液)，达到快速的、选择性地提取的目的。不仅萃取效率高、能耗低，而且杂质少，有效成分高度富集；4.超临界CO2:还具有抗氧化灭菌作用，有利于保证和提高自然物产品的质量；5.超临界CO2:萃取比溶剂萃取的步骤少，流程短，操作参数也易于限制，产品质量稳定，无有机溶剂的残留。上述的这些优势无疑为人们供应了一种提取、分别、制备及浓缩的全新方法。然而，超临界CO2萃取技术也有其局限性：1.高压下操作必定会对设各提出更高要求;2.设备一次性投资费用较高，投资风险大;3.对工艺操作人员及技术要求较高等;4.用简洁的超临界萃取方法无法生产高纯度的产品，这就须要和其他分别技术相结合;5.超临界CO:萃取性能的普适性不高，主要适用于非极性或弱极性的化合物的提取，如油脂、挥发油的提取;6.就中草药的有效成分提取而言，超临界CO2萃取仅对中药中的某些非极性或弱极性的有效成分的提取具有优越性。由于中草药成分困难，近似化合物许多，起疗效的化合物质为!’义的化学成分，不仅包括挥发油，生物碱、黄酮类、皂类小分子化合物，也包括多糖、蛋白、肤等生物大分子等，因而，在中药有效成分提取工艺过程中，还应考虑和其他分别、纯化技术相结合。桉叶油作为药用原料，其中的有效成分主要是1,8—按叶油素，它是单萜类化合物，本设计查阅相关试验文献，以确定最有利于工业生产桉叶油素的方法。文献表明，水蒸气蒸馏法从按叶中提取的挥发油中含有31种不同组分，其中含有1,8-cineole54.73%，出油率为1.2%左右。相比水蒸气蒸馏，超临界CO2对桉树叶中挥发油的萃取具有良好的选择性。在足够的CO2的萃取下，桉叶中油的萃取率均在5%以上，萃取出的物质相对较少，这是由于系统在室温下操作，可爱惜挥发油中的热敏性物质没有因受热而分解产生原本挥发油组分中不存在的物质。但是萃取出的挥发油中1,8-cineole的含量却很低，最高的只能达到14.46%。比较两种提取方法哪种较为可行，主要从三个方面考量：（1）试验的出油率；（2）所提取的粗油中含有所需成分的含量；（3）从经济因素方面考量。虽然超临界CO2萃取法的提取率高达5%以上，远远超过了水蒸气蒸馏法1.2%的提取率，但是由于其中1,8-cineole的含量过低，而且由于超临界CO2萃取试验设备昂贵、对试验操作人员的要求均很高，所以我们选用水蒸气蒸馏法为下一步分别提纯按叶油供应按叶粗油。2.2桉叶油分别提纯工艺方案的选择接受连续减压精馏法进行分别提纯。减压精馏法简介精馏的实质就是利用物质挥发度不同，将混合物进行分馏。多用于挥发性成分和小分子物质的初步分别。由于芳香油组分多对热及空气中的氧较敏感，因此分馏时宜在减压下进行，即接受减压精馏。精馏是实际工业生产中最常用的分别方法，它是以能量为分别介质的，故从能量消耗来说，比较有利;精馏不处理固相物质，比结晶法来得好;也不须要加入可能会使物料污染的分别介质;又易于在一个容器内实现多级过程。按过程类别加以考虑后，可以认为对于按叶油的分别提纯，精馏是一种较好的分别方法。不用精馏的缘由常不外是:（1）产品会因受热而损坏；（2）分别因子特殊接近于1；（3）精馏时要用过高或过低的压力或温度。.1试验室试验装置及操作步骤试验装置设备如图所示。(装置部分说明如下：（1）塔体接受40×1000mm的玻璃塔柱，塔顶装有冷凝器和捕集器，塔釜为5OOmL的三口烧瓶。塔釜、塔体和冷凝器的连接为磨口连接，便于拆卸清各管路的连接均接受厚壁乳胶管。(2)填料为3×3mm不锈钢网环。(3)加热系统由5OOW的温煲构成，加热电压由0-220V的固态调整器调整。(4)回流比调整器接受LST-2型精密回流比调整限制器。(5)塔釜和U型压差计、温度计相连，以随时测定塔釜压力和温度。(6)冷凝管上端和真空泵相连，试验过程中整个密闭系统处于低压状态。而其间设置冷胜，是为了将冷却水没有冷却的组分用液氮冷却，避开进入真空泵，造成对真空泵的损坏，使试验能够顺当进行。间歇减压精馏提纯试验的试验步骤如下:（1)在塔釜中加入水蒸气提取的按叶粗油200mL，放入沸石;（2)打开真空泵，使系统达到低压状态，此时，口」以看到粗油表面有大量气体冒出，这是因为粗油在低压下对空气的溶解度降低，空气从油中分别出来。（3)打开冷却水，开电源加热；（4)进行全回流1小时左右，使塔内填料潮湿，并使系统内部达到气液平衡。当系统内部达到气液平衡时，扫开回流比调整一器，起先采集提纯样。（5)调整回流比调整器，使回流比达到6:1，采样1#样后将回流比调至10:1，收集2#，然后将回流比调至12:1分别收集3#,4#,5#试样。釜中剩下的约30m1样为重组分物质。（6)采集提纯样的同时记录各时间段的釜压及釜温。（7)停止采样，先关掉回流比调整器，停止加热。待釜温下降到接近室温后，关掉真空泵，停止冷却水。（8）倒出釜中剩下的液体，对三口瓶及填料塔等试验仪器进行清洗，以便下次运用。2.3桉油精馏工艺的选择精馏的典型工艺主要是：低压工艺（ICI低压工艺、Lurgi低压工艺）、中压工艺、高压工艺。桉叶油素提取工艺中最重要的工序是桉油的精馏，其关键技术是桉油精馏操作条件，设计接受用的是低压精馏工艺。桉油精馏塔的选择精馏塔实际是分别提纯系统中最重要的设备。从操作结构，材料及修理等方面考虑，精馏塔应具有以下要求：（1）能够有效将粗桉油中的桉叶油素含量提高到80%以上；（2）反应器内部结构合理，能保证温度、压力简洁限制，处理量大，效率高，生产强度大；（3）结构紧凑，，提凹凸压空间利用率；容器及内件间无渗漏；填料装御便利；制造安装及修理简洁。在上述原则的指导下开发的桉油精馏塔，按不同的方法分类主要有：按操作方式：连续式和间歇式。按冷却介质种类：自热式和外冷式（管壳型、冷管型）。按气流方向：轴向式、径向式和轴径向式。本设计依据桉油的物理化学性质选择接受连续式减压精馏塔。填料的选用.1填料种类的选择：填料种类的选择要考虑分别工艺的要求，通常考虑以下几个方面：(1)传质效率要高一般而言，规整填料的传质效率高于散装填料(2)通量要大在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料(3)填料层的压降要低(4)填料抗污堵性能强，拆装、检修便利.2填料规格的选择填料规格是指填料的公称尺寸或比表面积。（1）散装填料规格的选择工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分别效率越高，但阻力增加，通量削减，填料费用也增加许多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严峻的壁流，使塔的分别效率降低。因此，对塔径和填料尺寸的比值要有一规定，一般塔径和填料公称直径的比值D/d应大于8。（2）规整填料规格的选择工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法许多，国内习惯用比表面积表示，主要有125、150、250、350、500、700等几种规格，同种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量削减，填料费用也明显增加。选用时应从分别要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足技术要求，又具有经济合理性。应予指出，一座填料塔可以选用同种类型，同一规格的填料，也可选用同种类型不同规格的填料；可以选用同种类型的填料，也可以选用不同类型的填料；有的塔段可选用规整填料，而有的塔段可选用散装填料。设计时应灵敏驾驭，依据技术经济统一的原则来选择填料的规格。.3填料材质的选择填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。(1)陶瓷填料陶瓷填料具有很好的耐腐蚀性及耐热性，陶瓷填料价格便宜，具有很好的表面润湿性能，质脆、易碎是其最大缺点。在气体吸取、气体洗涤、液体萃取等过程中应用较为普遍。(2)金属填料金属填料可用多种材质制成，选择时主要考虑腐蚀问题。碳钢填料造价低，且具有良好的表面润湿性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑运用；不锈钢填料耐腐蚀性强，一般能耐除Cl–以外常见物系的腐蚀，但其造价较高，且表面润湿性能较差，在某些特殊场合（如极低喷淋密度下的减压精馏过程），需对其表面进行处理，才能取得良好的运用效果；钛材、特种合金钢等材质制成的填料造价很高，一般只在某些腐蚀性极强的物系下运用。一般来说，金属填料可制成薄壁结构，它的通量大、气体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温、高压、高冲击强度下运用，应用范围最为广泛。(3)塑料填料塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等，国内一般多接受聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100°C以下运用塑料填料质轻、价廉，具有良好的韧性，耐冲击、不易碎，可以制成薄壁结构。它的通量大、压降低，多用于吸取、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能差，但可通过适当的表面处理来改善其表面润湿性能。通过比较以及考虑到试验要求，本设计接受钢鲍尔环填料。精馏操作条件的确定和论证.1操作温度桉油精馏的操作温度主要是由桉叶油素的化学性质确定的。操作温度的限制同样是一个操作费用的限制问题，在设计中，须要延长精馏塔的运用寿命，防止其的快速老化加快。一般而言，在反应初期，反应温度维持较底的数值，随着运用时间的增加，逐步提高反应温度。由于按叶油素在150℃以上变为褐色，并变的粘稠，178℃时，油素颜色变得更深，更加粘稠，发生猛烈的化学反应，导致其物理化学性质明显变更。故综合考虑各种因素，确定操作温度为120℃。.2操作压力压力是桉油精馏过程的重要工艺条件之一。由于操作温度须限制在120℃，因此降低压力对降低各组分沸点有利，由于压力高，组分的分压提高，因而其沸点也提高。很简洁超过120℃，引发副反应，影响精馏。本设计接受绝压为5kPa的操作压力。.3桉油组成粗桉油组成困难，达到三十多种组分，但主要组分有七种，其他组分含量较低，可忽视不计。这七种组分分别为：……………….4空速空速不仅是一个和合成回路气体循环量相关联的工艺限制参数，也是一个影响综合经济效益的变量。桉油精馏过程中，首先塔内的气体空速必需满足分别要求，空速过低，分别效果差，空速过高，系统阻力加大或精馏系统投资加大，能耗增加，运用周期缩短。空速的选择须要依据每一种组分的特性，在一个相对较小的范围内变更。本设计中空速定为12000。2.4精馏塔的选择精馏塔的选择不论接受何种精馏工艺流程，精馏塔都是该工艺的核心设备.其确定着工艺能耗的凹凸和产品质量的好坏。目前常用的精馏塔主要有四种塔型：泡罩塔，浮阀塔，填料塔和新型垂直筛板塔。四者各有特点：（1）泡罩塔该类型塔塔板效率高，操作弹性大，塔阻力小，但单位面积的生产实力低，设备体积大，结构困难，投资较大。该塔已经慢慢被其他塔代替。（2）浮阀塔该类型塔板效率高，操作弹性大，操作适应性强，单位面积生产实力大，造价较低。但浮阀易损坏，修理费用高。目前该塔仍被广泛运用，但有运用慢慢削减的趋势。（3）填料塔填料塔是在塔内装填新型高效填料，如不锈钢网水纹填料，每米填料相当5块以上的理论板。塔总高一般为浮阀塔的一半。该塔生产实力大，压降小，分别效果好，结果简洁，修理量微小，相对投资较小，是目前运用较多的塔型之一。（4）新型垂直筛板该塔传质效率高，传质空间利用率好，处理实力大，操作弹性大，结构简洁牢靠，投资小，板液面梯度小，液面横向混合好无流淌传质死区。综合比较上面四种塔，可以知道填料塔和新型垂直筛板性质更加优越，同时考虑到新型垂直筛板是一种新型塔，目前运用很少，技术难得，而填料塔运用较普遍，技术特殊成熟，所以设计选用了填料塔。为了让企业大幅度降低生产成本、提高产品质量和扩大市场占有率，所以本设计接受的填料精馏塔，塔内接受了高效的、经特殊工艺处理的不锈钢鲍尔环填料和配套的新型气液分布器。3工艺计算3.1物料衡算工厂设计为年产桉叶油素1000吨，开工时间为每年330天，接受连续操作，则每小时桉叶油素的产量为0.126吨，即0.126t/h。精馏工段通过水蒸气蒸馏工艺的粗桉油，进入减压精馏塔的粗桉油中各组分的组成通过计算可得下表：表7粗桉油组成组分百分比进料量=1\*GB2⑴1,8-桉叶油素71.08%0.817kmol/h=2\*GB2⑵β-蒎烯3.13%0.036kmol/h=3\*GB2⑶4,7,7-三甲基二环[]庚-2-烯13.22%0.172kmol/h=4\*GB2⑷(S)-a,a-4-三甲基-3-环己烯-1-甲醇5.21%0.060kmol/h=5\*GB2⑸[1R-(1a,2b,5a)]-5-甲基-2-(1-甲基乙基)1.81%0.021kmol/h=6\*GB2⑹1-甲基环丙基-环己醇1.61%0.0206kmol/h=7\*GB2⑺蓝桉醇3.93%0.031kmol/h计算方法:粗桉油=0.126/0.7108=0.177t/hβ-蒎烯的量=0.177×3.13%=5.55kg/h即4,7,7-三甲基二环[]庚-2-烯量=0.177×13.22%=23.40kg/h即0.1(S)-a,a-4-三甲基-3-环己烯-1-甲醇的量=0.177×5.21%=9.22kg/h即0.060[1R-(1a,2b,5a)]-5-甲基-2-(1-甲基乙基)的量=0.177×1.81%=3.20kg/h即1-甲基环丙基-环己醇的量=0.177×1.61%=2.85kg/h即0.0206蓝桉醇的量=0.177×3.93%=6.96kg/即0.03.2挥发度计算由于桉油各组分挥发度难以查找，故要依据其和相平衡常数关系，即计算出各组分的Ｋ值来确定其相对挥发度。由于，所以要计算Ｋ值须先计算活度系数γi和饱和蒸汽压pis,而活度系数须要用UNIFAC法计算，UNIFAC法将基团法和UNIQUAC模型结合起来，基本方程为：㏑γi＝㏑γiC+㏑γiR㏑γiC＝㏑＋qi㏑+li－li=(ri-qi)-(ri-1)θi=式中，配位数Z取为10，χi是组分i的摩尔分数，θi和φi分别是表面积分数和体积分数，它们分别由表面积参数Qk和体积参数Rk计算而得，式中νki是在分子i中基团k的数目，它是整数。γic称为组合项活度系数，反映纯组分i分子形式和大小的贡献、，即只和纯组分的结构和性质有关，和其他分子存在无关。计算γic须要的数据是所涉的基团的Qk和Rk值，这类微观参数可查阅《化工数据》（马沛生著）第244页表8-5UNIFAC基团体积和表面积参数。通过此种方法计算各组分活度系数。组分（1），含有以下基团：：1个1个1个4个3个组分（2），含有以下基团：1个1个1个3个2个2个组分（3），含有以下基团：1个1个2个2个3个组分（4），含有以下基团：1个3个3个1个1个1个组分（5），含有以下基团：1个2个3个1个1个组分（6），含有以下基团：１个５个１个１个１个组分（7），含有以下基团：１个 ４个５个２个４个对于各组分，通过查表计算如下：q1=1×0.468+1×0+1×0.288+4×0.540+3×0.848=5.40γ１＝１×0.6908+1×0.2195+1×0.4469+4×0.6744+3×0.9011=6.7581l1=5(6.7581-5.4)-(6.7581-1)=1.0324q2=1×0.988+1×1.200+1×0+3×0.288+2×0.540+2×0.848=5.828γ2=1×1.1173+1×1.000+1×0.2195+3×0.4469+2×0.6477+2×0.9011=6.8285l2=5(6.8285-5.828)-(6.8285-1)=-0.826q3=1×0.676+1×0.000+2×0.228+3×0.288+2×0.540+3×0.848=4.756γ3=1×0.8886+1×0.2195+2×0.4469+2×0.4469+2×0.6744+3×0.9011=6.054l3=5(6.054-4.756)-(6.054-1)=1.436q4=1×0.543+3×0.000+3×0.422+1×0.288+1×0.540=4.832γ4=1×1.000+3×0.9011+3×0.6744+1×0.4469+1×0.2195+1×0.8886=6.032l4=5(6.032-4.832)-(6.032-1)=-0.768q5=1×0.543+2×0.000+3×0.422+1×0.288+1×0.540=4.725γ5=1×1.000+2×0.9011+3×0.6744+1×0.4469+1×0.2195=5.828l5=5(5..828-4.725)-5.828-1)=0.859q6=1×0.988+5×1.200+1×0+1×0.288+1×0.540+1×0.848=5.765γ6=1×1.000+5×0.9011+1×0.6744+1×0.4469+1×0.2195+1×0.8886=6.021l6=5(6.021-5.765)-(6.021-1)=1.324q7=1×0.543+4×0.000+5×0.422+2×0.288+4×0.540=4.326γ7=1×1.000+4×0.9011+5×0.6744+2×0.4469+4×0.2195=5.838l7=5(5.838-4.326)-(5.838-1)=-0.754θ1=5.4×0.71/(5.40×0.71+5.828×0.0313+4.756×0.1323+4.832×0.0521+4.725×0.0181+5.765×0.0161+4.326×0.0393)=0.321φ1=6.7581×0.71/(6.7581×0.71+6.8285×0.0313+6.054×0.1323+6.032×0.0521+5.828×0.0181+6.021×0.0161+5.838×0.0393)=0.462θ2=5.828×0.0313/(5.40×0.71+5.828×0.0313+4.756×0.1323+4.832×0.0521+4.725×0.0181+5.765×0.0161+4.326×0.0393)=0.297φ2=6.8285×0.0313/(6.7581×0.71+6.8285×0.0313+6.054×0.1323+6.032×0.0521+5.828×0.0181+6.021×0.0161+5.838×0.0393)=0.378θ3=4.756×0.1323/(5.40×0.71+5.828×0.0313+4.756×0.1323+4.832×0.0521+4.725×0.0181+5.765×0.0161+4.326×0.0393)=0.348φ3=6.054×0.1323/(6.7581×0.71+6.8285×0.0313+6.054×0.1323+6.032×0.0521+5.828×0.0181+6.021×0.0161+5.838×0.0393)=0.472θ4=4.832×0.0521/(5.40×0.71+5.828×0.0313+4.756×0.1323+4.832×0.0521+4.725×0.0181+5.765×0.0161+4.326×0.0393)=0.301φ4=6.032×0.0521/(6.7581×0.71+6.8285×0.0313+6.054×0.1323+6.032×0.0521+5.828×0.0181+6.021×0.0161+5.838×0.0393)=0.454θ5=4.725×0.0181/(5.40×0.71+5.828×0.0313+4.756×0.1323+4.832×0.0521+4.725×0.0181+5.765×0.0161+4.326×0.0393)=0.282φ5=5.828×0.0181/(6.7581×0.71+6.8285×0.0313+6.054×0.1323+6.032×0.0521+5.828×0.0181+6.021×0.0161+5.838×0.0393)=0.396θ6=5.765×0.0161/(5.40×0.71+5.828×0.0313+4.756×0.1323+4.832×0.0521+4.725×0.0181+5.765×0.0161+4.326×0.0393)=0.264φ6=6.021×0.0161/(6.7581×0.71+6.8285×0.0313+6.054×0.1323+6.032×0.0521+5.828×0.0181+6.021×0.0161+5.838×0.0393)=0.392θ7=4.326×0.0393/(5.40×0.71+5.828×0.0313+4.756×0.1323+4.832×0.0521+4.725×0.0181+5.765×0.0161+4.326×0.0393)=0.212φ7=5.838×0.0393(6.7581×0.71+6.8285×0.0313+6.054×0.1323+6.032×0.0521+5.828×0.0181+6.021×0.0161+5.838×0.0393)=0.358组分（1），由公式，得，)则组分（2），同理得，）=0.134则组分（3），）=0.163组分（4），）=0.145组分（5），）=0.161组分（6），）=0.131组分（7），）=0.114计算饱和蒸汽压也要接受基团贡献法，详细接受CSGS-PRV法，其关系式为：依据基团贡献法要求，将各组分拆分成以下各种基团，通过查阅《化工数据》（马沛生著）第84页表3-2中的和值来按部就班计算以上各式。各组分拆分基团如下：第一种组分含有以下基团：1个2个3个4个1个其次种组分含有以下基团：1个3个1个1个2个2个1个第三种组分含有以下基团：3个2个1个1个2个1个第四种组分含有以下基团：1个3个1个3个1个1个第五种组分含有以下基团：1个3个1个1个1个1个1个1个第六种组分含有以下基团：1个5个1个1个1个1个第七种组分含有以下基团：4个1个2个4个5个此过程中用的沸点用常压沸点，依据查阅可查到1,8-桉叶素：177℃，4,7,7-三甲基二环[]：165℃，(S)-a,a-4-三甲基-3-环己烯-1-甲醇：218℃，1-甲基环丙基-环己醇：209℃，蓝桉醇：292℃。只有其次种组分和第五种组分不能查到，故须要用Joback法计算，依据其要求将它们拆分出环增量和非环增量基团，然后在《化工数据》（马沛生著）第28页表2-5a查出其对应的环增量和非环增量。最终依据下式计算出沸点，对于其次种组分：环增量：1个3个2个1个非环增量：2个1个1个经查表2-5a值计算如下：对于第五种组分：环增量：1个3个2个非环增量：2个1个1个经查表2-5a值计算如下：这样，七种组分沸点都已经确定，可以依据上述系列式计算饱和蒸汽压。经计算，其各组分饱和蒸汽压分别为：435.77kp386.61kp395.47kp335.18kp321.59kp298.54kp 301.57kp依据公式p为操作压力，本设计确定操作压力为绝压5kPa，计算结果为:依据结果，确定出轻关键组分=1\*GB2⑴和重关键组分=3\*GB2⑶,令其分别是A、B同理，可计得其他组分的挥发度，对比如下表：组分γTbPsk11.113617435.77kp1.1041.4621.0564104.37386.61kp0.66720.8831.135165395.47kp0.7561.0041.105218335.18kp0.5320.7050.905154.32321.59kp0.4130.54661.021209298.54kp0.6580.8771.125292301.57kp0.4570.603.3精馏塔的工艺计算及选型3.3.1即该塔须要32块理论板。为确定进料板的位置，须计算：由得，故精馏段的理论板数为12.7块。初估塔径.1精馏段气相流量液相流量两相流淌参数由填料塔泛点关联图查得C20=0.075气体负荷因子液泛气速.2提馏段气相流量液相流量两相流淌参数由填料塔泛点关联图查得C20=0.075气体负荷因子液泛气速取泛点率0.8操作气速和所需的气体流道截面积A为选取单流型，并取Ad/At=0.07则A/At=1-Ad/At=0.93塔板截面积Ad=A/0.93=1.319m2塔径D=按塔系列标准圆整之D=0.25m相应地所取塔板的有关尺寸为塔板的截面积At=降液管截面积Ad=0.07At=0.07×0.195=0.014m2气体流道截面积A=0.93At=0.93×0.195=0.181并可求得：实际操作气泛点率=填料层高度的计算对于钢鲍尔环填料，填料尺寸=查表知，HETP=0.42m故填料层总高度为精馏段高度为填料层压降计算接受Eckert通用关联图计算填料层压降。横坐标为3.3.53.3.5该精馏塔是减压操作，由于液体负荷较小，故此选用管式液体分布器。3.3.5该精馏塔塔颈，故应选取较小的分布点密度。设计中取分布点密度为。布液点数为。按分布点几何匀整和流量匀整的原则，进行布点设计。设计结果为：二级槽共设七道，在槽侧面开孔，槽宽度为80mm,槽高度为210mm,两槽中心矩为160mmm。分布点接受三角形排列。3.3.5由取设计取。4厂房的整体布置设计依据生产工艺流程﹑生产特点﹑生产规模和建筑结构等来进行整体布置设计。（1）由于塔较高，不宜接受单层厂房，但设备不多，因此接受单层厂房和多层厂房相结合的方式。（2）由于精馏车间流程简洁，操作人数不多，因此在布置时可只支配限制室，厕所等生产帮助设施和行政设施，至于配电室﹑机修室﹑化验室可以和其他车间共用，在此不做考虑。（3）依据车间设备状况，厂房接受6×6米的柱网，厂房宽度也接受6米（一跨）厂房分为4层，每层高度为4米。5非工艺专业要求5.1公用工程5.1.1水﹑水主要来自旁边的自来水厂和地下水；电主要靠供电厂供应；汽主要由废热锅炉和精馏塔所产生。5.1.2桉叶油素的运输﹑由粗桉油精馏来的桉叶油素贮存到罐中，即为两台100m3的固定顶贮罐，贮存量按30天产量计。当桉叶油素外运时，，将桉叶油素输送到装卸栈台，通过火车鹤管进入火车槽车，通过汽车鹤管进入汽车槽车。装卸栈台共设有12台火车鹤管和6台汽车鹤管，依据生产实力，至少有三台槽车同时装料。5.1.3本设计接受一次仪表现场分散，二次仪表就地或部分集中限制方式。拟接受DCS限制系统，一次仪表接受电III型，DCS系统设五个工作站，其中桉叶油素生产系统（包括桉叶预处理、水蒸气蒸馏、减压精馏）三个工作站，公用工程两个工作站（水处理、锅炉工作站一个，总调度室工作站一个）。生产过程中主要工艺参数，工艺过程限制，工艺流程图等集中在各个工作站由DCS系统显示和限制，次要的参数及设定值，不需经常调整的参数，可接受就地显示和调整。5.2平安卫生5.2.1防止车间有毒气体消退跑冒滴漏，按无泄漏工厂标准进行设备和管道的管理，使泄漏率降到2‰以下，力争达到万分之五以下。加强车间通风。依据有关平安技术规程的规定，定点﹑定期进行尘毒检测，有条件应设置毒物自动分析报警装置，刚好发觉刚好消退。5.2.2乙醚乙醚中毒是侵入人体腔内造成呼吸道、消化道紊乱，使全身组织陷入麻痹的状态。表现为：血尿出汗异样头痛晕厥昏迷腹泻呼吸异样恶心和呕吐腹痛等。急救方法如下：吸入中毒时应将病人快速移至簇新空气处，保持呼吸道通畅，供氧或给吸入含二氧化碳的氧气如气管内分泌物增多，可注射阿托品等。有呼吸障碍时酌用适量呼吸中枢兴奋药；必要时进行人工呼吸或人工呼吸器正压给氧。如出现"乙醚惊厥"，可用10％葡萄糖酸钙10ml加入20ml葡萄糖液内由静脉缓慢注射同时应用安定、短效巴比妥类等镇惊药物。如有肺水肿呼吸或循环衰竭、急性肾功能衰竭等，速作相应处理其他为对症治疗，必要时换血。5.2.3工艺介质的易燃和易爆是相互关联的，防暴的首要措施是防火，所以桉叶油素生产的平安，首要先从防火做起。依据桉叶油素生产的特点，应实行下列防火措施：贮存输送桉叶油素的贮罐、管线旁边严禁火源，并有明显的指示牌和标记。厂房内不存放易燃物质，地沟保持通畅，防止可燃气体、液体积聚，加强厂房里通风。电气设备须选用防防爆型，电缆、电源绝缘良好，防止产生电火花。接地牢靠，防止产生静电。备有必需的消防器材。爆炸可分为化学爆炸和物理爆炸。桉叶油素生产发生这两种爆炸的可能性同样存在，为防止爆炸应当留意如下几点：严格执行受压容器、受压设备运