最新用分子蒸馏和精馏联用设备分离提纯肉桂醛

1、分子蒸馏和精馏联用设备分离提纯肉桂醛论文摘要近几年来，随着科技水平的不断提高，肉桂醛在香精香料、食品添加剂及医药化工等方面得到了广泛应用，尤其是高纯度肉桂醛应用越来越广泛，各行业对高纯度肉桂醛的需求量越来越大，所以研究分离提纯高纯度肉桂醛的技术方法已成为当今的科研热点。本文采用分子蒸馏和精馏联用设备分别对含两种不同杂质的肉桂油进行了肉桂醛的提纯，探讨了工艺条件。通过与单纯分子蒸馏分离效果相比较，表明分子蒸馏和精馏联用设备在分离分子量接近、挥发性相似的混合体系中具有分子蒸馏等设备无可比拟的优势。关键词：分子蒸馏和精馏联用设备； 肉桂醛； 分离提纯； ABSTRACTIn recent years

2、, with the continuous development of the science and technology, cinnamaldehyde has been widely applied in the flavor and fragrance, food additives, pharmaceutical chemicals, etc. Especially, The demand of high purity of cinnamaldehyde in industry is increasing for its wide application. Therefore, t

3、he study on the purification of high purity of cinnamaldehyde has been concerned by more and more researchers who come from the related fields. This dissertation has studied the conditions for the purification of the cinnamaldehyde in two different kinds of cinnamon oil by molecular distillation and

4、 distillation mixed device. Compared to the single molecular distillation, the mixed device has enormous advantages in the separation of the mixtures that have similar volatility.Key words: the molecular distillation and distillation mixed device, cinnamaldehyde, separation and purification. 目录第1章 前

5、言41.1 肉桂醛的应用41.1.1肉桂醛在医学中的应用41.1.2 肉桂醛在化工领域中的应用41.1.3 在香料香精中的应用51.1.4 肉桂醛在食品工业方面的应用51.2 分离提纯肉桂醛的研究进展61.2.1 超临界流体萃取技术61.2.2 分子蒸馏技术71.2.3 分子蒸馏与精馏联用设备91.3 本论文的选题意义和研究思路11第2章 实验部分112.1 实验原料1122 实验装置和检测仪器1223 实验操作步骤12231 95%工业酒精清洗分子蒸馏和精馏联用设备12232 用分子蒸馏和精馏联用设备分离A与肉桂醛体系13233 用分子蒸馏和精馏联用设备分离提纯含杂质B的肉桂醛14234 用

6、分子蒸馏设备分离提纯含B杂质的肉桂醛15235 分析仪器的清洗16第3章 结果与讨论1731 实验设备中基础参数的摸索17311 蒸发器中液膜形态17312 不同液膜形态的成因及影响因素17313 实验基础参数的确定1832 联用设备分离A与肉桂醛的工艺条件研究19321 温度的影响20322 压力的影响2133 联用设备分离提纯含杂质B的肉桂醛的工艺条件研究22331 精馏柱温度为7022332 精馏柱温度为8024333 精馏柱温度为902534 分子蒸馏设备分离提纯含杂质B的肉桂醛的工艺条件研究27341 温度压力的影响27第4章 结论与展望294.1 结论294.2 展望29参考文献3

7、1第1章 前言1.1 肉桂醛的应用肉桂醛，俗称桂醛或桂皮醛。它是一种无色或浅黄色液体，具有独特的桂油辛香味。在自然界存在于桂油中，通常以合成方法来制备。在工业上主要通过苯甲醛和乙醛在稀碱的条件下缩合而成。它是一种黄色强折光的液体，遇光和空气变成暗棕色粘稠液体，具有桂油的特殊气味和烧焦芳香味道，稍溶于水，易溶于乙醇，不溶于石油醚中。近几年来，随着科技水平的发展，肉桂醛的应用范围越来越广泛，应用领域不断延伸，尤其在香精香料、食品添加剂、医药化工及饲料等领域。1.1.1 肉桂醛在医学中的应用肉桂醛本身可以用作原料药，添加到各种外用药，成品药里。应用于按摩液、美容产品中起到促进血液循环使皮肤回温，坚实

8、皮肤组织，对皮肤的疤痕、纤维瘤的软化与清除皆有效果。肉桂醛是芳香性健胃驱风剂，对肠胃有缓和的刺激作用，可促进唾液及胃液分泌，增强消化功能，缓解肠道痉挛性疼痛，用于治疗胃痛、胃肠胀气，有显著的健胃、驱风效果。肉桂醛还具有抑制肾上腺素对脂肪酸的游离，促进葡萄糖的脂肪合成作用，因而，可以用于血糖控制药中，加强胰岛素替换葡萄糖的作用，防治糖尿病。肉桂醛甚至具有抗病毒作用，对流感病毒引起的肿瘤换抑制作用强大，并具有抗诱变作用和抗辐射作用。肉桂醛也可以进一步深加工合成许多功效强大的药物。1.1.2 肉桂醛在化工领域中的应用肉桂醛不仅安全环保而且气味芬芳，含有肉桂醛的抗微生物剂，可驱赶昆虫。它可直接用于下水

9、道或汽车专用香精、空气清新剂、冰箱除味剂，保鲜剂等。因为肉桂醛的应用受PH值的影响不大，所以对于酸性或碱性的物质，它都具有较强的杀菌消毒作用，从而可广泛应用于防腐防霉保鲜。肉桂醛还可应用于石油开采中的杀菌灭藻剂、酸化缓蚀剂，代替目前使用的戊二醛等传统防腐杀菌剂，可显著增加石油产量，提高石油质量，降低开采成本。目前，河北油田、胜利油田应用肉桂醛已经在此方面取得重大进展，为肉桂醛的应用开辟了前所未所有广阔空间。根据美国芝加哥伊利诺伊大学牙科学院的专家报告的一项最新的研究成果，含有肉桂醛植物提取成分的天然口味的口香糖能够杀死口腔中的细菌，并由此减少口臭的产生。研究表明，含有肉桂醛活性植物提取物的口香

10、糖可以作为功能保健食品，它可以在短期内对口腔清洁产生积极影响。而肉桂醛口香糖不仅可用来掩盖口臭，它能真正清除引起口臭的细菌。1.1.3 在香料香精中的应用肉桂醛作为羟酸类燕香化膈物，有良好的持香作用，在制香中作配香原料使用，使主香料香精香气清香。因肉桂醛沸点比与其分子结构相似的其他有机物高，因而常用作定香剂。常用于皂用香精，调制素馨、铃兰、玫瑰等香精，在食品香料中可用于苹果、樱桃、水果香精。由于肉桂醛既可调制各种口味的香型，又可对口腔起到杀菌和除臭的双重功效。常用于牙膏、口香糖、口气清新剂等口腔护理品。1.1.4 肉桂醛在食品工业方面的应用肉桂醛在食品中，常用于香料香精、保鲜防腐防霉剂，同时也

11、是很好的调料油，用来改善口感风味。如：口香糖、方便面、槟榔等食品以及面包、糕点行装焙烤食品。现在，美国、日本等国已经研究开发将肉桂醛应用于食品添加剂中，主要是利用其杀菌、消毒的功能。肉桂醛作为食品防腐剂，对人体无毒，而对微生物的繁殖能起到较强的抑制作用。肉桂醛是抗真菌的活性物质，其主要是通过破坏真菌细胞壁，使药物渗入真菌细胞内，破坏细胞器而起到杀菌作用。1.2 分离提纯肉桂醛的研究进展 近年来，随着肉桂醛用途研究的进一步深入，各个领域对肉桂醛需求量越来越大，尤其是高纯度的肉桂醛。所以分离提纯高纯度肉桂醛的研究正在大量的进行，其中也涌现出了一系列各有特点的提纯方法和设备。下面就其中几种研究比较成

12、熟和有应用前景的方法技术进行阐述。1.2.1 超临界流体萃取技术 超临界流体萃取技术分离提纯的原理是应用超临界流体对脂肪酸、植物碱、醚类、酮类、甘油酯等具有特殊溶解的性质，利用超临界流体的溶解能力与其密度大小的关系，即利用压力和温度等外界因素对超临界流体能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质有充分接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小不同的成分集资萃取分离出来。当然，对应各压力、温度范围内所得到的萃取物不可能是单一的，但可以通过控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的操作使超临界流体变成普通气体，被萃取物质基本析出，从而达到分离提纯的目的，所以

13、超临界流体萃取过程是由萃取和分离两步骤组合而成的。超临界萃取装置从功能上可分为八部分：萃取剂供应系统、高压系统、低温系统、萃取系统、改性剂供应系统、分离系统、循环系统和计算机控制系统。具体包括二氧化碳注入泵、分离器、萃取器、压缩机、二氧化碳储罐、冷水机等设备。超临界流体萃取技术的优点：（1） 可以在接近室温及二氧化碳气体保护下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。因此，能把高沸点、低挥发度、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来，同时保持萃取物中的各组分性质不变；（2） 由于全过程不用有机溶剂，因此萃取物无残留杂质，同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染，是100%纯天然；（3）

14、 二氧化碳是一种不活泼的气体，萃取过程不发生化学反应，且其为不燃性气体，无味、无臭、无毒，故安全性好；（4） 压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数。通过改变温度或压力达到萃取分离的目的，因此工艺简单易掌握，而且萃取速度快。根据以上优点，因为肉桂醛沸点高、易氧化，从理论上讲，用超临界流体萃取技术可以在接近常温，避免肉桂醛被氧化前提下，对其进行分离提纯。但在生产应用中，基本不用超临界流体萃取技术分离提纯高纯度的肉桂醛。具体有如下几个原因：（1） 超临界流体萃取适合于挥发性物质的分离，而肉桂醛不易挥发；（2） 肉桂醛在超临界流体中的溶解度较小，不能进行大量高纯度提取的操作；（3） 由于纯二氧化碳本

15、身的非极性特点，大大限制了其应用范围，萃取极性物质时需要加入夹带剂，而夹带剂会影响溶剂的溶解性和选择性，从而影响提纯效果；（4） 超临界流体萃取的设备投资费用大，设计基础数据缺乏，设计经验不足，缺乏可靠、通用的分析模型，应用存在很大局限性；但现在有大量科研机构在研究采用超临界二氧化碳直接从植物体内萃取肉桂油进行初提纯，探讨其萃取压力、温度、时间等对提取效果的影响，旨在获取最佳的萃取工艺条件，为超临界二氧化碳萃取技术应用于肉桂精油提取提供理论基础，为规模化生产提供参考数据。目前，超临界二氧化碳已经初步体现出了优势，该方法的得油率较传统方法要高，且不易被氧化。1.2.2 分子蒸馏技术分子蒸馏又叫短

16、程蒸馏，是基于一定温度和真空度下不同物质的分子平均自由程的差异而实现分离的一种新型液-液分离技术，它能使流体在远低于其沸点的温度下将其分离，特别适用于高沸、热敏性及易氧化物系的分离提纯。由于分子蒸馏具有蒸馏温度低于物料的沸点、蒸馏压力低、受热时间短、分离程度高等特点，因而该技术能大大降低高沸点物料的分离成本，极好地保护了热敏性物质的特点品质。分子蒸馏技术用于纯天然保健品有效成分的提取，可摆脱化学处理方法的束缚，真正保持住纯天然的特性，使保健产品的质量迈上一个新台阶。分子蒸馏的分离原理和装置的结构决定其有如下特点：（1） 分子蒸馏的操作温度远低于物料的沸点：由分子蒸馏原理可知，混合物的分离是根据

17、不同种类的分子溢出液面后的平均运动自由程不同的性质来实现的，并不需要沸腾，所以分子蒸馏是在远离于物料沸点的温度下进行分离操作的，这一点与常规蒸馏有本质的区别。（2） 蒸馏压强低：由于分子蒸馏装置独特的结构形式，其内部压降极小，可以获得很高的真空度，因此分子蒸馏是在很低的压强下进行进行操作。而且操作压强降低，可以进一步降低操作温度。（3） 受热时间短：由分子蒸馏原理可知，加热液面与冷凝液面间的距离要求小于挥发性组分分子的平均运动自由程，而由液面溢出的挥发性组分分子，几乎未经碰撞就到达冷凝面而降低温度，所以受热时间很短。另外，混合液体呈薄膜状，使液面与加热面的面积几乎相等，这样物料在蒸馏过程受热时

18、间就变得更短。对常规的减压蒸馏而言，受热时间约为一个小时，而分子蒸馏仅为十几秒。（4） 分离效果高：因为分子蒸馏在分离提纯过程中，其传热、传质都处于非平衡状态，加热面与冷凝面之间的温度差和浓度差都比较大，从而传热、传质阻力小。（5） 分子蒸馏比常规蒸馏分离程度更高，能分离常规蒸馏不易分开的物质：分子蒸馏的相对挥发度1=(P1/P2)(M2/M1) 式中：M1：轻组分分子量 M2：重组分分子量而常规蒸馏的相对挥发度2=P1/P2。在P1/P2相同的情况下，重组分分子量M2比轻组分分子量M1大。所以，这就表明同种混合液分子蒸馏较常规蒸馏更易实现分离。分子蒸馏技术以上的特点，决定其在分离提纯过程上有

19、如下优点：（1） 由于操作温度低、真空度高、受热时间短、分离效率高等，所以特别适于高沸点、热敏性、易氧化物质的分离提纯；（2） 可有效地脱除低分子量物质（脱臭）、重分子量物质（脱色）及脱除混合物中其它杂质；（3） 其分离过程为物理分离过程，可有效地保护被分离组分不被污染及变质，特别是可保持天然提取物的原来品质特点； 本实验，为进行比较，采用了分子蒸馏设备对肉桂醛中的B杂质进行了脱除实验，在保持进料速度、刮膜转速、冷凝温度等因素不变的情况，考察了蒸馏温度以及体系压力对分离提纯的效果的影响。该设备装置如下图1所示： 图1：分子蒸馏设备相比较分子蒸馏和精馏联用设备，分子蒸馏设备分离提纯肉桂醛，体系压

20、强的真空度要求较低，蒸馏温度也较低，操作时间也更快。但分子蒸馏技术最主要的缺陷是其分离纯度远不如分子蒸馏和精馏联用设备。因此本实验重点研究该联用设备在分离提取高纯度肉桂醛的优势。 1.2.3 分子蒸馏与精馏联用设备分子蒸馏和精馏联用设备是将能够进行温和再沸的多塔板精馏柱和刮膜式蒸发器结合在一起，使二者取长补短，将各自的优势得以充分发挥，大大提高了分离效率和改善了分离效果。这项目前还没有被广泛应用的联用技术使得分离提纯高纯度的挥发性相似的热敏性物质成为可能，而其他工艺则无法做到。本实验采用自制的中试不锈钢分子蒸馏和精馏联用设备，其基本装置包括6英寸刮膜式分子蒸馏器、精馏柱、传输泵、真空泵、冷井、

21、塔顶冷凝循环系统以及控制系统等。其装置如下图2所示：图2： 分子蒸馏和精馏联用设备本实验采用分子蒸馏与精馏联用设备分别分离提纯了物质A与肉桂醛的混合物以及含杂质B的肉桂醛这两种体系。考虑到杂质A与肉桂醛挥发度相差大，而且两组分的沸点也相差较大，用分子蒸馏与精馏联用设备分离提高纯这一体系并不能明显体现该设备的优势。而且操作该设备成本更高。然后，本实验选择用分子蒸馏和精馏联用设备分离提纯含有与肉桂醛挥发度和沸点都比较接近的B杂质的肉桂醛原料体系，并用分子蒸馏分离提纯该体系作为对比实验。该体系可充分证明分子蒸馏和精馏联用设备对提纯高纯度的挥发性相似的热敏性的物质的巨大优势。1.3 本论文的选题意义和

22、研究思路随着肉桂醛在医药学、化工、香料香精以及食品工业等各领域中的广泛应用，肉桂醛的需求量越来越大。而我国是世界上肉桂油最大的生产国和出口国，其中广东和广西生产的肉桂油出口约占世界产量的80%以上。目前，国内外肉桂粗油的售价为120150元/kg，其分离提纯后的产品肉桂精油的价格是肉桂粗油的10倍以上，可见其分离提纯的经济效益十分显著。因此，开展肉桂醛纯化工艺新技术的研究，实现天然香料香精深加工的产业化，对于充分开发利用我国丰富的林业资源，提高农林副产品的质量和档次，开发高附加值的系列新产品，提高农林产品的竞争力，带动和促进相关产业的技术，促进我国林业经济的可持续发展，具有一定的参考价值。通过

23、对大量文献的阅读并结合实验室实际情况，确定本研究的主要目的是通过对物质A与肉桂醛混合以及含杂质B的肉桂醛这两种体系的分离提纯实验探究，来摸索用分子蒸馏和精馏联用设备分离提取高纯度肉桂醛的基础设计数据，并为该联用设备实现工业化以及产业化提供基础数据。第2章 实验部分2.1实验原料本实验所需要的主要原料（1）组分A：规格为分析纯，生产厂家为广州化学试剂厂；（2）肉桂醛：规格为优级纯，反式肉桂醛，含量99%，ACROS； （3）萘：规格为分析纯，生产厂家为天津市大茂化学试剂厂；（4）乙酸乙酯：规格为分析纯，生产厂家为广州化学试剂厂；（5）无水乙醇：规格为分析纯，生产厂家为广州化学试剂厂；本实验采用内

24、标法用GC仪器分析检测设备分离后的各组分。分析中要用到萘、乙酸乙酯以及无水乙醇，而液氮是用来冷却冷井的，防止挥发性组分被抽入真空泵中污染真空油。22 实验装置和检测仪器 本实验采用的分离提纯装置由第1章前言中的图1：分子蒸馏设备，图2：分子蒸馏和精馏联用设备。本实验采用的分析检测仪器为GC。本实验在实验过程中还有用到上海之信仪器有限公司生产的OL-360超声波清洗仪，用来清洗气相进样瓶。23 实验操作步骤本文按实验进展的先后顺序，详细阐述该实验的具体操作步骤。231 95%工业酒精清洗分子蒸馏和精馏联用设备（1）开启设备电源，并在三个阀门接口处按装收集组分的大型号圆底烧瓶，并擦途上真空脂以防止

25、漏气；（2）开启塔顶循环冷凝装置，设置温度为-20；（3）开启水循环泵，抽到底，压力为1000Pa；（4）抽真空一段时间后，设置蒸发器和精馏柱为45；（5）当温度都达到设定值后，打开回流阀门，关闭轻组分管道中的阀门，再加入清洗剂酒精进行全回流，这主要是清洗最为难洗的精馏柱的填料塔；（6）全回流1小时后，调节回流比为2；（7）持续清洗3小时后，发现从精馏柱中下滴的液滴为无色；（8）关闭各管道阀门，更换收集组分的圆底烧瓶；（9）继续清洗10分钟后，取下圆底烧瓶；（10）用气相瓶取少量轻组分、重组分以及挥发性组分，并用GC仪器定性检测，发现各组分均无杂峰，说明设备基本清洗完毕；（11）将蒸发器和精馏

26、柱温度提高为50，加快抽干设备中残留的酒精；（12）持续抽真空30min，观察各圆底烧瓶均长时间无液滴滴下；（13）关闭温控系统，关闭水循环泵，清洗设备结束；232 用分子蒸馏和精馏联用设备分离A与肉桂醛体系本实验主要是通过控制因素法，考察蒸发器、精馏柱温度以及设备体系压力这两个主要因素对分离效果的影响。由于杂质A极易被氧化，所以不能一次性配大量溶液，然后再一次实验取一定量，所以本实验中不能保证每次配的原料的配比相同。本实验的具体步骤如下：（1） 开启设备电源，因为杂质A极易挥发，将塔顶冷凝循环温度设置为很低的范围-12-10，以免组分在升到塔顶后来不及冷凝被全部抽到冷井下的挥发性收集瓶，保证

27、精馏柱装置的回流正常进行，从而能够综合应用分子蒸发器和精馏柱两个设备的分离优势。（2） 根据该体系A杂质与肉桂醛两种物质的物化性质，反复实验摸索蒸发器、蒸馏柱温度，以及设备空载压力的参数的设置。第一次实验时，将蒸发器、蒸馏柱温度均设置为135，系统空载压力为1Pa,进行实验。但观察实验发现，此时精馏柱不能产生回流，组分几乎全部都抽到冷井下的挥发性组分的收集瓶中，而轻组分收集瓶中无轻组分。经分析及参考前人的研究认为，可能是A杂质极易挥发，而设备系统的真空度又太高，组分在塔顶来不及冷凝而直接被抽下来。因此下面的多次实验，就将系统空载压力上升至200Pa左右，将蒸发器、精馏柱温度设置为80左右。（3

28、） 经过实验反复摸索确定蒸发器、精馏柱温度以及系统空载压力的实验范围。再结合查阅资料确定进料速度为1.5ml/min（相当于2秒每滴），刮膜转速为300r/min，在以后的实验中均保持这两个参数不变。以上几个对分离效果均有明显影响的效果确定后，可以正式进行分离提纯实验了。（4） 首先，是配制待分离的A物质与肉桂醛体系，分别取两组分各约40ml加以混合均匀。其次，再用注射器取少量原料，并以萘为内标物，按照内标法的规则配制原料的气相样品，并用GC检测原料中两组分的含量，当然这之前要分别制作A物质以及肉桂醛的标准曲线。然后，称量各收集瓶的质量，并安装之，开启设备，并设置参数：进料速度为1.5ml/m

29、in（相当于2秒每滴）、刮膜转速为300r/min、塔顶冷凝温度为-12-10，先控制体系压力为200Pa，实验中保持以上参数均不变，考查蒸发器、精馏柱温度对分离效果的影响，每次实验升高5，从70至90共五个点。（5） 考察完五个点的温度之后，处理实验数据后确定蒸发器、精馏柱温度为78时，达到的分离效果最佳。所以，考察设备体系压力时，设置参数为：进料速度为1.5ml/min（相当于2秒每滴）、刮膜转速为300r/min、塔顶冷凝温度为-12-10、蒸发器和精馏柱温度为78。（6） 考察完50至300Pa之间的六个点之后，处理实验数据后确定设备体系压力为250Pa时，达到的分离效果最佳。233

30、用分子蒸馏和精馏联用设备分离提纯含杂质B的肉桂醛换一种体系后，需要重新用酒精清洗分子蒸馏和精馏联用设备，具体步骤前面已经有阐述。本体系的分离提纯实验，由于杂质B与肉桂醛挥发度、沸点较接近，且肉桂醛是轻组分，因此体系组分将不易被抽到挥发性收集瓶中，因此塔顶循环冷凝温度可以升高。因为体系两种组分沸点都较高，都不易挥发，因此，为保证体系组分能够充分上升，发挥精馏柱的分离作用，必须将进料速度控制在一个很低的水平。又因为体系两组分的黏度都较大，因此本实验考虑提高刮膜转速。经反复实验摸索以及查阅相关资料，确定参数为：进料速度为0.5ml/min（相当于6秒每滴）、刮膜转速为600r/min、塔顶冷凝温度-

31、20、设备体系空载压力为1Pa，实验中控制以上参数不变，分别考查蒸发器和精馏柱温度对分离提纯的效果的影响。本实验几个要特别注意的实验操作步骤如下：（1）实验时，要先用液氮制冷冷井，再开启真空泵将设备抽真空。因为先用液氮将冷井制冷，才能将设备体系中的水蒸气液化冷冷凝下来，避免开启真空泵后，设备中水蒸气被抽入真空泵中污染真空油，使得真空泵抽真空满足不了要求。（2）开启真空泵时，应该慢慢打开阀门，避免因抽真空太快，设备中的水蒸气经过冷井时来不及被冷凝液化而直接被抽到真空泵中。（3）实验时，应该先开启真空泵，抽真空一段时间后，再设置升高蒸发器和精馏柱温度。因为每次实验完后，设备中均会有体系组分残留，若

32、不先抽真空，那么升高温度后，设备中的残留组分就可能与设备中的空气发生反应，影响设备的分离效果。因此，升温前必须保证设备中体系处于一个高真空度的环境中。（4）实验中，开始进料时，应先特别将进料速度控制的很慢，然后产生回流后，再慢慢加快进料速度。因为刚开始设备润湿不充分时，组分将很难被蒸上精馏柱，因此进料必须缓慢，避免原料还没蒸上精馏柱就直接从蒸发器中滴下，即没经过精馏柱的分离作用，这会大大降低联用设备的分离效果。（5）实验中，调节回流比时，刚开始可以将轻组分管道中的阀门全开，将回流阀门半开。因为调节回流比之前，轻组分中的管道是干燥的，没有润湿，而回流管道润湿充分。此时，组分会绝大部分产生回流，而

33、不流向轻组分的管道，因此可以通过调节阀门开度来控制回流比。（6）实验结束后，取下挥发性收集瓶之前，先向冷井加入热水。因为实验中，冷井是由液氮制冷的，所以冷井中的管道温度是非常低的，会有部分挥发性组分以及水蒸气被凝固于此。因此，为了不影响下次实验，在本次实验后，要向冷井中加入热水，使凝固于冷井附近管道的各组分液化流出来。234 用分子蒸馏设备分离提纯含B杂质的肉桂醛实验之前，也需要清洗设备，不过考虑到上次使用的分离体系的物化性质，本次采用正已烷清洗设备，因为正已烷对残留组分的溶解度更大，而正已烷沸点很低，挥发度很大，不会残留于设备中。由于分子蒸馏的设备较联用设备简单，管程也较短，所以本设备对温度

34、和设备体系中的真高度要求较联用设备低。经多次实验摸索以及查阅大量资料，设置实验设备参数如下：进滴速度为0.75ml/min、刮膜转速为600r/min、循环冷凝温度-20。实验中，保持以上参数不变，考查蒸发器温度和体系压力对设备分离效果的影响。其具体操作步骤为：（1）首先，向冷井中加液氮制冷5min后，再开启真空泵。（2）抽真空至设备体系压力为2Pa以下，并维持一段时间，再调节放气阀，将设备体系压力调制实验所需的压力（200Pa左右），并维持2min。（3）设置蒸发器温度，本实验因为所需蒸发器温度低于50，而该设备对于低于50以下的温度检测控制较差。因此，本实验中将温度计直接插入加热蒸发器的油

35、中，来表示蒸发器的温度。（4）参数设置完毕后，再加料。同理，刚开始时，进料速度要非常缓慢，10min后，再慢慢加快进料速度。并随时监测进料速度，使其始终维持在一个平均水平上。（5）实验完毕后，也要向冷井中加入热水，使凝固于冷井附近的组分液化流出来。235 分析仪器的清洗本实验的分离效果是由GC检测的，因此需要配制气相样品。因为GC作定量分析时，所取的待分析组分以及内标物萘的量都较少，容易引起较大误差。所以，作分析时必须保证各仪器都绝对干净。因此对分析仪器的清洗要求都比较高，具体仪器的清洗步骤如下：（1） 注射器：注射器是用来从收集瓶中取少量组分配制气相样品的。由于组分为有机物质，所以不能仅用自

36、来水清洗，可以先用回收酒精或回收丙酮先清洗之，然后再用纯水清洗。（2）气相瓶：由于气相瓶瓶口小，毛刷不能直接插进瓶内清洗。所以可以先用回收酒精或回收丙酮冲洗三次，然后再用烧杯装好放进超声仪中清洗20min，最后再用纯水冲洗三次即可。第3章 结果与讨论本实验主要通过两种设备对两个体系进行分离提纯，分别考察一系列因素对实验结果的影响来确定最佳工艺条件，并将这两个设备的实验结果进行比较。31 实验设备中基础参数的摸索311 蒸发器中液膜形态通过观察液膜形态图片，如下图3，发现液体在壁面上主要存在四种形态：点状颁布、线状分布、部分成膜和整体成膜。 （a）点状分布 （b）线状分布 （c）部分成膜 （d）

37、整体成膜图3：液膜类型312 不同液膜形态的成因及影响因素点状分布：当进料速度较小，流体分布器转速较缓慢时，大部分液体不能被甩到蒸发器加热面，直接从出料口流出进入重组分收集瓶，不能在蒸发器壁面上形成液膜；而且刮膜的刮擦转速很小时，刮膜后形成的少量薄膜，在表面张力的作用下，收缩破裂，最终液体在壁面上多以椭圆状液滴形式存在，即液体成点状分布。线状分布：进料速度和刮膜转速加大后，更多的流体能通过流体分布器被甩到加热面上，但大部分甩在加热面位置较低处，造成蒸发器加热面上部液体较少，以点状液滴为主；而加热面底部液体相对较多，从而在切向上出现宽窄不均的线状液膜。部分成膜：随着进料速度和刮膜转速的进一步加大

38、，蒸发器加热壁面上的液体量进一步增多，并且位置更靠近蒸发面上部，使液膜能覆盖部分蒸发器加热壁面，但尚不能整体成膜，也即部分区域出现线状液膜，部分区域达到成膜状态。整体成膜：当进料速度和刮膜转速继续增大达到一定值后，大量液体能通过分布器直接被甩到蒸发器加热壁面最上端，在转子的高频刮擦下，蒸发器加热壁面都能均匀成膜。由上可知，影响壁面上液膜形态的主要因素为进料速度、刮膜转速和原料性质。（1） 刮膜转速的影响：刮膜转速通过两方面影响壁面上的液膜形态。一方面，液体分布器与刮膜转子是一个整体，以相同的转速转动。随着刮膜转速的增加，分布器的转速逐渐增大，液体具有更大的切向初速度，能被甩到蒸发器加热壁面较高

39、处，且在轴向上的分布更加均匀；另一方面，刮膜转速增加，使得刮膜转子对液体的刮擦的效果更好，液体在切向上的厚度更均匀，有利于整体成膜。（2） 进料速度的影响：随着进料速度的增大，壁面上的液体量逐渐增多，液膜形态从点状分布向整体成膜过渡。但刮膜转速很小时，仅提高进料速度，蒸发器加热壁面也不能达到整体成膜。只有当转速达到某个临界值以上时，液膜形态才会随进料速度的提高而逐渐向整体成膜转变。（3） 物料性质的影响：物料的黏度通过影响设备的持液量来影响液膜形态，原料的黏度越大，设备内的持液量越大，有利于整体成膜的形成；由于表面张力的存在，液膜形成后有收缩破裂的趋势，表面张力越大，这种趋势越显著，成膜越困难

40、。313 实验基础参数的确定本实验，根据原料的性质，并且控制刮膜转速以及进料速度，使原料在蒸发器加热壁上成整体成膜状态。根据以上结论可知，刮膜转速和进料速度越大越容易形成整体成膜状态。但实验操作中刮膜转速和进料速度也并非越大越好，因为形成整体成膜状态只是一个要求，实验中还必需考虑其它因素。（1）刮膜转速的确定：刮膜转速增大可以促进蒸发器壁面形成整体成膜状态。但当刮膜转速极大时，则物料将会随刮膜转子转动，极缓慢的脱离转子，造成实验时间延长。同时，刮膜转速增大也会消耗大量电能，造成成本增加。综合以上因素以及物料性质确定：用分子蒸馏和精馏联用设备分离提纯A与肉桂醛混合体系的刮膜转速为300r/min

41、，用分子蒸馏和精馏联用设备分离提纯含杂质B的肉桂醛体系的刮膜转速为600r/min（体系二的黏度大于体系一），用分子蒸馏设备分离提纯含杂质B的肉桂醛体系的刮膜转速为600r/min。（2）进料速度的确定：进料速度增大也可以促进蒸发器壁面形成整体成膜状态。但当进一步提高进料速度后，原料会未经蒸发器加热壁面的作用就直接滴落进入重组分收集瓶，即有部分原料并未真正经过设备的分离提纯作用。综合考查确定：（）、用分子蒸馏和精馏联用设备分离提纯A与肉桂醛的混合体系一进料速度为1.5ml/min（相当于2秒每滴）；（）、用分子蒸馏设备分离提纯含杂质B的肉桂醛的体系二进料速度为0.75ml/min（相当于4秒每

42、滴）；（）、而用分子蒸馏和精馏联用设备分离提纯含杂质B的肉桂醛的体系二进料速度为0.5ml/min（相当于6秒每滴）。（）与（）的进料速度的区别主要是由于原料的性质不同，体系二相比较于体系一，其挥发度更小，沸点更高，黏度更大，因此进料速度缓慢。而（）与（）的进料速度的区别主要是由于分子蒸馏和精馏联用设备的管程更长，操作时间更长，因此其进料速度更缓慢。（3）而对于分子蒸馏和精馏联用设备，回流比这一参数对分离纯度以及分离效果也是有影响的。经摸索以及操作的实际性，将两种体系的分离实验的回流比均设置为5。32 联用设备分离A与肉桂醛的工艺条件研究经过以上研究讨论确定，进料速度：1.5ml/min（相当

43、于2秒每滴），刮膜转速：300r/min，回流比：5，塔顶冷凝温度：-12-10（A物质极易挥发）。因此，下面实验要考查的重要参数就是蒸发器（本组实验和精馏柱相同）温度和设备体系压力。321 温度的影响本组实验中，设置并调节参数如上，并将设备压力调为200Pa，改变蒸发器温度来考察其对分离纯度和得率的影响，实验数据分别如下表1、表2所示：表1 蒸发器与精馏柱温度对各馏分中的杂质A含量的影响a温度/各组分中杂质A的含量/%原料馏出物馏余物挥发组分7040.9985.8919.3897.867563.1392.4522.891.008065.8688.7915.9797.448560.9086.3

44、517.8293.299039.7468.357.3096.05a体系压力：250Pa ，刮膜转速：300r/min，进料速度：1.5ml/min，回流比：5 ，塔顶冷凝温度：-12-10分析：由表1可知，温度在75时，馏出物中A含量最高，分离效果最佳。表2 蒸发器与精馏柱温度对各馏分得率的影响a温度/得率/%馏出物馏余物挥发性组分702.9171.77.237524.8840.4931.68032.0651.5413.888517.3953.497.089014.0259.4517.70a体系压力：250Pa ，刮膜转速：300r/min，进料速度：1.5ml/min，回流比：5 ，塔顶冷凝

45、温度：-12-10分析：由表2可知：温度为80时，馏出物得率最大。综上分析：本组实验中，馏出物纯度和得率的最大值并不出现在同一温度下， 但考虑到本实验主要是考查设备对体系的提纯能力的大小。当温度为75时，馏出物A的含量达到了92.45%，得率为24.88%。当温度为80时，馏出物A的含量为88.79%，得率为32.06%。所以优先纯度并综合考虑得率确定分子蒸馏和精馏联用设备分离提纯含杂质A的肉桂醛的最佳蒸发器（与精馏柱相同）为75。322 压力的影响通过上一组的实验确定了最佳温度，因此本组实验考查压力对实验分离纯度以及分离效果的影响时，将蒸发器温度固定为78 ，改变设备体系压力，分析实验结果的

46、变化趋势，实验数据如下表3、表4：表3 压力对各馏分中的杂质A含量的影响c压力/Pa各组分中杂质A的含量/%原料馏出物馏余物挥发组分10060.8880.5122.6797.7115052.4082.3119.4796.3620054.8086.4017.1597.2325065.2589.8327.3199.0830063.3188.6827.7997.55c蒸发器温度：75 ，刮膜转速：300r/min，进料速度：1.5ml/min，回流比：5 ，塔顶冷凝温度：-12-10分析：由表3可知，当设备体系压力为250Pa时，馏出物中A组分的含量89.83%为最大值。表4 压力对各馏分得率的影响

47、c压力/Pa得率/%馏出物馏余物挥发性组分10019.1150.7923.6015018.0358.7720.9920034.8644.157.5325037.3448.3712.8130020.6354.2715.03c蒸发器温度：75 ，刮膜转速：300r/min，进料速度：1.5ml/min，回流比：5 ，塔顶冷凝温度：-12-10分析：由表4可知，当设备体系压力为250Pa时，馏出物的得率最大达到37.34%。综上分析：由于本组实验中，馏出物中物质A的含量与馏出物得率在同在压力为250Pa时，达到最大值。所以确定分子蒸馏和精馏联用设备分离提纯含杂质A的肉桂醛的最佳设备体系压力为250P

48、a。结论：综合考虑蒸发器温度和压力，确定用分子蒸馏和精馏联用设备分离提纯含杂质A的肉桂醛的最佳工艺条件为：刮膜转速300r/min、进料速度1.5ml/min（即每2秒每滴）、回流比5、塔顶冷凝温度-12-10、蒸发器温度（与精馏柱温度相同）75、设备体系压力250Pa。此时，馏出物中物质A的含量为89.83%，馏出物得率为37.34%，33 联用设备分离提纯含杂质B的肉桂醛的工艺条件研究本组实验通过在三个不同水平的精馏柱温度下，考察蒸发器温度对分离纯度和分离效果的影响。原料中杂质B质量分数为9.17%，肉桂醛质量分数为71.93%。331 精馏柱温度为70将精馏柱温度设置为70，改变蒸发器的

49、温度，考查在此精馏柱温度下，蒸发器温度对实验结果的影响，实验数据如下表5、表6所示：表5 精馏柱温度70时蒸发器温度对分离B纯度的影响e温度/原料质量/g各馏分中杂质B含量/%馏出物馏余物9059.99334.2811.429560.00304.0710.8710060.01502.8911.5110559.99103.5810.6711059.99613.6514.25e精馏柱温度：70，刮膜转速：600r/min，进料速度：0.5ml/min，空载压力：1Pa，塔顶冷凝温度：-20，回流比：5由上表5可知，当精馏柱温度为70，蒸发器温度为100时，馏出物中杂质B含量最小为2.89%。表6

50、精馏柱温度70时蒸发器温度对得率的影响f温度/原料质量/g得率/%馏出物馏余物9059.99339.1475.659560.00309.7780.0210060.015033.6373.1810559.991035.3270.1711059.996147.8162.17f精馏柱温度：70，刮膜转速：600r/min，进料速度：0.5ml/min，空载压力：1Pa，塔顶冷凝温度：-20，回流比：5分析：由表6可知，当精馏柱温度为70时，随着蒸发器的温度从90逐渐升至110，馏出物的得率逐渐增大，并没有出现最大值。但蒸发器温度从95升至100时，馏出物得率发生一个突变，得率增加23.86%。之后，

51、再升高温度得率增加相对不明显。综上分析，本组实验中当精馏柱温度为70，蒸发器温度为100时，馏出物杂质B的含量2.89%为最低值，且馏出物得率33.63%也处于较高水平，因此确定精馏柱温度70，蒸发器温度100为最佳工艺条件。332 精馏柱温度为80将精馏柱温度设置为80，改变蒸发器的温度，考察在此精馏柱温度下，蒸发器温度对实验结果的影响，实验数据如下表7、8所示：表7 精馏柱温度80时蒸发器温度对分离B纯度的影响g 温度/原料质量/g各馏分中杂质B的含量/%馏出物馏余物9059.99324.3310.109559.99354.0712.3210059.99434.3412.2210560.0

52、0834.5811.3811060.00184.8312.82g精馏柱温度：80，刮膜转速：600r/min，进料速度：0.5ml/min，空载压力：1Pa，塔顶冷凝温度：-20，回流比：5分析：由表7可知，当精馏柱温度为80，蒸发器温度为95时，馏出物中杂质B含量4.07%为最小值。表8 精馏柱温度80时蒸发器温度对得率的影响h温度/原料质量/g得率/%馏出物馏余物9059.993217.2979.069559.993529.5670.8010059.994326.9867.1210560.008329.1167.1711060.001849.0942.59h精馏柱温度：80，刮膜转速：60

53、0r/min，进料速度：0.5ml/min，空载压力：1Pa，塔顶冷凝温度：-20，回流比：5分析：当精馏柱为80，改变蒸发器温度时，馏出物得率并没有出现规律性地变化。当蒸发器温度为90时，馏出物得率仅为17.29%，明显低于其它温度下馏出物的得率，当蒸发器温度为95时，馏出物得率迅速上升为29.56%，之后连续上升温度，馏出物得率并未明显变化，直至蒸发器温度升至110时，馏出物得率才迅速上升至49.09%。综上分析，本组实验中当精馏柱温度为80，蒸发器温度为95时，馏出物杂质B的含量4.07%为最低值，且馏出物得率29.56%也处于较高水平，因此确定精馏柱温度80，蒸发器温度95为最佳工艺条

54、件。333 精馏柱温度为90将精馏柱温度设置为90，改变蒸发器的温度，考察在此精馏柱温度下，蒸发器温度对实验结果的影响，实验数据如下表9、10所示：表9 精馏柱温度90时蒸发器温度对分离B纯度的影响i 温度/原料质量/g各馏分中杂质B的含量/%馏出物馏余物9060.00074.9312.199560.00454.2914.0410060.03024.2414.7410560.00944.129.6111060.00184.8312.82i精馏柱温度：90，刮膜转速：600r/min，进料速度：0.5ml/min，空载压力：1Pa，塔顶冷凝温度：-20，回流比：5分析：由表9可知，当精馏柱温度为90，蒸发器温度为105时，馏出物中杂质B含量4.12%为最小值。表10 精馏柱温度90时蒸发器温度对得率的影响j温度/原料质量/g得率/%馏出物馏余物9059.993217.5171.799559.993519.5368.9310059.994321.2667.3410560.008335.1855.8811060.001849.0942.59j精馏柱温度：90，刮膜转速：600r/min，进料速度：0.5ml/min，空载压力：1Pa，塔顶冷凝温度：-20，回流比：5分析：由表