一、概述

  香料工业是精细化工的一个分支，其特点是质量要求严格，理化指标一般要达到气相色谱含量95%以上，在理化指标合格的同时，还必须经过调香师闻香进行香气的鉴定。香料品种多，数量少，大多数是沸点较高的有机化合物，有些还是热敏性物质，香料长时间在高温下加热，会导致分解或聚合，降低质量和得率。为了得到质量优良、价格低廉的香料产品，不但要通过精馏操作来提纯，而且要尽可能在真空状态下进行，以期降低精馏温度，提高产品质量。虽然目前对高沸点和热敏性香料的生产可采用分子蒸馏技术，但这一技术由于成本和设备制造技术等原因尚未得到普及。国内外香料工业生产普遍采用真空精馏方法。

  二、真空精馏原理和流程

  真空精馏是指分馏系统在真空状态下，通过加热装置的连续不断供给热能，对混合液进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，这一过程可使混合液得到近乎完全的分离。分馏系统的真空度越高，混合液的分离温度便越低，可使低沸点的组分完全分离，亦更好地保持了香料的物理化学性质。由于香料多为多组分物质，各组分的汽化温度不同，因此，在精馏过程中，不同温度且互不平衡的气液两相接触时，必然会同时产生传和传质的双重作用，当上一级的液相回流与下一级的气相直接接触时，就可发生低沸点组分的多次部分汽化和较高沸点组分的部分冷凝。通过如此的重复多次进行，达到精馏提纯的目的。

  真空精馏操作是在直立的圆柱形精馏塔内进行的，塔内装有一定高度的填料。填料表面是气液两相进行热交换的场所。在整个真空精馏系统中，为了保持系统真空，必须配置抽真空设备。此外还需配置釜液加热装置和塔顶冷凝器、馏出液接受器、回流比控制装置等。目前较先进的分馏系统，采用外回流方式。此方式是把塔顶冷凝器冷凝下来的液体全部通过管路引出塔外，引出管路上装有回流比控制阀，将馏出液按生产工艺要求分为回流和蒸出两部分。回流部分引入填料上部，通过液体分布器将回流液均匀分布到填料上，蒸出部分进入冷却接受器，根据其在分馏的所在阶段而成为不同的馏分。这种回流比控制方法可实现全回流和全蒸出的极限操作，也就是说，可进行回流比从0到无穷大的任意调节。通过调节回流比控制阀来调节蒸出和回流的分馏液数量，可有效控制分馏过程，得到高纯度的产品。

  原料液由精馏釜加热汽化后，沿塔上升进入填料区，在填料表面，上升汽体与回流的液体互相接触，进行传热和传质。汽化蒸汽沿填料层逐渐上升，在填料层与回流液进行传质和传质时，回流液中易挥发组分吸收上升汽体中的难挥发组分放出的热量而向汽相转移，上升汽体中的难挥发组分放出热量而向液相转移，上升汽体中的易挥发组分进入塔顶冷凝器中被全部冷凝。冷凝液经管路引出，通过安装在引出管上的回流比控制阀将部分准凝液送回填料区作为回流液体，其余部分经冷却后作为馏出液。

  在不同的温度段，所得到的馏出液含量不同，一般先馏出低沸点的头子，其馏出温度较低，在微负压状态下进行即可。整个分馏过程，真空度应由低到高逐渐增加，随着馏出液含量逐渐增高，真空度相应提高，分馏温度可保持相对稳定，通常在产品分馏阶段，加热温度和真空度会保持相对稳定，直至产品基本馏出。产品馏出后，继续升高温度，将馏出后产，其香气会较差，含量降低。最后，残留在釜内的液体由釜底放出，称为脚子。一般从馏出头子开始到放出脚子，一个分馏过程即告结束。

  三、香料生产中塔器的选型

  分馏塔是真空精馏装置的重要部件，气液两相物料在塔内作相对方向流动，进行密切的接触，从而达到传热和传质的目的。塔的型式一般来说可分为二大类，即板式塔和填料塔。

  填料塔在香料工业上得到广泛使用的重要原因是由于这种填料在间歇真空精馏操作中具有无可比拟的优越性。主要表现在如下几方面：

  1. 填料的压降小。填料塔中靠回流液在填料表面形成的液膜与

  上升的气体来进行传质，比板式塔要靠气体穿过板上液层来传质的压降损失小得多。整个塔身压降小所带来的好处是可以降低塔釜的操作温度，从而节省加热蒸汽与热损失。此外，温度降低可防止热敏性香料在分馏过程中的变质。

  2. 等板高度(HETP)值小。每米高度的填料层可相当于十块

  理论塔板。而板式塔在减压状况下的塔板距至少在0.5米左右，并且塔板效率只有60%左右。

  3. 滞留量少。填料上维持一层液膜，比板式塔中的滞留量少而

  且在停止操作时，滞留液容易漏完，便于清洗和更换产品。这点对间歇操作的塔来说十分重要。

  4. 易于用耐腐蚀材料制造塔器。香料的价值较高，质量规格十

  分严格。一般用不锈钢材料以减少成品中的杂质。

  填料的操作原理是靠物料具有的表面张力特性，在网孔内形成一

  层0.1毫米厚的液膜，气体在膜 的二面上升，回流液沿液膜下降，如此不断地进行质量传递。由于气液二相严格按规定的路线各走各的路，互不相干，液膜又薄,因此压降特别小，流通量特别大。传质效率非常高。

  四、真空精馏管路系统

  真空精馏要正常操作，必须有一个设计合理的管路系统，因为如果管路系统不合理，为了得到高真空度，必须选用真空度过于好的真空机组，从而造成投资浪费。因此进行管路设计非常重要。真空系统的管路，在真空精馏装置中，主要是真空泵到塔顶冷凝器之间的管路。这段管路的长度和管径影响到压降损失的大小。管路长，压降损失大，管径太小，管内气流的线速度太大，会造成大的压降损失。

  根据流体力学原理，系统的几何形状的变化，管路的弯曲和分支，由于气体的分子对管壁和本身之间的撞击，都会带来一定的气流阻力。这种阻力与管内流量和真空度有密切的关系。在设定的真空机组进口和塔顶冷凝器出口真空度下，真空管路的直径与其长度有一定的关系。根据资料介绍的简便计算方法，可以设计出真空管路的几何尺寸。

  1. 公式：真空机组的抽气流量：

  J0=P0*V0 mmHg –L/s

  V0---真空机组的抽气速率L/s

  P0---真空机组的极限真空度mmHg abs

  管道中的压力损失：

  当l/d大于30时， △P=J/12.1(α)(d3/l)mmHg

  当l/d小于10时， △P=J/12.1(β)(α)(d3/l)

  β=1/(1+1.34+d/l)

  l –管道长度cm

  d--管道内径cm

  P—管道中平均压力=1.2—1.6P。mmHg

  α----系数由表查得。

  五、真空精馏系统的密封性设计

   真空精馏系统的密封性对系统的安全性影响非常大，因为空气的体积在真空状态下将成百倍地扩大，会使真空度下降而无法操作。目前使用的填料塔中大多为网状填料，比表面积很大，空气漏到塔内就很快与液体密切接触，如果分馏醛类香料，便会立即发生强烈的氧化反应。反应产生的热量被热阻性很大的不锈钢丝网吸收，整段的塔柱会被烧得通红。丝网被融化结块，这是非常危险的。

  工业上以泄漏量来考核设备的密封性，以下式表示：

  L=△p*V/△t=(P2-P1) /T2-T1

  小于或等于0.1

  △p是在△t时间间隔内的压力降mmHg

  △ t是测量的时间间隔s(秒)

  V 是该系统的总体积L(升)

  西德Leybold Heraeus公司资料称，对高真空系统的要求是

  L≤10-6认为非常密封;

  L≤10-5认为相当密封;

  L≤10-4认为不密封。

  1mmHg=1.33mbar(毫巴)

  香料生产的真空系统多数属于中等真空系统，一般要求达到10-3毫巴的真空度，所以只要符合L≤01就可以认为合格。但要达到这样的要求亦不是轻而易举的。精馏系统的密封性要在设备设计时予以保证。为此，在设备设计时要注意如下方面：

  1. 真空管路应该采用焊接管材。因其壁薄省料、密封性好;

  2. 在必要的检修处采用法兰联接，其密封性比螺纹联接好;

  3. 设备的法兰采用凹凸面法兰，增加气体泄漏阻力;

  4. 仪表接口尽量采用锥管螺纹;

  5. 精馏设备系统液位显示选用板式玻璃液位计;

  6. 真空检测仪表管路与设备的联接采用焊接，仪表管路采用焊接联接;

  7. 真空系统的料液和产品的输送选用双机械密封的输送泵;

  真空系统的输送管路采用高精度的单向阀管件,防止系统外的空气泄漏到真空系统内。