松脂蒸餾的方法及應(yīng)用

侯文彪車錦楷李 前李 偉

（1.廣西梧州日成林產(chǎn)化工股份有限公司，廣西 梧州 543100；2.廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣西 南寧 530004）

松脂蒸餾的方法及應(yīng)用

侯文彪1車錦楷2李 前1李 偉2

（1.廣西梧州日成林產(chǎn)化工股份有限公司，廣西 梧州 543100；2.廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣西 南寧 530004）

松脂蒸餾的方法有滴水法、水蒸汽法、導(dǎo)熱油法和CO2/N2循環(huán)活氣法，從能量消耗、過程裝備、產(chǎn)品質(zhì)量以及“三廢”排放等方面，對(duì)各種松脂蒸餾方法進(jìn)行比較。結(jié)果表明，CO2/N2循環(huán)活氣法比水蒸汽法節(jié)省能量消耗近一倍，減少冷卻水用量13.23～16.18m3/t松香；CO2/N2循環(huán)活氣法蒸餾松脂不需要油水分離器、鹽濾器，又因?yàn)椴恍枰獛ё呋顨獾睦淠裏?，冷凝冷卻器的換熱面積也減少，也不需要建造大型過熱水蒸汽鍋爐；CO2/N2循環(huán)活氣法蒸餾松脂所得的產(chǎn)品不含水份，松香無結(jié)晶現(xiàn)象，松節(jié)油透明無混濁；而且該法蒸餾松脂無三廢產(chǎn)生，克服了水蒸汽法排放含松節(jié)油廢水、廢氣和工業(yè)廢鹽的缺點(diǎn)，是一種清潔的生產(chǎn)方法。

松脂；蒸餾；松香；松節(jié)油

松脂蒸餾是整個(gè)松香松節(jié)油生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工序，它決定了松脂加工能耗的高低以及松香產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)—色澤、軟化點(diǎn)和結(jié)晶現(xiàn)象的優(yōu)劣［1］。松脂蒸餾的方法有滴水法、水蒸汽法、導(dǎo)熱油法和CO2或N2循環(huán)活氣法等［2-7］，其中滴水法是最古老的方法，僅有一些小松脂廠還在應(yīng)用；水蒸汽法是松脂蒸餾最傳統(tǒng)的方法，現(xiàn)在大多數(shù)松脂企業(yè)都是應(yīng)用水蒸汽法［2］；導(dǎo)熱油法是在水蒸汽法的基礎(chǔ)上改進(jìn)的一種松脂蒸餾節(jié)能、省投資的方法，目前僅有幾個(gè)松脂企業(yè)采用該蒸餾方法［8］；CO2或N2循環(huán)活氣法是一種節(jié)能減排的松脂蒸餾方法，目前該法正在進(jìn)行松脂蒸餾過程的傳熱、傳質(zhì)和熱力學(xué)特性的研究［9-13］，并在廣西梧州日成林產(chǎn)化工股份有限公司進(jìn)行工業(yè)化試驗(yàn)，該法在松脂行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 滴水法

1.1 直火加熱法

松香在史前就開始被我國人民認(rèn)識(shí)和利用，直到唐代才出現(xiàn)獨(dú)立的制作工藝——直火加熱法［14］。后來經(jīng)過發(fā)展改進(jìn)有了比較簡(jiǎn)易的加工方法——滴水法也叫直火加熱法［15-17］。該方法的松脂原料沒經(jīng)過熔解就直接放進(jìn)蒸餾鍋內(nèi)，用火直接加熱到一定溫度使松節(jié)油出油量顯著下降時(shí)，開始往蒸餾鍋內(nèi)滴入適量的熱水，滴入的熱水迅速產(chǎn)生水蒸汽降低松節(jié)油分壓加速松節(jié)油的汽化，水蒸汽和松節(jié)油的蒸汽一起蒸出后經(jīng)冷凝器冷卻，然后依次進(jìn)入油水分離器和鹽濾器最后得到松節(jié)油產(chǎn)品。蒸完松節(jié)油后停止滴水再繼續(xù)加熱幾分鐘蒸出剩余的水分，最后放出的松香要趁熱經(jīng)過濾器除盡雜質(zhì)后冷卻包裝。滴水法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)技術(shù)要求低，加工設(shè)備簡(jiǎn)單，投資小，實(shí)施快，對(duì)整體過程動(dòng)力要求低，適合靠近采脂林區(qū)的加工量不是很大的就地加工，這樣既可以減少松脂運(yùn)輸過程中松香的氧化和松節(jié)油的揮發(fā)損失，也提高了松香的質(zhì)量和松節(jié)油回收率；但該法安全性較差，容易釀成火災(zāi)；生產(chǎn)過程溫度很難控制，直接火加熱易造成局部過熱，松香顏色加深，生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量較低而且也不夠穩(wěn)定。

1.2 雙鍋滴水法

在直接火加熱滴水法基礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)的另一種松脂蒸餾方法是雙鍋滴水法［6］，該法是在蒸餾鍋的同一灶斜上方增加一個(gè)熔解鍋，熔解鍋是利用低位差的蒸餾鍋煙道氣余熱加熱熔解松脂，熔解的松脂借助高位差首先經(jīng)過過濾器濾去大顆粒雜質(zhì)，然后流進(jìn)蒸餾鍋蒸煮，其生產(chǎn)工藝流程和操作與滴水法大體相同。雙鍋滴水法由于比滴水法多設(shè)置一個(gè)熔解鍋有效利用了蒸餾鍋的煙道氣余熱，所以生產(chǎn)效率有所提高，它比滴水法生產(chǎn)周期縮短30%～40%，燃料柴耗量降低 20%～40%，同時(shí)松脂所含的大部分雜質(zhì)在蒸煮前就過濾除去，所以松脂色澤會(huì)有所變淺，一定程度上提高了產(chǎn)品質(zhì)量。滴水法的主要缺點(diǎn)是生產(chǎn)規(guī)模小、效率低和產(chǎn)品質(zhì)量差。

2 水蒸汽法

2.1 部分蒸汽法

為了克服滴水法的缺點(diǎn)。在雙鍋滴水法基礎(chǔ)上改進(jìn)后有了簡(jiǎn)易水蒸汽法［2，18，19］，該法又可以分為如下兩種不同加工的流程。第一種是小水蒸汽法，該法和滴水法不同的是不再使用直接火加熱，而改用過熱蒸汽作為熱源同時(shí)兼作解吸介質(zhì)。小水蒸汽法在松脂原料質(zhì)量較好時(shí)不需要加入熔解油，采用輪蒸法［20］，即一個(gè)熔解鍋兩個(gè)蒸餾鍋輪流二次利用蒸餾過程過熱蒸汽的熱量，該方法可以減少蒸汽用量，降低能耗。第二種加工方法是部分蒸汽法，它是直接火和蒸汽法加工的結(jié)合，在生產(chǎn)量不多的時(shí)候，用直接火加熱脂液，但用飽和蒸汽代替水滴，蒸餾時(shí)飽和蒸汽起到攪拌松脂液作用，強(qiáng)化了傳熱效果，該法和滴水法相比縮短了蒸餾時(shí)間，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2 過熱水蒸汽活氣法

現(xiàn)在比較常用的水蒸汽蒸餾法主要分三個(gè)工序［2-4］，即熔解工序，澄清工序和蒸餾工序。松脂熔解時(shí)需要加入適量的水和松節(jié)油以及草酸，加熱熔解后經(jīng)除渣器除去大部分雜質(zhì)后送往澄清工序，澄清除去雜質(zhì)和水分后才進(jìn)入蒸餾鍋進(jìn)行蒸餾。蒸餾松脂使用的是間接水蒸汽盤管加熱，直接過熱水蒸汽作為活氣攪拌脂液并解吸蒸出松節(jié)油，為了更好分離不同沸點(diǎn)區(qū)間的松節(jié)油，一般分三段依次蒸出松節(jié)油優(yōu)油、中油和重油。根據(jù)松脂水蒸汽蒸餾加工法三個(gè)工段生產(chǎn)連續(xù)與否，又可以把水蒸汽蒸餾法分為連續(xù)式水蒸汽蒸餾法和間歇式水蒸汽蒸餾法。

過熱水蒸汽活氣法是將凈松脂液送入蒸餾器內(nèi)，用間接水蒸汽（閉氣）加熱、直接水蒸汽（活氣）解吸蒸出松節(jié)油。根據(jù)文獻(xiàn)［2］［3］介紹，松脂廠每生產(chǎn)1t松香消耗水蒸汽0.9～1.1t，其中 90%用于蒸餾， 而蒸餾工序又有 75%以上用于活氣 ，可見如何減少活氣的消耗量是降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。活氣一般采用 300～400℃的過熱水蒸汽，其所起的作用一方面是降低系統(tǒng)中松節(jié)油的蒸汽分壓，從而導(dǎo)致松脂泡點(diǎn)溫度降，使蒸出組分更易于逸出，即起到解吸的作用；另一方面是加熱和攪拌松脂液，促進(jìn)相際間傳熱和傳質(zhì)，提高蒸餾速度和產(chǎn)品質(zhì)量。從松脂蒸餾器出來的水和松節(jié)油混合蒸汽經(jīng)冷凝冷卻、油水分離、鹽濾等工序，即可得到松節(jié)油。整個(gè)松脂蒸餾流程長(zhǎng)、能耗高，不僅浪費(fèi)了大量作為活氣的水蒸汽的相變熱，而且為了帶走從松脂蒸餾器出來的水蒸汽的冷凝熱，還需消耗大量的冷卻水，同時(shí)所得的產(chǎn)品松香、松節(jié)油由于夾帶活氣殘留的微量水分而質(zhì)量降低，特別是當(dāng)松香水分含量超過0.15%時(shí)［7］，結(jié)晶現(xiàn)象嚴(yán)重。

3 導(dǎo)熱油法

導(dǎo)熱油法［8］與間歇式水蒸汽蒸餾法相似，用過熱或飽和直接水蒸汽作為活氣解吸松節(jié)油。當(dāng)采用減壓蒸餾時(shí)，可用飽和直接蒸汽作為活氣，當(dāng)采用常壓蒸餾時(shí)，則需要用過熱水蒸汽作為活氣。不同的是熱源是用導(dǎo)熱油替代過熱水蒸汽作閉氣加熱脂液，導(dǎo)熱油爐的加熱利用的是鍋爐爐膛煙氣。工藝流程示意圖如圖1所示。

圖1 導(dǎo)熱油法工藝流程示意圖

福建省泰寧縣華森化工有限公司生產(chǎn)實(shí)踐證明導(dǎo)熱油取代過熱蒸汽減壓蒸餾新工藝是先進(jìn)可行的［8］，使松香加工工藝上有新的突破，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，松香優(yōu)級(jí)品率達(dá) 85%～90%以上。用溫度低于 170℃的飽和蒸汽作為脂液蒸餾的活汽來源，產(chǎn)品結(jié)晶率與一般水蒸汽法煉香工藝無差異。導(dǎo)熱油強(qiáng)制循環(huán)，節(jié)約能源。福建三明地區(qū)松香企業(yè)1996年綜合平均能耗為0.213t標(biāo)煤/t產(chǎn)品，導(dǎo)熱油法工藝為0.179t標(biāo)煤/t產(chǎn)品，能源節(jié)省 15%以上。燃油型導(dǎo)熱油加熱爐為自動(dòng)控制，無須專人看管，節(jié)省了操作費(fèi)用，生產(chǎn)操作安全，運(yùn)行穩(wěn)定可靠、方便，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，生產(chǎn)效率高。

4 CO2/N2循環(huán)活氣法

為了減少水蒸汽法蒸餾松脂的能耗，解決用過熱水蒸汽做活氣發(fā)生兩次相變的問題，陳小鵬等［1］研發(fā)的一種 CO2/N2循環(huán)活氣法蒸餾松脂技術(shù)，并已獲得中國發(fā)明專利［21］。該法較適宜的松脂蒸餾條件是CO2/N2流量140～160m3/h（1噸松脂）、蒸餾壓力12.67～20.80kPa、蒸餾終溫185～190℃。由于CO2/N2在蒸餾過程中沒有發(fā)生相變化，從而節(jié)省了傳統(tǒng)工藝用過熱水蒸氣作活氣時(shí)的相變熱，因此生產(chǎn)每噸松香的能耗減少了1.663～2.034 GJ。節(jié)約冷卻水7.986～9.762 m3，減少能耗和節(jié)水近 1倍；減省了油水分離器、鹽濾器和大型過熱水蒸氣鍋爐的建造費(fèi)用， 而且循環(huán)活氣法蒸餾松脂所得的產(chǎn)品不含水分，松香無結(jié)晶現(xiàn)象，松節(jié)油透明無混濁，蒸餾過程無三廢產(chǎn)生，是一種清潔生產(chǎn)方法。

CO2/N2循環(huán)活氣法蒸餾松脂過程流程如圖2所示。

圖2 CO2/N2循環(huán)活氣法蒸餾松脂工藝流程圖

由圖2可見，CO2/N2循環(huán)活氣法蒸餾松脂不需松節(jié)油油水分離器和鹽濾器，過程流程是全封閉的循環(huán)清潔生產(chǎn)過程。所采用的CO2/N2為含量98.5%左右的工業(yè)氣體，其中含有的微量氧氣對(duì)松香顏色稍有些影響，但由于CO2/N2在蒸餾系統(tǒng)中是循環(huán)使用，當(dāng)蒸餾循環(huán) 1～2批物料后，則工業(yè) CO2/N2中原來含有的微量氧氣已消耗殆盡，對(duì)松香產(chǎn)品的顏色已無明顯影響。

5 結(jié)語

松脂蒸餾方法有滴水法、水蒸汽法、導(dǎo)熱油法和CO2/N2循環(huán)活氣法，其中熔解、澄清與蒸餾三歩工序的水蒸汽法是大多數(shù)松脂企業(yè)正在應(yīng)用的蒸餾方法；CO2/N2循環(huán)活氣法是一種節(jié)能減排的松脂蒸餾方法，而且蒸餾所得的產(chǎn)品不含水份，松香無結(jié)晶現(xiàn)象，松節(jié)油透明無渾濁，蒸餾過程是全封閉式生產(chǎn)操作，沒有含松節(jié)油廢水、廢氣和工業(yè)廢鹽排放。

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The method and application of oleoresin distillation

The distillation of oleoresin has a variety of methods， such as water drop method， direct steam method， conduction oil method and circulating CO2or N2method. Comparison of those methods from the point of energy consumption， process equipment，quality of product and three waste discharge. The results showed that the consumptions of energy and cooling water by circulating CO2or N2method were decreased the number by half and 13.23～16.18m3/t， respectively， than steam direct method. For the method of circulating CO2or N2， the separator for oil from water， filter salt and large boiler producing overheated steam were not required， in addition， the range of heat transfer area for condensers was decreased， because the heat of condensation was not required to be taken away. Water was not contaminated in products manufactured； the rosin showed no crystallinity and turpentine was transparent without turbidity by the method of circulating CO2or N2. Furthermore， the shortcoming of traditional steam distillation that emission of waste water with turpentine， waste gas and waste salt have been overcome. Thus， the circulating CO2or N2method is a kind of cleaner production process.

Oleoresin； distillation； rosin； turpentine

TQ35

A

1008-1151（2016）08-0040-03

2016-07-13

廣西科技計(jì)劃項(xiàng)目（桂科轉(zhuǎn)14122008-5）。

侯文彪（1969-），男，廣西容縣人，廣西梧州日成林產(chǎn)化工股份有限公司高級(jí)工程師，從事松香深加工技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)工作。