超临界二氧化碳萃取器

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1、气相通道, 造成塔板压降增加,并使气液传质不能正常进行, 以致单体纯度下降,最后不得不增加塔的检修次数,不断清理自聚物,给企 业带来了一定的经济损失。 而新型VST 塔盘的最大特点是气液传质主要发生在垂直帽罩内,升气孔直径大, 不可能被堵塞,液相通道为垂直帽罩与塔板间的间隙且呈环状, 间隙较原泡 罩塔泡罩与塔板的间隙大,再加上上升气流的抽吸,液体通道不易堵塞,因此, 此塔完全能在有自聚物存在的工况下正常运转,而无须中 途停车检修。表 2 新型 VST 塔与原泡罩塔操作特性比较新型V ST 塔原泡罩塔单体纯度( % )99. 99999. 99全塔压降( MPa)0. 020. 030. 030

2、. 1乙炔( C2H2) 流量范围( m3/ h)700230010001500 出塔乙炔含量 ?g 乙炔/ g 氯乙烯混合气测不出10自聚现象有, 但不 影响生产严重, 半年不 到需停车清理4 结论虽然新型 VST 塔盘的结构比其它板式塔 盘结构稍为复杂, 但它具有传质效果好, 处理能力大,压降小, 操作弹性好, 防自聚能力强等诸多优点,是其它板式塔所无法比拟的,因而新型 VST 塔被认为是一种具有划时代意义 的新塔型。 笔者认为, 新型VST 塔盘在氯乙烯单体精馏单元操作中及相类似的气液传质过程中推广应用,定能收到良好的回报。参 考 文 献1 化工设备设计全书编辑委员会. 塔设备设计. 上

3、海: 上 海科学技术出版社, 1985.2 汤吉彦. 聚氯乙烯单体精制中的一种新塔垂直筛板 塔 ( New VST) . 聚氯乙烯, 1993 ( 4)3 张佑红等. 新型垂直筛板的传质点效率研究. 化学工程,1996, 24 ( 3)4 上海科学技术情报研究所. 我国塔器技术现状. 上海: 上海科学技术情报研究所, 1977.5 张尊锋. 新型垂直筛板塔在我公司PVC 生产中的应用 .氯碱工业, 1995 ( 9)超临界二氧化碳萃取器余蜀兴 余蜀宜 李建华(南京金河机床配件厂, 南京 210000) (南京林业大学化工学院, 南京 210037)摘 要 介绍了超临界二氧化碳萃取技术及利用现有

4、 150L 高压釜( 压力 20? a) 改造的超临界二氧化碳萃取器。据大量应用试验证明, 经改造后的装置能满足操作压力低于 20MPa 的超临界二氧化碳萃取有机物的生产工艺需要, 具有实际应用推广 价值。关键词 超临界二氧化碳 萃取器 分馏柱1 前言超临界流体技术是当前国际上一项高新技术。超临界流体是指那些处于温度和压力高于 其临界点( TC, PC) 的流体,而处于临界态附近的流体兼有气、液两重性的特点。利用超临界流体作为溶剂进行萃取,以取代传统的分离方法( 蒸馏、有机溶剂萃取) , 具有较佳的提取和分离效能, 且操作费用低以及能提供高质量、 无残留溶剂的安全产品等优点,尤其适用于常规 方

5、法无法分离提纯的天然产品的分离提纯。这项技术已迅速渗透到化学反应工程、 生物工程、19 化工装备技术第 19 卷 第 1 期 1998 年食品工程、精细化工等领域。 被用作超临界流体的溶剂有二氧化碳、乙烷、乙烯、丙烯、甲醇、乙醇、水、氨等, 其中二氧化碳由于具有合适的临界条件 ( TC= 304. 1K, PC= 7. 37MPa) , 不燃烧、 无臭、 无味、不活泼性、价廉易得、安全性好、不会造成严重的环境污染等优点, 是最常用的超临界流体,特别适合食品、医药、天然香料的加工。 目前西方发达国家竟相研究, 不断有工业化超临界二氧化碳萃取装置建成。我国起步较晚, 近几年发展较快,也有多套上百升

6、的工业 化装置相继建成并投入生产运行, 但主要集中在 1100L 的小试规模。这是由于引进一套设备或重建一套设备投资大,且高压设备设计与制造技术要求高。 为了加快推广这一高新技术, 可对在现有 150L 高压釜进行技术改造, 使其能成为符合生产工艺所需的设备。为此,进行了技术探讨研究。经生产试验,这种改造能满足工艺需要,大大降低了投资成本,具有实际 的应用推广价值。2 基本原理2. 1 超临界流体的性质超临界流体的密度与液体相同,粘度为其液态的 10- 2倍, 扩散系数则大 100 倍。这意味着在萃取时与液体溶剂相比, 可以更快地传质, 在短时间内达到传质相平衡, 高效率地进行萃取分离。尤其是

7、对固体物质中的所需成分进行萃取时, 由于流体扩散系数大、粘度小、渗透 性好,故固体粉碎等预处理也可以简化。再则选择临界温度低的溶剂( 一般选 CO2) ,可以使处理温度降低, 适用于热敏性物质。超临界流体的密度、 粘度等参数随温度、 压 力显著地变化, 而其溶解能力又与其密度有很大关系。温度和压力的变化往往会导致超临界流体的溶解能力发生急剧地变化, 特别是在临 界点附近 0. 9 Tr 1. 2,1. 0 Pr 3. 0 ( Pr=P/ PC, Tr= T / TC) , 温度和压力微小变化就会引起物质的溶解度发生几个数量级的突变。通过 改变温度和压力, 可较容易地改变对溶质的溶解能力和选择性

8、, 以及超临界流体的扩散能力和粘度在临界区的较气体化,因此具有较好的 传递性能等。超临界流体正是利用这一特性进行物质的分离, 而且过程中无相变, 因此能耗较低。2. 2 超临界二氧化碳流体的萃取特点 ( 1) 超临界二氧化碳流体具有高度选择性,萃取分离效率高, 产品质量好。可同时完成蒸馏和萃取两个过程,可分馏难分离的有机混合 物, 特别是对于同系物的分馏精制更具特色。 同类物质按沸点由低向高的顺序进入超临界流体相。对于某些特殊的分离过程, 用其它分离方法难于处理,而利用超临界流体则可得到令人 满意的结果。如咖啡豆脱除咖啡因的难点,在于不得破坏咖啡原有的风味,除超临界流体萃取外, 其它方法很难做

9、到这点。对于萃取天然香料,采用超临界二氧化碳 流体萃取技术, 萃取物中具有较高的含氧化合物和较低的单萜烯烃含量, 并含有较多的头香成分和更多的底香成分,表现出更加接近自然 的真实香气。( 2) 适合分离含热敏性组分的物质。用一般的蒸馏方法分离含热敏性组分的原料, 容易引起热敏性组分分解, 甚至发生聚合结焦。虽 然,可以采用真空蒸馏,但通常温度只能降低373423K, 对分离高沸点热敏性物料仍然受到限制。采用超临界流体萃取工艺, 虽然压力 比较高,但可以在较低的温度下操作,比如二氧化碳稍高于 304K 即可。( 3) 节能显著。 在超临界流体萃取工艺中,无论是萃取还是分离, 都没有物料的相变过程

10、, 因此无相变热消耗。而通常的蒸馏操作, 必须供给精馏塔大量的热能, 所供热能中只有 5%得到有效利用, 其余被塔顶冷凝器的冷凝剂带 走。液液萃取, 溶质与溶剂分离往往采用蒸馏蒸发方式, 也需消耗大量热能。蒸馏法一般受20超临界二氧化碳萃取器物料体系的限制,对不耐热的产品或会形成恒 沸化合物者不适用, 但采用超临界二氧化碳萃取技术可跨跃这些限制。超临界流体技术用于物料浓缩时, 操作简 便、能耗低,而且浓度越高能耗越低。( 4) 采用无毒无害的二氧化碳气体作为溶剂。对食品工业部门,不仅要求分离的产品纯度高而且应不含有毒有害物质或对其有极为苛 刻的限制, 用一般的蒸馏或萃取方法往往不能满足,有机溶

11、剂萃取物都不同程度地存在着残留溶剂, 这与各国日益严格的食品安全法规极 难相溶, 只有超临界二氧化碳萃取法能满足这些要求。3 萃取设备及流程原高压釜的主要技术指标和参数是:容积0. 15m3; 规格 DN500、H= 820mm; 釜内设计压力 20MPa; 设计温度 453K;搅拌类型为桨式、搅拌功率 1. 5kW; 罐体材料 20MnMo; 容器类别类。 改造后的超临界二氧化碳萃取器的主要技术指标是: 容积 0. 15m3; 规格DN500; 釜内设计压力 20MPa;设计温度 453K;分馏柱规格DN100DN140, H= 50001000mm; 分馏柱 材料 1Cr18Ni9T i;

12、 容器类别类。图 1 所示的萃取器是在原 150L 高压釜装置上去掉搅拌装置, 保留进料装置、 防爆装置、 温度计、压力计、加热夹套等。在原搅拌装置相应位置处装置一个分馏柱, 在柱的顶端安装一个类似热棒的 U 形管, 加热介质经循环泵将 该管与独立供热系统相联,使其始终保持所需的恒定温度,温度可根据工艺需要调节。利用原高压釜的加热夹套,可通入热水或导热油, 使萃取器内保持一定恒温,并可根据 不同需要, 调节温度,保证操作稳定性和操作弹性。超临界二氧化碳萃取器操作流程是:将所 需分离的混合物放入萃取器内,通入二氧化碳图 1 150L高压釜改造后的超临界CO2萃取器a气相平衡口 b放空口 c进料口

13、 d防爆口 e压力计口 f加热介质出口 g加热介质进口 1排渣口 2夹套出水口 3进料管 4分馏柱 5U 形管 6出料管 7、8热电偶 9夹套进水口气体。并在萃取器内鼓泡, 当气体压力超过它 的临界压力时, 气体就会携带大量物料进入分馏柱。 如果分馏柱上端 U 形管的温度比萃取器内温度略高, 则载有物料的气体就会在U 形管上 “ 回流” , 液体凝聚并滴回萃取器内。 这时 U 形管的作用恰似常规分馏中的冷凝物,经过一定时间的回流后, 再将载有物料的气体经分馏柱上的出料管引出,减压后进入分离器, 就可 以使物料以其沸点为序, 低沸物先被凝聚收集,从而达到分离的目的。4 结语利用该套萃取器, 在温

14、度为 300K、 压力为1020MPa、 U 形管温度为363K 条件下, 可将21 化工装备技术第 19 卷 第 1 期 1998 年鱼肝油分成 50 多个馏分; 可顺利将香茅油中的香叶醇和香茅醛分开,而香茅醛和香叶醇沸点 高, 且非常接近,用常规方法很难提纯;在萃取分离芹菜子、芫荽子等天然植物原料时, 萃取所得精油成分与常规方法有所不同, 不仅得 率高,选择性高,且精油质量更好,香气更加清新自然。实验证明,该萃取器更适合分离高沸点天然化合物。由于本高压釜系高压设备, 能承受 20MPa 压力, 而二氧化碳的临界压力仅 7. 374MPa, 故安全可靠性较好。超临界二氧化碳萃取技术对温度要求

15、很低, 几乎接近常温,二氧化碳介质 无腐蚀性, 所以操作条件相对温和得多。高压釜是一种特殊设备, 在其基础上改造成超临界二氧化碳萃取器, 将大大提高其经济利用价值,推进超临界流体技术的广泛应用和工业化进 程,从而必将会产生巨大的经济效益和深远的社会效益。参 考 文 献1 钱延龙. 现代化工, 1984, 4 ( 4) : 242 CA 96, 125151P, 1982.3 Petrotech ( T okyo) , 1982, 5 ( 2) : 1154 汪晓沪, 倪道祥. 化工装备技术, 1993, 14 ( 3) : 455 曾健青等. 广州化学, 1996 ( 2) : 86 范培军等

16、. 化工进展, 1995 ( 1) : 297 李淑芳等. 化工进展, 1997 ( 2) : 108 汪朝晖等. 化工进展, 1996 ( 4) : 539 锅炉压力容器法规标准汇编 ( 一) ( 三) . 辽宁: 东北工 学院出版社, 1989.变换炉几种内衬的温度计算与探讨杨贵成(江苏省化工设计院, 南京 210024)摘 要 对变换炉内几种内衬与壁温的关系进行了计算,并对这几种内衬的利与弊提出了看法和建议,可供设计、制造和施工人员参考。关键词 变换炉 炉壁温度 全硅纤内衬 混合内衬1 前言变换炉是氮肥厂变换工段的主要设备。在变换炉中, 一氧化碳与蒸汽在催化剂作用下生成氢气和二氧化碳, 其反应式为CO+ H2O催化剂H2+ CO2+ Q这是一个放热反应, 反应温度应控制在 480以下,以防变换率降低。在变换炉设计中, 一 般选用16MnR 钢板。 该钢板在厚 != 22mm, 温度150时的许用压力 150= 163MPa, 到达480时许用压力 480= 4