松脂催化加氢联产氢化松香和蒎烷过程设计的研究

何松英 韦日水

广西华林化工有限公司 广西崇左 532200

摘要：氢化松香广泛应用于胶粘剂、助焊剂、造纸以及食品等行业。医药工业级氢化松香可作为药膏的增黏剂。蒎烷是一种具有温和松针样气息的透明状液体，经氧化、还原及裂解反应可制备一系列萜烯类香料产品。以松脂为原料直接催化加氢联产氢化松香和蒎烷，利用松脂自身含有的松节油作为溶剂，降低了反应体系的黏度，促进了热量和质量的传递。基于此背景下，本文主要对松脂催化加氢联产氢化松香和蒎烷过程设计相关内容展开分析，可供参阅。

关键词：松脂；氢化松香；蒎烷；过程；设计

1设计的依据

以年产氢化松香6000t和蒎烷4000t为设计依据，按全年开工300d计算，每天应产氢化松香20t，蒎烷13.33t，则平均生产氢化松香为833.33kg·h^-1，蒎烷555.56kg·h^-1。所采用的催化剂为Raney-镍。假设松脂在加工过程中损耗具体如下：溶解工段：松香0.3%（以松香净重为基准，下同），松节油0.09%；澄清工段：松香0.53%，松节油0.26%；反应工段：松香1.0%，松节油2.0%；蒸馏工段：氢化松香2.0%（蒸馏过程中被夹带进氢化松节油中），氢化松节油2.5%（其中残留在氢化松香中2%，损失0.5%）；精馏工段：氢化松节油0.2%；产品纯度：氢化松香（二氢松香35.52%，四氢松香53.28%，其他11.2%）。

2氢化松脂水蒸气法与CO2循环活气法蒸馏过程的比较

2.1能量消耗

生产1t氢化松香消耗水蒸气0.9~1.1t，其中90%用于蒸馏工段，而蒸馏工段又有75%以上用于活气，因此生产1t氢化松香消耗活气的量为(0.9~1.1)×90%×75%=0.6075~0.7425t。设活气为压力0.2MPa的过热蒸汽，经氢化松脂蒸馏器从350℃变为220℃的水蒸气，然后经冷凝冷却器冷却到40℃的饱和水。已知220℃、0.2MPa水蒸气的焓为2907kJ·kg^-1，40℃饱和水的焓为167.4kJ·kg^-1，则生产1t氢化松香多消耗的相变热Q₁为：Q₁=(0.9~1.1)×90%×75%×103×(2907-167.4)=(1.664~2.034)×106kJ设冷凝冷却器的冷却水进、出口温度分别为30℃和60℃，冷却水的平均热容为4.17kJ·kg^-1，则将该活气冷却所需的冷却水量G₁=(1.664~2.034)×106÷4.174÷(60-30)≈13.29~16.24m³。设离心泵的扬程为30m，泵效率为0.80，氢化松脂蒸馏时间为45min，则输送冷却水的离心泵轴功W₁=(13.29~16.24)×30×983.2÷102÷0.8=(4.803~5.871)×103kJ。生产1t氢化松香需CO₂活气循环量为160m3·h^-1。设CO₂循环风机的风压为0.03MPa，风机效率为0.90，则风机的轴功W₂=160×0.03×106÷3600÷1000÷0.90×45×60＝3999kJ。CO₂循环活气法中，160m³的CO₂(密度为1.975kg·m^-3)从220℃冷却到40℃的显热Q₂为：Q₂=1601.97544×313493∫(32.22+22.18×10-3T-3.476×10-6T2)dT=-7305.3kJ所需冷却水量G₂=7305.3÷4.174÷(60-30)=58.43kg。两种方法蒸馏氢化松脂的活气能量消耗比较见表1。可见，生产1t氢化松香，水蒸气法比CO₂循环活气法多消耗能量1.656×106~2.029×106kJ，折成标准煤为56.50~69.22kg，且水蒸气法生产1t氢化松香还需多消耗13.23~16.18m³冷却水，6000t的氢化松香厂用水蒸气法蒸馏氢化松脂，每年需多消耗标准煤339~415.32t，冷却水7.928×104~9.709×104m³。

表1两种氢化松脂蒸馏方法活气的能量消耗比较

2.2过程装备

氢化松脂蒸馏→蒎烷和水的混合蒸汽冷凝冷却→油水分离→盐滤，若是减压蒸馏另加真空系统。主要设备有氢化松脂蒸馏器、冷凝冷却器、油水分离器、盐滤器以及大型过热水蒸气锅炉等。CO₂循环活气法蒸馏氢化松脂过程为：氢化松脂→蒎烷蒸气冷凝冷却及活气冷却→CO₂循环。主要设备有氢化松脂蒸馏器、冷凝冷却器、CO₂循环鼓风机以及CO₂气体加热炉。

2.3产品质量

氢化松脂蒸馏所得产品是氢化松香和蒎烷，氢化松香的含水量若大于0.15%则会出现严重的结晶现象，是不合格产品。蒎烷含水会出现混浊，也是不合格产品，而且在贮运过程中容易变色。水蒸气法蒸馏氢化松脂，以过热水蒸气为活气，活气直接与氢化松脂接触，使得后续的分离提纯操作困难。不管如何精心操作，氢化松香的含水量都在0.08%~0.15%之间，虽然是合格产品，但由于氢化松香含有水分，贮存久了也会造成部分产品结晶。CO

₂循环活气法蒸馏氢化松脂，在整个蒸馏过程中没有带进任何水分，使得氢化松香产品不含水分，无结晶现象，蒎烷与活气易于分离。而且CO₂含氧量极低，减少了树脂酸与O₂循环接触的机会，防止了氢化松香在蒸馏过程中颜色变深。

3过程流程设计

松脂催化加氢联产氢化松香和蒎烷过程流程如图1所示。

图1松脂催化加氢联产氢化松香和蒎烷过程流程图

4结语

总之，该工艺比传统过热水蒸气活气法节能和减少用水量，同时新工艺比传统工艺减省了油水分离器、盐滤器和大型过热水蒸气锅炉的建造费用。CO₂循环活气法蒸馏氢化松脂所得的产品不含水分，氢化松香无结晶现象，蒸馏过程无“三废”产生，是一种清洁的生产方法。

参考文献

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