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第一章 概述
1 绪论
松脂加工，通常是用蒸汽蒸馏的方法将松节油和松香分离，并除去杂质和水分。松脂连续蒸汽法加工工艺流程主要是:松脂的贮存与输送;松脂的熔解;熔解脂液的澄清;澄清脂液的蒸馏。对松脂加工要求之一是:熔解脂液中的含油量要适中，加工过程中温度不应过高，蒸馏时间要短，杂质和水分应在蒸馏前除去
1.1 松香、松脂、松节油简介
松属树木分泌出来的树脂，称为松脂。从化学组成来看，松脂主要是固体树脂酸溶解在萜烯类中所形成的溶液。松脂被加工后，挥发性的萜烯类物质称为松节油，不挥发性的树脂酸熔合物称为松香。松脂刚从松树树干的树脂道流出时，无色透明，其萜烯含量可达36%。在与空气接触后，萜烯挥发很快，同时树脂酸呈结晶状析出，松脂本身逐渐变得浓稠，呈蜂蜜状的半流体。松脂静置时，树脂酸的结晶从松脂中析出下沉。上层常呈现一层黄色的液体，它是由液体萜烯和一些难于结晶的物质组成。上层液体中松节油含量可达50%，其他的物质主要是氧化树脂酸。
松树中含有的树脂(即松脂)是生产松香、松节油的原料。马尾松松脂的一般组成为:松香72-75%，松节油16%，水分4-6%，杂质0.3-0.5%.松脂的用途途是经加工除去杂质，并用蒸馏的方法，生产出合格的松香、松节油产品，这两种产品是重要的工业原料。松香是以树脂酸为主要成份的溶合物，它的代表分子式为C2H30O2，外观透性硬脆，折断面似贝壳，有光泽，色泽由浅黄至红褐。松香是一种天然树脂，溶于许多有机溶剂，如乙醇、乙醚、苯、松节油等，但不溶于水。松香主要用途: 肥皂工业;造纸工业;造漆工业;油墨工业;橡胶工业。
以富含松脂的松树为原料，通过不同的加工方式得到的挥发性具有芳香气味的萜烯混合液称为松节油。我国的松节油分为优油、一级油和重油。松节油是透明无色具有芳香味的液体，能溶于酒精、二硫化碳、四氯化碳及汽油中，亦是一种优良溶剂，不溶于水。松节油是一种天然精油，是多种类的混合物，有特有的化学活性，在近代的分析中常采用物理分析方法测定其物理常数，如沸点、相对密度、折射率、旋光度、熔点和粘度等都是重要的指标，用来区别和鉴定萜烯化合物。
1.2 松香及松节油的主要用途
1.2.1 松香的主要用途
目前我国的大部分松香是直接用于造纸、油漆、肥皂和油墨等生产上，由于松香有易氧化、软化点低等缺点，因此油漆行业常利用树脂酸的羧基反应制成树脂酸酯和树脂酸盐，再加以利用；而合成橡胶及油墨行业等则利用树脂酸的双键反应制成歧化松香、聚合松香、氢化松香等再行利用。 造纸工业：
将松香胶料和明矾一起用于纸张施胶之后，造纸工业就成为世界上消耗松香最多的部门之一。 使用松香做成的各种纸张施胶可防止墨水浸散，改善强度和平滑度，增加耐磨性，或防止过多的吸收润湿水和在印刷时的掉毛。从20世纪40年
代使用马来松香（强化松香），到目前又开发出阴离子分散松香施胶剂、阳离子分散松香施胶剂等近中性施胶剂。 橡胶工业：
松香常用作软化剂，使橡胶柔软化，易于捏和，并使填充剂易于分散，赋予橡胶以可塑性而便于以后在加工过程中用螺旋挤出。此外，又可帮助颜料分散，使制品表面光滑。含松香2-6%的橡胶能增加其抗撕裂强度和弹性。 在合成橡胶工业上，如丁苯、氯丁、丁腈以及丙烯腈一丁二烯一苯乙烯橡胶的生产均用歧化松香和氢化松香钾皂作乳化剂。七十年代以来世界各国每年用于合成橡胶方面的松香占世界松香总产量的20%左右。 使用歧化松香作乳化剂可使橡胶的粘结力增强，耐热强度可提高25%，耐磨损强度及抗撕裂强度均较普通丁苯橡胶好。与天然橡胶混炼时，粘结性能有很大的改善。 粘合剂工业：
橡胶基粘合剂、合成树脂基粘合剂或植物成分粘合剂，通常都用松香作为粘合剂成分。松香基材料一般适用于热熔性粘合剂，压敏粘合剂和橡胶粘结剂。 热熔性粘合剂的基本成分是石蜡、乙烯一醋酸乙烯共聚体和松香及其衍生物。松香的加入主要是增加粘合剂的强度、柔软性和粘合性能。热熔性粘合剂可用于书刊装订、长统橡胶靴制造、家具制造及包装工业。 油漆涂料工业：
由于松香易溶于酒精、汽油、松节油和其它有机溶剂中，所以松香是油漆的基本原料之一。在制造松香基干性油时，常将松香转变为树脂酸盐，然后和甘性油（如桐油）一起熬炼，并加入挥发性溶剂，制成各种漆料。热塑性树脂主要是马来松香与多元醇作用生成的马来松香酯，也可用聚合松香、歧化松香多元醇酯。油漆生产平均耗用松香5-6%。松香作为来源广泛的天然树脂，具有易干燥和漆膜光滑的特点，始终是油漆涂料的基本原料之一。 油墨工业：
松香在油墨工业中主要用作载色体并增强其附着力。油墨中若缺乏松香，则印刷成品的墨迹呆滞，模糊不清，我国印刷油墨中约含有7%的松香。 当用作胶版印刷油墨时，常用酚醛改性松香，要求软化点为160--175℃，酸价在20以下；当用作照相凹板印刷油墨时，常用松香金属盐，软化点125--135℃，酸价95以下。 如用聚合松香代替普通松香，则可制造各种专用油墨，如制造汽油印刷油墨代替甲苯油墨；制造罩光油墨代替古吧胶；制造胶印油墨代替双酚树脂，从而为松香开辟更多的用途。 表面活性剂 ：
松香性质和脂肪酸相近，价格又比较便宜，故常用以代替一部分油脂制造松香钠、钾皂。利用歧化松香制造阴离子、季铵盐型阳离子表面活性剂，利用歧化松香胺合成氨基酸型两性表面活性剂。 食品工业：
氢化松香甘油酯与天然糖胶树胶、蜡、醋酸乙烯等一起加热溶融，然后加香料、砂糖及色素等调匀，可制成口香糖。 在屠宰场中宰杀猪、牛、羊时，经过用脱毛机械操作之后，遗留在动物体和头部的毛可用由88-94%的熔融松香和6-12%的棉籽油所组成的脱毛剂来除去。 建筑材料工业：
松香在建筑材料工业上主要用做混凝土起泡剂和地板花砖粘结剂。 松香也用作氯乙烯石棉瓷砖的粘结剂。 松香和亚麻油、碳酸钙、木炭、颜料等在一起混合
可制造地毡瓷砖。 电器工业：
由于松香有良好的电绝缘性能，我国电缆工业使用松香作为绝缘材料已有多的历史。 松香和电木及其他人造树脂相混可用来浸涂线圈。氢化松香用于电子工业中作助焊剂。
金属加工工业：
松香在金属加工工业中主要用做助焊剂和金属抛光剂。 松香是一种弱酸性物质，它能除去金属表面的氧化膜，并轻微地刻蚀金属表面。因此，许多焊药中都含有松香。助焊剂对金属表面有很高的活性，而对金属没有腐蚀作用。 杀菌剂：
松香胺的醋酸盐用于杀藻类、细菌、霉菌、软体动物和其他害虫。 精细化学产品：
用松香的主要成分--枞酸可以合成一系列光学活性和生物活性物质，这些物质对人体、其他生物体或有机物起特殊的作用。 1.2.2 松节油的主要用途
松节油长期以来作为溶剂，应用于油漆、油膏等，但被溶剂汽油取代后，主要应用于合成工业。在合成工业中，松节油作为原料，可合成樟脑、薄荷片、松油醇 、香料等，在油漆工业中，作为催化剂、溶剂使漆膜平滑。还作高级轿车上光蜡原料，农药工业上，可合成敌稻瘟，此外，还广泛应用于造纸工业、冶金工业、医学工业、日用化工等领域
1.3 设计任务书
1.设计项目名称 ：年产3000吨一塔二段式水蒸汽连续蒸馏法松香生产工艺设计
2.生产方法 ：以松脂为原料，通过水蒸汽蒸馏生产松香。 3.生产能力 ：年产3000吨松香。
4.原料组成 ：松香 74% 松节油 18% 水分 7.5% 杂质0.5%。
5.设计说明：本设计的任务是年产松香3000 t。由于松香生产受季节变化的影响，按一年开工300 d，每天24 h进行设计，则可知道：每天生产松香10 t，每小时平均产量松香0.42t。
1.4 生产工艺和方法的选择
1.4.1 生产工艺的选择
松脂生产分为间歇式蒸馏和连续式蒸馏两种工艺路线[1-3]，现就其优缺点分述如下：
间歇蒸馏生产工艺是将脂液间歇地加入蒸馏锅，使易挥发的松节油受热后，逐步汽化，根据液相或汽相温度的变化，收集沸点不同的馏分冷凝后得到优油、中油、和重油；难挥发的松香则定期地从蒸馏锅放出。间歇蒸馏的特点是被蒸馏物和馏出液的组成随时间而变化。这种蒸馏方法，设备简单，容易掌握，但经常要根据物料组成和温度变化情况来调节活气压力，操作繁琐，产品质量不稳定。
连续蒸馏生产工艺是将脂液连续不断地送入蒸馏塔，在塔内沿溢流管往下流，易挥发的松节油不断地受热气化上升，可以在塔的不同位置收集沸点不同的馏分得到优油、中油和重油，难挥发的松香则连续地自塔底放出。连续蒸馏的特点是当进料组成不变且操作稳定时，
塔板上被蒸馏物、馏出液及塔底排出物的组成均不随时间而变。这种馏出方法产量较高、质量稳定、操作简单；但设备较复杂，适用于原料充足、生产量较大的工厂。实践证明，间歇式生产生产劳动强度大、产品质量不稳定、能耗较高、原料损耗大，也不利于今后向深加工和自动化方向发展，因此结合现有生产技术，且本设计年产松香3000吨，产量较大，为了减轻劳动强度、提高产品质量降低原料和能源损耗，满足生产要求，经济利益及选用先进技术等为原则，由于一塔二段脂液蒸馏工艺与一塔三段相比。总塔板数小，出拆装检修方便，操作时活汽力较小。所以本设计成一塔二段式水蒸汽连续生产工艺。
1.4.2 生产方法选择
水蒸汽蒸馏用于在常压下沸点较高，或在沸点蒸馏时易分解、易聚合的物质的分离和提纯[1,2]。水蒸汽蒸馏有常压蒸馏和真空蒸馏两种方法。
真空蒸馏的特点是可减少水蒸汽消耗量、降低煤耗、提高产品质量、降低松香含油量、减少松香结晶现象；但在先进可靠的设备的合适的工艺条件下常压蒸馏完全可以得到松香的一级品甚至特级品，而且得率很高；若用真空蒸馏，虽然产品质量得到一定提高，但由于减压时气体流速较大，混合蒸汽带出的松香雾沫严重，松节油酸价高，且抽真空搅动大，油水分离器的油水分离效果较差，使水层含油量增加，常压时水中含油量为0.15～0.25%，减压时0.5%，另外，设备、电耗和管理人员均增加，松节油损失增大，而且增加了一套真空设备，设备投资增大，对塔的材料和密封性能要求高，综上所述，对于本设计可采用常压蒸馏。 常压蒸馏分为连续式和间歇式，其特点分别如下： 连续常压蒸馏特点：
当进料组成不变且操作稳定时，塔板上被蒸馏物、馏出液、塔釜排出液的组成均不随时间变化而变，本方法得松香率高且质量好，操作简化，劳动强度小，适用于原料充足，产量大的工厂。 间歇蒸馏特点：
被蒸馏物和馏出物随时间而变化，这种蒸馏方法设备简单、容易掌握，但操作要经常视物料组成和温度变化情况调节活汽压力，劳动强度大、操作繁琐、蒸馏时间长、产量低、产品质量不稳定，适用于原料不充足、产最较低的工厂。
由此可见，对于年产3000吨松香的松香厂来说，为提高产品产量和质量、简化操作、减轻工人劳动强度、提高经济效益、降低生产成本，选用连续常压蒸馏工艺是最佳的方案。 1.5 工艺流程
1.5.1 松脂加工工序流程
松脂贮存 松脂输送 脂液预热 松脂熔解 脂液蒸馏 脂液水洗 产品包装贮运 脂液澄清