沖蒸,指往容器內加入水蒸汽的一種操作,在香料、食品、醫(yī)藥等工業(yè)部門中多有應用,但通常只作物料加熱或水蒸汽直接蒸餾使用。其實,沖蒸還有其它一些用途,在分餾操作中的其它應用還鮮為人知。本文著重介紹沖蒸在香料分餾操作中的幾種應用及其原理。

　　一、沖蒸分餾

　　沖蒸分餾是在傳統(tǒng)分餾操作的基礎上,在分餾過程中從分餾鍋底部引入一定量的干蒸汽,通過選擇性冷凝控制分餾塔頂冷凝效果,使塔頂蒸出的油、水兩 大相按油相經冷凝后進入回流比控制裝置、水蒸汽不被冷凝而進入真空系統(tǒng)管路這兩個不同狀態(tài)和路徑的一種操作方式,從而得到香氣純正的分餾產品。采用這種操 作時,設備系統(tǒng)宜保持較高真空狀態(tài)并配置蒸汽噴射真空泵,才能取得滿意的效果。

　　精油及一些粗香原料組分復雜,往往含有水溶性雜質。分餾過程是把精油或粗香原料加熱蒸發(fā)并在塔板上進行傳質傳熱,所產生的蒸汽在塔頂經過冷凝, 收集得到不同沸點的餾分,使混合物得到一定程度分離。常規(guī)分餾方法往往難以將各種沸點的水溶性雜質組分徹底分離。當采用沖蒸操作時,水蒸汽進入分餾塔系統(tǒng) 并隨塔板上升,可參與部分傳質和傳熱過程,吸收物料中一些水溶性組分及分餾過程產生的一些熱敏性組分的焦化物,并將其“帶上”塔頂進入真空系統(tǒng)管路及蒸汽 噴射泵,這樣,沖蒸便對物料進行了“吸收和洗滌”,從而除去產品中的焦味和其它雜味,提高產品的香氣質量。

　　當分餾操作平衡時,塔填料下部溫度較高,上部溫度較低,自上而下會建立物料蒸汽組分按沸點和濃度的穩(wěn)定的階梯分布。操作中因各種原因有時當物料 中的萜烯混合物、溶劑等低沸點組分蒸出后,沸點較高的產品段組分不能克服填料層的阻力,出現(xiàn)無法蒸出的情況。這時若采用沖蒸操作,沸點相對較低的水蒸汽在 塔內順暢上升,對塔內產品段組分蒸汽有引流和攜帶作用,從而把產品段餾分帶上塔頂并進入塔頂冷凝器,完成分餾過程。

　　二、沖蒸攪拌

　　傳統(tǒng)分餾設備,通常由分餾鍋外殼采用蒸汽或油浴加熱,或在鍋內設置盤管加熱器加熱,由于沒有外循環(huán)加熱或攪拌裝置,鍋內物料在分餾過程中幾乎處 于“呆滯”狀態(tài),物料受熱時間長并有局部過熱現(xiàn)象,一些熱敏性組分會出現(xiàn)裂解、聚合、結焦、炭化等情況,分餾結果腳子多產品得率低。

　　為了解決上述問題,可對鍋內物料進行“沖蒸攪拌”,即從分餾鍋底部引入一定流速的干蒸汽,利用蒸汽流對鍋內物料進行攪拌,使鍋內物料產生翻滾效果、提高受熱的均勻性,從而減少“腳子”的產生,提高產品收得率。

　　采用這種操作時設備系統(tǒng)須配置水環(huán)真空泵或其它抽氣量大的真空設備,保證分餾系統(tǒng)處于較高真空狀態(tài),加入的蒸汽能及時被抽走。由于水的沸點隨真 空度的增高而降低,在一定的溫度、真空條件下,分餾設備內無蒸汽冷凝水形成(例如查飽和水蒸汽表知絕對壓力為0. 02kgf/ cm2時,對應的飽和水蒸汽的溫度是17℃,達到此真空條件時,只要鍋內溫度超過17℃水蒸汽就不會冷凝成水)。

　　三、沖蒸降溫

　　當一定壓力的水蒸汽進入真空狀態(tài)的分餾鍋內時,由于壓力突然變小,水蒸汽容積在短時間內急劇膨脹,此過程會吸收鍋內一定的熱量。同時,大量水蒸 汽沿填料塔上升至塔頂冷凝器,與冷卻介質發(fā)生熱交換后被冷凝下來回流至塔內(此時控制塔內真空度及塔頂冷凝效果使水蒸汽能被冷凝,并采用全回流操作) ,再次與鍋內上升的蒸汽或鍋內物料及設備本體發(fā)生傳熱過程,冷凝水吸熱汽化成為蒸汽而上升(由于水的汽化潛熱值比較大,比如100℃時水的汽化潛熱為 2260kJ / kg ,可見此過程將吸收大量熱量) ,如此循環(huán)往復,分餾系統(tǒng)的溫度會很快被降下來。這樣,沖蒸就可達到降溫的效果。這就是沖蒸降溫的基本原理。沖蒸降溫的優(yōu)點是可使整套設備及物料實現(xiàn)整體 同時降溫,降溫速度快,特別是當設備較為大型時,這種降溫方式相對于其它降溫方式效果更好。若是在分餾操作過程中,由于設備故障等原因,需緊急停止分餾操 作時這種冷卻方式更顯出獨特的優(yōu)越性。而通常采用的分餾鍋夾套或蛇管通入冷卻水冷卻的降溫方式,只是將分餾鍋內物料降溫,而安裝于分餾鍋上的塔體及其它部 位通常降溫較慢。當然,某些情況下設備或物料須快速降溫時可同時采用冷卻水冷卻結合沖蒸降溫的辦法進行。

　　四、沖蒸保護

　　香料分餾生產時,每批物料分餾結束后設備及塔體、填料仍處于高溫狀態(tài),設備內部各部位都會有一定物料殘留,若物料為檸檬醛等較容易氧化的物質, 必須往設備內充入氮氣或其它惰性氣體,以防設備內部各處殘留的物料與漏入的空氣發(fā)生劇烈氧化反應而帶來安全事故。特別是填料上積存的物料往往較多,在高溫 狀態(tài)下與氧氣發(fā)生反應會出現(xiàn)燒塔現(xiàn)象。長期多次如此反復,塔內填料上將附著大量炭化物堵塞填料網(wǎng)孔,使填料失去傳質功能。

　　另外,分餾結束都會有一個把鍋內殘留的高沸點物質放出的操作(俗稱“放腳”) ,且須趁鍋內尚有一定溫度、物質粘度低時排出。若分餾的物料為檸檬醛等易氧化的物料則更須在放腳前充氮。在分餾操作過程中,由于設備故障等原因,需停止分 餾操作時,同樣必須對分餾設備系統(tǒng)進行充氮保護。往設備內通入氮氣以保護設備是一種常見操作,通常稱為“沖氮”。不過,氮氣價格較貴,充氮須付出較大成 本,這時可考慮沖蒸的辦法往設備內加入蒸汽替代氮氣以節(jié)約成本。一方面由于蒸汽充斥塔內部使空氣較難進入,另外沖蒸會降低塔內部溫度,減少物料劇烈氧化的 可能性,這樣塔設備可得到有效保護。

　　五、關于沖蒸的幾點注意事項

　　1、為避免帶入水分,加入的蒸汽必須為飽和或過熱蒸汽,因此蒸汽管上離分餾鍋不遠處最好安裝水汽分離器及疏水閥;

　　2、在蒸汽管路上安裝過濾器,避免進入分餾設備的水蒸汽帶有其它臟雜物;

　　3、加入蒸汽壓力不宜過高(一般用減壓閥減壓至0. 1MPa左右) ,一方面保證蒸汽溫度不會太高,另一方面分餾操作時各種工藝參數(shù)才較容易控制;

　　4、鍋內沖蒸裝置設計上開口應向下,使蒸汽有較好的發(fā)散效果,并可減少沖蒸裝置內物料積存現(xiàn)象;

　　5、沖蒸分餾操作時要控制好塔頂冷凝器的冷卻水量,適當提高冷卻溫度,使加入分餾系統(tǒng)的水蒸汽可不被冷凝而全部從真空系統(tǒng)管路抽走;

　　6、真空系統(tǒng)宜選用蒸汽噴射泵—水環(huán)真空泵聯(lián)用機組。