一种提取植物芳香油的装置及其工艺方法
技术领域
本发明涉及植物精油分离提取技术领域，具体指一种提取植物芳香油的装置及其工艺方法。
背景技术
芳香植物精油是指从植物的花、果、枝叶、皮、茎、根等部位提取的天然香料，常见的有八角茴油、肉桂油、山苍子油、岩桂油、樟油、柠檬桉油、桉叶油、薄荷油、茶树(白千层)油、香茅油、玉兰油、薰衣草油、玫瑰油、茉莉花油等几百种之多。植物精油广泛用食品、药品、化妆品、日化用品等行业，涉及庞大的种植业和加工业。
目前绝大部分植物精油是利用水蒸汽蒸馏的方法提取的。水蒸汽蒸馏分为水中蒸馏和水上蒸馏两种方式。水中蒸馏的原理，是利用水蒸汽加热水使植物精油产生共沸，而从植物中逸出；水上蒸馏的原理，是利用水蒸汽穿透植物细胞，不断加热精油，让精油产生共沸，并将精油带出。
利用水蒸汽蒸馏从芳香植物提取精油已发展了100多年，为了进一步提高水蒸汽提取精油的出油率和减少能耗，近年来，关于蒸馏设备改进的研究较多。从最早的土灶、铁锅、木甑、导管、溪流冷却、木桶等简单设备，发展到当前锅炉供汽的不锈钢成套设备，出油率及生产效率均大幅度得到提高。虽然设备得到了很大程度的改善，但工艺未得到根本性的改变，出油率仍未达到最大化，而且还存在着能耗高、冷却用水量大等问题。
利用水蒸汽蒸馏法提取植物精油，存在着油水互溶问题，严重的还会存在乳化现象，当水相中精油均达到饱和状态后，才能够实现油水相互分离，也就是说水中多少溶解了部分精油。目前大部分工艺油水分离后，水会直接排放或者只进行了少量回水，因此大大影响出油率的提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提取植物芳香油的装置及其工艺方法，解决现有植物芳香油提取技术中出油率不高、能耗大、冷却水用量大等问题。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
一种提取植物芳香油的装置，包括蒸锅、再沸器、冷却设备、油水分离器、加热盘管、收集器；所述的再沸器包括塔釜和分馏塔，塔釜位于分馏塔的底部，所述的蒸锅顶部通过蒸馏导气管将油水蒸汽输送到再沸器的塔釜内，蒸锅的底部设置用于加热原料的加热盘管；所述冷却设备的顶部与分馏塔的顶部通过导管连接，冷却设备的底部通过导管与油水分离器的顶部连接，油水分离器上设置出油口，出油口与收集器连接；所述的油水分离器的底部通过一级回水管与再沸器的塔釜连接，所述的再沸器塔釜的底部通过二级回水管与蒸锅的底部连接。设计两级回水系统，一级回水是将油水分离器中的含饱和精油的水回到再沸器的塔釜中进行复蒸，提高出油率和减少冷却水用量。二级回水是将再沸器塔釜中的热水回到蒸锅中，进一步提高出油率和减少蒸汽用量。
所述的蒸锅包括锅体、蒸胆和封盖，蒸胆装料后置于锅体内，再用封盖密封锅体的顶部，封盖的顶部设置蒸馏导气管；蒸胆底部与锅体的底部之间预留有安装加热盘管的空间，加热盘管与蒸汽输送管连通，在蒸汽输送管上设置蒸汽阀门；在与蒸馏导气管连接的管道上设置排气阀。
所述的蒸胆顶部外壁设置用于将其固定在锅体上端的凸缘，蒸胆的底板上设置均布的圆孔，底板设置为对开门，对开门通过活页连接至蒸胆内壁，对开门连接处还设置有插销，取出插销可打开底板，便于卸料。
所述的再沸器的塔釜上设置液位视管，二级回水量从再沸器塔釜旁的液位视管观察而定，分馏塔设置成列管式冷凝器的结构，分馏塔的底端设置冷凝水入口，顶端设置冷凝水出水口，通过液位视管观察塔釜的水量进而调节分馏塔上冷却水的流量。
所述的油水分离器为圆筒型，中间设有隔板，隔板上端与筒内壁相接的两侧留有开口，隔板底端与圆筒底部留有间隙，正对隔板两侧的筒壁上分别设有进液口和出油口，出油口与隔板之间的筒内顶部还设置有凹槽聚油器，出油口与凹槽聚油器的端部相连，凹槽聚油器的底板上开设通油孔，出油口的下方即圆筒底部处设有出水口，出水口与一级回水管相连。
所述的冷却设备包括冷凝器和冷却器，冷凝器的顶部通过导管与分馏塔连接，底部通过导管与冷却器连接，冷却器的底部与油水分离器连接。
所述的蒸锅设置两个以上，在蒸锅底部的出液管上设置排液阀门，在封盖的顶部设置放空阀。
本发明还公开一种提取植物芳香油的工艺方法，应用了上述提取植物芳香油的装置，包括以下步骤：
A、原料处理：用切料机将枝叶、皮、茎、根等Φ≤15mm的原料切成长度为10cm以下的规格，将片状原料切成长宽为3cm×3cm以下的规格；原料的如上规格设置，不仅利于增加装料量，而且避免原料在蒸锅中形成较大的空隙，防止蒸汽从空隙中直通出来，影响蒸馏效果；
B、装料及设备安装：将经步骤A处理后的原料装入蒸胆内，装填均匀并压实后，将蒸胆吊装入锅体内，再吊装封盖密封锅体的顶部，封盖顶部的蒸馏导气管通过软管与连通再沸器的管道相连接；
C、蒸汽蒸馏：打开蒸汽输送管道上的蒸汽阀门，向加热盘管通入蒸汽对原料进行加热蒸馏，同时将与蒸馏导气管连接的管道上的排气阀打开，使蒸锅内的油水蒸汽通入再沸器的塔釜中；蒸馏时间根据原料种类和蒸汽量大小、蒸锅大小决定；
D、复蒸及回水：从蒸锅进入再沸器塔釜中的油水蒸汽利用自身的温度进行二次蒸馏，再通过分馏塔进行分馏，同时打开二级回水管上的阀门将再沸器塔釜中的水回流到蒸锅中；
E、冷却：从再沸器分馏塔顶部馏出的油水蒸汽依次经过冷凝器和冷却器进行冷却；
F、油水分离及回水：经过冷却器冷却后的油水进入油水分离器进行分层，上层为油，分层后的水通过一级回水管回流到再沸器的塔釜中，分层后的油水通过出油口流入收集器内；
G、卸料：待蒸馏结束后，关闭所有阀门，打开蒸锅底部的排液阀进行排液，再打开封盖上的放空阀排净蒸锅内的蒸汽，松开软管，吊离封盖，将蒸胆从锅体内吊出，卸下插销以打开底板，使蒸胆内的料渣落入运输设备上。
步骤A所述的切料机为电动切蔓机。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明设置复蒸系统和两级回水系统，可最大化地提取油水分离器分离后水中溶解的芳香油，大大提高出油率。
2.本发明设置的一级回水，是将油水分离器中的水层回流到再沸器塔釜中，并利用从蒸锅出来的高温蒸汽对一级回水进行复蒸，从而最大限度地提取溶解于水中的精油，提高出油率；另一方面，一级回水可降低从蒸锅出来的蒸汽的温度，防止再沸器内爆沸冲顶现象。
3.本发明设置的二级回水，是将再沸器塔釜被中从蒸锅出来的蒸汽加热后的一级回水回流到蒸锅中，被加热后的水在加热盘管作用下产生蒸汽，可减少蒸汽输送管道输送的蒸汽量，同时再沸器塔釜中的热水具有精油残留，回流后在蒸锅的再次蒸馏作用下，可进一步提取溶解于水中的精油；由此可见，设置两级回水，使得油水分离器内溶解有精油的水得到循环蒸馏，从而能最大限度地提取溶于水中的精油，大大提高出油率。
4.分馏塔设置成列管式冷凝器的结构，通过通入冷水调节分馏塔内蒸汽的温度，不仅可以防止爆沸，也可以有效降低分馏塔的高度；进入分馏塔的冷却水根据塔釜中一级回水的水量进行调节，设置一级回水可有效降低分馏塔中冷却水的用量。
5.将再沸器塔釜中的热水回流到蒸锅中，热水在加热盘管作用下产生蒸汽，可减少蒸汽输送管道输送的蒸汽量，达到节能的目的。
6.设置隔板将油水分离器分隔成两个腔室，进液口与出油口分别位于隔板的两侧，这样可延长油与水分离的时间，提高油水分离效率。
附图说明
图1为提取植物芳香油装置的结构示意图
图2为蒸胆结构示意图
图3为再沸器的结构示意图
图4为油水分离器的结构示意图
图5为提取植物芳香油的工艺流程图
图中主要附图标记说明：
1-加热盘管，2-蒸锅，21-锅体，22-蒸胆，23-封盖，24-蒸馏导气管，25-凸缘，26-底板，261-圆孔，27-插销，28-活页，3-再沸器，31-塔釜，32-分馏塔，321-冷却水入口，322-冷却水出口，4-冷却设备，41-冷凝器，42-冷却器，5-油水分离器，51-出油口，52-隔板，53-进液口，54-凹槽聚油器，55-出水口，56-开口，6-收集器，7-一级回水管，8-二级回水管，9-液位视管，10-软管，11-蒸汽输送管道，12-蒸汽阀门，13-排气阀，14-排液阀，15-放空阀。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1-4所示的一种提取植物芳香油的装置，包括蒸锅2、再沸器3、冷却设备4、油水分离器5、加热盘管1、收集器6；所述的再沸器3包括塔釜31和分馏塔32，塔釜31位于分馏塔32的底部，所述的蒸锅2顶部通过蒸馏导气管24将油水蒸汽输送到再沸器的塔釜31内，蒸锅2的底部设置用于加热原料的加热盘管1；所述冷却设备4的顶部与分馏塔32的顶部通过导管连接，冷却设备4的底部通过导管与油水分离器5的顶部连接，油水分离器5上设置出油口51，出油口51与收集器6连接；所述的油水分离器5的底部出水口通过一级回水管7与再沸器的塔釜31连接，所述的再沸器塔釜31的底部通过二级回水管8与蒸锅2的底部连接。设计两级回水系统，一级回水是将油水分离器5中含饱和精油的水回到再沸器3的塔釜31中，并利用从蒸锅2出来的蒸汽对一级回水进行复蒸，提高出油率；二级回水是将再沸器的塔釜31中被从蒸锅2出来的蒸汽加热后的一级回水回流到蒸锅2中，被加热后的水在加热盘管1作用下产生蒸汽，可减少蒸汽输送管道11输送的蒸汽量，同时再沸器塔釜31中的热水具有精油残留，在蒸锅2的再次蒸馏作用下，可进一步提取溶解于水中的精油；由此可见，设置两级回水，使得油水分离器内溶解有精油的水得到循环蒸馏，从而能最大限度地提取溶于水中的精油，大大提高出油率。
所述的蒸锅2包括锅体21、蒸胆22和封盖23，蒸胆22装料后置于锅体21内，再用封盖23密封锅体21的顶部，封盖23的顶部设置蒸馏导气管24；蒸胆22底部与锅体21的底部之间预留有安装加热盘管1的空间，加热盘管1与蒸汽输送管11连通，在蒸汽输送管11上设置蒸汽阀门12；在与蒸馏导气管24连接的管道上设置排气阀13。
所述的蒸胆22顶部外壁设置用于将其固定在锅体21上端的凸缘25，蒸胆22的底板26上设置均布的圆孔261，底板26设置为对开门，对开门通过活页28连接至蒸胆22内壁，对开门连接处还设置有插销27，通过插销27固定对开门，卸下插销27可打开底板26，便于蒸胆22内部的料渣的卸料。
所述的再沸器3的塔釜上设置液位视管9，再沸器塔釜31回到蒸锅的回水量根据根据液位视管9的液位进行控制；分馏塔32设置成列管式冷凝器的结构，分馏塔32的底端设置冷凝水入口321，顶端设置冷凝水出水口322，通过液位视管9观察塔釜31的水量进而调节分馏塔32上冷却水的流量。由于需要很高的蒸汽温度高才能彻底将植物细胞中的精油带出，因此从蒸锅通入再沸器塔釜的的油水蒸汽温度也会很高，一方面从油水分离器回流到再沸器塔釜31内的水层为冷水，可有效降低蒸汽的温度，防止爆沸冲顶；另一方面，根据塔釜31内一级回水的水量调节分馏塔32内冷凝入水口321的水流量，从而达到调节分馏塔内蒸汽温度的目的。由于从油水分离器5回流到塔釜31的一级回水可降低进入塔釜的蒸汽的温度，因此可降低分馏塔冷却水的用量。
所述的油水分离器5为圆筒型，中间设有隔板52，隔板52上端与筒内壁相接的两侧留有开口56，隔板底端与圆筒底部留有间隙，正对隔板两侧的筒壁上分别设有进液口53和出油口51，出油口51与隔板52之间的筒内顶部还设置有凹槽聚油器54，出油口51与凹槽聚油器54的端部相连，凹槽聚油器54的底板上开设通油孔，出油口51的下方即圆筒底部处设有出水口55，出水口55与一级回水管7相连。其中凹槽聚油器54的底部高于开口56的底部，进液口53的位置高于出油口51。设置隔板52将油水分离器5分隔成两个腔室，进液口53与出油口51分别位于隔板52的两侧，这样可延长油与水分离的时间，提高油水分离效率。
所述的冷却设备4包括冷凝器41和冷却器42，冷凝器41的顶部通过导管与分馏塔32连接，底部通过导管与冷却器42连接，冷却器42的底部与油水分离器5连接，从分馏塔32馏出的油水蒸汽依次经过冷凝器41与冷却器42二级冷却，使油水分离更彻底。
所述的蒸锅2设置两个以上，在蒸锅2底部的出液管上设置排液阀门14，在封盖23的顶部设置放空阀15。
如图5所示的工艺流程，以下举例说明各种植物提取芳香油的工艺方法，应用了上述提取植物芳香油的装置。
实施例1：蒸馏白千层油
包括以下步骤：
A、设备选用及设备参数：采用蒸发量为1t的锅炉，锅炉通过蒸汽输送管道11为蒸锅2提供蒸汽，蒸胆22容积为2m3,锅体21与封盖23装配后试水压达到2kg/cm3以上；再沸器塔釜31为1.5m3，塔径Φ＝30cm，塔高2m，填料高度1.7m；冷凝器41采用热交换面积为24m2的1Cr18Ni9Ti板式冷凝器，冷却器42采用热交换面积为8m2的1Cr18Ni9Ti冷却器；
B、原料处理：采用广西东门林场产的白千层枝叶，用电动切蔓机将枝叶切成长度为10cm以下的规格；
C、装料及设备安装：将经步骤B处理后的原料装入蒸胆22内，蒸胆22装料量为1t，装填均匀并压实后，将蒸胆22吊装入锅体21内，再吊装封盖23密封锅体21的顶部，封盖23顶部的蒸馏导气管24通过软管10与连通再沸器3的管道相连接；
D、蒸汽蒸馏：打开蒸汽输送管道11上的蒸汽阀门12，向加热盘管1通入蒸汽对原料进行加热蒸馏，同时将与蒸馏导气管24连接的管道上的排气阀13打开，使蒸锅2内的油水蒸汽通入再沸器的塔釜31中；
E、复蒸及回水：从蒸锅2进入再沸器塔釜31中的油水蒸汽利用自身的温度进行二次蒸馏，再通过分馏塔32进行分馏，同时打开二级回水管8上的阀门将再沸器塔釜31中的水回流到蒸锅2中，回水量以塔釜31中水量的一半为宜，塔釜31中的水量应不低于塔釜容积的1/4；
F、冷却：从再沸器分馏塔32顶部馏出的油水蒸汽依次经过冷凝器41和冷却器42进行冷却；
G、油水分离及回水：经过冷却器42冷却后的油水进入油水分离器5进行分层，分层后的水通过一级回水管7回流到再沸器的塔釜31中，分层后的油水通过出油口51流入收集器6内；
H、卸料：待蒸馏结束后，关闭所有阀门，打开蒸锅2底部的排液阀14进行排液，再打开封盖24上的放空阀15排净蒸锅2内的蒸汽，松开软管10，吊离封盖23，将蒸胆22从锅体21内吊出，卸下插销27以打开底板，使蒸胆22内的料渣落入运输设备上，蒸馏后的渣料可以作为向蒸汽输送管道11提供蒸汽的锅炉的燃料，实现原料的回收利用，节约能耗。
本实施例与设置复蒸系统和两级回水系统的蒸馏工艺相比，出油率从0.8％提高到0.9％，蒸馏时间从2h缩短到1.5h，能耗节约35％。
实施例2：蒸馏柠檬桉油
本实施例所选用的设备规格参数与实施例1相同，蒸馏工艺步骤与实施例1相同，区别在于：步骤B的原料采用广西南宁市武鸣区产的柠檬桉枝叶。
本实施例与设置复蒸系统和两级回水系统的蒸馏工艺相比，出油率从0.9％提高到1.2％，蒸馏时间从2h缩短到1h，能耗节约50％。
实施例3：蒸馏八角茴油
本实施例所选用的设备规格参数与实施例1相同，蒸馏工艺步骤与实施例1相同，区别在于：步骤B的原料采用广西百色市德保县产的八角枝叶。
本实施例与未设置复蒸系统和两级回水系统的蒸馏工艺相比，出油率从0.9％提高到1.5％，蒸馏时间从2h缩短到1.5h，能耗节约40％。
实施例4：蒸馏肉桂油
本实施例与实施例1的区别在于：
(1)由于肉桂油密度大于水的密度，本实施例所用的油水分离器5出油口设置于底部，正对隔板两侧的筒壁上分别设有进液口和出水口，隔板上端与筒壁间不留开口，同时省去凹槽聚油器的设置。
(2)步骤A中设备选用及设备参数：采用蒸发量为2t的锅炉，锅炉通过蒸汽输送管道11为蒸锅2提供蒸汽，蒸胆22容积为2m3，锅体21与封盖23装配后试水压达到2kg/cm3以上；再沸器塔釜31为1.5m3，塔径Φ＝30cm，塔高2m，填料高度1.7m；冷凝器41采用热交换面积为24m2的1Cr18Ni9Ti板式冷凝器，冷却器42采用热交换面积为8m2的1Cr18Ni9Ti冷却器；
(3)步骤B的原料处理：采用广西上思县产的肉桂枝叶，用电动切蔓机将枝叶切成长度为10cm以下的规格并浸泡24小时后再装入蒸胆22内。
本实施例的其它蒸馏工艺步骤与实施例1相同。
本实施例与未设置复蒸系统和两级回水系统的蒸馏工艺相比，出油率从0.85％提高到1.05％，蒸馏时间从3h缩短到2h，能耗节约40％。
实施例5：蒸馏香茅油
本实施例所选用的设备规格参数与实施例1相同，蒸馏工艺步骤与实施例1相同，区别在于：步骤B的原料采用广西防城港市防城区产的香茅草。
本实施例与未设置复蒸系统和两级回水系统的蒸馏工艺相比，出油率从0.9％提高到1.1％，蒸馏时间从2h缩短到1h，能耗节约40％。
实施例6：蒸馏岗松油
本实施例所选用的设备规格参数与实施例1相同，蒸馏工艺步骤与实施例1相同，区别在于：步骤B的原料采用广西源安堂药业有限公司收购的岗松枝叶。
本实施例与未设置复蒸系统和两级回水系统的蒸馏工艺相比，出油率从0.9％提高到1.05％，蒸馏时间从2h缩短到1h，能耗节约50％。
实施例7：蒸馏芳樟油
本实施例所选用的设备规格参数与实施例1相同，蒸馏工艺步骤与实施例1相同，区别在于：步骤B的原料采用广西桂林市全州县产的芳樟枝叶。
本实施例与未设置复蒸系统和两级回水系统的蒸馏工艺相比，出油率从1.2％提高到1.4％，蒸馏时间从2h缩短到1h，能耗节约50％。
从上述的实施例1-7的对比结果可知，采用本发明所示的设备和蒸馏工艺方法提取各类植物芳香油，与现有技术相比，出油率提高0.1％-0.3％，蒸馏时间缩短0.5h-1h，节约能耗35％-50％，出油率得到了提高，能耗降低，大大节约了成本，提高经济效益。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
