玻璃水生产

小型不锈钢水蒸气蒸馏装置的研制及应用

李伟光;粟桂娇;王鸿海;江衣镇;龙鸿跃;黎跃;刘雄民;胡华宇

【摘要】该文阐述了自制小型不锈钢水蒸气蒸馏装置的必要性和意义，介绍了研

制过程及其在教学中的应用。实践表明自制设备在培养学生动手能力与科研思维，

增强学生的工程知识学习，改善实验条件和提高实验教学水平等方面具有积极作

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【期刊名称】《实验科学与技术》

【年(卷),期】2015(000)006

【总页数】3页(P247-249)

【关键词】小型不锈钢水蒸气蒸馏装置;自制设备;实验教学

【作者】李伟光;粟桂娇;王鸿海;江衣镇;龙鸿跃;黎跃;刘雄民;胡华宇

【作者单位】广西大学化学化工学院，南宁530005;广西大学生命科学与技术学

院，南宁530005;广西大学化学化工学院，南宁530005;广西大学化学化工学院，

南宁530005;广西大学化学化工学院，南宁530005;广西大学化学化工学院，南

宁530005;广西大学化学化工学院，南宁530005;广西大学化学化工学院，南宁

530005

【正文语种】中文

【中图分类】G482

实验教学在学生的综合能力培养方面有3大功能：验证、技能训练、探索研究。

因此，实验教学是培养学生实践能力的主要环节，在高校整个教学环节中占有重要

的地位[1]。实验教学中所使用的仪器设备除了从国内外公司购买外，还有部分属

于自制的实验教学装置。自制实验教学装置以其超前性、直观性、及时性、适用性、

经济性等特点成为提高实验教学水平的重要手段，符合现代人才培养的要求[2-5]。

在植物性天然香料生产中，水蒸气蒸馏是最常用的一种技术[6]。水蒸气蒸馏实验

作为基础实验之一，要求学生熟练掌握[7]。目前，国内高校开设的从植物原料中

提取芳香油实验大多采用玻璃制的水蒸气蒸馏设备。广西大学林产化工本科专业的

芳香油提取工艺实验中，桂油、茴油、香茅油等的提取一般采用的是500mL的

玻璃制水蒸气蒸馏装置。玻璃装置具有设备简单、易于观察等优点，但在进行桂油、

茴油等水蒸气蒸馏实验中也存在诸多缺点。如用桂枝叶做原料时装料量太少，分油

难，耗时长，能耗高，难以保证持续的水蒸气供应。蒸馏烧瓶的选择也会对挥发油

的提取产生一定的影响。目前，实验中常用长颈圆底烧瓶作为蒸馏装置。长颈圆底

烧瓶由于是单口，水蒸气导入管与水蒸气馏出液导出管同时经过一个胶塞，导入与

导出管都需要弯曲一定的角度，使通气不够流畅，装置的气密性低[7]，而且在形

状、外观和实验过程等方面与工业水蒸气蒸馏装置差别较大，妨碍了学生对芳香油

工业生产的认识。正因为传统实验室玻璃水蒸气蒸馏装置的缺陷，以及工业设备多

采用不锈钢材料的缘故，故提出用不锈钢水蒸气蒸馏装置替代传统的玻璃水蒸气蒸

馏装置。不锈钢材料是一种公认的可以植入人体的健康材料，以不锈钢为材料制造

各种仪器设备已成为当今世界的潮流和发展方向，被称为“21世纪真正的绿色管

材”。其突出优势表现在4个方面：1)卓越的力学性能，超群的耐磨损强度；2)优

异的耐腐蚀性能；3)外观美观、清洁、时尚、100可回收利用；4)可以在-

270℃～400℃下长期工作，且不会析出有害物质[8-9]。因此，设计和自制一套

与工业化相似的小型不锈钢水蒸气蒸馏装置进行直观的实验教学是非常有必要的。

自制实验装置采用与目前工业化装置相同的水蒸气蒸馏设计，一定程度上模仿了工

业生产设备。该自制设备既能提高芳香油的产量，又能缩短蒸馏时间，还可以凭此

进行工业生产预测，实现了从实验室蒸馏装置到工业设备的过渡，并能够实现一定

的串/并联操作，让本科生既能掌握芳香油提取的原理及实验操作，又能了解工业

芳香油的提取过程。所以自制该设备用于实验教学具有重要意义。

该自制设备除设计任务和设计方案由指导教师拟定外，其余工作均由林产化工专业

高年级本科生在教师指导下独立进行，与其毕业设计相结合。毕业生参与自制实验

设备的研制，无疑是一条提高其综合素质的捷径[10]。为此，学生需充分了解实验

原理，大量查阅资料，大胆运用所学知识进行构思，并考虑方案的先进性、实用性、

经济性和可操作性等诸多因素，经反复推敲和讨论，确定最佳的设计方案。首先，

根据设计方案中的体积设定算好相应的尺寸，同时咨询老师、同学的意见，进行市

场调查，选择合适的不锈钢材料；然后，去五金市场寻找不锈钢材料，确定实际尺

寸；最后，学生带自行购买的材料去找焊接的师傅，先焊好整套设备的筒体及封头，

再进行支架的设计和焊接制作，整套设备的安装、调试。可利用该套设备进行肉桂

枝叶、八角蒸馏及肉桂油碱性水解等实验。学生在自制实验仪器过程中会遇到很多

实际问题，这时指导教师要鼓励学生有充分的自信心和不服输的精神，并积极引导

学生灵活应用所学知识且有所创新。学生从中学到了很多东西，在指导教师的指导

下得到了基本的科研训练，对培养学生理论联系实际的学风、严谨的科学态度、提

高分析问题和解决问题的能力等具有积极的促进作用。

小型不锈钢水蒸气蒸馏装置自制设备的功能要求如下：1)能进行0.5～5.0L芳香

油提取及分离实验，比原来的小试实验放大10倍；2)蒸馏效率提高，能快速完成

芳香油的提取；3)材料用不锈钢制作，耐用且与工厂生产设备相似；4)两个提取罐

可进行串联、并联组合，用快接方式连接，装卸料方便；5)设置快接塔节，可装填

料并调整塔节高度，对蒸出的芳香油和水进行分离；6)可进行肉桂醛制苯甲醛反应

精馏耦合的实验，还可拓展实验内容，为林产化工和精细化工本科课程提供实验设

备。

小型不锈钢水蒸气蒸馏装置的设备构件及参数如下：1)提取罐2个，Φ133

mm×400mm;2)冷凝器1个,Φ25mm×1400mm；3)塔节3个，Φ48

mm×200mm；4)分油器1个，Φ48mm×300mm；5)装置总容积5.47L。组

装好的自制小型不锈钢水蒸气蒸馏装置如图1所示。

小型不锈钢水蒸气蒸馏装置的工作原理：由全自动电加热蒸汽发生器提供热蒸汽，

蒸汽通入装有原料的提取罐(蒸馏锅)中对物料进行提取，带有芳香油的水蒸气先经

塔节粗分，再经冷凝器冷凝后得到含油馏出液，最后，分油器油水分离即可得到芳

香油。

利用自制的小型不锈钢水蒸气蒸馏装置可以为林产化工专业、化学工程与工艺专业

等开设实验课，学时数在5～30学时之间。如林产化工专业的林化工艺实验与分

析课程可新增肉桂油工业蒸馏模拟实验，八角茴香油工业蒸馏模拟实验和肉桂油碱

性水解制天然苯甲醛。此外，由于自制的小型不锈钢水蒸气蒸馏装置可以进行单极、

串联、并联、精馏分离等实验的组合，所以很方便开展研究性实践教学，如指导林

产化工专业本科生的毕业论文工作。利用该设备进行水蒸气蒸馏芳香油提取及分离

实验时，以八角(其芳香油比水轻)、肉桂(其芳香油比水重)提油实验为主，还可以

进行桉叶、香茅草等广西特色植物资源的芳香油提取，一套装置一批次可供3～6

名学生进行实验，单个提取实验需要5个学时，若要进行八角、肉桂、串联、并

联、精馏分离的实验组合则要25个学时；肉桂醛制苯甲醛反应精馏耦合的实验，

一套装置一批次可供3～6名学生进行实验，实验需要5个学时。

实例一：林产化工专业2008级本科生王鸿海以广西丰富的八角为原料，应用该

装置进行了八角茴香油的蒸馏工艺实验研究，考察了预蒸、保温、破碎处理、蒸馏

时间、蒸汽进口位置等因素对茴香油提取的影响，确定了最佳蒸馏工艺条件：干燥

八角破碎后放置3h，提取罐保温，蒸汽从提取罐的底部通入，用直接水蒸气蒸馏

法，蒸馏时间3.5h。在此条件下，茴香油的得率为7.69，与工业得率相近。

实例二：林产化工专业2008级龙鸿跃以广西特有的天然植物资源——肉桂枝叶、

肉桂皮为原料，应用该装置进行了水蒸气蒸馏提取肉桂油及肉桂油的碱性水解制备

天然苯甲醛工艺实验研究。其中，水蒸气蒸馏提取肉桂油的实验中，分别考察了原

料浸泡时间、蒸馏提取时间、原料粒径、助剂、不同原料、单锅双锅串联蒸馏以及

蒸汽流向改变等对得油率的影响。研究结果表明，适宜的蒸馏条件是浸泡6h，原

料粒径1～3cm，双锅串联蒸馏，得油率为0.75，与同批原料工业生产得率0.80

相差不大。在肉桂油碱性水解实验中，通过实验考察了连续碱性水解过程、填料塔

等因素的影响。研究结果表明，连续碱性水解反应较稳定，苯甲醛得率为35.20，

纯度为86.95；填料层能提高苯甲醛纯度和得率，填料层越高得到苯甲醛纯度越高；

肉桂油碱性水解效果与一般玻璃反应装置差不多。由此可见，利用此自制设备开展

科研工作，通过探讨影响得油率的因素和提高肉桂油碱性水解制备苯甲醛的方法，

寻找更佳的实验方案，可以为工业生产提供实验依据。

通过自制小型不锈钢水蒸气蒸馏装置和利用该装置进行实验教学、毕业论文等工作，

一方面，为林产化工专业本科生提供了一个良好的动手实践平台，使学生对专业理

论知识有了更深刻的理解，实践和理论知识结合得更加紧密，全面提升了设计、调

试和生产等多方面的能力，有利于综合应用型人才的培养，为学生将来走向社会打

下了坚实的基础；另一方面，通过自制实验教学装置也丰富和提高了教师和实验人

员的理论知识和技术水平，有效促进实验室建设，提高实验教学质量，促进学校产、

学、研工作的开展。由此可见，自制设备在培养学生动手能力、科研思维，强化学

生的工程知识学习，改善实验条件和提高实验教学水平等方面具有积极作用[11-

12]。在今后的实验教学改革中，应多鼓励教师进行自制设备的研制，使专业理论

与实际应用更好地结合，以适应专业的发展和人才培养的需要。

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