CN1038672C - 一种用于精制香兰素粗品的精馏装置 - Google Patents

Abstract

一种用于精制香兰素粗品的精馏装置，其特征在于该精馏装置采用特殊设计的高效精馏塔，具有冷储存功能的塔釜，塔釜循环泵，降膜式再沸器，与塔体为一体的冷凝器，内置式回流比控制器及若干贮罐组成。该精馏装置可以使原香兰素精制工艺大为简化。

Description

一种用于精制香兰素粗品的精馏装置

本发明涉及一种用于精制香兰素粗品的精馏装置，国际专利分类号为C07C47/58。

香兰素(化学名称为4-羟基3-甲氧基苯甲醛)是一种用量大，用途广的香料。广泛用于糖果，糕点，露酒等食品香精及卫生品，化妆品香精中，也用于制药，鞣革，橡胶制品，电镀等行业中。

合成香兰素通常采用愈创木酚路线。由愈创木酚(邻甲氧基苯酚)和甲醛缩合生成香兰素。合成的香兰素用苯萃取，将苯蒸出后得到香兰素粗制品。香兰素粗制品约含有5％左右的邻位香兰素(4-羟基2-甲氧基苯甲醛)，少量轻组分，70～80％香兰素和20％左右的重组分—焦油。分离精制过程是把香兰素粗制品，提纯至食品级香兰素成品。

通常采用的分离方法是将香兰素粗制品加入普通蒸馏釜，进行减压简单蒸馏，把香兰素，邻位香兰素和少量重组分从釜中蒸出。釜底留下重组分杂质—焦油。蒸出的物料用甲苯为溶剂进行结晶，主要是把邻位香兰素和香兰素分开。结晶得到的香兰素初级品再加入第二个蒸馏釜中，再一次进行减压简单蒸馏，除去香兰素中的重组分杂质，得到香兰素产品。

香兰素为高凝固点热敏性物质，在蒸馏过程中遇氧易氧化为酸，高温受热易产生聚合。香兰素在蒸馏过程中的氧化聚合都会造成香兰素收率降低。香兰素是一种高值产品，减少分离过程中的损失是工厂提高经济效益的关键之一，上述的分离方法采用两次减压蒸馏和一次甲苯结晶分离工艺有诸多缺点。首先，采用简单釜式蒸馏的方法，因为简单蒸馏只有一个分离级，分离效率差，很难把各组分彻底分离。所以原工艺中采用两次简单蒸馏，其目的都是为了把重组分焦油分离。由于香兰素与其异构体的沸点较接近，采用简单蒸馏无法将邻位香兰素和对位香兰素很好地分离，不得不采用甲苯结晶的方法分离对位香兰素和邻位香兰素。其次，采用简单釜式蒸馏，物料在釜中基本处于静止状态，静液面高，物料蒸发困难，物料过热度大，会产生严重聚合、分解、碳化现象，降低香兰素的收率。在原工艺中二次简单蒸馏使物料反复受热，尤其是第二次减压蒸馏时，物料中香兰素的含量已很高，高温受热聚合分解现象更为严重，造成香兰素收率严重降低。

随着化工产品加工深度的提高和专用大分子专用化学品的不断出现，精馏过程所处理的高凝固点，热敏性物系越来越多。高凝固点物系的精馏过程具有高温，高真空，高凝固点特点。所谓热敏性物系，就是在高温受热情况下易发生聚合、分解、结焦、碳化现象。为克服这种现象就要降低精馏过程的操作温度，缩短物料的受热时间，避免物料过热贮存。通常采用减压精馏的方法，并且最大限度地降低塔压降，采用特殊形式的再沸器，消除沸点升高现象。高凝固点物料同样是精馏操作的难题，如处理不当不仅会堵塞输送管路，而且会在塔顶冷凝器，回流设施及塔内析出固相，使操作难以进行。高凝固点热敏性物系的精馏分离的这些特殊性，给精馏过程带来诸多困难。用常规的精馏设备来处理这些问题是十分困难的。

普通间歇精馏塔通常具有一个很大的釜，开车时物料首先加入釜中，产品由塔顶蒸出。对于普通间歇精馏塔的再沸器，一般布置在塔釜内，直接加热塔釜物料。这种结构的缺点是塔釜内长期存在液柱静压引起的沸点升高，物料在高温环境中停留时间过长从而引起热敏性物料的分解，聚合，碳化等问题。而且随着精馏过程的进行，塔釜内液面越来越低，塔釜的加热面暴露出液层之外，使物料所利用的加热面减少，难以将轻组分蒸净，影响产品收率。该型式精馏塔的另一缺点是在高真空条件下，由于最终塔釜残存物料粘度很大，容易出现膜式沸腾传热或爆沸现象，传热效果低下，物料过热更大，分解聚合碳化现象更为严重。

对于连续精留塔，如不改善塔釜的结构及再沸器的型式，也会遇到与间歇精馏同样的问题。

为了解决原精制工艺中的种种缺点，本发明者们发明了用于精制香兰素粗品的高效精馏装置，使香兰素粗品的分离过程简化为一步精馏操作。取代了原工艺中的一次减压蒸馏、甲苯结晶、二次减压蒸馏和溶剂回收四步工序。避免了原分离过程中的由于物料过热引起的聚合，结焦，碳化现象，提高了精制过程的收率。

本发明的目的在于提供一种用于精制香兰素粗品的精馏装置。本发明的另一个目的是提供一种香兰素的精制工艺，特别是一种用特殊精馏装置精制香兰素粗品的新工艺，可直接得到纯度达99％以上的香兰素，并能有效克服现有香兰素粗品精制流程的种种缺点。本发明的进一步目的是用一步精馏分离工序取代了原工艺中的两次减压蒸馏、甲苯溶剂结晶和溶剂回收四个工序，避免了香兰素在精制过程中的反复受热、氧化、聚合、分解造成的损失，避开了甲苯结晶和溶剂回收工序，降低设备的投资，提高了收率，降低了能耗、物耗，从而完成了本发明。

本发明的目的是这样实现的，一种用于精制香兰素粗品的精馏装置，其特征在于该精馏装置包括高效精馏塔，具有冷储存功能的塔釜，塔釜循环泵，降膜式再沸器，与塔体为一体的冷凝器，内置式回流比控制器及若干贮罐组成。精馏塔采用与塔顶直接相连的塔顶冷凝器和内置式回流比分布器。精馏塔塔内气体分配器采用低压降旋流式气体分配器。精馏塔塔釜设有冷却装置具有冷储存功能。塔内装有高效规整填料，精馏塔采用降膜蒸发式再沸器，采用强制循环降膜再沸器要求设置塔釜循环泵，塔釜循环泵入口与塔釜相联，循环泵出口与再沸器相联，精馏塔在操作时，塔釜中的物料经过塔釜循环泵，输送给再沸器，在再沸器中加热蒸发，蒸发的气相物料，进入精馏塔的填料层进行分离，未蒸发的液相料进入塔釜，再参加循环蒸发，精馏塔采用减压操作，塔内绝压在1mmHg～50mmHg。回流比10∶1～1∶10，塔顶温度130～160℃，塔釜温度160～200℃。该方法所用装置包括高效精馏塔，塔釜循环泵，强制循环式降膜再沸器与塔顶直接相连的塔顶冷凝器和内置式回流比分配器。采用单塔间歇操作也可采用多塔连续操作。精馏塔操作条件为塔釜绝压1～20mmHg，回流比10∶1～1∶10，塔顶温度130℃～160℃，塔釜温度160℃～200℃。采用间歇操作时，可以将中间馏分进行复蒸，以提高香兰素收率。热敏性物系往往具有一个特定的敏感温度，超过该温度，聚合、分解、结焦的速率迅速上升。因此热敏性物系的精馏操作要控制在敏感温度以下。在这种情况下往往要求塔釜具有很高的真空度。用普通精馏塔分离高凝固点热敏性物系，由于塔板或填料层及塔内件阻力大，精馏塔塔顶和塔釜的压差很大，至使塔釜达不到所期望的真空度，使塔釜操作温度升高。致使聚合，分解，结焦现象难以避免。

用普通精馏塔分离高凝固点热敏性物系，由于物料的凝固点高，冷凝器和回流分配管路较长，往往会发生管路堵塞，物料不易输送的困难，同时由于塔体、冷凝器、回流比分配器、外管路内存液量大，间歇精馏的过渡段长等缺点，使蒸馏单程收率低。

对于高凝固点热敏性物系的特殊性给精馏操作带来困难，本发明者们，采用降膜式再沸器，以改善塔釜加热方式，防止物料过热；采用高效低压降填料、低压降塔内件(回流液收集器、分布器、填料支承板及压板等)以及低压降气体分配器，将整塔压降降到最低限度，提高塔釜真空度，降低精馏操作温度；将塔顶冷凝器与塔体设计成一体，并采用内置式回流比分配器，避免管路连接，避免了管路堵塞。解决了高凝固点热敏性物系精馏的诸多难题，从而完成了本发明。

本发明所述的一种分离香兰素粗制品的精馏装置，其特征在于采用特殊设计的高效精馏装置，香兰素粗品经一步精制即可获得高纯度香兰素产品。

本发明所述香兰素精制工艺，可采用单塔间歇操作也可采用多塔连续操作，采用间歇操作时，具有很高的单程收率，且可以将中间馏分进行复蒸，以提高香兰素收率。

本发明所述的精馏装置，采用特殊设计的高效精馏塔，塔内装有高分离效率、低压降的填料；精馏塔采用降膜蒸发式再沸器，采用强制循环降膜再沸器要求设置塔釜循环泵，塔釜循环泵入口与塔釜相联，循环泵出口与再沸器相联。精馏塔在操作时，塔釜中的物料经过塔釜循环泵，输送给再沸器，在再沸器中加热蒸发，蒸发的气相物料，进入精馏塔的填料层进行分离，未蒸发的液相料进入塔釜，再参加循环蒸发。

为了降低精馏过程的操作温度，精馏塔采用减压操作，塔内绝压为1mmHg～50mmHg。回流比10∶1～1∶10，塔顶温度130～160℃，塔釜温度160～200℃。

本发明采用的精馏塔为填料塔，内装高分离效率、低压降的填料，最好为规整金属丝网波纹填料。

精馏塔采用降膜蒸发式再沸器，最好采用强制循环式列管降膜再沸器。采用强制循环降膜再沸器要求设置塔釜循环泵，塔釜循环泵入口与塔釜相联，循环泵出口与再沸器相联。精馏塔在操作时，塔釜中的物料，经过塔釜循环泵，输送给再沸器，在再沸器中加热蒸发，蒸发的气相物料，进入精馏塔的填料层进行分离，未蒸发的液相料进入塔釜，再参加循环蒸发。物料在再沸器的降膜管的内壁上形成液膜，传热速率高，物料过热度小，液相受热时间短。

本发明用精馏精制香兰素的工艺，可以采用间歇精馏过程实现，也可以采用连续精馏过程实现。

采用本发明的精馏装置，只需一步精馏工序即可把香兰素与其它轻重组分彻底分开，直接得到纯度达到99％以上的香兰素，从而省去了甲苯结晶过程，避免了甲苯结晶过程中香兰素及溶剂甲苯的损失，同时省去了一次蒸馏，减少了香兰素的热聚合所带来的损失，大幅度降低了能耗，提高了工厂的经济效益。

图1是原香兰素分离工艺的流程框图。

图2是本发明香兰素分离工艺的流程框图。

图3是本发明采用间歇精馏的流程示意图。

图4是本发明采用连续精馏的流程示意图。

图5是本发明用于分离香兰素粗品的精馏装置。

下面结合附图详细说明本发明的香兰素粗品分离装置。

采用间歇精馏的流程如图3所示。把原料储罐1中的粗香兰素加入精馏塔塔釜2中。在精馏过程中，塔釜2中的物料由塔釜循环泵3送入再沸器4，在再沸器中受热蒸发，进入精馏塔5进行分离。蒸出的轻组分在塔顶冷凝器6中冷凝，收集进入回流比分配器7，回流比分配器把冷凝液分为回流股和采出股，回流股回流塔中，采出股经采出口采出塔外。在操作过程中，依次从塔顶蒸出前馏分、中间过渡馏分和香兰素馏分，分别收集在前馏分罐8，中间过渡馏分罐9和香兰素馏分罐10。蒸馏结束，塔釜2中留下的重组分焦油排出塔外。中间馏分在下一操作时返回塔釜中，进一步分离其中的香兰素馏分。

采用连续精馏的流程如图4的所示。原料罐21中的粗品香兰素经进料泵22连续加入第一精馏塔23，从塔顶蒸出轻组分邻位香兰素，收集在轻组分收集罐28中。塔釜循环泵24把塔釜中的物料连续供入降膜再沸器25，加热蒸发。塔釜循环泵24兼做第一精馏塔23的出料泵和第二精馏塔210的进料泵。第一精馏塔的塔釜中的物料—香兰素和重组分焦油连续送入第二精馏塔。在第二精馏塔中把香兰素馏分从塔顶蒸出收集在香兰素收集罐15中。塔底重组分焦油由塔底排入焦油收集罐16中。

在间歇精馏操作时，首先把50℃～80℃的物料—粗品香兰素加入塔釜中。开动抽真空系统，塔内建立起所需的真空度。再沸器加热，启动塔釜循环泵，开始蒸馏操作。蒸馏过程中，回流比控制在10∶1～1∶10范围之内。依次塔顶蒸出邻位香兰素馏分，中间馏分和香兰素馏分，各馏分分别收集。蒸出的香兰素馏分纯度达99％(WT)以上。蒸馏完毕，从塔釜中放出重组分—焦油。中间馏分在下一操作时返回塔釜中，进一步回收其中香兰素馏分。

在连续精馏操作时，两个型式相同的填料塔串联操作。首先建立两塔各自所需的真空度，用进料泵把物料—粗品香兰素连续加入第一塔中，从塔顶连续蒸出邻位香兰素。香兰素和重组分焦油连续从塔底排出，送入第二蒸馏塔。从第二塔的塔顶蒸出香兰素馏分，纯度达99％(WT)以上。从塔釜中连续排出重组分一焦油。

本发明用高效分离装置分离香兰素粗制品与原分离工艺(图1)对比的流程框图如图2所示，由于采用了高效精馏装置，分离效率高，只经过一步精馏工序即可把香兰素与其它轻重组分彻底分开，得到纯度达99％以上的香兰素。

参见图5，一种用于高凝固点热敏性物系分离的精馏装置。本精馏装置主要由以下几部分组成，高效低压降特殊设计的填料塔32，具有冷储存功能的塔釜31，塔釜循环泵38，降膜式再沸器37，与塔体为一体的冷凝器36，内置式回流比控制器及若干贮罐组成。

本发明中的高效填料精馏塔，内装高效分离填料34，如规整金属波纹丝网填料。该型式填料具有分离效率高，低压降滞液量小等优点，可大大降低填料层高度一即降低了塔的总高。采用低压降填料，可使蒸馏塔在减压操作时，塔釜获得较高的真空度，使精馏过程的操作温度降低。

本精馏装置采用的再沸器为降膜蒸发式再沸器，最好为强制循环降膜蒸发式再沸器。再沸器类似于一个垂直放置的列管式换热器，物料从上部进入换热器，通过布膜器把物料均匀分布于换热器—降膜蒸发管的内壁，在蒸发管中受热蒸发，所用布膜器为常规所用的各种布膜器，如自然溢流式，丝网布膜溢流式，伞式，螺旋式等。采用降膜蒸发式再沸器使传热效率高，物料受热时间短，没有静液面影响，物料过热度小，避免了因物料过热引起的聚合，分解等缺点。

本发明中的精馏塔采用了旋流式气体分布器33，从再沸器37受热蒸发的气相物料，进入塔中经过一个螺旋式气体分布器使气相形成一个旋流，达到气体分部均匀的目的。螺旋式气体分布器由一定数目的围绕塔中心倾斜放置的螺旋挡板构成。这种旋流式气体分布器阻力小，气体分布均匀，可降低塔的压降，使塔釜保持尽可能高的真空度，以达到降低塔釜31温度的目的。

本发明中的精馏塔的冷凝器直接置于塔顶并采用内置式回流比控制器，冷凝器冷凝下来的液相物料直接进入塔顶液相收集器，收集后送入塔内的回流比控制器，做回流与采出的分配，按相应的回流比分出回流股和采出股，回流股从塔内的直接进入液相分配器回流，采出股通过采出口采出。冷凝器36放在塔顶上，减少系统阻力避免了用管路连接而引起的管路堵塞等缺点。

采用内置式回流比控制器35，避免了把物料引出塔外，做比例分配的设备复杂，管路长，易堵塞等缺点，使回流比控制简捷，易操作。内置式回流比分配器可采用天津大学石油化工技术开发中心设计制造的电磁偶合式塔内回流比分配器或比例调节阀式塔内回流比分配器。

采用了具有冷却设施的釜物料罐，使物料在精馏过程中大部分时间处于较低温度条件下，这对热敏性物系的精馏是非常重要的。

下面用实施例说明本发明的实施方法，但本发明的范围不限于实施例。实施例1

用间歇精馏塔分离香兰素粗品，精馏塔塔高4m，塔径150mm，内装整装丝网波纹填料，填料层高度2m。塔釜循环泵把物料输送给列管式降膜再沸器。香兰素粗品中，含香兰素78％，邻位香兰素5％，重组分杂质17％。把50Kg50～80℃的香兰素粗品加入塔釜。精馏塔建立真空，保持塔釜绝压5mmHg。再沸器加热，开动塔釜循环泵，开始蒸馏。由于是间歇精馏，精馏塔为变温操作，塔顶温度由130℃逐渐升至155℃，塔釜温度由160℃逐渐升至190℃，依次从塔顶蒸出邻位香兰素，中间馏分和对位香兰素，得香兰素30.25kg，纯度99.61％(WT)，单程收率为：77.26％。实施例2

采用与实施例1相同的精馏塔分离香兰素粗品。塔釜中加粗品香兰素50Kg和上批操作收集的中间馏分8.7Kg，中间馏分中含香兰素68％，得到香兰素36.25Kg，纯度99.60％(WT)，收率为：92.6％。实施例3

采用与实施例1同样型式的蒸馏塔，两塔串联操作，用连续蒸馏的方法分离香兰素粗制品，两塔填料层高度分别为4M和2M。第一塔进料速度每小时25kg。塔顶温度135℃，塔釜温度162℃，塔釜绝压10mmHg。在第一塔中蒸出邻位香兰素。塔顶出料2.5kg/hr。第一塔的塔釜料直接送入第二塔蒸馏塔蒸馏。第二塔塔顶温度155℃，塔釜温度190℃，塔釜绝压5mmHg。塔顶得香兰素18.2kg/hr，纯度达99.54％(WT)，塔釜排出重组分杂质—焦油，收率为：92.9％。

Claims (2)

1.一种用于精制香兰素粗品的精馏装置，其特征在于该精馏装置采用内装分离填料(34)的填料精馏塔(32)，在塔(32)内下部安置有一旋流式气体分布器(33)，精馏塔(32)采用与塔顶直接相连的塔顶冷凝器(36)和内置式回流比分配器(35)，塔底采用管线与塔釜(31)连接，塔釜(31)通过管线与塔釜循环泵(38)连接，循环泵(38)与降膜式再沸器(37)连接，再沸器(37)与塔(32)下部连接。

2.根据权利要求1所述的精馏装置，其特征在于该装置可以设计成连续过程，也可以设计成间歇过程。

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