專利名稱：一種用于精制香蘭素粗品的精餾裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于精制香蘭素粗品的精餾裝置，國際專利分類號為CO7C47/58。
香蘭素(化學(xué)名稱為4-羥基3-甲氧基苯甲醛)是一種用量大，用途廣的香料。廣泛用于糖果，糕點，露酒等食品香精及衛(wèi)生品，化妝品香精中，也用于制藥，鞣革，橡膠制品，電鍍等行業(yè)中。
合成香蘭素通常采用愈創(chuàng)木酚路線。由愈創(chuàng)木酚(鄰甲氧基苯酚)和甲醛縮合生成香蘭素。合成的香蘭素用苯萃取，將苯蒸出后得到香蘭素粗制品。香蘭素粗制品約含有5%左右的鄰位香蘭素(4-羥基2-甲氧基苯甲醛)，少量輕組分，70～80%香蘭素和20%左右的重組分-焦油。分離精制過程是把香蘭素粗制品，提純至食品級香蘭素成品。
通常采用的分離方法是將香蘭素粗制品加入普通蒸餾釜，進行減壓簡單蒸餾，把香蘭素，鄰位香蘭素和少量重組分從釜中蒸出。釜底留下重組分雜質(zhì)-焦油。蒸出的物料用甲苯為溶劑進行結(jié)晶，主要是把鄰位香蘭素和香蘭素分開。結(jié)晶得到的香蘭素初級品再加入第二個蒸餾釜中，再一次進行減壓簡單蒸餾，除去香蘭素中的重組分雜質(zhì)，得到香蘭素產(chǎn)品。
香蘭素為高凝固點熱敏性物質(zhì)，在蒸餾過程中遇氧易氧化為酸，高溫受熱易產(chǎn)生聚合。香蘭素在蒸餾過程中的氧化聚合都會造成香蘭素收率降低。香蘭素是一種高值產(chǎn)品，減少分離過程中的損失是工廠提高經(jīng)濟效益的關(guān)鍵之一，上述的分離方法采用兩次減壓蒸餾和一次甲苯結(jié)晶分離工藝有諸多缺點。首先，采用簡單釜式蒸餾的方法，因為簡單蒸餾只有一個分離級，分離效率差，很難把各組分徹底分離。所以原工藝中采用兩次簡單蒸餾，其目的都是為了把重組分焦油分離。由于香蘭素與其異構(gòu)體的沸點較接近，采用簡單蒸餾無法將鄰位香蘭素和對位香蘭素很好地分離，不得不采用甲苯結(jié)晶的方法分離對位香蘭素和鄰位香蘭素。其次，采用簡單釜式蒸餾，物料在釜中基本處于靜止?fàn)顟B(tài)，靜液面高，物料蒸發(fā)困難，物料過熱度大，會產(chǎn)生嚴(yán)重聚合、分解、碳化現(xiàn)象，降低香蘭素的收率。在原工藝中二次簡單蒸餾使物料反復(fù)受熱，尤其是第二次減壓蒸餾時，物料中香蘭素的含量已很高，高溫受熱聚合分解現(xiàn)象更為嚴(yán)重，造成香蘭素收率嚴(yán)重降低。
隨著化工產(chǎn)品加工深度的提高和專用大分子專用化學(xué)品的不斷出現(xiàn)，精餾過程所處理的高凝固點，熱敏性物系越來越多。高凝固點物系的精餾過程具有高溫，高真空，高凝固點特點。所謂熱敏性物系，就是在高溫受熱情況下易發(fā)生聚合、分解、結(jié)焦、碳化現(xiàn)象。為克服這種現(xiàn)象就要降低精餾過程的操作溫度，縮短物料的受熱時間，避免物料過熱貯存。通常采用減壓精餾的方法，并且最大限度地降低塔壓降，采用特殊形式的再沸器，消除沸點升高現(xiàn)象。高凝固點物料同樣是精餾操作的難題，如處理不當(dāng)不僅會堵塞輸送管路，而且會在塔頂冷凝器，回流設(shè)施及塔內(nèi)析出固相，使操作難以進行。高凝固點熱敏性物系的精餾分離的這些特殊性，給精餾過程帶來諸多困難。用常規(guī)的精餾設(shè)備來處理這些問題是十分困難的。
普通間歇精餾塔通常具有一個很大的釜，開車時物料首先加入釜中，產(chǎn)品由塔頂蒸出。對于普通間歇精餾塔的再沸器，一般布置在塔釜內(nèi)，直接加熱塔釜物料。這種結(jié)構(gòu)的缺點是塔釜內(nèi)長期存在液柱靜壓引起的沸點升高，物料在高溫環(huán)境中停留時間過長從而引起熱敏性物料的分解，聚合，碳化等問題。而且隨著精餾過程的進行，塔釜內(nèi)液面越來越低，塔釜的加熱面暴露出液層之外，使物料所利用的加熱面減少，難以將輕組分蒸凈，影響產(chǎn)品收率。該型式精餾塔的另一缺點是在高真空條件下，由于最終塔釜殘存物料粘度很大，容易出現(xiàn)膜式沸騰傳熱或爆沸現(xiàn)象，傳熱效果低下，物料過熱更大，分解聚合碳化現(xiàn)象更為嚴(yán)重。
對于連續(xù)精餾塔，如不改善塔釜的結(jié)構(gòu)及再沸器的型式，也會遇到與間歇精餾同樣的問題。
為了解決原精制工藝中的種種缺點，本發(fā)明者們發(fā)明了用于精制香蘭素粗品的高效精餾裝置，使香蘭素粗品的分離過程簡化為一步精餾操作，取代了原工藝中的一次減壓蒸餾、甲苯結(jié)晶、二次減壓蒸餾和溶劑回收四步工序，避免了原分離過程中的由于物料過熱引起的聚合，結(jié)焦，碳化現(xiàn)象，提高了精制過程的收率。
本發(fā)明的目的在于提供一種用于精制香蘭素粗品的精餾裝置。本發(fā)明的另一個目的是提供一種香蘭素的精制工藝，特別是一種用特殊精餾裝置精制香蘭素粗品的新工藝，可直接得到純度達99%以上的香蘭素，并能有效克服現(xiàn)有香蘭素粗品精制流程的種種缺點。本發(fā)明的進一步目的是用一步精餾分離工序取代了原工藝中的兩次減壓蒸餾、甲苯溶劑結(jié)晶和溶劑回收四個工序，避免了香蘭素在精制過程中的反復(fù)受熱、氧化、聚合、分解造成的損失，避開了甲苯結(jié)晶和溶劑回收工序，降低設(shè)備的投資，提高了收率，降低了能耗、物耗，從而完成了本發(fā)明。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種用于精制香蘭素粗品的精餾裝置，其特征在于該精餾裝置包括高效精餾塔，具有冷儲存功能的塔釜，塔釜循環(huán)泵，降膜式再沸器，與塔體為一體的冷凝器，內(nèi)置式回流比控制器及若干貯罐組成。精餾塔采用與塔頂直接相連的塔頂冷凝器和內(nèi)置式回流比分布器。精餾塔塔內(nèi)氣體分配器采用低壓降旋流式氣體分配器。精餾塔塔釜設(shè)有冷卻裝置具有冷儲存功能。塔內(nèi)裝有高效規(guī)整填料，精餾塔采用降膜蒸發(fā)式再沸器，采用強制循環(huán)降膜再沸器要求設(shè)置塔釜循環(huán)泵，塔釜循環(huán)泵入口與塔釜相聯(lián)，循環(huán)泵出口與再沸器相聯(lián)，精餾塔在操作時，塔釜中的物料經(jīng)過塔釜循環(huán)泵，輸送給再沸器，在再沸器中加熱蒸發(fā)，蒸發(fā)的氣相物料，進入精餾塔的填料層進行分離，未蒸發(fā)的液相料進入塔釜，再參加循環(huán)蒸發(fā)，精餾塔采用減壓操作，塔內(nèi)絕壓在1mmHg～50mmHg?；亓鞅?0∶1～1∶10，塔頂溫度130～160℃，塔釜溫度160～200℃。該方法所用裝置包括高效精餾塔，塔釜循環(huán)泵，強制循環(huán)式降膜再沸器與塔頂直接相連的塔頂冷凝器和內(nèi)置式回流比分配器。采用單塔間歇操作也可采用多塔連續(xù)操作。精餾塔操作條件為塔釜絕壓1～20mmHg，回流比10∶1～1∶10，塔頂溫度130℃～160℃，塔釜溫度160℃～200℃。采用間歇操作時，可以將中間餾分進行復(fù)蒸，以提高香蘭素收率。熱敏性物系往往具有一個特定的敏感溫度，超過溫度，聚合、分解、結(jié)焦的速率迅速上升。因此熱敏性物系的精餾操作要控制在敏感溫度以下。在這種情況下往往要求塔釜具有很高的真空度。用普通精餾塔分離高凝固點熱敏性物系，由于塔板或填料層及塔內(nèi)件阻力大，精餾塔塔頂和塔釜的壓差很大，至使塔釜達不到所期望的真空度，使塔釜操作溫度升高。致使聚合，分解，結(jié)焦現(xiàn)象難以避免。
用普通精餾塔分離高凝固點熱敏性物系，由于物料的凝固點高，冷凝器和回流分配管路較長，往往會發(fā)生管路堵塞，物料不易輸送的困難，同時由于塔體、冷凝器、回流比分配器、外管路內(nèi)存液量大，間歇精餾的過渡段長等缺點，使蒸餾單程收率低。
對于高凝固點熱敏性物系的特殊性給精餾操作帶來困難，本發(fā)明者們，采用降膜式再沸器，以改善塔釜加熱方式，防止物料過熱;采用高效低壓降填料、低壓降塔內(nèi)件(回流液收集器、分布器、填料支承板及壓板等)以及低壓降氣體分配器，將整塔壓降降到最低限度，提高塔釜真空度，降低精餾操作溫度;將塔頂冷凝器與塔體設(shè)計成一體，并采用內(nèi)置式回流比分配器，避免管路連接，避免了管路堵塞。解決了高凝固點熱敏性物系精餾的諸多難題，從而完成了本發(fā)明。
本發(fā)明所述的一種分離香蘭素粗制品的精餾裝置，其特征在于采用特殊設(shè)計的高效精餾裝置，香蘭素粗品經(jīng)一步精制即可獲得高純度香蘭素產(chǎn)品。
本發(fā)明所述香蘭素精制工藝，可采用單塔間歇操作也可采用多塔連續(xù)操作，采用間歇操作時，具有很高的單程收率，且可以將中間餾分進行復(fù)蒸，以提高香蘭素收率。
本發(fā)明所述的精餾裝置，采用特殊設(shè)計的高效精餾塔，塔內(nèi)裝有高分離效率、低壓降的填料;精餾塔采用降膜蒸發(fā)式再沸器，采用強制循環(huán)降膜再沸器要求設(shè)置塔釜循環(huán)泵，塔釜循環(huán)泵入口與塔釜相聯(lián)，循環(huán)泵出口與再沸器相聯(lián)。精餾塔在操作時，塔釜中的物料經(jīng)過塔釜循環(huán)泵，輸送給再沸器，在再沸器中加熱蒸發(fā)，蒸發(fā)的氣相物料，進入精餾塔的填料層進行分離，未蒸發(fā)的液相料進入塔釜，再參加循環(huán)蒸發(fā)。
為了降低精餾過程的操作溫度，精餾塔采用減壓操作，塔內(nèi)絕壓為1mmHg～50mmHg?；亓鞅?0∶1～1∶10，塔頂溫度130～160℃，塔釜溫度160～200℃。
本發(fā)明采用的精餾塔為填料塔，內(nèi)裝高分離效率、低壓降的填料，最好為規(guī)整金屬絲網(wǎng)波紋填料。
精餾塔采用降膜蒸發(fā)式再沸器，最好采用強制循環(huán)式列管降膜再沸器。采用強制循環(huán)降膜再沸器要求設(shè)置塔釜循環(huán)泵，塔釜循環(huán)泵入口與塔釜相聯(lián)，循環(huán)泵出口與再沸器相聯(lián)。精餾塔在操作時，塔釜中的物料，經(jīng)過塔釜循環(huán)泵，輸送給再沸器，在再沸器中加熱蒸發(fā)，蒸發(fā)的氣相物料，進入精餾塔的填料層進行分離，未蒸發(fā)的液相料進入塔釜，再參加循環(huán)蒸發(fā)。物料在再沸器的降膜管的內(nèi)壁上形成液膜，傳熱速率高，物料過熱度小，液相受熱時間短。
本發(fā)明用精餾精制香蘭素的工藝，可以采用間歇精餾過程實現(xiàn)，也可以采用連續(xù)精餾過程實現(xiàn)。
采用本發(fā)明的精餾裝置，只需一步精餾工序即可把香蘭素與其它輕重組分徹底分開，直接得到純度達到99%以上的香蘭素，從而省去了甲苯結(jié)晶過程，避免了甲苯結(jié)晶過程中香蘭素及溶劑甲苯的損失，同時省去了一次蒸餾，減少了香蘭素的熱聚合所帶來的損失，大幅度降低了能耗，提高了工廠的經(jīng)濟效益。


圖1是原香蘭素分離工藝的流程框圖。
圖2是本發(fā)明香蘭素分離工藝的流程框圖。
圖3是本發(fā)明采用間歇精餾的流程示意圖。
圖4是本發(fā)明采用連續(xù)精餾的流程示意圖。
圖5是本發(fā)明用于分離香蘭素粗品的精餾裝置。
下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的香蘭素粗品分離裝置。
采用間歇精餾的流程如圖3所示。把原料儲罐1中的粗香蘭素加入精餾塔塔釜2中。在精餾過程中，塔釜2中的物料由塔釜循環(huán)泵3送入再沸器4，在再沸器中受熱蒸發(fā)，進入精餾塔5進行分離。蒸出的輕組分在塔頂冷凝器6中冷凝，收集進入回流比分配器7，回流比分配器把冷凝液分為回流股和采出股，回流股回流塔中，采出股經(jīng)采出口采出塔外。在操作過程中，依次從塔頂蒸出前餾分、中間過渡餾分和香蘭素餾分，分別收集在前餾分罐8，中間過渡餾分罐9和香蘭素餾分罐10。蒸餾結(jié)束，塔釜2中留下的重組分焦油排出塔外。中間餾分在下一操作時返回塔釜中，進一步分離其中的香蘭素餾分。
采用連續(xù)精餾的流程如圖4的所示。原料罐21中的粗品香蘭素經(jīng)進料泵22連續(xù)加入第一精餾塔23，從塔頂蒸出輕組分鄰位香蘭素，收集在輕組分收集罐28中。塔釜循環(huán)泵24把塔釜中的物料連續(xù)供入降膜再沸器25，加熱蒸發(fā)。塔釜循環(huán)泵24兼做第一精餾塔23的出料泵和第二精餾塔210的進料泵。第一精餾塔的塔釜中的物料-香蘭素和重組分焦油連續(xù)送入第二精餾塔。在第二精餾塔中把香蘭素餾分從塔頂蒸出收集在香蘭素收集罐15中。塔底重組分焦油由塔底排入焦油收集罐16中。
在間歇精餾操作時，首先把50℃～80℃的物料-粗品香蘭素加入塔釜中。開動抽真空系統(tǒng)，塔內(nèi)建立起所需的真空度。再沸器加熱，啟動塔釜循環(huán)泵，開始蒸餾操作。蒸餾過程中，回流比控制在10∶1～1∶10范圍之內(nèi)。依次塔頂蒸出鄰位香蘭素餾分，中間餾分和香蘭素餾分，各餾分分別收集。蒸出的香蘭素餾分純度達99%(WT)以上。蒸餾完畢，從塔釜中放出重組分-焦油。中間餾分在下一操作時返回塔釜中，進一步回收其中香蘭素餾分。
在連續(xù)精餾操作時，兩個型式相同的填料塔串聯(lián)操作。首先建立兩塔各自所需的真空度，用進料泵把物料-粗品香蘭素連續(xù)加入第一塔中，從塔頂連續(xù)蒸出鄰位香蘭素。香蘭素和重組分焦油連續(xù)從塔底排出，送入第二蒸餾塔。從第二塔的塔頂蒸出香蘭素餾分，純度達99%(WT)以上。從塔釜中連續(xù)排出重組分-焦油。
本發(fā)明用高效分離裝置分離香蘭素粗制品與原分離工藝(圖1)對比的流程框圖如圖2所示，由于采用了高效精餾裝置，分離效率高，只經(jīng)過一步精餾工序即可把香蘭素與其它輕重組分徹底分開，得到純度達99%以上的香蘭素。
參見圖5，一種用于高凝固點熱敏性物系分離的精餾裝置。本精餾裝置主要由以下幾部分組成，高效低壓降特殊設(shè)計的填料塔32，具有冷儲存功能的塔釜31，塔釜循環(huán)泵38，降膜式再沸器37，與塔體為一體的冷凝器36，內(nèi)置式回流比控制器及若干貯罐組成。
本發(fā)明中的高效填料精餾塔，內(nèi)裝高效分離填料34，如規(guī)整金屬波紋絲網(wǎng)填料。該型式填料具有分離效率高，低壓降滯液量小等優(yōu)點，可大大降低填料層高度-即降低了塔的總高。采用低壓降填料，可使蒸餾塔在減壓操作時，塔釜獲得較高的真空度，使精餾過程的操作溫度降低。
本精餾裝置采用的再沸器為降膜蒸發(fā)式再沸器，最好為強制循環(huán)降膜蒸發(fā)式再沸器。再沸器類似于一個垂直放置的列管式換熱器，物料從上部進入換熱器，通過布膜器把物料均勻分布于換熱器-降膜蒸發(fā)管的內(nèi)壁，在蒸發(fā)管中受熱蒸發(fā)，所用布膜器為常規(guī)所用的各種布膜器，如自然溢流式，絲網(wǎng)布膜溢流式，傘式，螺旋式等。采用降膜蒸發(fā)式再沸器使傳熱效率高，物料受熱時間短，沒有靜液面影響，物料過熱度小，避免了因物料過熱引起的聚合，分解等缺點。
本發(fā)明中的精餾塔采用了旋流式氣體分布器33，從再沸器37受熱蒸發(fā)的氣相物料，進入塔中經(jīng)過一個螺旋式氣體分布器使氣相形成一個旋流，達到氣體分部均勻的目的。螺旋式氣體分布器由一定數(shù)目的圍繞塔中心傾斜放置的螺旋擋板構(gòu)成。這種旋流式氣體分布器阻力小，氣體分布均勻，可降低塔的壓降，使塔釜保持盡可能高的真空度，以達到降低塔釜31溫度的目的。
本發(fā)明中的精餾塔的冷凝器直接置于塔頂并采用內(nèi)置式回流比控制器，冷凝器冷凝下來的液相物料直接進入塔頂液相收集器，收集后送入塔內(nèi)的回流比控制器，做回流與采出的分配，按相應(yīng)的回流比分出回流股和采出股，回流股從塔內(nèi)的直接進入液相分配器回流，采出股通過采出口采出。冷凝器36放在塔頂上，減少系統(tǒng)阻力避免了用管路連接而引起的管路堵塞等缺點。
采用內(nèi)置式回流比控制器35，避免了把物料引出塔外，做比例分配的設(shè)備復(fù)雜，管路長，易堵塞等缺點，使回流比控制簡捷，易操作。內(nèi)置式回流比分配器可采用天津大學(xué)石油化工技術(shù)開發(fā)中心設(shè)計制造的電磁偶合式塔內(nèi)回流比分配器或比例調(diào)節(jié)閥式塔內(nèi)回流比分配器。
采用了具有冷卻設(shè)施的釜物料罐，使物料在精餾過程中大部分時間處于較低溫度條件下，這對熱敏性物系的精餾是非常重要的。
下面用實施例說明本發(fā)明的實施方法，但本發(fā)明的范圍不限于實施例。
實施例1用間歇精餾塔分離香蘭素粗品，精餾塔塔高4m，塔徑150mm，內(nèi)裝整裝絲網(wǎng)波紋填料，填料層高度2m。塔釜循環(huán)泵把物料輸送給列管式降膜再沸器。香蘭素粗品中，含香蘭素78%，鄰位香蘭素5%，重組分雜質(zhì)17%，把50Kg50～80℃的香蘭素粗品加入塔釜。精餾塔建立真空，保持塔釜絕壓5mmHg。再沸器加熱，開動塔釜循環(huán)泵，開始蒸餾。由于是間歇精餾，精餾塔為變溫操作，塔頂溫度由130℃逐漸升至155℃，塔釜溫度由160℃逐漸升至190℃，依次從塔頂蒸出鄰位香蘭素，中間餾分和對位香蘭素，得香蘭素30.25Kg，純度99.61%(WT)，單程收率為77.26%。
實施例2采用與實施例1相同的精餾塔分離香蘭素粗品。塔釜中加粗品香蘭素50Kg和上批操作收集的中間餾分8.7Kg，中間餾分中含香蘭素68%，得到香蘭素36.25Kg，純度99.60%(WT)，收率為92.6%。
實施例3采用與實施例1同樣型式的蒸餾塔，兩塔串聯(lián)操作，用連續(xù)蒸餾的方法分離香蘭素粗制品，兩塔填料層高度分別為4M和2M。第一塔進料速度每小時25kg。塔頂溫度135℃，塔釜溫度162℃，塔釜絕壓10mmHg。在第一塔中蒸出鄰位香蘭素。塔頂出料2.5Kg/hr。第一塔的塔釜料直接送入第二塔蒸餾塔蒸餾。第二塔塔頂溫度155℃，塔釜溫度190℃，塔釜絕壓5mmHg。塔頂?shù)孟闾m素18.2kg/hr，純度達99.54%(WT)，塔釜排出重組分雜質(zhì)-焦油，收率為92.9%。
權(quán)利要求
1.一種用于精制香蘭素粗品的精餾裝置，其特征在于該精餾裝置采用特殊設(shè)計的高效精餾塔，具有冷儲存功能的塔釜，塔釜循環(huán)泵，降膜式再沸器，與塔體為一體的冷凝器，內(nèi)置式回流比控制器及若干貯罐組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精餾裝置，其特征在于所述精餾塔采用高效規(guī)整填料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精餾裝置，其特征在于所述精餾塔采用與塔頂直接相連的塔頂冷凝器和內(nèi)置式回流比分配器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精餾裝置，其特征在于所述精餾塔采用特殊設(shè)計的低壓降，低滯液量內(nèi)件及旋流式氣體分配器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述精餾裝置，其特征在于所述精餾塔塔釜設(shè)有冷卻裝置具有冷儲存功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精餾裝置，其特征在于該裝置可以設(shè)計成連續(xù)過程，也可以設(shè)計成間歇過程。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精餾裝置，其特征在于在高效分離裝置精餾塔內(nèi)裝有高分離效率、低壓降的填料，精餾塔采用降膜蒸發(fā)式再沸器，采用強制循環(huán)降膜再沸器要求設(shè)置塔釜循環(huán)泵，塔釜循環(huán)泵入口與塔釜相聯(lián)，循環(huán)泵出口與再沸器相聯(lián)，精餾塔在操作時，塔釜中的物料經(jīng)過塔釜循環(huán)泵，輸送給再沸器，在再沸器中加熱蒸發(fā)，蒸發(fā)的氣相物料，進入精餾塔的填料層進行分離，未蒸發(fā)的液相料進入塔釜，再參加循環(huán)蒸發(fā)，精餾塔采用減壓操作，塔內(nèi)絕壓在1mmHg～50mmHg，回流比10∶1～1∶10，塔頂溫度130～160℃，塔釜溫度160～200℃。
全文摘要
一種用于精制香蘭素粗品的精餾裝置，其特征在于該精餾裝置采用特殊設(shè)計的高效精餾塔，具有冷儲存功能的塔釜，塔釜循環(huán)泵，降膜式再沸器，與塔體為一體的冷凝器，內(nèi)置式回流比控制器及若干貯罐組成。該精餾裝置可以使原香蘭素精制工藝大為簡化。
文檔編號C07C45/82GK1109861SQ9510214
公開日1995年10月11日 申請日期1995年3月11日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月11日
發(fā)明者劉宗章, 張敏華, 錢勝華, 李傳兆, 余深波, 談遒 申請人:天津大學(xué)北方化工新技術(shù)開發(fā)公司