一种食品级苯甲酸的纯化方法与流程

1.本发明涉及化学纯化技术领域，尤其涉及一种食品级苯甲酸的纯化方法。


背景技术：

2.苯甲酸又称安息香酸，一般常作为药物或防腐剂使用，有抑制真菌、细菌、霉菌生长的作用，药用时通常涂在皮肤上，用以治疗癣类的皮肤疾病。用于合成纤维、树脂、涂料、橡胶、烟草工业。
3.苯甲酸作为苯甲酸钠的主要生产原料，其主要含量和杂质含量直接影响着苯甲酸钠的产品质量。石油甲苯经过液相催化空氧化后得到含有苯甲酸的氧化液，氧化液经过多个串联的精馏塔后最终从成品塔塔顶或侧线获得苯甲酸，
4.在氧化阶段会副产联苯类、邻苯二甲酸等杂质。因为杂质与苯甲酸的沸点接近和共沸，通过常规的精馏无法分离。使得以精馏方式提纯的苯甲酸通常含有2000～5000ppm的邻苯二甲酸酐以及1000～3000ppm的联苯类杂质。
5.目前的工业上食品添加剂苯甲酸的工艺有两种，一种是将苯甲酸输送至一个结晶器，经过降温结晶、升温发汗分离杂质后使得苯甲酸纯化，再升温熔融得到优级苯甲酸。此工艺的设备制作要求高，控制系统复杂，附属设备多，导致投资大，且为间歇操作，每批原料经过各部操作后才能得到成品，产量受限于结晶器的大小，其收率不高，一般在50～80％。
6.另一种是将苯甲酸溶入微沸的水中，再降温结晶、离心、干燥，得到成品药用级苯甲酸，但是上述方法要产生大量的废水，苯甲酸在沸水中的溶解度质量比为10％左右，每生产一顿成品酸要排出约九吨废水，且废水要带走大量的苯甲酸，三废污染大，原料浪费大，使得生产成本大幅增加。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明提出了一种工序简单，排废较少，效率较高的食品级苯甲酸的纯化方法。
8.本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种食品级苯甲酸的纯化方法，包括以下步骤，步骤一，将粗制苯甲酸与工艺水通过逆流萃取方式进行萃取，获得萃取产品以及第一种废水，萃取产品经过后续处理获得精制苯甲酸成品，第一种废水中含有苯甲酸与杂质；步骤二，将步骤一中获得的第一种废水进行固液分离处理，获得废料及液相水体，废料被回收；步骤三，将步骤二中获得的液相水体进行储存，并将液相水体作为工艺水重复利用到步骤一与步骤二中的各环节内。
9.在以上技术方案的基础上，优选的，还包括步骤四，步骤一与步骤二中的各环节内均会产生含苯甲酸的废气，将各环节产生的废气统一收集，并经过工艺水洗涤后，获得第二种废水及经过洗涤的空气，第二种废水中含有苯甲酸，空气排放至外界环境；将第二种废水与第一种废水一并进行固液分离处理。
10.在以上技术方案的基础上，优选的，步骤一中，粗制苯甲酸中的苯甲酸的质量百分
比为99～99.5％，精制苯甲酸中的苯甲酸的质量百分比大于99.7％。
11.在以上技术方案的基础上，优选的，步骤一中包括萃取塔设备，萃取塔设备的塔顶输入粗制苯甲酸，萃取塔设备的塔釜输入工艺水，粗制苯甲酸与工艺水逆流接触洗涤萃取，萃取塔设备的塔釜自流输出萃取产品且塔顶溢流输出第一种废水。
12.更进一步优选的，步骤一中还包括干燥设备，萃取塔设备的塔釜自流输出的萃取产品泵送至干燥设备进行干燥处理获得精制苯甲酸。
13.更进一步优选的，步骤一中还包括加热机构与换热机构，萃取塔设备的塔顶溢流输出的第一种废水经过换热设备进行降温处理，再对降温后的第一种废水进行固液分离处理；步骤三中的工艺水通过换热机构进行第一次升温，再通过加热机构进行第二升温后，再将工艺水输送至萃取塔设备内。
14.更进一步优选的，步骤三中包括水循环机构，步骤二中获得的液相水体输送至水循环机构进行储存，并作为工艺水重新循环利用，工艺水通过外部循环冷却机构冷却后，输送至换热机构对废水进行换热降温。
15.更进一步优选的，步骤四中使用的洗涤塔设备进行洗涤，洗涤塔设备的塔体侧面输入废气，洗涤塔设备的塔顶输入工艺水，废气与工艺水进行逆向洗涤，洗涤塔设备的塔釜流出第二种废水且塔顶排出经过洗涤的空气。
16.本发明的一种食品级苯甲酸的纯化方法相对于现有技术具有以下有益效果：
17.(1)本发明采用工艺水为萃取剂，与原料苯甲酸进行逆流萃取，含杂质高的废水进入固液分离装置，含有苯甲酸的废料一起从废水中析出并分离，液相水体循环输送至萃取工艺中，完成工艺水的循环利用，解决了常规手段中工序繁杂，效率低下，且废水量巨大的问题。
18.(2)本发明将各环节产生的废气与工艺水进行逆向洗涤，并废水也进行固液分离处理，进而也对含有苯甲酸的废料与纯化后的工艺水进行循环重复利用。
19.(3)本发明主要针对含量为99～99.5％的粗制苯甲酸为对象进行纯化，因此纯化的要求较高，能够大幅提高产品的纯度。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
23.首先要说明的是，采用逆流萃取方式对苯甲酸进行纯化实际上是目前常规的技术
手段。逆流萃取苯甲酸一般采用碱性萃取液，具体来说一般采用氢氧化钠或氢氧化钾组作为萃取剂，同时需要结合膜渗透萃取技术，将苯甲酸与碱性萃取液通过硅橡胶膜进行接触，在两相循环对流流动过程中，苯甲酸不断地透过硅橡胶膜进入到碱性萃取液中，而其他离子型物质则无法透过，从而实现苯甲酸的分离回收。进入到碱性萃取液中的苯甲酸以苯甲酸盐的形态存在，可以通过将得到的萃取液酸化后得到苯甲酸。
24.然而，这种纯化方法仍然无法有效的去除苯甲酸中含有的联苯类和邻苯二甲酸等杂质，需要通过背景技术中所描述的方法对苯甲酸进行进一步的纯化处理，才能达到食品级苯甲酸所要求的纯度，不仅工艺繁琐，成本高昂，而且排废量较大，废料也难以处理。
25.更严重的是，利用碱性萃取液逆流萃取苯甲酸的工艺中，会产生大量含有碱性萃取液的废水，需要对废水进行后续处理，工序复杂，成本高昂。
26.针对于这个问题，技术人员经过研究后，认为可以从两个方向入手来解决。其一，是对产生的废水的处理手段进行改进，然而这个方法需要在工艺中增设较多的中间设备，成本较高且效果也仅是差强人意；其二，采用其他的萃取剂来替代碱性萃取液，从而避免产生难以处理的废水，然而这个方法仍然会产生其他类型的废水需要处理，从而增加了其他的技术问题需要解决。
27.经过长期的研究与试验，技术人员在上述研究的基础上，设计了本发明的第一种实施例。
28.本发明的一种食品级苯甲酸的纯化方法，包括以下步骤，
29.步骤一，将粗制苯甲酸与工艺水通过逆流萃取方式进行萃取，获得萃取产品以及第一种废水，萃取产品经过后续处理获得精制苯甲酸成品，第一种废水中含有苯甲酸与杂质；
30.步骤二，将步骤一中获得的第一种废水进行固液分离处理，获得废料及液相水体，废料被回收；
31.步骤三，将步骤二中获得的液相水体进行储存，并将液相水体作为工艺水重复利用到步骤一与步骤二中的各环节内。
32.具体来说，首先需要将经过加热升温后的工艺水从塔釜输送入萃取塔设备内，全塔充满水直到塔顶水相能够正常溢流。通常来说，萃取塔设备一般采用转盘萃取塔，在萃取过程中控制转盘萃取塔塔顶压力为300～500kpa，顶温130～150℃，釜温130～160℃；转盘萃取塔理论塔板数为15块板或大于15块板，自上而下数，苯甲酸从第1块理论板处进料，工艺水从第16块理论板处进料，为保证产品质量和节约成本，优选15块板；水与苯甲酸的进料量使用调节阀来控制与调整，水与苯甲酸的进料比例的调节范围为0.5～2，优选范围为0.7～1.2。
33.然后，将粗制苯甲酸从萃取塔设备塔顶进料，苯甲酸与水相逆流接触洗涤萃取，通过塔釜出料调节阀控制塔釜界面液位，从塔釜输出萃取产品；塔顶水相自流输出，获得第一种废水。粗制苯甲酸一般采用工业级苯甲酸为原料，其中粗制苯甲酸中苯甲酸含量99～99.5％，邻苯二甲酸含量0.2～0.5％，联苯类含量0.1～0.3％，苯甲酸苄酯含量0.05～0.1％。
34.再将萃取塔设备的塔釜自流输出的萃取产品泵送至干燥设备进行干燥处理获得精制苯甲酸的固体成品。其中，精制苯甲酸中苯甲酸含量≥99.7％，联苯类含量≤80ppm，邻
苯二甲酸含量≤50ppm，符合食品级苯甲酸的纯度要求
35.此时，需要对步骤一中产生的第一种废水进行处理，即进行步骤二中的工作，将第一种废水降温后通过固液分离装置进行固液分离处理。固液分离装置为连续操作，再经过冷却水降温，使苯甲酸和富集的联苯类以及邻苯二甲酸析出，产生废料，这些废料中含有苯甲酸和杂质，将连续生产产生的废料进行汇集后回收后，将回收收集的废料转到下一单元用于生产或反应。
36.而废水经过固液分离处理后获得的液相水体，由于除去了液相水体中的苯甲酸及其杂质，因此实际上进过了纯化处理，能够作为工艺水进行储存并重复利用。
37.本发明采用工艺水为萃取剂，与原料苯甲酸进行逆流萃取，相比采用碱性萃取液作为萃取剂，杂质更容易存留在工艺水内，从而大幅提高了输出的萃取产品的纯度，且产生的废水中不含有苯甲酸及其杂质之外的成分，易于进行分离回收处理。然而其问题在于，如何对废水进行有效的处理仍然是急需解决的问题；针对这个问题，本技术的技术人员想到，既然废水中仍然含有一定量的苯甲酸，那就对废水进行固液分离处理，将苯甲酸及其杂质再次析出并重复利用，然后经过连续重复上述萃取及固液分离的过程，就能够获得大量的精制苯甲酸成品及少量的废料；同时，固液分离产生的液相水体能够循环利用到萃取工艺中，完成工艺水的循环利用；需要说明的是，该液相水体中仍然还有少量苯甲酸及杂质，然而将其循环利用于工艺中，并不会在工艺内带进其他类型的杂质，从而不会影响工艺的正常进行，同时对废水的循环利用也就代表不产生废水，从而在提高了苯甲酸纯度的同时，纯化工序仍然较为简单，且产生的废料也较少。
38.但在实际上产过程中，技术人员发现，由于苯甲酸具有较强的挥发性，导致步骤一与步骤二中的各环节内均会产生含苯甲酸的废气，因此为了废气进行收集与处理，设计了本发明的第二种实施例。
39.本发明的一种食品级苯甲酸的纯化方法，在上述步骤一至步骤三的基础上，还包括步骤四，将各环节产生的废气统一收集，并经过工艺水洗涤后，获得第二种废水及经过洗涤的空气，第二种废水中含有苯甲酸，空气排放至外界环境；将第二种废水与第一种废水一并进行固液分离处理。
40.具体来说，步骤四中使用的洗涤塔设备进行洗涤，洗涤塔设备的塔体侧面输入废气，洗涤塔设备的塔顶输入工艺水，工艺水可以是步骤三中对废水纯化后获得的工艺水重复利用；废气与工艺水进行逆向洗涤，洗涤塔设备的塔釜流出第二种废水且塔顶排出经过洗涤的空气。
41.通常来说，洗涤塔设备采用板式塔或者填料塔，亦或者板式与填料的混合塔。在洗涤过程中，控制洗涤塔设备塔顶压力为0～5kpa，顶温50～95℃；洗涤塔设备理论上自上至下有15块板，工艺水从第1块理论板处进料，含苯甲酸的汽相从位于第15块板处的塔釜侧面进料，洗涤水相从塔釜自流输入，获得第二种废水，经过洗涤后纯化的废气从塔顶排出。
42.另外，技术人员还发现，废水在进行固液分离前需要进行降温处理，而工艺水在输送至萃取塔设备前需要进行升温，因此为了更好的对热量的交换与转移进行利用，设计了本发明的第三种实施例。
43.其中，步骤一中还包括加热机构与换热机构，萃取塔设备的塔顶溢流输出的第一种废水经过换热设备进行降温处理，再对降温后的第一种废水进行固液分离处理；步骤三
中的工艺水通过换热机构进行第一次升温，再通过加热机构进行第二升温后，再将工艺水输送至萃取塔设备内。
44.步骤三中包括水循环机构，步骤二中获得的液相水体输送至水循环机构进行储存，并作为工艺水重新循环利用，工艺水通过外部循环冷却机构冷却后，输送至换热机构对废水进行换热降温，从而对工艺过程中的热量进行了有效的利用。
45.在实施例一的基础上，技术人员完成实施例四与实施例五的实际生产。
46.实施例四：
47.称取2.05kg粗制苯甲酸，其中苯甲酸含量99.35％，邻苯二甲酸含量0.42％，联苯类含量0.16％，苯甲酸苄酯含量0.7％，以及1.8kg工艺水，通过实施例一的方法进行萃取纯化1小时，并将萃取产品干燥制成片状或者粉状成品。
48.最终收集到1.87kg精制苯甲酸成品，其中苯甲酸含量99.95％，邻苯二甲酸含量21ppm，联苯类含量67ppm，苯甲酸苄酯372ppm。
49.收集到水相1.98kg，冷却降温并通过固液分离处理，析出废料约0.16kg，回收水相1.82kg。
50.实施例五：
51.称取21.4kg粗制苯甲酸，其中苯甲酸含量99.27％，邻苯二甲酸含量0.47％，联苯类含量0.18％，苯甲酸苄酯含量0.6％，以及23.2kg工艺水，通过实施例一的方法进行萃取纯化1小时，并将萃取产品干燥制成片状或者粉状成品。
52.最终收集到19.8kg精制苯甲酸成品，其中苯甲酸含量99.95％，邻苯二甲酸含量32ppm，联苯类含量85ppm，苯甲酸苄酯411ppm。
53.收集到水相18.5kg，冷却降温并通过固液分离处理，析出废料约1.86kg，回收水相16.64kg。
54.由实施例四与实施例五的结果可知，采用本发明的纯化方法得到的苯甲酸，纯度较高，且产生废料较少。
55.以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。