专利名称：高纯天然苯甲醛的催化反应精馏生产装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及精细化工领域中天然苯甲醛生产技术领域，特别是涉及采用肉桂油在碱性条件下利用催化反应精馏技术水解生产天然苯甲醛的装置。
背景技术：
我国肉桂资源丰富，肉桂油一直是我国特别是广西的传统出口商品，由肉桂油生产天然苯甲醛是解决天然苯甲醛紧缺的重要途径之一，也是解决我国肉桂油进一步深加工的有效手段之一。苯甲醛是重要的精细化工产品，也是第二大主要香料，广泛应用于药物、香料、染料等生产中。与化学合成法生产的苯甲醛相比，由天然植物提取制得的天然苯甲醛具有无毒无害、绿色环保等优点，可用于香料、食品、饮料、医药等行业。天然苯甲醛是无色或淡黄 色液体，主要来源于核桃、苦杏仁中的苦杏仁苷或天然肉桂油中的肉桂醛。由于苦杏仁油中所含氰化物分离较难，大大限制了它在食品工业中的应用，因此由肉桂醛生产天然苯甲醛的方法得到广泛发展。天然苯甲醛需求量最大的行业为软饮料和口香糖业，美国可口可乐、百事可乐等软饮料公司采用天然苯甲醛作为一种配方原料，每年需求量很大。但目前天然苯甲醛的产量还远远满足不了需求，国际市场处于买方市场。因此，开发低成本、高效率的天然苯甲醛生产方法迫在眉睫。目前，天然苯甲醛主要采用桂醛与水在碱性条件下反应制备，工业上大都采用间歇式反应器，反应完成后再进入精馏分离工序，将反应产物中的天然苯甲醛进行分离。由于该反应是一种可逆反应，随着反应的进行，反应混合物中天然苯甲醛的含量逐渐升高，反应物浓度逐渐降低，反应速率不断下降，反应最终转化率受化学平衡的限制，无法得到进一步的提高，因此，反应转化率与反应速率都受到一定程度的影响。催化反应精馏技术是化工行业中应用日渐广泛的一种将反应与分离耦合在同一设备中同时进行的过程强化技术。催化反应精馏技术能够通过精馏过程不断将产物从反应区移出，使反应区的反应物浓度维持在较高的程度，从而保持反应区的反应速率维持在较高的水平。另外，由于将反应与精馏过程耦合在一个设备中进行，在设备投资方面该技术也比反应与分离分开操作的流程更加经济。目前还没有将催化反应精馏技术应用在天然苯甲醛制备过程的相关专利与报道。
发明内容本实用新型的目的是提供一种适用于高纯天然苯甲醛生产的催化反应精馏装置，使用本实用新型提供的催化反应精馏装置生产天然苯甲醛，具有工艺流程简单、设备投资较低、操作方便、能耗较低且目标产物天然苯甲醛的纯度非常高以及反应转化率很高等优点。本实用新型的高纯天然苯甲醛生产的催化反应精馏装置，其中肉桂油进料口设置在催化反应精馏段顶部，水蒸气进料口设置在催化反应精馏塔底部，水解产物天然苯甲醛从催化精馏塔塔顶采出，剩余残油从催化反应精馏塔塔底排出。本实用新型装置的特点在于生产天然苯甲醛的反应物原料为肉桂油与水，采用本实用新型的装置生产天然苯甲醛无需先将肉桂油中的肉桂醛分离提纯，可直接使用从肉桂油作为原料进行反应。本实用新型的技术方案如下本实用新型的高纯天然苯甲醛生产的催化反应精馏装置，包括催化反应精馏塔
(3)、塔顶冷凝器(8)、塔顶回流储罐(10)以及相关进料管线和连接以上设备的管线；肉桂油原料(I)进料管线连接到催化反应精馏塔(3)的催化反应段(5)的顶部，水蒸气进料(2)管线连接到催化反应精馏塔(3)的底部，催化反应精馏塔(3)塔底与塔底物料采出泵(15)进口通过管线连接，塔底物料采出泵(15)出口连着物料采出管线(16);催化反应精馏塔(3 )塔顶蒸汽(7 )通过管线与塔顶冷凝器(8 )气相进口相连接，塔顶冷凝器(8 )液相出口与塔顶回流储罐(10)通过管线(9)相连接，塔顶产品物料(13)采出管线与塔顶回流储罐(10)液相出口相连，同时塔顶回流储罐(10)液相出口还通过管线与催化反应精馏塔(3)塔顶相·连接。其中催化反应精馏塔(3)由精馏段(4)、催化反应段(5)与提馏段(6)组成或者由精馏段(4)与催化反应段(5)组成或者由催化反应段(5)与提馏段(6)组成或者仅由催化反应段(5)组成；精馏段(4)塔内件为填料或塔盘，催化反应段(5)塔内件为催化填料或催化塔盘，提馏段(6)塔内件为填料或塔盘。按照本实用新型的装置进行操作的流程是本发明的高纯天然苯甲醛生产的催化反应精馏方法是将富含有肉桂醛的肉桂油原料(I)由催化反应精馏塔(3)中的催化反应段(5)的顶部进料，水蒸气(2)由催化反应精馏塔(3)塔底进入，进入塔内的液相肉桂油与水蒸气在催化反应段(5)内进行水解反应，生成的天然苯甲醛从催化反应精馏塔(3)塔顶气相出口 (7)进入塔顶冷凝器(8)进行冷凝，经冷凝后的天然苯甲醛进入塔顶回流储罐
(10)，从塔顶回流储罐(10)液相出口流出的天然苯甲醛产品(11)，一部分作为塔顶回流流入催化反应精馏塔(3)，另一部分作为高纯天然苯甲醛产品(13)采出。如果催化反应精馏塔(3)由精馏段(4)、催化反应段(5)与提馏段(6)组成时，其流程为将富含有肉桂醛的肉桂油原料(I)由精馏段(4)的底部进料，水蒸气(2)由提留段
(6)的顶部进入塔内，进入塔内的液相肉桂油与水蒸气在催化反应段(5)内进行水解反应，生成的天然苯甲醛从精馏段(4)的顶部气相出口(7)进入塔顶冷凝器(8)进行冷凝，经冷凝后的天然苯甲醛进入塔顶回流储罐(10)，从塔顶回流储罐(10)液相出口流出的天然苯甲醛产品(11)，一部分作为塔顶回流(12)流入精馏段(4)，另一部分作为高纯天然苯甲醛产品(13)采出。如果催化反应精馏塔(3)由精馏段(4)与催化反应段(5)组成时，其流程为将富含有肉桂醛的肉桂油原料(I)由精馏段(4 )的底部进料，水蒸气(2 )由催化反应段(5 )的底部进入塔内，进入塔内的液相肉桂油与水蒸气在催化反应段(5)内进行水解反应，生成的天然苯甲醛从精馏段(4)的顶部气相出口(7)进入塔顶冷凝器(8)进行冷凝，经冷凝后的天然苯甲醛进入塔顶回流储罐(10)，从塔顶回流储罐(10)液相出口流出的天然苯甲醛产品
(11)，一部分作为塔顶回流(12)流入精馏段(4)，另一部分作为高纯天然苯甲醛产品(13)采出；[0015]如果催化反应精馏塔(3)由催化反应段(5)与提馏段(6)组成时，其流程为将富含有肉桂醛的肉桂油原料(I)由催化反应段(5)的顶部进料，水蒸气(2)由提留段(6)的顶部进入塔内，进入塔内的液相肉桂油与水蒸气在催化反应段(5)内进行水解反应，生成的天然苯甲醛从催化反应段(5)的顶部气相出口(7)进入塔顶冷凝器(8)进行冷凝，经冷凝后的天然苯甲醛进入塔顶回流储罐(10)，从塔顶回流储罐(10)液相出口流出的天然苯甲醛产品(11)，一部分作为塔顶回流(12)流入催化反应段(5)，另一部分作为高纯天然苯甲醛产品(13)采出； 如果催化反应精馏塔(3)仅由催化反应段(5)组成时，其流程为将富含有肉桂醛的肉桂油原料(I)由催化反应段(5)的顶部进料，水蒸气(2)由催化反应段(5)的底部进入塔内，进入塔内的液相肉桂油与水蒸气在催化反应段(5)内进行水解反应，生成的天然苯甲醛从催化反应段(5)的顶部气相出口(7)进入塔顶冷凝器(8)进行冷凝，经冷凝后的天然苯甲醛进入塔顶回流储罐(10)，从塔顶回流储罐(10)液相出口流出的天然苯甲醛产品(11)，一部分作为塔顶回流(12)流入催化反应段(5)，另一部分作为高纯天然苯甲醛产品(13)采出。催化反应精馏塔(3)的操作压力为IOOPa-IOOkPa ;催化反应精馏塔(3)回流比为2-18 ;进料水蒸气(2)与肉桂油(I)的质量比为2-30 ;催化剂使用量为32kg/m3-300kg/m3。本实用新型所用的催化塔内件特征在于(1)所用的催化塔内件既能够加速肉桂醛发生水解反应生成苯甲醛，又能够提供足够的气液接触表面积完成传质分离任务，使反应生成的苯甲醛迅速离开催化反应段，保证催化反应段内反应物浓度较高、产物浓度较低。
(2)所用的催化塔内件不会给反应体系引入其他物质，确保反应体系中仅含有肉桂醛与水，以便保证了产物天然苯甲醛的天然性。(3)该催化塔内件的寿命较长，无需频繁更换。本实用新型的高纯天然苯甲醛生产的催化反应精馏装置，其优点在于将肉桂醛水解制天然苯甲醛的反应与苯甲醛提纯精馏分离两个单元操作，有机地耦合于一个设备中同时进行，既节省了设备投资，又减少了后续的操作费用，同时水蒸气与肉桂油在催化塔内件中逆流接触，有效地解决了肉桂油与水分层导致接触不良这一重要问题。采用本实用新型的高纯天然苯甲醛生产的催化反应精馏装置在提供肉桂醛转化率及天然苯甲醛收率的同时，大大降低天然苯甲醛的生产成本，年经济效益大大提高。
图I为高纯天然苯甲醛生产的催化反应精馏工艺流程示意图，其中催化精馏塔由精馏段(4 )、催化反应段(5 )与提馏段(6 )组成。图2为高纯天然苯甲醛生产的催化反应精馏工艺流程示意图，其中催化精馏塔由精馏段(4)与催化反应段(5)组成。图3为高纯天然苯甲醛生产的催化反应精馏工艺流程示意图，其中催化精馏塔由催化反应段(5)与提馏段(6)组成。图4为高纯天然苯甲醛生产的催化反应精馏工艺流程示意图，其中催化精馏塔仅由催化反应段(5)组成。
具体实施方式
[0024]
以下结合附图对本发明所提供的方法及装置进行进一步的说明。本实用新型是通过如下技术方案实现的如图I所示，包括催化反应精馏塔(3)、塔顶冷凝器(8)、塔顶回流储罐(10)以及相关进料管线和连接以上设备的管线；肉桂油原料(I)进料管线连接到催化反应精馏塔(3)的催化反应段(5)的顶部，水蒸气进料(2)管线连接到催化反应精馏塔(3)的底部，催化反应精馏塔(3)塔底与塔底物料 采出泵(15)进口通过管线连接，塔底物料采出泵(15)出口连着物料采出管线(16);催化反应精馏塔(3)塔顶蒸汽(7)通过管线与塔顶冷凝器(8)气相进口相连接，塔顶冷凝器(8 )液相出口与塔顶回流储罐(10 )通过管线(9 )相连接，塔顶产品物料(13)采出管线与塔顶回流储罐(10)液相出口相连，同时塔顶回流储罐(10)液相出口还通过管线与催化反应精馏塔(3)塔顶相连接。其中如图I所示，催化反应精馏塔(3 )由精馏段(4 )、催化反应段(5 )与提馏段(6 )组成，应用于实施例I中；或者如图2所示，由精馏段(4)与催化反应段(5)组成，应用于实施例2中；或者如图3所示，由催化反应段(5)与提懼段(6)组成,应用于实施例3中；或者如图4所示，仅由催化反应段(5)组成，应用于实施例4中；精馏段(4)塔内件为填料或塔盘，催化反应段(5)塔内件为催化填料或催化塔盘，提馏段(6)塔内件为填料或塔盘。富含有肉桂醛的肉桂油原料(I)由催化反应精馏塔(3)中的催化反应段(5)的顶部进料，水蒸气(2)由催化反应精馏塔(3)塔底进入，进入塔内的液相肉桂油与水蒸气在催化反应段(5 )内进行水解反应，生成的天然苯甲醛从催化反应精馏塔(3 )塔顶气相出口( 7 )进入塔顶冷凝器(8)进行冷凝，经冷凝后的天然苯甲醛进入塔顶回流储罐(10)，从塔顶回流储罐(10)液相出口流出的天然苯甲醛产品(11)，一部分作为塔顶回流(12)流入催化反应精馏塔(3 )，另一部分作为高纯天然苯甲醛产品(13 )采出。本实用新型的高纯天然苯甲醛生产的催化反应精馏装置的操作工艺条件为催化反应精馏塔(3)的操作压力为IOOPa-IOOkPa ;催化反应精馏塔(3)回流比为2_18 ;进料水蒸气(2)与肉桂油(I)的质量比为2-30 ;催化剂使用量为32kg/m3-300kg/m3。本实用新型的设备广泛适用于由肉桂醛在碱性条件下水解制天然苯甲醛的过程，为了更好地说明本实用新型在产品纯度与收率方面的优势，选取其中三个应用实例加以说明，但并不因此限制本设备的适用范围。实施例I将本实用新型装置用于肉桂油在碱性条件下水解制天然苯甲醛过程，肉桂油处理量为10kg/h，与本实用新型所述流程相同，包括催化反应精馏塔、塔顶冷凝器、塔顶回流储罐及塔底采出泵，其中由于该过程即需要塔顶提纯又需要塔底提纯，因此该催化反应精馏塔如图I所示，由精馏段(4)、催化反应段(5)以及提馏段(6)组成。催化反应精馏塔的绝对压力为lOOPa，催化反应精馏塔的回流比为2，进料水蒸气与肉桂油的质量比为2，催化剂使用量为32kg/m3，肉桂油中肉桂醛的含量为65%。经上述过程后，主要产品天然苯甲醛的纯度可以达到98. 1%，天然苯甲醛的收率可以达到90%以上。对于常规的先反应后分离的天然苯甲醛生产过程，在原料进料、系统压力、催化剂等条件相同的情况下，得到天然苯甲醛的纯度只能达到96%，天然苯甲醛的收率仅可以达到75%左右。[0035]由此可见，本实用新型涉及的高纯天然苯甲醛生产的催化反应精馏装置生产的天然苯甲醛的纯度与收率均高于常规方法。实施例2将本实用新型装置用于肉桂油在碱性条件下水解制天然苯甲醛过程，肉桂油处理量为1000kg/h，与本实用新型所述流程相同，包括催化反应精馏塔、塔顶冷凝器、塔顶回流储罐及塔底采出泵，其中由于该过程仅需要塔顶提纯，因此该催化反应精馏塔如图2所示，由精馏段(4)与催化反应段组成(5)。催化反应精馏塔的绝对压力为IOOkPa,催化反应精馏塔的回流比为18，进料水蒸气与肉桂油的质量比为30，催化剂使用量为300kg/m3，肉桂油中肉桂醛的含量为85%。经上述过程后，主要产品天然苯甲醛的纯度可以达到99. 1%，天然苯甲醛的收率可以达到93%以上。对于常规的先反应后分离的天然苯甲醛生产过程，在原料进料、系统压力、催化剂等条件相同的情况下，得到天然苯甲醛的纯度只能达到97%，天然苯甲醛的收率仅可以达到
80%左右。由此可见，本实用新型涉及的高纯天然苯甲醛生产的催化反应精馏装置生产的天然苯甲醛的纯度与收率均高于常规方法。实施例3将本实用新型装置用于肉桂油在碱性条件下水解制天然苯甲醛过程，肉桂油处理量为100kg/h，与本实用新型所述流程相同，包括催化反应精馏塔、塔顶冷凝器、塔顶回流储罐及塔底采出泵，其中由于该过程仅需要塔底提纯，因此该催化反应精馏塔如图3所示，由催化反应段(5)与提馏段(6)组成。催化反应精馏塔的绝对压力为IOkPa,催化反应精馏塔的回流比为10，进料水蒸气与肉桂油的质量比为15，催化剂使用量为110kg/m3，肉桂油中肉桂醛的含量为75%。经上述过程后，主要产品天然苯甲醛的纯度可以达到98. 8%，天然苯甲醛的收率可以达到91%以上。对于常规的先反应后分离的天然苯甲醛生产过程，在原料进料、系统压力、催化剂等条件相同的情况下，得到天然苯甲醛的纯度只能达到96. 3%，天然苯甲醛的收率仅可以达到74%左右。由此可见，本实用新型涉及的高纯天然苯甲醛生产的催化反应精馏装置生产的天然苯甲醛的纯度与收率均高于常规方法。实施例4将本实用新型装置用于肉桂油在碱性条件下水解制天然苯甲醛过程，肉桂油处理量为300kg/h，与本实用新型所述流程相同，包括催化反应精馏塔、塔顶冷凝器、塔顶回流储罐及塔底采出泵，其中由于该过程即不需要塔顶提纯也不需要塔底提纯，因此该催化反应精馏塔如图4所示，仅由催化反应段(5)组成。催化反应精馏塔的绝对压力为IOkPa,催化反应精馏塔的回流比为4，进料水蒸气与肉桂油的质量比为5，催化剂使用量为90kg/m3，肉桂油中肉桂醛的含量为82%。经上述过程后，主要产品天然苯甲醛的纯度可以达到98. 4%，天然苯甲醛的收率可以达到93%以上。[0049]对于常规的先反应后分离的天然苯甲醛生产过程，在原料进料、系统压力、催化剂等条件相同的情况下，得到天然苯甲醛的纯度只能达到96. 5%，天然苯甲醛的收率仅可以达到73%左右。由此可见，本实用新型涉及的高纯天然苯甲醛生产的催化反应精馏装置生产的天然苯甲醛的纯度与收率均高于常规方法。本实用新型提出的高纯天然苯甲醛生产的催化反应精馏装置，已通过较佳实施例进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的设备进行改动或适当变更与组合，来实现本实用新型技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本实用新型精神、范围和内容中。
权利要求1.一种高纯天然苯甲醛的催化反应精馏生产装置，包括催化反应精馏塔(3)、塔顶冷凝器(8)、塔顶回流储罐(10)以及相关进料管线和连接以上设备的管线；肉桂油原料(I)进料管线连接到催化反应精馏塔(3)的催化反应段(5)的顶部，水蒸气进料(2)管线连接到催化反应精馏塔(3)的底部，催化反应精馏塔(3)塔底与塔底物料采出泵(15)进口通过管线连接，塔底物料采出泵(15)出口连着物料采出管线(16);催化反应精馏塔(3)塔顶蒸汽(7 )通过管线与塔顶冷凝器(8 )气相进口相连接，塔顶冷凝器(8 )液相出口与塔顶回流储罐(10 )通过管线(9 )相连接，塔顶产品物料(13 )采出管线与塔顶回流储罐(10 )液相出口相连，同时塔顶回流储罐(10)液相出口还通过管线与催化反应精馏塔(3)塔顶相连接。
2.如权利要求I所述的高纯天然苯甲醛的催化反应精馏生产装置，其特征是催化反应精馏塔(3 )由精馏段(4 )、催化反应段(5 )与提馏段(6 )组成；或者由精馏段(4 )与催化反应段(5)组成；或者由催化反应段(5)与提馏段(6)组成；或者仅由催化反应段(5)组成；精馏段(4)塔内件为填料或塔盘，催化反应段(5)塔内件为催化填料或催化塔盘，提馏段(6)塔内件为填料或塔盘。
专利摘要本实用新型的高纯天然苯甲醛的催化反应精馏生产装置，其中肉桂油进料口设置在催化反应精馏段顶部，水蒸气进料口设置在催化反应精馏塔底部，水解产物天然苯甲醛从催化精馏塔塔顶采出，剩余残油从催化反应精馏塔塔底排出。本实用新型的装置的特点在于生产天然苯甲醛的反应物原料为肉桂油与水，采用本实用新型的技术生产天然苯甲醛无需先将肉桂油中的肉桂醛分离提纯，可直接使用肉桂油作为原料进行反应。本实用新型的优点在于将肉桂醛水解制天然苯甲醛的反应与苯甲醛提纯精馏分离两个单元操作，有机地耦合于一个设备中同时进行，既节省了设备投资，又减少了后续的操作费用。
文档编号C07C47/54GK202786063SQ20122035939
公开日2013年3月13日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年7月23日
发明者李洪, 高鑫, 李鑫钢 申请人:天津大学