本发明涉及一种精馏装置和生产手性1-苯乙醇的方法。
背景技术：
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1-苯乙醇是一种常见的手性化合物，其两种手性对映体分子的结构相同、空间结构互为镜像，因此其理化性质如熔点、溶解度、发生的化学反应的类型等十分接近。但由于生物体内存在严格的手性环境，1-苯乙醇的两种手性对映体在生化反应中体现的特性存在一定区别。1-苯乙醇可以作为香料原料和药物中间体，具有较高的经济价值。因此，进行高纯度单一对映体1-苯乙醇的生产工艺研究，以提高其生产效率和降低生产成本，具有重大意义。
外消旋体酶拆分法是一种被广泛使用的手性1-苯乙醇制备方法，其原理为在脂肪酶的催化作用下，选择性催化(r)-1-苯乙醇与酰基供体反应生成r型酯，留下未反应的s-1-苯乙醇，从而将外消旋体拆分为两种纯对映体。目前1-苯乙醇的外消旋体酶拆分多使用釜式反应器法，此方法具有操作简单，设备投资较低的优点，但由于反应体系中存在一定程度的平衡抑制及速率抑制等问题，因此难以获得较高的产品转化率，同时原料在反应器中需要较长的停留时间，生产效率较低。
技术实现要素：
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因此，本发明的目的即在于提供一种用于手性1-苯乙醇拆分的背包反应精馏装置和生产手性1-苯乙醇的方法，其能够有效提高1-苯乙醇的反应速率及转化率，提高原料利用率，降低生产成本。
本发明用于手性1-苯乙醇拆分的背包反应精馏装置，其特征在于：包括具有进料口、塔顶出料口和塔釜出料口的精馏塔，所述精馏塔通过管道和循环泵与位于精馏塔外的背包反应器连接。
进一步的，上述精馏塔为板式塔、填料塔或二者的组合塔。
进一步的，上述背包反应器为离子液体微液滴反应器，其包括管状外壳体和设在管状外壳体两端的微滤网，所述管状外壳体内部一为内部分散有分散有离子液体液滴，离子液体液滴内部溶解有催化剂。
进一步的，上述精馏塔塔板数为10~30块，离子液体液滴与油相不互溶，催化剂为脂肪酶催化剂，该催化剂使用40~60nm的改性二氧化硅微粒作为稳定剂。
进一步的，上述精馏塔塔顶设有冷凝器。
本发明生产手性1-苯乙醇的方法，其特征在于：将原料1-苯乙醇和羧酸酯按一定摩尔比与溶剂混合并预热后，由精馏塔进料口连续进料，物料采出至微液滴反应器，油相中的反应物溶解于离子液体液滴，并在液滴中脂肪酶催化剂催化下反应生成r型酯和相应脂肪醇，未反应的反应物及反应产物离开离子液体液滴后回到油相中并随油相流出微液滴反应器，在循环泵作用下由管道再次返回精馏塔内进行分离；产物脂肪醇经冷凝后从塔顶出料口采出，产物r型酯和未反应的s型1-苯乙醇由塔底塔釜出料口采出。
进一步的，上述精馏塔的塔板数为10~30块，操作压力为200～1000mbar，塔顶操作温度为20～60℃，塔底操作温度为100～140℃，塔顶回流比为1.0～10.0；背包反应器温度为40～70℃。
进一步的，上述进料1-苯乙醇和羧酸酯的摩尔比为1:1~1:10；所述离子液体为[bmim]pf6、[bmim]ntf2、[bmim]clo4。
进一步的，上述催化剂为脂肪酶，包括南极假丝酵母脂肪酶、念珠菌脂肪酶、假单胞菌脂肪酶、猪胰腺脂肪酶、皱褶假丝酵母脂肪酶、米曲霉脂肪酶、皱褶假丝酵母脂肪酶或黑曲霉脂肪酶中的一种；所述羧酸酯为甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸烯丙酯、乙酸正丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丁酯或乙酸异丁酯。
进一步的，上述溶剂为苯、甲苯、二甲苯、正庚烷、正辛烷或异辛烷。
本发明精馏装置和生产手性1-苯乙醇的方法，与传统拆分装置及工艺相比具有明显的优越性：
1.反应转化率高，将背包反应精馏塔运用于1-苯乙醇脂肪酶催化拆分，有机结合了反应过程及分离过程，通过将反应产物被及时分离出反应区域，可以保持反应物在反应器内的浓度，提高反应速率，同时克服反应平衡的限制以大幅度提高转化率，使用本装置及方法最高可实现95%以上的r-1-苯乙醇转化率。
2.使用背包反应精馏，与传统的反应精馏塔相比，将反应移至精馏塔外的背包反应器中进行，可一定程度降低设备投资费用及操作费用，同时使反应条件和分离条件更加自由可控，使其能适应不同情况下的1-苯乙醇拆分反应。同时背包反应工艺通过采取闭路循环，可以提高原料转化率。
3.使用微液滴反应器作为背包反应器，通过将催化剂封装于离子液体液滴中，可避免催化剂流失，同时提高传质性能。与均相催化剂催化的1-苯乙醇脂肪酶拆分反应相比，可以省去催化剂分离及回收操作步骤，降低操作费用，提高催化剂利用率，延长催化剂寿命。与使用非均相催化剂的1-苯乙醇脂肪酶催化拆分相比，微液滴反应器可以大幅提高反应效率与传质效率。
4.产品光学纯度高，塔釜采出反应产物r-酰胺对映体过量率可达99.9％以上，同时未反应的s-1-苯乙胺对映体过量率可以达到98%以上。
附图说明：
图1是本发明的工艺流程示意图；
图2是背包反应器示意图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明方法作进一步的详细说明。需要特别说明的是，本发明的保护范围应当包括但不限于本实施例所公开的技术内容。
本发明用于手性1-苯乙醇拆分的背包反应精馏装置包括具有进料口1、塔顶出料口2和塔釜出料口3的精馏塔4，所述精馏塔通过管道5和循环泵6与位于精馏塔外的背包反应器7连接。
进一步的，为了设计合理，上述精馏塔为板式塔、填料塔或二者的组合塔。
进一步的，为了设计合理，上述背包反应器7为离子液体微液滴反应器，其包括管状外壳体701和设在管状外壳体两端的微滤网702，所述管状外壳体内部一为内部分散有分散有离子液体液滴，离子液体液滴内部溶解有催化剂。
进一步的，为了设计合理，上述精馏塔塔板数为10~30块，离子液体液滴与油相不互溶，催化剂为脂肪酶催化剂，该催化剂使用40~60nm的改性二氧化硅微粒作为稳定剂。
进一步的，上述精馏塔塔顶设有冷凝器8。
本发明生产手性1-苯乙醇的方法，将原料1-苯乙醇和羧酸酯按一定摩尔比与溶剂混合并预热后，由精馏塔进料口连续进料，物料采出至微液滴反应器，油相中的反应物溶解于离子液体液滴9，并在液滴中脂肪酶催化剂催化下反应生成r型酯和相应脂肪醇，未反应的反应物及反应产物离开离子液体液滴后回到油相中并随油相流出微液滴反应器，在循环泵作用下由管道再次返回精馏塔内进行分离；产物脂肪醇经冷凝后从塔顶出料口采出，产物r型酯和未反应的s型1-苯乙醇由塔底塔釜出料口采出。
进一步的，上述精馏塔的塔板数为10~30块，操作压力为200～1000mbar，塔顶操作温度为20～60℃，塔底操作温度为100～140℃，塔顶回流比为1.0～10.0；背包反应器温度为40～70℃。
进一步的，上述进料1-苯乙醇和羧酸酯的摩尔比为1:1~1:10；所述离子液体为[bmim]pf6、[bmim]ntf2、[bmim]clo4。
进一步的，上述催化剂为脂肪酶，包括南极假丝酵母脂肪酶、念珠菌脂肪酶、假单胞菌脂肪酶、猪胰腺脂肪酶、皱褶假丝酵母脂肪酶、米曲霉脂肪酶、皱褶假丝酵母脂肪酶或黑曲霉脂肪酶中的一种；所述羧酸酯为甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸烯丙酯、乙酸正丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丁酯或乙酸异丁酯。
进一步的，上述溶剂为苯、甲苯、二甲苯、正庚烷、正辛烷或异辛烷。
实施例1
所采用的背包反应精馏塔为板式塔，全塔理论塔板数为15，塔操作压力为1000mbar。微液滴反应器所采用离子液体液滴为[bmim]pf6，液滴稳定剂为改性二氧化硅，催化剂为南极假丝酵母脂肪酶，使用的溶剂为邻二甲苯。
1-苯乙醇和丁酸甲酯与溶剂混合后预热至60℃后从进料口连续进料，进料位置为全塔第4块塔板（从上往下数，下同）。进料1-苯乙醇与丁酸甲酯的摩尔比为1：2，与溶剂邻二甲苯按照体积比1：10混合。由第12块板抽出侧线物流进入背包反应器，背包反应器温度为60℃，停留时间为3h。反应后的物流由第6块塔板返回精馏塔。精馏塔塔顶温度为64～64℃，回流比为1.2，经塔顶冷凝器冷凝后采出反应产物甲醇。精馏塔塔釜温度为139～140℃，由塔釜采出反应产物r型酯和未反应的s-1-苯乙醇。
经检测，背包反应精馏塔中r-1-苯乙醇转化率≥99.5%，塔顶采出液中甲醇质量分数≥99%，塔釜采出液中(r)-酯对映体过量率ee≥99%，s-1-苯乙醇对映体过量率ee≥99%。
实施例2
所采用的背包反应精馏塔为填料塔，全塔理论塔板数为20，塔操作压力为500mbar。微液滴反应器所采用离子液体液滴为[bmim]pf6，液滴稳定剂为改性二氧化硅，催化剂为南极假丝酵母脂肪酶，使用的溶剂为甲苯。
1-苯乙醇和丁酸乙酯与溶剂混合后预热至50℃后从进料口连续进料，进料位置相当于全塔第6块理论板（从上往下数，下同）。进料1-苯乙醇与丁酸乙酯的摩尔比为1：3，与溶剂甲苯按照体积比1：10混合。由相当于第15块理论板处抽出侧线物流进入背包反应器，背包反应器温度为70℃，停留时间为4h。反应后的物流由第8块理论板处返回精馏塔。精馏塔塔顶温度为59～60℃，回流比为2.8，经塔顶冷凝器冷凝后采出反应产物乙醇。精馏塔塔釜温度为109～110℃，由塔釜采出反应产物r型酯和未反应的s-1-苯乙醇。
经检测，背包反应精馏塔中r-1-苯乙醇转化率≥99.0%，塔顶采出液中乙醇质量分数≥70%，塔釜采出液中(r)-酯对映体过量率ee≥99%，s-1-苯乙醇对映体过量率ee≥98%。
本发明精馏装置和生产手性1-苯乙醇的方法，与传统拆分装置及工艺相比具有明显的优越性：
1.反应转化率高，将背包反应精馏塔运用于1-苯乙醇脂肪酶催化拆分，有机结合了反应过程及分离过程，通过将反应产物被及时分离出反应区域，可以保持反应物在反应器内的浓度，提高反应速率，同时克服反应平衡的限制以大幅度提高转化率，使用本装置及方法最高可实现95%以上的r-1-苯乙醇转化率。
2.使用背包反应精馏，与传统的反应精馏塔相比，将反应移至精馏塔外的背包反应器中进行，可一定程度降低设备投资费用及操作费用，同时使反应条件和分离条件更加自由可控，使其能适应不同情况下的1-苯乙醇拆分反应。同时背包反应工艺通过采取闭路循环，可以提高原料转化率。
3.使用微液滴反应器作为背包反应器，通过将催化剂封装于离子液体液滴中，可避免催化剂流失，同时提高传质性能。与均相催化剂催化的1-苯乙醇脂肪酶拆分反应相比，可以省去催化剂分离及回收操作步骤，降低操作费用，提高催化剂利用率，延长催化剂寿命。与使用非均相催化剂的1-苯乙醇脂肪酶催化拆分相比，微液滴反应器可以大幅提高反应效率与传质效率。
4.产品光学纯度高，塔釜采出反应产物r-酰胺对映体过量率可达99.9％以上，同时未反应的s-1-苯乙胺对映体过量率可以达到98%以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。