4100t/a乙基香兰素装置工艺设计

4100t/a Ethyl Vanillin Unit Process Design

Shi Bo

（中石油东北炼化工程有限公司吉林分公司，吉林 132022）

（China Petroleum Jilin Chemical Enginneering & Construction Co.，Ltd.，Jilin 132022，China）

摘要： 文章采用乙基愈创木酚-乙醛酸法制备乙基香兰素，此法工艺简单，反应条件易于控制，产率高，产品纯度高，三废污染少。与传统工艺相比，该工艺具有流程简单，能耗少，污染少，转化率高等优点，能满足环保和经济要求。本设计主要完成了氧化及萃取工段的氧化塔，脱羧塔以及萃取塔的工艺设计计算，确定了塔高、塔径等。

Abstract: Ethyl Guaiacol is prepared by acid ethyl vanillin; this process is simple, and is easy to control the reaction conditions, high yield, high purity and less waste pollution. Compared with the traditional process, the process has a simple process, less energy consumption, less pollution, high conversion rate, etc.; it can meet the environmental and economic requirements. The process design calculation of oxidizing column and decarboxylation tower in oxidation and extraction was completed and height and diameter of tower.

关键词： 乙基香兰素 氧化 工艺

Key words: ethyl vanillin；oxidation；process

中图分类号：[T-9]文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）32-0023-02

0引言

乙基香兰素是当今世界上最重要的合成香料之一，乙基香兰素（又称：乙基香兰醛，3-乙氧基-4-羟基苯甲醛），相对分子质量166.18，以乙基愈创木酚一甲醛法先将乙基愈创木酚和甲醛于15%HCl中缩合成3-乙氧基-4-羟基苯甲醇，再将间硝基苯磺酸用Al 和15%HCl于5℃以下还原成间苯肼磺酸，3-乙氧基-4-羟基苯甲醇和间苯肼磺酸缩合水解得乙基香兰素。[1]此法工艺路线长，产品产率低，无工业化生产。以黄樟素为原料，黄樟素经碱处理后，双键迁移转化为异黄樟素，然后氧化为胡椒醛，胡椒醛在氢氧化钾的醇液中反应,生成原儿茶酚，再与卤乙烷或硫酸二乙酯于加压下进行乙基化，即得乙基香兰素[2]。此法路线长，工艺复杂，且同生成异乙基香兰素，产率低，故在使用上受到限制。在综合权衡多方面因素的前提下，本装置采用乙基愈创木酚-乙醛酸法，此法工艺简单，反应条件易于控制，产率高，产品纯度高，三废污染少，国外己有较成熟的工艺， 国际市场上的乙基香兰素大部分采用此法生产[3]。

1装置所采用的生产方法及基本原理

生产方法中包括配料工序、缩合工序、木酚萃取工序、氧化工序、乙基香兰素萃取工序、精馏工序、水结晶工序、烘干包装工序、回收工序（乙醇回收、回收木酚蒸馏）组成[4]。其中，配料工序的稀碱配制和乙醛酸钠盐配制采用连续方式进行，氧化工序的混合、脱羧、中和采用连续方式进行，木酚萃取、乙基香兰素萃取、精馏、乙醇回收、回收木酚蒸馏、烘干为连续操作，稀酸配制、缩合反应、氧化反应、催化剂水溶液配制、水结晶、包装为间歇操作。

缩合工序产生的木酚萃余相由萃取塔中进入到混合釜，通过泵将原料混合液从氧化反应器中部加入，反应器顶部汽体经换热冷却至沸点后变成液体，进入到回流罐，然后回到塔内作为回流使用。脱羧塔进料由氧化液储罐中进入到预热器预热后，温度达到100℃左右，然后经由计量泵进入到脱羧塔中脱羧。产品经脱羧列冷器冷却后进入到脱羧液储罐中，用50%硫酸进行酸化，酸化后即为产物乙基香兰素。萃取塔进料由脱羧液储罐中经泵由萃取塔上部加入，萃取剂为苯。萃取后采出分为两部分。塔顶采出为油相，主要含乙基香兰素和苯。然后进入到萃取液列冷器，经加热后大部分苯变为苯整汽，而乙基香兰素为液体，故经过旋风分离器分离后苯由旋风分离器上部采出，而乙基香兰素则由旋风分离器下部采出。

2工艺设备选择

2.1 氧化过程在氧化反应装置中，由于需要通入压缩空气，因此反应器采用鼓泡塔反应器。而在脱羧中禁止有氧气的存在，故而将氧化和脱羧操作分为两个塔，这样可以有效的防止更多副反应的发生。[5]

2.2 中和过程经过氧化脱羧工段后产物为乙基香兰素钠盐，故而需要将其酸化，此酸化过程用的是50%的硫酸，此过程不但可以将乙基香兰素钠盐变成乙基香兰素，还可以将其他的碱及碱性物质全部酸化，防止乙基香兰素变成钠盐[6]。

2.3 萃取过程此工艺为年产4100t/a乙基香兰素，量较大，故而选用转盘萃取塔，转盘萃取塔不但处理量大，而且结构简单，操作方便，分离效率高，故而在乙基香兰素的工艺过程中运用较多。[7]

2.4 工艺生产条件一览表生产乙基香兰素的生产条件下方，如表1所示。

3设备计算

设计基础

年产4100吨乙基香兰素（含量99.9%),年工作日7200小时，木酚含量99%，732kg可以回收188kg（含量90%）粗制香兰素含量为82%，精馏收率92%，粗制收率82%,水结晶收率为95%(含母液回收)。乙基香兰素：乙醇：水=1：1：1.1，乙基香兰素的溶解度=0.12788kg乙基香兰素/kg醇水。

在设备计算中，主要计算了氧化工段及萃取工段所使用塔器的塔径和塔高。

3.1 反应器计算

3.1.1 鼓泡塔的直径的计算。在空塔气速为uOG=0.02~0.135m/s的范围内，n=1.6和C=0.145~0.400

取uOG=0.05m/s

D=1.128（■）■=1.291m

故反应塔的直径可圆整为D=1.5m。

3.1.2 静液层高度和鼓泡层高度计算。

静液层高度 HO=■=■=14.985m

对于基本的有机化工中使用的鼓泡塔反应器，高度一般很高，当■/uOG?叟30，气含率?孜G沿塔高可视为常数。当■/uOG=282?叟30，?孜G沿塔高可视为常数。

鼓泡层高度

HGL=■=■=17.694m

3.1.3 反应器的总高度

H=■=■=19.3199m

即反应器的高度为H=19.3199.

取反应器的底座为1.5m，故反应器的总高度为20.8199m。

3.2 萃取塔计算进行转盘塔计算时，流体力学及传质关联式

中都涉及到需试差计算的弗鲁特数：Fr=g÷（dR・N2）

先假设转盘直径dR，然后进行试差验算。假设dR = 0.8m

由于传质方向从连续相到分散相，故Fr=（?椎2）0.5=2S

?椎2={■}0.25{■}0.6（1）

计算临界转盘速度

Nc=■

式中，Nc 为临界转盘速度；N为实际转盘转数，r/s；Fr为弗鲁特数；σ为液体界面张力，N/m；

μ为液体粘度，Ns/m2；ρ为液体密度，kg/m3；Δρ为两相密度之差，kg/m3；Dc、Dd为连续相、分散相的扩散系数，m2/s。

先计算Φ2，代入公式（1），则

Φ2={■}0.25・{■}0.6=207.803

塔直径：D=■=1.58m=1.6m

塔内件布置见图1 。

根据上述计算，设计时转盘塔直径取1.6m；转盘直径取0.8m；固定环开口直径为1.1m；转盘间距为0.53m。根据资料查知，采用10个理论板就可使乙基香兰素的萃取率达到99%。根据经验数据，理论级的当量长度取1.5m，因此塔高为15m，上下两分离段各取1m，即萃取塔总高为17m。

4结论

采用乙基愈创木酚-乙醛酸法新工艺生产乙基香兰素，反应条件易于控制，反应选择性高，产率高，产品纯度高，耗电少，三废污染少，有利于工业化，是我国乙基香兰素生产工艺的发展方向。本工序主要分为四个部分：氧化，脱羧，萃取以及蒸苯。与传统工艺相比，该工艺具有流程简单，能耗少，污染少，转化率高等优点，能满足环保和经济要求。通过乙醛酸法，扁桃酸经过氧化，脱羧生成乙基香兰素，再经萃取工序，生成含量为82%的乙基香兰素，供精馏使用。

本设计主要完成了氧化塔，脱羧塔以及萃取塔的工艺设计计算，确定了塔高、塔径等。

参考文献：

[1]马沛生．化工热力学（通用型）[M]．化学工业出版社，2005，5．

[2]陈新志，蔡振云，胡望可．化工热力学．第二版[M]．化学工业出版社，2000，4．

[3]国家医药管理局上海医药设计院．化工工艺设计手册(上册)[M]．化学工业出版社，1994，12．

[4]张洁．异丙苯的Antoine常数．化学工程[J]，1989，12，25.

[5]黄文焕．化工设计概论[M]．吉林科学技术出版社，2008，6.

[6]Mujumdar A S,Wu Z H1 Thermal Drying Technologies .NewDevelopment s and Future R &DPotential [C]1 Proceedings of the5th Asia2Pacific Drying Conference . Hong Kong . 2007 : 1281.

[7]Curcio E, Profio G D, Drioli E. A new membrane - basedcrystallization technique. Tests onlysozyme [J].CrystalGrowth, 2003, 24（1-2）:166～176.

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作者简介：时博（1982-），男，吉林省吉林市人，助理工程师，学士学位，研究方向为化学工程与工艺。