生產(chǎn)管理知識_氨基乙酸生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)課程

氨基乙酸生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)摘 要氨基乙酸又名甘氨酸，它是結(jié)構(gòu)最簡單的-氨基酸，它的用途非常廣泛，主要用于農(nóng)藥、醫(yī)藥、食品、飼料以及制取其它氨基酸，合成表面活性劑等。氨基乙酸的生產(chǎn)方法有很多種，主要有氯乙酸氨解法和施特雷克法。在國內(nèi)，由于技術(shù)、原料等原因，大都采用氯乙酸氨解法。本設(shè)計(jì)的目的在于對模擬年產(chǎn)1萬噸氨基乙酸的廠房工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，本設(shè)計(jì)簡要介紹了氨基乙酸的主要用途，國內(nèi)外的生產(chǎn)情況，研究進(jìn)展和未來的發(fā)展趨勢。結(jié)合國內(nèi)的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)選用了氯乙酸氨解法，采用間歇式的生產(chǎn)方式，初步設(shè)計(jì)要求年產(chǎn)量1萬噸，參照了許多文獻(xiàn)及數(shù)據(jù)，對整個(gè)生產(chǎn)過程做了物料衡算，主要設(shè)備進(jìn)行了熱量衡算，并對主體設(shè)備氨化合成釜進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行了優(yōu)化，對車間進(jìn)行了布置和規(guī)劃。設(shè)計(jì)經(jīng)多次修改和調(diào)整，得到許多數(shù)據(jù)和能控制的工藝參數(shù)，所得到的產(chǎn)品理論上符合設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：氨基乙酸；生產(chǎn)工藝；收率；氯乙酸氨解ANNUAL OUTPUT OF GLYCINE WORKSHOP PROCESS DESIGNABSTEACTGlycine is the most simple structure of the -amino acids,its use is very extensive,mainly for agricultural chemicals,pharmaceuticals,food,feed and other production of amino acids,synthetic surface-active agent.There are many methods of producing lycine.The main solutions are ammonia and Chloroacetate Streck law. At home, because of technology, raw materials and other reasons,most plants use chloroacetic acid ammonolysis process . The purpose of the design is to optimize the workshop process of an annual output of 1,0000 tons of Glycine .The design gives a briefing on the process of the main purposes of glycine, the situation of the production at home and abroad,the research progress and future development trends. With the actual situation development in China, the design chose the chloroacetic acid ammonolysis process and use the intermittent mode of production.The preliminary design requirements of annual 10,000 tons, Searched a number of documents and data，did the material balance of the entire production process the heat balance of the major equipment,designed the main equipment amination of reactor , optimized the production process. After we repeated modifications and adjustments,we got many data and be able to get control of the process parameters, which are theoretically in line with the product of the design requirements. KEY WORDS： glycine; production process; yield; chloroacetic acid ammonolysis process目 錄引 言1第1章 概 述21.1 氨基乙酸的基本性質(zhì)21.2 產(chǎn)品用途21.2.1 應(yīng)用于農(nóng)業(yè)行業(yè)21.2.2 應(yīng)用于醫(yī)藥行業(yè)31.2.3 應(yīng)用于飼料行業(yè)31.2.4 應(yīng)用于食品行業(yè)31.2.5 應(yīng)用于表面活性劑和日化行業(yè)31.2.6 其他方面31.3 市場需求與技術(shù)現(xiàn)狀31.4生產(chǎn)廠家41.5 發(fā)展前景41.6 生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢41.7 氨基乙酸的生產(chǎn)工藝51.7.1 氯乙酸氨解法51.7.2 施特雷克法(cstercker法) 51.7.3 氫氰酸法合成氨基乙酸新工藝51.7.4 生物合成法61.8 本產(chǎn)品所選線路及可行性分析6第2章 生產(chǎn)工藝流程及各工藝指標(biāo)的確定72.1 生產(chǎn)基本原理及化學(xué)方程式72.2 原料規(guī)格及性質(zhì)72.2.1 基本原料72.2.2 原料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)72.3 生產(chǎn)工藝流程敘述及工藝流程方框圖82.4主要工藝指標(biāo)的確定92.4.1 生產(chǎn)工藝特點(diǎn)92.4.2 工藝指標(biāo)的確定92.4.3 結(jié)語11第3章 工藝計(jì)算123.1 物料衡算123.1.1 原料及產(chǎn)品規(guī)格123.1.2 衡算記住123.1.3 已知定量123.1.4 列衡算式123.2 熱量衡算173.2.1 計(jì)算Q1與Q4173.3.2 過程熱效應(yīng)Q3計(jì)算193.2.3 Q2的計(jì)算20第4章 主體設(shè)備氨化合成釜設(shè)計(jì)214.1 體積估算214.2 確定筒體和封頭形式214.3 確定筒體和封頭直徑214.4 確定筒體高度214.5 確定夾套的直徑224.6 確定夾套的高度224.7 計(jì)算傳熱面積224.8 計(jì)算夾套筒體，封頭厚度224.9 計(jì)算內(nèi)筒筒體厚度224.10 攪拌器234.10.1 換熱裝置234.10.2 攪拌裝置234.10.3 軸封裝置234.10.4 傳動裝置23第5章 廠房布置245.1 概述245.2 設(shè)備布置的原則245.3 廠房布置方法24總 結(jié)25致 謝26參 考 文 獻(xiàn)27表格清單表1-1 工業(yè)氨基乙酸質(zhì)量指標(biāo)2表1-2 氨解法原料消耗及成本6表2-1 工業(yè)氯乙酸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)8表2-2 六次甲基四胺質(zhì)量指標(biāo)8表2-3 工業(yè)甲醇質(zhì)量指標(biāo)8表2-4 無水氨質(zhì)量指標(biāo)8表3-1 氨化合成釜物料衡算表13表3-2 醇析釜的物料衡算表14表3-3 離心機(jī)物料衡算表15表3-4 干燥機(jī)物料衡算表16表3-5 精餾塔物料衡算表17表3-6 元素的原子比熱容18插圖清單圖2-1 工藝流程方框圖9我們總羨慕別人的幸福，卻常常忽略自己生活中的美好。其實(shí)，幸福很平凡也很簡單，它就藏在看似瑣碎的生活中。幸福的人，并非拿到了世界上最好的東西，而是珍惜了生命中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，用感恩的心態(tài)看待生活，用樂觀的態(tài)度闖過磨難。引 言本設(shè)計(jì)為對氨基乙酸工藝流程的設(shè)計(jì)研究，主要對國內(nèi)外現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)和試驗(yàn)進(jìn)展進(jìn)行了簡要闡述和對比分析。目前國內(nèi)主要采用氯乙酸氨解法制備氨基乙酸，60年代以前，德國的Kraut用氯乙酸和氨水反應(yīng)，在緩慢攪拌、室溫下反應(yīng)48小時(shí)以上，再經(jīng)一系列復(fù)雜的后處理，才得到粗品，收率很低，成本高且再生能力很低。70年代后，法國人Henri Martin以烏洛托品、氯乙酸、氨水為原料在水相中合成，反應(yīng)后，經(jīng)醇析、過濾、精制、干燥制得。只有70%左右的收率，生產(chǎn)周期長達(dá)40小時(shí)，純度在90%左右1。后來用液氨代替氨水，收率達(dá)80%以上，此工藝成熟，目前國內(nèi)生產(chǎn)廠家都在此方法前提下，不斷的進(jìn)行改進(jìn)。自1969年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化以來，國內(nèi)許多專家對其進(jìn)行了眾多改進(jìn)性研究，使氨基乙酸收率由約70%提高至85%以上，產(chǎn)品氨基乙酸含量從95%提高到98.5%。 本設(shè)計(jì)所選用的工藝路線為國內(nèi)較為成熟的氯乙酸氨解法，其中參考和引用了前人的技術(shù)成果，在此表示特別感謝。第1章 概 述1.1 氨基乙酸的基本性質(zhì)中文名: 氨基乙酸（氨基乙酸）英文名：GLYCINE分子式：C2H5NO2分子量：75.07結(jié)構(gòu)式：NH2CH2COOH CAS號：56-40-6 毒性防護(hù)：本品無毒，無腐蝕性。物化性質(zhì)：白色單斜晶系或六方晶系晶體，或白色結(jié)晶粉末。無臭，有特殊甜味，相對密度1.1607。熔點(diǎn)248（分解）。易溶于水，在水中的溶解度：25時(shí)為25g/100ml；50時(shí)為39.1g/100ml；75時(shí)為54.4g/100ml；100時(shí)為67.2g/100ml。極難溶于乙醇，在100g無水乙醇中約溶解0.06g。幾乎不溶于丙酮和乙醚。與鹽酸反應(yīng)生成鹽酸鹽。產(chǎn)品包裝、貯存與運(yùn)輸：本產(chǎn)品采用薄膜塑料袋，外加纖維編織袋兩層包裝，每袋凈含量25kg0.25kg，運(yùn)輸時(shí)注意防潮，避免被尖銳物劃破2。表1-1 工業(yè)氨基乙酸質(zhì)量指標(biāo)Table 1-1 amino acid industrial quality indicators指標(biāo)名稱指 標(biāo)一等品合格品氨基乙酸含量%97.595.5氯化物(以Cl計(jì))含量%0.700.90鐵(Fe)含量%0.0030.005加熱減量%1.02.0外 觀白色粉末1.2 產(chǎn)品用途31.2.1 應(yīng)用于農(nóng)業(yè)行業(yè)氨基乙酸是生產(chǎn)除草劑草甘膦的原料和植物生長調(diào)節(jié)劑增甘膦的重要中間體。用三氯化磷、甲醛反應(yīng)的水解產(chǎn)物再與氨基乙酸反應(yīng)，可制取新型農(nóng)藥除草劑草甘磷，草甘磷為除草活性最強(qiáng)的內(nèi)吸傳并型廣譜有機(jī)磷農(nóng)藥，它能有效控制危害最大的雜草達(dá)80余種，廣泛用于稻田、麥地、玉米、棉花、大豆和果園、菜園及鐵路、建筑、交通、森林等非耕地除草，草甘磷因其有殺草力強(qiáng)、低毒、易分解、無殘留等優(yōu)點(diǎn)，作為高度安全性除草劑，已被美國政府評為最優(yōu)秀的農(nóng)藥。氨基乙酸與甲醛、三氯化磷在110下反應(yīng)產(chǎn)物為增甘磷，增甘磷是一種高效葉面施用的植物生長調(diào)節(jié)劑，廣泛用于各種農(nóng)作物，還可作為收獲前的脫葉劑。在已開發(fā)的領(lǐng)域中，草甘膦是氨基乙酸的最大市場。值得一提的是，同樣作為草甘膦的原料氨基乙酸，國外采用99%的氨基乙酸，國內(nèi)均采用97.5%的氨基乙酸。在實(shí)際生產(chǎn)中，氨基乙酸雜質(zhì)中的氯化物含量對草甘膦的收率影響很大，99%的氨基乙酸中氯化物含量只有97.5%的氨基乙酸氯化物含量的1/30。因此，國外生產(chǎn)草甘膦的收率遠(yuǎn)高于國內(nèi)，草甘膦的含量也比國內(nèi)高出幾個(gè)百分點(diǎn)，原料生產(chǎn)成本也比國內(nèi)低。1.2.2 應(yīng)用于醫(yī)藥行業(yè)氨基乙酸是人體必需的氨基酸，在各種氨基酸輸液的配方中，基本上都含有氨基乙酸，氨基乙酸可用作藥物溶劑和緩沖劑，同時(shí)它還可以合成多種藥物，如治療高血壓藥物鹽酸地閏普利抑制胃潰瘍的藥用碳酸鈣制劑，單氨基乙酸酰水揚(yáng)酸鈣，利血胺注射液等。由于醫(yī)藥用氨基乙酸產(chǎn)品質(zhì)量要求較高，而國內(nèi)醫(yī)藥級氨基乙酸生產(chǎn)發(fā)展緩慢，因此國內(nèi)醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用還有等進(jìn)一步開發(fā)，對于國內(nèi)的生產(chǎn)氨基乙酸廠家，改進(jìn)生產(chǎn)工藝路線，提高氨基乙酸的質(zhì)量也是十分重要的。1.2.3 應(yīng)用于飼料行業(yè)氨基乙酸用在飼料添加劑中，不僅是畜禽飼料中的主要營養(yǎng)補(bǔ)充成分，還可以防止飼料氧化變質(zhì)，延長飼料保鮮期，在國外牛羊的飼料中均含有氨基乙酸，國內(nèi)的飼養(yǎng)業(yè)尚未普遍采用，在此領(lǐng)域中氨基乙酸的應(yīng)用有待于進(jìn)一步開發(fā)。另外，新興的動物寵物罐頭飼料中也含有氨基乙酸。其添加氨基乙酸的量十分驚人，寵物飼料生產(chǎn)是一個(gè)勞動密集型的產(chǎn)業(yè)，很適合中國的國情，可惜國內(nèi)尚未對此產(chǎn)業(yè)有足夠的重視。1.2.4 應(yīng)用于食品行業(yè)4食品工業(yè)是使用氨基乙酸量較大的產(chǎn)業(yè)，氨基乙酸具有抑制細(xì)菌生長、螯合緩沖及抑制氧化等作用，被指定用于食品添加劑，主要用于食品氨基酸強(qiáng)化劑、調(diào)味劑及營養(yǎng)補(bǔ)充成分、食品釀造、肉食加工、清涼飲料的配方內(nèi)。因氨基乙酸具有抗氧化功能，應(yīng)用于奶油、干酪、人造奶油中，能延長保質(zhì)期3-4倍。其也可單獨(dú)作為甜味品，可用于糖果和餅干的制作，對高血壓的預(yù)防很有好處。在精制食鹽中，加量為5%。1.2.5 應(yīng)用于表面活性劑和日化行業(yè)在表面活性劑工業(yè)中，用氨基乙酸可合成陽離子和兩性表面活性劑，還可用于生產(chǎn)具有良好調(diào)濕性和染色性的氨基酸染發(fā)劑，用于護(hù)膚及清潔用化妝品的復(fù)配劑，另外，用于配制發(fā)泡力強(qiáng)，藥物化妝品的抗氧化劑的油包水或水包油乳液，具有增濕和增稠作用。1.2.6 其他方面氨基乙酸還可用于動物藥品添加劑，也可用作PH調(diào)節(jié)劑添加在電鍍液中。另外，在化學(xué)鍍上的研究和應(yīng)用也越來越廣泛。氨基乙酸在農(nóng)藥、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用正逐步增長，市場潛力很大，在國內(nèi)由于絕大部分氨基乙酸生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)工藝水平落后，產(chǎn)品質(zhì)量差，而國外注重將催化、生物、輻射等高新技術(shù)用于氨基乙酸合成工藝的研究，并取得了一定的進(jìn)展，因此國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)要借鑒國外的研究思路，加強(qiáng)催化脫氫氧化制備，生物合成等新技術(shù)的開發(fā)5。1.3 市場需求與技術(shù)現(xiàn)狀目前全球氨基乙酸年產(chǎn)量達(dá)到230萬t，我國的生產(chǎn)能力為23萬t/年。生產(chǎn)與消費(fèi)主要集中在工業(yè)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，我國氨基乙酸生產(chǎn)起始于70年代末80年代初，不僅起步較晚，而且生產(chǎn)技術(shù)水平偏低，生產(chǎn)能力約為2.8萬t/年，生產(chǎn)方法幾乎全部采用氯乙酸氨解法生產(chǎn)甘氯酸，產(chǎn)品多為工業(yè)級，純度不高于95%，不僅影響下游草甘膦農(nóng)藥的質(zhì)量，而且無法滿足醫(yī)藥和食品等行業(yè)的需求，致使我國醫(yī)藥和食品行業(yè)所需的氨基乙酸大量依靠進(jìn)口。1.4生產(chǎn)廠家6國內(nèi)目前氨基乙酸生產(chǎn)工藝只有氯乙酸法，生產(chǎn)規(guī)模目前約為23萬t/年，生產(chǎn)廠家有40余家，最大的生產(chǎn)企業(yè)是位于石家莊的河北東華化工集團(tuán)，現(xiàn)有工業(yè)級氨基乙酸產(chǎn)能8萬噸/年、食品醫(yī)藥級氨基乙酸產(chǎn)能3萬噸/年，是目前亞洲最大的氨基乙酸生產(chǎn)基地。重慶三峽英力化工有限公司，其新建5萬噸氨基乙酸/年項(xiàng)目進(jìn)展正常，目前已進(jìn)入投料試生產(chǎn)階段。渝三峽A氨基乙酸年產(chǎn)3萬噸。江西電化有限責(zé)任公司有兩套5萬t/年生產(chǎn)裝置，浙江新安江化工集團(tuán)公司建有3萬噸/年生產(chǎn)裝置，其他主要生產(chǎn)廠家有江蘇南通化工廠、長春農(nóng)安制藥廠、遼寧本溪化工廠，產(chǎn)品均為工業(yè)級氨基乙酸，用于生產(chǎn)農(nóng)藥草甘膦和植物生長調(diào)節(jié)劑增甘膦，另外，江山股份（）的子公司南通東昌化工有1萬噸的生產(chǎn)能力、江西電化中達(dá)有1.5萬噸等，其它企業(yè)的規(guī)模普遍偏小，如蘇州永達(dá)氨基酸廠3500噸、南通光榮化工3000噸等。國外氨基乙酸生產(chǎn)廠家主要有美國的查特姆公司、法國的斯帕西亞公司、日本的有機(jī)合成藥品公司、昭和電工公司和味之素公司等，其中日本是氨基乙酸生產(chǎn)和消耗大國，這些公司基本都采用改進(jìn)的Strecker（施特雷克法）工藝和直接Hydantion（海因法）工藝。1.5 發(fā)展前景氨基乙酸在氨基酸類中結(jié)構(gòu)最簡單的化合物，是一種重要的有機(jī)合成中間體，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、農(nóng)藥、飼料等行業(yè)，據(jù)專家預(yù)測，隨著人們生活水平的提高，食品、醫(yī)藥行業(yè)逐漸成為使用氨基乙酸的最大用戶，其市場潛力很大，在國內(nèi)由于絕大部分氨基乙酸生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)工藝水平落后，產(chǎn)品質(zhì)量差，而國外注重將催化、生物、輻射等高新技術(shù)用于氨基乙酸合成工藝的研究，并取得了一定的進(jìn)展，因此國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)要借鑒國外的研究思路，加強(qiáng)催化脫氫氧化制備，生物合成等新技術(shù)的開發(fā)。1.6 生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢從國外氨基乙酸現(xiàn)有生產(chǎn)裝置使用的工藝路線及關(guān)于氨基乙酸制備技術(shù)所申請專利的數(shù)量和內(nèi)容來分析，國外目前氨基乙酸的生產(chǎn)完全淘汰了氯乙酸氨解工藝，主要采用以氫氰酸、羥基乙腈為原料的Strecker工藝和Hydantion工藝，通過工藝的不斷改進(jìn)，提高了產(chǎn)品的收率和產(chǎn)品的質(zhì)量，并有采用生物技術(shù)由甘氨腈生產(chǎn)氨基乙酸的發(fā)展趨勢。而在中國氯乙酸氨解工藝生產(chǎn)氨基乙酸是目前普遍采用的技術(shù)，自1969年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化以來，雖然對其進(jìn)行了眾多改進(jìn)性研究，使氨基乙酸收率由約70%提高至85%以上，產(chǎn)品氨基乙酸含量從95%提高到98.5%，但其關(guān)鍵性指標(biāo)氯化物含量仍高達(dá)0.06%0.5%，由于所得產(chǎn)品純度低、雜質(zhì)含量多而無法滿足食品和醫(yī)藥行業(yè)生產(chǎn)的使用要求。同樣作為草甘膦原料，國外采用純度為98.5%99.5%的氨基乙酸，而國內(nèi)純度只有97.5%98.5%，而且其中的氯化物含量是國外的30倍，生產(chǎn)合格的草甘膦需兩次重結(jié)晶，對產(chǎn)品的收率影響很大。雖然中國已經(jīng)開發(fā)成功了以氫氰酸為原料合成氨基乙酸的小試技術(shù)，但反應(yīng)收率只有73%，產(chǎn)品純度只有95%，如要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化還需在反應(yīng)工藝、產(chǎn)品的精制和連續(xù)化方面進(jìn)行大量研究。1.7 氨基乙酸的生產(chǎn)工藝氨基乙酸生產(chǎn)工藝路線很多，目前工業(yè)化和具有工業(yè)化前景的生產(chǎn)工藝主要有氯乙酸氨解法，施特雷克法(cstercker法)，氫氰法，及生物合成法等。1.7.1 氯乙酸氨解法7-12該法根據(jù)原料不同，又可分兩種工藝：(1)水相或醇相中以烏洛托品，氯乙酸、氨水(氨氣或液氨均可)為原料合成；(2)水相中以碳酸銨或氨基甲酸胺、氯乙酸、氨水為原料合成。目前國內(nèi)的生產(chǎn)方法以前者為主，收率在70%左右，后者收率較低(約42%)，故很少用于工業(yè)化生產(chǎn)。由于水相合成氨基乙酸中烏洛托品消耗較大，且烏洛托品價(jià)格較高，無法回收，故成本較高，而以醇溶液代替水溶液則會大大降低烏洛托品的消耗量，從而降低生產(chǎn)成本，因此，目前國內(nèi)普遍采用醇相法合成氨基乙酸，反應(yīng)方程式如下。主反應(yīng):ClCH2COOH + 2NH3 NH2CH2COOH + NH4Cl副反應(yīng):NH2CH2COOH + ClCH2COOH NH(CH2COOH)2 + HCl NH(CH2COOH)2 + ClCH2COOH N(CH2COOH)3 + HCl氯乙酸氨解法的優(yōu)點(diǎn)是原料易得，合成工藝簡單，對設(shè)備要求不高，易操作，基本無公害，缺點(diǎn)是反應(yīng)時(shí)間較長，副產(chǎn)物氯化銨等無機(jī)鹽類物質(zhì)難以除去，產(chǎn)品質(zhì)量差，精制成本高，作為催化劑的烏洛托品難以回收循環(huán)使用，造成原料的極大浪費(fèi)，使生產(chǎn)成本增加。國內(nèi)氨基乙酸生產(chǎn)廠家及一些科研機(jī)構(gòu)本著優(yōu)化反應(yīng)條件降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量的原則，對氯乙酸法合成氨基乙酸的工藝進(jìn)行了大量的研究工作，并取得一定的進(jìn)展。1.7.2 施特雷克法(cstercker法) 9-12施特雷克法的反應(yīng)過程是，以甲醛、氰化鈉，氯化銨為原料反應(yīng)，在硫酸存在下醇解，然后與氫氧化鋇一起加水分解而得氨基乙酸產(chǎn)品，主要化學(xué)反應(yīng)如下:6HCHO+3NaCN+3NH4Cl(CH2=N-CH2CN)+3NaCl+6H2O將產(chǎn)物過濾，在硫酸存在下加乙醇分解，得到氨基乙腈硫酸鹽。3(CH2=N-CH2CN)+C2H5OH+3H2S043(H2NCH2CN)H2SO4+3CH2(C2H5)2將上述產(chǎn)物用氫氧化鋇分解，得到氨基乙酸鋇：2(H2NCH2CN)2SO2+3Ba(OH)2(NH2CH2COO)2Ba+2BaS04+2NH3+2N2O然后加入定量的硫酸，使鋇沉淀，過濾液濃縮，放置冷卻，析出氨基乙酸結(jié)晶。(NH2CH2COO)2Ba+H2S042NH2CH2COOH+BaS04此工藝路線較長，原料NaCN為劇毒物，反應(yīng)的脫鹽操作較復(fù)雜，操作條件比較苛刻，其優(yōu)點(diǎn)是易于精制，成本低，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。1.7.3 氫氰酸法合成氨基乙酸新工藝13該工藝以廉價(jià)的丙烯腈副產(chǎn)物氫氰酸代替氰化鈉，生產(chǎn)成本更低，美國、日本等普通采用此法生產(chǎn)氨基乙酸，我國中科院大連化物所于90年代初開發(fā)成功以HCN為原料合成氨基乙酸的工藝，該工藝以氫氰酸為主體原料，在生產(chǎn)過程中，可直接利用氣態(tài)HCN或任意比例的HCN水溶液，醛類可利用氣體，溶液或高聚物，氨源可用氨加二氧化碳或碳酸銨，碳酸氫銨等，各原料的投料量近于理論量，產(chǎn)品收率可達(dá)73%，產(chǎn)品含量大于95%。該工藝由于反應(yīng)步驟少，因此工藝過程縮短，操作步驟簡化，設(shè)備投資減少，生產(chǎn)成本大大降低，無三廢處理，易于放大生產(chǎn)，所得氨基乙酸產(chǎn)品質(zhì)量明顯優(yōu)于氯乙酸法所得的產(chǎn)品。1.7.4 生物合成法21世紀(jì)是生物合成的世紀(jì)，生物合成氨基乙酸成為十分重要，潛力巨大的合成路線。美國、日本、歐洲長期以來堅(jiān)持開發(fā)生物合成氨基乙酸的研究，以前由于存在酶的活性低，合成氨基乙酸的微生物菌需求量大，氨基乙酸的產(chǎn)率低等因素，使生物合成法的工業(yè)化受到限制。20世紀(jì)80年代后期，日本三菱公司把過篩選的好氧土壤桿菌屬，短桿菌屬，棒狀桿菌屬等微生物菌屬加入到含有碳源、氮源及無機(jī)營養(yǎng)液的介質(zhì)中進(jìn)行培植，然后將該類菌種在2545，pH值在49的情況下，使乙醇胺轉(zhuǎn)化為氨基乙酸，用濃縮中和離子交換處理得到氨基乙酸。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，國外合成氨基乙酸的技術(shù)有了新的進(jìn)展，日本Nitto化學(xué)工業(yè)公司將培養(yǎng)的假細(xì)胞菌屬，酪蛋白菌屬，產(chǎn)堿桿菌屬等菌屬以0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，干重)加入到含氨基乙酸胺基質(zhì)中，在30，pH值7.98.1情況下，反應(yīng)45h，幾乎所有的氨基乙酸胺水解生成氨基乙酸，轉(zhuǎn)化率達(dá)99%。盡管目前生物法尚處于研究階段，但是其具有高選擇性，無污染，因此將是極具發(fā)展?jié)摿Φ暮铣陕肪€。1.8 本產(chǎn)品所選線路及可行性分析本設(shè)計(jì)模擬生產(chǎn)10000噸的氨基乙酸，考慮到產(chǎn)量較大，且其他生產(chǎn)工藝只在實(shí)驗(yàn)階段，或在國內(nèi)技術(shù)不成熟，還未應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，所以選擇第一條工藝路線，即氯乙酸氨解法，氯乙酸氨解法的優(yōu)點(diǎn)是原料易得，合成工藝簡單，對設(shè)備要求不高，易操作，基本無公害。產(chǎn)品成本及產(chǎn)品價(jià)格表1-2 氨解法原料消耗及成本Table 1-2 ammonia solution and the cost of raw materials consumption原料名稱純度 %單耗 t單價(jià) 元/t成本 元氯乙酸961.550650010075液氨工業(yè)級0.85018501573烏洛托品980.3072002160甲醇982.1023004830合計(jì)/ / /18638現(xiàn)在氨基乙酸價(jià)格每噸3.3萬元左右，2007年12月中旬其價(jià)格才1.8萬元/噸，12月底國內(nèi)最大的氨基乙酸生產(chǎn)企業(yè)河北東華化工集團(tuán)的傳真價(jià)格變成了2.9萬元/噸，現(xiàn)在又漲到了3.3萬元/噸，比12月中旬上漲了80%，使氨基乙酸的利潤幾乎達(dá)到了100%。第2章 生產(chǎn)工藝流程及各工藝指標(biāo)的確定2.1 生產(chǎn)基本原理及化學(xué)方程式原理：氯乙酸和氨氣在六次甲基四胺的催化作用下，反應(yīng)生成氨基乙酸和副產(chǎn)物氯化銨?；瘜W(xué)方程式： 主反應(yīng)：ClCH2COOH + 2NH3 NH2CH2COOH + NH4Cl副反應(yīng)：NH2CH2COOH + ClCH2COOH NH(CH2COOH)2 + HCl NH(CH2COOH)2 + ClCH2COOH NH(CH2COOH)3 + HCl2.2 原料規(guī)格及性質(zhì)2.2.1 基本原料（1）： 氯乙酸(ClCH2COOH)無色晶體，有刺激性氣味，易潮解、不燃，有強(qiáng)烈的腐蝕性，能破壞金屬、橡膠和軟木塞等，溶于水、乙醇、乙醚、苯、二硫化碳和氯仿等有機(jī)溶劑，相對密度：1.58g/cm3（20/20），其熔點(diǎn)： 6163，沸點(diǎn)為：189。（2）： 六次甲基四胺(CH2)6N4俗名烏洛托品，白色結(jié)晶粉末或無色有光澤晶體，幾乎無臭，對皮膚有刺激作用，相對密度1.27 g/cm3 (25)，在約263升華并部分分解，溶于水、乙醇和氯仿，不溶于乙醚，燃燒時(shí)火焰無色。（3）： 甲醇(CH3OH)無色透明易燃易揮發(fā)極性液體，有毒，飲后能致盲，密度(D204)：0.7915g/cm3，熔點(diǎn)：-97.8、沸點(diǎn)：64.65，自燃點(diǎn)：470，能與水和多數(shù)有機(jī)溶劑混溶，蒸汽與空氣生成爆炸性混合物，爆炸極限(6.036.5)%(體積)，燃燒時(shí)生成藍(lán)色火焰，用于制造甲醛和農(nóng)藥等，并用作有機(jī)物質(zhì)的萃取和酒精的變性劑等。（4）： 氨氣(NH3)無色氣體，有強(qiáng)烈的刺激性氣味，相對密度：0.771 g/cm3，易被液化成無色的液體，沸點(diǎn)：-33.5，也易被固化成雪狀的固體，熔點(diǎn)：-77.7，溶于水、乙醇和乙醚，在高溫時(shí)會分解成氮和氫，有還原作用。2.2.2 原料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（執(zhí)行QJ/XHG.JH0207-08-2001）（1）: 氯乙酸表2-1 工業(yè)氯乙酸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Table 2.-1 Chloroacetate industrial quality standards指 標(biāo) 名 稱指 標(biāo)氯乙酸含量%95.0二氯乙酸含量%3.0 外 觀白色或微黃色晶體(2): 六次甲基四胺表2-2 六次甲基四胺質(zhì)量指標(biāo)Table 2-2 Hexamine quality indicators指標(biāo)名稱指 標(biāo) 純度 % 98.0 氯化物(以Cl計(jì)) % 0.015 外 觀 白色結(jié)晶或略帶色調(diào)的白色結(jié)晶(3): 甲醇表2-3 工業(yè)甲醇質(zhì)量指標(biāo)Table 2-3 methanol industry quality indicators指標(biāo)名稱指 標(biāo) 密度(20)g/cm3 0.7910.793 外 觀 無殊異臭氣味，無色透明液體，無可見雜質(zhì)(4): 液氨表2-4 無水氨質(zhì)量指標(biāo)Table 2-4 anhydrous ammonia quality indicators指標(biāo)名稱指 標(biāo) 氨含量 % 99.5殘留物含量 %0.52.3 生產(chǎn)工藝流程敘述及工藝流程方框圖工藝流程方框圖氯乙酸烏洛托品溶解氨氣合成醇析離心醇洗烘干包裝產(chǎn)品精餾回收甲醇副產(chǎn)物氯化銨圖2-1 工藝流程方框圖Figure 2-1 process flow diagram工藝流程敘述將氯乙酸、六次甲基四胺固體按工藝配比分別溶解成工藝指標(biāo)要求含量的溶液，然后備入計(jì)量槽。首先向反應(yīng)釜內(nèi)投入六次甲基四胺水溶液，加熱至一定溫度后，開始滴加氯乙酸溶液，并通入氨氣反應(yīng)。反應(yīng)過程中控制好反應(yīng)溫度和pH值，待加料結(jié)束后保溫一段時(shí)間，通過甲醇醇析、真空抽濾、甲醇醇洗，分離出氨基乙酸，并甩干、烘干、取樣化驗(yàn)，包裝合格后入庫出廠。甲醇醇析，甲醇含量降低，而且含有其他雜質(zhì)，通過精餾塔、提純后回收利用，精餾后殘液排污至污水池，濃縮結(jié)晶出氯化銨副產(chǎn)品。2.4主要工藝指標(biāo)的確定1418 2.4.1 生產(chǎn)工藝特點(diǎn)除甲醇精餾是半間歇生產(chǎn)外，其他生產(chǎn)工序都是分批投料、間歇生產(chǎn)，生產(chǎn)周期為8小時(shí)，每天可生產(chǎn)3批。這樣的生產(chǎn)過程，容易造成工藝指標(biāo)控制不穩(wěn)定，使產(chǎn)品質(zhì)量、收率產(chǎn)生波動。因此，生產(chǎn)中各工序工藝指標(biāo)的控制、操作過程關(guān)鍵因素的掌握，對產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，特別是產(chǎn)品收率的提高，有著十分重要的影響。2.4.2 工藝指標(biāo)的確定（1）： 反應(yīng)工序反應(yīng)過程中，催化劑加入量、反應(yīng)溫度、pH值的調(diào)節(jié)以及反應(yīng)時(shí)間長短等因素，對產(chǎn)品質(zhì)量和收率有著決定性的影響。 催化劑加入量氯乙酸與液氨是在催化劑烏洛托品的作用下進(jìn)行反應(yīng)的。如果催化劑加量不足，會導(dǎo)致反應(yīng)不充分，影響反應(yīng)速度，氨基乙酸生成量減少、收率下降；反之，如加量過大，對提高收率作用不大卻會增加烏洛托品的消耗。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，催化劑的加入量與主原料氯乙酸的投料量之比為10%左右，如果其他因素正常，這樣的加入量能夠使收率達(dá)到90以上。 反應(yīng)溫度該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中大量放熱。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)平衡原理，降低溫度有利于氨基乙酸的生成。生產(chǎn)中反應(yīng)溫度應(yīng)控制在70左右。反應(yīng)溫度過低，則反應(yīng)速度慢、反應(yīng)不充分、生產(chǎn)周期長，影響產(chǎn)量，冷卻水消耗增加；反應(yīng)溫度過高(如達(dá)到95以上)，會造成反應(yīng)過于激烈，不利于安全生產(chǎn)，并使副反應(yīng)增多，致使產(chǎn)品外觀發(fā)黃，既影響收率又使產(chǎn)品質(zhì)量下降。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，反應(yīng)溫度達(dá)到100左右，產(chǎn)品收率會降到70左右。 反應(yīng)過程中pH值反應(yīng)過程中pH值應(yīng)控制在7.07.5。若pH6則反應(yīng)液呈酸性，加之溫度較高，會使產(chǎn)品鐵含量增加、外觀發(fā)黃。此外，pH值偏低，會使反應(yīng)不充分，收率必然下降。若pH值9，說明氨過量較多，理論上講有利于充分反應(yīng)、提高收率，但會造成產(chǎn)品粒子過細(xì)，過濾沖洗時(shí)損失增加，反而不利于提高收率。同時(shí)，氨過量太多會大量外逸，既污染環(huán)境又造成浪費(fèi)。控制反應(yīng)液pH=7.07.5并保持基本穩(wěn)定，在其他因素正常時(shí)，能夠使收率達(dá)到90左右。（2）： 結(jié)晶分離工序氯乙酸氨解生成氨基乙酸的反應(yīng)是在水溶液中進(jìn)行的，反應(yīng)結(jié)束得到的是氨基乙酸、氯化銨、烏洛托品等的水溶液。由于甲醇和水可以互溶，氨基乙酸只是易溶于水而微溶于甲醇，而氯化銨、烏洛托品溶于甲醇，因此在結(jié)晶工序加入的甲醇與水互溶，氨基乙酸大量失去溶劑水而產(chǎn)生過飽和，發(fā)生鹽析結(jié)晶從母液中析出，與其他物質(zhì)得以分離。 甲醇的用量及加入方式用氯乙酸在水相中催化氨解生產(chǎn)氨基乙酸的工藝過程中，傳統(tǒng)方法是向已完成的反應(yīng)物料中加入一定量的甲醇，以降低溶劑的介電常數(shù)，使氨基乙酸沉降析出，而令副產(chǎn)物氯化銨留在醇水混合溶劑中，然后分離出產(chǎn)物，用精餾法回收甲醇循環(huán)使用。因此一定體積的已完成反應(yīng)的物料中需要加入多少體積的甲醇最適宜，便成為不可回避的操作指標(biāo)。加少了，產(chǎn)品中Cl-%超標(biāo)；加多了，不僅回收甲醇的工作量增大，損耗增加，而且產(chǎn)品收率下降（氨基乙酸在水甲醇體系中也有一定量的溶解度）。由于下列諸因素：a：已完成反應(yīng)物料中氨基乙酸和氯化銨的濃度不同；b：所用甲醇的濃度不同；c：醇析操作過程的溫度不同；d：不同規(guī)格氨基乙酸產(chǎn)品對Cl-%的限制指標(biāo)不同。因此機(jī)械地規(guī)定（甲醇/反應(yīng)物料）體積比是不行的。而且由于影響這個(gè)比值的變量這樣多，憑經(jīng)驗(yàn)也有難度。本設(shè)計(jì)所選用的數(shù)據(jù)參照了南通東昌化工的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，甲醇的用量與原料氯乙酸的比按8.1:1計(jì)。生產(chǎn)中甲醇是分兩步加入的。第一次加入少量甲醇，充分?jǐn)嚢杞禍睾?，再加人大量甲醇，充分?jǐn)嚢杞禍?，放料過濾。這樣操作的原因是：由于第一次加入的甲醇是少量的，所以氨基乙酸的飽和度不是很大，會在溶液中析出數(shù)量不是很多的細(xì)小結(jié)晶；第二次加入大量甲醇時(shí)，這些細(xì)小結(jié)晶起到了晶種的作用，大量析出的氨基乙酸在晶種表面上聚集，結(jié)晶得以長大。這樣的結(jié)晶顆粒大、純度高、粒度均勻容易過濾洗滌。如果不是分兩次、不同量加入而是一次加入大量所需甲醇。會造成晶核生成量過大，結(jié)晶粒度較小、大小不均，導(dǎo)致過濾洗滌困難、產(chǎn)品過濾損失加大，收率大大降低，不足70，并使甲醇消耗增加很多。 結(jié)晶溫度氨基乙酸在水中的溶解度隨溫度的升高而增加，隨溫度的降低而減小，加上結(jié)晶是個(gè)放熱過程，所以降低溫度對氨基乙酸的結(jié)晶有利。放入結(jié)晶槽的反應(yīng)液溫度一般在70以上，這時(shí)不應(yīng)立刻加入甲醇，而應(yīng)待其降溫至60后第一次加入甲醇，充分?jǐn)嚢杞禍刂?050時(shí)第二次加入甲醇。反之，如果在溫度較高時(shí)加入甲醇，會產(chǎn)生大量很細(xì)的結(jié)晶，導(dǎo)致過濾、洗滌困難，物料損失很大，收率很低，只有70左右。 攪拌強(qiáng)度和結(jié)晶時(shí)間結(jié)晶過程是在機(jī)械攪拌下進(jìn)行的，這樣做不但利于降溫，而且使細(xì)小結(jié)晶懸浮在母液中，以促進(jìn)傳質(zhì)、結(jié)晶；此外，還可以減少晶粒黏結(jié)形成晶簇的機(jī)會，從而減少結(jié)晶中的母液包藏，有利于提高產(chǎn)品純度。當(dāng)然，攪拌速度不能太快，否則會造成大量結(jié)晶破碎難以長大，使過濾、洗滌困難，損失增大，降低收率。（3）： 其他因素 離心洗濾操作完成結(jié)晶的物料放入過濾槽，使氨基乙酸結(jié)晶與母液分離晶體表面粘有一些母液，通過甲醇洗濾、離心甩干可以除去。離心洗濾時(shí)所用甲醇濃度為9295。如果甲醇濃度過高、水含量太小，則不易洗去晶體表面的可溶雜質(zhì)，會消耗大量甲醇，增加產(chǎn)品的損失，并加重甲醇精餾回收的負(fù)荷。如果甲醇濃度低于90，雖然可以加快過濾速度，但由于水含量過高，會使少量氨乙酸溶解到水中，被濾液帶走。由于每批物料要分多次離心洗濾，因此半成品的累計(jì)損失較大，導(dǎo)致產(chǎn)品收率明顯下降。據(jù)測算，離心洗濾操作不當(dāng)，會使收率下降510。 干燥工序的操作干燥工序通過熱風(fēng)直接加熱除去半成品中的水分，使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到要求。加料、放料要精心操作，減少跑料、漏料和吹灑損失 干燥工序如果控制得不好，會使收率下降2左右。 其他每次放料后，反應(yīng)釜、結(jié)晶槽的內(nèi)壁上都有一層致密的氨基乙酸白色結(jié)晶，如果不及時(shí)清理，會越積越厚，不但影響換熱，而且造成浪費(fèi)，影響收率。因此，每次放料后，應(yīng)進(jìn)行清理，并將清理下的片狀結(jié)晶砸碎。在下次投料時(shí)摻入反應(yīng)釜中加以回收。此外，過濾及離心洗濾后的甲醇中氨基乙酸的回收也很重要。在過濾池和離心機(jī)濾液出口處接一個(gè)三級緩沖槽，這樣不但可以回收一些過濾過程中“跑料”損失掉的氨基乙酸，而且能夠回收一些因?yàn)V液溫度降低而結(jié)晶析出的氨基乙酸。堅(jiān)持做好這些回收工作，可以使收率提高35。2.4.3 結(jié)語生產(chǎn)中影響收率的因素很多，而且這些因素往往是相互聯(lián)系、相互作用的。要提高產(chǎn)品收率，反應(yīng)工序的控制是基礎(chǔ)，結(jié)晶工序是關(guān)鍵，其他因素的控制是補(bǔ)充?？傊岣弋a(chǎn)品收率，必須綜合考慮以上這些影響收率的因素，有針對性地采取措施，才能起到好的效果，使產(chǎn)品收率達(dá)到90左右。第3章 工藝計(jì)算3.1 物料衡算3.1.1 原料及產(chǎn)品規(guī)格原料規(guī)格：氯乙酸： 含量97.5% 其它2.5%氨： 含量99.6% 其它0.4% 烏洛托品：含量99.0% 水分0.5% 其它0.5%回收甲醇：含量92% 水分8%產(chǎn)品規(guī)格：氨基乙酸： 含量98.5% 氯化物0.4% 其它1.1%3.1.2 衡算采用間歇式生產(chǎn)過程，以每一批處理量為衡算基準(zhǔn)。已知每批次生產(chǎn)時(shí)間為8小時(shí)，每天可生產(chǎn)3批。3.1.3 已知定量1、離心后水分含量：0.77%計(jì)算2、吸濾及離心過程產(chǎn)品按損耗10%計(jì)算3、催化劑用量按主原料的11.5%計(jì)算4、吸濾及離心過程甲醇按損耗1.5%計(jì)算5、精餾效率為99%3.1.4 列衡算式年工作天數(shù)按330天計(jì)算。年產(chǎn)10000噸氨基乙酸，則日產(chǎn)量為：10000噸/330天=30.30303噸/天。每批物料的生產(chǎn)周期為8小時(shí)，即每天生產(chǎn)3次，則每次應(yīng)產(chǎn)氨基乙酸的量為：30303.03kg/3=10101.01kg已知產(chǎn)品純度為98.5%，則產(chǎn)品中氨基乙酸純品質(zhì)量為：10101.0198.5%=9949.5kg整個(gè)生產(chǎn)過程按85%的損耗計(jì)算，生產(chǎn)氨基乙酸時(shí)氯乙酸理論消耗則為：9949.594.5/7585%=14904.74kg已知氯乙酸的純度為97.5%，所以每批次所消耗的氯乙酸的原料量為：14904.74/97.5%=15286.91kg溶料時(shí)氯乙酸與所加水的量比按71.8%計(jì)，則每批所需水量為：15286.91/71.8%=21290.96kg 化學(xué)方程式：ClCH2COOH+2NH3 NH2CH2COOH+ NH4Cl 94.5 34 75 54.5已知反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為94%，由反應(yīng)方程式計(jì)算。所得氨基乙酸的量為： 14904.7494%75/94.5=11002.98kg所得氯化銨得量為： 14904.7494%54.5/94.5=7995.5kg消耗氨的量： 14904.7494%34/94.5=4988.02kg已知氨的純度為99.6% 為使反應(yīng)徹底，通過量5%的氨氣。4988.0299.6%105%=5058.45kg烏洛托品：175899.0%=1740.4kg水:20108.13+17580.5%=21299.75kg其他：15286.912.5%+5258.450.4%+17580.5%+14904.746%=1306.29kg表3-1 氨化合成釜物料衡算表Table 3-1 amination of reactor material balance sheet設(shè)備名稱進(jìn)料名稱進(jìn)料組分組分含量%進(jìn)料量kg 氨化合成釜氯乙酸氯乙酸97.515286.91烏洛托品烏洛托品991758水水21290.96氨氨99.65258.45出料名稱出料組分組分含量%出料量kg 氨化粗產(chǎn)物氨基乙酸11002.98氨249.4烏洛托品1740.4氯化銨7995.5水21299.75其他1306.29醇析過程，甲醇的用量與原料氯乙酸的比為8.1：1則所加甲醇的量為：15286.918.1=kg19表3-2 醇析釜的物料衡算表Table 3-2 alcohol out of the reactor material balance sheet設(shè)備名稱進(jìn)料名稱進(jìn)料組分組分含量%進(jìn)料量kg醇析釜氨化粗產(chǎn)物同上甲醇甲醇92出料名稱出料組分組分含量%出料量kg醇析產(chǎn)物氨基乙酸11002.98氨249.4烏洛托品1740.4氯化銨7995.5水31203.75其他1306.29甲醇吸濾離心過程，補(bǔ)充甲醇13680kg，用于清洗濾餅20。離心后水分含量為0.77%。則粗產(chǎn)物中水分含量為: 31203.750.77%=240.27kg母液中水分含量為: 31203.75-240.27+136808%=32057.88kg氯化銨有99.5%溶于母液中被分離出來，即7995.599.5%=7956.06kg 則粗產(chǎn)物中氯化銨的含量為：7995.5-7956.06=39.44kg離心過程產(chǎn)品損耗10%，則離心后粗產(chǎn)品中氨基乙酸的含量為：11002.9890%=9902.68kg母液中氨基乙酸的含量為 11002.98-9902.68=1100.3kg甲醇和氨離心過程損耗1.5%甲醇損耗（+13680）1.5%=2062.26kg氨損耗 ：249.401.5%=3.74kg粗產(chǎn)品中氨的含量為：249.40（31203.75+）（500+240.27）=1.27kg則母液中氨的含量為 583.7-3.74-1.27=244.39kg其他物質(zhì)離心后仍有8.67%于粗產(chǎn)品中。1307.648.67%=113.4kg母液中其他物質(zhì)為 1306.29-113.4=1192.89kg 表3-3 離心機(jī)物料衡算表Table 3-3 centrifuge material balance sheet設(shè)備名稱進(jìn)料名稱進(jìn)料組分組分含量%進(jìn)料量kg離心機(jī)醇析產(chǎn)物同上甲醇甲醇9213680出料名稱出料組分組分含量%出料量kg粗產(chǎn)物氨基乙酸