55kt_a甘氨酸生产车间工艺设计毕业论文(编辑修改稿)

55kt_a甘氨酸生产车间工艺设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

天然提取技术，但其产品质量高，可满足食品、医药工业的需求，国内尚有多家企业采用该法生产。 微波辐射（ Microwave Irradiation，简写为 MWI）在八十年代后期便作为一种新技术应用于有机合成。 微波辐射技术和相转移催化剂相结合，以氯乙酸乙酯为烷基化试剂，对邻苯二甲酰亚胺进行 N— 烷基化反应，然后经肼解，即可得到甘氨酸。 微波辐射法与常规法相比较具有反应速度快、操作方便等优点，且微波辐射不需要溶剂，后处理简单，产品纯度高，适应现代环境保护的要求。 美国、日本、欧洲长期以来坚持开发生物合成甘氨酸的研究。 20 世纪 80 年代后期，日本三菱公司把经过筛选的好氧土壤杆菌属、短杆菌属、棒状杆菌属等微生物加入含碳源、氮源及无机营养液的介质中进行培植，然后将该类菌种在 25～ 45℃ 、 pH 值为 4～ 9 的条件下，使乙醇胺转化为甘氨酸，再经过浓缩、中和、离子交换处理得到甘氨酸。 尽管目前生物法尚处于研究阶段，但该方法具有高选择性，无污染，将是极具发展潜力的合成路线。 甘氨酸的研究依据 甘氨酸的生产、运用及其功用价值，已在全球越来越引起人们的关注。 随着中国工业的高速发展，市场对于甘氨酸的需求 量及质量要求 也 在 逐渐 提高。 甘氨酸产品的质量决定于所使用的生产 工艺和原料，由于中国尚未制定医药级、食品级和饲料级甘氨酸的质量标准，这些产品均参照国际上目前使用的甘氨酸质量标准执行。 下 表 为国产甘氨酸的质量规格 ， 表 为国 外 甘氨酸的质量规格 ]4[。 表 国产甘氨酸质量规格 7 Domestic glycine quality specification 规格 医药级 食品级 饲料级 工业级 外观 白色结晶粉末 白色结晶粉末 白色结晶粉末 白色结晶粉末 纯度（ 252 NOHC ）， % ~ ~   氯（以 Cl 计）， %     重金属， %    铅（以 Pb 计）， %  硫酸盐（以 24SO 计）， %   砷（以 As 计）， %    铁（以 Fe 计）， %  氨（以 4NH 计）， %   烘干失重， %     灰分， %    pH 值 ~ ~ 表 国外甘氨酸的质量规格 Abroad glycine quality specification 规格 食品和医药级 USP24， BP98 外观 白色结晶粉末 白色结晶粉末 纯度（ 252 NOHC ）， % ~ ~ 氯（以 Cl 计）， %   重金属， %   铅（以 Pb 计）， %  硫酸盐（以 24SO 计）， %   砷（以 As 计）， %  铁（以 Fe 计）， %  氨（以 4NH 计）， %  烘干失重， %   灰分， %   pH 值 ~ 注： USP24 为美国药典； BP98为英国药典。 对比以上两个表可知，国外食品和医药级甘氨酸纯度要求含量大于 %，工业级要求大于 %，且对氯含量要求极高，最大值不允许超过 %；反观国内，特别是工业级和饲料级的质量与国外有明显差距，即使通过精制可生产医药级产品，但生产成本将大幅度增加，缺乏市场竞争能力， 如果 不进行技术改造是没有出路的。 因此对甘氨酸生产工艺进行进一步的研究具有很重要的应用价值。 8 国内外甘氨酸的生产现状 国外甘氨酸生产厂家主要有美国的查特姆公司、法国的斯帕西亚公司、日本的有机合成药品公司、昭和电工公司和昧之素公司等。 其中 ， 日本是甘氨酸生产和消耗大国。 这些公司基本都采用改进的 kerStrec 工艺和直接 Hydantion 工艺 ，目前世界甘氨酸年产量已达230kt 左右。 国内甘氨酸的生产规模目前约为 30 akt 左右 ， 生产厂家有 40余 家。 规模较大的有 上海化工高等专科学校实验工厂、 河北百家庄东华 化工总公司 、河北 省保定市中原 化工有限公司、 江苏省涟水化肥厂、 江西电化中达化工有限公司等 ]10[。 产品均为工业级甘氨酸 ， 用于生产农药草甘膦和植物生长调节剂增甘膦。 下 表 为我国生产甘氨酸的主要厂家及生产能力。 表 我国生产甘 氨酸的主要厂家及生产能力 Our country39。 s mainly glycine manufacturer and production capacity 生产厂家 生产能力 )( at 石家庄农药化工厂 500 河北东华化工总公司 3600 河北省万全县化肥厂 600 河北奇峰化工有限公司 500 平山县有机化工厂 600 河北省保定市中原化工厂 3200 河北省武强县化工六厂 800 太原化学工 业集团公司磷肥厂 700 上海化工高等专科学校实验工厂 10000 江苏省涟水化肥厂 2020 江苏省滨海化工厂 1500 浙江省新安江化工（集团）股份有限公司 1000 河南省新乡县华宇福利胶黏剂厂 1400 甘氨酸市场需求分析 近期，国内甘氨酸市场需求快速增长，我国的甘氨酸产量已从 2020年的 2万吨增加到2020年的 13万吨左右。 自 2020年以来，尤其是 2020年上半年，在草甘膦价格迅速攀升的带动下，甘氨酸价格不断上扬。 在经济形势及利益的驱动下，国内甘氨酸企业纷纷增产扩能。 据统计我 国目前甘氨酸 80%用于合成草甘膦 ,草甘膦为除草活性最强的内吸传导型广谱有机磷农药，因其具有低毒、易分解、强效、无残留等优点，被美国政府评为最优秀的农药。 9 由于草甘膦优异的性能和良好的发展前景， 二十世纪九十年代世界各地纷纷建设草甘膦生产装置 ， 目前世界需求量为 akt140。 由于经济危机的影响， 全球草甘膦市场已 于 2020年下半年 出现供过于求的局面 ]5~4[。 据统计资料表 明，发达国家需求量预计每年增加 10%～ 15%。 美国用作食品添加剂的甘氨酸达到 10kt，日本也有 3kt 左右，其中仅日本一家就有 用于食品加工。 在国内，由于没有相应的食品级甘氨酸质量标准和采用新工艺的生产装置，使得一些食品加工企业只能从国外进口，并且极大地阻碍了甘氨酸应用领域的扩展，据预测中国食品行业的潜在需求量为 10kt。 在国外，牛羊饲料配方中都加入甘氨酸，特别是在 10周内鸡雏用饲料中时不可缺少的成分，而中国饲养业中尚未使用添加甘氨酸的饲料。 我国是世界第二大饲料生产国，并以年均 8%的速度增长，可预计 随着中国食品级甘氨酸的规模化生产，甘氨酸作为饲料添加剂的前景非常广阔，仅从中国目前养鸡业的总规模来看，每年需耗甘氨酸。 在原料方面，目前我国丙烯腈年生产能力已达到 400kt，每年副产氢氰酸约 60kt,而且国内近期还要建设大型丙烯腈装置。 加上全球最畅销的 草甘膦型除草剂品种之一ROUNDUP 专利保护到期，对国内生产草甘膦的企业是一次较好的发展机遇。 因此我国有关部门应充分利用原料优势，抓住发展机遇，在精细化工发达的地区，采用氢氰酸法建设一套万吨级规模的甘氨酸生产装置。 必将获取良好的社会效益和经济效益。 甘氨酸生产技术的发展趋势 从国外甘氨酸现有生产装置使用的工艺路线及关于甘氨酸制备技术所申请专利的数量和内容来分析 ， 国外目前甘氨酸的生产完全淘汰了氯乙酸氨解工艺。 现 主要采用以氢氰酸、羟基乙腈为原料的 kerStrec 工艺和 Hydantion 工艺 ， 并有采用生物技术由甘氨腈生产甘氨酸的发展趋势。 而在中国 由 氯乙酸氨解工艺生产甘氨酸是目前普遍采用的技术， 自 1969年 实现工业化以 来，虽然对其进行了众多改进性研究 ，但 由于所得产品纯度低、杂质含量多而无法满足食品和医药行业 生产的使用要求。 虽然中国已经开发成功了以氢氰酸为原料合成甘氨酸的小试技术，但反应收率只有 73%，产品纯度只有 95%，如要实现工业化还需在反应工艺、产品的精制和连 续化方面进行大量研究。 从甘氨酸的收率及纯度所受影响因素方面分析，我国现行合成甘氨酸操作温度普遍在70℃ 以上，这样高的温度对合成反应不利。 故必须改进设备和操作，把反应温度降下来， 10 最好能降到 60～ 70℃ 左右。 在优化的反应条件下，改变反应温度，反应结果见表 ]6[。 表 温度对反应产率的影响 The influence of temperature on reaction 温度（ C ） 50 60 70 80 产率（ %） 由上表可知，降低反应温度会使反应产率下降，并且延长反应时间。 从热力学分析，延长反应时间对复杂连串反应中目的产物甘氨酸的 生成不利，因此降低反应温度的同时也必须提高催化剂使用水平，使反应时间不致延长。 本设计所选路线及任务 本设计要求年生产 5500 吨的甘氨酸，考虑到产量较大，且其它生产工艺只在实验阶段，或在国内技术不成熟，本设计选用了氯乙酸氨解法生产工艺，并从催化剂、反应条件及母液、尾气的处理方法等几个方面对传统的氯乙酸氨解法进行稍加优化。 所选设计方案为用硫磺粉、液氯、冰醋酸、液氨、乌洛托品溶液直接合成甘氨酸方法。 该合成方法具有流程短、投资费用小、操作安全简单等优点，而且可规模放大，适合规模化工业生产。 该方案虽为旧工艺 生产方案的改进方案，但可以有效的提高甘氨酸产品的收率及市场竞争力。 本 设计 要考虑 的主要问题：一是 所选 甘氨酸制取方法 的可行性 ；二是 哪种 工艺 流程最佳 ；三是 反应条件、催化剂及 产物的分离 与 处理 方法 的 该怎么选用；四是满足生产能力要求的主要设备的选择以及工艺参数的确定。 本 设计主要完成以下任务： ① 确定生产车间所采用的合成方法及 工艺流程 路线 ； ② 提高所得 产品的 收率 及 降低生产成本、物料消耗、劳动强度 ； ③ 力求资源综合利用和保护环境，尽量满足“三废”治理的要求； ④ 进行物料衡算和热量衡算，确定车间 主要设备的规格型 号、工艺参数及 设备 组成 ； ⑤ 给出总体工艺流程图、所用 主要设备的主体视图及局部视图。 11 第 2 章 生产工艺流程及主要工艺指标的确定 生产基本原理及化学方程式 基本原理：冰醋酸和液氯在硫磺粉存在下生成氯乙酸，氯乙酸和液氨在六亚甲基四胺的催化作用下，反应生成氨基乙酸和副产物氯化铵。 化学反应方程式： 主要反应：   H C lC O O HC lC HClC O O HCH 223 硫磺 （ 2— 1）   H C lC O O HCHNHNHC O O HC lC H 2232 乌洛托品 （ 2— 2） 副反应： ClNHHClNH 43  （ 2— 3） 基本物料理化性质 ① 冰醋酸 （ Acetic Acid）：分子式为 COOHCH3 ，相对分子质量为 60。 无色透明易 燃液体，有刺激性酸臭及较强的腐蚀性；相对密度： （ 20℃ ）；凝固点： ℃ ；沸点：℃ ；闪点： ℃ （闭杯）， 自燃点： 465℃ ；爆炸极限： %～ 16%；能溶于水、醚及甘油，不溶于二硫化碳，与醇能发生酯化反应。 有毒，空气中最高容许浓度 ppm10 ，大鼠经口半致死量 kgmg3300。 闪点相当于中闪点易燃液体，遇明火、高温、氧化剂有燃烧危险，其蒸气浓度达到爆炸界限时遇火星会爆炸。 ② 液氯 （ Chorine）：分子式为 2Cl，相对分子质量为 71。 黄绿色有刺激性气味的气 体，常温下加压到 608～ 811 千帕或大气压下冷却到 35～ 40℃ 可液化，相对密度为 ，熔点 101℃ ，沸点 ℃ ，爆炸极限： 11%～ %(在 2H 中 )；易溶于水和碱性溶液。 剧毒，空气中最高容许浓度 31 mmg。 大鼠一次吸入半数致死量为 31 mmg。 有助燃性，在日光下与易燃气体混合时会发生燃烧爆炸。 ③ 硫磺 （ Sulfur）：分子式为 S， 相对分子量为 32。 有几种同素异构体，一般为淡黄色脆性结晶体或粉状物，有特殊臭味，不溶于水。 相对密度 （粉），熔点 119℃ ，闪点 ℃ ，自燃点 ℃ ，属二级易燃固体，爆炸下限： mg。 在正常情况下，燃 12 速缓慢，遇明火、高温，易发生火灾危险。 ④ 氯乙酸 （ Monochloroacetic Acid）：分子式为 COOHClCH2 ，相对分子量为。 无色晶体，有刺激性气味，易潮解，有强烈的腐蚀性，能破坏金属、橡胶和软木塞等，属二级有机酸性腐蚀品。 相对密度 3/cmg （ 20℃ ）， 沸点 189℃ ，自燃点 423℃ ,爆炸下限：8%。 能溶于水、乙醇、醚、氯仿和二硫化碳等有机溶剂。 受热分解产生有毒光气和氯化物气体。 氯乙酸质量标准（执行 QJ/）如表 所示。 表 工业氯乙酸质量标准 Chloroacetate industrial quality standards 指标名称 指标 氯乙酸含量（ %）  二氯乙酸含量（ %）  外观 白色或微黄色晶体 ⑤ 乌洛托品（ U。