氨基乙酸生產(chǎn)工藝設(shè)計

氨基乙酸生產(chǎn)工藝設(shè)計摘要氨基乙酸又名甘氨酸，它是結(jié)構(gòu)最簡單的α-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)計的目的在于對模擬年產(chǎn)1萬噸氨基乙酸的廠房工藝進行設(shè)計和優(yōu)化，本設(shè)計簡要介紹了氨基乙酸的主要用途，國內(nèi)外的生產(chǎn)情況，研究進展和未來的發(fā)展趨勢。結(jié)合國內(nèi)的實際情況，本設(shè)計選用了氯乙酸氨解法，采用間歇式的生產(chǎn)方式，初步設(shè)計要求年產(chǎn)量1萬噸，參照了許多文獻及數(shù)據(jù)，對整個生產(chǎn)過程做了物料衡算，主要設(shè)備進行了熱量衡算，并對主體設(shè)備氨化合成釜進行了設(shè)計，對生產(chǎn)工藝流程進行了優(yōu)化，對車間進行了布置和規(guī)劃。設(shè)計經(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)計要求。關(guān)鍵詞：氨基乙酸；生產(chǎn)工藝；收率；氯乙酸氨解ANNUALOUTPUTOFGLYCINEWORKSHOPPROCESSDESIGNABSTEACTGlycineisthemostsimplestructureoftheα-aminoacids,it'suseisveryextensive,mainlyforagriculturalchemicals,pharmaceuticals,food,feedandotherproductionofaminoacids,syntheticsurface-activeagent.Therearemanymethodsofproducinglycine.ThemainsolutionsareammoniaandChloroacetateStrecklaw.Athome,becauseoftechnology,rawmaterialsandotherreasons,mostplantsusechloroaceticacidammonolysisprocess.Thepurposeofthedesignistooptimizetheworkshopprocessofanannualoutputof1,0000tonsofGlycine.Thedesigngivesabriefingontheprocessofthemainpurposesofglycine,thesituationoftheproductionathomeandabroad,theresearchprogressandfuturedevelopmenttrends.WiththeactualsituationdevelopmentinChina,thedesignchosethechloroaceticacidammonolysisprocessandusetheintermittentmodeofproduction.Thepreliminarydesignrequirementsofannual10,000tons,Searchedanumberofdocumentsanddata，didthematerialbalanceoftheentireproductionprocesstheheatbalanceofthemajorequipment,designedthemainequipmentaminationofreactor,optimizedtheproductionprocess.Afterwerepeatedmodificationsandadjustments,wegotmanydataandbeabletogetcontroloftheprocessparameters,whicharetheoreticallyinlinewiththeproductofthedesignrequirements.KEYWORDS：glycine;productionprocess;yield;chloroaceticacidammonolysisprocess

目錄TOC\o"1-3"\h\u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)量標準 72.3生產(chǎn)工藝流程敘述及工藝流程方框圖 82.4主要工藝指標的確定 92.4.1生產(chǎn)工藝特點 92.4.2工藝指標的確定 92.4.3結(jié)語 11第3章工藝計算 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計算Q1與Q4 173.3.2過程熱效應(yīng)Q3計算 193.2.3Q2的計算 20第4章主體設(shè)備氨化合成釜設(shè)計 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計算傳熱面積 224.8計算夾套筒體，封頭厚度 224.9計算內(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 27

表格清單TOC\o"1-3"\h\u表1-1工業(yè)氨基乙酸質(zhì)量指標 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)量標準 8表2-2六次甲基四胺質(zhì)量指標 8表2-3工業(yè)甲醇質(zhì)量指標 8表2-4無水氨質(zhì)量指標 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離心機物料衡算表 15表3-4干燥機物料衡算表 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TOC\o"1-3"\h\u圖2-1工藝流程方框圖 9引言本設(shè)計為對氨基乙酸工藝流程的設(shè)計研究，主要對國內(nèi)外現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)和試驗進展進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HenriMartin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40小時，純度在90%左右[1]。后來用液氨代替氨水，收率達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，不斷的進行改進。自1969年實現(xiàn)工業(yè)化以來，國內(nèi)許多專家對其進行了眾多改進性研究，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：NH2CH2COOHCAS號：56-40-6毒性防護：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248℃（分解）。易溶于水，在水中的溶解度：25℃時為25g/100ml；50℃時為39.1g/100ml；75℃時為54.4g/100ml；100℃時為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25kg±0.25kg，運輸時注意防潮，避免被尖銳物劃破[2]。表1-1工業(yè)氨基乙酸質(zhì)量指標Table1-1aminoacidindustrialqualityindicators指標名稱指標一等品合格品氨基乙酸含量%≥97.5≥95.5氯化物(以Cl計)含量%≤0.70≤0.90鐵(Fe)含量%≤0.003≤0.005加熱減量%≤1.0≤2.0外觀白色粉末1.2產(chǎn)品用途[3]1.2.1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的內(nèi)吸傳并型廣譜有機磷農(nóng)藥，它能有效控制危害最大的雜草達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、低毒、易分解、無殘留等優(yōu)點，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)草甘膦的收率遠高于國內(nèi)，草甘膦的含量也比國內(nèi)高出幾個百分點，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)用還有等進一步開發(fā)，對于國內(nèi)的生產(chǎn)氨基乙酸廠家，改進生產(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化劑、調(diào)味劑及營養(yǎng)補充成分、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，用于護膚及清潔用化妝品的復(fù)配劑，另外，用于配制發(fā)泡力強，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，并取得了一定的進展，因此國內(nèi)科研機構(gòu)和企業(yè)要借鑒國外的研究思路，加強催化脫氫氧化制備，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)量達到230萬t，我國的生產(chǎn)能力為23萬t/年。生產(chǎn)與消費主要集中在工業(yè)發(fā)達國家和地區(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，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/年項目進展正常，目前已進入投料試生產(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（600389）的子公司南通東昌化工有1萬噸的生產(chǎn)能力、江西電化中達有1.5萬噸等，其它企業(yè)的規(guī)模普遍偏小，如蘇州永達氨基酸廠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，并取得了一定的進展，因此國內(nèi)科研機構(gòu)和企業(yè)要借鑒國外的研究思路，加強催化脫氫氧化制備，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，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年實現(xiàn)工業(yè)化以來，雖然對其進行了眾多改進性研究，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)鍵性指標氯化物含量仍高達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+HClNH(CH2COOH)2+ClCH2COOH→N(CH2COOH)3+HCl氯乙酸氨解法的優(yōu)點是原料易得，合成工藝簡單，對設(shè)備要求不高，易操作，基本無公害，缺點是反應(yīng)時間較長，副產(chǎn)物氯化銨等無機鹽類物質(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，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行了大量的研究工作，并取得一定的進展。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+3H2S04→3(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+H2S04→2NH2CH2COOH+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世紀是生物合成的世紀，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、氮源及無機營養(yǎng)液的介質(zhì)中進行培植，然后將該類菌種在25～45℃，pH值在4～9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。進入20世紀90年代以后，國外合成氨基乙酸的技術(shù)有了新的進展，日本Nitto化學(xué)工業(yè)公司將培養(yǎng)的假細胞菌屬，酪蛋白菌屬，產(chǎn)堿桿菌屬等菌屬以0.5%(質(zhì)量分數(shù)，干重)加入到含氨基乙酸胺基質(zhì)中，在30℃，pH值7.9～8.1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)工藝只在實驗階段，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)品價格 表1-2氨解法原料消耗及成本Table1-2ammoniasolutionandthecostofrawmaterialsconsumption原料名稱純度%單耗t單價元/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/

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/18638現(xiàn)在氨基乙酸價格每噸3.3萬元左右，2007年12月中旬其價格才1.8萬元/噸，12月底國內(nèi)最大的氨基乙酸生產(chǎn)企業(yè)河北東華化工集團的傳真價格變成了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到了100%。第2章生產(chǎn)工藝流程及各工藝指標的確定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。化學(xué)方程式：主反應(yīng)：ClCH2COOH+2NH3→NH2CH2COOH+NH4Cl副反應(yīng)：NH2CH2COOH+ClCH2COOH→NH(CH2COOH)2+HClNH(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溶劑，相對密度：1.58g/cm3（20/20℃），其熔點：61～63℃，沸點為：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1.27g/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：-97.8℃、沸點：64.65℃，自燃點：470℃，能與水和多數(shù)有機溶劑混溶，蒸汽與空氣生成爆炸性混合物，爆炸極限(6.0～36.5)%(體積)，燃燒時生成藍色火焰，用于制造甲醛和農(nóng)藥等，并用作有機物質(zhì)的萃取和酒精的變性劑等。（4）：氨氣(NH3)無色氣體，有強烈的刺激性氣味，相對密度：0.771g/cm3，易被液化成無色的液體，沸點：-33.5℃，也易被固化成雪狀的固體，熔點：-77.7℃，溶于水、乙醇和乙醚，在高溫時會分解成氮和氫，有還原作用。2.2.2原料質(zhì)量標準（執(zhí)行QJ/XHG.JH0207-08-2001）（1）:氯乙酸表2-1工業(yè)氯乙酸質(zhì)量標準Table2.-1Chloroacetateindustrialqualitystandards指標名稱指標氯乙酸含量%≥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Table2-2Hexaminequalityindicators指標名稱指標純度%≥98.0氯化物(以Cl計)%≤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Table2-3methanolindustryqualityindicators指標名稱指標密度(20℃)g/cm30.791～0.793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Table2-4anhydrousammoniaqualityindicators指標名稱指標氨含量%≥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Figure2-1processflowdiagram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要求含量的溶液，然后備入計量槽。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，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主要工藝指標的確定[14~18]2.4.1生產(chǎn)工藝特點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，每天可生產(chǎn)3批。這樣的生產(chǎn)過程，容易造成工藝指標控制不穩(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)時間長短等因素，對產(chǎn)品質(zhì)量和收率有著決定性的影響。①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，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到90％以上。②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，反應(yīng)溫度達到100℃左右，產(chǎn)品收率會降到70％左右。③反應(yīng)過程中pH值反應(yīng)過程中pH值應(yīng)控制在7.0～7.5。若pH<6．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，過濾沖洗時損失增加，反而不利于提高收率。同時，氨過量太多會大量外逸，既污染環(huán)境又造成浪費?？刂品磻?yīng)液pH=7.0～7.5并保持基本穩(wěn)定，在其他因素正常時，能夠使收率達到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。①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。加少了，產(chǎn)品中Cl-%超標；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-%的限制指標不同。因此機械地規(guī)定（甲醇/反應(yīng)物料）體積比是不行的。而且由于影響這個比值的變量這樣多，憑經(jīng)驗也有難度。本設(shè)計所選用的數(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。生產(chǎn)中甲醇是分兩步加入的。第一次加入少量甲醇，充分攪拌降溫后，再加人大量甲醇，充分攪拌降溫，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)量不是很多的細小結(jié)晶；第二次加入大量甲醇時，這些細小結(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。②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，充分攪拌降溫至40℃～50℃時第二次加入甲醇。反之，如果在溫度較高時加入甲醇，會產(chǎn)生大量很細的結(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。③攪拌強度和結(jié)晶時間結(jié)晶過程是在機械攪拌下進行的，這樣做不但利于降溫，而且使細小結(jié)晶懸浮在母液中，以促進傳質(zhì)、結(jié)晶；此外，還可以減少晶粒黏結(jié)形成晶簇的機會，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①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。離心洗濾時所用甲醇濃度為92％～95％。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，會使收率下降5％～10％。②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。③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，如果不及時清理，會越積越厚，不但影響換熱，而且造成浪費，影響收率。因此，每次放料后，應(yīng)進行清理，并將清理下的片狀結(jié)晶砸碎。在下次投料時摻入反應(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。在過濾池和離心機濾液出口處接一個三級緩沖槽，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濾液溫度降低而結(jié)晶析出的氨基乙酸。堅持做好這些回收工作，可以使收率提高3％～5％。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)品收率達到90％左右。第3章工藝計算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。已知每批次生產(chǎn)時間為8小時，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%計算2、吸濾及離心過程產(chǎn)品按損耗10%計算3、催化劑用量按主原料的11.5%計算4、吸濾及離心過程甲醇按損耗1.5%計算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，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：10101.01×98.5%=9949.5kg整個生產(chǎn)過程按85%的損耗計算，生產(chǎn)氨基乙酸時氯乙酸理論消耗則為：9949.5×94.5/75×85%=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溶料時氯乙酸與所加水的量比按71.8%計，則每批所需水量為：15286.91/71.8%=21290.96kg化學(xué)方程式：ClCH2COOH+2NH3→NH2CH2COOH+NH4Cl94.5347554.5已知反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為94%，由反應(yīng)方程式計算。所得氨基乙酸的量為：14904.74×94%×75/94.5=11002.98kg所得氯化銨得量為：14904.74×94%×54.5/94.5=7995.5kg消耗氨的量：14904.74×94%×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。4988.02÷99.6%×105%=5058.45kg烏洛托品：1758×99.0%=1740.4kg水:20108.13+1758×0.5%=21299.75kg其他：15286.91×2.5%+5258.45×0.4%+1758×0.5%+14904.74×6%=1306.29kg表3-1氨化合成釜物料衡算表Table3-1aminationofreactormaterialbalancesheet設(shè)備名稱進料名稱進料組分組分含量%進料量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：15286.91×8.1=123804kg[19]表3-2醇析釜的物料衡算表Table3-2alcoholoutofthereactormaterialbalancesheet設(shè)備名稱進料名稱進料組分組分含量%進料量kg醇析釜氨化粗產(chǎn)物同上甲醇甲醇92123804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113900吸濾離心過程，補充甲醇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:31203.75×0.77%=240.27kg母液中水分含量為:31203.75-240.27+13680×8%=32057.88kg氯化銨有99.5%溶于母液中被分離出來，即7995.5×99.5%=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：11002.98×90%=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（123804+13680）×1.5%=2062.26kg氨損耗：249.40×1.5%=3.74kg粗產(chǎn)品中氨的含量為：249.40÷（31203.75+113900）×（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。1307.64×8.67%=113.4kg母液中其他物質(zhì)為1306.29-113.4=1192.89kg表3-3離心機物料衡算表Table3-3centrifugematerialbalancesheet設(shè)備名稱進料名稱進料組分組分含量%進料量kg離心機醇析產(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9902.68氯化銨39.44水240.27其他113.4甲醇500氨1.27母液氨基乙酸1100.3氨244.39烏洛托品1740.4氯化銨7956.06水32057.88其他1192.89甲醇123923.34損耗甲醇2062.26氨3.74干燥過程粗產(chǎn)品中甲醇，水，氨全部去掉。表3-4干燥機物料衡算表Table3-4dryermaterialbalancesheet設(shè)備名稱進料名稱進料組分組分含量%進料量kg干燥粗產(chǎn)物同上出料名稱出料組分組分含量%出料量kg產(chǎn)品氨基乙酸9902.68氯化銨39.44其他113.4甲醇甲醇500氨氨1.27水水240.27得到的產(chǎn)品總量為9902.68+39.44+113.4=10055.52kg純品含量為9902.68÷10055.52×100%=98.48%其他雜質(zhì)含量113.4÷10055.52×100%=1.13%氯化物的含量39.44÷10055.52×100%=0.39%產(chǎn)品符合標準精餾效率為99%，則可回收的甲醇為:123923.34×99%=122684.11kg塔釜流出液為:1100.3+1740.4+7956.06+21634.05+1239.23+1192.89=34862.93實際年產(chǎn)量為:10055.52×3×330=9955噸。各項指標均符合設(shè)計要求。表3-5精餾塔物料衡算表Table3-5distillationcolumnmaterialbalancesheet設(shè)備名稱進料名稱進料組分組分含量%進料量kg精餾塔母液同上出料名稱出料組分組分含量%出料量kg氯化銨溶液氨基乙酸1100.3烏洛托品1740.4氯化銨7956.06水21634.05其他1192.89甲醇1239.23水水10423.79甲醇甲醇122684.11氨氨244.39對于整個系統(tǒng)輸入：15286.91+1758+21290.96+5258.45+123804+13680=181078.32kg輸出：2062.26+3.74+500+240.27+1.27+10055.52+34862.93+10423.79+122684.11+244.39=181078.3kg3.2熱量衡算熱量衡算按照能量守恒定律，在無軸功條件下，進入系統(tǒng)的熱量與離開熱量平衡，在實際中對傳熱設(shè)備的熱量衡算可由下式表示[21]：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6（3.1）Q1—所處理的物料帶入設(shè)備中的熱量kJQ2—加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量（符號規(guī)定加熱劑加入熱量為“+”；冷卻劑吸收熱量為“-”）kJQ3—過程的熱效應(yīng)（符號規(guī)定過程放熱為“+”；過程吸收熱量為“-”，注意Q與熱焓符號相反，即Q=-△H。）kJQ4—離開設(shè)備帶走的熱量kJQ5—設(shè)備各部件所消耗的熱量Q6—設(shè)備向四周散失的熱量取25℃為溫度基準。3.2.1計算Q1與Q4Q1或Q4可用下列公式計算Q1（Q4）=（3.2）式中Gi—物料的質(zhì)量kg—物料平均定壓比熱容kJ/kg℃t—物料的溫度℃t0—計算基準溫度℃固體和液體的熱容可采用下式計算[22]（《化工生產(chǎn)中的間歇過程》）C=4.184 （3.3）式中ca—元素的原子比熱容kJ/kg℃（見下表）n—分子中同一元素的原子數(shù)M—化合物的分子量g/mol 表3-6元素的原子比熱容（0℃）Table3.6elementsoftheatomicheatcapacity(0℃)元素ca（固）ca（液）元素ca（固）ca（液）碳1.82.8硅4.85.0氫2.34.3氟5.07.0氧4.06.0硼2.84.7硫5.47.4氮2.6——磷5.52.0其他6.2-6.48.0按該式計算的是0℃的比熱容，和常溫下的比熱容出入不大，如要求高溫下的比熱，可由結(jié)果放大5%——10%。由C=4.184得25℃下氯乙酸ClCH2COOHC氯乙酸=4.184×=1.69kJ/kg℃烏洛托品（CH2）6N4C烏洛托品=4.184×=2.04kJ/kg℃氨基乙酸NH2CH2COOHC氨基乙酸=4.184×=2.42kJ/kg℃氯化銨NH4ClC氯化銨=4.184×=1.94kJ/kg℃查資料得C氨=2.22kJ/kg℃C水=4.18kJ/kg℃Q1==1.69×15286.91×25+4.18×21290.96+2.04×1758+2.22×5258.45×25=3252279.25kJ反應(yīng)的溫度在60-70℃左右C氨基乙酸=2.42×105%=2.54kJ/kg℃C烏洛托品=2.04×105%=2.14kJ/kg℃產(chǎn)生的少量雜質(zhì)對熱量的影響不大，現(xiàn)忽略不計，水在該溫度下的比熱容幾乎沒有變化。Q4==2.54×11002.98×70+1740.4×2.14×70+2.22×249.40×70+4.18×21299.75×70=8488106.2kJ3.3.2過程熱效應(yīng)Q3計算過程熱效應(yīng)可分為兩類，一類是化學(xué)過程熱效應(yīng)，另一類是物理過程熱效應(yīng)，即物理狀態(tài)變化熱，物料經(jīng)歷化學(xué)變化過程，除化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)外，往往伴隨著物料狀態(tài)變化熱效應(yīng)，則兩者應(yīng)結(jié)合在一起考慮，可用下式計算Q3=Qr+Qp（3.4）式中Qr——是化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)Qp——是物理過程熱效應(yīng)氯乙酸與氨氣反應(yīng)，生成大量的熱，氨溶解在水中，也放出大量的熱。ClCH2COOH+2NH3→NH2CH2COOH+NH4Cl95.5347554.5已知各物質(zhì)的焓△H氯化銨=-310.497kJ/mol△H氨基乙酸=-528.61kJ/mol△H氨=-44.27kJ/mol△H氯乙酸=-726.8kJ/mol由公式△H=（3.5）而Q=-△HQr=-（-310.497×7995.5÷54.5-528.61×11002.98÷75+44.27×4988.02÷34+726.8×14010.46÷95.5）×103=9981436kJ查表得氨的溶解熱為△H=-36.84kJ/molQp=-(-36.84×5237.416÷17)×103=11349789kJQ3=Qr+Qp=9981436+11349789=21331225kJ3.2.3Q2的計算Q5為設(shè)備各部件所消耗的熱量，按占總熱量的10%計Q6為設(shè)備向四周散失的熱量，現(xiàn)忽略不計，則Q1+Q2+Q3=Q4+Q5Q1+Q2+Q3=Q4+（Q1+Q2+Q3-Q4）×10%Q2=Q4-Q1-Q3+（Q1+Q3-Q4）×10%+0.1×Q2Q2=Q4-Q1-Q3+Q4÷0.9=8488106.2-3252279.25-21331225+8488106.2÷0.9=-6664168.94kJQ2<0，需加入冷卻劑4章主體設(shè)備氨化合成釜設(shè)計4.1體積估算氨化釜中的投料量氯化銨15286.91kg烏洛托品1758kg水21290.96kg氨5258.45kg各物質(zhì)相對密度氯化銨1.58g/cm3烏洛托品1.27g/cm3水1g/cm3氨0.77g/cm3V=15286.96÷1.58+1758÷1.27+21290.96÷1=32350.47L初步設(shè)計20套合成釜，則每釜體積V=32350.47÷20=1617.52L，每釜按使用60%的容量（受醇析容量和生產(chǎn)時間限制），即裝料系數(shù)η=0.6.則合成釜的體積為32350.47÷0.6=2695.87L取整為3000L。4.2確定筒體和封頭形式從工作壓力、溫度以及設(shè)備工藝性質(zhì)，可以看出它屬于帶攪拌的低壓反應(yīng)類型，根據(jù)慣例選擇橢圓形封頭和圓柱形筒體。4.3確定筒體和封頭直徑設(shè)備要求容積3m3，查表H/Di為1-1.3，現(xiàn)取1.2，裝料系數(shù)η=0.6。反應(yīng)器直徑估算：D=圓整至公稱直徑標準系列，取Di=1400㎜，封頭取相同的內(nèi)徑，由GB/T4337-95查得：封頭曲面高度h1=350㎜，直邊高度h2=40㎜，F(xiàn)b=2.31㎡，Vb=0.421m34.4確定筒體高度由H=H=1.676取筒體高度H為1.6m，H/Di=1.14，則實際體積為V=符合實際設(shè)計要求。4.5確定夾套的直徑Dj=Di+100=1400+100=1500㎜，夾套也采用橢圓形，并與夾套筒體取相同直徑。4.6確定夾套的高度夾套筒體高度估算如下：取Hi為1100㎜。4.7計算傳熱面積當D=1400㎜時，F(xiàn)b=2.29㎡F=Fb+πDHi=2.29+3.14×1.4×1.1=7.12㎡4.8計算夾套筒體，封頭厚度夾套筒體與內(nèi)筒的環(huán)焊縫，因無法探傷檢查，從安全計夾套上所有焊縫均取=0.6，封頭采用由鋼板拼制的標準橢圓形封頭，材料均為A鋼。夾套厚度計算如下：=+0.6+2=2.28+0.6+2=4.88夾套封頭厚度計算如下：圓整至鋼板規(guī)格厚度并查閱封頭標準，夾套筒體與封頭厚度均取為=8㎜。4.9計算內(nèi)筒筒體厚度承受0.2MPa內(nèi)壓時筒體厚度，結(jié)合夾套筒體和封頭厚度，由設(shè)備選型確定筒體厚度為10㎜。4.10攪拌器葉輪直徑與反應(yīng)釜的直徑比一般為：0.2-0.5，一般取0.33，所以葉輪的直徑d=0.33Di=0.33×1400=462mm,取d=462mm;并且查表得攪拌軸直徑為100mm4.11其他裝置4.10.1換熱裝置主要是夾套和蛇管，用來輸入和輸出熱量，以保證反應(yīng)過程最適宜的溫度，本設(shè)計選用夾套換熱。4.10.2攪拌裝置由攪拌軸和攪拌電機組成。棋根本目的是加強反應(yīng)器內(nèi)物料的均勻混合，以加強傳質(zhì)傳熱。由于本釜為低粘度液體混合，液相反應(yīng)，所以選用折葉開啟渦輪式，攪拌軸常用材料為45鋼，需耐磨蝕較高或要求釜式反應(yīng)器內(nèi)物料不被鐵離子污染時，應(yīng)當用不銹鋼或采用防腐措施。4.10.3軸封裝置用來防止釜的主體與攪拌軸之間的泄露。反應(yīng)釜中使用的軸封裝置主要有調(diào)料密封和機械密封，本釜采用機械密封，用垂直于軸的兩個密封元件（靜環(huán)和動環(huán)）的平面相互貼合，并做到相對運動達到密封墊裝置，又稱端面密封。機械密封耗功小、泄漏量低、密封可靠，廣泛應(yīng)用于攪拌反應(yīng)釜的軸封。4.10.4傳動裝置傳動裝置一般設(shè)置在反應(yīng)釜的頂部，采用立式布置。電動機經(jīng)減速機將轉(zhuǎn)速減至工藝要求的攪拌轉(zhuǎn)速，再通過聯(lián)軸器帶動攪拌軸旋轉(zhuǎn)。一般常在封頭上焊一底座，整個傳動裝置連機座及軸封裝置都一起安裝在這個底座上。這是為了使傳動裝置與軸封裝置安裝時保持一定的同心度以及便于裝卸和檢修。第5章廠房布置5.1概述廠房布置設(shè)計是對廠房建筑物等設(shè)施配置的安排做出合理的布局。充分掌握有關(guān)工藝流程與規(guī)劃設(shè)計資料，有關(guān)規(guī)范標準及生產(chǎn)、安全、衛(wèi)生等資料，全面考慮，仔細推敲，求得最佳設(shè)備布置方案。5.2設(shè)備布置的原則[23]（1）滿足工藝及流程的要求。在設(shè)備布置時，設(shè)備的平面位置和高低位置，應(yīng)符合工藝流程和工藝條件的要求。對處理腐蝕性、有毒、粘稠物料的設(shè)備宜按物料性質(zhì)緊湊布置，必要時還需采取設(shè)隔離墻等設(shè)施。（2）符合經(jīng)濟原則。設(shè)備的布置在符合工藝要求的前提下應(yīng)以經(jīng)濟合理為主，注意整體美觀。（3）符合安全生產(chǎn)要求。設(shè)備建筑物等的防護間距應(yīng)符合現(xiàn)行的有關(guān)防火規(guī)范的要求。注意環(huán)境保護、防止污染及噪音，還應(yīng)根據(jù)危險程度的劃分來考慮布置設(shè)備。（4）便于安裝和維護。設(shè)備要排列整齊，避免過擠過松，要充分考慮工人的操作和交通便利。原料、成品及排除物要有適當?shù)奈恢煤捅匾倪\輸通道。（5）有良好的操作條件。設(shè)備應(yīng)盡可能避免布置在窗前，以免影響采光和開窗，如必須布置在窗前時，設(shè)備與墻間的凈距應(yīng)大于0.6m。5.3廠房布置方法（1）模型設(shè)計所有設(shè)備、管道、管件等都按比例制作成模型進行實體布置。優(yōu)點是錯誤返工少，缺點是施工需計量尺寸，模型亦不如圖紙好保存和攜帶。故本設(shè)計不使用此法，而采用圖樣法。（2）圖樣法在充分準備資料的基礎(chǔ)上按廠房設(shè)計的原則和要求確定圖樣，把各層樓面的所有設(shè)備按一定比例逐一制作水平投影的外形并在其上面注上設(shè)備名稱，然后按選定的布置方案，在圖紙上精心排列直至完成，畫出平面圖和剖視圖?？偨Y(jié)通過對氯乙酸氨解法制備氨基乙酸的研究分析，檢索了相關(guān)文獻和數(shù)據(jù)，對工藝參數(shù)進行了確定和優(yōu)化，得出了可控制的工藝參數(shù)；選取了主要的反應(yīng)設(shè)備對其進行了能量衡算和設(shè)計。通過對整個反應(yīng)過程進行了物料衡算得出最后產(chǎn)品的純度為98.5%，其它雜質(zhì)含量均符合質(zhì)量標準。對生產(chǎn)工藝流程進行了設(shè)計，并對廠房進行了布置和規(guī)劃，理論上切實可行。本設(shè)計在甲醇回收工藝上的設(shè)計存在缺陷，回收的甲醇中含有少量的氨，影響其純度。另外，在離心工段有不少粗品氨基乙酸溶于母液中，造成了浪費。本工藝流程應(yīng)用了國內(nèi)較成熟的工藝路線，但仍存在不少缺陷，如催化劑不能回收利用，醇析過程需加入大量的甲醇，因其揮發(fā)性較強，造成不小的浪費和污染。整個過程的收率在85%左右，與國外先進的工藝相比存在不小的差距。今后的發(fā)展方向可向著清潔，綠色的生物技術(shù)合成法。致謝本設(shè)計是由安徽工程大學(xué)XX講師下發(fā)并指導(dǎo)完成，她嚴肅的科學(xué)態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到設(shè)計的最終完成，X講師給了我細心的指導(dǎo)和不懈的支持，特致衷心謝意。非常感謝X講師對本人的悉心指導(dǎo)，X講師學(xué)風(fēng)嚴謹，學(xué)識淵博，體貼同學(xué)，熱心助人。她對本課題的設(shè)計提出了不少問題和解決途徑，給予我不少的幫助。在此謹向X講師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。還要感謝在一起愉快的完成畢業(yè)論文的同學(xué)，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。對幫助過本人的所有人們，表示感謝！由于實際經(jīng)驗不足，收集資料有限，且多于理論分析，與實際情況相比是有一定的差距，在設(shè)計中的漏洞和錯誤懇請各位老師和同學(xué)指正。參考文獻[1]HenriFauduetetal.Automationandoptimizationofglycinesynyhesis.ProcesscontrolQual[J].1996-8.[2]趙宏升.氨基乙酸及其應(yīng)用.化工商品科技情報[M],1996,30-32.[3]汪多仁.氨基乙酸的生產(chǎn)與應(yīng)用[J].化工之友,1998,(4):34-35.[4]毛建衛(wèi),崔艷麗.甘氨酸的生產(chǎn)方法及在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J].食品工業(yè)科技,1998.NO.4.[5]楊華.氨基乙酸應(yīng)用、生產(chǎn)發(fā)展概況[J].化工生產(chǎn)與技術(shù),1996,(3):38-40.[6]/000565,7002070500,guba.html.[7]劉建慧.國內(nèi)甘氨酸的生產(chǎn)與應(yīng)用[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù),1999,(1):24-26.[8]張炳榮編譯.氨基乙酸工業(yè)大全[M].北京:輕工業(yè)出版社,1991.[9]司航主編.有機化工原料[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.1993.[10]趙文失等.山西化工[J],1995,(3):8-10.[11]范祖恩.陜西化工[J],1993,(4):37-38.[12]沈壽會.江蘇化工[J],1995,23(4):35-36.[13]陳榮,田憶凱.國內(nèi)外甘氨酸新進展[M].江蘇化工,2000,(10).[14]胡衛(wèi)國.氨基乙酸合成工藝的研究[J].化工技術(shù)與開發(fā),2002,31(3):3-4.[15]胡衛(wèi)國.溫度對合成氨基乙酸反應(yīng)的影響[J].化學(xué)世界,2001,(4):189-190.[16]盧金龍.5000t/a甘氨酸生產(chǎn)技術(shù)總結(jié)[J].氯堿化工,2001,(4):24-25.[17]WilliamRM,NiagaraNY.Synthesisofiminodiacetonitrile.USA[M],US2794044,1957-05-28.[18]朱世英.氨基乙酸的合成工藝研究[J].浙江化工,1990,(3):40-44.[19]蘇鵬.氨基乙酸生產(chǎn)中影響收率的因素及對策[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2005,(15).[20]左識之.精細化工反應(yīng)器及車間工藝設(shè)計[M].華東理工大學(xué)出版社,1996.[21]國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計院編[M].化工工藝設(shè)計手冊.1989.[22]楊志才.化工生產(chǎn)中的間歇過程[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2001.[23]董光榮,牛宇嵐,衛(wèi)靜莉.化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京:兵器工業(yè)出版社,2003．

附錄資料：不需要的可以自行刪除中式肉制品的加工方法技術(shù)和工藝（一）腌臘肉制品腌臘制品是用鹽和香料在較低的溫度下經(jīng)自然風(fēng)干腌制而形成的風(fēng)味獨特的肉制品。具代表性的有金華火腿、南京板鴨、廣式臘腸等。1．金華火腿金華火腿是我國著名的肉制品。它風(fēng)味獨特，營養(yǎng)豐富，曾多次在我國和世界獲獎。工藝流程：原料選擇→鮮腿修整→腌腿→洗腿→整形→曬腿→上架發(fā)酵→落架堆疊→成品（1）原料選擇選擇經(jīng)獸醫(yī)衛(wèi)生檢驗合格的金華豬，屠宰后前腿沿第二頸椎將前頸肉切除，在第三肋骨處將后端切下，將胸骨連同肋骨末端的軟骨切下，形狀為方形；后腿是先在最后一節(jié)腰椎骨節(jié)處切開，然后沿大腿內(nèi)斜向下切。（2）鮮腿修整除去前、后腿上的殘毛和腳蹄間的細毛，擠出血管內(nèi)殘留的淤血，削平恥骨，斬去脊骨，割去浮油和油膜，將腿修成"琵琶"形。（3）腌腿腌制時應(yīng)根據(jù)季節(jié)、氣溫等條件確定用鹽量。在金華地區(qū)，每年的11月至次年的2月間，氣溫為3～8℃，是比較適宜的腌制溫度，在此條件下用鹽量為鮮腿重的9％～10％，分7次上鹽，早冬和春節(jié)還要加硝石。氣溫升高時，用鹽量增加，但腌制期縮短。第一次上鹽，撤鹽應(yīng)均勻，但不能過多，撒鹽后平疊堆放12～14層；經(jīng)24小時后上第二次鹽，這次用鹽約占總鹽量的一半，重點在腰薦骨、恥骨關(guān)節(jié)、大腿上部三個部位多撤鹽；第二次上鹽后4～5天上第三次鹽，同時將堆碼的上下層倒換；再經(jīng)5～6天上第四次鹽，用鹽量為總鹽量的5％左右，此時可以檢查腌制的效果，用手按壓肉面，有充實堅硬的感覺，說明已經(jīng)腌透；第五、六次上鹽分別間隔7天左右，火腿的顏色變?yōu)榧t色；經(jīng)六次上鹽后，重量小的可以進入洗腿工序，較大的腿可進行第七次上鹽。腌制的總時間為30～35天。（4）洗腿腌制結(jié)束后將腿放在清水池中浸泡，然后用清水洗去火腿表面的血水和油污。洗后晾曬至表面無水后，打印商標。（5）整形將腿骨校直，腳爪校成彎曲狀，皮面壓平，腿頭與腳對直，使其外形美觀。（6）曬腿將整形好的腿吊掛，暴曬4～5天，使腿皮呈黃色、油亮，并產(chǎn)生香味。（7）上架發(fā)酵發(fā)酵的目的是使肉中的蛋白質(zhì)及脂肪發(fā)生變化，使火腿產(chǎn)生獨特的風(fēng)味。發(fā)酵時間為4～5個月，發(fā)酵期應(yīng)注意調(diào)節(jié)溫度、濕度，保證通風(fēng)。在發(fā)酵過程中，用刀將突出的骨頭削平，將火腿表面修割整齊，保證其外形美觀。（8）落架堆疊將發(fā)酵好的火腿從架上取下，進行堆疊。一般為15層，堆時肉面向上，皮面朝下，要根據(jù)氣溫不同，定期倒堆一次。（9）成品規(guī)格根據(jù)金華火腿的顏色、氣味、咸度、肌肉豐滿度、重量、外形等進行分級，一般分為四級，其中香味是很重要的指標。評定時用竹簽插入火腿不同部位，嗅竹簽帶出的香味進行分級。2．廣式臘腸臘腸俗稱香腸，是指以肉類為原料，經(jīng)切、絞成丁，配以輔料，灌入動物腸衣經(jīng)發(fā)酵、成熟干制而成的肉制品，是我國肉類制品中品種最多的一大類產(chǎn)品。廣東臘腸是其代表。廣東臘腸是以豬肉為原料，經(jīng)切碎或絞碎成丁，用食鹽、硝酸鹽、白糖、曲酒、醬油等輔料腌制后，充填入天然腸衣中，經(jīng)晾曬、風(fēng)干或烘烤等工藝而制成的一類生干腸