【正文】 參數(shù)，所得到的產(chǎn)品理論上符合設(shè)計(jì)要求。后來(lái)用液氨代替氨水，收率達(dá) 80%以上，此工藝成熟，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠(chǎng)家都在此方法前提下，不斷的進(jìn)行改進(jìn)。 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。極難溶于乙醇，在 100g 無(wú)水乙醇中約溶解 。 ，運(yùn)輸時(shí)注意防潮，避免被尖銳物劃破 。甘氨酸與甲醛、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(zhǎng)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。因此，國(guó)外生產(chǎn)草甘膦的收率遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)，草甘膦的含量也比國(guó)內(nèi)高出幾個(gè)百分點(diǎn)，原料生產(chǎn)成本也比國(guó)內(nèi)低。另外，新興的動(dòng)物寵物罐頭飼料中也含有甘氨酸。其也可單獨(dú)作為甜味品 ,可用于糖果和餅干的制作 ,對(duì)高血壓的預(yù)防很有好處。另外，在化學(xué)鍍上的研究和應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。 生產(chǎn)廠(chǎng)家 國(guó)內(nèi)目前甘氨酸生產(chǎn)工藝只有氯乙酸法，生產(chǎn)規(guī)模目前約為 23 萬(wàn) t/年，生產(chǎn)廠(chǎng)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(jí)甘氨酸產(chǎn)能 8萬(wàn)噸 /年、食品醫(yī)藥級(jí)甘氨酸產(chǎn)能 3 萬(wàn)噸 /年，是目前亞洲最大的甘氨酸生產(chǎn)基地。 國(guó)外甘氨酸生產(chǎn)廠(chǎng)家主要有美國(guó)的查特姆公司、法國(guó)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，其中日本是甘氨酸生產(chǎn)和消耗大國(guó)，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。同樣作為草甘膦原料，國(guó)外采用純度為 %～ %的甘氨酸，而國(guó)內(nèi)純度只有 %～ %，而且其中的氯化物含量是國(guó)外的 30 倍，生產(chǎn)合格的草甘膦需兩次重結(jié)晶，對(duì)產(chǎn)品的收率影響很大。(2)水相中以碳酸銨或氨基甲酸胺、氯乙酸、氨水為原料合成。國(guó)內(nèi)甘氨酸生產(chǎn)廠(chǎng)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(duì)氯乙酸法合成甘氨酸的工藝進(jìn)行了大量的研究工作 ,并取得一定的進(jìn)展。 氫氰酸法合成甘氨酸新工藝 [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(guó)、日本等普通采用此法生產(chǎn)甘氨酸 ,我國(guó)中科院大連化物所于 90年代初開(kāi)發(fā)成功以 HCN為原料合成甘氨 酸的工藝 ,該工藝以氫氰酸為主體原料 ,在生產(chǎn)過(guò)程中 ,可直接利用氣態(tài) HCN或任意比例的 HCN水溶液 ,醛類(lèi)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%。 20 9 世紀(jì) 80年代后期 ,日本三菱公司把過(guò)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(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)液的介質(zhì)中進(jìn)行培植 ,然后將該類(lèi)菌種在 25～45℃ ,pH值在 4～ 9的情況下 ,使乙醇胺轉(zhuǎn)化為甘氨酸 ,用濃縮中和離子交換處理得到甘氨酸。 產(chǎn)品成本及產(chǎn)品價(jià)格 [6] 表 氨解法原料消耗及成本 Table ammonia solution and the cost of raw materials consumption 原料名稱(chēng) 純度 % 單耗 t 單價(jià) 元 /t 成本 元 氯乙酸 96 6500 10075 液氨 工業(yè)級(jí) 1850 1573 烏洛托品 98 7200 2160 甲醇 98 2300 4830 合計(jì) / / / 18638 現(xiàn)在甘氨酸價(jià)格每噸 萬(wàn)元左右， 2020 年 12 月中旬其價(jià)格才 萬(wàn)元 /噸 ,12 月底國(guó)內(nèi)最大的甘氨酸生產(chǎn)企業(yè)河北東華化工集團(tuán)的傳真價(jià)格變成了 萬(wàn)元 /噸 ,現(xiàn)在又漲到了 萬(wàn)元 /噸 ,比 12 月中旬上漲了 80%,使甘氨酸的利潤(rùn)幾乎達(dá)到了 100%。 甲醇 (CH3OH) 無(wú)色透明易燃易揮發(fā)極性液體，有毒，飲后能致盲，密度 (D204℃ )： ，熔點(diǎn)：℃ 、沸點(diǎn)： ℃ ，自燃點(diǎn)： 470℃ ，能與水和多數(shù)有機(jī)溶劑混溶，蒸汽與空氣生酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) 論文 12 成爆炸 性混合物，爆炸極限 (～ )%(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。反應(yīng)過(guò)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(guò)甲醇醇析、真空抽濾、甲醇醇洗，分離出甘氨酸，并甩干、烘干、取樣化驗(yàn)，包裝合格后入庫(kù)出廠(chǎng)。因此，生產(chǎn)中各工序工藝指標(biāo)的控制、操作過(guò)程關(guān)鍵因素的掌握，對(duì)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。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 9O％以上。反應(yīng)溫度過(guò)低，則反應(yīng)速度慢、反應(yīng)不充分、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，影響產(chǎn)量，冷卻水消耗增加；反應(yīng)溫度過(guò)高 (如達(dá)到 95℃以上 )，會(huì)造成反應(yīng)過(guò)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。此外， pH值偏低，會(huì)使反應(yīng)不充分，收率必然下降。 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。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（甘氨酸在水－甲醇體系中也有一定量的溶解度）。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 ： 1計(jì)。這樣的結(jié)晶顆粒大、純度高、粒度均勻．容易過(guò)濾洗滌。放人結(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 6O℃后第一次加入甲醇，充分?jǐn)嚢杞禍刂?O℃～ 5O℃時(shí)第二次加入甲醇。 其他因素 (1) 離心洗濾操作 完成結(jié)晶的物料放人過(guò)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(guò)甲醇洗濾、離心甩干可以除去。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。 (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(shí)清理，會(huì)越積越厚，不但影響換熱，而且造成浪費(fèi)，影響收率。堅(jiān)持做好這些回收工作，可以使收率提高3％～ 5％。 19 第三章 工藝計(jì)算 [20] 物料衡算 原料及產(chǎn)品規(guī)格 原料規(guī)格： 氯乙酸： 含量 % 其它 % 氨： 含量 % 其它 % 烏洛托品：含量 % 水分 % 其它 % 回收甲醇：含量 92% 水分 8% 產(chǎn)品規(guī)格： 甘氨酸： 含量 % 氯化物 % 其它 % 衡算基準(zhǔn) 采用間歇式生產(chǎn)過(guò)程，以每一批處理量為衡算基準(zhǔn)。 % 105%= 烏洛托品： 1758 %= 水 :+1758 %= 其他： %+ %+1758 %+ 6%= 21 表 氨化合成 釜物料衡算表 Table amination of reactor material balance sheet 設(shè)備名稱(chēng) 進(jìn)料名稱(chēng) 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 烏洛托品 烏洛托品 99 1758 水 水 氨 氨 出料名稱(chēng) 出料組分 組分含量 % 出料量 kg 氨化粗產(chǎn)物 甘氨酸 氨 烏洛托品 氯化銨 水 其他 醇析過(guò)程，甲醇的用量與原料氯乙酸的比為 ： 1 則所加甲醇的量為： =123804kg 表 醇析釜的物料衡算表 Table alcohol out of the reactor material balance sheet 設(shè)備名稱(chēng) 進(jìn)料名稱(chēng) 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 123804 出料名稱(chēng) 出料組分 組分含量 % 出料量 kg 醇析產(chǎn)物 甘氨酸 氨 烏洛托品 氯化銨 水 其他 酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) 論文 22 甲醇 113900 吸濾離心過(guò)程，補(bǔ)充甲醇 13680kg，用于清洗濾餅。 酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) 論文 24 表 干燥機(jī)物料衡算表 Table dryer material balance sheet 設(shè)備名稱(chēng) 進(jìn)料名稱(chēng) 進(jìn)料組分 組分含量 % 進(jìn)料量 kg 干燥 粗產(chǎn)物 同上 出料名稱(chēng) 出料組分 組分含量 % 出料量 kg 產(chǎn)品 甘氨酸 氯化銨 其他 甲醇 甲醇 500 氨 氨 水 水 得到的產(chǎn)品總量為 ++= 純品含量為 247。 各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。 Q4=? ? )( 0ttpicGi = 70+ 70+ 70+ 70 = 過(guò)程熱效應(yīng) Q3 計(jì)算 過(guò)程熱效應(yīng)可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是化學(xué)過(guò)程熱效應(yīng)，另一類(lèi)是物理過(guò)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(guò)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(jì)算 Q3=Qr+Qp （ ） 式中 Qr—— 是化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) Qp—— 是物理過(guò)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。 34+ 247。 = Q20，需加入冷卻劑 酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) 論文 30 第四章 主體設(shè)備氨化合成釜設(shè)計(jì) [23] 體積估算 氨化釜中的投料量 氯化銨 烏洛托品 1758kg 水 氨 各物質(zhì)相對(duì)密度 氯化銨 烏洛托品 水 1g/cm3 氨 V=247。 20=，每釜按使用 60%的容量（受醇析容量和生產(chǎn)時(shí)間限制），即裝料系數(shù)η =. 則合成釜的體積為 247。反應(yīng)器直徑估算： D= ????? ? ?? DiH V 圓整至公稱(chēng)直徑標(biāo)準(zhǔn)系列，取 Di=1400㎜，封頭取相同的內(nèi)徑，由 GB/T433795查得[15]： 封頭曲面高度 h1=350 ㎜，直邊高度 h2=40 ㎜ ， Fb= ㎡ ， Vb= m3 確定筒體高度 由 H=42DVV b?? ?H= 取筒體高度 H 為 ， H/Di=， 則實(shí)際體積為 V= 322 mVHDb ????? ?? 符合實(shí)際設(shè)計(jì)要求。 夾套厚度計(jì)算如下 ： 21][2 ccppDt id ???? ???= ???? ?? ++2=++2= 夾套封頭厚度計(jì) 算如下： 33 mmccppDt id ][2 21 ???????? ??????? ??? 圓整至鋼板規(guī)格厚度并查閱封頭標(biāo)準(zhǔn)，夾套筒體與封頭厚度均取為 ? =8 ㎜。棋根本目的是加強(qiáng)反 應(yīng)器內(nèi)物料的均勻混合，以加強(qiáng)傳質(zhì)傳熱。機(jī)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 。這是為了使傳動(dòng)裝置與軸封裝置安裝時(shí)保持一定的同心度以及便于裝卸和檢修 。在設(shè)備布置時(shí)，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。 （ 3）符合安全生產(chǎn)要求 。設(shè)備要排列整齊，避免過(guò)擠過(guò)松，要充分考慮工人的操作和交通便利。 車(chē)間布置方法 37 （ 1）模型設(shè)計(jì) 所有設(shè)備、管道、管件等都按比例制作成模型進(jìn)行實(shí)體布置。 酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) 論文 38 結(jié) 論 通過(guò)對(duì)氯乙酸氨解法制備甘氨酸的研究分析，檢索了相關(guān)文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)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(duì)其進(jìn)行了能量衡算和設(shè)計(jì)。另外，在離心工段有不少粗品甘氨酸溶于母液中，造成了浪費(fèi)。 39 參 考 文 獻(xiàn) [2] 趙宏升 .甘氨酸及其應(yīng)用 .化工商品科技情報(bào)， 1996， 3032. [3] 汪多仁 .甘氨酸的生產(chǎn)與應(yīng)用，化工之友， 1998，（ 4）： 3435. [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，食品工業(yè)科技， . [5] 楊華 .甘氨酸應(yīng)用、生產(chǎn)發(fā)展概況，化工生產(chǎn)與技術(shù)， 1996，（ 3）： 3840. [7] 劉建慧 .國(guó)內(nèi)甘氨酸的生產(chǎn)與應(yīng)用 .化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)， 1999，（ 1）： 2426. [8] 張炳榮編譯 .氨基酸工業(yè)大全 .北京 .輕工業(yè)出版社， 1991. [9] 司航主編 .有機(jī)化工原料 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社 .1993. [10] 趙文失等 .山西化工， 1995，（ 3）： 810. [11] 范祖恩 .陜西化工， 1993，（ 4）： 3738. [12] 沈壽會(huì) .江蘇化工， 1995， 23（ 4） 3536. [13] 陳榮，田憶凱 .國(guó)內(nèi)外甘氨酸新進(jìn)展，江蘇化工， 2020，（ 10） . [14] 胡衛(wèi)國(guó) .甘氨酸合成工藝的研究 .化工技術(shù)與開(kāi)發(fā)， 2020， 31(3)： 34. [15] 胡衛(wèi)國(guó) .溫度