【正文】 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 （ ） Q1 — 所處理的物料帶入設(shè)備中的熱量 kJ Q2 — 加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量（符號(hào)規(guī)定加熱劑加入熱量為“ +”；冷卻劑吸收熱量為“ ”） kJ Q3 — 過程的熱效應(yīng)（符號(hào)規(guī)定過程放熱為“ +”；過程吸收熱量為“ ”，注意 Q與熱焓符號(hào)相反，即 Q=△ H。 離心后水分含量為 %。 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。據(jù)測(cè)算，離心洗濾操作不當(dāng)，會(huì)使收率下降 5％～ lO％。反之，如果在溫度較高時(shí)加入甲醇，會(huì)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。 生產(chǎn)中甲醇 是分兩步加入的。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。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，反應(yīng)溫度達(dá)到 100℃左右，產(chǎn)品收率會(huì)降到 70％左右。 工藝指標(biāo)的確定 [19] 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(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和收率有著決定性的影響。 D 化工 091 化工設(shè)計(jì)課程大作業(yè) 氨氣 (NH3) 無色氣體，有強(qiáng)烈的刺激性氣味，相對(duì)密度： g/cm3，易被液化成無色的液體，沸點(diǎn)： ℃，也易被固化成雪狀的固體，熔點(diǎn)： ℃，溶于水、乙醇和乙醚，在高溫時(shí)會(huì)分解成氮和氫，有還原作用。 進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代以后 ,國外合成甘氨酸的技術(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 %(質(zhì)量分?jǐn)?shù) ,干重 )加入到含甘氨酸胺基質(zhì)中 ,在 30℃ ,pH 值 ～ 情況下 ,反應(yīng)45h,幾乎所有的甘氨酸胺水解生成甘氨酸 ,轉(zhuǎn)化率達(dá) 99%。 D 化工 091 化工設(shè)計(jì)課程大作業(yè) 施特雷克法 (cstercker 法 ) [912] 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甘氨酸產(chǎn)品 ,主要化 學(xué)反應(yīng)如下 : 6HCHO+3NaCN+3NH4Cl→ (CH2=NCH2CN)+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。雖然中國已經(jīng)開發(fā)成功了以氫氰酸為原料合成甘氨酸的小試技術(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。重慶三峽英力化工有限公司 ,其新建 5萬噸甘氨酸 /年項(xiàng)目進(jìn)展正常 ,目前已進(jìn)入投料試生產(chǎn)階段。在精制食鹽中，加量為 5%。 應(yīng)用于醫(yī)藥行業(yè) 甘氨酸是人體必需的氨基酸 ,在各種氨基酸輸液的配方中 ,基本上都含有甘氨酸 ,甘氨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 ,單甘氨酸乙酰水揚(yáng)酸鈣 ,利血胺注射液等。 D 化工 091 化工設(shè)計(jì)課程大作業(yè) 產(chǎn)品質(zhì)量 (執(zhí)行 HG202991) 表 工業(yè)氨基乙酸質(zhì)量指標(biāo) Table 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 % ≥ ≥ 氯化物 (以 Cl 計(jì) )含量 % ≤ ≤ 鐵 (Fe)含量 % ≤ ≤ 加熱減量 % ≤ ≤ 外 觀 白色粉末 產(chǎn)品用途 [3] 甘氨酸，其作為一種重要的精細(xì)化工中間體 ,廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥、醫(yī)藥、食品、飼料等領(lǐng)域，特別是自全球性除草劑草甘膦問世以來，甘氨酸在農(nóng)藥行業(yè)的應(yīng)用得到了極大增強(qiáng)。無臭，有特殊甜味，相對(duì)密度 。 目前國內(nèi)主要采用氯乙酸氨解法制備甘氨酸， 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。甘氨酸的生產(chǎn)方法有很多種，主要有氯乙酸氨解法和施特雷克法。 關(guān)鍵詞 ： 甘氨酸，生產(chǎn)工藝，收率，氯乙酸氨解 D 化工 091 化工設(shè)計(jì)課程大作業(yè) ANNUAL OUTPUT OF 1,0000 TONS OF GLYCINE WORKSHOP PROCESS DESIGN ABSTEACT Glycine is the most simple structure of the αamino acids, it39。 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。與鹽酸反應(yīng)生成鹽酸鹽。值得一提的是，同樣作為草甘膦的原料甘氨酸，國外采用 99%的甘氨酸，國內(nèi)均采用 %的甘氨酸。 應(yīng)用于食品行業(yè) [4] 食品工業(yè)是使用甘氨酸量較大的產(chǎn)業(yè) ,甘氨酸具有抑制細(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)。 市場(chǎng)需求與技術(shù)現(xiàn)狀 目前全球甘氨酸年產(chǎn)量達(dá)到 230 萬 t,我國的生產(chǎn)能力為 23 萬 t/年。 生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 從國外甘氨酸現(xiàn)有生產(chǎn)裝置使用的工藝路線及關(guān)于甘氨酸制備技術(shù)所申請(qǐng)專利的數(shù)量和內(nèi)容來分析，國外目前甘氨酸的生產(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)甘氨酸的發(fā)展趨勢(shì)。由于水相合成甘氨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(huì)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甘氨酸 ,反應(yīng)方程式如下。 生物合成法 21世紀(jì)是生物合成的世紀(jì) ,生物合成甘氨酸成為十分重要 ,潛力巨大的合成路線。 化學(xué)反應(yīng)方程式： N4(CH2)6 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 + HCl 原料規(guī)格及性質(zhì) 基本原料 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(duì)密度： （ 20/20℃），其熔點(diǎn)： 61～ 63℃，沸點(diǎn)為： 189℃。 主要工藝指標(biāo)的確定 [1418] 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。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。同時(shí)，氨過量太多會(huì)大量外逸，既污染環(huán)境又造成浪費(fèi)。因此機(jī)械地規(guī)定（甲醇 /反應(yīng)物料）體積比是不行的。會(huì)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 7O％，并使甲醇消耗增加很多。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(huì)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。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。 已知定量 離心后水分含量： % 吸濾及離心過程產(chǎn)品按損耗 10%計(jì) 催化劑用量按主原料的 %計(jì)算 吸濾及離心過程甲醇按損耗 %計(jì) 精餾效率為 99% 列衡算式 年工作天數(shù)按 330 天計(jì)算 年產(chǎn) 10000 噸甘氨酸，則日產(chǎn)量為： 10000 噸 /330 天 = 噸 /天 D 化工 091 化工設(shè)計(jì)課程大作業(yè) 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)甘氨酸的量為：已知產(chǎn)品純度為 %，則產(chǎn)品中甘氨酸純品質(zhì)量為： %= 整個(gè)生產(chǎn)過程按 85%的損耗計(jì)算，生產(chǎn)甘氨酸時(shí)氯乙酸理論消耗則為： 85%= 已知氯乙酸的純度為 %，所以每批次所消耗的氯乙酸的原料量為： 溶料時(shí)氯乙酸與所加水的量比按 %計(jì)，則每批所需水量為： 化學(xué)方程式： ClCH2COOH+2NH3 NH2CH2COOH+ NH4Cl 34 75 已知反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為 94%，由反應(yīng)方程式計(jì)算 所得甘氨酸的量為： 94% 75/= 所得氯化銨得量為： 94% 消耗氨的量： 94% 34/= 已知氨的純度為 % 為使反應(yīng)徹底，通過量 5%的氨氣。 100%=% 氯化物的含量 247。 247。 +247。 D 化工 091 化工設(shè)計(jì)課程大作業(yè) 確定夾套的高度 夾套筒體高度估算如下 ： V VVH bi ??? 取 Hi 為 1100㎜ 。 軸封裝置 用來防止釜的主體與攪拌軸之間的泄露。 夾套厚度計(jì)算如下 ： 21][2 ccppDt id ???? ???= ???? ?? ++2=++2=8mm 夾套封頭厚度計(jì)算如下： 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 ㎜。 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。 34+ 247。 各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。 % 105%= 烏洛托品： 1758 %= 水 :+1758 %= 其他： %+ %+1758 %+ 6%= 表 氨化合成釜物料衡算表 Table 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 烏洛托品 烏洛托品 99 1758 D 化工 091 化工設(shè)計(jì)課程大作業(yè) 水 水 氨 氨 出料名稱 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 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 123804 出料名稱 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 甲醇 113900 吸濾離心過程，補(bǔ)充甲醇 13680kg，用于清洗濾餅。堅(jiān)持做好這些回收工作，可以使收率提高 3％～ 5％。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。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?4O℃～ 5O℃時(shí)第二次加入甲醇。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)。 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。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(huì)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。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(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。 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℃ )： ，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。 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)D 化工 091 化工設(shè)計(jì)課程大作業(yè) 液的介質(zhì)中進(jìn)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