【正文】 應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中大量放熱。 D 化工 091 化工設(shè)計課程大作業(yè) 第二章 生產(chǎn)工藝流程及各工藝指標(biāo)的確定 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。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)。 甘氨酸在農(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)由于絕大部分甘氨酸生產(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)用于甘氨酸 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]。 在已開發(fā)的領(lǐng)域中，草甘膦是甘氨酸的最大市場。自 1969 年實現(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，使甘氨酸收率由約 70%提高至 85%以上，產(chǎn)品甘氨酸含量從 95%提高到 %。在國內(nèi)，由于技術(shù)、原料等原因，大都采用氯乙酸氨解法。熔點 248℃（分解）。由于醫(yī)藥用甘 氨酸產(chǎn)品質(zhì)量要求較高 ,而國內(nèi)醫(yī)藥級甘氨酸生產(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)甘氨酸廠家 ,改進(jìn)生產(chǎn)工藝路線 ,提高甘氨酸的質(zhì)量也是十分重要的。渝三峽 A甘氨酸年產(chǎn) 3萬噸。 3(CH2=NCH2CN)+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 ,析出甘氨酸結(jié)晶。 原料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) （執(zhí)行 QJ/） 氯乙酸 表 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 % ≥ 二氯乙酸含量 % ≤ 外 觀 白色或微黃色晶體 六次甲基四胺 表 六次甲基四胺質(zhì)量指標(biāo) Table Hexamine quality indicators 指標(biāo)名稱 指 標(biāo) 純度 % ≥ 氯化物 (以 Cl 計 ) % ≤ 外 觀 白色結(jié)晶或略帶色調(diào)的白色結(jié)晶 甲醇 表 工業(yè)甲醇質(zhì)量指標(biāo) Table methanol industry quality indicators 指標(biāo)名稱 指 標(biāo) 密度 (20℃ )g/cm3 ～ 外 觀 無殊異臭氣味，無色透明液體，無可見雜質(zhì) D 化工 091 化工設(shè)計課程大作業(yè) 液氨 表 無水氨質(zhì)量指標(biāo) Table anhydrous ammonia quality indicators 指標(biāo)名稱 指 標(biāo) 氨含量 % ≥ 殘留物含量 % ≤ 生產(chǎn)工藝流程敘述及工藝流程方框圖 工藝流程方框圖 圖 工藝流程方框圖 Figure 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，然后備入計量槽。 D 化工 091 化工設(shè)計課程大作業(yè) (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。第一次加入少量甲醇，充分?jǐn)嚢杞禍睾螅偌尤舜罅考状?，充分?jǐn)嚢杞禍?，放料過濾。 (2) 干燥工序的操作 D 化工 091 化工設(shè)計課程大作業(yè) 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。 則粗產(chǎn)物中水分含量為 : %= 母液中水分含量為 : +13680 8%= 氯化銨有 %溶于母液中被分離出來，即 %= 則粗產(chǎn)物中氯化銨的含量為： = 離心過程產(chǎn)品損耗 10%，則離心后粗產(chǎn)品中甘氨酸的含量為 D 化工 091 化工設(shè)計課程大作業(yè) 90%= 母液中甘氨酸的含量為 = 甲醇和氨離心過程損耗 % 甲醇損耗（ 123804+13680） %= 氨損耗 %= 粗產(chǎn)品中氨的含量為 247。 17) 103 =11349789kJ Q3=Qr+Qp=9981436+11349789=21331225kJ Q2 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+Q5 Q1+Q2+Q3=Q4+（ Q1+Q2+Q3Q4） 10% Q2=Q4Q1Q3+（ Q1 +Q3Q4） 10%+ Q2 Q2=Q4Q1Q3+Q4247。 D 化工 091 化工設(shè)計課程大作業(yè) 攪拌器 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 。反應(yīng)器直徑估算： D= ????? ? ?? DiH V 圓整至公稱直徑標(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=， 則實際體積為 V= 322 mVHDb ????? ?? 符合實際設(shè)計要求。 Q4=? ? )( 0ttpicGi = 70+ 70+ 70+ 70 = 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 （ ） 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。 D 化工 091 化工設(shè)計課程大作業(yè) 第三章 工藝計算 [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)過程，以每一批處理量為衡算基準(zhǔn)。 其他因素 (1) 離心洗濾操作 完成結(jié)晶的物料放人過濾槽，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。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）。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(dá)到 9O％以上。 產(chǎn)品成本及產(chǎn)品價格 [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 純度 % 單耗 t 單價 元 /t 成本 元 氯乙酸 96 6500 10075 液氨 工業(yè)級 1850 1573 烏洛托品 98 7200 2160 甲醇 98 2300 4830 合計 / / / 18638 現(xiàn)在甘氨酸價格每噸 萬元左右， 2020 年 12 月中旬其價格才 萬元 /噸 ,12 月底 國內(nèi)最大的甘氨酸生產(chǎn)企業(yè)河北東華化工集團(tuán)的傳真價格變成了 萬元 /噸 ,現(xiàn)在又漲到了 萬元 /噸 ,比 12 月中旬上漲了 80%,使甘氨酸的利潤幾乎達(dá)到了 100%。(2)水相中以碳酸銨或氨基甲酸胺、氯乙酸、氨水為原料合成。另外，在化學(xué)鍍上的研究和應(yīng)用也越來越廣泛。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。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)。 本設(shè)計的目的在于對年產(chǎn) 1 萬噸甘氨酸的車間工藝進(jìn)行設(shè)計和優(yōu)化，本設(shè)計簡要介紹了甘氨酸的主要用途，國內(nèi)外的生產(chǎn)情況，研究進(jìn)展和未來的發(fā)展趨勢。易溶于水，在水中的溶解度： 25℃時為 25g/100ml； 50℃時為 ； 75℃時為 ； 100℃時為。 應(yīng)用于飼料行業(yè) 甘氨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甘氨酸 ,國內(nèi)的飼養(yǎng)業(yè)尚未普遍采用 ,在此領(lǐng)域中甘氨酸的應(yīng)用有待于進(jìn)一步開發(fā)。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D 化工 091 化工設(shè)計課程大作業(yè) 工廠，產(chǎn)品均為工業(yè)級甘氨酸，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(dá)有 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。 (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)。 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)。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。這樣操作的原因是：由于第一次加入的甲醇是少量的，所以氨基乙酸過飽和度不是很大，會在溶液中析出數(shù)量不是很多D 化工 091 化工設(shè)計課程大作業(yè) 的細(xì)小結(jié)晶；第二次加入大量甲醇時，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。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。（ +113900）（ 500+） = 則母液中氨的含量為 = 其他物質(zhì)離心后仍有 %于粗產(chǎn)品中 %= 母液中其他物質(zhì)為 = 表 離心機(jī)物料衡算表 Table 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 92 13680 出料名稱 出料組分 組分含量 % 出料量 kg 粗產(chǎn)物 甘氨酸 氯化 銨 水 其他 甲醇 500 D 化工 091 化工設(shè)計課程大作業(yè) 氨 母液 甘氨酸 氨 烏洛托品 氯化銨 水 其他 甲醇 損耗 甲醇 氨 干燥過程粗產(chǎn)品中甲醇，水，氨全部去掉。 =+247。 攪拌裝置 由攪拌軸和攪拌電機(jī)組成。 確定筒體和封頭直徑 設(shè)備要求容積 3m3，查表 H/Di 為 ，現(xiàn)取 ，裝料系數(shù)η =。 由 C= M nc? ?? 得 25℃下 氯乙酸 ClCH2COOH C 氯乙酸 = ?????? = kJ/kg℃ 烏洛托品（ CH2） 6N4 C 烏洛托品 = 140 ??? = kJ/kg℃ 甘氨酸 NH2CH2COOH C 甘氨酸 = 75 ????? = kJ/kg℃ 氯化銨 NH4Cl D 化工 091 化工設(shè)計課程大作業(yè) C 氯化銨 = ?? = kJ/kg℃ 查資料得 C 氨 = kJ/kg℃ C 水 = kJ/kg℃ Q1= ? ? )( 0ttpicGi = 25+ + 1758+ 25 = 反應(yīng)的溫度在 6070℃左右 C 甘氨酸 = 105%= kJ/kg℃ C 烏洛托品 = 105%= kJ/kg℃ 產(chǎn)生的少量雜質(zhì)