【正文】 則 ? ? 11 .101 ???總 2 8 0 4 ?? = hKg = sKJ ? ? 22 ???總 =? hKg == sKJ 設換熱器汽化段換熱有效面積為 1換A 計算逆流平均溫度差 1,逆mt? 蒸汽 C?142 C?100 氨 C?35 C?.433 溫度差 C?107 C?.4133 2 .41 3 31 0 71, CCt m ?? ??? 逆 C?120? 按逆流計算的平均溫度差要乘以校正系數(shù) w，換熱器的流動類型為多折流 2 殼程多管程處理，計算參數(shù) 1P 及 1R 4 2 11121 ??????? CC CCtT ttP ?? ?? 10014212 211 ??????? CC CCtt TTR ?? ?? 27 查圖得 ?? ；則 Ktt mm ,11 ???? 逆? 求總傳熱系數(shù) 1K （忽略污垢熱阻）， 212111 111ddddbKm????? ??? （ 35） 一般氣體在裝置的管路上，流速按經(jīng)驗在 10～ 20 sm 之間，我們按最低流速 smu 10?計算，則需要管路截面積大小為： uqA NHv 3,2 ? 液氨體積流量為 m o lmm o lkg hkgq NHv 333, ?? ???? ? ??? uqd NHv 3,22 4 （ 36） 22d 3600 3??? sm sm m? 則 mmd 1082 ? 根據(jù)計算，我們選用 規(guī)格為 6121?? 的無縫鋼管 , 則 mmd 1211 ? ； mmd 1092 ? ； 2 21 dddm ?? mm115?； mmb ? ； 查資料得：鋼的導熱系數(shù) ? ?KmW ?? 451? ； 蒸汽冷凝的對流傳熱系數(shù) ? ?KmW ?? 21 104? ； 管內走氨氣，蒸汽的體積流量為 hmq NHv 3, 7 5 0 63 ?，在 6121?? 管內，計算流速 1u ： 221 2 ??????? dA ? 2)21 0 (1 4 1 m??23103. m??? 1,1 3Aqu NHv? 23 m hm??? ? 氨氣的物性系數(shù)，查資料得： ? ?KmW ?? ? ； 261 msN ??? ?? ； 31 mkg?? ； 由 2111Pr ? ??? pC （ 37） 28 知 1Pr 63 ????? ? 由 11121Re ? ???? ud （ 38） 知 1Re ?? ??? ?410? 所以該流動為湍流。因此，熱量移走和移走的多少非常重要。 表 物料衡算總表 Total material balance sheet 每次進 口物料 每次出口物料 產(chǎn)品 排放物 進料組分 t 出料組分 t 排放組分 t 冰醋酸 甘氨酸 氯化銨 硫磺 釜殘液 液氯 回收甲醇 液氨 甲醇 水 烏洛托品 總計 總計 熱量衡算 反應過程中，溫度的控制至關重要。 氨化合成釜中的物料衡算方塊圖如圖 所示： 圖 氨化合成釜的物料衡算圖 Material balance sheet of ammoniation synthesis tank 化學方程式： ClNHC O O HCHNHNHC O O HC lC H 42232 2 ???? ??? 烏洛托品 34 75 由反應方程式計算可知： 所得甘氨酸的量為： ?75? = 所得氯化銨的量為： ?? = 消耗氨的量為： ?34? = 已知氨的純度為 %，為使反應徹底需通過量 5%的氨氣，則共消耗氨的量為： ? %?105%= 烏洛托品： ?%?%= 因氨解過程中加入新鮮水與烏洛托品的比例約為 :1 ]16[ ，可知所需新鮮水的量為： 22 ?= 烏洛托品中其他成分的量： ?%?%= 共加入水的量： (++)kg= 雜質： （ ?%+?%+） kg= 由以上計算知氨化釜的物料衡算如圖 ： 圖 氨化合 成釜的物料衡算圖 Material balance sheet of ammoniation synthesis tank 醇析釜中的物料衡算方塊圖如圖 ： 圖 醇析釜的物料衡算圖 Material balance sheet of alcohol precipitation tank 醇析過程，甲醇的用量與氯乙酸的比為 :1 則所加甲醇的量為： ??32? = 醇析釜其他投料即為氨解釜中流出的混合液，則醇析結晶過程總投料量為： （ +++++)kg= 醇析過程產(chǎn)品損耗 5%，則醇析后粗產(chǎn)品中甘氨酸的含量為： ?95%= 氯化銨有 1%結晶出來，則 粗產(chǎn)品中氯化銨的含量為： ?1%= 剩余氯化銨的含量為： － = 甲醇溶液的量為： 23 （ － － － － － ） kg= 由以上計算知醇析釜的物料衡算如圖 ： 圖 醇析釜的物料衡算圖 Material balance sheet of alcohol precipitation tank 將醇析釜出來的混合液送入過濾槽，其中的烏洛托品被分離出來。 ③ 已知定量 氯化釜投料配比 液氯：硫磺：冰醋酸 =1::；離心后水分含量為 %；吸濾及離心過程產(chǎn)品按損耗 9%計；催化劑用量按氯乙酸的 %計算；吸濾及離心過程甲醇按損耗 %計算；精餾效率為 99%；吸收塔 總吸收率約為 100%。 19 第 3 章 生產(chǎn)工藝設計計算 物料衡算 主要化學反應 在用氯乙酸氨解法生產(chǎn)甘氨酸時，主要發(fā)生下列反應，本設計則是針對此系列反應過程進行的相關計算： 第一個反應： ???? ??? H C lC O O HC lC HClC O O HCH 223 硫磺 （ 31） 第二個反應 ClNHC O O HCHNHH C lNHC O O HC lC H 42232 ???? ???? 烏洛托品 （ 32） 衡算基準 本設計采用間歇式生產(chǎn)過程，以每一批處理量為衡算基準。因此，每次放料后，應及時進行清理，并將清理下的片狀結晶砸碎，在下次投料時摻入反應釜中加以回收。 ② 干燥工序的操作：干燥工序通過熱風直接加熱除去半成品中的水分，使產(chǎn)品質量達到要求。 其他工序涉及到的工藝指標 ① 離心過濾操作：離心過濾時所選用的甲醇濃度為 92%～ 95%。放入結晶槽的反應液溫度一般在70℃以上，這時不應該立刻加入甲醇，而應待其降溫至 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。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)量不是很大的細小結晶；第二次加入大量甲醇時，這些細小的結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，結晶得以長大。加少了，產(chǎn)品中氯化銨含量超標；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（甘氨酸在水 — 甲醇體系中也有一定量的溶解度）。此外， pH 值偏低，會使反應不充分，收率必然下降。催化劑用量對收率的影響見表 。因此甘氨酸合成時一定要在低溫下進行，需采用夾套冷卻水控制反應溫度在 60～ 70℃。 投料配比為液氯：硫磺：冰醋酸 =1::。同時設置的吸收塔和精餾塔使反應產(chǎn)生的副產(chǎn)品氯化銨、氯化氫都能夠回收循環(huán)利用，節(jié)省了成本；對環(huán)境的污染程度有所降低，并且分離出的產(chǎn)品純度較高。 離心得到的氨基乙酸在 60～ 90℃下干燥，制成氨基乙酸成品。 將反應完全的氨解反應液送入醇析結晶反應釜中，從頂部加入 甲醇 ，并攪拌，通過夾套內的冷卻水將溶液溫度降至 30～ 45℃，停止攪拌，靜置若干小時，溶液中有白色結晶析出。 先向配制槽中加入一定量的烏洛托品和水，通過攪拌使烏洛托品完全溶解，形成烏洛托品溶液。因此必須對該生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化，縮短生產(chǎn)工藝路線，減少固定投資及生產(chǎn)環(huán)節(jié)，以降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)安全性，提升產(chǎn)品的市場競爭力。經(jīng)過抽濾、離心分離甲醇溶液得到甘氨酸晶體，經(jīng)干燥包裝成甘氨酸成品出售。工業(yè)級甲醇的質量指標如下表 所示。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和其他有機 溶劑混溶 ,溶解性能優(yōu)于乙醇，能溶解多種無機鹽類。有油類存在時， 13 更增加燃燒危險。相對密度 3/cmg （ ? 79℃ ），熔點 ? ℃ ，沸點 ? ℃ ，自燃點為 651℃ 。質量指標如下表 。可溶于水、乙醇及氯仿，不溶于乙醚。受熱分解產(chǎn)生有毒光氣和氯化物氣體。 ④ 氯乙酸 （ Monochloroacetic Acid）：分子式為 COOHClCH2 ，相對分子量為 。 ③ 硫磺 （ Sulfur）：分子式為 S， 相對分子量為 32。 黃綠色有刺激性氣味的氣 體，常溫下加壓到 608～ 811 千帕或大氣壓下冷卻到 35～ 40℃ 可液化，相對密度為 ，熔點 101℃ ，沸點 ℃ ，爆炸極限： 11%～ %(在 2H 中 )；易溶于水和堿性溶液。 無色透明易 燃液體，有刺激性酸臭及較強的腐蝕性；相對密度： （ 20℃ ）；凝固點： ℃ ；沸點：℃ ；閃點： ℃ （閉杯）， 自燃點： 465℃ ；爆炸極限： %～ 16%；能溶于水、醚及甘油，不溶于二硫化碳，與醇能發(fā)生酯化反應。 本 設計 要考慮 的主要問題：一是 所選 甘氨酸制取方法 的可行性 ；二是 哪種 工藝 流程最佳 ；三是 反應條件、催化劑及 產(chǎn)物的分離 與 處理 方法 的 該怎么選用；四是滿足生產(chǎn)能力要求的主要設備的選擇以及工藝參數(shù)的確定。 本設計所選路線及任務 本設計要求年生產(chǎn) 5500 噸的甘氨酸，考慮到產(chǎn)量較大，且其它生產(chǎn)工藝只在實驗階段，或在國內技術不成熟，本設計選用了氯乙酸氨解法生產(chǎn)工藝，并從催化劑、反應條件及母液、尾氣的處理方法等幾個方面對傳統(tǒng)的氯乙酸氨解法進行稍加優(yōu)化。故必須改進設備和操作，把反應溫度降下來， 10 最好能降到 60～ 70℃ 左右?，F(xiàn) 主要采用以氫氰酸、羥基乙腈為原料的 kerStrec 工藝和 Hydantion 工藝 ， 并有采用生物技術由甘氨腈生產(chǎn)甘氨酸的發(fā)展趨勢。加上全球最暢銷的 草甘膦型除草劑品種之一ROUNDUP 專利保護到期，對國內生產(chǎn)草甘膦的企業(yè)是一次較好的發(fā)展機遇。在國內，由于沒有相應的食品級甘氨酸質量標準和采用新工藝的生產(chǎn)裝置，使得一些食品加工企業(yè)只能從國外進口，并且極大地阻礙了甘氨酸應用領域的擴展，據(jù)預測中國食品行業(yè)的潛在需求量為 10kt。 9 由于草甘膦優(yōu)異的性能和良好的發(fā)展前景， 二十世紀九十年代世界各地紛紛建設草甘膦生產(chǎn)裝置 ， 目前世界需求量為 akt140 。s mainly glycine manufacturer and production capacity 生產(chǎn)廠家 生產(chǎn)能力 )( at 石家莊農(nóng)藥化工廠 500 河北東華化工總公司 3600 河北省萬全縣化肥廠 600 河北奇峰化工有限公司 500 平山縣有機化工廠 600 河北省保定市中原化工廠 3200 河北省武強縣化工六廠 800 太原化學工 業(yè)集團公司磷肥廠 700 上?；じ叩葘？茖W校實驗工廠 10000 江蘇省漣水化肥廠 2020 江蘇省濱海化工廠 1500 浙江省新安江化工（集團）股份有限公司 1000 河南省新鄉(xiāng)縣華宇福利膠黏劑廠 1400 甘氨酸市場需求分析 近期，國內甘氨酸市場需求快速增長，我國的甘氨酸產(chǎn)量已從 2020年的 2萬噸增加到2020年的 13萬噸左右。 規(guī)模較大的有 上?；じ叩葘？茖W校實驗工廠、 河北百家莊東華 化工總公司 、河北 省保定市中原 化工有限公司、 江蘇省漣水化肥廠、 江西電化中達化工有限公司等 ]10[ 。 8 國內外甘氨酸的生產(chǎn)現(xiàn)狀 國外甘氨酸生產(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、昭和電工公司和昧之素公司等。下 表 為國產(chǎn)甘氨酸的質量規(guī)格 ， 表 為國 外 甘氨酸的質量規(guī)格 ]4[ 。盡管目前