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1、20000t/a牛磺酸项目的工艺设计 摘要：牛磺酸是名贵中药“牛黄”的重要成分之一，具有广泛的医疗和营养保健作用。该产品需求量很大。本设计通过延续国内大多牛磺酸生产厂家的合成路线即用乙醇胺和浓硫酸为酯化原料合成2-氨乙基硫酸酯（AES），用AES和亚硫酸钠经磺化得牛磺酸溶液的工艺路线。乙醇胺酯化法合成牛磺酸具有原料易得、成本低、合成工艺简单、设备投资少等特点。然而该法在工业化生产中依然存在许多问题，如反应时间过长，产物难以分离等。本设计分别对牛磺酸合成过程中的酯化、磺化反应以及产物分离技术进行了研究，且对酯化反应和产物分离过程的工艺条件进行了优化。在对牛磺酸溶液的处理中，将电渗析技术引用到了除
2、盐纯化牛磺酸过程。关键词 ：酯化 ; 磺化 ; 产物分离 ; 电渗析 ; 反应釜 Process Design 20000 t/a Taurine Project Abstract: Taurine is one of the vital components of bezoar which is a Chinese traditional medicine that is good for medical treatment and health care .There is a great for it.The domestic preparation method for taurine
3、 of 2-amino-ethyl sulfuric ester (AES), following sulfonation with Na2SO3 to get the taurine liquid.Synthesis technics of Taurine from ethanolamine has been considered to be an important process for further use of the technology because of low the characteristics of raw materials to be widely and lo
4、w costs as well as simple technology.Unfortunately, there still some challenges to overcome the problems of which reaction time is too long and the yield of separated products is lower. To solve these problems, esterification reaction, sulphonating reaction and separating process were studied respec
5、tively in this paper.As a result ，the conditions of esterification reaction and separation process were optimized.And introduces electrodialysis technique into the desalting purifying of taurine. Key words: esterification; sulphonating; separated products ; electrodialysis technique; reactor 4 目录第一章
6、 文献综述51.1 牛磺酸简介51.1.1 牛磺酸的物理性质51.1.2 牛磺酸的化学性质51.1.3 牛磺酸的应用51.2 牛磺酸的生产61.3 牛磺酸的制备71.3.1 概述71.3.2 生产方法71.4 动力学方程111.5 工艺条件的选择131.5.1 反应条件的控制131.5.2 分离条件的选择141.6 工艺流程及反应器18第二章 牛磺酸生产工艺计算212.1 乙醇胺酯化法合成牛磺酸的简述212.2 反应原料浓度计算222.3 设计要求232.4 反应器的物料计算232.5 热量衡算262.5.1 热量衡算基础262.5.2 酯化反应热量衡算272.5.3 磺化反应热量衡算282.
7、6 酯化体积计算29第三章 反应器的设计303.1 反应釜釜体的设计303.1.1 设备选型303.1.3 釜体DN、PN的确定303.1.4 釜体筒体壁厚的设计313.1.5 釜体封头的设计323.2 反应釜夹套的设计353.2.1 夹套的DN 、PN的确定353.2.2 夹套筒体的设计353.2.3 夹套封头的设计353.2.4 传热面积的校核363.3 反应釜釜体及夹套的压力试验363.3.1 釜体的水压试验363.3.2 夹套的液压试验373.4 反应釜附件的选型及尺寸设计383.4.1 釜体法兰联接结构的设计383.4.2 工艺接管的设计413.4.3 垫片尺寸及材质423.4.4
8、固体物料进口的设计433.4.5 视镜的设计433.4.6 支座的选型453.5 搅拌装置的选型与尺寸设计453.5.1 搅拌轴直径的初步计算453.5.2 搅拌轴临界转速校核计算463.5.3 联轴器的型式及尺寸的设计463.5.4 搅拌桨尺寸的设计463.5.5 搅拌轴的结构及尺寸的设计483.6 焊缝结构的设计493.6.1 釜体上主要焊缝结构的设计493.6.2 夹套上的焊缝结构的设计503.7 反应釜的装备图及部件图513.7.1 反应釜的装配图513.7.2 搅拌轴的部件图51第四章 本工艺中“三废”的处理534.1 废水的处理534.1.1 简介534.1.3 本工艺中的废水处理
9、534.2 废气废渣的处理544.2.1 简介544.2.2 本工艺中的废气废渣处理54第五章 设计总结555.1 本次设计总结555.2 数据汇总55参考文献57致 谢58 第一章 文献综述1.1 牛磺酸简介1.1.1 牛磺酸的物理性质 牛磺酸，无固定熔点，在300开始分解。外观为单斜菱形棒状白色晶体或结晶型粉末。无色无臭，味微酸，较易溶于水，在水中的溶解度12时为6%；10时为31.4%；微溶于95%的乙醇，不溶于无水乙醇、醚、烃等有机溶剂。1.1.2 牛磺酸的化学性质牛磺酸（Taurine），分子结构式为H2N-CH2-CH2-SO3H，相对分子质量125.14，又称2氨基乙磺酸，最早由
10、牛黄中分离出来，故得名。其水溶液的介电常数比纯水高且随其浓度的增加而直线上升，在水中的电离常数为pK1=1.5；pK2=28.74；在酸性介质中相当稳定，不受浓硫酸、沸腾的硝酸、王水和干燥氯气的氧化。牛磺酸是一种含硫的氨基酸，与其他氨基酸不同之处在于它其所带的是磺酸基而不是羧基，氨基处于位碳原子上而不是位，它是唯一一种不与蛋白质结合(但与胆酸结合)的氨基酸，它的氨基功能具有较强的酸性，在体液PH值范围内呈两性离子状态。1.1.3 牛磺酸的应用 近年来，随着对其应用的开发，除了在医疗卫生、食品保健方面外，牛磺酸在染料、表面活性剂、pH缓冲剂、化妆品等方面的也开始发挥越来越重要的作用。 在药学方面
11、，牛磺酸有强肝利胆作用、解热与抗炎作用、降压作用、强心和抗心律失常作用、降血糖作用及松弛骨骼肌和拮抗肌强直等作用。故在药物方面，牛磺酸得到很好的应用。 在食品方面，牛磺酸已成为一种“通用型”营养氨基酸添加剂广泛用于食品工业，除传统的品牌运动饮料（如“红牛”、Sportlife）外，国外厂商已在销量极大的口香糖、巧克力甚至面包、饼干中添加少量牛磺酸。 日本已成为仅次于美国的世界第二大牛磺酸消费国。近据报道，日本厚生省已将牛磺酸列为婴幼儿奶粉的法定添加剂。不久前日本又宣布，牛磺酸可作为一种“药食兼用”的药品，用于以奶粉、运动/能量饮料（在日本，运动/能量饮料市场年销售额约25亿美元）以及豆腐、豆奶
12、等豆制品中，以提高其营养保健作用。近据报道，日本一厂商开发出了一种适合中老年妇女人群饮用的新型保健能量饮料，内含牛磺酸、水解大豆蛋白、蛋氨酸和L内碱等营养成分，既能提供人体必需的能量，又可补充植物雌激素（大豆异黄酮）、防止发胖，故上市后颇受日本女性消费者欢迎。1.2 牛磺酸的生产目前，全球牛磺酸主要由中国和日本生产，欧洲和北美等地现在基本上不再生产牛磺酸。全世界牛磺酸总生产能力约为6万7万吨，实际年产量为5万吨左右。其中，中国产量为4万吨左右，日本仅有1万多吨。但是，牛磺酸主要的需求国现在并不是中国，而是在欧美各国及日本，被广泛应用于奶粉、乳制品、饮料、滋补品、复合味精及某些特定食品中，并开始
13、扩展到农业、水产业和化学工业等领域。据统计，美、日发达国家牛磺酸的消费结构大致为食品添加剂、营养保健品占98.7%，药品占0.6%，其他占0.7%，并且大众化食品类添加剂用量所占比例还在增加。相比之下，我国是个巨大的潜在市场。比如，在日本，儿童用牛磺酸人均年消费量在500克以上。而我国3.8亿儿童中，如果有1/3的儿童每年补足300克牛磺酸，每年就需近40000吨。因此，除了出口外，我国牛磺酸相关企业正准备大力开拓国内市场。 近年来，全球市场牛磺酸的需求量增长很快，很多时候市场需求量要大于实际生产量，市场前景十分看好。1.3 牛磺酸的制备1.3.1 概述牛磺酸几乎存在于所有的生物之中，哺乳动物
14、的主要脏器，如：心脏、脑、肝脏中含量较高；含量最丰富的是海鱼、贝类、海洋植物紫菜，如墨鱼、章鱼、虾，贝类的牡蛎、海螺、蛤蜊等。鱼类中的青花鱼、竹荚鱼、沙丁鱼等牛磺酸含量很丰富。由于天然牛磺酸较分散、量少，远不能满足人们需要。工业获取牛磺酸有三种途径：一、从海洋动物中提取；二、从条斑紫菜中提取；三、化工合成。1.3.2 生产方法 从天然生物品中提取牛磺酸的量很有限，远不能满足人们的需要，工业上主要是通过化学合成来获取牛磺酸。 牛磺酸有多种化学合成方法，但目前工业上主要采用乙醇胺法和环氧乙烷法。这里主要介绍乙醇胺法，环氧乙烷法只做简单说明。 1.3.2.1 乙醇胺法 以乙醇胺为原料合成牛磺酸，按合成路线又分为氯化一磺化法、乙撑亚胺法和酯化一磺化法。 (l)氯化一磺化法 氯化一磺化法以乙醇胺、盐酸、亚硫酸钠为原料，反应分氯化、磺化两步进行，经过2一氯乙胺盐酸盐中间体合成牛磺酸，反应方程式如下: 该方法原料易得，但反应条件难控制，收率仅能达到48%。在氯化法中，有工艺以乙醇胺盐酸盐与氯化亚飒为原料，以甲苯作溶剂，先反应生成氯乙胺盐酸盐，然后产物再与亚硫酸钠反应生成牛磺酸。1989年，德国的D.Pauluth等人在等当量的梭酸中，氯化亚飒与乙醇胺盐酸盐按化学计量式于60下反应7h，得到一氯乙胺盐酸盐，产率接近理论值，高达99.1%，
