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1、有机化工产品生产论文氨基乙酸生产工艺设计 姓 名： 胡胜男 学 号： 09 专业班级： 分析3114 指导教师： 宋艳玲 目 录摘要1引言2第1章 氨基乙酸简介21.1 氨基乙酸的基本性质21.2 产品用途21.2.1 应用于农业行业21.2.2 应用于医药行业21.2.3 应用于饲料行业31.2.4 应用于表面活性剂和日化行业31.3 市场需求与技术现状31.4 氨基乙酸的生产工艺31.4.1 氯乙酸氨解法31.4.2 施特雷克法(cstercker法)31.4.3 氢氰酸法合成氨基乙酸新工艺41.4.4 生物合成法41.5 本产品所选线路及可行性分析4第2章 生产工艺流程及各工艺指标的确定
2、42.1 生产基本原理及化学方程式42.2 原料规格及性质42.2.1 基本原料42.3 生产工艺流程叙述及工艺流程方框图52.4主要工艺指标的确定52.4.1 生产工艺特点52.4.2 工艺指标的确定6第3章 厂房布置75.1 概述75.2 设备布置的原则75.3 厂房布置方法7总 结8致 谢8参 考 文 献8氨基乙酸生产工艺设计摘要氨基乙酸又名甘氨酸，它是结构最简单的-氨基酸，它的用途非常广泛，主要用于农药、医药、食品、饲料以及制取其它氨基酸，合成表面活性剂等。氨基乙酸的生产方法有很多种，主要有氯乙酸氨解法和施特雷克法。在国内，由于技术、原料等原因，大都采用氯乙酸氨解法。本设计的目的在于对
3、模拟年产1万吨氨基乙酸的厂房工艺进行设计和优化，本设计简要介绍了氨基乙酸的主要用途，国内外的生产情况，研究进展和未来的发展趋势。结合国内的实际情况，本设计选用了氯乙酸氨解法，采用间歇式的生产方式，初步设计要求年产量1万吨，参照了许多文献及数据，对整个生产过程做了物料衡算，主要设备进行了热量衡算，并对主体设备氨化合成釜进行了设计，对生产工艺流程进行了优化，对车间进行了布置和规划。设计经多次修改和调整，得到许多数据和能控制的工艺参数，所得到的产品理论上符合设计要求。关键词：氨基乙酸；生产工艺；收率；氯乙酸氨解引言本设计为对氨基乙酸工艺流程的设计研究，主要对国内外现有生产技术和试验进展进行了简要阐述
4、和对比分析。目前国内主要采用氯乙酸氨解法制备氨基乙酸，60年代以前，德国的Kraut用氯乙酸和氨水反应，在缓慢搅拌、室温下反应48小时以上，再经一系列复杂的后处理，才得到粗品，收率很低，成本高且再生能力很低。70年代后，法国人Henri Martin以乌洛托品、氯乙酸、氨水为原料在水相中合成，反应后，经醇析、过滤、精制、干燥制得。只有70%左右的收率，生产周期长达40小时，纯度在90%左右1。后来用液氨代替氨水，收率达80%以上，此工艺成熟，目前国内生产厂家都在此方法前提下，不断的进行改进。自1969年实现工业化以来，国内许多专家对其进行了众多改进性研究，使氨基乙酸收率由约70%提高至85%以
5、上，产品氨基乙酸含量从95%提高到98.5%。 本设计所选用的工艺路线为国内较为成熟的氯乙酸氨解法，其中参考和引用了前人的技术成果，在此表示特别感谢。 第1章 氨基乙酸简介 1.1 氨基乙酸的基本性质中文名: 氨基乙酸（氨基乙酸）英文名：GLYCINE分子式：C2H5NO2分子量：75.07结构式：NH2CH2COOH CAS号：56-40-6 毒性防护：本品无毒，无腐蚀性。物化性质：白色单斜晶系或六方晶系晶体，或白色结晶粉末。无臭，有特殊甜味，相对密度1.1607。熔点248（分解）。易溶于水，在水中的溶解度：25时为25g/100ml；50时为39.1g/100ml；75时为54.4g/1
6、00ml；100时为67.2g/100ml。极难溶于乙醇，在100g无水乙醇中约溶解0.06g。几乎不溶于丙酮和乙醚。与盐酸反应生成盐酸盐。产品包装、贮存与运输：本产品采用薄膜塑料袋，外加纤维编织袋两层包装，每袋净含量25kg0.25kg，运输时注意防潮，避免被尖锐物划破。1.2 产品用途1.2.1 应用于农业行业氨基乙酸是生产除草剂草甘膦的原料和植物生长调节剂增甘膦的重要中间体。广泛用于稻田、麦地、玉米、棉花、大豆和果园、菜园及铁路、建筑、交通、森林等非耕地除草，草甘磷因其有杀草力强、低毒、易分解、无残留等优点，作为高度安全性除草剂，已被美国政府评为最优秀的农药。1.2.2 应用于医药行业氨
7、基乙酸是人体必需的氨基酸，在各种氨基酸输液的配方中，基本上都含有氨基乙酸，氨基乙酸可用作药物溶剂和缓冲剂，同时它还可以合成多种药物，如治疗高血压药物盐酸地闰普利抑制胃溃疡的药用碳酸钙制剂，单氨基乙酸酰水扬酸钙，利血胺注射液等。1.2.3 应用于饲料行业氨基乙酸用在饲料添加剂中，不仅是畜禽饲料中的主要营养补充成分，还可以防止饲料氧化变质，延长饲料保鲜期，在国外牛羊的饲料中均含有氨基乙酸，国内的饲养业尚未普遍采用，在此领域中氨基乙酸的应用有待于进一步开发。另外，新兴的动物宠物罐头饲料中也含有氨基乙酸。其添加氨基乙酸的量十分惊人，宠物饲料生产是一个劳动密集型的产业，很适合中国的国情，可惜国内尚未对此
8、产业有足够的重视。1.2.4 应用于表面活性剂和日化行业在表面活性剂工业中，用氨基乙酸可合成阳离子和两性表面活性剂，还可用于生产具有良好调湿性和染色性的氨基酸染发剂，用于护肤及清洁用化妆品的复配剂，另外，用于配制发泡力强，药物化妆品的抗氧化剂的油包水或水包油乳液，具有增湿和增稠作用。1.3 市场需求与技术现状目前全球氨基乙酸年产量达到230万t，我国的生产能力为23万t/年。生产与消费主要集中在工业发达国家和地区，我国氨基乙酸生产起始于70年代末80年代初，不仅起步较晚，而且生产技术水平偏低，生产能力约为2.8万t/年，生产方法几乎全部采用氯乙酸氨解法生产甘氯酸，产品多为工业级，纯度不高于95
9、%，不仅影响下游草甘膦农药的质量，而且无法满足医药和食品等行业的需求，致使我国医药和食品行业所需的氨基乙酸大量依靠进口。1.4 氨基乙酸的生产工艺氨基乙酸生产工艺路线很多，目前工业化和具有工业化前景的生产工艺主要有氯乙酸氨解法，施特雷克法(cstercker法)，氢氰法，及生物合成法等。1.4.1 氯乙酸氨解法该法根据原料不同，又可分两种工艺：(1)水相或醇相中以乌洛托品，氯乙酸、氨水(氨气或液氨均可)为原料合成；(2)水相中以碳酸铵或氨基甲酸胺、氯乙酸、氨水为原料合成。目前国内的生产方法以前者为主，收率在70%左右，后者收率较低(约42%)，故很少用于工业化生产。由于水相合成氨基乙酸中乌洛托
10、品消耗较大，且乌洛托品价格较高，无法回收，故成本较高，而以醇溶液代替水溶液则会大大降低乌洛托品的消耗量，从而降低生产成本，因此，目前国内普遍采用醇相法合成氨基乙酸，反应方程式如下。主反应:ClCH2COOH + 2NH3 NH2CH2COOH + NH4Cl副反应:NH2CH2COOH + ClCH2COOH NH(CH2COOH)2 + HCl NH(CH2COOH)2 + ClCH2COOH N(CH2COOH)3 + HCl氯乙酸氨解法的优点是原料易得，合成工艺简单，对设备要求不高，易操作，基本无公害，缺点是反应时间较长，副产物氯化铵等无机盐类物质难以除去，产品质量差，精制成本高，作为催
11、化剂的乌洛托品难以回收循环使用，造成原料的极大浪费，使生产成本增加。1.4.2 施特雷克法(cstercker法) 施特雷克法的反应过程是，以甲醛、氰化钠，氯化铵为原料反应，在硫酸存在下醇解，然后与氢氧化钡一起加水分解而得氨基乙酸产品，主要化学反应如下:6HCHO+3NaCN+3NH4Cl(CH2=N-CH2CN)+3NaCl+6H2O将产物过滤，在硫酸存在下加乙醇分解，得到氨基乙腈硫酸盐。3(CH2=N-CH2CN)+C2H5OH+3H2S043(H2NCH2CN)H2SO4+3CH2(C2H5)2将上述产物用氢氧化钡分解，得到氨基乙酸钡：2(H2NCH2CN)2SO2+3Ba(OH)2(N
12、H2CH2COO)2Ba+2BaS04+2NH3+2N2O然后加入定量的硫酸，使钡沉淀，过滤液浓缩，放置冷却，析出氨基乙酸结晶。(NH2CH2COO)2Ba+H2S042NH2CH2COOH+BaS04此工艺路线较长，原料NaCN为剧毒物，反应的脱盐操作较复杂，操作条件比较苛刻，其优点是易于精制，成本低，适用于大规模工业化生产。1.4.3 氢氰酸法合成氨基乙酸新工艺该工艺以廉价的丙烯腈副产物氢氰酸代替氰化钠，生产成本更低，美国、日本等普通采用此法生产氨基乙酸，我国中科院大连化物所于90年代初开发成功以HCN为原料合成氨基乙酸的工艺，该工艺以氢氰酸为主体原料，在生产过程中，可直接利用气态HCN或
13、任意比例的HCN水溶液，醛类可利用气体，溶液或高聚物，氨源可用氨加二氧化碳或碳酸铵，碳酸氢铵等，各原料的投料量近于理论量，产品收率可达73%，产品含量大于95%。该工艺由于反应步骤少，因此工艺过程缩短，操作步骤简化，设备投资减少，生产成本大大降低，无三废处理，易于放大生产，所得氨基乙酸产品质量明显优于氯乙酸法所得的产品。1.4.4 生物合成法21世纪是生物合成的世纪，生物合成氨基乙酸成为十分重要，潜力巨大的合成路线。美国、日本、欧洲长期以来坚持开发生物合成氨基乙酸的研究，以前由于存在酶的活性低，合成氨基乙酸的微生物菌需求量大，氨基乙酸的产率低等因素，使生物合成法的工业化受到限制。20世纪80年
14、代后期，日本三菱公司把过筛选的好氧土壤杆菌属，短杆菌属，棒状杆菌属等微生物菌属加入到含有碳源、氮源及无机营养液的介质中进行培植，然后将该类菌种在2545，pH值在49的情况下，使乙醇胺转化为氨基乙酸，用浓缩中和离子交换处理得到氨基乙酸。1.5 本产品所选线路及可行性分析本设计模拟生产10000吨的氨基乙酸，考虑到产量较大，且其他生产工艺只在实验阶段，或在国内技术不成熟，还未应用到工业生产中，所以选择第一条工艺路线，即氯乙酸氨解法，氯乙酸氨解法的优点是原料易得，合成工艺简单，对设备要求不高，易操作，基本无公害。 第2章 生产工艺流程及各工艺指标的确定2.1 生产基本原理及化学方程式原理：氯乙酸和氨气在六次甲基四胺的催化作用下，反应生成氨基乙酸和副产物氯化铵。化学方程式： 主反应：ClCH2COOH + 2NH3 NH2CH2COOH + NH4Cl副反应：NH2CH2COOH + ClCH2COOH NH(CH2COOH)2 + HCl NH(CH2COOH)2 + ClCH2COOH NH(CH2COOH)3 + HCl2.2 原料规格及性质2.2.1 基本原料（1）： 氯乙酸(ClCH2COOH)无色晶体，有刺激性气味，易潮解、不燃，有强烈的腐蚀性，能破坏金属、橡胶和软木塞等，溶
