论文总字数：30504字

摘 要

本次设计主要的目标产物是被广泛应用的甘氨酸，凭借其在多个方面的发展应用，特别是作为草甘膦的生产原料，产生了很大的经济效益。经过多年的蓬勃发展，甘氨酸的生产工艺也越来越多样化、高效化。本设计选择使用氯乙酸氨解法生产甘氨酸并且使用纳滤装置回收乌洛托品，降低了成本。

本设计主要包含以下内容：甘氨酸的性状及应用情况、甘氨酸合成方法的介绍、国内甘氨酸发展状况、生产工艺的确定、相关的化工设计及计算以及三废的处理方案。

关键词：甘氨酸；纳滤装置；氯乙酸氨解法；工艺设计

Abstract

The main target product of this design is the widely used amino acid glycine. With its development and application in many aspects, has produced great economic benefits, especially as a raw material for the production of glyphosate.This design chooses to use chloroacetic acid aminolysis method to produce glycine and use nanofiltration device to recover urotropine, which reduces the cost.

This design mainly includes the following contents: the properties and application of glycine, the introduction of glycine synthesis method, the development status of domestic glycine, the determination of the production process, the related chemical design and calculation, and the treatment plan of the three wastes.

Key words: Glycine; Nanofiltration unit; Aminolysis of chloroacetic acid; Process design

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1甘氨酸物理性质 1

1.2 甘氨酸化学性质 1

1.2.1 甘氨酸的两性性质 1

1.2.2 甘氨酸中氨基发生的反应 2

1.2.3 甘氨酸中羧基发生的反应 2

1.2.4 甘氨酸中氨基与羧基共同发生的反应 2

1.3 甘氨酸的应用 2

1.3.1 农药行业中的应用 2

1.3.2 食品行业中的应用 3

1.3.3 医药行业中的应用 3

1.3.4 农业中的应用 3

1.4生产技术现状 3

1.4.1 氯乙酸氨解法 3

1.4.2 Strecker（施特雷克）法 4

1.4.3 改进的Strecker（施特雷克）法 4

1.4.4 直接Hydantion（海因）工艺 4

1.4.5 生物技术合成法 4

1.5国内甘氨酸的生产厂家及生产能力 4

1.6国内甘氨酸市场行情 5

1.6.1 国内甘氨酸产量走势 5

1.6.2 2012至2018年国内甘氨酸价格走势 6

1.6.3 国内甘氨酸发展趋势 6

第二章 甘氨酸生产设计方案的确定 6

2.1 各个生产方法优缺点的比较 7

2.2 生产方法选择 7

2.3 氯乙酸氨解法反应原理 8

2.3.1 氯乙酸氨解法反应体系 8

2.3.2 甘氨酸合成的主反应 8

2.3.3 甘氨酸合成的副反应 8

2.4 原料规格 9

2.5 生产工艺流程叙述及工艺流程框图 9

2.5.1 工艺流程框图展示 9

2.5.2 生产工艺流程概述 10

2.5.3 生产工艺流程评价 11

2.6 工艺指标的确定 11

2.6.1 反应工序工艺指标 11

2.6.2 结晶分离工序的工艺指标 12

2.6.3 纳滤膜分离工序的工艺指标 13

2.6.4 其他工序的工艺指标 14

第三章 生产工艺的计算 23

3.1 物料衡算 15

3.1.1 原料及规格汇总 15

3.1.2 生产周期确定 15

3.1.3 工艺流程损失假定 15

3.1.4 列衡算式 15

3.1.5 甲醇精馏塔物料衡算 22

3.2 热量衡算 23

3.2.1 氨解反应釜热量衡算 23

3.2.2甲醇回收精馏塔热量衡算 26

第四章 氨解反应釜的设计 29

4.1.1 反应釜体积的确定 29

4.1.2 高径比的选择 29

4.1.3 封头的选择 30

4.1.4 筒体高度的计算 30

4.1.5 高径比的校核 30

4.1.6 填料系数的校核 30

4.1.7 筒体壁厚的计算 30

4.1.7.1 设计参数的确定 30

4.1.7.2 筒体壁厚的设计 31

4.2.1 夹套内径与压力的确定 31

4.2.2 夹套筒体的设计 31

4.2.2.1 夹套筒体壁厚的设计 31

4.2.2.2 夹套筒体长度Hj的设计 32

4.2.2.3 夹套封头的设计 32

4.2.2.4 传热面积的校核 32

4.3 釜体的水压试验 32

4.4 夹套的水压试验 33

4.5 附属装置的设计 33

4.5.1 换热装置 33

4.5.2 搅拌装置 33

4.5.3 轴封装置 33

4.5.4 釜体法兰结构 33

4.5.5 人孔结构 34

4.5.6 支座选择 34

4.5.7 工艺接管选型 34

第五章 甲醇精馏回收塔的设计 36

5.1 已知精馏塔数据集中 36

5.2 理论塔板数的计算 36

5.2.1 相对挥发度的确定 36

5.2.2 最小回流比和操作回流比的确定 36

5.2.3 精馏塔气液相负荷 36

5.2.4 操作线方程计算 37

5.2.5 逐板计算求理论塔板数 37

5.3 实际塔板数的计算 37

5.3.1 液相平均粘度的计算 37

5.3.2 精馏段提馏段相对挥发度的计算 38

5.3.3 全塔效率与实际塔板数的计算 38

5.4 填料相关计算 39

5.4.1 填料选择 39

5.4.2 填料层高度计算 39

5.4.2.1 精馏段相关计算 39

5.4.2.2 提馏段相关计算 40

5.4.3 全塔填料层压降、高度计算 40

5.4.4 全塔厚度与材料选择 40

5.5 塔内件的设计 40

5.5.1 液体分布器 40

5.5.2 填料支撑装置 41

5.5.3 除沫器的选择 41

5.5.4 床层定位器的选择 41

5.5.5 工艺接管选型 41

第六章 车间布置以及厂址选择 42

6.1 概述 42

6.2 车间布置基本原则与要求 42

6.3 厂房布置 42

6.4 设备布置 43

6.4.1 生产操作 43

6.4.2 设备安装 43

6.4.3 安全要求 43

6.5 厂址选择 43

第七章 三废处理 44

7.1 废液处理 44

7.2 固废处理 44

7.3 废气处理 44

第八章 工程技术经济性评价 44

8.1成本和费用的计算 45

8.1.1经济性评价的费用参考数据 45

8.1.2原材料费用 45

8.1.3 外购燃料和能量费用 46

8.1.4 设备及场地投资费用 46

8.1.5 工资及福利 47

8.1.6 修理费 47

8.1.7 其他费用 47

8.1.8 成本估算总表 47

8.2 销售收入和税金的估算 48

8.2.1 产品收入 48

8.2.2 税金的估算 48

8.3 利润的计算 49

总 结 50

9.1 设计成果 50

9.2 设计中的不足 50

9.3 后续性发展 50

参考文献 52

致 谢 53

第一章 绪论

1.1甘氨酸物理性质

图1.1 氨基乙酸分子结构式

甘氨酸一般性质如表1-1所示，HG/T2029-2004甘氨酸产品指标中给出了工业级甘氨酸的标准，优等品的标准如表1-2所示。

表1.1 甘氨酸的一般性质

表1.2 工业级甘氨酸优等品技术指标

1.2 甘氨酸化学性质

1.2.1 甘氨酸的两性性质

甘氨酸同时含有氨基与羧基，所以它具有两性，与强酸或强碱都能生成盐^[2]：

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