摘 要

缬氨酸是八种重要的人体必需氨基酸之一，也是支链氨基酸之一，化学名称是2-氨基-3-甲基丁酸。人体在进行剧烈体力运动的时候，缬氨酸可以分解产生葡萄糖给肌肉提供额外的能量，来防止肌肉衰弱，同时帮助从肝脏清除多余的氮和潜在的毒素，并将身体需要的氮运输到人体各个器官。缬氨酸不仅在人体内部发挥重要作用，而且制成药物能在人体生命垂危时救助生命。缬氨酸在饲养牲畜的方面，还可以用作制备饲料来给牲畜提供必须的缬氨酸。本设计前期是研究合成缬氨酸得合成路线，相信在不久的未来会有更加便捷、产率更高得方法提出造福人类，为社会做出巨大贡献。在工业上通常合成缬氨酸的方法有：化学法、生物酶法，本设计在前期实验的基础上研究化学法制备DL-缬氨酸的合成工艺并最终完成年产250吨DL-缬氨酸中试设计。设计采用异丁醛作为主要原料，通过异丙基海因的合成、水解来合成缬氨酸。

本设计的主要内容包括了DL-缬氨酸工艺合成路线选择、工艺流程设计、工艺物料衡算、能量衡算、主要设备选型和计算、车间布置的设计等内容，同时还绘制了相应的工艺流程图、设备装置图、车间平立面布置图等图纸。

关键词: DL-缬氨酸；合成工艺；中试设计

Abstract

Valine is one of eight important essential amino acids and one of branched amino acids. The chemical name is 2-amino-3-methyl butyric acid. In the intense physical exercise, valine decomposition produces glucose to provide additional energy to the muscles to prevent muscle weakness while helping to remove excess nitrogen and potential toxins from the liver and transport the body's nitrogen to the various organs of the body. Valine not only plays an important role in the human body, but also made of drugs in the human life when the dying life.Valine can also be used as a feed for the provision of essential valine for livestock.This is a preliminary design study was the synthesis of valine synthesis route, I believe there will be a more convenient、a higher yield method proposed for the benefit of mankind, the community has made a great contribution in the near future .The synthesis of valine in the industry is: chemical method, biological enzyme method, the design of the previous experiment on the basis of the chemical method of preparation of DL-valine synthesis process and complete with an annual output of 250 tons of DL-valine pilot design. The design uses isobutyraldehyde as the main raw material, through the synthesis of isopropyl heptyl, hydrolysis to synthesis of valine.

The main contents of this design include the selection of DL-valine process route selection, process design, process material accounting, energy balance, the selection and calculation of major equipment, the design of the workshop layout and so on, and also draw the corresponding process flow chart, equipment installation plans, workshop flat surface layout and other drawings.

Key words: DL-valine ；synthesis ；pilot design

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1缬氨酸的性质 1

1.2缬氨酸的用途及重要性 1

1.3 国内外缬氨酸生产和供需概况 1

1.3.1国外缬氨酸生产和供需概况 1

1.3.2国内缬氨酸生产和供需概况 2

1.4缬氨酸生产技术 3

1.4.1用正戊酸合成D－正缬氨酸的方法 3

1.4.2 DL-正缬氨酸的合成方法 3

1.4.3异丁醛为原料合成DL-缬氨酸的方法(实验室小试) 3

1.4.4生物酶法制备D-缬氨酸^[3] 4

1.5缬氨酸产品分类 4

1.6本文研究思路及内容 5

第二章 工艺流程 7

2.1实验室小试DL-缬氨酸合成工艺过程简介 7

2.1.1小试合成工艺背景 7

2.1.2小试合成工艺过程简介 7

2.1.2.1反应原理 7

2.1.2.2操作过程 7

2.2小试流程框图 9

2.3中试工艺 9

2.4工艺流程 10

2.4.1异丙基海因的合成 10

2.4.2异丙基海因的水解 10

2.4.3缬氨酸的生成 11

2.5小结 11

第三章 物料及热量衡算 12

3.1原、辅材料及产品性质 12

3.2物料衡算 12

3.2.1基础数据 12

3.2.2物料衡算过程 13

3.3热量衡算 16

3.3.1热量衡算依据 16

3.3.2化合物热容的计算 17

3.3.3化合物标准摩尔生成焓的计算 19

3.3.4热量衡算过程 21

3.3.4.1 反应釜R101 21

3.3.4.2 水解釜R102 22

3.3.4.3 反应釜R103 24

3.4小结 24

第四章 主要设备选型及计算 26

4.1设备选型原则 26

4.2主要设备选型及计算 26

4.2.1计算依据 26

4.2.2计算过程 26

4.2.2.1 氰化钠溶液高位槽(V1001) 26

4.4.2.2 氨水高位槽(V1002) 27

4.4.2.3 异丁醛高位槽(V1003) 27

4.4.2.4 氢氧化钠溶液高位槽(V1004) 27

4.4.2.5 硫酸溶液高位槽(V1005) 27

4.2.3主要设备基准选型 28

4.2.4主要设备基准选型计算 28

4.2.4.1反应釜R101选型 28

4.2.4.2水解釜R102选型 38

4.2.4.3反应釜R103选型 42

4.2.4.4离心机选型 42

4.3小结 42

第五章 车间平立面布置设计 43

5.1车间布置设计的主要任务 43

5.2车间布置设计依据^[16] 43

5.2.1遵守的设计规范及相关规定 43

5.2.2基础资料 43

5.3车间布置方案 43

5.3.1车间主要设备 43

5.3.2布置方案 43

5.4车间设备布置图例 44

5.5工艺操作及安全 44

5.5小结 44

第六章 总结及展望 45

参考文献 46

致 谢 47

第一章 绪论

DL-缬氨酸是组成蛋白质中的20种氨基酸之一，化学名称是2-氨基-3-甲基丁酸，属于支链型氨基酸，也是人体所必需的8种生糖氨基酸和氨基酸之一，它与其他两种高浓度氨基酸(异亮氨酸和亮氨酸)一起工作来促进身体的正常生长，修复细胞组织，调节血糖，并提供所需要的能量。在参加激烈的体力活动时，缬氨酸可以给肌肉提供额外的能量产生葡萄糖，以防止肌肉衰弱。它还帮助从肝脏清除多余的氮(潜在的毒素)，并将身体需要的氮运输到各个部位。

1.1缬氨酸的性质

缬氨酸(C₅H₁₁NO₂，CAS号为72-18-4)，是一种无臭，味微甜而后会苦的白色结晶或结晶性粉末，无毒，易溶于水，几乎不溶于乙醇。在常温下，纯缬氨酸是处于结晶或者结晶性粉末的状态，其分子量为117，熔点为298℃，密度为1.346g/cm³。根据《危险化学品目录(2015 年版)》相关规定，DL-缬氨酸不属于危险化学品。其结构式如下所示：