安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）
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 + HCl
2.2 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，溶于水、乙醇、乙醚、苯、二硫化碳和氯仿等有机溶剂，相对密度：1.58g/cm3（20/20℃），其熔点： 61～63℃，沸点为：189℃。
（2）： 六次甲基四胺(CH2)6N4
俗名乌洛托品，白色结晶粉末或无色有光泽晶体，几乎无臭，对皮肤有刺激作用，相对密度1.27 g/cm3 (25℃)，在约263℃升华并部分分解，溶于水、乙醇和氯仿，不溶于乙醚，燃烧时火焰无色。
（3）： 甲醇(CH3OH)
无色透明易燃易挥发极性液体，有毒，饮后能致盲，密度(D204℃)：0.7915g/cm3，熔点：-97.8℃、沸点：64.65℃，自燃点：470℃，能与水和多数有机溶剂混溶，蒸汽与空气生成爆炸性混合物，爆炸极限(6.0～36.5)%(体积)，燃烧时生成蓝色火焰，用于制造甲醛和农药等，并用作有机物质的萃取和酒精的变性剂等。
（4）： 氨气(NH3)
无色气体，有强烈的刺激性气味，相对密度：0.771 g/cm3，易被液化成无色的液体，沸点：-33.5℃，也易被固化成雪状的固体，熔点：-77.7℃，溶于水、乙醇和乙醚，在高温时会分解成氮和氢，有还原作用。
2.2.2 原料质量标准（执行QJ/XHG.JH0207-08-2001） （1）: 氯乙酸
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王淼 氨基乙酸生产工艺设计
表2-1 工业氯乙酸质量标准
Table 2.-1 Chloroacetate industrial quality standards
指 标 名 称 氯乙酸含量% 二氯乙酸含量%
外 观
指 标 ≥95.0 ≤3.0
白色或微黄色晶体
(2): 六次甲基四胺
表2-2 六次甲基四胺质量指标 Table 2-2 Hexamine quality indicators
指标名称
纯度 % 氯化物(以Cl计) % 外 观
指 标 ≥98.0 ≤0.015
白色结晶或略带色调的白色结晶
(3): 甲醇
表2-3 工业甲醇质量指标
Table 2-3 methanol industry quality indicators 指标名称
密度(20℃)g/cm3 外 观
指 标 0.791～0.793
无殊异臭气味，无色透明液体，无可见杂质
(4): 液氨
表2-4 无水氨质量指标
Table 2-4 anhydrous ammonia quality indicators 指标名称
氨含量 %
残留物含量 %
指 标 ≥99.5 ≤0.5
2.3 生产工艺流程叙述及工艺流程方框图
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工艺流程方框图
氯乙酸 乌洛托品 溶解 回收甲醇 精馏 副产物 氯化铵 氨气 合成 醇析 离心醇洗 产品 烘干包装
图2-1 工艺流程方框图 Figure 2-1 process flow diagram
工艺流程叙述
将氯乙酸、六次甲基四胺固体按工艺配比分别溶解成工艺指标要求含量的溶液，然后备入计量槽。
首先向反应釜内投入六次甲基四胺水溶液，加热至一定温度后，开始滴加氯乙酸溶液，并通入氨气反应。反应过程中控制好反应温度和pH值，待加料结束后保温一段时间，通过甲醇醇析、真空抽滤、甲醇醇洗，分离出氨基乙酸，并甩干、烘干、取样化验，包装合格后入库出厂。
甲醇醇析，甲醇含量降低，而且含有其他杂质，通过精馏塔、提纯后回收利用，精馏后残液排污至污水池，浓缩结晶出氯化铵副产品。
2.4主要工艺指标的确定
2.4.1 生产工艺特点
除甲醇精馏是半间歇生产外，其他生产工序都是分批投料、间歇生产，生产周期为8小时，每天可生产3批。这样的生产过程，容易造成工艺指标控制不稳定，使产品质量、收率产生波动。因此，生产中各工序工艺指标的控制、操作过程关键因素的掌握，对产品质量的稳定，特别是产品收率的提高，有着十分重要的影响。 2.4.2 工艺指标的确定 （1）： 反应工序
反应过程中，催化剂加入量、反应温度、pH值的调节以及反应时间长短等因素，对产品质量和收率有着决定性的影响。 ① 催化剂加入量
氯乙酸与液氨是在催化剂乌洛托品的作用下进行反应的。如果催化剂加量不足，会导致反应不充分，影响反应速度，氨基乙酸生成量减少、收率下降；反之，如加量过大，
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对提高收率作用不大．却会增加乌洛托品的消耗。根据生产经验，催化剂的加入量与主原料氯乙酸的投料量之比为10%左右，如果其他因素正常，这样的加入量能够使收率达到90％以上。 ② 反应温度
该反应为放热反应，反应过程中大量放热。根据化学反应平衡原理，降低温度有利于氨基乙酸的生成。生产中反应温度应控制在70℃左右。反应温度过低，则反应速度慢、反应不充分、生产周期长，影响产量，冷却水消耗增加；反应温度过高(如达到95℃以上)，会造成反应过于激烈，不利于安全生产，并使副反应增多，致使产品外观发黄，既影响收率又使产品质量下降。根据经验，反应温度达到100℃左右，产品收率会降到70％左右。
③ 反应过程中pH值
反应过程中pH值应控制在7.0～7.5。若pH<6．则反应液呈酸性，加之温度较高，会使产品铁含量增加、外观发黄。此外，pH值偏低，会使反应不充分，收率必然下降。若pH值≥9，说明氨过量较多，理论上讲有利于充分反应、提高收率，但会造成产品粒子过细，过滤冲洗时损失增加，反而不利于提高收率。同时，氨过量太多会大量外逸，既污染环境又造成浪费。控制反应液pH=7.0～7.5并保持基本稳定，在其他因素正常时，能够使收率达到90％左右。 （2）： 结晶分离工序
氯乙酸氨解生成氨基乙酸的反应是在水溶液中进行的，反应结束得到的是氨基乙酸、氯化铵、乌洛托品等的水溶液。由于甲醇和水可以互溶，氨基乙酸只是易溶于水而微溶于甲醇，而氯化铵、乌洛托品溶于甲醇，因此在结晶工序加入的甲醇与水互溶，氨基乙酸大量失去溶剂水而产生过饱和，发生盐析结晶从母液中析出，与其他物质得以分离。
① 甲醇的用量及加入方式
用氯乙酸在水相中催化氨解生产氨基乙酸的工艺过程中，传统方法是向已完成的反应物料中加入一定量的甲醇，以降低溶剂的介电常数，使氨基乙酸沉降析出，而令副产物氯化铵留在醇－水混合溶剂中，然后分离出产物，用精馏法回收甲醇循环使用。因此一定体积的已完成反应的物料中需要加入多少体积的甲醇最适宜，便成为不可回避的操作指标。加少了，产品中Cl-%超标；加多了，不仅回收甲醇的工作量增大，损耗增加，而且产品收率下降（氨基乙酸在水－甲醇体系中也有一定量的溶解度）。由于下列诸因素：a：已完成反应物料中氨基乙酸和氯化铵的浓度不同；b：所用甲醇的浓度不同；c：醇析操作过程的温度不同；d：不同规格氨基乙酸产品对Cl-%的限制指标不同。因此机械地规定（甲醇/反应物料）体积比是不行的。而且由于影响这个比值的变量这样多，凭经验也有难度。本设计所选用的数据参照了南通东昌化工的生产数据，甲醇的用量与原料氯乙酸的比按8.1:1计。
生产中甲醇是分两步加入的。第一次加入少量甲醇，充分搅拌降温后，再加人大量甲醇，充分搅拌降温，放料过滤。这样操作的原因是：由于第一次加入的甲醇是少量的，所以氨基乙酸的饱和度不是很大，会在溶液中析出数量不是很多的细小结晶；第二次加入大量甲醇时，这些细小结晶起到了晶种的作用，大量析出的氨基乙酸在晶种表面上聚集，结晶得以长大。这样的结晶颗粒大、纯度高、粒度均匀．容易过滤洗涤。如果不是分两次、不同量加入而是一次加入大量所需甲醇。会造成晶核生成量过大，结晶粒度较小、大小不均，导致过滤洗涤困难、产品过滤损失加大，收率大大降低，不足70％，并使甲醇消耗增加很多。
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