糖精鈉的制作流程設計

1、目錄摘要1Abstract2第1章甜味劑概述31.1性質(zhì)31.1.1糖精鈉的物理性質(zhì)31.1.2 糖精鈉的化學性質(zhì)31.1.3 糖精鈉的檢測41.1.4 糖精鈉的安全性41.1.5致病性51.2發(fā)展簡史及安全調(diào)查演變51.2.1發(fā)展簡史51.2.2調(diào)查演變61.3糖精鈉的用途9 1.3.1糖精鈉在食品中的應用91.3.2糖精鈉在飼料中的應用91.3.3糖精鈉在其它工業(yè)中的應用10第2章糖精鈉工藝生產(chǎn)設計112.1設計依據(jù)與設計原則122.2基礎資料122.2.1基礎性能122.3 工藝參數(shù)設計132.4 生產(chǎn)方法和工藝流程設計132.5 技術特點15第3章物料衡算163.1重氮反應釜的物料衡算

2、173.2置換釜的物料衡算193.3氨化釜的物料衡算213.4酸析罐的物料衡算223.5中和反應的物料衡算233.6物料衡算匯總25第4章熱量衡算284.1 能量衡算原則284.2 重氮罐夾套式換熱器換熱量計算284.3 氨化罐夾套式換熱器換熱量計算28第5章設備設計與選型295.2方案選型305.3攪拌器的類型設計選型315.4重氮罐的設計及選型315.5氨化罐的設計和選型37第6章廠址選擇和平面設計426.1廠址選擇的原則426.2廠區(qū)概貌426.3車間布置設計的要求和原則426.3.1要求426.3.2、原則43第7章設計評價與總結(jié)45參考文獻46附錄一48英文文獻翻譯48附錄二674、

3、設計的主要內(nèi)容675）設計結(jié)果匯總表676、主要參考文獻687、進度安排68附錄三69 年產(chǎn)3000噸甜味劑生產(chǎn)工藝設計摘要本文講述了糖精鈉的性質(zhì)，存在形式，制備方案，檢測，以及糖精鈉在甜味劑中的地位，它的發(fā)現(xiàn)，發(fā)展，還有糖精鈉在目前社會上各個領域的作用。本設計使用了苯酐法的工業(yè)生產(chǎn)方法，假設了一個年產(chǎn)3000噸的使用苯酐法生產(chǎn)糖精鈉的廠商，并以此命題，進行設計。對整個生產(chǎn)過程中的原料，反應條件，反應過程，反應設備，衡算損失，回收利用等方面進行了整體研究計算。并繪制了CAD圖。通過對這個設計的計算，基本了解糖精鈉的性質(zhì)，和整個工藝流程的確定，并進行分析和展望，從而讓整個廠商的工藝流程更加完善，

4、綠色，經(jīng)濟效益高。目前我國糖精鈉生產(chǎn)方法主要有四種：苯酐法，甲苯法，鄰甲基苯胺法，苯酐二硫化物法。其中甲基苯胺法受到原料鄰甲基苯胺來源限制，原料成本較高，因而不適合于工業(yè)化生產(chǎn)。苯酐二硫化物法由于鄰二硫二苯甲酸結(jié)構上的空間障礙，與甲醇酯化需在高壓釜中進行，反應條件較苛刻，對反應設備要求太高，只進行過中試，也沒有實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。而甲苯法和苯酐法比較，苯酐法生產(chǎn)糖精鈉，在產(chǎn)品收率、產(chǎn)品質(zhì)量和污染治理等方面有著其他方法不可比擬的優(yōu)點，是比較適宜的生產(chǎn)方法。關鍵詞：糖精鈉，應用，生產(chǎn)，利用，效益 AbstractThis article tells the story of the nature of

5、 saccharin sodium, existence form, preparation, detection and the status of saccharin sodium in sweeteners Its found that the development and saccharin sodium in the role of every field in society at presentThis design USES the method in the industrial production of phthalic anhydride method, assumi

6、ng that the use of an annual output of 3000 tons of benzene anhydride method production manufacturer of saccharin sodium, and proposition, to carry on the design. On the whole production process of raw material, reaction condition, reaction process, reaction equipment, loss of balance, recycling, et

7、c, has carried on the overall research. And draw the CAD drawing. By the calculation of the design, a basic understanding of the nature of saccharin sodium, and the determination of the entire process, and analyzed and prospected, so as to let the vendor process more perfect, green, high economic be

8、nefit.At present our country saccharin sodium production method mainly has four kinds: phthalic anhydride method, method of toluene, methyl aniline method, method of benzene anhydride disulfide. One methylaniline was limited by adjacent methylaniline source materials, the raw material cost is higher

9、, and therefore not suitable for industrial production. and methanol esterification should be carried out in the autoclave, reaction conditions are harsh, the reaction equipment requirement is too high, only for pilot, did not realize industrialization production. And toluene and benzene anhydride m

10、ethod comparison, saccharin sodium benzene anhydride method production, the product yield, product quality and pollution control are incomparable advantages, other methods are more appropriate production method. Keywords: saccharin sodium，production，utilization，efficiency第1章甜味劑概述1.1性質(zhì)糖精鈉是最古老的甜味劑。糖精于

11、1878年被美國科學家發(fā)現(xiàn)，很快就被食品工業(yè)界和消費者接受。糖精的甜度為蔗糖的300倍到500倍，它不被人體代謝吸收，在各種食品生產(chǎn)過程中都很穩(wěn)定。缺點是風味差，有后苦，這使其應用受到一定限制?；瘜W名：鄰苯甲?；酋啺封c英文名：Saccharin Sodium俗名：糖精鈉或溶性糖精分子式： 分子量：241.21.1.1糖精鈉的物理性質(zhì)糖精鈉為無色或白色的結(jié)晶、白色的結(jié)晶性粉末或為白色的粉末，味極甜，即使在10,000倍的水溶液中也有甜味。1.1.2 糖精鈉的化學性質(zhì)糖精鈉，又稱可溶性糖精，是糖精的鈉鹽， 帶有兩個結(jié)晶水，無色結(jié)晶或稍帶白色的結(jié)晶性粉末，一般含有兩個結(jié)晶水，易失去結(jié)晶水而成無水糖

12、精，呈白色粉末，無臭或微有香氣，味濃甜帶苦。甜度是蔗糖的500倍左右。耐熱及耐堿性弱，酸性條件下加熱甜味漸漸消失并可形成苦味的鄰氨基磺酰苯甲酸，溶液大于 0. 026 則味苦。熔點:226-230 水溶性: 10g/100ml （20 時）性質(zhì)描述: 糖精鈉(128-44-9)的性狀：無色至白色斜方晶系板狀結(jié)晶或白色結(jié)晶性風化粉末。無臭或有輕微氣味。味極甜，即使在10000倍的水溶液中仍有極強甜味，甜味閾值約0.00048%。易溶于水(1g/1.5ml)，微溶于乙醇(1g/50ml)。1.1.3 糖精鈉的檢測精鈉為無色結(jié)晶或白色結(jié)晶性粉末；無臭或微有香氣，味濃甜帶苦；易風化，在水中易溶，在乙醇

13、中略溶，具體鑒別方法如下：（1）取本品0.5g，加水10mL，加稀鹽酸1mL，放置1h，濾出生成的白色結(jié)晶性沉淀，充分水洗后在105干燥2h，其熔點是226-230。（2）取本品20mg與間苯二酚40mg混合，加硫酸10滴，靜置，加熱混合物顯深綠色時冷卻，然后再添加水10mL和氫氧化鈉試液10mL溶解后，溶液發(fā)出綠色熒光。（3）將本品0.1g溶解于5mL氫氧化鈉試液，靜置加熱后蒸發(fā)干燥，而且以不炭化為度，小心熔解，至已不發(fā)生氨的臭氣后放冷。將殘留物溶解于約20mL水中，用稀鹽酸中和后過濾，在濾液中加氯化鐵試液1滴時呈紫或紅紫色。（4）將本品灰化后得到的殘留物，呈鈉鹽的常規(guī)鑒定試驗反應。1.1.

14、4 糖精鈉的安全性1958年，美國食品藥品管理局（FDA）開始對食品添加劑的使用進行管理，當時糖精已經(jīng)能夠在美國廣泛使用了，因此它被列入最早的675種“公認安全”（GRAS）的食品原料名單之中。1972年，美國FDA根據(jù)一項長期大鼠喂養(yǎng)實驗的結(jié)果決定取消糖精的“公認安全”資格。1977年，加拿大的一項多代大鼠喂養(yǎng)實驗發(fā)現(xiàn)，大量的糖精可導致雄性大鼠膀胱癌。為此，美國FDA提議禁止使用糖精，但這項決定遭到國會反對，并通過一項議案延緩禁用。1991年，美國FDA根據(jù)一些研究結(jié)果撤回了禁止糖精使用的提議。但由于上述原因，在美國使用糖精仍需在標簽上注明“使用本產(chǎn)品可能對健康有害，本產(chǎn)品含有可以導致實驗動

15、物癌癥的糖精”。在國際上，糖精的使用也因為這些關于大鼠致癌的研究發(fā)表后受到一定影響，歐美國家糖精的使用量不斷減少。但仍有人持不同觀點，認為糖精是安全的。中國政府也采取壓減糖精政策，并規(guī)定不允許在嬰兒食品中使用。JECFA規(guī)定糖精的ADI值為每日每千克體重05mg。1.1.5致病性糖精，曾是一種飽受爭議的甜味劑。研究人員曾對它做過一些動物實驗，實驗結(jié)果表明該物質(zhì)具有致癌作用（主要引發(fā)膀胱癌，還可能引發(fā)子宮癌、卵巢癌和皮膚癌等），因此FDA于1977年明令禁用該物質(zhì)。但因餐飲行業(yè)（以及節(jié)食者）的堅持，糖精至今仍在市場上出售。但到了20世紀90年代末，包含糖精的產(chǎn)品包裝上均貼有警告標簽，指出糖精對實

16、驗室動物具有致癌作用。而美國熱量控制委員會指出，人們不會像老鼠一樣患上膀胱癌，因此，應該除去這個警告標簽。在2000年，美國國會廢除了相關法規(guī)，糖精產(chǎn)品不必進行健康警告標簽。而具體情況我將在下一段進行詳細解釋1.2發(fā)展簡史及安全調(diào)查演變1.2.1發(fā)展簡史人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常食用的糖是從甘蔗、甜菜等植物中提煉出來的。植物界中還有一些比蔗糖更甜的物質(zhì)。原產(chǎn)南美洲的甜葉菊，比蔗糖甜200300倍；非洲熱帶森林里的西非竹竽，果實的甜度比蔗糖甜3000倍；非洲還有一種薯蕷葉防己藤本植物，果實的甜度達蔗糖的90000倍。只是，這些比蔗糖甜成千上萬倍的物質(zhì)，我們平時很少見到。我們平常用的比蔗糖還甜的物質(zhì)是糖精

17、，它比蔗糖要甜300500倍。從化學角度來看，糖和糖精簡直是風馬牛不相及。只有一點是相同的，那就是它們都帶有甜味。糖精是怎么被發(fā)現(xiàn)的呢？1879年，約翰霍普金斯大學研究生Constantin Fahlberg正在繼續(xù)其甲苯系列衍生物合成研究。一天午餐時候，他發(fā)現(xiàn)手中的面包格外的甜，于是邊對合成的系列甲苯化合物進行分析，最后發(fā)現(xiàn)了糖精。這個偶然的發(fā)現(xiàn)給法利德別爾格開辟了一條通向新的發(fā)明的道路。從此，他集中全部精力，一心去研究這個煤焦油中提取出來的物質(zhì)。他從又黑、又粘、又臭的煤焦油中提煉出甲苯，經(jīng)過硫酸磺化、五氯化磷和氨處理后，再用高錳酸鉀氧化，最后經(jīng)過結(jié)晶、脫水而得到了一種特別甜的白色結(jié)晶體。他

18、把它叫做“糖精”，并測出它比蔗糖要甜300500倍。法利德別爾格立即宣布了他的發(fā)明，并在美國獲得了專利。1886年，這位化學家遷居德國，并在那里建立了世界上第一個從煤焦油中提煉糖精的工廠。糖精就此開始闖入了人們的生活之中。但是卻因為其有安全隱患而廣受非議。1.2.2調(diào)查演變早在1912一1932年,就有人對糖精鈉作了生物化學實驗,說明精糖鈉對人體血糖、腎功能以及蛋白質(zhì)、維生素的利用方面,均無不良影響,所以1950年以前都認為對人體無害幻。近三十多年來,不斷有關糖精鈉致癌的報道。70年代以后,關于搪精鈉的爭議成為世界性的大事,許多國家不允許再使用糖精鈉或受到消費者的抵制。FAO/WHO的聯(lián)合食品

19、添加劑專家委員會(JECFA)21次至28次會議(1977一1954),通過對糖精鈉在生物化學、藥物動力學、致突變性、流行性病學和致癌性等多方面研究報告,雖未得出令人信服的一致性結(jié)論,但將原來規(guī)定的每日最高攝取量(ADI值)smg/kg體重天,暫定為02.5扭g/kg體重天。美國議會早已決定禁止使用糖精鈉,但目前仍處于暫緩執(zhí)行期,一再延長禁止銷售日期,以便有更多的時間進行實驗。近若干年,其它多種類型甜味劑在美國的廣泛使用,特別是一些安全性的非糖低卡甜味劑(如蛋白糖等)的使用，使糖精鈉不再受到消費者的青睞。在我國,對糖精鈉的安全性討論由來已久。1973年,就開始對糖精鈉的毒性進行了一系列的流行病

20、學和毒理方面的研究,并進行糖精鈉與膀脆癌關系的調(diào)查。國內(nèi)外關于糖精鈉安全性的爭議延續(xù)至今,未取得一致意見。由于我國人民生活水平釣現(xiàn)狀,廣大消費者對各類甜味劑的需求還在不斷增加,食糖凈進口,由1950年的76萬噸,上升到1980年的548萬噸;糖精鈉的需求也略呈上升趨勢,年產(chǎn)量達800。噸左右(出口量只占約10、15%)。在我國目前無更安全、非生熱量甜味劑完全替代的情況下,為確保人民身體鍵康,糖精鈉做為食品添加劑,國家標準GB276O一86規(guī)定:糖精鈉用于茜菜、調(diào)味醬汁、濃縮果汁、蜜餞、配制酒、冷飲、糕點、餅干、面包中,最大限量為0.159/kg(濃縮果汁按濃縮倍數(shù)的80%加入);白開水或鹽汽水

21、中最大加入量不得超過0.089/kg。同時,衛(wèi)生部食品添加劑衛(wèi)生管理辦法(1987)還規(guī)定:“專供嬰兒的主輔食品除按規(guī)定可加入強化劑外,不得加入人工合成甜味劑、色素、香精、谷氨酸鈉及不適宜的添加劑等。”。另外,病人食品和大量食用的主食(例如饅頭、發(fā)糕等)也都不應使用糖精鈉。1987一1989年,連續(xù)三年,我們對多類食品中的糖精鈉含量,采用高效液相色語法,進行了檢測分析。據(jù)報道曲,在美國,糖精鈉主要也用于食品和醫(yī)藥等行業(yè)中,大約61%用于無醉飲料約20%用于食品甜味劑,19%用于其它食品和飲料。也就是說約有6080%的糖精鈉用于食品飲料中。我們選取該比例范圍內(nèi)的國內(nèi)生產(chǎn)(含合資生產(chǎn))、銷售的食品

22、飲料果味果汁汽水、可樂、果汁飲料、濃縮果汁、固體飲料、配制酒和調(diào)味品等7類134種(批次)樣品的糖精鈉含量檢測結(jié)果進行分析評價(詳見附表),借以反映我國目前糖精鈉使用現(xiàn)狀及趨勢。1,各類食品飲料中糖精鈉評價在檢測分析的7類食品飲料中,雖然固體飲料類、調(diào)味品類的糖精鈉合格率均達100%,由于產(chǎn)品數(shù)量過少,缺乏代表性、不足以全面反映該二類的真實情況。剩余的5類中,可樂類、濃縮果汁類情況較好,糖精鈉含量合格率均在80%以上;果汁飲料類次之,合格率超過60%;果汁果味汽水類、配制酒較差。從食品飲料的檔次來看,高、中檔食品飲料比低檔食品飲料糖精鈉含量的合格率要高。2.各年度糖精鈉評價在1987一1989

23、的三年中,七類食品飲料中糖精鈉含量的合格率的曲線呈“V”型,1988年處于底谷(見圖3)。該情況說明糖精鈉含量合格率曾一度下降的趨勢已得到了初步制止,呈現(xiàn)良好的回升前景,這也是“治理整頓”取得的成果。近年米,由于技術監(jiān)督,工商、物價、衛(wèi)生、消費者協(xié)會等多方面的共同努力,積極配合,遏制了偽商品的生產(chǎn)、流通和銷售,保護了國家和消費者的利益與健康,打擊了不法行九也使生廣者、銷售者增強了質(zhì)量意識。但是1989年的糖精鈉含量合格率仍未回升到1987年的原來水平。極端現(xiàn)象評價在7類食品飲料中,有14種（占總數(shù)10.5%）糖精鈉未檢出,特別是高檔可樂。這是一可喜的現(xiàn)象,說明一些生產(chǎn)廠家了已認識到糖精鈉的不安

24、全性對提高產(chǎn)品質(zhì)童藺出口創(chuàng)匯的影響,已采取相應措施。未檢出糖精鈉的食品飲料并不很多,而且100%是在高檔商品中。不合格率最多的也是目前銷售量最大的飲料，極端超標也是出現(xiàn)在這里有5種(占總數(shù)的3.8%)超過國家標準2倍以上,最多超過標準3倍以上,都是中、低檔的汽水和配制酒。這些嚴重超標準的食用飲料已無法正常飲用。 4小結(jié)糖精鈉的作為人工合成甜味劑使用,其食用及安全性越來越引起人們的重視,同時也越來越受到許多國家和消費者的禁用和抵制,我國嚴格規(guī)定了使用限量。在分析評價的國產(chǎn)7類食品飲料中,糖精鈉含量三年來(1987一1989)氣的總體合格率68.6%;雖然,1989年糖精鈉的合格率已有所回升,但還

25、需堅持努力。就生產(chǎn)企業(yè)來看,大中型企業(yè)的產(chǎn)品,要比小型、集體、聯(lián)營企業(yè)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)等的產(chǎn)品中糖精鈉合格率要高。不合格產(chǎn)品大都出現(xiàn)在中、低檔的食品飲料中造成糖精鈉含量不合格的原因,除生產(chǎn)部門因一些甜味劑(如蔗糖、果糖等)供應緊張,價高,而以糖精鈉替代;或片面追求低成本;或設備木完善、配方不穩(wěn)定以及無嚴格檢驗,忽視質(zhì)量觀念等之外,在正確認識糖精鈉同時,還需合理使用糖精鈉,我國這是應引起關注的一個問題。我國國家標準GB276。一86規(guī)定糖精鈉最大使用量為。.080.159/kg,產(chǎn)品甜度最高僅能達到2.44.5%,遠遠達不到人們對各類產(chǎn)品所需甜度的要求(如飲料的甜度通常為7、10%),再加上品種欠佳及

26、安全性的憂慮,單獨使用糖精鈉,或僅能得到甜度不足,味質(zhì)欠佳的食品飲料,或是違法過量使用。只用糖精鈉時,用量僅能在0.020.03%以下,所以糖精鈉常與山梨糖醇、甘草酸、葡萄糖等一起使用。此外,也常作為蔗糖補助劑使用。如果將糖精鈉與其它甜味劑一起使用,甜味有疊加的效果,甜度較高,又不會超過標準。1.3糖精鈉的用途1.3.1糖精鈉在食品中的應用在我國，目前糖精的用途廣泛，包括用在糖果、面包、餅干、蛋糕、果醬、果凍、汽水和可樂等食品，飼料和牙膏等諸多方面。糖精目前仍主要應用在軟飲料。美國約有60的是用在飲料上的，還有20的用在餐桌甜味劑上，有20的是用在口香糖、果凍等其他食品。隨著科技的進步，越來越

27、多的新型甜味劑的開始逐步代替糖精，同時也由于糖精的安全性存在一定得爭議，使得糖精的應用受到很大的限制，但由于糖精價格低廉，性質(zhì)穩(wěn)定，使其仍然具有一定的競爭力，占據(jù)一定的市場份額。在蜜餞，炒貨，腌漬食品中糖精的用量也占有相當?shù)谋壤?，在這類產(chǎn)品中添加一定量的糖精，能有效地提高產(chǎn)品的風味特色，又不失口感。1.3.2糖精鈉在飼料中的應用人喜歡甜味物質(zhì)，同樣，其他生物對甜味也非常敏感，糖精是一種良好的食欲增進劑，因此糖精常常用作畜禽飼料的添加劑。豬喜歡甜味物質(zhì)，國外有關資料認為，育肥豬每千克配合飼料中添加0.05克糖精，可使豬的日增重提高6.4，每增重1千克，飼料消耗和成本分別減少4.8和3.5；哺乳母

28、豬口糧中添加60毫克/千克的糖精，可有效防止哺乳期厭食癥和過渡撣膘，并可提高泌乳率。一般認為，仔豬料中糖精用量以150-200毫克/千克為宜。馬玉勝等在肉兔日糧中添加0.03%的糖精，能明顯提高肉兔的采食量和日增重，并能提高飼料的利用率，對降低成本、提高經(jīng)濟效益具有明顯效果，若再增大濃度和飼喂劑量，反而會影響采食量和日增重。在牛羊家畜的飼草中，使用一定量糖精溶液浸泡的青干草，會使青干草更加香甜，能有效增加牛羊的采食量，國內(nèi)有研究表明，使用糖精浸泡的青干草喂養(yǎng)的羊羔，其增重速率明顯高于對照組。目前市場上的飼料用甜味劑產(chǎn)品種類很多，通常是用糖精加載體或糖精加甜味增效劑加載體，經(jīng)復配加工而成。但因其

29、成本的因素和加工工藝的限制，風味一直不是十分理想。少量添加因其甜度不夠，且混合不均勻，起不到明顯的誘食效果；加量添加因其后苦味或苦澀味，反而影響飼料的適口性。 1.3.3糖精鈉在其它工業(yè)中的應用糖精在牙膏中的應用糖精鈉在牙膏中的作用是掩蓋其它成份帶來的不愉快的后味，并給人以甜感。糖精鈉的甜度很高，并且溶解度很好，能均勻分散在牙膏體系中。同時，由于糖精的穩(wěn)定性好，對PH溫度的變化不明顯，長時間放置不會影響甜度，能很好的適應牙膏較長的貨架期。在香精的作用下，糖精能保持其高效甜度，掩蓋一些成分如中藥類的苦味。中間體DEP對鍍鎳層性能的影響炔胺類光亮劑與糖精的協(xié)同作用能優(yōu)化鍍鎳效果，但目前對光亮剎協(xié)同

30、作用優(yōu)化鍍鎳工藝的研究不多。有研究人員采用赫爾槽實驗及正交試驗討論了次級光亮劑DEP及初級光亮劑糖精對鍍鎳層光澤度、整平性能及鍍鎳液分散能力的影響，并確定了合適的鍍鎳工藝：結(jié)果表明，DEP與糖精的協(xié)同作用會使鍍鎳層的光澤度與整平性能得到大幅提高，但對鍍液分散能力影響較復雜隨著鍍液中DEP含量與糖精含量的增加，鍍液分散能力都是先減小后增加；升高溫度有利于從既含有糖精又含有DEP的鍍液中得到分散良好的鍍層得到DEP光亮鍍鎳的合適工藝條件為：0.2-l L糖精、9.6-19.1 mg/L DEP、溫度55。直流電沉積法制備納米晶體鎳采用直流電沉積法制備了納米晶體鎳，用TEM和X-射線衍射等方法研究鍍

31、鎳層的微觀結(jié)構，實驗結(jié)果表明，在瓦特型鍍鎳液中，添加適量濃度的糖精并提高電流密度，可以獲得納米晶體鎳，提高糖精濃度和電流密度，導致鍍鎳層的晶粒尺寸減小，顯微硬度升高，同時，鍍鎳層形成了(111)和(200)雙織構。第2章 糖精鈉工藝生產(chǎn)設計2.1 設計依據(jù)與設計原則本設計課題研究的是糖精鈉工藝設計中的重氮化，氨化兩個流程，該流程是在第二車間進行的。以甲酯為原料，參考工藝生產(chǎn)中成功的經(jīng)驗和科研最新成果，以及我們實習所知道的知識，對所目前現(xiàn)行的糖精鈉生產(chǎn)方法和工藝流程進行分析比較，依任務書要求完成年產(chǎn)3000噸糖精鈉生產(chǎn)車間適宜的工藝流程和確定適宜的操作條件設計，選擇合適的生產(chǎn)設備，并進行科學和合

32、理的配置。應本著“工藝先進，技術可靠，系統(tǒng)科學，安全環(huán)保”等原則，既能在一方面獲得更多產(chǎn)率的糖精鈉，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益，也能在一方面保護環(huán)境，減少工人職業(yè)病觸發(fā)概率。還能另建設投資最大限度的得到利用，獲得更好的社會效益。2.2 基礎資料2.2.1 基礎性能糖精鈉為無色或白色的結(jié)晶、白色的結(jié)晶性粉末或為白色的粉末，味極甜，即使在10,000倍的水溶液中也有甜味。糖精鈉，又稱可溶性糖精，是糖精的鈉鹽， 帶有兩個結(jié)晶水，無色結(jié)晶或稍帶白色的結(jié)晶性粉末，一般含有兩個結(jié)晶水，易失去結(jié)晶水而成無水糖精，呈白色粉末，無臭或微有香氣，味濃甜帶苦。甜度是蔗糖的500倍左右。耐熱及耐堿性弱，酸性條件下加熱甜味漸漸

33、消失并可形成苦味的鄰氨基磺酰苯甲酸，溶液大于 0. 026 則味苦。熔點:226-230 水溶性: 10g/100ml （20 時）性質(zhì)描述: 糖精鈉(128-44-9)的性狀：無色至白色斜方晶系板狀結(jié)晶或白色結(jié)晶性風化粉末。無臭或有輕微氣味。味極甜，即使在10000倍的水溶液中仍有極強甜味，甜味閾值約0.00048%。易溶于水(1g/1.5ml)，微溶于乙醇(1g/50ml)。2.2.2功用在我國，目前糖精的用途廣泛，包括用在糖果、面包、餅干、蛋糕、果醬、果凍、汽水和可樂等食品，飼料和牙膏等諸多方面。糖精目前仍主要應用在軟飲料。美國約有60的是用在飲料上的，還有20的用在餐桌甜味劑上，有20

34、的是用在口香糖、果凍等其他食品。目前市場上的飼料用甜味劑產(chǎn)品種類很多，通常是用糖精加載體或糖精加甜味增效劑加載體，經(jīng)復配加工而成。但因其成本的因素和加工工藝的限制，風味一直不是十分理想。少量添加因其甜度不夠，且混合不均勻，起不到明顯的誘食效果；加量添加因其后苦味或苦澀味，反而影響飼料的適口性。2.3 工藝參數(shù)設計根據(jù)本課題所設計的生產(chǎn)任務，參考相關第一線經(jīng)驗和資料，擬定操作工藝的參數(shù)如下重氮鍋操作條件：甲酯和亞硝酸鈉必須緩慢加入溫度保持在15以下亞硝酸鈉比重和甲酯比重相同重氮液應為黃色溶液置換鍋操作條件：溫度保持在10以下二氧化硫的溫度小于40%，濃度在0.8%為宜氨化鍋操作條件在10時加水氨

35、化，反應溫度在70左右PH值保持在9以上靜置后取下層銨鹽液為鄰甲酰苯磺酰亞胺銨溶液2.4 生產(chǎn)方法和工藝流程設計生產(chǎn)方法確定現(xiàn)在工業(yè)上現(xiàn)行的糖精鈉生產(chǎn)方法主要有四種，按照生產(chǎn)主要原料的劃分為苯酐法和甲酯法鄰甲基苯胺法和苯酐二硫化物法本設計采用的是相對優(yōu)秀的苯酐法。工藝流程圖見下圖本篇設計的主要內(nèi)容是二車間的重氮化和氨化，所以主要流程如下 工藝流程說明：先將由水、硫酸與鹽酸配制好的混酸置于重氮鍋內(nèi)，冷卻后開始緩加甲酯和亞硝酸鈉溶液的混合液，重氮溫度保持在 15以下，反應終點時淀粉碘化鉀溶液顯淡紫色，產(chǎn)物為鄰硫酸（鹽酸）重氮苯甲酸甲酯溶液（簡稱重氮液）。在置換鍋內(nèi)將重氮液降溫至 10，加入硫酸銅，

36、通二氧化硫進行置換，析出鄰亞磺酸苯甲酸甲酯，約 1 h 后用 H 酸測試反應終點應褪色。然后加入甲苯，通氯氣氯化，以 2%聯(lián)苯胺乙醇溶液測試顯深墨綠色為終點，靜置分層，有機層為鄰甲酸甲酯苯磺酰氯甲苯溶液（簡稱磺酰氯）。依次將磺酰氯和水加入胺化鍋，在 10時加氨水胺化，溫度可達 70，pH 值 9 以上，靜置后取下層銨鹽液為鄰甲酰苯磺酰亞胺銨溶液（簡稱胺化液）。將胺化液放入酸堿化鍋內(nèi)，加入甲苯和 30%的鹽酸到 pH 值為 1，酸析后降溫至 20，取甲苯層水洗去氯化銨得不溶性糖精甲苯溶液。將此溶液加熱，加入碳酸氫鈉中和，調(diào) pH 值至 3.84，靜置后取水層。然后流經(jīng)第三車間。2.5 技術特點該

37、法的主要特點是產(chǎn)品收率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定且有保證、污染能治理、生產(chǎn)周期比甲苯法短等。生產(chǎn)過程中還可以根據(jù)市場需要隨時調(diào)整生產(chǎn)工藝，采用不用甲苯進行氯化反應或酸析反應，可以得到固體鄰甲酸甲酯苯磺酰氯或不溶性糖精，兩者都可以用作農(nóng)藥中間體。苯酐法的生產(chǎn)過程中雖然也存在各種類型的副反應發(fā)生，但其總的收率可達 80%以上，比甲苯法收率提高一倍以上。苯酐法生產(chǎn)則不存在鄰甲苯磺酰胺和對甲苯磺酰胺等類似產(chǎn)物，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)于甲苯法。苯酐法生產(chǎn)過程中存在的廢物有：堿母液廢水、含硫酸銅廢酸水、含不溶性糖精廢酸水、氨尾氣、二氧化氮尾氣、二氧化硫尾氣、氯尾氣、活性炭廢渣、蒸甲苯廢渣等，工藝廢水量比甲苯法少一倍。活性炭廢渣

38、可再生使用；蒸甲苯廢渣可作防水建材輔助材料。回收的產(chǎn)物可作為原料繼使用，也可作為產(chǎn)品銷售。 第3章 物料衡算 基礎數(shù)據(jù)： 生產(chǎn)規(guī)模為8000個小時3000噸糖精鈉。所以有375kg每小時的產(chǎn)量。 本設計主要涉及的是第二車間的反應，第二車間的分子量以及部分數(shù)據(jù)如下。鄰氨基苯甲酸甲酯 分子量151 密度為 1.168g/ml鄰亞磺酸苯甲酸甲酯 分子量200鄰甲酸甲酯苯磺酰氯甲苯 分子量234.5鄰甲酰苯磺酰亞胺銨溶液 分子量200不溶性糖精 分子量183（注不包括結(jié)晶水）糖精鈉 分子量205（不包括結(jié)晶水） 采用的反應物有30%的鹽酸0.1mol/L的亞硝酸鈉。20%質(zhì)量分數(shù)的氨水。99%純度的小

39、蘇打其中亞硝酸鈉溶液需要配置。3.1重氮反應釜的物料衡算 一份子甲酯 重氮液 （與兩分子的酸）亞硝酸鈉 重氮反應釜甲酯鹽酸水其中由于反應過后的溶液會讓淀粉碘化鉀溶液變色，所以則溶液中依舊存在亞硝酸鈉，也就是可知亞硝酸鈉為稍微過量。按照1:1.005來計算。又有重氮反應中的酸液需要過量，已知反應后的重氮液基本上是呈中性，所以大概過量50%也就是1:2.5。按照每小時流經(jīng)的液體為Xmol來算則可以得出甲酯的質(zhì)量=151X亞硝酸鈉的質(zhì)量=1.005X69=69.345X鹽酸的質(zhì)量=2.5X36.5=91.25X亞硝酸鈉溶液中水的質(zhì)量=10X18=180X鹽酸中水的質(zhì)量=91.25X/37=212.9

40、2X又可知此重氮反應因為反應物過量，所以反應程度很高，按照99.9%算基本上可以忽略不計算為100%反應后結(jié)果為重氮液質(zhì)量=198.5X反應生成的水=36X氯化鈉=58.5X所以衡算結(jié)果如下：設備入料質(zhì)量出料質(zhì)量重氮釜甲酯151X重氮液198.5X亞硝酸鈉69.345X亞硝酸鈉0.345X鹽酸91.25X鹽酸18.25X水392.92X水428.92X氯化鈉58.5X衡算無誤 所以此時重氮液為198.5X然后流經(jīng)置換鍋。 3.2置換釜的物料衡算有置換鍋內(nèi)的 一分子重氮液鄰亞磺酸苯甲酯璜酰氯 硫酸銅甲苯二氧化硫璜酰氯廢氣廢水置換釜 重氮液氯氣有知鄰亞磺酸苯甲酯是被析出的，其中雜質(zhì)非常的少，無機層

41、也基本上被處理了，所以生成的鄰亞磺酸苯甲酸甲酯基本上沒有雜質(zhì)的，但是因為其中的反應是通了二氧化硫進行磺化，二氧化硫的溶解程度和反應中存在的各種誤差造成并不能完全反應，所以必然存在一定的損失。按照苯酐法生產(chǎn)糖精鈉的總收率是80%以上來估測，大概損失在5%附近。其中還有抽濾的0.5%還包含了析出時的損失，所以得出產(chǎn)生的鄰亞磺酸苯甲酸甲酯的質(zhì)量是 200X95%=190X 190X99.5%=189.05X。 由于氯氣需要過量不過參與反應的氯氣。 于是有 參與反應的氯氣質(zhì)量為：189.05/20071=67.11X 反應之后的酸的質(zhì)量為：189.05/20036.5=34.50X 反應后璜酰氯的質(zhì)量

42、為：221.66X 由于加入過量甲苯作為溶劑。 已知甲苯的密度為870g/L 切甲苯作為溶劑不參與反應，但是預防氯氣的大量劇烈反應所以需要按照鄰亞磺酸苯甲酸甲酯質(zhì)量分數(shù)為20%來計算。 則甲苯的質(zhì)量為：189.055=945.25X 其中氯氣是可以反復利用的，所以加入過量氯氣保證反應可一個充分進行，則可以得出反應收率在99%以上，則忽略不計。設備進料質(zhì)量出料質(zhì)量置換釜鄰亞磺酸苯甲酸甲酯189.05x璜酰氯221.66X氯氣（過量）67.11X（）氯氣甲苯945.25X鹽酸34.50X甲苯945.25X衡算基本無誤 于是衡算如下之后靜置分層，分離有機層和無機層。損失為0.5%所以有實際上收獲的璜

43、酰氯質(zhì)量為：221.66X（1-0.5%）=220.55X3.3氨化釜的物料衡算 有氨化釜內(nèi)發(fā)生的反應: 一份子璜酰氯一分子氨化液 需要3分子的氨水。氨水與水的混合氨化釜 璜酰氯氨化液 甲苯此反應的注意事項為反應之后的PH值必然大于9，且反應之前的氨水按照18%以上的質(zhì)量分數(shù)來算。我們選用的是20%的氨水。已知氨水的Kd=1.810-5所以求出反應過后氨水濃度為：5.5610-4mol/L然后計算出采用的氨水的物質(zhì)的量濃度為0.13mol/L設需要添加的氨水的體積為YL則經(jīng)過以上條件計算得出Y=21.84XL投入的氨水（堿）的質(zhì)量為：0.13X21.84=99.1445X投入的氨水（水）的質(zhì)量

44、為：499.1445X=396.578X反應之后剩下的氨水（堿）的質(zhì)量為：0.0425X參與反應的物質(zhì)的量為0.94mol則反應產(chǎn)物的質(zhì)量為：氨化液：188.10X甲醇：0.9432=30.08X氯化銨：0.9453.5=50.29X反應之后生成的水質(zhì)量：0.94318=50.76X甲苯因為不參與反應所以和置換釜內(nèi)的質(zhì)量保持不變衡算如下設備入料質(zhì)量出料質(zhì)量氨化釜璜酰氯200.55X氨化液188.10X氨水99.1445X氨水0.0425X水369.578X甲醇30.08X氯化銨50.29X水444.338X甲苯質(zhì)量945.25X并排出衡算基本無誤然后需要靜置取下層，所以有實際流出的氨水質(zhì)量為1

45、88.10（1-0.5%）=187.16X因為此反應氨水以過量來計算，所以基本上反應在99%以上，則基本上不考慮反映損失。3.4酸析罐的物料衡算 酸析，基本算是一個物理性質(zhì)的反應。反應之后的物質(zhì)基本上沒有雜質(zhì)，實際上是除去了胺化反應之后多余的雜質(zhì)。 酸析時候需要考慮保持PH值為1 基本上酸析需要加入的是30%質(zhì)量分數(shù)的鹽酸。 所以酸液的物質(zhì)的量濃度為11.74mol/L 由于需要加入甲苯調(diào)節(jié)PH有氨化液忽略不計來算。設1L鹽酸需要加入甲苯的體積為ZL于是有 11.74/（1+Z）=0.1代入求出Z=116.4L所以鹽酸和甲苯的體積比為1：116.4又有酸析需要加入過量的鹽酸，但并不參與反應，并

46、且酸析析出的不溶性糖精非常的純，所以此時按照過量來算，并且此時的鹽酸可以反復使用。則在這個時候暫時不考慮鹽酸的量基本上創(chuàng)造一個高酸度環(huán)境即可。則物料衡算如下設備進料質(zhì)量出料質(zhì)量酸析裝置氨化液187.16X不溶性糖精171.25X鹽酸34.894X()氯化銨51.146X甲苯 忽略衡算基本無誤因為有酸析加上水洗去的氯化銨所以基本上會有1%的損失所以實際產(chǎn)出的不溶性糖精的質(zhì)量為171.25X99%=169.54X3.5中和反應的物料衡算一分子不溶性糖精那一分子糖精鈉小蘇打和水配制好的溶液不溶性糖精糖精鈉中和罐從資料中查到，酸析之后基本上pH為2左右，此時的氫離子依附在糖精鈉上并附著。從第三車間內(nèi)容

47、可知，第二車間產(chǎn)出的糖精鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為30%查資料可知不溶性糖精鈉的密度為828g/L則可算出殘存的氫離子的物質(zhì)的量為0.00205Xmol中和反應的反應程度非常劇烈所以收率在99%以上。可忽略不計。已知反應之后的PH值調(diào)為4則可知反應之后氫離子的物質(zhì)的量為0.mol所以H+=0.002mol又算出反映實際的物質(zhì)的量為：0,93Xmol則可求出糖精鈉的質(zhì)量：190.65X反應之后的水的質(zhì)量：190.65X/37=444.85X又有小蘇打參與兩個反應反應1（生成糖精鈉的反應）=0.93Xmol反應2（中和氫離子的反應）=0.002Xmol所以需要的碳酸氫鈉的質(zhì)量：0.932X83=77.36

48、9X且又有額外生成的水質(zhì)量：=0.93218=16.776X生成的二氧化碳的質(zhì)量=0.93244=41.00因為小蘇打為99%純度，所以此反應存在部分容易除去的雜志，所以并不能完美衡算。求出加入小蘇打質(zhì)量為：79.08X設備進料質(zhì)量出料質(zhì)量中和罐不溶性糖精169.54X糖精鈉190.65X小蘇打（99%）79.08X二氧化碳41.00X水461.626水444.85X游離鹽酸分子0.073X氯化鈉0.117X基本衡算無誤則產(chǎn)出190.65X質(zhì)量的糖精鈉。由第三車間得出糖精鈉基本無損失，算作3000噸。則可得出以一個小時為單位的糖精鈉為30008000=375kg也就是190.65X=也就可以帶

49、出X=1966.963.6物料衡算匯總設備進料質(zhì)量出料質(zhì)量置換釜鄰亞磺酸苯甲酸甲酯.788g璜酰氯.3536g氯氣（過量）.6856g（）氯氣甲苯.94g鹽酸67860.12g甲苯.94g設備入料質(zhì)量出料質(zhì)量氨化釜璜酰氯.828g氨化液.176g氨水.26572g氨水83.5958g水.14288g甲醇59166.1568g氯化銨98918.4184gX=1966.96水.07248g甲苯質(zhì)量.94g并排出衡算基本無誤衡算基本無誤設備入料質(zhì)量出料質(zhì)量重氮釜甲酯.96g重氮液.56g亞硝酸鈉.8412g亞硝酸鈉678.6012g鹽酸.1g鹽酸358.97.02g水.9232g水.4832g氯化鈉

50、.16g衡算無誤設備進料質(zhì)量出料質(zhì)量酸析裝置氨化液.2336g不溶性糖精.9g鹽酸68635.10224g()氯化銨.13616g甲苯 忽略衡算基本無誤設備進料質(zhì)量出料質(zhì)量中和罐不溶性糖精.3984g糖精鈉.924g小蘇打（99%）.1968g二氧化碳80645.36g水.8769g水.156g游離鹽酸分子143.58808g氯化鈉230.13432g基本衡算無誤第4章 熱量衡算4.1 能量衡算原則能量衡算是化工設計中極其重要的設計計算，通過能量衡算可以確定過程中供給或移走的熱量，為換熱器的設計提供依據(jù)。另外，通過能量衡算可了解設備的傳熱效率和熱量損失情況，進而采取節(jié)能措施，合理有效地利用能量

51、。根據(jù)熱力學第一定律，能量衡算方程式的一般形式可寫為 E=Q+W式中，為體系總能量的變化；Q為體系從環(huán)境中吸收的熱量，W為環(huán)境對體系所做的功。4.2 重氮罐夾套式換熱器換熱量計算因為需要保持重氮罐的溫度在15攝氏度之下在計算，在換熱過程中忽略了換熱器的熱損失，所以所需換熱量為：Q總=qmcp(t2-t1)=3.06104J/s其中qm為質(zhì)量流量，所以可以知道 Cp經(jīng)過查表可以得出3.2103J/(kg)然后知道重氮的溫度是15，室溫為25所以算出Q總=0.563.210310=1.79104J4.3 氨化罐夾套式換熱器換熱量計算 氨化是一個放熱過程，在此中，溫度是上升的，氨化的開端是10結(jié)束是

52、70，在計算中忽略熱量損失Q總=qmcp(t4-t3)=2.73103 J/s其中qm為質(zhì)量流量，所以可以知道因為甲苯的體積遠大于其他物質(zhì)的體積經(jīng)過查表并考慮氨水的比熱容為4300J/(kg)和甲苯的比熱容17003J/(kg)所以得出Cp=1.8103J/(kg)然后知道開始溫度為10，結(jié)束溫度為70所以得出Q總=0.881.810360=9.50104J 熱量計算匯總表 換熱器 吸收的熱量（J/s） 夾套式換熱器 1.79104 夾套式換熱器 9.50104 第5章 設備設計與選型 設備選型是指購置設備時，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和市場供應情況，按照技術上先進、經(jīng)濟上合理，生產(chǎn)上適用的原則，以及可行性、維修性、操作性和能源供應等要求，進行調(diào)查和分析比較，以確定設備的優(yōu)化方案。 5.1設備選型原則 廠商的選擇 所有網(wǎng)絡設備盡可能選取同一廠家的產(chǎn)品，這樣在設備可互連性、協(xié)議互操作性、技術支持和價格等方面都更有優(yōu)勢。從這個角度來看，產(chǎn)品線齊全、技術認證隊伍力量雄厚、產(chǎn)品市場占有率高的廠商是網(wǎng)絡設備品牌的首選。其產(chǎn)品經(jīng)過更多用戶的檢驗，產(chǎn)品成熟度高，而且這些廠商出貨頻繁，生產(chǎn)量大，質(zhì)保體系完備。作為系統(tǒng)集成商，不應依賴于任何一家的產(chǎn)品，應能夠根據(jù)需求和費用公正地評價各種產(chǎn)品，選擇最優(yōu)的。在制定網(wǎng)