左旋肉碱药品生产项目工程分析

左旋肉碱药品生产项目工程分析生产工艺原理及化学反应方程式（1）生产工艺原理左旋肉碱生产包括酯化物合成、(R)-手性物合成、左旋肉碱合成和氯化钠回收。通过水解、酯化、酶催化手性拆分、甲基化反应等化学反应合成中间产品，然后再通过除盐、洗涤、脱色、重结晶等精制过程，生产产品左旋肉碱。（2）化学反应方程式=1\*GB3①酯化物合成主反应：副反应：=2\*GB3②(R)-手性物合成主反应：③左旋肉碱合成主反应：副反应：④氯化钠回收生产工艺流程及产污环节左旋肉碱合成工艺流程及产污环节见图6.16.2-1。=1\*GB3①酯化物合成将95%得乙醇泵入反应釜中，加入3-羟基-4-氯丁腈，充分溶解，通入氯化氢气体，混合物升温至90℃左右，保温搅拌至中控检测反应完全。反应结束后，减压蒸馏回收溶剂至干，剩余物加入乙酸乙酯，搅拌，压滤，滤饼投入反应釜，加水溶解，加入30%氢氧化钠溶液，加热搅拌，产生的气体通过三级喷淋吸收得到副产品25%氨水，剩余溶液回收氯化钠；滤液减压浓缩回收溶剂得到3-羟基-4-氯丁酸乙酯（以3-羟基-4-氯丁腈为基准，3-羟基-4-氯丁酸乙酯的产率为97.3%）。酯化物合成过程中产生的污染物主要有：废气：水解和酯化、除盐工艺单元加料和工艺过程产生不凝性尾气G16-1-1、G16-1-3；减压蒸馏回收95%乙醇、吸收氨气、过滤和减压蒸馏、常压精馏回收乙酸乙酯产生不凝性尾气G16-1-2、G16-1-4、G16-1-5、G16-1-6。固废：常压精馏回收乙酸乙酯产生精馏残渣S16-1-1。=2\*GB3②(R)-手性物合成将3-羟基-4-氯丁酸乙酯溶于水，加入碳酸氢钠，搅拌溶清，再加入固定化脂肪酶Novozyme-435，控温在40℃左右搅拌至中控检测反应完全。反应结束后，压滤，滤饼用水洗涤后套用到下一批，合并滤液和洗液减压蒸馏出水，剩余物加入甲苯回流带水，过滤，滤饼回收氯化钠，滤液减压蒸馏出甲苯套用，再继续减压蒸馏分别收集前馏分和后馏分。向前馏分中加入乙醇，缓慢通入氯化氢气体，加热回流，保持回流至中控检测原料反应完全。反应结束后，减压蒸馏回收95%乙醇，剩余物料作为本步反应的原料。（以3-羟基-4-氯丁酸乙酯为基准，(R)-3-羟基-4-氯丁酸乙酯的产率为50.0%，在后续开环+酯化工段使本步产生的(S)-3-羟基-γ-丁内酯再转化为本步的原料3-羟基-4-氯丁酸乙酯，本步主产物的总产率为96.5%）(R)-手性物合成过程中产生的污染物主要有：废气：酶拆分、蒸馏除水和过滤、开环和酯化工艺单元加料和工艺过程产生不凝性尾气和工艺尾气G16-2-1、G16-2-4、G16-2-6；过滤和减压蒸馏、常压精馏、减压精馏回收甲苯、减压精馏回收乙醇产生不凝性尾气G16-2-2、G16-2-3、G16-2-5、G16-2-7。废水：常压精馏回收溶剂、蒸馏除水、减压精馏回收乙醇产生冷凝废水W16-2-1、W16-2-2、W16-2-3。固废：常压精馏废液S16-2-1，减压精馏废液S16-2-2。③左旋肉碱合成向反应釜中加入无水乙醇，再加入（R）-3-羟基-4-氯丁酸乙酯，常温下通入一甲胺气体，升温至50℃左右保压反应至中控检测原料反应完全。反应结束后，将反应液转入另一预先加入了二异丙基乙胺的高压反应釜中，再通入一氯甲烷，保持压力0.3~0.4MPa反应10小时以上。反应结束后，压滤，滤饼用无水乙醇洗涤，再压滤；滤饼加水溶解，加入氢氧化钠，搅拌，分层，有机层回收二异丙基乙胺套用，水层回收氯化钠；合并洗液和滤液，减压蒸馏回收50%左右的乙醇。向剩余物中加入水和少量浓盐酸，搅拌至反应完全后，加入活性炭脱色，压滤，滤液减压蒸馏至干。剩余物用丙酮重结晶，离心，固体烘干、粉碎、包装得产物，离心母液回收溶剂（以（R）-3-羟基-4-氯丁酸乙酯为基准，左旋肉碱的产率为98.4%）。左旋肉碱合成过程中产生的污染物主要有：废气：甲基化I、甲基化II、洗涤过滤和减压蒸馏、水解、重结晶工艺单元加料和工艺过程产生不凝性尾气G16-3-1、G16-3-2、G16-3-4、G16-3-5、G16-3-8；碱化分层回收二异丙基乙胺、脱色和过滤、减压蒸馏回收乙醇、常压精馏回收乙醇和丙酮、离心和干燥产生不凝性尾气G16-3-3、G16-3-6、G16-3-7、G16-3-9、G16-3-10；粉碎和包装产生含尘尾气G16-3-11。固废：过滤产生活性炭固废S16-3-1；常压精馏回收丙酮和乙醇产生精馏残渣S16-3-2。④氯化钠回收将酯化物合成过程中产生的氯化钠水溶液、（R）-手性物合成过程中产生的氯化钠滤饼和左旋肉碱合成过程中产生的氯化钠水溶液投入反应釜中，开搅拌，投入活性炭脱色，过滤，滤饼为固废，滤液减压蒸馏至析出大量固体，离心，离心母液套用到滤液中减压蒸馏；固体投入反应釜，泵入甲醇打浆，离心，固体用甲醇洗涤，再离干，合并离心母液，常压精馏回收甲醇套用；固体再用水洗涤、离心，烘干得氯化钠精制品（氯化钠回收率为99.0%）。左旋肉碱合成过程中产生的污染物主要有：废气：脱色、过滤活性炭产生的废气G16-4-1；减压蒸馏和离心、除杂和离心产生的不凝性废气G16-4-2、G16-4-3；常压精馏产生的不凝性废气G16-4-4；洗涤、离心和干燥过程产生的废气G16-4-5。废水：减压蒸馏产生的冷凝废水W16-4-1。固废：过滤活性炭产生的固废S16-4-1；减压蒸馏产生的固废S16-4-2；常压精馏回收甲醇产生的固废S16-4-3。主要生产设备1500吨/年左旋肉碱装置主要生产设备见表6.16.3-1。表6.16.3-11500吨/年左旋肉碱装置主要生产设备序号设备规格材质数量备注1甲基化I反应釜1500L不锈钢82乙醇蒸馏釜1500L不锈钢83脱色釜1500L搪玻璃84结晶釜1500L搪玻璃85蒸馏釜3000L不锈钢246蒸馏釜（带分水器）3000L不锈钢167甲基化II反应釜3000L不锈钢88蒸馏釜3000L搪玻璃129中转釜3000L搪玻璃410酶催化反应釜3000L搪玻璃811处理釜3000L搪玻璃412萃取釜3000L搪玻璃813水解釜3000L搪玻璃814酯化反应5000L搪玻璃815脱色釜5000L搪玻璃816蒸馏釜5000L搪玻璃817精馏釜3000L不锈钢2418精馏釜5000L不锈钢819-35℃冷凝器15m2不锈钢1420-20℃冷凝器15m2不锈钢1621-10℃冷凝器15m2不锈钢75220℃冷凝器15m2不锈钢24237℃冷凝器15m2不锈钢16247℃冷凝器15m2玻璃8257℃冷凝器5m2玻璃826泵前后冷凝器200L+5m2不锈钢3027分水器200L不锈钢1628计量罐300L聚丙烯429计量罐500L不锈钢430接收罐800L不锈钢1631计量罐1000L不锈钢4432高位槽1000L搪玻璃433计量罐1500L不锈钢1634接收罐3000L不锈钢3835接收罐5000L不锈钢836接收罐5000L搪玻璃437离心机1000mm不锈钢1638离心液地槽200L不锈钢1639真空烘箱FZG-48不锈钢840热风循环烘箱CT-C不锈钢841精馏塔Φ400×5000不锈钢1642精馏塔Φ500×7000不锈钢1643水冲泵180聚丙烯344真空泵wlw-70碳钢1245真空泵wlw70/zjp150/zjp300碳钢846高效粉碎机30B不锈钢847压滤罐150L不锈钢848压滤罐300L不锈钢3249压滤罐500L不锈钢450压滤罐1000L不锈钢8物料能源消耗1500吨/年左旋肉碱装置主要原辅料能源、资源消耗表见表6.16.4-1。表6.16.4-11500吨/年左旋肉碱装置主要原辅料能源、资源消耗类别名称组分或规格单耗（kg/t）年耗量（t/a）备注原料3-羟基-4-氯丁腈≥99.5%672.181008.27外购一甲胺/165.46248.19外购一氯甲烷/529.99794.98外购辅料氯化氢/398.14597.21外购30%氢氧化钠≥30%747.161120.73外购乙酸乙酯/82.83124.25外购碳酸氢钠≥98%451.14676.71外购固定化酶/0.060.10外购甲苯/27.4041.11外购乙醇/266.64399.95外购二异丙基乙胺≥99%32.3248.47外购NaOH≥99%417.53626.29外购30%盐酸30%7.5011.25自制活性炭/84.02126.03外购丙酮/42.6363.95外购甲醇/71.10106.64外购水新鲜水/10092.6315138.95园区管网循环水/305m3/h1828000m3自建能源电220/380V6858kwh/t10287267kwh电网蒸汽1.0MPa1700025718热电厂氮气0.8MPa411Nm3/t61.72万Nm3/a自建压缩空气0.8MPa3086Nm3/t462.93万Nm3/a自建冷冻-15℃367万kcal/t550638万kcal自建冷水7℃383万kcal/t574976万kcal自建物料平衡与工艺水平衡（1）物料平衡1500吨/年左旋肉碱装置物料平衡情况见表6.16.5-1和图6.16.2-1。表6.16.5-11500吨/年左旋肉碱装置物料平衡（单位：kg/批，1938批/年）序号入方出方物料名称数量物料名称产品物料回收废气废水固废199.5%3-羟基-4-氯丁腈52099.5%左旋肉碱773.6295%乙醇216514%氨水494.643氯化氢30895%乙醇2254.2430%氢氧化钠57899.5%氯化钠9495乙酸乙酯1600乙酸乙酯1535.92698%碳酸氢钠349固定化酶99.957固定化酶100甲苯978.88甲苯1000乙醇1593.739乙醇180099%二异丙基乙胺101010一甲胺128丙酮1467.021199%二异丙基乙胺1035甲醇144512一氯甲烷410废气G16-1-111.161399%NaOH323废气G16-1-2171430%盐酸5.8废气G16-1-33.4215活性炭65废气G16-1-42.8616丙酮1500废气G16-1-515.8217甲醇1500废气G16-1-615.8118水3895.3废气G16-2-1191.4819纯水4130废气G16-2-238.1920废气G16-2-338.621废气G16-2-411.3222废气G16-2-515.123废气G16-2-63.5324废气G16-2-78.425废气G16-3-14.1726废气G16-3-26.727废气G16-3-31.8128废气G16-3-430.3329废气G16-3-53.3730废气G16-3-66.5931废气G16-3-711.9432废气G16-3-8333废气G16-3-922.8134废气G16-3-100.7235废气G16-3-110.536废气G16-4-130.9437废气G16-4-243.2438废气G16-4-37.8439废气G16-4-41540废气G16-4-527.541废水W16-2-13540.3542废水W16-2-2500.8143废水W16-2-319.6644废水W16-4-13865.2245固废S16-1-116.146固废S16-2-119.347固废S16-2-27.948固废S16-3-111.549固废S16-3-215.450固废S16-4-112551固废S16-4-240.552固废S16-4-359.5小计21412.1小计773.611828.3589.157926.04295.05合计21412.121412.1（2）工艺水平衡1500吨/年左旋肉碱装置工艺水平衡情况见表6.16.5-2和图6.16.5-1。表6.16.5-21500吨/年左旋肉碱装置工艺水平衡（单位：kg/批，1938批/年）序号进水出水来源数量来源数量195%乙醇带入108.25G16-1-1带出水1.8230%氢氧化钠带入404.6G16-1-2带出水0.59330%盐酸带入4.06G16-1-4带出水2.324补水3895.3G16-2-1带出水125补纯水4130G16-2-2带出水35.896反应生成水368.94G16-2-3带出水35.537G16-2-4带出水58G16-2-6带出水0.219G16-2-7带出水0.7510G16-3-5带出水0.1911G16-3-6带出水0.2212G16-3-7带出水0.513G16-4-1带出水30.5414G16-4