产品方案与工艺路线的确定.doc

1 产品方案与工艺路线的确定1.1生产规模及产品方案 1.1.1 生产规模（1）确定产品规模的原则 本工艺的生产规模是根据以下原则拟定 ① 国家对建厂规模的限制规定② 引进目前国内外先进、成熟的技术③ 资金来源的承受能力根据上述三个原则，拟定第一期建设投产后,生产能力是3，000吨/年2）生产规模① 第一期工程建成年产3，000吨1，3-PDO的生产线② 第二期工程计划建成年产1万吨1，3-PDO的生产线1.1.2 产品方案（1）主副产品名称和数量 主产品：1，3-丙二醇3000t/a其中，医药级250 t/a，工业级2745 t/a，试剂级5 t/a副产品：2，3-丁二醇296 t/a，乙酸722 t/a，乳酸576 t/a，干酵母786t/a,菌体786t/a2）产品性质 如下表：序号产品名称理 化 性 能危险性与毒性概述11，3-丙二醇无色、无臭、吸湿性的粘稠液体；相对密度1.05（25℃）；闪点79℃；熔点-27℃；沸点210-211℃；饱和蒸气压0.13kPa；引燃温度400℃；与水混溶，可混溶于乙醇、乙醚；用作溶剂，用于有机合成。

可通过吸入、食入、皮肤侵入人体和动物；对眼和皮肤无刺激作用，未见中毒报道；本品可燃22，3-丁二醇无色的固体；沸点172.7℃（0.1兆帕，742毫米汞柱），熔点7.6℃；内消旋体：相对密度0.9939（25℃），折射率1.4324，沸点181.7℃（0.1兆帕，742毫米汞柱），熔点34.4℃；有吸湿性；与水混溶，溶于乙醇和乙醚可通过吸入、食入、皮肤侵入人体和动物；在生产环境中，本品蒸气对人没有危险，未见其对人有损害的报告；本品可燃3乙 酸无色澄清液体；有刺激气味；密度1.049；熔点16.7℃；沸点118℃；溶于水、乙醇和乙醚；无水的乙酸在16℃以下凝固成冰状，俗称冰醋酸，凝固时体积膨大，以致能使容器破裂；普通的乙酸约含纯乙酸36％，无色透明液体，密度1.049乙酸蒸汽可引起粘膜刺激症状，流泪、结膜炎和皮炎接触816ppm的乙酸3min即可对人产生刺激作用10ppm时可发生结膜刺激4乳 酸有两种光学异构体（1）左旋乳酸或l-(+)-乳酸，熔点53℃（从乙酸或氯仿中结晶）；溶于水、乙醇，不溶于氯仿；它的许多金属盐是左旋体；（2）右旋乳酸或乳酸，熔点52.8℃（从乙醚或异丙醇中结晶）；溶于水、乙醇、丙酮、乙酸、甘油、不溶于氯仿；它的许多金属盐是右旋体；等量的左旋体和右旋体混合得外消旋体或乳酸，白色结晶；熔点16.8℃；沸点122℃（1.8千帕，14毫米汞柱），82～85℃（66.6～133帕，0.5～1毫米汞柱）；溶于水、乙醇，微溶于乙醚，不溶于氯仿和石油醚。

乳酸是一种强有机酸，含量过高，就会造成乳酸性酸中毒，严重将危及生命；患者可能感到疲乏无力、腹痛、恶心呕吐、呼吸深快、意识障碍、严重出现昏迷；皮肤接触后可引起刺激感或皮疹；长久接触可引起皮肤灼伤或溃疡；高温分解时会释放刺激性气体和蒸汽3）产品质量规格本项目生产聚合级1，3-丙二醇，目前国内尚没有此产品的生产，因此该产品还没有国家标准本项目根据生产PTT的需要，确定1，3-丙二醇的质量标准如下：外观 无色透明粘稠液体，无机械杂质及乳光浓度 ≥99%色度 ≤15号氯化物（C1-） ≤0.001%硫酸盐（SO4+2） ≤0.001%铁（F） ≤0.005%灰分 ≤0003%(4) 产品包装方式本工业级的产品采用200公斤装的聚乙烯塑料桶封装,可以直接从当地采购试剂级和医药级99.9%的产品采用试剂瓶和小型的罐装入1.2生产方法和工艺流程1.2.1 工艺技术路线的选择目前，国内一些大的石化企业都急于开发PTT的合成工艺，因此首先要解决原料1,3-PDO的生产工艺技术问题。

1,3-PDO的合成方法主要分为化学合成法和发酵法两种其中化学合成法有环氧乙烷羰基化法(EO法)、丙烯醛水合加氢法(AC法)，已经实现了工业化，发酵法主要是以谷物为原料的微生物发酵法(MF法)1）环氧乙烷羰基化法(EO法)：以环氧乙烷 (EO)和合成气(CO/H2)为原料，通过羰基 化和加氢反应合成1,3-PDO反应中可以添加具有加氢作用的催化剂一步反应生成1,3-PDO(一步法)，也可以进行羰基化反应生成中间产物羰基丙醛(3-HPA)，再将3-HPA加氢生成1,3-PDO(两步法) 优点：产品成本价格低，原料容易得到，工艺技术成熟缺点：环氧乙烷法设备投资大，技术难度大，特别是其催化剂的制备与选用较为复杂，国内尚难开发这一工艺路线2）丙烯醛水合加氢法(AC法)：以丙烯为原料氧化生产丙烯醛，然后在酸性催化剂的作用下，丙烯醛水合生成3-羟基丙醛（3-HPA），然后加氢成为1,3-PDO 优点：丙烯醛法投资低、反应条件缓和缺点：是成本较高，产率低，且中间产物丙烯醛属剧毒易燃易爆物品3）以谷物为原料的微生物发酵法(MF法)①一步发酵法：运用基因工程手段将葡萄糖转化为甘油基因和将甘油转化为1，3-丙二醇基因同时移入某一细菌体内，再利用该菌发酵制取1，3-丙二醇。

其缺点是：以上两种基因来源关系远，基因重组不易成功，即使重组成功，亦不具遗传稳定性②二步发酵法：此法分为两步，首先将葡萄糖或淀粉、淀粉水合物、糖蜜等发酵生成甘油，甘油在微生物的作用下发酵生成1,3-PDO用生物发生产1,3- PDO，与化学法相比，其优点是：生产过程可在常温下进行，操作条件比较温和，不需大量的能耗，生产过程中，副产物少，无环境污染,生物体的培养液不对人和动物造成危害，且原料廉价易得，可大大降低生产成本，技术含量高，具有很强的市场竞争力，符合现代社会要求的生态环保产品综上所述，综合考虑我国现在的技术水平与工业化，我们采用微生物二步发酵法，在于其利用可再生资源、清洁生产、有利于可持续发展，方案合理、技术成熟、现实可行1.2.2 工艺流程（1）工艺路线的概述采用含淀粉70%的原料与自来水糊化成浆状物质，控制糊化温度为60℃，糊化后经过140℃蒸汽蒸煮成熟淀粉，经过冷却控温60℃，加入适量糖化酶，调节PH值进行连续糖化，糖化终点DE值大于97%糖化液经过冷却灭菌进入第一步发酵罐斜面菌种经摇瓶培养后，按1：10的接种量接入一级种子罐，经过一级种子罐依次进行二级种子罐、三级种子罐的培养，培养的菌体接入发酵罐。

经过连续糖化的糖化液采用批式流加进入第一步发酵罐，并接入菌体，加入一定量的玉米浆和少量消泡剂，调节pH值为7.6，在发酵罐进行厌氧发酵发酵的全过程用冷凝水控制发酵罐内温度为35±1℃，发酵72h，葡萄糖经过发酵转化为甘油每次发酵完成采用水蒸汽使罐内保温127℃，维持40min进行罐内消毒第一步发酵后的发酵液经过离心分离成浓相和清夜，清液进入三效浓缩器，浓相经过板框压滤机，过滤后的清液再进入三效浓缩，残渣菌体可作动物饲料提供销售三效浓缩后的浓缩液经过灭菌冷却进入第二步发酵罐在第二步发酵罐批式流加甘油，接入种子罐培养的一定量菌体，并加入一定量碱调节pH值为7.0发酵的过程中持续通入一定氮气，保持发酵罐内进行厌氧发酵发酵的全过程用冷凝水控制发酵罐内温度为35±1℃，发酵40h，甘油经过厌氧发酵转化为1,3-PDO每次厌氧发酵完成后采用水蒸汽使罐内保温127℃，维持40min进行罐内消毒第二步发酵后的发酵液经过絮凝和离心分离成浓相和清夜，清液进入电渗析，浓相经过板框压滤机，过滤后的清液再进入电渗析，残渣菌体可作动物饲料提供销售经过电渗析除盐的液体进入三效浓缩去水经过三效浓缩，1,3-PDO的浓度可达71%以上。

浓缩液依次进行一次精馏、二次精馏，1,3-PDO的浓度可达99%以上，可用于工业生产再次经过离子交换和活性炭脱色即得到浓度高打99.9%的成品1，3-PDO，可用于医药业生产的最终产品装桶外销2）工艺流程图1，3-PDO生产的工艺流程 除杂 淀粉酶 糖化酶 原料 粉碎 糊化 蒸煮 冷却 糖化 冷却 滤渣 酵母 去除水 压滤 灭菌 葡萄糖发酵 超滤 三效浓缩 冷却 水蒸汽 压滤 滤渣 酵母 盐 去除水灭菌 甘油发酵 絮凝 超滤 电渗析 三效浓缩 水蒸汽 压滤 滤渣粗精馏 二次精馏 离子交换 活性碳吸附 产品1，3-PDO1.2.3化学反应方程式（1）甘油提取阶段：① 甘油的生成： 葡萄糖 甘油② 丙酮酸的生成：甘油 丙酮酸 1.2.3化学反应方程式（1）甘油提取阶段：① 甘油的生成： 葡萄糖 甘油② 丙酮酸的生成：甘油 丙酮酸 甘油生产机理： 图1.1 甘油生产机理图（2）1，3-PDO 生产阶段：① 1，3-PDO的生成： 甘油 1，3-PDO② 丙酮酸的生成： 甘油 丙酮酸③ 乳酸的生成： 丙酮酸 乳酸④ 乙醇的生成：丙酮酸 乙醇⑤ 乙酸的生成：丙酮酸 乙酸⑥ 2，3-丁二醇的生成：丙酮酸 2，3-丁二醇 图1.2 1，3-PDO产生机理 参考文献1 修志龙编. 1，3-丙二。