论文总字数：34837字

摘 要

本次设计主要的目标产物是一种常见的被广泛使用的农药—草甘膦。这种农药在20世纪70年代被开发，并且凭借它具有低毒性、高效性和化学性质活泼等特点，在全世界范围内快速发展。其成分为N—磷酰基甲基甘氨酸，是一种有机磷除草剂，它不仅对一年生或多年生的杂草具有根除效果，而且更重要的是它不会在动物和水生植物中积累，容易在土壤中被生物降解，对动物，水生植物和环境的危害相对较小。

经过多年的蓬勃发展，草甘膦的生产工艺也越来越多样化、高效化。目前主要有甘氨酸合成路线和亚氨基二乙酸（IDA）合成法两种。其中，IDA法是较为先进的一种工艺，这种工艺的关键在于亚氨基二乙酸合成过程和双甘膦氧化过程。本设计选择使用二乙醇胺法制备亚氨基二乙酸并且使用改性活性炭作催化剂氧化双甘膦制备草甘膦。

本设计主要包含以下内容：草甘膦的性状及应用情况、当下草甘膦合成方法的研究、国内外草甘膦发展状况、生产工艺的确定、相关的化工设计及计算以及三废的处理方案。

关键词：草甘膦；亚氨基二乙酸；双甘膦氧化；工艺设计

Abstract

The main target product of this design is a common and widely used pesticide-glyphosate. This pesticide was developed in the 1970s, and due to its low toxicity, high efficiency and lively chemical properties, it has developed rapidly around the world. Its composition is N-phosphoryl methylglycine, and it is an organic phosphorus herbicide. It not only has an eradication effect on annual or perennial weeds, but more importantly, it does not accumulate in animals and aquatic plants, and is easily biodegraded, and the harm to animals, aquatic plants and the environment is relatively small.

After years of vigorous development, the production process of glyphosate has also become more diverse and efficient. Currently, there are mainly two synthetic routes - glycine route and iminodiacetic acid (IDA) route. Among them, the IDA method is a relatively advanced process, and the key of this process lies in the synthesis of iminodiacetic acid and the oxidation of N-(Phosphonomethyl) iminodiacetic acid. This design chose to use the diethanolamine method to prepare iminodiacetic acid and use modified activated carbon as a catalyst to oxidize N-(Phosphonomethyl) iminodiacetic acid to produce glyphosate.

This design mainly includes the following contents: properties and applications of glyphosate, current research on glyphosate synthesis methods, development status of glyphosate at home and abroad, determination of production methods, related chemical design and calculation, and the waste treatment plans

Key words: glyphosate; iminodiacetic acid; N-(Phosphonomethyl) iminodiacetic acid oxidation; process design

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1产品介绍 1

1.1.1亚氨基二乙酸 1

1.1.2双甘膦 1

1.1.3草甘膦 2

1.2项目设计背景 2

1.3设计内容 3

1.4设计参考 3

第2章 工艺介绍及选择 4

2.1草甘膦工艺发展 4

2.2甘氨酸合成路线 4

2.2.1氯甲基磷酸法 4

2.2.2亚磷酸烷基酯法 5

2.3亚氨基二乙酸（IDA）合成路线 5

2.3.1氢氰酸法 5

2.3.2氯乙酸法 6

2.3.3二乙醇胺法 6

2.4工艺的选择 7

2.5流程设计 7

2.5.1亚氨基二乙酸（IDA）合成流程设计 7

2.5.2双甘膦合成流程设计 8

2.5.3氧化双甘膦合成草甘膦流程设计 8

第3章 物料衡算 9

3.1衡算依据 9

3.1.1基础数据 9

3.1.2各阶段收率 10

3.2衡算过程 10

3.2.1亚氨基二乙酸合成过程物料衡算 10

3.2.2双甘膦合成过程物料衡算 12

3.2.3双甘膦氧化过程物料衡算 14

第4章 能量衡算 16

4.1能量衡算基础 16

4.2亚氨基二乙酸合成过程能量衡算 17

4.3双甘膦合成过程能量衡算 20

4.4双甘膦氧化过程能量衡算 22

第5章 主要设备设计计算 26

5.1反应釜选型 26

5.1.1 IDA合成釜选型 27

5.1.2双甘膦合成釜选型 27

5.1.3草甘膦合成釜选型 28

5.2 IDA合成反应釜设计 28

5.2.1筒体的直径 28

5.2.2筒体的高度 29

5.2.3夹套的直径 29

5.2.4夹套的高度 29

5.2.5传热面积核算 30

5.2.6筒体的材质及设计壁厚 30

5.2.7夹套的材质及设计壁厚 33

5.2.8筒体水压试验及强度校核 34

5.2.9夹套水压试验及强度校核 34

5.3.10 计算结果汇总 35

5.3双甘膦氧化反应釜设计 35

5.3.1筒体的直径 35

5.3.2筒体的高度 35

5.3.3夹套的直径 36

5.3.4夹套的高度 36

5.3.5传热面积核算 36

5.3.6筒体的材质及设计壁厚 37

5.3.7夹套的材质及设计壁厚 39

5.3.8筒体水压试验及强度校核 39

5.3.9夹套水压试验及强度校核 39

5.3.10 计算结果汇总 40

5.4接管、鞍座及人孔（手孔）的选型 40

5.4.1接管的选择 41

5.4.2支座的计算与选型 41

5.4.3人孔的选型 42

5.5搅拌、传动及轴封装置的选型 42

5.5.1搅拌装置选型 42

5.5.2传动装置选型 43

5.5.3轴封装置选型 44

第6章 车间布置 45

6.1车间布置的内容 45

6.2车间布置的原则 45

6.3车间布置的设计 45

第7章 技术经济性评价 47

7.1成本和费用的计算 47

7.1.1经济性评价的费用参考数据 47

7.1.2原材料费用 47

7.1.3外购燃料和能量费用 48

7.1.4设备及场地投资费用 48

7.1.5工资及福利 49

7.1.6修理费 49

7.1.7其他费用 49

7.1.8成本估算总表 50

7.2销售收入和税金的估算 51

7.2.1产品收入 51

7.2.2税金的估算 51

7.3利润的计算 52

第8章 环保设计 53

8.1草甘膦反应液的处理方法 53

8.2草甘膦反应液的分离和废水处理 53

8.3废气的处理 53

结论 55

致谢 56

参考文献 57

绪论

1.1产品介绍

1.1.1亚氨基二乙酸

亚氨基二乙酸别名N-甘氨酸或者IDA，是一种用于生产草甘膦的重要中间体，也可以用作重要的螯合剂，其在电镀、化工、医药等领域有广泛的应用^{[1, 2]}。其主要性质如下：

表1.1 亚氨基二乙酸物性表

1.1.2双甘膦

双甘膦的化学名称为N-(膦献计甲基)亚氨基二乙酸，英文简称为PMIDA，一般可以由亚氨基二乙酸进行合成，可以用作除草剂草甘膦的中间体。其相关性质如下：

表1.2 双甘膦物性表

1.1.3草甘膦

草甘膦是一种由于具有低毒、高效、广谱、化学性质活泼等特点而成为全球范围内使用最为广泛的一种除草剂。它已经经过了近50年的发展，仍然作为现代农业的一个重要部分^{[3, 4]}。

草甘膦的全称为N-（膦酸甲基）甘氨酸，别称农达。它不仅具有高效性，其对人体和环境的损害也非常低，单从其致癌性来说，直接饮用含有微量草甘膦的水要比我们日常吃咸菜晒太阳更加安全，同时，国外的研究也证明，含草甘膦的水体对生物会有一定的影响^[5]，但是也会被植物在一周后分解掉^[6]。鉴于此，草甘膦在农药领域得到了极大的发展。其相关性质如下：

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