下载文档原格式
牛磺酸的合成研究与应用前景摘要：牛磺酸依托于特有的化学性质而被广泛的应用在医药、食品、有机合成以及饲料等方面。
本文主要通过阐述几种牛磺酸的制备方法，并通过比较提出了牛磺酸合成研究方向以及应用前景。
关键字：牛磺酸合成应用前景一、概述对于牛磺酸人们往往将其称为牛胆素、牛胆碱、牛胆酸。
牛磺酸不仅具有可以有效的维持机体内的环境稳定，而且还对人类的中枢神经、免疫和内分泌系统等具有重要的调节作用。
基于此，牛磺酸不仅被广泛的应用在医疗、食品、饲料以及有机合成等领域之中，而且还可以用作荧光增白剂、湿润剂以及PH缓冲剂等方面。
二、牛磺酸的制备方法2.1生物中提取由于牛磺酸不溶于无水乙醇、易溶于水的性质，所以可以利用热水进行提取，离子交换提纯，在经过无水乙醇沉淀来获得白色针状结晶物的方式进行提取，此种方式主要应用在生物中的牛磺酸提取。
在生物组织中含有大量的牛磺酸，尤其是在牛胆汁中其牛磺酸的含量非常高，其通过与胆汁酸结合以牛磺胆酸的形式存在生物体中，所以，简单的分离方式显然不能满足提取要求，而需要将其水解之后再进行分离提取。
另外，据相关研究发现如下图，在海洋生物如蛤蜊、章鱼、海胆、牡蛎、鳗鱼等生物中也富含牛磺酸。
在海洋生物中其主要是以游离的形式存在，所以可以直接进行提取。
因为，海洋生物提取牛磺酸方式较为简单且含量丰富，所以，在海洋生物中提取牛磺酸逐渐成为人们研究的重点，海洋药物将逐渐成为一大经济产业。
2.2化学合成法在生物中提取牛磺酸由于受到原料来源、产量以及成本等因素的影响，导致目前主要是通过化学合成的方式来制备牛黄素。
据不完全统计，按照制备牛磺酸工艺以及原料的不同，可以有近二十种方式可以制备牛磺酸，如下图。
目前，乙醇胺法制备工艺由于原料获取较为方便、工艺流程简单且所需设备投资成本较低，因此，国内外一般都采用此方式来制备牛磺酸。
以乙醇胺为原料合成牛磺酸，按合成路线又分为酯化法和氯化法。
(1)酯化法：以乙醇胺、硫酸、亚硫酸钠为原料，首先硫酸与乙醇胺进行酯化反应，合成出中间体2－氨基乙基硫酸酯，中间体2－氨基乙基硫酸酯再与亚硫酸钠进行磺化反应合成牛磺酸。
制作牛磺酸的工艺流程英文回答：To make taurine, the first step is to obtain the raw materials. Taurine is derived from the amino acid cysteine, which can be obtained from natural sources such as animal proteins or synthesized in a laboratory. Once the cysteineis obtained, the production process can begin.The next step is to convert cysteine into taurine through a chemical reaction. This can be done by oxidizing cysteine using an oxidizing agent such as hydrogen peroxide. The reaction typically takes place in a controlled environment, such as a reactor vessel, where thetemperature and pressure can be carefully controlled. The reaction time may vary depending on the specific conditions used.After the conversion reaction is complete, the taurine needs to be purified. This is typically done through aseries of filtration and separation steps. For example, the taurine solution may be passed through a filter to remove any solid impurities. Then, techniques such as chromatography or distillation can be used to separate taurine from other compounds present in the solution.Once the taurine is purified, it can be further processed into a final form. For example, it can be dried and powdered for use as a dietary supplement or formulated into a liquid for use in beverages. The specific processing steps will depend on the intended application of the taurine.Overall, the process of making taurine involves obtaining cysteine as a raw material, converting it into taurine through a chemical reaction, purifying the taurine, and processing it into a final form. The entire process requires careful control of temperature, pressure, and other factors to ensure the quality and purity of the final product.中文回答：制作牛磺酸的工艺流程首先需要获取原材料。
牛磺酸合成工艺改进的研究牛磺酸，化学名为2-氨基乙磺酸，是人体内存在的一种具有多种生理功能的含硫氨基酸，具有促进大脑发育、增强视力、抗炎、解热、降血压、降血糖、强肝利胆等作用，是人体内最重要的氨基酸之一。
牛磺酸无色、无味，且无任何毒副作用，故发达国家对它的研究和应用十分重视。
近年来随着对其生理作用、营养价值的深入研究，其应用变得非常广泛。
牛磺酸在国外大量用作营养保健品和食品添加剂。
据报道，美国和日本是最主要的消费国，年消费量分别达1万吨和5000吨。
文献报道牛磺酸的合成路线有十多条，方法各异，并各有优缺点。
我国最早由长春制药厂于1981年合成牛磺酸，目前国内共有40多家牛磺酸生产厂家，年产量达5000吨，几乎全部出口。
国内应用牛磺酸还处于初始阶段，年消费不足100吨，如果达到或接近美、日等国的消费水平，我国牛磺酸的年消费量可达3万吨。
其巨大的经济效益和社会效益是显而易见的，应引起社会各界的高度重视。
1 工艺分析我国目前采用最广的牛磺酸合成工艺为酯化还原法，即乙醇胺与硫酸酯化后，再用亚硫酸钠还原的工艺路线。
该路线虽然原辅料价廉易得，对设备无特殊要求，操作也较简便，而且生产成本较低，但存在着酯化物水解严重及亚硫酸钠氧化损耗大这两大缺点，故总收率较低(通常在50%以下)。
我国结合对该工艺的研究及生产多年的经验，查阅了国内外大量参考文献，经过多次小试、中试放大和工业化大生产的摸索总结，最终确定了在还原反应中通入N 2进行保护，并加入一种能防止酯化物水解的催化剂，以及改变物料添加方式等方法，较好地解决了问题，使小试总收率达58.5%，大生产总收率达61.3%，有效地降低了生产成本，并取得可观的经济效益。
经过反复论证，我国确定了影响收率的主要因素为：①催化剂浓度；②还原回流时间；③乙醇胺与亚硫酸钠摩尔比；④氮气流量。
为了寻找最佳工艺条件，我们进行了四因素三水平的正交实验，见表1和表2。
表1 正交试验因素与水平表2 L9(3)正交试验结果由表1、表2可以看出，各影响因素的主次顺序继A＞D＞C＞B，即水解抑制剂对收率的影响最大，氮气流量次之，乙醇胺与亚硫酸钠的摩尔比(由于酯化和还原二步反应的反应物和生成物的摩尔系数均为1，且不可能用水制取较纯净的硫酸酯)更次，回流时间对收率的影响最小，从而确定最佳工艺条件为A2B3C1D2，即催化剂浓度为4g/L，回流时间为30h，乙醇胺与亚硫酸钠的摩尔比为1：1.3，氮气流量为1.2m3/h。
20000t/a牛磺酸项目的工艺设计摘要：牛磺酸是名贵中药“牛黄”的重要成分之一，具有广泛的医疗和营养保健作用。
该产品需求量很大。
本设计通过延续国内大多牛磺酸生产厂家的合成路线即用乙醇胺和浓硫酸为酯化原料合成2-氨乙基硫酸酯（AES），用AES和亚硫酸钠经磺化得牛磺酸溶液的工艺路线。
乙醇胺酯化法合成牛磺酸具有原料易得、成本低、合成工艺简单、设备投资少等特点。
然而该法在工业化生产中依然存在许多问题，如反应时间过长，产物难以分离等。
本设计分别对牛磺酸合成过程中的酯化、磺化反应以及产物分离技术进行了研究，且对酯化反应和产物分离过程的工艺条件进行了优化。
在对牛磺酸溶液的处理中，将电渗析技术引用到了除盐纯化牛磺酸过程。
关键词：酯化; 磺化; 产物分离; 电渗析; 反应釜Process Design 20000 t/a Taurine ProjectAbstract: Taurine is one of the vital components of bezoar which is a Chinese traditional medicine that is good for medical treatment and health care .There is a great for it.The domestic preparation method for taurine of 2-amino-ethyl sulfuric ester (AES), following sulfonation with Na2SO3to get the taurine liquid.Synthesis technics of Taurine from ethanolamine has been considered to be an important process for further use of the technology because of low the characteristics of raw materials to be widely and low costs as well as simple technology.Unfortunately, there still some challenges to overcome the problems of which reaction time is too long and the yield of separated products is lower. To solve these problems, esterification reaction, sulphonating reaction and separating process were studied respectively in this paper.As a result ，the conditions of esterification reaction and separation process were optimized.And introduces electrodialysis technique into the desalting purifying of taurine.Key words: esterification; sulphonating; separated products ; electrodialysis technique; reactor目录第一章文献综述 (5)1.1 牛磺酸简介 (5)1.1.1 牛磺酸的物理性质 (5)1.1.2 牛磺酸的化学性质 (5)1.1.3 牛磺酸的应用 (5)1.2 牛磺酸的生产 (6)1.3 牛磺酸的制备 (7)1.3.1 概述 (7)1.3.2 生产方法 (7)1.4 动力学方程 (11)1.5 工艺条件的选择 (13)1.5.1 反应条件的控制 (13)1.5.2 分离条件的选择 (14)1.6 工艺流程及反应器 (18)第二章牛磺酸生产工艺计算 (21)2.1 乙醇胺酯化法合成牛磺酸的简述 (21)2.2 反应原料浓度计算 (22)2.3 设计要求 (23)2.4 反应器的物料计算 (23)2.5 热量衡算 (26)2.5.1 热量衡算基础 (26)2.5.2 酯化反应热量衡算 (27)2.5.3 磺化反应热量衡算 (28)2.6 酯化体积计算 (29)第三章反应器的设计 (30)3.1 反应釜釜体的设计 (30)3.1.1 设备选型 (30)3.1.3 釜体DN、PN的确定 (30)3.1.4 釜体筒体壁厚的设计 (31)3.1.5 釜体封头的设计 (32)3.2 反应釜夹套的设计 (35)3.2.1 夹套的DN 、PN的确定 (35)3.2.2 夹套筒体的设计 (35)3.2.3 夹套封头的设计 (36)3.2.4 传热面积的校核 (36)3.3 反应釜釜体及夹套的压力试验 (36)3.3.1 釜体的水压试验 (36)3.3.2 夹套的液压试验 (38)3.4 反应釜附件的选型及尺寸设计 (39)3.4.1 釜体法兰联接结构的设计 (39)3.4.2 工艺接管的设计 (41)3.4.3 垫片尺寸及材质 (42)3.4.4 固体物料进口的设计 (43)3.4.5 视镜的设计 (44)3.4.6 支座的选型 (45)3.5 搅拌装置的选型与尺寸设计 (46)3.5.1 搅拌轴直径的初步计算 (46)3.5.2 搅拌轴临界转速校核计算 (46)3.5.3 联轴器的型式及尺寸的设计 (46)3.5.4 搅拌桨尺寸的设计 (47)3.5.5 搅拌轴的结构及尺寸的设计 (48)3.6 焊缝结构的设计 (50)3.6.1 釜体上主要焊缝结构的设计 (50)3.6.2 夹套上的焊缝结构的设计 (51)3.7 反应釜的装备图及部件图 (52)3.7.1 反应釜的装配图 (52)3.7.2 搅拌轴的部件图 (52)第四章本工艺中“三废”的处理 (54)4.1 废水的处理 (54)4.1.1 简介 (54)4.1.3 本工艺中的废水处理 (54)4.2 废气废渣的处理 (55)4.2.1 简介 (55)4.2.2 本工艺中的废气废渣处理 (55)第五章设计总结 (56)5.1 本次设计总结 (56)5.2 数据汇总 (56)参考文献 (58)致谢 (59)第一章文献综述1.1 牛磺酸简介1.1.1 牛磺酸的物理性质牛磺酸，无固定熔点，在300℃开始分解。
牛磺酸的制备，乙醇胺法概述说明以及解释1. 引言1.1 概述本文将详细介绍牛磺酸的制备方法之一——乙醇胺法。
乙醇胺法是通过使用乙醇胺催化剂来合成牛磺酸的一种常用方法。
牛磺酸作为一种重要的有机化合物，具有丰富的生物学活性和广泛的应用前景。
因此，研究和发展高效可行的制备方法对于满足不同领域对牛磺酸需求的增长非常重要。
1.2 文章结构本文将按以下结构逐步介绍牛磺酸乙醇胺法的制备过程和相关内容：- 第2部分：牛磺酸的制备，包括乙醇胺法概述、制备原理以及反应条件和步骤等方面；- 第3部分：实验方法，包括材料准备、实验步骤以及反应过程控制和优化等方面；- 第4部分：结果与讨论，包括实验结果展示、数据分析与解释以及影响因素讨论等方面；- 第5部分：结论与展望，总结主要结论、提出不足之处及改进方向以及展望未来研究方向和意义。
1.3 目的本文的主要目的是介绍牛磺酸乙醇胺法的制备过程，并探讨实验中的关键因素和优化方法。
通过深入了解乙醇胺法对牛磺酸合成的影响，希望能够为相关领域的研究人员提供参考和借鉴，推动牛磺酸制备技术的发展。
同时，也将在结论部分总结本文所得到的主要结果，并对未来研究方向进行展望，以期进一步推进牛磺酸相关领域的研究和应用。
2. 牛磺酸的制备:2.1 乙醇胺法概述:乙醇胺法是一种常用于合成牛磺酸的方法。
它是通过在反应中使用乙醇胺作为原料，并经过一系列步骤进行化学反应，最终得到牛磺酸。
2.2 制备原理:乙醇胺法的制备原理基于乙醇胺和硝基苯硫脲之间的反应。
当将硝基苯硫脲与乙醇胺混合并在适当的条件下加热时，它们会发生SNAr（亲核芳香取代）反应，生成牛磺酸。
2.3 反应条件和步骤:在进行乙醇胺法制备牛磺酸时，需要控制以下条件和步骤：1) 材料准备：准备所需的化学试剂包括硝基苯硫脲和乙醇胺。
除此之外，还需要适当选择溶剂、催化剂以及其他辅助试剂。
2) 反应体系组装：将硝基苯硫脲和适量的乙醇胺溶解于溶剂中，并加入适量的催化剂和辅助试剂。
制药工程专业课程设计任务书专业_###_ 班级____2_______ 姓名__### _ ___设计题目：年产200吨原料药牛磺酸的合成工段的车间工艺设计设计时间：2015.10.8---2014.11.13。
设计内容和要求：1、确定工艺流程及净化区域划分；2、详细叙述制备工艺及设备的工作原理、结构组成及关于此工艺及设备的国内外的现状、研究前沿。
3、物料衡算、热量衡算、设备选型及设计（按间歇操作考虑，每年开工300天）；4、按规范要求设计车间工艺平面图；5、画出带控制点、辅助管线的物料工艺流程图；6、反应器的安装图（平、立、剖面图1：50）7、编写设计说明书。
设计成果：1、设计说明书一份，包括工艺概述、工艺流程及净化区域划分说明、物料衡算、热量衡算、工艺设备选型说明、工艺主要设备一览表、车间工艺平面布置说明、车间技术要求。
2、工艺平面布置图一套（1：100）；3、带控制点及辅助管线的物料工艺流程图（1：100）；4、反应器的安装图（平、立、剖面图1：50）。
目录1 设计依据及设计基础 (1)1.1 设计依据 (1)1.2 生产能力 (1)1.3 产品规格 (1)1.4 原辅材料技术规格 (2)2 工艺说明 (3)2.1 工艺概述 (3)2.1.1 氯化法 (3)2.1.2 乙撑亚胺法 (4)2.1.3 酯化法 (4)2.1.4 工艺设备及生产现状 (5)2.2 工艺流程说明 (6)2.2.1 牛磺酸生产方法 (6)2.2.2 工艺流程叙述 (8)3 物料衡算 (9)3.1 概述 (9)3.2 衡算过程 (9)3.2.1 确定每批产量 (9)3.2.2每批主要原料投料量计算 (9)3.2.2化学反应过程衡算 (10)3.3 物料流程框图 (13)4 能量衡算 (16)4.1 概述 (16)4.2 能量衡算依据 (16)4.2.1设备的热量平衡方程式 (16)4.2.2 热量衡算基础数据计算与查取 (18)4.3 热量衡算过程 (19)4.4 热量衡算结果 (22)5 设备选型 (22)5.1 设备选型的依据 (22)5.1.1 设备选型的原则 (22)5.1.2 设备材料选择依据 (23)5.1.3 主要设备选型[9] (23)5.2 设备选型计算过程 (24)5.2.1 反应釜选型计算 (24)5.2.2 储罐设备选型计算 (26)5.2.3 过滤器选型计算 (27)5.2.4 干燥器选型计算 (27)5.2.5 冷凝器选型计算 (27)5.3 主要设备一览表 (28)6 车间布置 (29)6.1 概述 (29)6.2 布置依据 (29)6.3 布置原则 (29)6.4 车间布置说明 (30)6.5 车间工艺平面布置图 (31)7 节能与环保 (32)7.1回收利用 (32)7.2 环保与安全 (33)7.2.1危险性概述 (33)7.2.2急救措施及泄露应急处理 (34)7.2.3安全防护 (34)参考文献 (35)附录 (35)1 设计依据及设计基础1.1 设计依据本设计的题目为“年产200吨原料药牛磺酸的合成工段的车间设计”，设计依据为制药工程专业课程设计任务书和相关规范及标准：《药品生产质量管理规范（2010 年修订）》《医药工业洁净厂房设计规范》《2010GMP 实施指南-原料药》《2010GMP 实施指南-厂房、设施和设备》《中华人民共和国药典（二部）》《生产过程安全卫生要求总则（GB/T 12801-2008）》《工业企业设计卫生标准（GBZ1-2010）》1.2 生产能力本车间为生产原料药牛磺酸的合成工段，其年产量为200t/a，含量为99%以上。
