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5000吨/年葡萄糖酸钠水剂工艺设备设计经济可行性研究 发布时间：2009-06-08　文章作者：武汉工程大学　陈建初 来源：湖北散装水泥信息网 [作者简介]  陈建初，教授级高工，在科研领域，从事精细化工产品的研究。曾在国家一大中型医药企业任生产技术厂长兼总工、研究所所长，主持了多项葡萄糖酸钠产品生产及葡萄糖酸盐系列产品分厂建设项目（湖北省 “星火”项目），论文“葡萄糖酸盐系列产品开发研究”获中国淀粉工业协会首届优秀论文最高奖（1989年）。研究的新产品中，获一项国家级重点新产品称号（1990年度）。近两年来，主持了葡萄糖酸钠水剂产品建设项目。 [摘 要]  本文对5000吨/年葡萄糖酸钠水剂产品工艺、设备设计及经济可行性分析进行了阐述。具体综述了葡萄糖酸钠产品的性能与用途及国内目前生产规模现状，报道了本设计的工艺技术路线、生产设备、生产过程、生产技术指标、生产成本、投资与生产效益分析数据。 [关键词]  葡萄糖 多元金属 催化氧化 工艺 设备 生产技术指标 生产成本 投资 生产效益 一、前言 葡萄糖酸钠产品在市场上已有应用。作者曾在多家公司主持了该产品的生产项目，并成功地研究了用多元金属作催化剂，采取短、平、快的方式，利用最经济的手段，用催化氧化工艺技术从葡萄糖原料生产出物美价廉的葡萄糖酸钠水剂产品[1]。葡萄糖酸钠水剂产品以其产品质量的优势在应用中能与其粉剂产品等量抗衡，并有其成本低的优势而受到欢迎。 一些应用的相关数据已在专业刊物中作过报道[3]，针对这一情况，有些公司的老总们曾多次来电来人联系，希望能得到更一点的信息，据此，作者就其技术背景及其产品性能与应用，国内生产规模、工艺路线设计、生产设备与投资、生产过程、多元金属催化剂、生产技术质量指标、生产成本、经济效益等情况进行反馈，旨在为老总们调研时提供服务。 二、技术背景 葡萄糖酸盐系列产品的开发应用，在国内，我们率先用催化氧化工艺技术在湖北形成生产规模，并在中国淀粉工业协会主办的刊物上发表论文[4]，产品列入湖北“星火计划”实施。该技术与酶法、电解氧化法、化学试剂法等工艺技术相比，具有投资小、生产周期短、产品成本低、收率高、质量好、生产无“三废”污染等显著优点。目前，我们在国内主持的已形成葡萄糖酸钠生产规模的几个厂家都是采用多元金属催化氧化工艺技术。 三、产品性能及主要用途 葡萄糖酸钠在国际上始于上世纪70年代才被开发出来的多羟基羧酸物,其结构式如图： 葡萄糖酸钠不带结晶水分子式：c6h11o7na ，分子量：218.14  图1  葡萄糖酸钠分子结构式 1、葡萄糖酸钠性能 葡萄糖酸钠外观均为白色或带微黄颗粒或结晶性粉末，极易溶于水，微溶于乙醇，不溶于醚，其纯度高的水剂呈浅黄色。 2、葡萄糖酸钠主要用途 2.1 混凝土领域的应用 葡萄糖酸钠近几年来在建筑工程混凝土领域中的应用效益十分乐观。 葡萄糖酸钠在混凝土中的应用，其效益主要体现在三个方面：延长混凝土凝结时间、降低混凝土的坍落经时损失、提高混凝土的强度。 近年来，高层、超高层建筑工程建设，已不能由传统混凝土的施工技术满足其施工，发达国家的商品混凝土的使用已非常普遍，商品混凝土必须加入外加剂，因此，混凝土外加剂在工程中应用越来越广。但掺外加剂后，混凝土的坍落度损失比未掺外加剂前更加严重，尤其是掺加高效减水剂后混凝土的坍落度只能保持十几分钟到半小时，给施工队造成了困难，这个问题在商品混凝土中尤为突出。解决这个问题已有一些研究成果，通常采用的技术路线有两类：一类是外加剂掺加，另一类是复合缓凝剂。高效减水剂与缓凝剂复合以解决坍落损失的方法已被普遍接受，该方法的理论基础是延缓水泥早期化产物的形成达到抑制坍落度损失。 我国近年来某些建筑工程已使用泵送混凝土。泵送混凝土中的泵送剂由高效减水剂、缓凝剂、引气剂、助泵剂组成，可作缓凝剂的物质主要有羟基羧酸类物质、多羟基碳水化合物、木质素磺酸盐和腐植减水剂以及无机化合物，国内应用较多的缓凝剂是糖蜜减水剂和木质素磺酸钙减水剂。但也存在问题，水泥执行iso标准后，水泥细度增大，但与木钙和糖等缓凝剂适应相差。 过去，我们对葡萄糖酸钠作缓凝剂的研究和应用不够，看不到效果，只知道葡萄糖酸钠是羟基羧酸类可作缓凝剂的信息,却不知道如何去应用,如何去掺量,也不知道应用的效果如何,我们拖后了研究时间。现在,葡萄糖酸钠的应用效果十分显著,已打开了其应用的突破口,专家们研究葡萄糖酸钠的掺量对混凝土性能影响[5],依 gb8076-1997规定,测试葡萄糖酸钠的五个掺量分别对混凝土的影响，取其数据，详见表1-3。 表1 葡萄糖酸钠对混凝土坍落度及损失的影响 掺量/% 初始坍落度/mm 0.5h坍落度/mm 1h坍落度/mm 0 190 160 130 0.03 215 180 130 0.05 220 190 170 0.07 220 230 230 0.10 240 240 230 0.15 230 240 240         表2 葡萄糖酸钠对混凝土凝结时间的影响 掺量/% 初凝时间/（h/min） 终凝时间/（h/min） 0 11h/10min 16h/50min 0.03 14h/10min 18h/30min 0.05 28h/20min 27h/30min 0.07 25h/10min 37h/40min 0.10 28h/30min 41h/10min 0.15 35h/20min 72h/30min       表3 葡萄糖酸钠对混凝土强度的影响 掺量/% 3d/mpa 7d/mpa 28d/mpa 60d/mpa 0 21.2 30.6 40.5 44.7 0.03 19.8 31.4 35.4 41.8 0.05 22.3 30.9 44.7 47.1 0.07 20.6 34.2 46.8 52.3 0.10 12.1 29.0 36.2 40.9 0.15 -- 19.5 25.6 26.5           从表1中看出，在一定的水灰比的情况下，随着葡萄糖酸钠掺量的增加，混凝土的坍落度经时损失降低甚至不损失，这表明葡萄糖酸钠具有增塑性。如表2所示，随着葡萄糖酸钠掺量的增加，混凝土凝结时间，无论是初凝时间，还是终凝时间都有所延长。掺量0.15% 3d时，掺量为0.05%时强度最大，7d、28d及60d时，均为掺量0.07%时强度最大。低掺量缓凝剂主要影响3d以前早期强度，而对3d以后的强度影响也较大。当增加葡萄糖酸钠的掺量时，混凝土的强度有所提高，但当超过最佳掺量进混凝土的强度会降低。适当的掺量为0.03—0.07%。 2.2 葡萄糖酸钠作为缓蚀剂，其缓蚀率随温度升高而增加，而其它缓蚀剂大多随温度升高而降低或失效。对于在碳钢等材质的缓蚀中，温度从21℃上长到49℃时，其缓蚀率提高5%以上。 2.3 葡萄糖酸钠作为阻垢剂，其阻垢能力极强，出于它对ca++、mg++、fe++等都有很强的络合能力，尤其对铁离子有极好的合能力，几乎在全ph范围内都有作用。 2.4 葡萄糖酸钠具有广谱性及协调效应，它不仅适用于钼系列配方，也适用于硅、磷、硼、钨、亚硝酸盐等系配方及有机羧酸类配方。 2.5 葡萄糖酸钠在电镀行业中，作电渡添加剂，可在较高温度下操作，并可直接镀得金光亮镀层，不必再经过抛光镀铬，除锈性能好。 2.6 葡萄糖酸钠在显影行业中，在显影剂中添加适合量，会使图像变得清晰无污点。 2.7 葡萄糖酸钠在水质处理领域中是一种很好的稳定剂。 2.8 葡萄糖酸钠在玻璃瓶洗涤领域中，洗涤效果好，其优越性很突出，是一种很好的清洗剂。 2.9葡萄糖酸钠在食品工业中的应用 当前，食品工业朝着饮食生活多样化、加工食品国际化、低盐化的健康之路发展，人们对调味料要求更加细化，更加丰富多彩。 葡萄糖酸钠已应用在食品工业中，是新型的功能呈味调料[5]。它能够赋予食品酸味，作食品ph调节稳定剂，改善食品呈味性，防止蛋白质变性，掩盖不良苦味、涩味，能代替食盐制取低钠、无钠食品。 葡萄糖酸钠与葡萄糖酸钾共用的呈味性和独具的功能比其它的有机酸具有更大的优越性。苹果酸钠、柠檬酸钠、乳酸钠等有机酸在食品加工用于ph调味，改善呈味性等。但这些有机盐酸呈味性低，影响食品味质。葡萄糖酸钠与葡萄糖酸钾作食品加工ph缓冲剂，能使饮料在呈味性不受影响的情况下，在ph4、  杀菌温度65℃、10min完成杀菌环节。而其它有机酸盐难以达到这个要求。葡萄糖酸钠与天冬甜精并用能达到砂糖一样的味质，葡萄糖酸钠有显著或掩盖大豆蛋白臭、鱼臭、及掩盖镁、铁、锌等微量金属元素,特别是镁的特有苦味效果。 葡萄糖酸钠的盐味质接近食盐，其阀值为食盐的5倍、苹果酸钠的2.6倍、乳酸钠的16.3倍。用于食品加工中用量远比苹果酸钠等其它钠盐少，加上葡萄糖酸钠无刺激性、无苦涩味等味质优，用于调节ph改善食品味质、特性等，为优良的有机酸钠盐。 用葡萄糖酸钠代替100%食盐可制得减盐面包或无盐面包。葡萄糖酸钠还可代替盐用于食品加工中改良特性，调整发酵，赋予食品保存性、脱水作用等各种功能。 四、国内生产规模 目前，我国葡萄糖酸钠产品的主要产地分布在湖北、河南、浙江、山东、广东、天津等地。其生产规模已在40万吨已上,其情况如表4所示。 表4 葡萄糖酸钠主要产地及生产规模 主要产地 生产规模（t/a） 信息来源 备注 湖北(葛店、天门) 10000 湖北阳新（科生、化发） 10000 其中内酯800吨/年 湖北枣阳永华 6000 河南焦作兴华 20000 http:/www.lawyerq.com 河南新乡化幸化工 10000 http:/www.fajiao.blocgbokee.net 浙江天益 20000 http:/www.zjty.com.cn 含内酯、酸钠、酸钾、酸钙、酸锌、酸亚铁、酸铜、酸镁、部分产品出口 江西沪赣医药 10000 www.fajiao.blog.bokee.net 含产品：内酯、酸钙、酸锌、酸钠等、部分产品出口 安徽郎溪 7000 http:/www.xzyysp.cn.alibaba.com 浙江仙居欣宏（山东欣宏药业、杭州富阳欣宏生物） 17000 http:/www.chinacehmnet.com 含内酯100吨、酸钾10吨 项目环评时间2005年5月 浙江金商河（包括浙江、济南、天津） 30000 http:/www.fajiaoblogbokeen.net 含葡萄糖酸钙、内酯、酸钠。其中发酵法投产酸钠时间是2005年7月 浙江德清县 4000 http:/www.daepgov.cn 青岛科海生物 30000 www.fajiaoblogbokee.net 山东凯翔生物化工 20000 http:/www.fajiaoblogbokee.net 济南华明生化 10000 http:/www.jnhuaming.com 山东中舜科技 5000 http:/www.zhongshun.com 广州粤和 6000 浙江原素高清 10000 www.fajiaoblogbokeen.net 浙江金龙 10000 www.fajiaoblogbokeen.net 浙江金田 10000 www.fajiaoblogbokeen.net 浙江桐乡海钠 20000 http:/www.chinaalibaba.com 含酸钙3000、内酯6000、酸钠11000。2006年成立。部分产品出口 山东西王 130000         五、规模设计 产品规模设计的限定主要依据市场、生产厂家的生产与消耗能力、销售计划等因素来决定。对于自产自用为主、兼顾周围市场、采用投资少、见效快的生产葡萄糖酸钠水剂的厂家，选用多大生产规模合适，依据我们已实施主持的生产厂家的情况来看，规模可大可小，建议开始设计规模为：5000吨/年，一旦掌握了生产技术，依据市场需求变化情况，扩产来得非常容易。 六、生产工艺技术路线 本生产工艺技术路线采用多元金属催化剂，催化氧化葡萄糖一步制取葡萄糖酸钠水剂产品。其工艺流程见图2。 图2  葡萄糖酸钠水剂生产工艺技术路线 七、生产设备与投资 生产中主要设备的投资经费估算为50万元左右。 生产设备与投资见表5。 表5 生产设备与投资 设备名称 数量 资金预计（万元） 备注 氧化罐 3 6*3 计量桶 3 0．6*3 过滤机 1 2 物料贮桶 4 2*4 贮碱桶 1 2 水处理 1 2 搪瓷釜 1 1 离心机 1 1 合计 36         八、生产过程 1、工艺过程  葡萄糖在多元金属催化剂的作用下，与氧气发生氧化反应，使葡萄糖分子上的醛基被氧化成羧基，其羧基与碱发生中和反应，生产葡萄糖酸钠。 2、操作方法  将葡萄糖投入到盛有催化剂和水的氧化罐中，加入适量碱，开机反应，控制好工艺参数，当葡萄糖的转化率在99%左右时，反应到达终点，停机过滤，得到水剂产品。 九、多元金属催化剂 本催化剂主要含有贵重金属钯及其它金属成分，该催化剂在厂家应用多年表明：催化活性大、专一性强、持久性好。管理水平较好的厂家，催化剂的使用次数在300次以上。 催化剂一般可在化验室搪瓷釜中制备，不另设场地。 十、生产技术质量指标 目前为止，国家和行业均未出台葡萄糖酸钠粉剂、水剂产品质量标准，依据本工艺技术生产的水平，可参照美国医药级葡萄糖酸钠usp24ed标准来制定其企业标准，见表6。 表6 葡萄糖酸钠水剂企业标准（草案） 质量标准 医药级usp24ed标准/（粉剂） 本企业标准（草案）（水剂） 外观 白色或微黄色结晶性颗粒粉末 浅黄色液体 溶解性 微溶于乙醇，易溶于水， 不溶于醚 微溶于乙醇,不溶于醚 易溶于水 1%（wt）水溶液ph值 7-9 7-9 含量 ≥98% ≥98% 干燥失重 ≤1% 浓度30%±1% 还原物 ≤0.05% ≤2.0%       十一、生产成本 若主要原辅材料价格稳定在目前的水平，生产成本可控制在1100元/吨左右的水平，按葡萄糖的价格2900元/吨，液碱：900元/吨左右，电价：0.85元/度左右,钯：7万元/公斤左右估算，5000吨/年葡萄糖酸钠水剂产品（30%）生产成本具体估算如表7。 表7 葡萄糖酸钠水剂产品生产成本预算 项目 单耗 价格 单位成本（元/吨） 葡萄糖 275.3 2900元/吨 798.45 液碱 174.6 900元/吨 157.15 电 58.5度 0.85元/度 49.74 水 700公斤 1.5 催化剂 50 生产与管理人员 8人 工资：1500元/月人 40 合计 1096.84         十二、经济效益 目前，含量大于98%的葡萄糖酸钠粉剂的价格在5000元/吨以上，而葡萄糖酸钠（30%）在深圳、广东等地的价格在1400-1480元/吨左右，若取1400元/吨左右的价格计算生产利润，年产5000吨/年葡萄糖酸钠水剂（30%）生产总利润在：150万元左右/年。 参考文献： [1].陈建初,伍平凡,郭均高.葡萄糖酸钠水剂产品生产工艺研究[j].武汉工程大学学报.2008(3):22-24 [2].陈建初,郭均高.葡萄糖酸钠水剂在混凝土中代替其粉剂应用研究[j]淀粉与淀粉糖.2008(1):34-35 [3].陈建初,郭均高,徐润秋.葡萄糖酸钠水剂产品生产与应用研究[j].中国混凝土外加剂.2008(4):40-44 [4].陈建初,刘丽华.葡萄糖衍生物的开发研究[j].淀粉与淀粉糖.1989(3):14-19 [5].何延树,胡延燕.泵送剂中葡萄糖酸钠掺量对混凝土性能的影响[j].混凝土.2006(4)32-35 [6].周秀琴.新功能调味剂葡萄糖酸钠与葡萄糖酸钾[j].江苏调味副食品.2003(5):28-29