精细化工专业课程设计——餐洗剂生产设备及工艺设计(配料釜)(共24页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上目录一 前言 合成洗涤剂近二三十年才得到蓬勃发展，现今许多国家合成洗涤剂的生产远远超过了肥皂的生产，利用石油制成的廉价洗涤剂，始于1945年以后，石油制成的合成洗涤剂的优点不会影响纤维织物的鲜艳色彩，洗过以后，决不退色，能保持织物的牢度，不会使松散，且在较低的温度下仍有良好的洗涤效果。洗洁精是一种合成洗涤剂，可以洗碗碟，清洁家居，汽车外壳，玻璃器皿，还可以清洁地板，玻璃及塑料用品，厨具等。洗洁精含有轻微毒性，虽然对人体无害，但有于洗涤蔬菜水果，实无此比要。洗涤剂主要由阴离子表面洗涤剂复配而成，成份有直链烷基苯磺酸钠，十二烷基硫酸钠，烯烃磺酸钠，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，烷醇酰胺，烷基糖苷，烷基甜菜碱等。主要成份是表面活性剂，表面活性剂是分子结构中含有亲水基和亲油基两部分的有机化合物，一般是根据表面活性剂在水中能不能分解为离子，又将其分为离子便面活性剂和非离子表面活性剂，阴离子表面活性剂，阳离子表面活性剂，两性离子表面活性剂等。二餐具洗涤剂配方设计原则在设计餐具洗涤剂的配方结构时根据洗涤方式，污垢特点，被洗涤物的特点及其他功能要求进行。2.1机用餐洗剂配方原则 1） 安全要求在餐具表面活性残留少，对人体安全无毒，作为餐具洗涤剂重要的就是考虑其安全性能不能影响人体健康。2）洗涤剂的泡沫作用能抑制因食物残渣所引起的泡沫，便于冲洗，水压力保持强劲。洗碗机多采用喷射洗涤液洗涤，泡沫能使泵的效率降低，并使喷射液的水压减小，另外过多的泡沫导致在餐具上残留，干后留下条纹或斑痕，影响区污效果。食物污垢，特别是蛋白质污垢促进洗涤剂发泡，因此，洗涤剂不仅不能起泡沫还要有消泡的作用。3）有良好的乳化去污能力可有效去除餐具上的食物残渣，油脂及其他污渍。餐具一般为重垢，有动植物油脂，淀粉与蛋白质污垢，洗涤剂应有较好的洗净能力。4）润湿效果好易漂洗，冲洗，过水容易。5）有良好的消毒杀菌能力对于公共场所用的洗碗机，消毒时一项非常重要的工作，其效果也是餐具使用安全性的一项指标。6）抗硬水性好保证在任何水质情况下都能得到良好的洗涤效果。好的洗涤剂应能适应各种水质。 7）溶解性好 固体应水解性好，不遇水结块，液体不分层，均匀性好。 8）不损伤餐具表面，漂洗后光洁亮白。2.2冲洗剂配方原则1）调湿性好干燥快不留水渍。2）抑制剂应能使洗后的玻璃餐具更清晰光亮，瓷器餐具比较闪亮，金属餐具表面没有水渍和薄膜渍。3）良好的水质软化能力避免因水质硬度高，使干燥后因无机盐残留物不均匀而引起的斑点，斑纹及条渍。4）较高的浊点洗涤剂使用时放置在洗碗机旁，温度较高，如果浊点低回导致混浊甚至分层，使出料不顺或不匀。5）对环境友好很多低泡或无泡的表面活性剂的生物降解倍受关注，应选用生物降解性能好的表面活性剂。6）安全卫生洗涤剂在餐具上残留量少且对人体无害。2.3干洗餐洗剂配方原则 1）产品外观良好，无不愉快气味，无沉淀，黏度适中，使用罐装又易于倒出，常温下年度以0.5-1.5pa.s为好。2）产品发泡性良好起始泡沫丰富稳定，缓慢，起泡力以大于150mm为好。3）对于油脂的乳化和分散性能好去油污能力强，对黏度大，附牢固的油腻能方便迅速去除。4）手感温和，不刺激皮肤，脱脂能力低，产品Ph值为中性。5）低毒或无毒，对人体使用绝对安全。6）不损伤餐具表面，洗涤蔬菜水果时不损伤外观，残留物不影响其口味和色彩。7）消毒洗涤剂能有效灭菌，不危害人体安全，消毒时间短。8）长期储存稳定性好，不发霉酸败变臭，不沉淀不分层。9）生物降解性好，不污染环境。三 生产工艺的选择和计算3.1配方的选择洗洁精的生产配方有很多，配方一（百分含量）：磺酸 10 NaOH 1.3尼泊金丁酯 0.1 AES 6尿素 2 AEO9 16501 2.5 香精 0.2NaCl 0.2 去离子水 余量生产工艺：将磺酸和NaOH 在中和釜中加水反应，并加热至30-40度，出料备用，同时将AES，尼泊金丁酯加水加热搅拌至80度，然后降温至50度，与中和釜中的产物混合搅拌，分散，同时加入尿素尿素， ， 6501等搅拌分散，最后加入香精调香，加NaCl调解黏度到合适后进行老化，出料罐装即可。配方二（百分含量）：直链烷基苯磺酸 10.5 AES 8凯松 0.08 6501 2NaOH 1.3 AEO9 5-10EDTA-2Na 0.1 NaCl 0.1 去离子水 余量操作工艺：将定量的去离子水投入配料锅中，在搅拌下加入NaOH,待其溶解后缓缓加入直链烷基苯磺酸，搅拌中和Ph到7-8，在温度为60-70度夏加入表面活性剂AES, ,6501，溶解后加入其余助剂，澄清透明后加入适量香精，补足适量的去离子水，灌装即可。配方三(百分含量)：直链烷基苯磺酸 1.8 AES 8烧碱 0.2 食盐 1-1.5增稠剂 3 EDTA 0.02防腐剂 0.02 色素 少量香精 0.02 水 余量操作工艺与上面两种方法基本相同，不在多讲。本次设计所用配方如下： 原料质量分数（%）水77.0磺酸10.0NaOH1.3AES6.0尼泊金丁酯0.1尿素20650125香精0.2NaCl0.2AEO91.03.2本次设计的工艺流程 液体洗涤剂所需要的设备少，投资小，较最便宜的制造粉状洗涤剂设备和投资还要少的多，生产工艺也非常简单，主要设备为带有搅拌的配料釜，配料釜由不锈钢制成，搅拌器为变速搅拌器，他在釜内的位子要适当，即最上层的桨叶恰好浸在液面之下，以防搅拌时带入大量空气。配料釜外有夹套，夹套内通入水蒸气和水，用以控制配料釜内的温度。选择工艺流程如下：操作步骤：1） 计算的去离子水加入到配料锅里，调节夹套内的水蒸气和水的量进行加温，同时开动搅拌器。2） 当配料锅内水温升到80度时，停止加热，开始边搅拌边加入脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES），继续搅拌直到完全溶解，再加入尼泊金丁酯，搅拌至完全溶解。3） 在配料锅内水温在40-50度时不断搅拌下依次加入直链烷基苯磺酸钠（AES），脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO9）等搅拌到混合均匀为止。锅内温度降到40度以下，加入香精，着色剂，防腐剂， 增稠剂等。4） 测定溶液的pH值，加入pH 调节剂，调节溶液的pH值到设定范围。5） 加NaCl调节粘度到规定值。加NaCl时现将其加入到少量水中溶解，加入规定数量的大部分后，用剩余的溶液进行微调，调节粘度后将产品冷却到室温，或规定粘度时的温度。 在生产前配制液体餐洗剂时应注意以下几点：(1) 将脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠缓慢加入水中进行溶解，绝不要将水加入脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中，以免形成高粘度凝脂。(2) 在高温下脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠易失去活性，所以整个反应温度应控制在40左右，最高不高于60。但短暂的高温有利于杀菌消毒，又可加速脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的溶解，对脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠活性的影响不大，故本设计采用先将水加入至80，后停止加热依次加入各种物料。(3) 不同配方的液体沉降剂，其制备操作物料添加顺序也不尽相同。(4) 洗涤剂制备不当易发生离析或分层现象，特别是碱性助剂含量高的更易如此。生产的主要工序：（1） 备料液体洗涤剂的原料很多，有的原料需溶化，有的需溶解或预混。一般用高位槽计量，用量较多的液体物料用定量水输送，并计量水等原料。用天平或称称取固体物料，用量筒计量少量液体物料。有些需要除机械杂质，所以是用去离子水。（2） 混合或乳化（3） 混合物料的后处理a) 过滤 在包装前进行，以除去机械杂质，在制备过程中进行以除去絮状物。b) 均质 经过乳化的液体其稳定性往往较差，如再经过均质工艺，使孔滤半分散相中颗粒更细小，更均匀，则产品更稳定。c) 排气 由于搅拌的作用和产品中表面活性剂的作用，有大量气泡混合于成品中，气泡有不断冲向液面的作用力，从而造成溶液的稳定性下降，包装计量不佳。一般采用抽真空排气工艺，快速将液体中的气泡排出。d) 老化 产品制备后在罐中静置储存几小时，待其性能稳定后再进行包装，此为老化。e) 包装 正规生产使用灌装机包装流水线，小批量可用高位手工灌装，液体洗涤剂的工艺流程相对简单。四 配料釜相关参数计算4.1物料衡算年产1000吨，每年工作300天，设投料损失为5则：每天产量=1000/300/（1-5%）=3.51t/d加料：日产量3.51t/d水2.7027 t/d磺酸0.351 t/dNaOH0.0456 t/dAES0.2106 t/d尼泊金丁酯0.0035 t/d尿素0.0702 t/dAEO90.0351 t/d65010.0878 t/d香料0.0070 t/dNaCl0.0070 t/d用于溶解AES 1.4391 t/d用于溶解尿素0.1053 t/d用于溶解NaCl0.1053 t/d4.2热量衡算m水=1.4391×103 kg,温度取2080，Cp=4.183 kJ/kg取加热t=30min/锅Q=mtCp(t2-t1)=1439.1×4.183×(80-20)=154.41 kJ/sK=674kcal/m2.1.3.2传热面积Q=KATmQ=154.41 kJ/s加热t=30min/锅K=674kcal/m2查化工工艺设计手册得知：K=674kcal/m2 h =783.86W/ m2 4.3确定筒体直径和高度取配料液的密度1.05×103kg/m3,反应釜的体积为：取装料系数=0.6则配料釜实际设计体积为：选取H/DT=1.3，则筒体直径圆整到标准公称直径：取标准椭圆形封头为：Tm=43.28工艺要求传热面积A=4.55m21.05×103kg/m3=0.6V=5.57m3查附录得曲面高度为h1=450mm，直边高度为h0=40mm,封头体积Vh=0.8652,内表面积则筒体高度H筒圆整后筒体高度验算：H/D=1900/1800=1.06<1.3(合适)4.4确定夹套的直径和高度查化工设备机械基础课程设计指导书表4-3得：夹套筒体内径Dw=1800+100=1900mm则选取夹套H夹=1000mm这样便于筒体法兰螺栓的拆装。验算夹套传热面积：即F>A则加热套传热面积符合设计要求。h0=40mmVh=0.8652 Fh=3.7383H=1900mmDw=1900mmH夹=1000mmH0=900mmF=9.7043m24.5确定夹套的材料和壁厚夹套选取Q235-A的材质，可以知道板厚在4.516mm，设计温度在150时Q235-A的许用应力。因夹套带有安全阀，所以P=1.1Pa，则P=0.33MPa，而内部夹套无法探伤，故取=0.8。根据夹套的钢板厚度负偏差C1=0.6mm，单面腐蚀余量C2=1.0mm。夹套壁厚计算如下：查DN=1900mm的标准椭圆形夹套封头的壁厚为：=10mm或12mm取=10mm综合考虑标准钢板尺寸及封头标准，选取夹套的筒体和封头壁厚均为10mm。4.6确定内筒的材料和壁厚夹套选取Q235-A的材质，可以知道板厚在4.516mm，设计温度在150时Q235-A的许用应力。P=0.33MPa，而内部夹套无法探伤，故取=0.8。根据夹套的钢板厚度负偏差C1=0.8mm，单面腐蚀余量取1.0mm，则C2=2.0mm。筒体的设计厚度为Q235-AP=0.33MPa=0.8C1=0.6mmC2=1.0mm夹设=4.47mm夹封=10mm夹筒=10mmC1=0.8mmC2=2mm查标准钢板尺寸及DN=1800mm标准封头尺寸，选筒体厚度为10mm。筒体的外压计算筒体的有效壁厚fe=10-0.8-2=7.2mm筒体的外径 D筒外=1800+20=1820mm筒体计算长度 L=H2+1/3h1=1150mm系数L/D筒外=0.6318系数D筒外/筒=D筒外/fe=252.78查得系数A=0.0006系数B=88许用外压力P=B/(D筒外/筒)=0.3481MPa>0.3MPa因此可选筒体壁厚10mm，并取C1=0.8mm，C2=2mm同理取筒体下封头壁厚为10mm标准椭圆封头的外压计算当量球面半径：R0=0.9D筒封外=1638mm筒体封头外径：D筒封外=1800+20=1820mm筒体封头有效厚度：fe封=10-2.8=7.2mm系数A=0.125/(R0/筒封)=0.查图可知：系数B=105许用外力P=B/(D筒封外/筒封)=0.4615MPa>0.3MPa故取筒体下封头壁厚10mm符合设计要求，为了制造方便，所以上封头和下封头的壁厚都设计为10mm。 釜设=4.89mmfe=7.2mmD筒外1820mmL= 1150mmA=0.0006B=88P=0.3481MPaR0=1638mmfe封=7.2mmA=0.系数B=105P=0.4615MPa4.7水压试验及其强度校核（1） 罐体水压试验由于t 故罐体水压试验压力 pT1=1.25p=1.25Pc=0.25Mpa夹套水压试验压力 pT2=1.25p=1.25Pc=0.375Mpa材料屈服点应力 s=240Mpa材料最大允许应力罐体圆筒应力即夹套内压试验应力即所以罐体及夹套水压试验强度足够故夹套在进行水压试验时，筒内需要充压才能保证筒体稳定。pT1=0.25MpapT2=0.375MpaT172.8 MpaT1=31.375 MpaT2=49.67 Mpa4.8选择釜体法兰根据DN=1800mm，P=0.33MPa，由于PN不会超过0.6MPa，可选用乙型平焊法兰，其尺寸为：D=1960mm D1=1915mm D2=1876mmD3=1856mm D4=1853mm 连接螺栓为M24，共52个。法兰板材Q235-A，螺柱材料35，螺母Q235-A，垫片选用石棉橡胶板，选用垫片宽度为22mm。4.9选择搅拌器考虑配料釜的生产工艺要求，选用框式搅拌器。搅拌器直径与槽内径之比：d1/D1=0.90.98即d1=16201764mm查标准框式搅拌器尺寸，选用d1=1730mm转速n100r/min，一般在80r/min内框式搅拌器的安装尺寸：bHh1h2clemfp/n10013805803703708707170700.47浆片厚度=6mm4.10电机的基本特征及选用框式搅拌器的搅拌功率特征数Np=A/ReD=2160mmD1=1915mmD2=1876mmD3=1856mmD4=1853mm法兰板材Q235-A垫片宽度为22mm搅拌器直径d=1730n=50r/min浆片厚度=6mm所以Np=A/Re=0.373所以搅拌功率Ps电机功率 其中 查表选电机防爆电机Y160M2-8型满载转速：720r/min 额定扭矩：2.04.11搅拌轴的材质及加工要求搅拌轴工作时主要受扭转、弯曲和冲击作用，故轴的材质应有足够的强度、刚度和韧性。此外，为了便于加工制造，还Np =0.373Ps=3512.6W=0.9P=4293W选防爆电机Y160M2-8型要有优良的切削性能，所以常用不锈钢材料。4.12减速器的选型：选用8级电机 传动比v=12输出轴转速：ni=65r/min 电机功率：5.5KW选LC/25-4型减速器轴径=55mm 中心距=125mm安装尺寸：D1(mm)D2(mm)D3(mm)nd0(mm)2002302606144.13机架的选择选用DJ45型（）H1(mm)H3(mm)H4(mm)H5(mm)H6(mm)338152456n-m选择6-M10输入端：D1(mm)D2(mm)D3(mm)n-M2002302606-M10输出端：D4(mm)D5(mm)D6(mm)n2-26032036010-14搅拌轴轴端尺寸：选LC/25-4型减速器机架选用DJ45型（）h1(mm)h2(mm)h3(mm)h411331528d0(mm)d1(mm)d1(mm)d3(mm)d4(mm)454747.85065M1R1(mm)t1b1M50×1.51468五 产品质量与环保5.1投料过程中AES处理：（1）把AES慢慢加入水中，而不能加水来溶解AES，否则会形成粘度很大的凝胶。（2）鉴于AES在高温容易分解，操作温度应控制在40以下，最高不得超过60。（3）对于含AES的配方中，总活性物如果超过28，应先将其他表面活性剂，增溶剂，到40的水中，搅拌到物料完全溶解后在将AES加入。5.2餐洗剂的要求：（1）使用对皮肤温和的表面活性剂及其他配料。（2）中性PH值为69，碱性过高引起皮肤脱脂，洗后变得干燥甚至皱裂。（3）含较大量的阴离子表面活性剂，较少量的碱，油脂主要靠溶解和乳化方式去除，有时配合机械擦洗。5.3卫生与安全对餐洗剂的性能，卫生与安全要求，我国国标GB9985-88，我国卫生部1985年发布了第58份文件食品，文具，设备，洗涤剂，消毒剂，洗涤消毒剂卫生管理执法，1989年在上述管理条例的基础上又制定了洗涤剂的卫生要求。餐洗剂中表面活性剂及助剂对大白鼠及口服毒性及几种常见物质的LD50值。实验物质急性口服LD50投料方式LAS6502480喂食AS100015000喂食AOS13002400喂食SAS20003000饮水AES17005000喂食化学物质的毒性等级：毒性LD50(mg/kg)对人可能致死量高毒150300中毒5050030000低毒5005000微毒5000无毒根据世界卫生组织（WTO）联合国食品卫生组织关于使用化学物质在食品安全上安全评价的考虑方法，美国食品药品局（FDA）的食品添加剂法规，添加剂安全率为：100配料罐装车间：化验室在每天下班前都必须清洁一次，厂区范围每天打扫一次。配料罐装车间，化验室范围内不得吸烟，吃东西，大声喧哗，不得随地吐痰，乱丢杂物，保持安静。生产化验人员进入前要清洗双手，更换工作鞋，戴好工作帽与口罩。操作人员手部受伤时，不得接触半成品与后料，直接生产员工每年必须进行身体健康检查，取得健康合格证可继续从事此工作。5.4安全、环保对餐洗剂的性能、卫生与安全要求参阅我国国标GB9985-88。我国卫生部1985年发布了防卫生字第58号文件食品工具、设备洗涤剂、消毒剂、洗涤消毒卫生管理办法。1989年在上述管理办法的基础上又制定了洗涤剂的卫生标准。其中规定产品要做急性口服毒性试验（LD50）皮肤敷贴、眼睛刺激实验及一项突变实验。餐洗剂中常用的SAA的LD50值在500-5000mg/kg范围内，属低毒物质与食用盐在同一毒性等级。参考文献1 周学良.日用化学品. 北京：化学工业出版社.2 杨志才.化工生产中的间歇过程.北京：化学工业出版社.3 王志明.精细化学品配方1000例.北京：中国石化出版社.4美詹姆斯·G，斯佣特 编 陈小春，孙巍 译.化学工程师实用数据手册.北京：化学工业出版社.5 王志文，蔡仁良.化工容器设计.北京：化学工业出版社.6 王凯，虞军.搅拌设备.北京：化学工业出版社。专心-专注-专业