年產2000噸液體洗滌劑的生產工藝設計——冷卻罐的工藝設計【含CAD圖紙+文檔】

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年產2000噸液體洗滌劑的生產工藝設計 —冷卻罐的工藝設計 摘 要 ：液體洗滌劑是重要的化工產品。本文綜述了液體洗滌劑的性質、用途、主要生產方法、市場前景及發(fā)展趨勢，主要探索了年產2000噸液體洗滌劑的工藝設計。設計中選用間歇生產方法，以非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑為主要原料，配加多種輔助助劑，經乳化，冷卻后制得液體洗滌劑。本文主要承擔冷卻罐的設計，根據物料衡算和熱量衡算，對冷卻罐工藝尺寸進行計算，從而能夠在適當的工藝條件下實現液體洗滌劑的生產。 關鍵詞：液體洗滌劑 工藝設計 冷卻罐 The Process Design of Liquid Detergent of 2,000 Cubic Metre Per Year —The desingn of cooling tank Abstract: The liquid detergent is the important product of chemical industry.The property、usage、productive methods、market prospects and the development tendency of liquid detergent are mainly introduced in this paper .The process design liquid detergent of 2000 tons per year is explored .Adopted traditional intermittent production method,liquid detergent was perpard using nonionic surfactant and anionic surfactant as mainly raw material,adding many auxiliary agent by emulsifying and cooling.It is mainly responsible for the design of the cooling tank,According to material balance and energy balance results,the size of the cooling tank were calculated to achieve a production of liquid detergent in the appropriate conditions. Key words: the liquid detergent; technological design; the cooling tank 目 錄 摘要 3 Abstract 3 1 概 述 4 1.1 液體洗滌劑的分類 4 1.1.1 織物液體洗滌劑 4 1.1.2 餐具液體洗滌劑 4 1.1.3 洗發(fā)香波和皮膚清潔劑 5 1.2液體洗滌劑的特點 5 1.2.1 液體洗滌劑適合低溫洗滌工藝 5 1.2.2 液體洗滌劑最適宜機械化洗滌工藝 5 1.2.3 液體洗滌劑被譽為“節(jié)能型產品” 5 1.2.4 液體洗滌劑對環(huán)境污染少 6 1.3 液體洗滌劑的主要原料 6 1.4 液體洗滌劑的配方 9 1.5 液體洗滌劑的市場情況及發(fā)展趨勢 10 1.5.1 液體洗滌劑在洗滌用品中的比例越來越大 10 1.5.2 液體洗滌劑在各種洗滌用品中發(fā)展速度最快 10 1.5.3 液體洗滌劑在洗滌用品中的品種最多 10 1.6 液體洗滌劑的缺點 11 2 液體洗滌劑的生產工藝流程及生產方案 11 2.1 各種洗滌劑工藝流程的比較 11 2.2工藝流程簡介 12 3 冷卻罐的工藝計算 13 3.1 確定冷卻罐的操作方式 13 3.2 冷卻罐體積的計算 14 3.3 確定冷卻罐筒體和封頭的形式 15 3.4 冷卻罐筒體直徑及高度的計算 15 0 3.5 冷卻罐筒體及封頭厚度的計算 16 3.6 冷卻罐夾套筒體及夾套封頭厚度的計算 18 3.7 冷卻罐夾套高度的計算 19 4 冷卻罐的物料衡算和熱量衡算 19 4.1 物料衡算 19 4.2 熱量衡算 20 5 攪拌裝置的設計 20 6 高位槽的設計 21 7 計算結果匯總 22 結束語 24 參考文獻 25 致 謝 26 附圖1 27 附圖2 28 2 XXX學院 化學化工系畢業(yè)設計 題目: 年產2000噸液體洗滌劑的生產工藝設計—冷卻罐的工藝設計 學生姓名 指導教師 班 級 專 業(yè) 化學工程與工藝 學 院 20XX年5月27日 XXX學院 本科畢業(yè)論文（設計） 題　　目 年產2000噸液體洗滌劑的生產工藝設計—冷卻罐的工藝設計 學生姓名　 專業(yè)名稱　 化學工程與工藝 指導教師　 20XX 年 5 月 27日 目 錄 摘要 3 Abstract 3 1 概 述 4 1.1 液體洗滌劑的分類 4 1.1.1 織物液體洗滌劑 4 1.1.2 餐具液體洗滌劑 4 1.1.3 洗發(fā)香波和皮膚清潔劑 5 1.2液體洗滌劑的特點 5 1.2.1 液體洗滌劑適合低溫洗滌工藝 5 1.2.2 液體洗滌劑最適宜機械化洗滌工藝 5 1.2.3 液體洗滌劑被譽為“節(jié)能型產品” 5 1.2.4 液體洗滌劑對環(huán)境污染少 6 1.3 液體洗滌劑的主要原料 6 1.4 液體洗滌劑的配方 9 1.5 液體洗滌劑的市場情況及發(fā)展趨勢 10 1.5.1 液體洗滌劑在洗滌用品中的比例越來越大 10 1.5.2 液體洗滌劑在各種洗滌用品中發(fā)展速度最快 10 1.5.3 液體洗滌劑在洗滌用品中的品種最多 10 1.6 液體洗滌劑的缺點 11 2 液體洗滌劑的生產工藝流程及生產方案 11 2.1 各種洗滌劑工藝流程的比較 11 2.2工藝流程簡介 12 3 冷卻罐的工藝計算 13 3.1 確定冷卻罐的操作方式 13 3.2 冷卻罐體積的計算 14 3.3 確定冷卻罐筒體和封頭的形式 15 3.4 冷卻罐筒體直徑及高度的計算 15 0 3.5 冷卻罐筒體及封頭厚度的計算 16 3.6 冷卻罐夾套筒體及夾套封頭厚度的計算 18 3.7 冷卻罐夾套高度的計算 19 4 冷卻罐的物料衡算和熱量衡算 19 4.1 物料衡算 19 4.2 熱量衡算 20 5 攪拌裝置的設計 20 6 高位槽的設計 21 7 計算結果匯總 22 結束語 24 參考文獻 25 致 謝 26 附圖1 27 附圖2 28 0 年產2000噸液體洗滌劑的生產工藝設計 —冷卻罐的工藝設計 摘 要 ：液體洗滌劑是重要的化工產品。本文綜述了液體洗滌劑的性質、用途、主要生產方法、市場前景及發(fā)展趨勢，主要探索了年產2000噸液體洗滌劑的工藝設計。設計中選用間歇生產方法，以非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑為主要原料，配加多種輔助助劑，經乳化，冷卻后制得液體洗滌劑。本文主要承擔冷卻罐的設計，根據物料衡算和熱量衡算，對冷卻罐工藝尺寸進行計算，從而能夠在適當的工藝條件下實現液體洗滌劑的生產。 關鍵詞：液體洗滌劑 工藝設計 冷卻罐 The Process Design of Liquid Detergent of 2,000 Cubic Metre Per Year —The desingn of cooling tank Abstract: The liquid detergent is the important product of chemical industry.The property、usage、productive methods、market prospects and the development tendency of liquid detergent are mainly introduced in this paper .The process design liquid detergent of 2000 tons per year is explored .Adopted traditional intermittent production method,liquid detergent was perpard using nonionic surfactant and anionic surfactant as mainly raw material,adding many auxiliary agent by emulsifying and cooling.It is mainly responsible for the design of the cooling tank,According to material balance and energy balance results,the size of the cooling tank were calculated to achieve a production of liquid detergent in the appropriate conditions. Key words: the liquid detergent; technological design; the cooling tank 1　概　述 液體洗滌劑是按產品形態(tài)劃分出的一類產品,它是以水或其他有機溶劑作為基料的洗滌用品，它具有表面活性劑溶液的特性。 1.1 液體洗滌劑的分類 1.1.1 織物液體洗滌劑 用于洗滌各種紡織、針織面料及制成的衣服、被褥等柔軟物品的液體洗滌劑,是液體洗滌產品中數量最大的一類產品。 穩(wěn)定性：要求在40℃±2℃恒溫24小時不分層；-5℃±2℃恒溫24小時，恢復到0℃～25℃不分層，無沉淀。 表面活性劑：要求陰離子型洗滌劑的表面活性劑含量不低于15%，非離子洗滌劑的表面活性劑含量不低于10%。 pH值：要求棉麻化纖用洗滌劑 (1%的水溶液)的pH值不大于10.5，絲毛用洗滌劑 (1%的水溶液)的 pH值在6.0至8.5之間。 就是說洗滌污垢較重的棉麻化纖用洗滌劑可以有一定堿性，而洗滌絲毛用的就一定要是中性的，以減少對織物的損傷。 泡沫：要求不大于300ml。一般來說液體洗滌劑的泡沫比較豐富，但泡沫太多不易漂洗，所以要求產品要有一定的消泡性能，以利于漂洗節(jié)水。 相對標準粉去污比值：要求不小于1.0。洗滌用品的去污能力不能通過直接測量的方式來衡量，所以國家標準規(guī)定了一種標準的洗衣粉，由指定的企業(yè)根據固定的配方進行生產，作為去污力測定的實物標準，將其他的洗滌用品的去污效果與之比較，得出一個比值來衡量產品的去污力。 1.1.2 餐具液體洗滌劑 用于洗滌餐具、水果、蔬菜等，此產品首先應符合食品衛(wèi)生標準。該洗滌劑在液體洗滌劑產品中盡次于織物液體洗滌劑，排在第二位。 穩(wěn)定性：其要求大致同衣料洗滌劑。 總活性物含量：要求不低于10%，是指餐具洗滌劑中起主要去污作用的所有表面活性劑之和所占的質量百分比要大于或等于10%。 pH值：因為是手洗餐具洗滌劑，所以要求酸堿度要適宜。1%的水溶液pH為4.0～10.5，否則會傷及皮膚。 去污力：不小于標準餐具洗滌劑。國家標準規(guī)定兩種方法來測定餐洗的去污能力，一是去油率法：將標準人工污物涂附于玻璃片上，用規(guī)定濃度的餐具洗滌劑溶液在規(guī)定條件下洗滌后，測定污垢的去除百分率。二是泡沫位法：將一定量的人工污垢涂在盤子上，在規(guī)定濃度的餐具洗滌劑溶液中洗滌，由于洗下的污垢能消除洗滌液的泡沫，每一種洗滌劑溶液能洗凈的盤子個數與其去污力有關，以表面泡沫消失至一半作為洗滌的終點，洗盤的個數作為去污能力的評價。 雜質指標：為了控制餐具洗滌劑生產過程中不按規(guī)定添加增稠劑、防腐劑等，特設定了熒光增白劑、甲醇、甲醛、重金屬等指標，以防止有毒有害物質超標。 微生物指標：設置了細菌總數和大腸菌群兩個微生物指標，以檢驗餐具洗滌劑的生產、包裝、運輸、貯藏等過程是否清潔衛(wèi)生。 1.1.3 洗發(fā)香波和皮膚清潔劑 主要包括洗滌、調理頭發(fā)、洗滌身體、手、臉、腳、以及漱口、剃須等產品，這類產品一般劃在化妝品范疇,要求對人安全、無刺激、有一定調理、護理作用。 1.2液體洗滌劑的特點 1.2.1 液體洗滌劑適合低溫洗滌工藝 無論是家庭洗滌還是在洗衣房洗滌，都希望降低洗滌溫度。塊皂和洗衣粉都要求有一個溶解過程，最好是在較高溫度下溶解。而液體洗滌劑放入水中很快就形成洗滌液，幾乎不用加熱，適于低溫洗滌工藝。 我國廣大地區(qū)大都具有低溫洗滌習慣，通常是使用冷水洗滌、冷水漂洗。這對于液體洗滌劑而言，是適銷對路的。 1.2.2 液體洗滌劑最適宜機械化洗滌工藝 洗滌過程的機械化是今后發(fā)展方向。首先是使用洗衣機洗滌衣物；其次是洗碗機洗滌餐具。自動化水平越高，要求洗滌劑自動計量越準確方便，只有液體洗滌劑最適宜自動化洗滌裝置，也更便于自動化洗滌操作。因此，有人說液體洗滌劑的出現推動了自動化機械洗滌。 1.2.3 液體洗滌劑被譽為“節(jié)能型產品” 液體洗滌劑在生產過程中，是直接將液體原料或固體原料配制成液體產品，用最廉價的水作為填料，使用時不用加熱即可配制成洗滌液。而市場流通的洗衣粉是先將固體原料配制成料漿，然后用高塔氣流干燥噴粉造粒。生產肥皂也要用真空干燥和機械成型，固體洗滌劑使用時也希望用熱水。因此，無論是生產還是使用過程，液體洗滌劑都可以稱為節(jié)能型產品。 液體洗滌劑所使用的主要原料也是節(jié)能的，例如用最廉價和節(jié)能的水作為載體和填料，相對于芒硝和純堿不但成本低，也節(jié)約能源。 1.2.4 液體洗滌劑對環(huán)境污染較少 眾所周知，洗滌后的廢洗滌液排放后，會造成一定的環(huán)境污染，其中的污染物除洗下的污垢外，主要是殘存在洗滌液中的洗滌劑。由于液體洗滌劑中不含磷酸鹽助劑，所以對環(huán)境不會造成富營養(yǎng)化問題。由于不含芒硝，純堿等無機填料，對水質的污染也就較輕。所以，液體洗滌劑對環(huán)境的污染較其他類型產品輕。 1.3液體洗滌劑的主要原料 液體洗滌劑是在一定工藝條件下，由各種原料配方加工制成的一種復雜混合物。液體洗滌劑產品質量的優(yōu)劣，除配制工藝及設備條件外，主要取決于所選用的原料質量。可以說，液體洗滌劑是各種原料的混合配制而不是原料的再加工。因此，原料的選擇和質量控制是至關重要的。 化學工業(yè)的發(fā)展，為液體洗滌劑提供了品種繁多的各種原料。現將原料分成兩大類加以介紹。一類是主要原料，是起洗滌作用的各種表面活性劑。它們用量大，品種多，是液體洗滌劑的主體。另一類是輔助原料，是各種助劑。它們在液體洗滌劑中發(fā)揮各種輔助性作用，其用量可能不大，但作用非常重要。 實際上，主要原料和輔助原料的劃分并沒有嚴格的界限，如某些輔助原料的用量遠遠超過基質原料；而某些表面活性劑在一種液體洗滌劑中是主要原料，而在另一種液體洗滌劑中只起輔助作用。 表面活性劑：在液體洗滌劑中，表面活性劑主要用作洗滌成分。但是在不少產品配方中，表面活性劑只作輔助原料，起乳化，潤濕，增溶，保濕，潤滑，殺菌，柔軟，抗靜電，發(fā)泡，消泡等作用。 表面活性劑是分子結構中含有親水基和親油基兩部分的有機化合物。一般是根據表面活性劑在水溶液中能否分解為離子，將其分為離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑兩大類。離子型表面活性劑又可按離子電性分為陰離子表面活性劑，陽離子表面活性劑和兩性離子表面活性劑三種。用的最多的是陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑，兩性表面活性劑由于成本較高用得還不普遍，而陽離子表面活性劑的特定吸附功能使其在洗滌劑中充當柔軟劑或殺菌劑的作用。 表面活性劑的洗滌力與其化學結構之間的關系，因受污垢和表面活性劑之間發(fā)生復雜作用的影響而變的含糊不清。一般情況下，由于非離子表面活性劑的CMC較低，因此其在低濃度下的綜合去污能力高于具有相似結構的陰離子表面活性劑。在溶解度允許的限度內，表面活性劑的洗滌能力隨親油基鏈的增大而增高；在親水基鏈的碳原子數確定后，直鏈的表面活性劑比支鏈的表面活性劑具有更大的洗滌能力；親水基團在端基的表面活性劑較親水基團在鏈內的洗滌效果好。對于非離子表面活性劑，當表面活性劑的濁點稍高于溶液的使用溫度時，可達到最佳洗滌效果；而對于聚環(huán)氧乙烯型非離子表面活性劑來說，聚環(huán)氧乙烷鏈在達到足夠的溶解度后繼續(xù)增長，常導致洗滌能力的減弱。 陰離子表面活性劑：溶于水中時，于其憎水基相連的親水基是陰離子。在分子結構中，親水基主要有羧酸鹽，硫酸酯鹽，磺酸鹽，磷酸酯鹽等，憎水基（親油基）主要有烷基，異烷基，烷基苯，也有在結構中具有酰胺和酯鍵，它們是由非離子表面活性劑進一步衍生制得的。在洗滌劑中用量最多，其中以FAS,LAS,AES和肥皂這四種產品使用量最大。他們的優(yōu)點是價格便宜，與堿配用可提高洗滌效果；在高溫下有良好的溶解度，使用范圍廣；除LAS外，洗滌纖維織物手感舒適。 非離子表面活性劑：在水溶液中不電離。其分子結構中的親油基團與離子型表面活性劑大致相同，但親水基一般是含有羥基的化合物或含有醚基的化合物組成的含氧基團。正是由于這一結構的特點，非離子表面活性劑則較離子型表面活性劑有一系列優(yōu)點。如在水溶液中不是呈離子狀態(tài)，使用穩(wěn)定性高，也不易受酸，堿的影響，與其他類型的表面活性劑的相容性好，在水和有機溶劑中皆有較好的溶解性能。非離子表面活性劑大部分呈液態(tài)或漿狀。隨溫度升高，許多非離子表面活性劑變的不溶。其是在各種洗滌劑中使用量增長較快的一類活性成份，目前用量僅次于陰離子表面活性劑。常用于配制液體洗滌劑和超濃縮洗衣粉，多數情況下是將其與陰離子表面活性劑復配使用。 兩性表面活性劑:兩性表面活性劑的分子是在非極性部分加上一個帶正電荷的基團和一個帶負電荷的基團所組成。其中非極性部分可以是烷基，或帶芳基等有機基團。帶正電荷的基團常為含氮基團。帶負電荷的基團一般是羧基或磺酸基。兩性表面活性劑一般在高檔液體洗滌劑中出現，但不宜作為主劑。在洗滌劑中主要利用它兼用陰離子表面活性劑的洗滌性質和陽離子表面活性劑對織物起柔軟作用的性質來改善洗后手感。有些兩性表面活性劑具有良好的起泡力，在高酸度溶液中穩(wěn)定，在用氫氟酸配制的酸性清洗劑中得到應有。 陽離子表面活性劑：陽離子表面活性劑的共同特點是 ，它溶于水時與其憎水基相連的親水基是陽離子。幾乎所有的陽離子表面活性劑都是含氮化合物，也就是有機胺的衍生物。陽離子表面活性劑作為殺菌劑早已被應用，也被用做柔軟，脫脂，破乳，分散漂浮及抗靜電等目的。一般來說，陽離子表面活性劑不具備去污力，不能直接與陰離子表面活性劑配伍使用，故在洗滌劑中通常不作洗滌活性成份加入，但以陽離子表面活性劑與非離子表面活性劑復配而成的洗滌劑也較常見。這兩者復配的洗滌劑比單一的非離子表面活性劑更有利于油性污垢的去除，此時被油性污垢污染的織物纖維所帶的負電荷，先期被吸附在其上的陽離子表面活性劑所中和，更有利于非離子表面活性劑的吸附，去油效果也更佳。 洗滌助劑：單純使用的表面活性劑可以獲得相當令人滿意的洗滌效果；但若再添加一些其它物質提高其洗滌能力，不但能獲得好的洗滌效果，而且也經濟，這種添加劑為洗滌助劑。通常洗滌助劑應具有如下功能：增強表面活性劑的表面活性、增強污垢的分散、乳化、增溶作用、防止污垢再沉積；軟化硬水、螯合高價陽離子、防止表面活性劑水解；改善表面活性劑泡沫性能，增加溶解度、粘度及堿性緩沖作用?，F在人們把各種填充劑，增稠劑，抑菌劑，漂白劑，酶制劑，抗靜電劑等也列入到洗滌助劑中，這些助劑一般占洗滌劑總質量的60%~90%。 無機洗滌助劑：有磷酸鹽，碳酸鹽，硅酸鹽和硫酸鹽等。這些洗滌助劑有降低表面活性劑臨界膠束濃度（CMC）的作用或螯合金屬離子使硬水軟化的作用，可有效減少洗滌劑中表面活性劑的用量，并保持和提高洗滌效果。 有機洗滌助劑：盡管其用量較無機助劑少，但在洗滌過程所發(fā)揮的作用并不亞于無機助劑。尤其在低磷無磷洗滌劑中，它們主要發(fā)揮螯合鈣鎂離子，抗污垢再沉積的作用。 其它洗滌助劑：提高洗滌性能的其它助劑還有漂白劑、增白劑、酶制劑、柔和劑等。漂白劑是用于除去紡織纖維及其織物上含有的有色物質的藥劑，包括含氯漂白劑和含氧漂白劑兩大類。酶制劑是洗滌劑的重要助劑，洗滌劑加酶對去污有促進作用。其作用機理是分解或改變一般污垢組成，使污垢易被洗滌除去。柔和劑是改善洗滌劑對人體皮膚刺激，使之溫和的助劑。乙酰胺類助劑常出現在液體洗滌劑配方中。它們的作用一是增加洗滌劑的堿性來源，通過離子化過程幫助不溶性鈣鎂鹽的分散；二是增加表面活性劑的溶解度，降低產品粘度，增強低溫穩(wěn)定性；三是可作為緩蝕劑，使金屬物品在洗滌后具有防繡能力。 1.4液體洗滌劑的配方 表1：液體洗滌劑配料圖 配 料 化 合 物 含 助 劑 陰離子表面活性劑 十二烷基苯磺酸鈉 5～15 肥 皂 10～20 醇醚硫酸鈉 5～10 非離子表面活性劑 脂肪醇聚氧乙烯醚 4～10 抑泡劑 肥皂 — 穩(wěn)泡劑 脂肪酸烷醇酰胺 — 酶 蛋白酶 0.1～0.5 助劑 焦磷酸鉀、三聚磷酸鈉 — 檸檬酸鈉、硅酸鈉 3～7 增溶劑 甲苯硫酸鈉、乙醇、丙二醇 10～15 熒光增白劑 二苯乙烯本磺酸鹽、雙二苯乙烯聯苯衍生物 0.1～0.3 柔軟劑 石英、粘土 1～3 穩(wěn)定劑 三乙醇胺、螯合劑 — 香精、染料 適 量 水 余 量 1.5液體洗滌劑的市場情況及發(fā)展趨勢 從1940年開始也液體洗滌劑產品出現,1950年在美國首次推出了重垢液體洗滌劑(HDL),使液體洗滌劑這一品種開始有了飛速發(fā)展。1970年粉狀洗滌劑中磷酸鹽助劑使水富營養(yǎng)化問題的提出,使不含助劑,將表面活性劑含量提高到30%-50%的HDL急速增長。1980年開發(fā)成功液體酶助劑,使HDL的性能進一步提高,其去污與含助劑的洗衣粉不相上下,促進了織物液體洗滌劑發(fā)展。到了1996年美國家用液體洗滌劑銷售額占全部洗滌劑銷售額的40%,在洗滌工業(yè)中,液體產品已經超過50%。 1.5.1 液體洗滌劑在洗滌用品中的比例越來越大 從洗滌用品的發(fā)展沿革可以看出,從塊狀洗滌劑(肥皂)出現(產業(yè)化)至今約有80多年,洗衣粉和液體洗滌劑約有50多年。在工業(yè)發(fā)達國家,塊狀肥皂幾乎被淘汰,洗衣粉也處在飽和狀態(tài),只有液體洗滌劑快速發(fā)展,成為洗滌用品的主角。在中國,1985年肥皂和洗衣粉產量相當,在此之后肥皂大約以10%速度遞減,洗衣粉以高于10%的速度增加。發(fā)展到2000年,洗衣粉產量可能達到飽和,只有液體洗滌劑繼續(xù)以較高速度發(fā)展。由于地域寬廣,生活水平和洗滌習慣存在差異,肥皂和洗衣粉將長期存在。液體洗滌劑發(fā)展到100萬t/年規(guī)模將會放慢發(fā)展速度,屆時液體洗滌劑約占洗滌用品的1/3。 1.5.2 液體洗滌劑在各種洗滌用品中發(fā)展速度最快 在各種（粉狀、塊狀、液狀、漿狀）洗滌用品中，液體洗滌劑發(fā)展速度最快，因為它是近年開發(fā)成功的節(jié)能型產品。國內外統(tǒng)計數字表明，在起步階段，液體洗滌劑是以50%～100%增長速度發(fā)展，以最快速度填補產品空白。國外工業(yè)發(fā)達國家的液體洗滌劑產品已經進入穩(wěn)定發(fā)展期，以高于洗滌用品平均發(fā)展速度1～2倍繼續(xù)發(fā)展。在這期間，塊狀產品逐步減少，粉狀產品發(fā)展遲緩。 我國由于人均洗滌用品消費量還很低，在一個相當長的時期發(fā)展速度會遠高于美國乃至世界平均發(fā)展速度，液體洗滌劑將會以高增長速度發(fā)展5～10年。 1.5.3 液體洗滌劑在洗滌用品中品種最多 現代洗滌用品工業(yè)除采用先進的工藝設備和優(yōu)質原料外，主要靠產品的多品種、系列化、功能型來滿足市場的需求。 在洗滌用品中，無論是粉狀產品還是塊狀產品，在產品各種方面都比不上液體洗滌劑那樣琳瑯滿目、五彩繽紛。液體洗滌劑以其精良的包裝，飄逸的香氣和鮮艷的色彩受到顧客的喜愛。據不完全統(tǒng)計，國外各種洗滌用品達數萬種，而液體洗滌劑品種占80%以上。 洗滌用品行業(yè)的跨國公司進入中國市場已超過10年，它們幾乎壟斷了我國液體洗滌劑的主要暢銷品牌，在品種上也是合資企業(yè)品牌唱主角。因此，在我國市場上，液體洗滌劑品種也從數百種增加到數千種。 1.6 液體洗滌劑的缺點 液體洗劑由于溶解度限制及表面活性劑的配伍問題，無機助劑加入品種和數量都受很大影響。所以，在液體洗劑中，一些很好的助劑無法添加或只能微量添加，這大大減弱了液體洗劑的洗滌效果。例如，洗衣粉配方中可以加入高達40%～60％的無機助劑，而液體洗劑的無機助劑加入量一般為3%～10％。 液體洗劑起泡能力強，導致泡沫豐富，使衣物不易漂洗，大量浪費水源和電能。 液體洗劑中一般加入40%～80％的水，相反洗滌組分含量不大，這使得液體洗劑產品耗用大量水源和運輸費用。此外，液體洗劑一般用塑料瓶、桶配送和洗衣粉一樣也會產生大量塑料垃圾。 2生產流程及生產方案 2.1 各種洗滌劑工藝流程的比較 粉狀洗滌劑的生產工藝：高塔噴霧干燥法是目前生產空心顆粒粉狀洗滌劑的主要方法。完整的高塔噴霧干燥成型工藝包括配料，噴霧干燥成型及后配料三部分。 所謂配料就是將單體活性物和各種助劑，根據不同品種的配方而計算的投料量，按一定順序在配料缸中均勻混合制成料漿的操作。料漿質量的好壞，直接影響到成品的質量。根據配料的操作方式不同，配料可分為間歇配料和連續(xù)配料。間歇式配料是根據配料鍋的大小，將各種物料按配方比例一次投入，攪勻，將鍋內料漿放完后再進行下一次配料的操作方法。目前，我國大部分都采用這種方法，主要因為設備簡單，操作容易把握。 噴霧干燥包括噴霧和干燥兩個過程。噴霧是將料漿經過霧化器的作用，噴灑成細小的霧狀液滴；干燥則是載熱體（熱空氣）與霧滴均勻混合進行熱交換和質交換，使水分蒸發(fā)的過程。噴霧與干燥兩者必須密切結合，才能取得良好的干燥效果和優(yōu)質的產品。 后配料是將一些不適宜在前配料加入的熱敏性原料及一些非離子表面活性劑與噴霧干燥器制得的洗滌劑粉混合，從而產出多種洗滌劑的過程。 但噴霧干燥法投資大，能耗高，熱敏性物料的應用受到限制，對氣固分離的要求較高，為回收廢氣中的細粉要安裝較復雜的回收裝置。 與粉狀洗滌劑相比，液體洗滌劑具有以下優(yōu)點： （1）生產性投資低、設備少、工藝簡單、節(jié)省大量能耗。 （2）具有吸引人的感官及引人注目的包裝。 （3）使用方便、水溶迅速、便于局部強化清洗。 2.2工藝流程簡介 圖1：液體洗滌劑生產工藝流程圖 配料罐 過濾器 乳化罐 均質機 冷卻罐 成 品 原料2 原料n-1 原料n 原料1 包裝 主料加料 計量罐 輔料加料 計量罐 （1）原料準備：所有液體洗滌劑至少兩種原料（表面活性劑和水）組成，多者要20～30種。液體洗滌劑產品實際上是多種原料的混合物，因此應確定合適的物料配比、加料順序、及加料方式。 生產過程都是從原料開始的，按照工藝要求選擇合適原料，還應做好原料的預處理。如有些原料應預先在暖房中熔化；有些原料應用溶劑預溶，然后才能在配料罐中混合；有些粗制原料應預先濾去機械雜質，使用的主要溶劑——水，應進行去離子處理等。 （2）混合或乳化：根據原料和產品特點的不同選擇不同的工藝，大部分液體洗滌劑是制成均相透明混合溶液，另外一部分則制成乳狀液，或微乳液，雙層液體狀態(tài)。通常采用攪拌或其他乳化器完成。 （3）混合物料的后處理：無論是生產透明溶液還是乳液，在包裝前需經后處理以保證產品質量或提高產品的穩(wěn)定性，后處理一般包括以下工序： 過濾：在混合或乳化操作時，要加入各種物料，難免帶入或殘留一些機械雜質，或產生一些絮狀物。這些都影響產品的外觀，所以物料包裝前需進行過濾。 均質：經過乳化的液體，其乳液穩(wěn)定性往往交差，最好再經過均質工藝，使乳液中分散相的顆粒更細小，更均勻，得到高度穩(wěn)定的產品。 排氣：在攪拌的作用下，各種物料可以充分混合，但不可避免地將大量氣體帶入產品。由于攪拌的作用和產品中表面活性劑的作用，有大量的微小氣泡混合在成品中。氣泡有不斷沖向液面的作用力，可造成溶液穩(wěn)定性差，包裝時計量不準。一般可采用抽真空排氣工藝，快速將液體中的氣泡排出。 穩(wěn)定：也稱老化。將物料在老化罐中靜置儲存數小時，待其性能穩(wěn)定后再進行包裝。 包裝：絕大部分民用液體洗滌劑均使用塑料包裝。通常使用灌裝機包裝流水線或手工灌裝。嚴格控制灌裝量，做好封蓋，貼標簽，裝箱和記載批號，合格證等工作。 3冷卻罐的工藝計算 3.1 確定冷卻罐的操作方式 根據工藝流程的特點，確定冷卻罐是連續(xù)操作還是間歇操作。間歇操作是原料一次性加入反應器，然后在釜內反應，經過一段時間后，待達到要求的反應程度即卸出全部物料，接著清洗冷卻罐，繼而進行下一批原料的裝入、反應和卸料，即一批一批的反應，所以這種冷卻罐又叫分批式冷卻罐或間歇式冷卻罐。連續(xù)操作是連續(xù)的將原料加入反應器，反應后的原料液連續(xù)的流出冷卻罐。 液體洗滌劑的生產一般采用間歇式批量化生產工藝，而不宜采用管道化連續(xù)生產工藝，這主要是因為生產工藝簡單、產品品種繁多，故沒有必要采用投資多、控制難的連續(xù)化生產線。 3.2冷卻罐體積的計算 生產規(guī)模: 2000 t/a 生產時間: 年成產300天 生產方式: 間歇式生產 生產量: 每天一批 損失率: 2% 十二烷基磺酸鈉陰離子液體洗滌劑密度可取1289.5kg/，則 按年工作日300天，則每小時生產 整個工藝流程需8小時，8小時生產的液體洗滌劑的量為1.72 表2：洗滌劑各組分體積的量 配 料 化 合 物 含量（%） 體積（m3） 陰離子表面活性劑 十二烷基苯磺酸鈉 10 0.17 肥皂 15 0.26 醇醚硫酸鈉 7.5 0.128 非離子表面活性劑 脂肪醇聚氧乙烯醚 7 0.119 抑泡劑 肥皂 — — 穩(wěn)泡劑 脂肪酸烷醇酰胺 — — 酶制劑 蛋白酶 0.3 0.0051 助洗劑 檸檬酸鈉、硅酸鈉 5 0.085 助劑 甲苯硫酸鈉、乙醇丙二醇 12.5 0.213 增白劑 二苯乙烯本磺酸鹽 0.2 0.0034 柔軟劑 石英、粘土 2 0.034 穩(wěn)定劑 三乙醇胺、螯合劑 — — 水 40 0.68 取原料在冷卻罐中的損失率為2% 加入冷卻罐中的輔料料量為： 0.0051+0.085+0.213+0.0034+0.034=0.34 加入冷卻罐中的主料料量為：0.17+0.26+0.128+0.119+0.68=1.357 則冷卻罐的操作體積為：（1.357+0.34）÷98%=1.73 物料在反應過程中起泡沫或呈沸騰狀態(tài)，η應取0.6~0.7,如果反應平穩(wěn), η取0.8~0.85。因此，罐體的容積與實際操作容積，有如下關系： : 罐體容積， ； ：操作容積， 在實際工程中，根據物料的性質，反應的狀態(tài)和生成物的特點合理的選取裝料系數，盡量提高罐體的利用率。本設計冷卻罐由于有泡沫產生，故選取裝料系數η為0.6，本設計的罐體體積為： 所以冷卻罐選用3000L,反應壓力為1.013,夾套壓力為0.5。 3.3確定冷卻罐筒體和封頭的形式 從要求上的工作壓力及工藝設備性質，可以看出它屬于代攪拌的低壓攪拌類型，依慣例選擇圓柱形筒體和橢圓形封頭。 3.4冷卻罐筒體直徑及高度的計算 根據工藝要求及操作容積,首先要選擇釜體適宜的長徑比()以確定釜體直徑的高度。選擇釜體的長徑比主要考慮以下兩方面因素： （1）長徑比對攪拌功率的影響：在轉速不變的情況下，PD5（其中D---攪拌器直徑，P——攪拌功率），P隨釜體直徑的增大，而增加很多，減小長徑比只能無謂地損耗一些攪拌功率。因此一般情況下，長經比應選擇大一些。 （2）長徑比對傳熱的影響： 釜體的長徑比對夾套傳熱有顯著的影響。當容積一定時，長徑比愈大，則釜體盛料部分表面積愈大，夾套的傳熱面積也就愈大。同時，長徑比愈大，傳熱表面距離釜體中心愈近，物料的溫度梯度就愈小，有利于提高傳熱效果。因此，從夾套傳熱角度考慮，也是長徑比取得大一些好。 表3：長徑比的經驗值 種類 釜內攪拌介質的相態(tài) 一般冷卻罐 液—固或液—液 1~1.3 固—液 1~2 聚合釜 懸液或乳化液 2.08~3.85 發(fā)酵釜 氣—液 1.7~2.5 冷卻罐中的物料為乳化液，從上表可得為2.08~3.85，容積要求為3，考慮到容積不大,取=2.8這樣可使直徑不致太小。 在確定了長徑比和裝料系數之后，忽略罐底容積，此時 冷卻罐直徑估算如下： 圓整至公稱直徑標準系列,封頭取相同內徑 當 =1100mm，查表得標準橢圓形封頭的容積,筒體每一米高的容積，則筒體高度為： 所以取H為2900mm，于是，符合高徑比取值范圍，可取。 3.5冷卻罐筒體及封頭厚度的計算 冷卻罐罐體內設計壓力=0.101325M 液體平均密度1289.5kg/ 液注靜壓力1289.5×9.8×2.9=0.037 0.101325+0.037=0.14 在GB150-1998標準規(guī)定對壓力容器設計應還應考慮載荷： （1）內壓、外壓或最大壓差； （2）液體靜壓力；需要時，還應考慮下列載荷； （3）容器的自重（包括內件和填料等），以及正常工作條件下或壓力試驗狀態(tài)下內裝物料的重力載荷； （4）附屬設備及隔熱材料、襯里、管道、扶梯、平臺等的重力載荷； （5）風載荷、地震力、雪載荷； （6）支座、底座圈、支耳及其他型式支撐件的反作用力； （7）連接管道和其他部件的作用力； （8）溫度梯度或熱膨脹量不同而引起的作用力； （9）包括壓力急劇波動的沖擊載荷； (10) 沖擊反力，如由流體沖擊引起的反力等。 則0.2 計算公式： ===1.22mm ：設計溫度下圓筒材料的許用應力，MPa。Q235-B的為113MPa。 ：焊接接頭系數，圓筒除了采用無縫鋼管外，一般均由鋼板卷焊而成。焊縫內可能由于有氣孔，夾渣等影響，造成焊縫本身比圓筒鋼板本體的強度為弱，所以要將鋼材的許用應力適當降低變?yōu)?，?,一般情況下視全部無損探傷，所以取。 查鋼板厚度負偏差表知：0.7mm 腐蝕裕量：2.0mm 3.92mm 圓整后筒體厚度為：5mm 同上所述，筒體封頭厚度為： 3.92mm 圓整后筒體封頭厚度為：5mm 3.6冷卻罐夾套筒體及封頭厚度的計算 夾套直徑一般按公稱直徑尺寸系列選取，夾套直徑與筒徑的關系如下表所示： （mm） （mm） 500～600 +50 700～1800 +100 2000～3000 +200 表4：與的關系表 從上表可得：=+100=1100+100=1200mm 夾套封頭也采用橢圓形，并與夾套筒體取相同直徑。 計算公式： ：焊接接頭系數, 查鋼板厚度負偏差表知：0.7mm 腐蝕裕量：2.0mm =+=4.03mm 圓整后夾套筒體厚度為：=5mm 同上所述，夾套封頭厚度為： ==1.33mm +=4.03mm 圓整后夾套封頭厚度為：5mm 3.7夾套高度的計算 夾套高度估算如下： 圓整后取 4冷卻罐的物料衡算及熱量衡算 4.1 物料衡算 如圖所示： 液體洗滌劑 輔料 主料 反 應 釜 根據表2可知： 冷卻罐進口物質的量為： 0.17+0.26+0.128+0.119+0.68+0.0051+0.085+0.213+0.0034+0.034=1.73 冷卻罐出口物質的量為： 冷卻罐出口物質的量 （） 液體洗滌劑 1.72 4.2 熱量衡算 冷卻罐中加入主料的量為：1.35798%=1.38/批 十二烷基磺酸鈉陰離子液體洗滌劑密度可取1289.5kg/ 比熱容可取 則主料的總質量為：1.381289.5=1779.5kg/批 在冷卻罐中主料要從120℃冷卻到30℃，因此所釋放的熱量為： Q=mct=1779.54.34610(120-30)=6.96J/批 要將乳冷卻罐中的主料冷卻到30℃，夾套中需用20℃的水來冷卻，其中水的比熱容為，出口溫度要求不高于為30℃ 則水提供的熱量為：Ｑ＝mct＝ｍ4.183(30-20)＝6.96J/批 則水蒸氣的質量為：ｍ＝kg/批 5攪拌裝置的設計 在冷卻罐中，為增加反應速度、強化傳質或傳熱效果以及加強混合等作用，常裝設攪拌裝置。攪拌裝置由攪拌器和攪拌軸組成，攪拌器的形式很多，通常由工藝要求確定。 典型的機械攪拌裝置有以下幾種型式： 1) 槳式 ⑴材料：扁鋼、合金鋼、有色金屬或鋼外包橡膠或環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、酚醛玻璃布等 ⑵形式 平直：葉面與旋轉方向垂直 折葉：葉面與旋轉方向成一旋轉角 ⑶尺寸：攪拌器直徑；槳葉寬度加強筋的厚度與槳葉厚度相同 ⑷轉速：圓周速率在 2) 框式和錨式攪拌器 ⑴形式：框式和錨式 ⑵尺寸：； ； ⑶材料：扁鋼，角鋼居多 ⑷轉速：一般為，線速度為 3) 推進式攪拌器 ⑴尺寸： ⑵厚度：需經計算 ⑶速度： 4) 渦輪式攪拌器 ⑴特點：槳葉數量多，種類多，轉速高，使流體均勻的由垂直方向運動改變成水平方向運動 ⑵形式：圓盤渦輪、平葉開啟渦輪、彎葉渦輪、折葉開啟式渦輪 ⑶尺寸：；；葉數取6；δ由強度決定 槳式攪拌器是攪拌器中結構簡單的一種，通常只有兩個葉片。它采用扁鋼制成，葉片焊接或用螺栓固定在輪上，葉片型式可分為平葉式和斜葉式兩種。槳式攪拌器主要用于流體的循環(huán)，由于在同樣的排量下，斜葉式比平葉式的功耗少，操作費用低，因而斜葉式攪拌器使用較多。槳式也可用于高黏度流體的攪拌，以促進液體的上下交換，代替價格高昂的螺帶式葉輪，尚能獲得良好的效果。因此，我們最終確定選用槳式攪拌器的斜葉式為本工藝的攪拌器，其轉速為80r/min。 6高位槽的設計 由配料比可得要加入各種輔料的實際體積如下： 配 料 化 合 物 含量（%） 體積（m3） 酶制劑 蛋白酶 0.3 0.0051 助洗劑 檸檬酸鈉、硅酸鈉 5 0.085 助劑 甲苯硫酸鈉、乙醇丙二醇 12.5 0.213 增白劑 二苯乙烯本磺酸鹽 0.2 0.0034 柔軟劑 石英、粘土 2 0.034 水 40 0.68 取原料在冷卻罐中的損失率為2% 加入冷卻罐中的輔料料量為： 0.0051+0.085+0.213+0.0034+0.034=0.34 m3 0.3498%=0.35 m3 加入冷卻罐中的輔料分別從圓柱形高位槽中加入，可將香精與染料從同一罐中加入。 各體積如上，我們取最大體積進行計算： （1）取V=（水）= 0.68m 圓整后取V=0.7m 由，得： 假設D= 0.7m，則H=0.91m 圓整后取高為1.0m 在此設計中加入水的高位槽的公稱直徑為0.7m，高取為1.0m （2）取V=（甲苯硫酸鈉、乙醇丙二醇）= 0.213m 圓整后取V=0.3m 由，得： 假設D= 0.5m，則H=0.76m 圓整后取H=0.8m 故在此設計中加入甲苯硫酸鈉、乙醇丙二醇的高位槽的公稱直徑為0.5m，高取為0.8m 7計算結果匯總 （1）冷卻罐體積為：3 （2）冷卻罐的實際壓力為：0.2 （3）筒體直徑為：1100mm （4）筒體高度為：2900mm （5）夾套直徑為：1200mm （6）夾套高度為：1700mm （7）夾套厚度為：5m （8）夾套封頭厚度為：5m （9）筒體厚度為：5m （10）筒體封頭厚度為：5m （11）攪拌器的轉速為：80r/min （12）加入水的高位槽的公稱直徑為：0.7m （13）加入水的高位槽的高為：1.0m （14）加入甲苯硫酸鈉、乙醇丙二醇的高位槽的公稱直徑為：0.5m （15）加入甲苯硫酸鈉、乙醇丙二醇的高位槽的高為：0.8m 結束語 本文主要介紹了年產2000 噸液體洗滌劑的生產工藝過程中冷卻罐的設計。在設計過程中，重溫了以前學習的有關化工原理、物理化學、化學反應工程、化工設計、及化工制圖等一些知識，也學會了如何用快捷的方法查找所需的資料。由于所設計的產品工藝中許多相關的物性參數的欠缺，許多數據是根據經驗公式和其它相似物質的參數及相關工業(yè)設計的經驗數據計算所得，所以難免會有許多誤差。此外，由于自身知識有限和經驗不足，雖然完成了此設計任務，但還有許 多不成熟之處。所以，在以后的設計中還需要繼續(xù)努力。 參考文獻： [1]姚玉英.化工原理上冊[M].天津:天津大學出版社,1999,8 [2]姚玉英.化工原理下冊[M].天津:天津大學出版社,1999,8 [3]李奠礎.合成洗滌劑工藝[M].北京：中國輕工業(yè)出版社,2001,1 [4]章永年,梁治齊.液體洗滌劑[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2000,9 [5]顏紅俠,張秋禹.日用化學品制造原料與技術[M].北京:化學工業(yè)出社,2004,8 [6]李和平,葛紅.精細化工工藝學[M].北京:科學出版社,2001,6 [7]張友蘭.有機精細化學品合成及應用試驗[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005,2 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