精細化工專業(yè)課程設(shè)計——餐洗劑生產(chǎn)設(shè)備及工藝設(shè)計配料釜

1、目錄一 前言2二 餐具洗滌劑配方設(shè)計原則32.1機用餐洗劑配方原則32.2沖洗劑配方原則42.3干洗餐洗劑配方原則5三 生產(chǎn)工藝的選擇和計算63.1配方的選擇63.2本次設(shè)計的工藝流程8四 配料釜相關(guān)參數(shù)計算114.1物料衡算114.2熱量衡算124.3確定筒體直徑和高度134.4確定夾套的直徑和高度144.5確定夾套的材料和壁厚154.6確定內(nèi)筒的材料和壁厚154.7水壓試驗及其強度校核174.8選擇釜體法蘭184.9選擇攪拌器184.10電機的基本特征及選用184.11攪拌軸的材質(zhì)及加工要求194.12減速器的選型：204.13機架的選擇20五 產(chǎn)品質(zhì)量與環(huán)保215.1投料過程中AES處理

2、：215.2餐洗劑的要求：215.3衛(wèi)生與安全225.4安全、環(huán)保24一 前言 合成洗滌劑近二三十年才得到蓬勃發(fā)展，現(xiàn)今許多國家合成洗滌劑的生產(chǎn)遠遠超過了肥皂的生產(chǎn)，利用石油制成的廉價洗滌劑，始于1945年以后，石油制成的合成洗滌劑的優(yōu)點不會影響纖維織物的鮮艷色彩，洗過以后，決不退色，能保持織物的牢度，不會使松散，且在較低的溫度下仍有良好的洗滌效果。洗潔精是一種合成洗滌劑，可以洗碗碟，清潔家居，汽車外殼，玻璃器皿，還可以清潔地板，玻璃及塑料用品，廚具等。洗潔精含有輕微毒性，雖然對人體無害，但有于洗滌蔬菜水果，實無此比要。洗滌劑主要由陰離子表面洗滌劑復配而成，成份有直鏈烷基苯磺酸鈉，十二烷基硫酸

3、鈉，烯烴磺酸鈉，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，烷醇酰胺，烷基糖苷，烷基甜菜堿等。主要成份是表面活性劑，表面活性劑是分子結(jié)構(gòu)中含有親水基和親油基兩部分的有機化合物，一般是根據(jù)表面活性劑在水中能不能分解為離子，又將其分為離子便面活性劑和非離子表面活性劑，陰離子表面活性劑，陽離子表面活性劑，兩性離子表面活性劑等。二餐具洗滌劑配方設(shè)計原則在設(shè)計餐具洗滌劑的配方結(jié)構(gòu)時根據(jù)洗滌方式，污垢特點，被洗滌物的特點及其他功能要求進行。2.1機用餐洗劑配方原則 1） 安全要求在餐具表面活性殘留少，對人體安全無毒，作為餐具洗滌劑重要的就是考慮其安全性能不能影響人體健康。2）洗滌劑的泡沫作用能抑制因食物殘渣所引起的泡沫，便于

4、沖洗，水壓力保持強勁。洗碗機多采用噴射洗滌液洗滌，泡沫能使泵的效率降低，并使噴射液的水壓減小，另外過多的泡沫導致在餐具上殘留，干后留下條紋或斑痕，影響區(qū)污效果。食物污垢，特別是蛋白質(zhì)污垢促進洗滌劑發(fā)泡，因此，洗滌劑不僅不能起泡沫還要有消泡的作用。3）有良好的乳化去污能力可有效去除餐具上的食物殘渣，油脂及其他污漬。餐具一般為重垢，有動植物油脂，淀粉與蛋白質(zhì)污垢，洗滌劑應有較好的洗凈能力。4）潤濕效果好易漂洗，沖洗，過水容易。5）有良好的消毒殺菌能力對于公共場所用的洗碗機，消毒時一項非常重要的工作，其效果也是餐具使用安全性的一項指標。6）抗硬水性好保證在任何水質(zhì)情況下都能得到良好的洗滌效果。好的洗

5、滌劑應能適應各種水質(zhì)。 7）溶解性好 固體應水解性好，不遇水結(jié)塊，液體不分層，均勻性好。 8）不損傷餐具表面，漂洗后光潔亮白。2.2沖洗劑配方原則1）調(diào)濕性好干燥快不留水漬。2）抑制劑應能使洗后的玻璃餐具更清晰光亮，瓷器餐具比較閃亮，金屬餐具表面沒有水漬和薄膜漬。3）良好的水質(zhì)軟化能力避免因水質(zhì)硬度高，使干燥后因無機鹽殘留物不均勻而引起的斑點，斑紋及條漬。4）較高的濁點洗滌劑使用時放置在洗碗機旁，溫度較高，如果濁點低回導致混濁甚至分層，使出料不順或不勻。5）對環(huán)境友好很多低泡或無泡的表面活性劑的生物降解倍受關(guān)注，應選用生物降解性能好的表面活性劑。6）安全衛(wèi)生洗滌劑在餐具上殘留量少且對人體無害。

6、2.3干洗餐洗劑配方原則 1）產(chǎn)品外觀良好，無不愉快氣味，無沉淀，黏度適中，使用罐裝又易于倒出，常溫下年度以0.5-1.5pa.s為好。2）產(chǎn)品發(fā)泡性良好起始泡沫豐富穩(wěn)定，緩慢，起泡力以大于150mm為好。3）對于油脂的乳化和分散性能好去油污能力強，對黏度大，附牢固的油膩能方便迅速去除。4）手感溫和，不刺激皮膚，脫脂能力低，產(chǎn)品Ph值為中性。5）低毒或無毒，對人體使用絕對安全。6）不損傷餐具表面，洗滌蔬菜水果時不損傷外觀，殘留物不影響其口味和色彩。7）消毒洗滌劑能有效滅菌，不危害人體安全，消毒時間短。8）長期儲存穩(wěn)定性好，不發(fā)霉酸敗變臭，不沉淀不分層。9）生物降解性好，不污染環(huán)境。三 生產(chǎn)工藝

7、的選擇和計算3.1配方的選擇洗潔精的生產(chǎn)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 去離子水 余量生產(chǎn)工藝：將磺酸和NaOH 在中和釜中加水反應，并加熱至30-40度，出料備用，同時將AES，尼泊金丁酯加水加熱攪拌至80度，然后降溫至50度，與中和釜中的產(chǎn)物混合攪拌，分散，同時加入尿素尿素， ， 6501等攪拌分散，最后加入香精調(diào)香，加NaCl調(diào)解黏度到合適后進行老化，出料罐裝即可。配方二（百分含量）：直鏈烷基苯磺酸 10.5 AES 8凱松 0.08 6501 2NaOH 1.

8、3 AEO9 5-10EDTA-2Na 0.1 NaCl 0.1 去離子水 余量操作工藝：將定量的去離子水投入配料鍋中，在攪拌下加入NaOH,待其溶解后緩緩加入直鏈烷基苯磺酸，攪拌中和Ph到7-8，在溫度為60-70度夏加入表面活性劑AES, ,6501，溶解后加入其余助劑，澄清透明后加入適量香精，補足適量的去離子水，灌裝即可。配方三(百分含量)：直鏈烷基苯磺酸 1.8 AES 8燒堿 0.2 食鹽 1-1.5增稠劑 3 EDTA 0.02防腐劑 0.02 色素 少量香精 0.02 水 余量操作工藝與上面兩種方法基本相同，不在多講。本次設(shè)計所用配方如下： 原料質(zhì)量分數(shù)（%）水77.0磺酸10.

9、0NaOH1.3AES6.0尼泊金丁酯0.1尿素20650125香精0.2NaCl0.2AEO91.03.2本次設(shè)計的工藝流程 液體洗滌劑所需要的設(shè)備少，投資小，較最便宜的制造粉狀洗滌劑設(shè)備和投資還要少的多，生產(chǎn)工藝也非常簡單，主要設(shè)備為帶有攪拌的配料釜，配料釜由不銹鋼制成，攪拌器為變速攪拌器，他在釜內(nèi)的位子要適當，即最上層的槳葉恰好浸在液面之下，以防攪拌時帶入大量空氣。配料釜外有夾套，夾套內(nèi)通入水蒸氣和水，用以控制配料釜內(nèi)的溫度。選擇工藝流程如下：操作步驟：1） 計算的去離子水加入到配料鍋里，調(diào)節(jié)夾套內(nèi)的水蒸氣和水的量進行加溫，同時開動攪拌器。2） 當配料鍋內(nèi)水溫升到80度時，停止加熱，開始

10、邊攪拌邊加入脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES），繼續(xù)攪拌直到完全溶解，再加入尼泊金丁酯，攪拌至完全溶解。3） 在配料鍋內(nèi)水溫在40-50度時不斷攪拌下依次加入直鏈烷基苯磺酸鈉（AES），脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO9）等攪拌到混合均勻為止。鍋內(nèi)溫度降到40度以下，加入香精，著色劑，防腐劑， 增稠劑等。4） 測定溶液的pH值，加入pH 調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)溶液的pH值到設(shè)定范圍。5） 加NaCl調(diào)節(jié)粘度到規(guī)定值。加NaCl時現(xiàn)將其加入到少量水中溶解，加入規(guī)定數(shù)量的大部分后，用剩余的溶液進行微調(diào)，調(diào)節(jié)粘度后將產(chǎn)品冷卻到室溫，或規(guī)定粘度時的溫度。 在生產(chǎn)前配制液體餐洗劑時應注意以下幾點：(1) 將脂肪醇聚氧乙烯醚

11、硫酸鈉緩慢加入水中進行溶解，絕不要將水加入脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉中，以免形成高粘度凝脂。(2) 在高溫下脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉易失去活性，所以整個反應溫度應控制在40左右，最高不高于60。但短暫的高溫有利于殺菌消毒，又可加速脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉的溶解，對脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉活性的影響不大，故本設(shè)計采用先將水加入至80，后停止加熱依次加入各種物料。(3) 不同配方的液體沉降劑，其制備操作物料添加順序也不盡相同。(4) 洗滌劑制備不當易發(fā)生離析或分層現(xiàn)象，特別是堿性助劑含量高的更易如此。生產(chǎn)的主要工序：（1） 備料液體洗滌劑的原料很多，有的原料需溶化，有的需溶解或預混。一般用高位槽計量，用量較

12、多的液體物料用定量水輸送，并計量水等原料。用天平或稱稱取固體物料，用量筒計量少量液體物料。有些需要除機械雜質(zhì)，所以是用去離子水。（2） 混合或乳化（3） 混合物料的后處理a) 過濾 在包裝前進行，以除去機械雜質(zhì)，在制備過程中進行以除去絮狀物。b) 均質(zhì) 經(jīng)過乳化的液體其穩(wěn)定性往往較差，如再經(jīng)過均質(zhì)工藝，使孔濾半分散相中顆粒更細小，更均勻，則產(chǎn)品更穩(wěn)定。c) 排氣 由于攪拌的作用和產(chǎn)品中表面活性劑的作用，有大量氣泡混合于成品中，氣泡有不斷沖向液面的作用力，從而造成溶液的穩(wěn)定性下降，包裝計量不佳。一般采用抽真空排氣工藝，快速將液體中的氣泡排出。d) 老化 產(chǎn)品制備后在罐中靜置儲存幾小時，待其性能穩(wěn)

13、定后再進行包裝，此為老化。e) 包裝 正規(guī)生產(chǎn)使用灌裝機包裝流水線，小批量可用高位手工灌裝，液體洗滌劑的工藝流程相對簡單。四 配料釜相關(guān)參數(shù)計算4.1物料衡算年產(chǎn)1000噸，每年工作300天，設(shè)投料損失為5則：每天產(chǎn)量=1000/300/（1-5%）=3.51t/d加料：日產(chǎn)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

14、0.1053 t/d用于溶解NaCl0.1053 t/d4.2熱量衡算m水=1.4391×103 kg,溫度取2080，Cp=4.183 kJ/kg取加熱t(yī)=30min/鍋Q=mtCp(t2-t1)=1439.1×4.183×(80-20)=154.41 kJ/sK=674kcal/m2.1.3.2傳熱面積Q=KATmQ=154.41 kJ/s加熱t(yī)=30min/鍋K=674kcal/m2查化工工藝設(shè)計手冊得知：K=674kcal/m2 h =783.86W/ m2 4.3確定筒體直徑和高度取配料液的密度1.05×103kg/m3,反應釜的體積為：取裝料

15、系數(shù)=0.6則配料釜實際設(shè)計體積為：選取H/DT=1.3，則筒體直徑圓整到標準公稱直徑：取標準橢圓形封頭為：Tm=43.28工藝要求傳熱面積A=4.55m21.05×103kg/m3=0.6V=5.57m3查附錄得曲面高度為h1=450mm，直邊高度為h0=40mm,封頭體積Vh=0.8652,內(nèi)表面積則筒體高度H筒圓整后筒體高度驗算：H/D=1900/1800=1.06<1.3(合適)4.4確定夾套的直徑和高度查化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計指導書表4-3得：夾套筒體內(nèi)徑Dw=1800+100=1900mm則選取夾套H夾=1000mm這樣便于筒體法蘭螺栓的拆裝。驗算夾套傳熱面積：即

16、F>A則加熱套傳熱面積符合設(shè)計要求。h0=40mmVh=0.8652 Fh=3.7383H=1900mmDw=1900mmH夾=1000mmH0=900mmF=9.7043m24.5確定夾套的材料和壁厚夾套選取Q235-A的材質(zhì)，可以知道板厚在4.516mm，設(shè)計溫度在150時Q235-A的許用應力。因夾套帶有安全閥，所以P=1.1Pa，則P=0.33MPa，而內(nèi)部夾套無法探傷，故取=0.8。根據(jù)夾套的鋼板厚度負偏差C1=0.6mm，單面腐蝕余量C2=1.0mm。夾套壁厚計算如下：查DN=1900mm的標準橢圓形夾套封頭的壁厚為：=10mm或12mm取=10mm綜合考慮標準鋼板尺寸及封頭

17、標準，選取夾套的筒體和封頭壁厚均為10mm。4.6確定內(nèi)筒的材料和壁厚夾套選取Q235-A的材質(zhì)，可以知道板厚在4.516mm，設(shè)計溫度在150時Q235-A的許用應力。P=0.33MPa，而內(nèi)部夾套無法探傷，故取=0.8。根據(jù)夾套的鋼板厚度負偏差C1=0.8mm，單面腐蝕余量取1.0mm，則C2=2.0mm。筒體的設(shè)計厚度為Q235-AP=0.33MPa=0.8C1=0.6mmC2=1.0mm夾設(shè)=4.47mm夾封=10mm夾筒=10mmC1=0.8mmC2=2mm查標準鋼板尺寸及DN=1800mm標準封頭尺寸，選筒體厚度為10mm。筒體的外壓計算筒體的有效壁厚fe=10-0.8-2=7.2

18、mm筒體的外徑 D筒外=1800+20=1820mm筒體計算長度 L=H2+1/3h1=1150mm系數(shù)L/D筒外=0.6318系數(shù)D筒外/筒=D筒外/fe=252.78查得系數(shù)A=0.0006系數(shù)B=88許用外壓力P=B/(D筒外/筒)=0.3481MPa>0.3MPa因此可選筒體壁厚10mm，并取C1=0.8mm，C2=2mm同理取筒體下封頭壁厚為10mm標準橢圓封頭的外壓計算當量球面半徑：R0=0.9D筒封外=1638mm筒體封頭外徑：D筒封外=1800+20=1820mm筒體封頭有效厚度：fe封=10-2.8=7.2mm系數(shù)A=0.125/(R0/筒封)=0.000763查圖可知

19、：系數(shù)B=105許用外力P=B/(D筒封外/筒封)=0.4615MPa>0.3MPa故取筒體下封頭壁厚10mm符合設(shè)計要求，為了制造方便，所以上封頭和下封頭的壁厚都設(shè)計為10mm。 釜設(shè)=4.89mmfe=7.2mmD筒外1820mmL= 1150mmA=0.0006B=88P=0.3481MPaR0=1638mmfe封=7.2mmA=0.000763系數(shù)B=105P=0.4615MPa4.7水壓試驗及其強度校核（1） 罐體水壓試驗由于t 故罐體水壓試驗壓力 pT1=1.25p=1.25Pc=0.25Mpa夾套水壓試驗壓力 pT2=1.25p=1.25Pc=0.375Mpa材料屈服點應力

20、 s=240Mpa材料最大允許應力罐體圓筒應力即夾套內(nèi)壓試驗應力即所以罐體及夾套水壓試驗強度足夠故夾套在進行水壓試驗時，筒內(nèi)需要充壓才能保證筒體穩(wěn)定。pT1=0.25MpapT2=0.375MpaT172.8 MpaT1=31.375 MpaT2=49.67 Mpa4.8選擇釜體法蘭根據(jù)DN=1800mm，P=0.33MPa，由于PN不會超過0.6MPa，可選用乙型平焊法蘭，其尺寸為：D=1960mm D1=1915mm D2=1876mmD3=1856mm D4=1853mm 連接螺栓為M24，共52個。法蘭板材Q235-A，螺柱材料35，螺母Q235-A，墊片選用石棉橡膠板，選用墊片寬度為

21、22mm。4.9選擇攪拌器考慮配料釜的生產(chǎn)工藝要求，選用框式攪拌器。攪拌器直徑與槽內(nèi)徑之比：d1/D1=0.90.98即d1=16201764mm查標準框式攪拌器尺寸，選用d1=1730mm轉(zhuǎn)速n100r/min，一般在80r/min內(nèi)框式攪拌器的安裝尺寸：bHh1h2clemfp/n10013805803703708707170700.47漿片厚度=6mm4.10電機的基本特征及選用框式攪拌器的攪拌功率特征數(shù)Np=A/ReD=2160mmD1=1915mmD2=1876mmD3=1856mmD4=1853mm法蘭板材Q235-A墊片寬度為22mm攪拌器直徑d=1730n=50r/min漿片厚

22、度=6mm所以Np=A/Re=0.373所以攪拌功率Ps電機功率 其中 查表選電機防爆電機Y160M2-8型滿載轉(zhuǎn)速：720r/min 額定扭矩：2.04.11攪拌軸的材質(zhì)及加工要求攪拌軸工作時主要受扭轉(zhuǎn)、彎曲和沖擊作用，故軸的材質(zhì)應有足夠的強度、剛度和韌性。此外，為了便于加工制造，還Np =0.373Ps=3512.6W=0.9P=4293W選防爆電機Y160M2-8型要有優(yōu)良的切削性能，所以常用不銹鋼材料。4.12減速器的選型：選用8級電機 傳動比v=12輸出軸轉(zhuǎn)速：ni=65r/min 電機功率：5.5KW選LC/25-4型減速器軸徑=55mm 中心距=125mm安裝尺寸：D1(mm)D

23、2(mm)D3(mm)nd0(mm)2002302606144.13機架的選擇選用DJ45型（）H1(mm)H3(mm)H4(mm)H5(mm)H6(mm)338152456n-m選擇6-M10輸入端：D1(mm)D2(mm)D3(mm)n-M2002302606-M10輸出端：D4(mm)D5(mm)D6(mm)n2-26032036010-14攪拌軸軸端尺寸：選LC/25-4型減速器機架選用DJ45型（）h1(mm)h2(mm)h3(mm)h411331528d0(mm)d1(mm)d1(mm)d3(mm)d4(mm)454747.85065M1R1(mm)t1b1M50×1.5

24、1468五 產(chǎn)品質(zhì)量與環(huán)保5.1投料過程中AES處理：（1）把AES慢慢加入水中，而不能加水來溶解AES，否則會形成粘度很大的凝膠。（2）鑒于AES在高溫容易分解，操作溫度應控制在40以下，最高不得超過60。（3）對于含AES的配方中，總活性物如果超過28，應先將其他表面活性劑，增溶劑，到40的水中，攪拌到物料完全溶解后在將AES加入。5.2餐洗劑的要求：（1）使用對皮膚溫和的表面活性劑及其他配料。（2）中性PH值為69，堿性過高引起皮膚脫脂，洗后變得干燥甚至皺裂。（3）含較大量的陰離子表面活性劑，較少量的堿，油脂主要靠溶解和乳化方式去除，有時配合機械擦洗。5.3衛(wèi)生與安全對餐洗劑的性能，衛(wèi)生與安全要求，我國國標GB9985-88，我國衛(wèi)生部1985年發(fā)布了第58份文件食品，文具，設(shè)備，洗滌劑，消毒劑，洗滌消毒劑衛(wèi)生管理執(zhí)法，1989年在上述管理條例的基礎(chǔ)上又制定了洗滌劑的衛(wèi)生要求。餐洗劑中表面活性劑及助劑對大白鼠及口服毒性及幾種常見物質(zhì)的LD50值。