年产20万吨餐具洗涤剂的工艺大学本科毕业论文.doc

年产20万吨餐具洗涤剂的工艺设计The Process Design Of Dishwashing Detergent200kt/a目录摘要IAbstractII引言1第一章 文献综述1第二章 餐具洗涤剂的配方设计4 2.1餐具洗涤剂配方设计原则4 2.2配方的选择4第三章 工艺流程的选择和设备的设计6 3.1本次设计的工艺流程6 3.2 搅拌式反应釜相关参数的计算7 3.2.1筒体及夹套的计算7 3.2.2搅拌器的设计15 3.2.3电机和减速机的选型16 3.2.4凸缘法兰18 3.2.5安装底盖18 3.2.6机架19 3.2.7联轴器19 3.2.8反应釜的轴封装置设计19 3.3反应釜的其他附件设计20 3.3.1支座20 3.3.2手孔和人孔20 3.3.3设备接口21 3.4物料输送设备的选型和计算23 3.4.1固体物理输送设备的选型23 3.4.2液体物料输送设备的选型23 3.5均质机的选型和计算24 3.6储罐的选型24 3.7其他辅助设备24第四章 自动化控制.264.1自动化控制设计思路.274.2自动化控制设计.28第五章 厂房布置.29 5.1厂房布置的原则.29 5.1.1厂址的选择的原则.29 5.1.2车间布置的原则.29 5.2厂房布置.29结论.30致谢31参考文献32附录.33年产20万吨餐具洗涤剂的工艺设计摘要：餐具洗涤剂是厨房中使用的轻垢型洗涤剂，通常为液态，是液体洗涤剂中的第二大品种。餐具洗涤剂分为手洗和机洗餐具洗涤剂，本次设计为手洗餐具洗涤剂。设计配方是采用AES和LAS按一定比例复配而成，此配方拥有更强效的去污功效。生产过程中主要用到的设备是四个不同大小的反应釜，主设备是高2m，内径2m的搅拌式反应釜，运用连续化生产，自动化控制，达到了预期的目的。关键词：手洗餐具洗涤剂；复配；连续化生产；自动化控制；搅拌式反应釜The Process Design of Dishwashing Detergent 200kt/aAbstract ：Tableware detergent is a light dirt type detergent ,which is used in the kitchen and usually in the form of liquid. It is the second largest varieties of liquid detergent.Dishwashing detergent is divided into handwashing and washing machine dishwashing detergent,this design is for hand dishwashing detergent .Design formular is using AES and LAS according to certain proportion distribution,this formul has more powerful decontamination effect .Product equipment is mainly make up of four differrent reaction kettles,the size of main equipment is 2 m high,diameter 2 m,using continious production,automatic control ,to acheive the desired purpose.Keyword：Handwashing tableware detergent;Compound;Continuous production;Automatic control;Agitator reaction kettleII引言餐具洗涤剂是由表面活性剂配制而成，可用于餐具、炊具、水果的洗涤.有良好的润湿，增溶和乳化能力，是消费量最大的清洁剂。我国餐具洗涤剂的开发和上市始于上世纪80年代初，到上世纪90年代餐具洗涤剂的发展已遥遥领先，对提高人民生活水平，卫生水平，和健康水平起到了极大的促进作用。在洗涤剂产品中，餐具洗涤剂的用量占到70%以上。餐具洗涤剂产品在功能细分的同时，逐渐趋向环保、绿色，降低皮肤刺激性。本篇论文主要设计手洗餐具洗涤剂，是由LAS和AES复配而成，具有高效的去污能力，对皮肤刺激性较小，有轻微毒性。本篇论文详细介绍了手洗餐具洗涤剂的配方和在连续化生产中的工艺流程，设备的选型，及厂房的布置和自动化控制。第一章 文献综述餐具洗涤剂又称洗涤灵、洗洁精，是指用于洗涤附着于金属、陶瓷、玻璃、塑料等材质的餐具表面上的油脂、蛋白质、碳水化合物或这些物质的热分解物，除餐具外也用于洗涤蔬菜和水果。在合成洗涤剂分类中，餐具洗涤剂属于轻垢型洗涤剂，且大部分制成液体产品。在合成洗涤剂中，最早出现的液体洗涤剂就是用于洗涤餐具，后来将洗涤餐具、蔬菜、水果的液体洗涤剂统称为餐具洗涤剂。目前，餐具洗涤剂的产量和销量在洗涤剂用品中仅次于衣用洗涤剂，餐具洗涤剂在液体洗涤剂市场上占有很大份额。当前在中国各地，特别是在发达地区，餐具洗涤剂已成为家庭的必备用品。餐具洗涤剂主要是液体产品，近来又在开发粉状或膏状餐具洗涤剂，按功能分类主要可分为单纯洗涤型和洗涤消毒型两大类，按使用方法分类主要分为手洗和机洗两大类。餐具洗涤剂的配方组成主要包括表面活性剂、助溶剂、增溶剂、增泡剂、粘度及pH值调节剂、防腐剂、香精等，常用的表面活性剂是LAS、AES、FAS、AEO9等。LAS也有一定的杀菌效果，对一般蔬菜水果上的大肠杆菌用0.2%浓度的溶液洗涤后可除掉90%的菌，AES及AOS在100mg/kg和500mg/kg硬水中都有较强的杀菌能力。餐具洗涤剂中所用的表面活性剂的一般要求是：优良的除油性、乳化性、润湿性；对皮肤作用温和；良好的起泡力或低泡、抑泡性；生物降解性好；颜色浅、无异味；溶液粘度易于调节；对人体无毒。中国餐具洗涤剂国家标准GB 9885-2000中对产品粘度未作规定，但从生产控制及使用要求上考虑，产品粘度一般控制在1-1.5Pas为好。用手洗的家用液体洗涤剂的泡沫性能要求起泡力高，持续时间不宜太长机洗产品则要求低泡甚至无泡。家用手洗产品pH值应为中性或微碱性，国标规定pH值在4.0-10.5(1%,25)，但饭店、机洗产品要求有高pH值，机洗时温度也较高，一般在70-80。对于餐具洗涤剂的卫生安全指标，国标中明确规定，产品中不得检出荧光增白剂，甲醇含量应不超过1mg/kg，甲醛含量不超过0.1mg/kg，重金属含量以铅计应不超过1mg/kg，砷含量规定1%溶液中的砷不超过0.05mg/kg。世界卫生组织对餐具洗涤剂在盘子、水果、蔬菜上的残留量也作了规定，要求LAS在盘子上的残留量应小于0.1mg/100kg，另要求药物灌胃最大无作用量与每日摄入量之比应大于100。我国要求餐具洗涤剂中的表面活性剂生物降解度应大于85%。保护釉面不受侵蚀问题是现代餐具洗涤剂的重点研究课题之一。已经筛选出一些有效的釉面保护剂，如乙酸铝、磷酸铝、锌酸盐、硼酸盐、硼酸酐及其混合物。这些物质的添加量为3%-15%。有些碱性洗涤剂中加入25%水溶性氨基多羧酸化合物和1%-20%的釉面保护剂，具有良好的性能。生活中应用最多的是家用手洗餐具洗涤剂，手洗餐具洗涤剂一般由2-3种或3种以上的表面活性剂组成。LAS现在仍然是广泛应用的活性物，在餐具洗涤剂领域将LAS和AES配合使用有强复配作用，可提高对油污的去污力，国外介绍两者的最佳比例是4：1，并添加椰油基烷醇酰胺作发泡剂。LAS这种表面活性剂对许多污物都具有优良的清洁效果，还具有良好的稳定性，其缺点是高浓度连续使用会使手变得粗糙。由于这个原因，在高活性配方中已部分被更柔和的表面活性剂AES所代替，AES具有高的起泡力和强的乳化脂的能力，对水的硬度敏感性低，有良好的皮肤相容性，而且易于调节产品的粘度，是目前应用最广的阴离子表面活性剂。对餐具洗涤剂不能只追求去污力，还要考虑对皮肤的刺激和对环境的保护。LAS是对皮肤刺激性较大的表面活性剂，使皮肤粗糙。因此，少用或不用刺激性大的LAS是今后餐洗剂组成的方向。在西欧，可明显看到LAS正逐步被脂肪醇硫酸盐和脂肪醇醚硫酸盐代替，美国市场上销售的手洗餐洗剂主要成分是LAS+AES+烷醇酰胺或FAS+AES+氧化叔胺；在某些亚洲国家如日本，LAS已失去主导地位，人们转向使用AES或部分使用AOS。在美国和日本，MES的商业化产品数量已经增加，这些产品可全部或部分代替LAS。此外，将APG作为主要成分或辅助成分配制手洗餐洗剂是今后几年内发展的必然趋势。我国餐洗剂受多种因素的影响，目前仍是以LAS为主，配以AES和椰油酸二乙醇酰胺。随着近年来科学技术的进步，国内己能生产多种低刺激性的表面活性剂如APG、烷基甜菜碱、甲基牛磺酸盐等。目前，已有厂家生产全植物型的餐洗剂，它是以植物油衍生的表面活性剂配制而成的，刺激性低，易降解，这应是餐洗将来发展的方向。手洗餐具洗涤剂主要主要工艺流程简述，先制备去离子水，然后加入定量的蒸馏水，烷基苯磺酸，氢氧化钠，6501，AES加到反应釜升温到80灭菌，冷却至50左右，加入防腐剂，香精，和氯化纳。 第二章 餐具洗涤剂的配方设计2.1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。具体要求如下：(1)安全要求(2)洗涤剂的泡沫作用(3)产品外观(4)产品发泡性能(5)对于油脂的乳化和分散性能(6)不刺激皮肤(7)低毒或无毒(8)不损伤餐具表面(9)能有效灭菌(10)长期储存稳定性好(11)生物降解性好(12)润湿效果好(13)有良好的消毒杀菌能力(14)抗硬水性效果好(15)溶解性好(16)不损伤餐具表面，漂洗后光洁亮白2.2配方的选择本次设计所用配方如表1.1表1.1 设计配方原料质量分数（）直链苯磺酸9.7水77NaOH1.3AES6.0尼泊金丁酯0.1尿素2.065012.5香精02NaCl0.2AEO91.0第三章工艺流程的选择和设备的计算3.1本次设计的工艺流程液体洗涤剂所需要设备上，投资小，较便宜的制造粉状洗涤剂的设备和投资还要少很多，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。它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，夹套内通入蒸汽和水用以控制配料釜内温度。操作步骤如下：1.在1号反应釜内先加入定量的离子水，加入氢氧化钠溶解，再缓缓加入直链烷基苯磺酸，加热升温到3040，抽到3号反应釜。继续加料，出料，循环。同时在2号反应釜内加入余量的水和AES加热到80，抽到3号反应釜，2号继续循环加料出料。2 .3号反应釜内物料降温至50，加入6501，尿素，AE09和烷基苯磺酸钠，搅拌分散，抽到均质机打均质，循环此流程。3 .4号反应釜内待降温到25左右，加入香精，氯化钠，防腐剂，出料。1.2.3.4.号反应釜的设计见第本章第二节。本次设计的是连续化生产，设停留时间为半个小时。年产量20万吨，年工作日按350天计算，按三条连续化生产线，一天24小时，物料损失量为5%计算，算出一小时进料量为=8.3542t/h停留时间按30min计算，连续化生产，半小时加料量如表3.1表3.1 加料量原料加料量（t）水3.2164直链烷基苯磺酸0.4177AES0.250665010.1044尿素0.0835AEO90.4177香精0.0084尼泊金丁酯0.0042NaCl0.0084窗体顶端3.2 搅拌式反应釜相关参数的计算3.2.1筒体及夹套的计算 年产量20万吨，年工作日按350天计算，按三条连续化生产线，一天24小时，物料损失量为5%计算，算出一小时进料量为=8.3542t/h停留时间按30min计算，故要设计一个操作容积为4.2m3，设填料系数为0.6，则全容积为=7m3。操作溶剂为冷却水和水蒸气。釜体形式为常用结构圆筒形，封头形式为常用结构椭圆形。原始尺寸如表3.2： 表3.2 反应釜设计容积全容积V(m3)7操作容积V1(m3)4.21.确定筒体的直径和高度几种搅拌釜的长径比i值如表3.3,此次设计任务的内物料为液-液相物料，所以i的取值范围为11.3。又因为设计容器不大，为使直径不致太小，在顶盖上容易布置接管和传动装置，i选取值如表3.3：表3.3 i取值种类设备内物料类型i一般搅拌器液-固相或液-液相物料11.3气-液相物料12 故选取i =H1/D1=1。初算筒体内径按式 (3-1）计算,得D1= 1951mm，圆整取为2000mm,选取圆整筒体内径D1=2000mm，一米高的容积 V1m=0.785，内表面积F1m=6.283。以内径为公称直径的椭圆封头的型号和尺寸如表3.4： 3.4 以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸Dn(mm) 总深度 H(m) 内表面积A(m2) 容积V(m3)16004252.9007 0.586417005003.2662 0.699418004753.6535 0.827019005004.0624 0.968720005254.4930 1.1257 选取封头容积为1.1257m3 釜体高度按式（3-2） （3-2） 计算，得 选取圆整釜体高度=2000 mm 。实际容积按式： (3-3)计算,得 2.确定夹套的直径和高度 夹套直接D2选取按表3.5： 3.5 夹套直径 D2D1500600700180020003000D2+50D1+100D1+200夹套直径 选取夹套筒体内径 =+200=2200 mm。 装料系数按式 (3-4)计算，得 夹套筒体高度H2按式（3-5） （3-5）计算，得 选取圆整夹套筒体高度 H2=1350mm。按表3.4筒体的容积、面积和质量,选取一米高筒体表面积 =3.14。实际总传热面积F按式 （3-6） 综上所述，筒体和夹套尺寸如表3.6 表3.6 筒体和夹套尺寸直径(mm)高度（mm）筒体20002000夹套220013503.确定夹套的材料和壁厚据工艺条件或腐蚀情况确定，设备材料选用Q235-A。由工艺条件给定,设计压力（罐体内） =0.2MPa。设计压力（夹套内） =0.3MPa。设计温度（罐体内） 100。设计温度（夹套内） 0.3 MPa确定罐体封头名义厚度 =12mm。5.水压试验及强度校核罐体试验压力按式 （3-22）计算，得 夹套水压试验压力按式 计算，得 查相关文献，碳素钢、普通低合金钢钢板许用应力,得材料屈服点应力 计算，得 罐体圆筒应力按式 （3-23） 计算，得 179.8 Mpa夹套内压试验应力 200r/min的，还要进行临界转速的校核。因本反应釜的转速200r/min，因此不需要进行临界转速的校核。1 .搅拌轴的材料：选用45号钢。2. 搅拌轴的结构：考虑腐蚀等因素的影响。本反应釜搅拌轴的结构型式选用实心直轴。连接推进式搅拌器的轴头车削台肩，开键槽，轴端车螺纹。3.搅拌轴强度校核：由夹套反应釜设计任务书给定，轴功率=4kw，搅拌轴转数 =200r/min。常用轴材料为45号钢。轴所传递的扭矩： 查表得轴常用材料的及值，材料许用扭转剪应力=35Mpa，系数 =112。轴端直径 开一个键槽，轴径扩大5%，为=30.4*1.05=31.9mm。圆整轴端直径=40mm。因此搅拌轴的直径40mm。4.搅拌轴的形位公差和表面粗糙度要求：搅拌轴转速=200r/min，直线度允许差1000：0.1。5.搅拌轴的支承：一般搅拌轴可依靠减速器内的一对轴承支承。搅拌轴的支撑采用滚动轴承。反应釜搅拌轴的滚动轴承，通常根据转速、载荷的大小及轴径d选择，高转速、轻载荷可选用角接触球轴承；低速、重载荷可选用圆锥滚子轴承。根据轴端直径d=40mm，选用角接触球轴承，由表4-12角接触球轴承，选用型号为7208，d=40mm。安装轴承处轴的公差带采用k6，外壳孔的公差带采用H7。安装轴承处轴的配合表面粗糙度Ra取1.0，外壳孔与轴承配合表面粗糙度Ra取1.6。 反应釜的搅拌器是由传动装置来带动。传动装置通常设置在釜顶封头的上部。反应釜传动装置的设计内容一般包括：电机、减速机的选型；选择联轴器；选用和设计机架和底座等。3.2.3 电机和减速机的选型Y系列全封闭自扇冷式三相异步电动机为最常用的；当有防爆要求时，可选用YB系列。由任务书给定，本反应釜用库存电机Y132M2-6，转速960r/min,电机功率P=5.5kW。反应釜用的立式减速机，主要的类型有谐波减速机、摆线针轮行星减速机、二级齿轮减速机和V带传动减速机。由任务书给定，反应釜采用V带传动减速机。查参考文献表：标准减速机的功率、转速范围、类型代号及特性参数。V带传动减速机标准号G5-747-78，转速范围320-500r/min，电机功率范围0.6-5.5kW，类型代号P，特性参数为三角皮带型号及根数。设计功率按公式 （3-25）计算，得设计功率 查参考文献：普通V带选型图，选取带型号为型号。 查表得普通V带轮的基准直径系数，选取小皮带轮计算直径 =140mm。查表得普通带轮的基准直径系数，选取大皮带轮计算直径 =710mm。中心距符合 即 初定中心距 带的基准长度Ldo按公式 带的基准长度：查表得带型号、截面尺寸和基准长度圆整取 。 中心距 安装带时所需最小中心距 安装带时所需最大中心距 小皮带轮包角 符合的条件。查参考文献表：单根普通带的基本额定功率，选取单根带额定功率 查表得单根普通带额定功率的增量，选取1时，单根普通带额定功率的增量 查表得包角系数，选取包角修正系数。查表得长度系数，选取带长修正系数 。带根数按公式： 计算，得带根数 圆整取 =4根3.2.4 凸缘法兰凸缘法兰一般焊接于搅拌容器封头上，用于连接搅拌传动装置，亦可兼作安装，维修，检查用孔。凸缘法兰分整体和衬里两种结构形式，密封面分突面（R）和凹面（M）两种。本反应釜凸缘法兰焊接于搅拌容器封头上，采用整体结构形式，密封面采用突面（R）。根据搅拌轴的直径和附图，由参考文献表凸缘法兰主要尺寸，选择公称直径DN=500mm，螺纹为M24，螺栓数量为20个，质量为102kg的R型凸缘法兰。3.2.5安装底盖安装底盖采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接，是整个搅拌传动装置与容器连接的主要装置。本反应釜安装底盖采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接。采用RS型形式，整体结构、密封面形式（突面）以及传动轴的安装形式（上装），按HG21565-95选取。安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同，均为DN=500mm。3.2.6机架机架是安放减速机用的，它与减速机底座尺寸应匹配。V带减速机自带机架，选用其他类型标准釜用减速机按标准选配机架。由任务书给定，反应釜采用V带传动减速机。由于V带减速机自带机架，所以不用选配机架。3.2.7联轴器电机或减速机输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌轴之间的连接，都是通过联轴器连接的。常用的联轴器有弹性块式联轴器，刚性凸缘联轴器，夹壳联轴器和紧箍夹壳联轴器等。根据所选V带减速机的规格, 本反应釜采用刚性凸缘联轴器。查GT型凸缘联轴器主要参数及尺寸，选用联轴器的符号为GT-45，孔径为45，质量为16kg。3.2.8 反应釜的轴封装置设计轴封是搅拌设备的一个重要组成部分。其任务是保证搅拌设备内处于一定的正压力的真空状态以及防止反应物料逸出和杂质的渗入。鉴于搅拌设备以立式容器中心顶插式搅拌为主，很少满釜操作，轴封的对象主要为气体；而且搅拌设备由于反应工况复杂，轴的偏摆振动大，运转稳定性差等特点，故不是所有形式的轴封都能用于搅拌设备上。反应釜搅拌轴处的密封，属于动密封，常用的有填料密封和机械密封两种形式，它们都有标准，设计时可根据要求直接选机械密封是一种功耗小，泄漏率低，密封性能可靠，使用寿命长的转轴密封。主要用于腐蚀，易燃，易爆，剧毒及带有固体颗粒的介质中工作的有压和真空设备。由于反应釜多采用立式结构，转速低，但搅拌轴直径大，尺寸长，摆动和振动较大，故机械密封常采用外装式（静环装于釜口法兰外恻），小弹簧（补偿机构中含有多个沿周向分布的弹簧），旋转式（弹性元件随轴旋转）的结构，当介质压力、温度低且腐蚀性大时，可采用单端面（由一对密封端面组成），非平衡型（载荷系数K1）的机械密封。当介质压力，温度高或介质为易燃，易爆，有毒时，应采用双端面（由两对密封面组成），平衡型（载荷系数K1）的机械密封。当搅拌设备采用机械密封时，在下列情况下，应采用必要的措施，以便保证密封使用性能，提高使用寿命。1.当密封腔介质温度超过80时，对单端面和双端面机械密封，都应采用冷却措施；2.为防止密封面干摩擦，对单端面机械密封，应采用润滑措施；3.当采用双端面机械密封时，应采用密封液系统，向密封端面提供密封液，用于冷却，润滑密封端面；4.必要时，应对润滑液，密封液进行过滤；5.当采用润滑及密封液系统时，需考虑一旦润滑液，密封液漏入搅拌容器内，应不会影响容器内物料的工艺性能，不会使物料变质，必要时应采用缓冲液杯和漏夜收集器等防污染措施。本反应釜一般在常压，低压，低转速下使用,故采用填料密封。因其结构简单，易于制造，在搅拌设备上曾得到广泛应用,且便于定期维护此搅拌设备。3.3反应釜的其他附件设计3.3.1 支座夹套反应釜多为立式安装，最常用的支座为耳式支座。标准耳式支座（JB/T4725-92）分为A型和B型两种。当设备需要保温或直接支承在楼板上时选B型，否则选A型。每台反应釜常用4个支座，但作承重计算时，考虑到安装误差造成的受力情况变坏，应按两个支座计算。本反应釜为夹套立式安装，不需要保温，选用B型标准