完整版年产20万吨洗手液生产工艺设计毕业设计.docx
《完整版年产20万吨洗手液生产工艺设计毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《完整版年产20万吨洗手液生产工艺设计毕业设计.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
完整版年产20万吨洗手液生产工艺设计毕业设计
年产20万吨洗手液生产工艺设计
TheProductionProcessDesignofHandSanitizer200kta
年产20万吨洗手液生产工艺设计
摘要：
随着人们生活水平的不断提高，洗手液已逐渐代替了肥皂，被越来越多的消费者所接受，成为目前最常用的洗手产品。
市场上的洗手液种类繁多，有抗菌消毒类、保健护肤类、去油污类等多种类型。
本文主要介绍一款珠光洗手液的生产工艺，该产品选用多种温和性表面活性剂和添加剂研制而成，具有清洁去油污、洁肤护手、制备简单等特点。
本次设计的工艺主要是搅拌混合的过程，利用搅拌釜、均质机、计量泵等相互作用，从而生产出相应产品，进而连续化生产所需的20万吨洗手液。
关键词：
珠光；洗手液；工艺；设计
TheProductionProcessDesignofHandSanitizer200kta
Abstract：
Withtheimprovementoflivingstandard,themarketwhichincludefsubstitutingantibacterialdisinfection,existing,itwasdevelopedbyavarietyofmildsurfactantsandadditionagents.This,usearmguardisconvenientwaitforacharacteristic.AlsothearticleanalysestheoperatorsoftheSatisfactoryprofit.Itisaprocessofstirringandmixingforthiscraft,wecanproducetheofthestirrerandmeteringpump,thenwecancontinuousproducetheproduct.
Keywords：
pearllight;soap;。
然后加入B相，搅拌40min。
进入均质机乳化30min。
再将C加热到50°C，将A,B加入C相中，要避免气泡。
搅拌25min后在同一温度下加入D，再搅拌5min。
进入均质机乳化30min。
冷却至室温，珠光会立即产生。
洗手液生产工艺所涉及的化工单元操作和设备主要是：
带搅拌的混合罐、均质机、物料输送泵和真空泵、计量泵、物料储罐、冷却设备、过滤设备、包装和灌装设备。
把这些设备用管道串联在一起，配以恰当的能源动力即组成洗手液的生产工艺流程。
本次设计采用全混流连续化生产，按加料顺序使用两个带夹套的搅拌釜。
第一个釜内物料进量是第二个釜内的42.7%，停留时间是第二个釜内的2倍，故两个反应釜体积相同。
第一个反应釜选用三个加料计量泵，一个轻质骨料风送机，一个温度计，第二个反应釜选用三个加料计量泵，一个温度计。
除此之外，还需要两个均质机，两个真空泵，一个冷却罐。
生产过程的产品质量控制非常重要，主要控制手段是物料质量检验、加料配比和计算、搅拌、加热、降温、过滤、包装等。
进料过程如图2.1：
进料
出料
图2.1进料方框图
2.2.1原料准备
洗手液的原料种类多，形态各异，使用时，有的原料需预先熔化，有的需溶解，有的需预混。
用量较多的易流动液体原料多采用高位计量罐或计量泵输送计算；用料较少的可人工添加。
有的原料需滤去机械杂质，水需进行去离子处理。
2.2.2混合或乳化
对一般洗手液，可采用带搅拌的反应釜进行混合，一般选用带价套的反应釜。
可调节转速，可加热或冷却。
无论是混合，还是乳化，都离不开搅拌，只有通过搅拌操作才能使多种物料相互混溶成为一体，把所有成分溶解或分散在溶液中，可见搅拌器的选择是十分重要的。
洗手液的主要原料是极易产生泡沫的表面活性剂，因此加料的液面必须摸过搅拌桨叶，以避免过多的空气混入。
1混合
洗手液的配置过程以混合为主，一般有两种配置方法：
一是冷混法，二是热混法。
（1）冷混法
首先将去离子水加入反应釜中，然后将表面活性剂溶解于水中，再加入其他助剂，待形成均匀溶液后，就可加入其他成分，如香料、色素、防腐剂、络合剂等。
最后用柠檬酸或其他酸类调节至所需pH值，黏度用无机盐（氯化钠或氯化铵）来调节。
若遇到加香料后不能完全溶解，可先将它桶少量助剂混合后，再投入溶液，或者使用香料增溶剂来解决。
冷混法适用于不含蜡状固体或难溶物质的配方。
（2）热混法
当配方中含有蜡状固体或难溶物质时，如珠光剂或乳浊制品等，一般采用热混法。
首先将表面活性剂溶解于热水或热水中，在不断搅拌下加热到70℃，然后加入要溶解的固体原料，继续搅拌，直到溶液呈透明为止。
当温度下降至25℃左右时，加入色素、香料和防腐剂等。
pH值和黏度的调节一般都应在较低的温度下进行。
采用热混法，温度不宜过高，以免配方中的某些成分遭到破坏。
除上述工艺外，应特别注意一个问题：
高浓度表面活性剂（如AES等）的溶解，必须把它慢慢加入水中，而不是把水加到表面活性剂中，否则会形成黏性较大的团状物，导致溶解困难，同时适当加热可加快溶解。
本次设计A相中有固体存在，须在高温下溶解混合，故采用热混法。
2乳化
在洗手液生产中，乳化技术相当重要，只有通过乳化工艺才能生产出合格的乳化型产品。
洗手液生产过程很正宗的乳化操作，长期以来是依靠经验，经过逐步充实理论，正在定向依靠理论指导。
（1）这是一种非常方便而且应用广泛的乳化方法。
假如要制备OW型乳状液，则可将加有乳化剂的油类加热，制成液体状，然后一边搅拌，一边徐徐加入热水。
加入的热水，开始分散成细小的颗粒，首先形成WO型乳状液。
然后按上述方法继续加水，随着水量增加，乳状液逐渐变稠，而且黏度又急剧下降，当水量加完60%之后，即发生转相，形成OW型乳液，剩下的水可快速加入。
在这个过程中应充分搅拌，在转相时，油相则很快分散成又细又均匀的粒子。
一旦转相结束，再强有力的搅拌叶不会使粒子再变小。
所以，转相乳化法要充分理解转相原理并认真操作。
（2）将乳化剂加入油相中，混匀后一起投入水中，油就会自然乳化分散，再加上良好的搅拌，则乳化得更好。
像矿物油之类容易流动的液体，经常采用这种做法。
自然乳化是由于水的微滴进入油中并形成通道，然后将油分散开来。
如果使高黏度的油能够自然乳化，则应在较高温度下进行。
（3）机械强制乳化法
均化器和胶体磨都是又来强制乳化得机械，这类机器用相当大的剪应力将被乳化物撕成很细很均匀的粒，形成稳定的乳化体。
所以用上述转相法和自然乳化法不能制备的乳化体，采用机械强制乳化法就能很好地支出合格产品。
反之，用自然乳化法可完成的乳化过程，没有必要也不适宜采用机械乳化法。
2.2.3调整
在洗手液制备工艺中，除上述已经介绍的一般工艺和设备外，还有一些典型的工艺，如加香、加色、调黏度、调pH。
1加香
洗手液在配制工艺后期进行加香，以提高产品的档次。
首先，应根据产品的特点和档次选择适宜的香型。
一般来说，洗手液用品的加香，选择香型的范围很宽。
香型主要是化妆品用香精的香型，常用的如茉莉、玫瑰、白兰、桂花、栀子、风信子、香石竹、薰衣草等，现代又流行一些所谓清香、草香、幻想型，还有的使用果香香精。
总得来说，可供选择的香型是多种多样的，选择时还应结合产品的用途、色调，产品的成本、利益综合考虑。
其次，在加香工艺上，一般来说各种香精都是把高级芳香油用稀释剂冲淡到适宜浓度，使它有最佳的芳香效果，同时用定香剂在改善香气和稳定香型。
在洗手液中加入香精，要有几个必要条件，首先温度非常重要。
要在较高的温度下加香会使香精中的稀释剂大量挥发，造成香精流失，同时也会因高温使香精变质。
所以一般应在较低温度下加香，以50℃以下加香为宜。
因香精加入量很少，若果不能混合均匀，香精就不能充分发挥效力，所以加香应在最后加入，将香精直接放到洗手液中。
2加色
洗手液虽然是实用型商品，但使用者首先是根据视觉来判断对产品的选购与否。
产品的色泽是物质对各种波长光线的吸收、反射等反映到视觉上的综合现象。
洗手液一般使用合成染料或者天然色素，前者的价钱比后者要便宜，但后者马鞍组了人们回归大自然的心理需求，故现在大部分厂商都选用天然色素。
这类色素对水和溶剂有良好的溶解性。
在一般情况下，天然色素配以相应的香精，使产品的色、香协调一致。
有的还添加相应的营养物质，使产品更接近天然。
色素的用量都应在千分之几的范围，甚至更少，因为这种加色只是使产品更加美观，因此，不应将洗手液的色调调配得太浓太深。
尤其是透明产品，必须保持产品应有的透明度。
加色选择对洗手液中某些组分油较好溶解性的色素，这样就可以将选定的色素预先与这种成分混溶在一起，然后在进行洗手液的复配。
如果这种色素能溶于水，加色工艺更加简单。
加色工艺操作应注意一点，各种色素加入到洗手液中，最终得到的色彩效果是一种综合指标，其实验性很强。
不同组分对色素配合后光反射效果不同，既要发生色彩、色度、色调的变化，不同工艺条件，其色彩效果也不同。
因此，强调主体配方确定后，还应将加色素工艺条件进行试验、定型，以达到希望的效果。
3黏度的调整
洗手液应有适当的黏度，为满足这一要求，除选择合适的表面活性剂等主要成分外，一般都要使用专门调整黏度的组分—增稠剂。
一般来说，加入氯化钠或氯化铵等电解质，可以显著地增加液体洗涤剂的黏度。
同时，为提高产品的黏度，应尽量选择非离子表面活性剂作为活性物成分。
对于洗涤剂来说，加入胶质、有机增厚剂或无机盐类，控制产品的黏度和乳浊点应同时考虑。
控制乳浊点首先要选用浊点较高的活性物在低温下溶解度较大的活性物。
一般来说，用氯化钠调节产品的黏度是很方便的，加入量1%-4%，边加边搅拌，不能过多。
4pH值的调整
在配置洗手液时，大部分活性物呈碱性，一部分重垢型洗手液是高碱性，而轻垢型碱性较低，个别产品则要求具有酸性。
因此，洗手液配制工艺中，pH值得调整带有共性。
pH值调节剂一般为缓冲剂，主要是一些酸和酸性盐，如硼酸钠、柠檬酸、酒石酸、磷酸和磷酸氢二钠，还有某些磺酸类都可以作为缓冲剂。
选择原则主要是成本和产品性能。
各种缓冲剂大多在洗手液配置后期加入，将各主要成分按工艺条件混配后，作为洗手液的基料，测定其pH值，估算缓冲剂加入量，然后投入，搅拌均匀，再测pH值。
未达到要求时再补加，就这样逐步逼近，直到满意为止。
对于一定容量的设备或加料量，测定pH值后可以凭经验估算缓冲剂用量，直到生产。
调节pH值得操作中，应注意以下问题：
洗手液pH值都有一个范围，没有定数，而且要十分准确地测定pH值也是困难的，即使使用玻璃电极来测定也是如此；另外产品配置后立即测定的pH值并不完全真实，长期储存后产品pH值将发生明显变化，这些在控制生产时都应考虑到。
2.2.4后处理
1过滤
从配置设备中得到的洗涤剂在包装前需滤去机械杂质。
2均质老化
经过乳化得液体，其稳定性往往较差，如果再经过均质工艺，使乳液中分散相中的颗粒更细小、更均匀，则产品更稳定。
均质或搅拌混合的制品，放在储罐中静置老化几小时，待其性能稳定后再进行包装。
3包装
对于绝大多数洗手液，都是用塑料瓶小包装。
正规生产[9-13]时应使用灌装机包装流水线。
小批量生产可用高位槽手工灌装，严格控制灌装量，做好封盖、贴标签、装箱和记载批号、合格证等工作。
袋装产品通常应使用灌装机灌装封口，包装质量与产品内在质量同等重要。
第三章工艺设备的选型和计算
3.1物料衡算和热量衡算
3.1.1物料衡算
年产20万吨洗手液，采用连续操作式生产，设置两条生产线。
视市场情况决定产量。
物料在釜内的停留时间为30min。
年工作日350天，每天24小时。
产量：
100kta285.714td11.905t3.31kgs
损耗量：
2%
则产量：
100.25kta291.546td12.148t3.375kgs
t=30min时，m=6073.86kg
kg
=5.7301
体积流量
=3.12s
按照配方的比例，各组分的加入量如表3.1所示：
表3.1物料衡算表
组分
质量分数（%）
进料量（）
A相
B相
C相
D相
50%-60%烷基葡萄苷
异硬脂酸钠
月桂酰基单乙醇胺
去离子水
99%三乙醇胺
硬脂酸聚乙二醇酯（20）异丁烯共聚物
去离子水
氯化钠
甲基氯异噻唑啉酮
玫瑰香
盐基玫瑰红
26.00
1.00
4.00
10.00
1.70
2.30
53.418
1.50
0.06
0.02
0.002
0.8112
0.0312
0.1248
0.312
0.05304
0.07176
1.66667
0.0468
1.872×10-3
6.24×10-4
6.24×10-5
3.1.2热量衡算
物料进入釜内15min升温至70℃。
m=
。
比热容按水计，Cp=4.183kJkg﹒℃。
物料从20℃升温到70℃所需的热量
水升温热量由夹套内水蒸气供给，水蒸气始末温度分别为150℃、110℃，则传热面积A
查《化工工艺设计手册》[14]得，
3.2搅拌釜的设计
夹套搅拌釜主要由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。
搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形成通常由工艺设计而定；传动装置是为带动搅拌装置设置的，主要由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座、人孔、工艺管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。
釜体一般是立式圆筒形容器，有顶盖、筒体、釜底，通过支座安装在基础平台上。
釜底通常为椭圆形封头。
顶盖在受压状态下常选用椭圆形封头，对于常压操作或操作压力不大而直接较大的设备，顶盖可采用薄钢板制造的平盖。
3.2.1罐体几何尺寸设计
（1）釜体形式为常用结构圆筒形，封头形式为常用结构椭圆形。
由物料衡算可确定
表3.2反应釜设计尺寸
全容积（）
操作容积（m3）
填料系数
8.2
5.74
0.7
几种搅拌釜的长径比i值如下表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1～1.3。
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，故选取i=H1D1=1.2。
表3.3i取值
种类
设备内物料类型
i
一般搅拌器
发酵罐类
液-固相或液-液相料
气-液相物料
1～1.3
1～2
1.7～2.5
（2）初算筒体内径
（3-1）
计算,得
m
筒体的容积、面积和质量,选取圆整筒体内径=2000mm，一米高的容积=3.14，内表面积=6.283。
按表3.4以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸,选取釜体封头容积=1.1257。
表3.4以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸
总深度H
内表面积A
容积V
1600
1700
1800
1900
2000
425
500
475
500
525
2.9007
3.2662
3.6535
4.0624
4.4930
0.5864
0.6994
0.8270
0.9687
1.1257
釜体高度按式
（3-2）
计算，得
=（8.2-1.1257）3.14=2.2530m
选取圆整釜体高度=2250mm
实际容积按式
（3-3）
计算,得
综上所述，筒体和夹套尺寸为下表3.6所示：
表3.6筒体和夹套尺寸
直径（mm）
高度（mm）
筒体
夹套
2000
2200
2250
1800
3.2.2夹套几何尺寸
按表3.5夹套直径选取夹套筒体内径=+200=2200mm
表3.5夹套直径
500～600
700～1800
2000～3000
+50
+100
+200
夹套筒体高度H2按式
（3-4）
计算，得
=
m
选取圆整夹套筒体高度H2=1800mm。
按表3.4以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸,选取罐体封头表面积=4.4930。
按表3.4筒体的容积、面积和质量,选取一米高筒体表面积=6.283。
实际总传热面积F按式
（3-5）
校核,得
=
3.2.3夹套搅拌釜的强度计算
1.强度计算（按内压计算强度）
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）150℃。
查表[15],选取罐体及夹套焊接接头系数=0.85。
压力容器用碳素钢钢板的许用应力,选取设计温度下材料许用应力[]t=113MPa。
罐体筒体计算厚度按式
（3-6）
计算，得
夹套筒体计算厚度按式
计算，得
罐体封头计算厚度按式
（3-7）
计算，得
夹套封头计算厚度按式
计算，得
壁厚附加量，其中C1为钢板负偏差，初步取=0.6mm,腐蚀裕量=2mm,热加工减薄量=0（封头热加工=0.5mm），因此：
=0.6+2+0=2.6mm
罐体筒体设计厚度按式
（3-8）
计算，得
=2.08+2.0=4.08mm
夹套筒体设计厚度按式
计算，得
=3.44+2.0=5.44mm
罐体封头设计厚度按式
计算，得
=2.08+2.0=4.08mm
夹套封头设计厚度按式
计算，得
=3.44+2.0=5.44mm
圆整选取罐体筒体名义厚度=8mm
圆整选取夹套筒体名义厚度=8mm
圆整选取罐体封头名义厚度=8mm
圆整选取夹套封头名义厚度=8mm
2.稳定性校核（按外压校核厚度）
（1）假设罐体筒体名义厚度=12mm
选取钢板厚度负偏差=0.6mm
据经验规律，腐蚀裕量=2.0mm
厚度附加量按式
（3-9）
计算，得
=0.6+2.0=2.6mm
罐体筒体有效厚度按式
（3-10）
计算，得
=12-2.6=9.4mm
罐体筒体外径按式
（3-11）
计算，得
=mm
筒体计算长度按式
（3-12）
计算，得
=1800+5253=1975mm
系数
系数
=20249.4=215.22
查参考文献附图4-1:
曲线（用于所有材料），得系数
查参考文献[16]附图4-2:
曲线，得系数=75MPa
许用外压力按式
（3-13）
计算，得
=75215.32=0.34MPa>0.3MPa
确定罐体筒体名义厚度=12mm
（2）假设罐体封头名义厚度=12mm
查参考文献钢板厚度负偏差，选取钢板厚度负偏差=0.6mm
据经验规律，腐蚀裕量=2.0mm
厚度附加量按式
计算，得
=0.6+2.0=2.6mm
罐体封头有效厚度按式
计算，得
=12-2.6=9.4mm
罐体封头外径按式
计算，得
=2000+=2024mm
标准椭圆封头当量球壳外半径按式
（3-14）
计算，得
=0.9mm
系数按式
（3-15）
计算，得
查相关文献曲线，得系数=93MPa
许用外压力按式
计算，得
>0.3MPa
确定罐体封头名义厚度=12mm
3.水压试验校核
罐体试验压力按式
（3-16）
计算，得
夹套水压试验压力按式
计算，得
查参考文献碳素钢、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
（3-17）
计算，得
<179.8Mpa
夹套内压试验应力
<179.8Mpa
所以夹套水压试验强度[17-19]足够。
综上所述，筒体和夹套具体加工尺寸如表3.7：
表3.7筒体和夹套局加工尺寸
筒体（mm）
封头（mm）
筒体
夹套
12
8
12
8
3.2.4设备接口
（1）物料进管口直径
（3-18）
式中:
v--体积流量（m3，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：
常用实心或空心直轴，其结构型式根据轴上安装的搅拌器类型、支承的结构和数量、以及与联轴器的连接要求而定，还要考虑腐蚀等因素的影响。
本搅拌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
轴功率=4kw搅拌轴转数=200rmin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
=30.41.05=31.9mm
圆整轴端直径
=40mm
因此搅拌轴[20]的直径为40mm。
3.2.6常用电机及其连接尺寸
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。
本反应釜用电机Y132M2-6，转速960rmin，电机功率P=5.5kW。
3.2.7釜用减速机类型、标准及其选用
搅拌釜用的立式减速机，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。
本搅拌釜采用V带传动减速机。
V带传动减速机具有结构简单、制造方便、安装容易、占地面积小、价格低廉、能防止过载、传动效率高和噪音小等优点。
查表可得标准减速机的功率、转速范围、类型代号及特性参数，V带传动减速机标准三角皮带型号及根数。
查表Y系列三相异步电动机主要技术数据，传动的额定功率P=5.5k
小皮带轮转速
大皮带轮转速
3.2.8搅拌釜连接装置设计
（1）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。
本搅拌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。
（2）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连接件。
安装底盖的常用形式为RS和LRS型，其他结构（整体或衬里）、密封面形式（突面安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同。
形式选取时应注意与凸缘法兰的密封面配合（突面配突面，凹面配凹面）。
本搅拌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选取。
安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同，均为DN=500mm。
.
（3）机架
机架是安放减速机用的，它与减速机底座尺寸应匹配。
标准机架有三种：
（1）无支点机架
（2）单支点机架（3）双支点机架。
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。
（4）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
升级会员 