1、 海 南 大 學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計 題 目：1000噸/年海藻酸鈉生產(chǎn)工藝初步設(shè)計 學(xué) 號： 20090104310011 姓 名： 黃 曉 玲 年 級： 09 級 學(xué) 院： 材料與化工學(xué)院 系 別： 化學(xué)工程與工藝 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 指導(dǎo)教師： 張德拉，李嘉誠 完成日期： 2013年05 月10 日 摘要 海藻酸鈉是從褐藻類海帶或馬尾藻中提取的一種天然多糖碳水化合物，由1-4聚-D甘露糖醛酸和-L古洛糖醛酸組成的一種線性聚合物，是海藻酸衍生物中的一種。海藻酸鈉易溶于水，具有增稠，懸浮，乳化，穩(wěn)定，形成凝膠和薄膜的優(yōu)良特性，使其在食品、印染、醫(yī)藥、化妝品和其他化工行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。 本次

2、設(shè)計采用鈣凝-離子交換法，從海南野生馬尾藻中提取海藻酸鈉。通過對海藻酸鈉提取原理的闡述，設(shè)計出一套完整的海藻酸鈉生產(chǎn)方案。設(shè)計對整個工藝流程進行了完整的物料衡算和熱量衡算，并對主要設(shè)備進行具體的設(shè)計和選型。同時也對污水處理，環(huán)境保護和廠房設(shè)計進行了具體的說明和處理。本次設(shè)計還提供了工藝流程和主要設(shè)備的初步設(shè)計圖紙。關(guān)鍵詞：海藻酸鈉；生產(chǎn)工藝；初步設(shè)計Abstract Sodium alginate is a natural carbohydrate extracted from Brown algae laminaria or Sargassum.It is a kind of linear

3、polymers which is composed of 1-4 poly - -D mannuronic acid and -L guluronic acid ,and it is a kind of alginic acid derivatives. Sodium alginate is soluble in water, with thickening, suspension, emulsion, stability, excellent properties of gel formation and films, it has been widely used in food, te

4、xtile, medicine, cosmetics and other chemical industry. This design uses calcium coagulation-ion exchange method to extract sodium alginate from Hainan wild sargassum. By describing the principle of sodium alginate extracting , we design a complete set of sodium alginate production plan. Which concl

5、ude the design of the material balance and heat balance calculation of the whole process, and design and selection of main equipment concretely. Also on the sewage treatment, environmental protection design and plant are described and deal with concrete. The design also provides preliminary design d

6、rawings of the process flow and main equipment.Keywords:Sodium alginate; production technology; the preliminary design目錄1.總論11.1概述1海藻酸鈉的性質(zhì)1產(chǎn)品用途2從馬尾藻中提取海藻酸鈉的意義4海藻酸鈉的市場供需及價格情況4海藻酸鈉發(fā)展前景51.2設(shè)計的目的和意義5設(shè)計的目的5設(shè)計的意義51.3設(shè)計依據(jù)和原則6設(shè)計依據(jù)6設(shè)計原則61.4設(shè)計范圍61.5海藻酸鈉生產(chǎn)能力及產(chǎn)品質(zhì)量標準7生產(chǎn)能力7產(chǎn)品質(zhì)量標準72. 生產(chǎn)方案選擇82.1生產(chǎn)方法8酸凝-酸化法生產(chǎn)海藻酸鈉8鈣凝

7、-酸化法生產(chǎn)海藻酸鈉9鈣凝-離子交換法生產(chǎn)海藻酸鈉93.生產(chǎn)工藝流程設(shè)計及說明113.1“鈣凝-離子交換法”生產(chǎn)工藝流程設(shè)計113.2生產(chǎn)工藝流程說明114.工藝計算124.1物料衡算12原輔物料的計算12物料衡算匯總列表14水、電煤的用量計算154.2熱量衡算16消化工段熱量衡算16濃縮工段熱量衡算16干燥工段熱量衡算185.設(shè)備設(shè)計與選型205.1主要設(shè)備設(shè)計和選型20干馬尾藻浸泡池設(shè)計20濕馬尾藻粉碎機的選型20甲醛浸泡池的設(shè)計21消化鍋的設(shè)計與選型216. 環(huán)境保護措施及污水處理方案266.1施工期環(huán)保措施情況26對施工揚塵采取的防治措施26對施工噪聲采取的防治措施27固體廢物防治措施

8、27廢水防治措施276.2環(huán)保設(shè)施、措施的落實情況27廢水治理措施27固體廢物的處置措施28環(huán)境噪聲治理措施29危險化學(xué)品的安放與處置296.3環(huán)保機構(gòu)及其管理制度296.4今后的環(huán)保工作計劃297.車間設(shè)計307.1 廠房布置設(shè)計的條件和依據(jù)307.1.1 常用的規(guī)范和規(guī)定307.1.2 設(shè)計的基本條件307.1.3 設(shè)計的基本依據(jù)317.2 車間廠房的布置設(shè)計31廠房的平面布置32廠房的空間布置32廠房布置時需注意的問題327.3廠房布置原則327.4廠房的整體布置設(shè)計337.5車間設(shè)備布置設(shè)計34消化車間348.廠址選擇及廠區(qū)總平面設(shè)計348.1廠址選擇34廠址選擇的原則和指導(dǎo)思想34廠

9、址選擇及其依據(jù)348.2廠區(qū)總平面設(shè)計35工廠概況35主要設(shè)計構(gòu)思35占地面積的確定36平面布置原則的指導(dǎo)思想369.設(shè)計評析與總結(jié)36致謝37參考文獻371.總論1.1概述海藻酸鈉的性質(zhì) 海藻酸鈉，是從褐藻類海帶或馬尾藻中提取的一種天然多糖碳水化合物，由1-4聚-D甘露糖醛酸和-L古洛糖醛酸組成的一種線性聚合物，是海藻酸衍生物中的一種。海藻酸鈉易溶于水，具有增稠，懸浮，乳化，穩(wěn)定，形成凝膠和薄膜的優(yōu)良特性，使其在食品、印染、醫(yī)藥、化妝品和其他化工行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。 中文名稱：海藻酸鈉 英文名稱：Sodium alginate別 名：褐藻酸鈉；海帶膠；海藻膠CAS 號：9005-38-3分

10、子 式：(C6H7O6Na)n結(jié) 構(gòu) 式：結(jié)構(gòu)單元分子量：198.11 大分子量：32000-250000沸 點：495.2C at 760 mmHg蒸 氣 壓：6.95-12mmHg at 25C外觀與性狀：海藻酸鈉為白色或淡黃色粉末，幾乎無臭無味。溶 解 性：海藻酸鈉溶于水，不溶于乙醇、乙醚、氯仿等有機溶劑。溶于水成粘稠狀液體，1水溶液pH值為6-8。當pH6-9時粘性穩(wěn)定，加熱至80 以上時則粘性降低。毒 性：海藻酸鈉無毒，LD505000mgkg。 安 全 性：刺激眼睛、呼吸系統(tǒng)和皮膚，避免與皮膚和眼睛接觸；不慎與眼睛接觸后，請立即用大量清水沖洗并征求醫(yī)生意見； 凝 膠 性：螯合劑可以

11、絡(luò)合體系中的二價離子，使得海藻酸鈉能穩(wěn)定于體系中。 增稠性和成膜性： （1）作為飲料、乳品等的增稠劑海藻酸鈉在增稠方面有獨特的優(yōu)勢：海藻酸鈉良好的流動性，使得添加后的飲品口感柔滑；并且可以防止產(chǎn)品消毒過程中的黏度下降現(xiàn)象。在利用海藻酸鈉作為增稠劑時，應(yīng)盡量使用分子量較大的產(chǎn)品，適量添加Ca，可以大大提高海藻酸鈉的黏度。 （2）作為冰淇淋等冷飲的穩(wěn)定劑海藻酸鈉是一種高檔的穩(wěn)定劑，它可使冰淇淋等冷飲食品產(chǎn)生平滑的外觀、柔滑的口感。由于海藻酸鈣可形成穩(wěn)定熱不可逆凝膠，因而在運輸、儲藏過程中不會變粗糙（冰晶生長），不會發(fā)生由于溫度波動而引起的冰淇淋變形現(xiàn)象；同時這種冰淇淋食用時無異味，既提高了膨脹率又

12、提高了融點，使得產(chǎn)品的質(zhì)量和效益都有顯著提高。產(chǎn)品口感柔滑、細膩、口味良好。添加量較低，一般為13，國外添加量為510。（3）作為乳制品及飲料的穩(wěn)定劑用海藻酸鈉穩(wěn)定的冰凍牛乳具有良好的口感，無粘感和僵硬感，在攪拌時有粘性，并有遲滯感。產(chǎn)品用途（一）海藻酸鈉在食品工業(yè)具有以下用途 （1）穩(wěn)定性 海藻酸鈉用以代替淀粉、明膠作冰淇淋的穩(wěn)定劑時，海藻酸鈉可控制冰晶的形成，改善冰淇淋口感，海藻酸鈉也可穩(wěn)定糖水冰糕、冰果子露、冰凍牛奶等混合飲料。許多乳制品，如精制奶酪、摜奶油、干乳酪等利用海藻酸鈉的穩(wěn)定作用可防止食品與包裝物的連粘性，可作為上乳制飾品覆蓋物，海藻酸鈉可使其穩(wěn)定不變并防止糖霜酥皮開裂。 （2

13、）增稠與乳化性 海藻酸鈉用于色拉(一種涼拌菜)調(diào)味汁，布丁(一種甜點心)、果醬、番茄醬及罐裝制品的增稠劑，海藻酸鈉可提高制品的穩(wěn)定性質(zhì)，減少液體滲出。 （3）水合性 在掛面、粉絲、米粉制作中添加海藻酸鈉可改善制品組織的粘結(jié)性，使其拉力強、彎曲度大、減少斷頭率，特別是對面筋含量較低面粉，效果更為明顯。在面包、糕點等制品中添加海藻酸鈉，可改善制品內(nèi)部組織的均一性和持水作用，延長貯藏時間。在冷凍甜食制品中添加海藻酸鈉可提供熱聚變保護層，改進香味逸散，提高熔點的性能。 （4）膠凝性 海藻酸鈉可做成各種凝膠食品，保持良好的膠體形態(tài)，不發(fā)生滲液或收縮，所以海藻酸鈉適合用于冷凍食品和人造仿型食品。還可用海藻

14、酸鈉來覆蓋水果、肉、禽類和水產(chǎn)品作為保護層，使其與空氣不直接接觸，延長貯藏時間。海藻酸鈉還可作為面包的糖衣、加餡填料、點心的涂蓋層、罐頭食品等自凝形成劑。在高溫、冷凍和酸性介質(zhì)中仍可維持原有的體。海藻酸還可代替瓊膠制成具有彈性，不粘牙，透明的水晶軟糖。（二）海藻酸鈉在醫(yī)藥行業(yè)具有以下用途 （1）牙科印模料 過去牙科印模主要用橡膠、石膏等混合物，近年來已被海藻酸鈉印模料代替，海藻酸鈉印模具有操作簡便，印出的齒形準確等優(yōu)點。海藻酸鈉印模料凝固劑裝兩包，使用時將兩者用水調(diào)合，數(shù)分鐘后即可凝固成型，成型作用主要是海藻酸鈉。 （2）止血劑 海藻酸鈉溶液在酸性或鈣鹽溶液中具有纖維狀沉淀，其分子結(jié)構(gòu)呈線形，

15、故用此機理，海藻酸鈉可制成各種劑型止血劑，如止血紗布，止血海綿，燙傷紗布，噴霧止血劑等。對放射性元素及有害金屬的阻、排作用：海藻酸鈉具有對某些元素的特殊交換能力。不但有預(yù)防鍶吸收的效果，而且還有一定的治作用，當被放射性鍶染之后，口服一定量的海藻酸鈉，可將消化道中的放射性鍶很快吸收并排出體外。 （3）藥膏、藥片及其制劑。利用海藻酸鈉增稠和凝膠的特性，作為藥品各種劑型的添加劑，如海藻酸鈉與羊毛脂調(diào)合制成硫磺軟膏，可醫(yī)治皮膚病，還可與磺胺藥物混合作眼膏以及苯基醋酸等混合作避孕膏低聚藻膠作腸用膠囊，使藥物在腸道中停留和吸收時間大大延長，從而提高藥物的療效。（三）海藻酸鈉在印紡工業(yè)具有以下用途 （1）印

16、花漿。海藻酸鈉用作經(jīng)紗上漿、整理漿、印花漿等已有悠久的歷史，但主要用在印花漿方面。海藻酸鈉用作活性染 料色漿，具有獨特性能。纖維和活性染料進行化學(xué)反應(yīng)，將染料固定在纖維上，在染色過程中所用印花漿應(yīng)不干擾或參與化學(xué)反應(yīng)鍵合。若色漿參與反應(yīng)，就會固定在纖維上，這就造成染過的纖維手感發(fā)硬，變脆、色澤不好。當使用海藻酸鈉作印花漿時，既不影響活性染料與纖維的染色過程，同印出花紋清晰、鮮艷、給色量高，手感好。海藻酸鈉不僅適合于棉布印色，也適用于羊毛、絲、合成纖維的印花。 中等粘度和低粘度的海藻酸鈉都適用于從篩網(wǎng)式印花到滾筒式印花色漿的要求。實際上用低粘度的海藻酸鈉制備花漿較穩(wěn)，這使制備較高含量的印花漿成為

17、可能，這種印花漿可導(dǎo)致在干燥過程中產(chǎn)生致密的膜，使著色率增加。 （2）人造纖維。海藻酸鈉與石棉短纖維混合，經(jīng)過醋酸鈣溶液凝固處理，可防止石棉纖維飛揚，從而影響人身健康。（四）海藻酸鈉在其它工業(yè)的用途造紙上漿用水溶性海藻酸鈉代替部分松香紙漿分散劑或紙張表面上漿，能增加紙張表面光滑度，并能調(diào)節(jié)印刷墨水、蠟、油的吸收，提高紙張的耐揉性。電焊條被負：焊條藥皮材料與海藻酸鈉，海藻酸鉀，海藻酸鈣混合，可粘合被負藥皮，并濕潤藥皮材料，使得在擠壓過程中有足夠的塑性，而且在使用焊接過程中容易燃燒成灰，減少飛濺。此外，海藻酸鈉可應(yīng)用于樹脂涂料、橡膠膏化劑、電池隔極層以及水處理方面。在農(nóng)業(yè)方面，海藻酸鈉可作為種子處

18、理、殺蟲劑、抗病毒材料進行應(yīng)用。從馬尾藻中提取海藻酸鈉的意義海藻酸鈉易溶于水，具有增稠、懸浮、乳化、穩(wěn)定、形成凝膠和薄膜的優(yōu)良特性，使其在食品、印染、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。20世紀80年代初在食品工業(yè)協(xié)會、農(nóng)牧漁業(yè)部聯(lián)合召開的全國食用海藻酸交流會上，專家充分肯定了海藻酸的食用和藥用價值，呼吁我國大力推廣海藻酸的生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)。目前我國海藻酸鈉的制備是以人工養(yǎng)殖的海帶為原料，但產(chǎn)量有限，只盛產(chǎn)于北方，且生產(chǎn)成本高。而馬尾藻則是熱帶及溫帶海域多年生藻類，我國沿海地區(qū)的馬尾藻資源豐富， 但我國對其利用甚少，本次設(shè)計便是基于此情況做從馬尾藻中提取海藻酸鈉的工藝設(shè)計，從一定程度上提高對中國沿海

19、地區(qū)野生馬尾藻的利用，另一方面也促進了我國海藻酸鈉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著我國國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，海藻酸鈉市場需求量也在不斷增長，因此，開發(fā)國內(nèi)海藻酸鈉的生產(chǎn)和應(yīng)用，對我國化學(xué)工業(yè)的發(fā)展意義重大。海藻酸鈉的市場供需及價格概況目前全世界褐藻膠年產(chǎn)量約為34萬噸，其中中國的年產(chǎn)量約為10000噸。美國、日本生產(chǎn)的褐藻膠的售價為55008000美元噸，挪威、法國膠為50007000美元噸，中國出口膠由于質(zhì)量欠優(yōu)，售價只有35005000美元噸，內(nèi)銷膠價為2O40萬元(人民幣)噸（此價隨海帶等原料價因素而波動）。另外，隨著海藻酸鈉應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，要求使用高純度海藻酸鈉的用戶越來越多。由于我國目前的生產(chǎn)工藝

20、落后，產(chǎn)品純度遠遠達不到國內(nèi)外客戶的要求。比如，隨著印染、印花行業(yè)的飛速發(fā)展，對糊料的要求越來越高，而各種高檔織物印花均需高純度的海藻酸鈉來充當糊料，據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)外每年大約需要高純度海藻酸鈉1000多噸。同時，由于國內(nèi)外每年用于高檔食品的高純度海藻酸鈉約4000噸。所以僅上述兩個行業(yè)每年需求高純度海藻酸鈉約5000噸，其市場潛力很大。海藻酸鈉發(fā)展前景 在美國海藻酸鈉被譽為“奇妙的食品添加劑”，在日本海藻酸鈉被譽為“長壽食品”。高粘度海藻酸鈉具有增稠性好，成膜性好，凝膠強度高，成絲性好等優(yōu)點，是良好的食品添加劑，美國、英國、挪威以及一些東南亞國家已經(jīng)將海藻酸鈉廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)。目前國際海藻酸鈉

21、貿(mào)易量約為2.2萬噸/a，其中美國和挪威公司銷售量占71%。國際海藻酸鈉需求量將穩(wěn)中有升。因此我國對海藻酸鈉的生產(chǎn)也應(yīng)加大幅度，而且還應(yīng)該把工作重點放在提高質(zhì)量，增加品種上。食用藻類資源的開發(fā)利用，是當前食品研究和應(yīng)用的一個重要方向。因此，海藻酸鈉作為一種從褐藻類生物中提取的產(chǎn)品在“功能食品”、“保健食品”和“設(shè)計食品”中具有廣泛的應(yīng)用前景。海藻酸鈉用于開發(fā)緩控釋放制劑越來越引人注目，也已經(jīng)成為一個熱門課題。海藻酸作為藥物載體在耳科疾病局部治療中也有廣泛的應(yīng)用前景。由于海藻酸鈉能夠保留軟骨細胞分泌的基質(zhì)，軟骨細胞在海藻酸鈉中能夠良好地繁殖生長，可見海藻酸鈉在人造軟骨方面有著重要的應(yīng)用前景。1.

22、2設(shè)計的目的和意義設(shè)計的目的從馬尾藻中提取海藻酸鈉以滿足日益增長的市場需求，充分利用野生馬尾藻資源，同時獲得很好的經(jīng)濟收益。設(shè)計的意義（1）滿足各行各業(yè)產(chǎn)品需求。（2）可以長遠解決公司的生存問題，并且為當?shù)靥峁└嗟臉I(yè)機會，促進區(qū)域經(jīng)濟的展。（3）做到了真正意義上的綠色產(chǎn)業(yè)。（4）有利于國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，保持國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。1.3設(shè)計依據(jù)和原則設(shè)計依據(jù)海南大學(xué)2013年畢業(yè)設(shè)計課題年產(chǎn)1000噸海藻酸鈉生產(chǎn)工藝流程初步設(shè)計任務(wù)書，見附件。設(shè)計原則（1）按技術(shù)先進、成熟可靠、經(jīng)濟合理的原則對技術(shù)方案進行論證，以確定最佳方案；（2）盡可能采用節(jié)能工藝和高效設(shè)備，充分發(fā)揮規(guī)模效應(yīng)，降低能耗、

23、物耗和生產(chǎn)成本，提高項目的經(jīng)濟效益和社會效益；（3）主體工程與環(huán)境保護、勞動安全和工業(yè)衛(wèi)生同時考，以減少“三廢”排放，加強廢渣治理，確保安全生產(chǎn)，消除并盡可能減小工廠生產(chǎn)對化境的不良影響和對工廠職工以及周邊地區(qū)居民健康的危害。1.4設(shè)計范圍本設(shè)計的主要內(nèi)容：（1）生產(chǎn)方案選擇（2）工藝流程設(shè)計與論證（3）工藝原理與操作條件說明（4）工藝計算物料衡算與熱量衡算（5）生產(chǎn)主要設(shè)備設(shè)計計算與選型（6）生產(chǎn)車間設(shè)備配置與布置設(shè)計（7）編寫項目設(shè)計說明書（8）工程設(shè)計繪圖設(shè)計重點：生產(chǎn)方案選擇；工藝流程設(shè)計與論證；工藝計算；設(shè)備設(shè)計計算與選型。1.5海藻酸鈉生產(chǎn)能力及產(chǎn)品質(zhì)量標準生產(chǎn)能力年產(chǎn)1000噸海

24、藻酸鈉，年工作日為300天，全天候連續(xù)生產(chǎn)。產(chǎn)品質(zhì)量標準 本設(shè)計生產(chǎn)的海藻酸鈉產(chǎn)品質(zhì)量標準參考中華人民共和國海藻酸鈉質(zhì)量標準，也可適當根據(jù)客戶對產(chǎn)品的需求進行改造。 表1 中華人民共和國海藻酸鈉質(zhì)量標準項目 指標 分類工業(yè)級 執(zhí)行：中國農(nóng)業(yè)部 SC/T 3401-1985食品級食品添加劑國家標準GB1976-80粒度30目100%通過或根據(jù)合同要求根據(jù)合同要求水份 %1414Ph粘度 (mPa.s)根據(jù)合同要求150或按合同要求含鈣量 %0.3/硫酸灰份%30-37水不溶物%0.63.0透明度 cm3COMPLY TO STIPULATED重金屬%/0.004砷鹽 %/0.0002鉛%/0.0

25、0042.生產(chǎn)方案選擇海藻酸鈉常用的提取方法主要有酸凝-酸化法，鈣凝-酸化法，鈣凝-離子交換法和酶解法。下面簡單介紹前三種提取方法的工藝原理和流程。2.1海藻酸鈉的生產(chǎn)方法酸凝-酸化法生產(chǎn)海藻酸鈉該提取方法的提取過程如下： 浸泡切碎消化稀釋過濾、洗滌酸凝中和乙醇沉淀過濾烘干粉碎成品該提取方法的操作要點及原理如下：（1） 浸泡 加10倍于海帶重量的水，在常溫下浸泡4小時，并加適量質(zhì)量分數(shù)1.0%的甲醛，這樣可以將海帶色素固定在表皮細胞中，不至海帶色素溶于水而導(dǎo)致產(chǎn)品色澤加深。同時，甲醛對植物細胞壁纖維組織有破壞作用，有利于消化過程中海藻酸鹽的置換與溶出。浸泡結(jié)束后取出海帶，用水洗滌直至洗滌液無色

26、。（2） 消化 將切碎的海帶在一定溫度下，加入一定濃度一定體積的Na2CO3溶液進行消化。此過程反應(yīng)方程式如下： 2M(Alg)n+nNa2CO3 2nNaAlg+M2(CO3) (2.1.1-1) 其中M為Ca、Fe等金屬離子，Alg為海藻酸（3） 過濾 消化以后的海帶變成糊狀，比較粘稠，要先加一定量的水將糊狀液體稀釋，再過濾。由于直接抽濾這種糊狀液體速度太慢，因此首先用紗布初濾一次，再將濾液用真空泵抽濾。NaAlg+Hcl Nacl +HAlg(2.1.1-2)（4） 酸凝 將過濾后的料液加水稀釋，再往料液中緩慢加入稀鹽酸直至開始有絮狀沉淀為止，然后靜置8-12h,最后往靜置液中緩慢加入稀

27、鹽酸，調(diào)節(jié)PH值約為1-2，海藻酸凝聚成酸凝塊。去清液，留下酸凝塊。此過程反應(yīng)方程式如下： 2HAlg+Na2CO3NaAlg+H2O+CO2(2.1.1-3)(5) 中和 在常溫下，邊攪拌邊加入一定濃度Na2CO3溶液溶解酸凝塊，直至PH值為7.5，中和完成。此過程反應(yīng)方程式如下： (6) 析出海藻酸鈉 往中和后的溶液中加入濃度為95%的乙醇，結(jié)果析出白色沉淀。由于海藻酸鈉易溶于水，不溶于乙醇，為了得到盡可能多的產(chǎn)品，可以用乙醇將部分溶解在水中的海藻酸鈉一并析出，這樣可以提高提取率。 最后經(jīng)過過濾、干燥、粉碎后即可得到產(chǎn)品。 該工藝流程中酸凝速度慢，需要8-12個小時，而且膠狀沉淀顆粒很小，

28、不好過濾；生產(chǎn)的中間產(chǎn)物海藻酸不穩(wěn)定，易降解，因此，所得產(chǎn)品產(chǎn)率、粘度都很低。 鈣凝-酸化法生產(chǎn)海藻酸鈉該提取方法提取過程如下：浸泡切碎消化稀釋過濾、洗滌鈣析鹽酸脫鈣堿溶乙醇沉淀過濾烘干粉碎成品 該提取方法的其他步驟與酸凝酸化法相同，只是有以下兩步不同：2NaAlg+Cacl2 2Nacl+Ca(Alg)2 (2.1.2-1)（1） 鈣析 將濾液用鹽酸調(diào)節(jié)PH值為6-7，加入一定量10%的Cacl2溶液進行鈣析。此過程反應(yīng)方程式如下： Ca(Alg)2+ Hcl Cacl2 + 2HAlg(2.1.2-2)(2)鹽酸脫鈣 將鈣凝得到的海藻酸鈣經(jīng)水洗除去殘留的無機鹽后，用一定體積的10%左右的鹽

29、酸酸化30分鐘，使其轉(zhuǎn)化為海藻酸凝塊，去清液，留下酸凝塊。此過程反應(yīng)方程式如下： 該工藝流程，鈣析的速度比較快，沉淀顆粒也比較大。但在脫鈣過程中，由于采用鹽酸洗脫的方式，產(chǎn)生的中間產(chǎn)物海藻酸不穩(wěn)定，易降解，因此所得到的的產(chǎn)品收率和粘度都不是很高。鈣凝-離子交換法生產(chǎn)海藻酸鈉 該提取方法提取過程如下： 浸泡切碎消化稀釋過濾、洗滌鈣析離子交換脫鈣乙醇沉淀過濾烘干粉碎成品該提取方法的其他步驟與鈣凝-酸化法相同，只是采用離子交換脫鈣，即將鈣析后的產(chǎn)品過濾后，再往里加入一定濃度為15%的氯化鈉溶液脫鈣。此過程反應(yīng)方程式如下： Ca(Alg)2 + Nacl 2NaAlg+Cacl2(2.1.3-1) 利

30、用交換生成的海藻酸鈉，由于海藻酸鈉不溶于乙醇，仍為絮狀凝膠，最后經(jīng)過濾、干燥、粉碎即得成品海藻酸鈉。 在此工藝流程中，鈣析的速度比較快，沉淀顆粒也比較大，采用離子交換脫鈣法所得產(chǎn)品收率較高，已達42.6%，粘度已達2840mPa.s,遠高于目前國際上工業(yè)產(chǎn)品粘度（150-1000mPa.s),而且所得產(chǎn)品均勻性好，儲存過程中粘度穩(wěn)定。 2.2生產(chǎn)方案確定 通過對以上三種生產(chǎn)海藻酸鈉的工藝流程的介紹可以知道，酸凝-酸化法和鈣凝-酸化法一方面生成的中間產(chǎn)物海藻酸不穩(wěn)定易降解，會減少海藻酸鈉的提取率，另一方面產(chǎn)生的大量廢酸增大了污水處理的難度，成本增高，處理不當，還會嚴重污染環(huán)境。而鈣凝-離子交換法

31、很好地避免以上兩方面的問題。綜合以上分析方法比較考慮，本次設(shè)計選擇鈣凝-離子交換法來生產(chǎn)海藻酸鈉。3.生產(chǎn)工藝流程設(shè)計及說明3.1“鈣凝-離子交換法”生產(chǎn)工藝流程設(shè)計綜上分析，本課題選取用“鈣凝-離子交換法”生產(chǎn)方法，其工藝流程設(shè)計見圖1所示： 干馬尾藻 浸泡粉碎脫水甲醛浸泡加堿消化兌稀發(fā)泡沉降 過濾鈣化離子交換脫鈣無水乙醇沉淀過濾 烘干 粉碎成品過濾水洗水洗 濃縮圖1：鈣凝-離子交換法生產(chǎn)工藝流程簡圖3.2生產(chǎn)工藝流程說明“鈣凝-離子交換法”工藝流程說明：干馬尾藻經(jīng)計量后，加入干馬尾藻重量10倍的水浸泡30分鐘后，將濕馬尾藻脫水送入粉碎機破碎至2-3mm，送入甲醛浸泡池，加10倍質(zhì)量分數(shù)為1

32、%的甲醛浸泡3小時，其主要目的是將馬尾藻的色素固定在表皮細胞中，不至于產(chǎn)品色澤加深。同時，甲醛對植物細胞壁纖維組織有破壞作用，有利于在消化過程中海藻酸鹽的置換和溶出，減少消化時間。浸泡結(jié)束后過濾水洗至洗滌液為無色。將粘稠狀物質(zhì)送入消化鍋內(nèi)，在消化鍋內(nèi)加入10倍質(zhì)量分數(shù)為2%的碳酸鈉溶液，在消化溫度為60攝氏度的條件下消化3個小時，然后放入沖稀池，沖稀至恩氏100-120秒，以壓縮空氣混勻后，送入發(fā)泡機發(fā)泡沉降2小時，然后取上清液送入300目履帶過濾機過濾兩次，濾液以水泵送入鈣化系統(tǒng)進行鈣化，加入膠液量的20%鈣液（鈣液氯化鈣濃度為10%）。該過程可以使海藻酸鈉轉(zhuǎn)化為非水溶性的海藻酸鈣析出，使得

33、海藻酸鈉與大量水份分離，同時將大量的無機鹽，色素等水溶性雜質(zhì)隨水排出。經(jīng)發(fā)泡器發(fā)泡及高速攪拌后，過濾洗滌，送入間歇式反應(yīng)釜中加入適量質(zhì)量分數(shù)為15%的Nacl溶液進行間歇多次脫鈣，并在洗脫液中滴加適量稀硫酸直到不生成硫酸鈣渾液為止，濃縮后加過量無水乙醇進行沉淀過濾，干燥粉碎既得成品。4.工藝計算4.1物料衡算原輔物料的計算 根據(jù)設(shè)計任務(wù)，海藻酸鈉的年生產(chǎn)能力為1000噸/年，全年365天，除去大、中修理及放假等共65天。則 年工作日 = 36565=300天每晝夜生產(chǎn)能力為：1000300 =3.3334噸/天=0.1389噸/小時本生產(chǎn)過程屬于間歇式生產(chǎn)過程，生產(chǎn)周期為16小時，全年生產(chǎn)周期

34、為 3002416=450個周期。每個生產(chǎn)周期生產(chǎn)能力為： 0.138916 =2.2223噸/周期 根據(jù)實驗及經(jīng)驗知道從馬尾藻中提取海藻酸鈉的平均提取率W=35.5%，則每個周期投入的干馬尾藻質(zhì)量m=2.222335.5%=6.26噸/周期 以此作為物料衡算的基準。(1)浸泡取6.26噸干馬尾藻，加10倍重量水于浸泡池中浸泡1小時，浸泡后的水用于提取碘和甘露醇，所需水的質(zhì)量為m1（水）=6.2610=62.6t/周期,馬尾藻無質(zhì)量損失。干馬尾藻吸水后的質(zhì)量為：m（濕馬尾藻）=m（干馬尾藻）150%=6.26150%=9.39噸/周期（2）脫水，粉碎將浸泡后的馬尾藻脫水后送入粉碎機粉碎，此時馬

35、尾藻有0.5%的質(zhì)量損失m(濕馬尾藻）=9.39（1-0.5%）=9.3431噸/周期（3）甲醛浸泡后過濾水洗 將粉碎后的馬尾藻投入甲醛浸泡池，加入10倍質(zhì)量分數(shù)為1%的甲醛溶液浸泡3小時，m(甲醛溶液）=109.3431=93.431噸/周期，其中 甲醛消耗量： m(甲醛)=93.4311%=0.93431噸/周期， 水的消耗量： m2（水）=93.431（1-1%）=92.4967噸/周期過濾水洗耗水量占馬尾藻重量的30%， m3（水）=9.343130%=2.8030t/周期，水洗后馬尾藻損失1%的質(zhì)量，故過濾水洗后， m(濕馬尾藻)=9.3431(1-1%)=9.2497t/周期（4）

36、 消化將過濾水洗后的粘稠狀馬尾藻送入消化鍋內(nèi)，加入10倍質(zhì)量分數(shù)為2%的碳酸鈉溶液浸沒馬尾藻，在60攝氏度的條件下消化3小時，此時所需碳酸鈉溶液的質(zhì)量為 m(碳酸鈉溶液)=9.249710=92.497t/周期，其中碳酸鈉的消耗量：m(碳酸鈉）=92.4972%=1.8500t/周期水的消耗量：m4（水）=92.497(1-2%)=90.6471t/周期（5）沖稀，發(fā)泡沉降，過濾將消化后的消化液放入沖稀池，沖稀至恩氏100-120秒，與壓縮空氣混勻后，送入發(fā)泡機發(fā)泡沉降2.5小時，然后取上清液送入300目履帶過濾機過濾兩次，此時有1%海藻酸鈉的質(zhì)量損失（6）鈣化，水洗 濾液以水泵送入鈣化系統(tǒng)進

37、行鈣化，加入膠液量的20%鈣液（鈣液氯化鈣濃度為10%）。再經(jīng)發(fā)泡器發(fā)泡及高速攪拌后，過濾洗滌，水洗耗水量為洗滌物質(zhì)海藻酸鈣質(zhì)量的30%。該過程可以使海藻酸鈉轉(zhuǎn)化為非水溶性的海藻酸鈣析出，使得海藻酸鈉與大量水份分離，同時將大量的無機鹽，色素等水溶性雜質(zhì)隨水排出。水洗過程中會有0.5%的海藻酸鈣流失。（7）離子交換脫鈣鈣化水洗后送入間歇式反應(yīng)釜中加入10倍質(zhì)量分數(shù)為15%的Nacl溶液進行脫鈣。（8） 濃縮沉淀過濾 將脫鈣后的海藻酸鈉溶液濃縮至60%后加入10倍無水乙醇攪拌均勻后靜置半個小時過濾，此時有1%的海藻酸鈉產(chǎn)品損失。（9） 干燥粉碎，包裝假設(shè)過濾后海藻酸鈉含水量為25%(濕基含水量），

38、干燥后含水量5%(濕基含水量），所得海藻酸鈉質(zhì)量為m0(海藻酸鈉)=2.2223t/周期，過濾后海藻酸鈉質(zhì)量m(含水海藻酸鈉)=2.2223(1-5%)（1-25%）=2.8149t/周期干燥除去水分質(zhì)量m5(水)=2.8149-2.2223=0.5926t/周期， 離子交換脫鈣后海藻酸鈉質(zhì)量m1(海藻酸鈉)=2.2223（1-1%）=2.2448t/周期。濃縮后海藻酸鈉溶液質(zhì)量m(濃縮后海藻酸鈉溶液)=2.244860%=3.7414t/周期，則沉淀所需無水乙醇質(zhì)量m(無水乙醇)=3.741410=37.414t/周期鈣化水洗后海藻酸鈣的質(zhì)量m1(海藻酸鈣)=2.2500t/周期，則消耗的質(zhì)

39、量分數(shù)為15%的氯化鈉溶液質(zhì)量為m(氯化鈉溶液)=2.250010=22.500t/周期m(氯化鈉）=22.50015%=3.375t/周期，耗水量m6(水)=22.500（1-15%）=19.125t/周期鈣化后海藻酸鈣的質(zhì)量m2(海藻酸鈣)=2.2500（1-0.5%）=2.2613t/周期鈣化水洗耗水量m7(水)=2.261330%=0.6784t/周期沖稀發(fā)泡沉降過濾后的濾液中海藻酸鈉質(zhì)量m2(海藻酸鈉)=2.2560t/周期消化后消化液中海藻酸鈉質(zhì)量m3(海藻酸鈉)=2.2560（1-1%）=2.2789t/周期則消化過濾后馬尾藻濾渣質(zhì)量m(濾渣)=9.2497-2.2789=6.9

40、708t/周期消化過濾后消化液質(zhì)量m(消化液)=92.497+2.2789=94.7759t/周期，在鈣化過程中消耗的氯化鈣溶液的質(zhì)量： m(氯化鈣溶液)=94.775920%=18.9552t/周期 m(氯化鈣)=18.955210%=1.89552t/周期 耗水量m8(水)=18.9552（1-10%）=17.0597t/周期物料衡算匯總列表（1）物料輸入表表4.1 年產(chǎn)1000噸海藻酸鈉物料輸入表物料名稱年投入物料量/噸周期物料量/噸干馬尾藻28176.26甲醛 420.43950.93431碳酸鈉832.51.8500氯化鈣 852.9841.89552氯化鈉1518.75 3.375

41、無水乙醇16836.337.414 配料水128434.5285.41 輸入物料總和151712.4735337.13883（2）物料輸出表表4.2 年產(chǎn)1000噸海藻酸鈉物料輸出表 物料名稱 年物料輸出量/噸 周期物料輸出量/噸海藻酸鈉1000.0352.2223 廢甲醛溶液42043.9593.431廢濾渣3205.08457.12241鈣化過濾后廢濾液50161.41111.4698乙醇沉淀過濾后的廢濾液17408.738.686 水洗所排放的廢水37893.29484.2074 輸出物料總和151712.5095337.13891水、電煤的用量計算（1）水的計算根據(jù)查閱各種資料以及以上

42、物料衡算知，生產(chǎn)1000t海藻酸鈉過程中調(diào)漿、配料、設(shè)備容器清洗、鍋爐用水及衛(wèi)生用水等約消耗水資源15萬t。（2）電的計算根據(jù)估算以及查閱各種資料知，生產(chǎn)1t海藻酸鈉過程中各種動力耗電、生活用電等方面約耗電2000度。則年產(chǎn)量1000噸海藻酸鈉則需消耗電20005000=1000萬度。（3）煤的計算海藻酸鈉生產(chǎn)過程中煤的使用主要是供熱、鍋爐蒸汽等方面。根據(jù)資料及經(jīng)驗，生產(chǎn)1t海藻酸鈉約耗煤5.3t。則年產(chǎn)5000噸海藻酸鈉需耗煤5.35000=2.65萬噸4.2熱量衡算本工藝設(shè)計熱量衡算主要集中在消化工段、濃縮工段和干燥工段。消化工段熱量衡算 消化液的組成：m(碳酸鈉溶液)=92.497t/周

43、期，1= m(馬尾藻)=9.2497t/周期,2=1-1=0.0909碳酸鈉溶液比熱容Cp,1=4.179kJ/（kg）,馬尾藻比熱容Cp,2=1.550kJ/（kg）消化液平均比熱容：Cp=Cp,11+Cp,22=4.1790.9091+1.5500.0909=3.9400kJ/（kg）則消化液從常溫25加熱到60所吸收的熱量Q需=Cpmt=3.9400101.7467103(60-25)=1.4031107kJ/hQ供=1.2Q需=m水蒸氣r=1.21.4031=1.6837查表得200KPa飽和水蒸汽，溫度t=127.2,汽化潛熱r=2185.4kJ/kg水蒸氣消耗量Q=KAt傳熱系數(shù)K

44、=1000W/（m2）,t=127.2-60=67.2，則傳熱面積A=濃縮工段熱量衡算離子交換脫鈣后海藻酸鈉質(zhì)量濃縮前海藻酸鈉溶液的質(zhì)量，即蒸發(fā)原料液量F=19.125+2.2448=21.3698t,海藻酸鈉濃度100%=10.5%濃縮后海藻酸鈉溶液的質(zhì)量，即完成液量L=2.244860%=3.7414t,海藻酸鈉濃度蒸發(fā)水量w=21.3698-3.7414=17.6284t/h因為海藻酸鈉在60-170會脫去內(nèi)部水分，所以選擇最高蒸發(fā)溫度T=60，則蒸發(fā)室操作壓力P=19.923KPa加熱蒸汽壓力P=0.7MPa,t=164.7,汽化潛熱r=2071.5KJ/冷凝器操作壓力P=50KPa,

45、t=81.2,二次蒸汽汽化潛熱=2304.5KJ/對蒸發(fā)器做熱量衡算：DH+F=W+(F-W)+D+式中：D加熱蒸汽消耗量，/h H加熱蒸汽的焓，KJ/ 二次蒸汽的焓，KJ/ 原料液的焓，KJ/ 完成液的焓，KJ/ 水的焓，KJ/ 熱損失，約為加熱蒸汽提供熱量的5%在忽略溶液稀釋熱，以及溶液濃度變化對焓的影響時，整理上式可得加熱蒸汽消耗量式中為原料液的比熱容，=Cp,11+Cp,22海藻酸鈉比熱容（kg）,水的比熱容4.179kJ/（kg）則=2.0130.105+4.179（1-0.105）=3.9516kJ/（kg）則加熱蒸汽消耗量為：/h=1.1452KJ/h又，K=5000W/（m2）

46、，=T-t=164.7-60=104.7所以換熱面積干燥工段熱量衡算干燥前海藻酸鈉質(zhì)量，濕基含水量干燥后海藻酸鈉質(zhì)量，濕基含水量干燥除去水分的質(zhì)量進干燥器濕物料質(zhì)量流量出干燥器產(chǎn)品的質(zhì)量流量濕物料中絕對干物料質(zhì)量流量濕物料干基含水量產(chǎn)品干基含水量水分蒸發(fā)量干空氣初始溫度，相對濕度0=50%，查表得空氣濕度，經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱至120，相對濕度1=0=50%，離開干燥器時，空氣溫度60，相對濕度2=80%，查表得空氣濕度濕物料進料溫度1=25，出口溫度2=50，干空氣消耗量風(fēng)機風(fēng)量，其中，預(yù)熱器加熱量為則=846697.91463600=230.3kw當加熱蒸汽壓力為200KPa時，可查得汽化熱r=2

47、205KJ/kg,則加熱蒸汽消耗量在干燥器內(nèi)利用熱量守恒得單位時間內(nèi)向干燥器補充的熱量干空氣質(zhì)量流量濕物料中絕對干物料的質(zhì)量流量,干料比熱容）濕物料的焓1+1=2.01325+0.33334.18725=85.2132KJ/kg干物料干燥后產(chǎn)品的焓2+2=2.01350+0.05264.18750=111.6618KJ/kg干物料干燥熱損失則干燥系統(tǒng)總加熱量Q=5.設(shè)備設(shè)計與選型海藻酸鈉生產(chǎn)過程中，用到各種儀器設(shè)備。主要生產(chǎn)設(shè)備有：干馬尾藻浸泡池，濕馬尾藻粉碎機，甲醛浸泡池，消化鍋，沖稀池，發(fā)泡機，鈣化系統(tǒng)裝置，噴淋水洗裝置，離子交換脫鈣裝置，蒸發(fā)裝置，干燥器，各種配套真空泵、壓濾機、各類儲罐

48、、鍋爐、供水設(shè)備等。本次設(shè)計根據(jù)生產(chǎn)要求對一般設(shè)備進行簡單選型，主要對消化工段的消化鍋和濃縮工段的蒸發(fā)器進行重點設(shè)計。5.1主要設(shè)備設(shè)計和選型干馬尾藻浸泡池設(shè)計，按=，則浸泡池的總體積=68.86，為了方便操作，設(shè)計3個等體積的小浸泡池，24，hdl=6m4m1m，占地面積S=463=72由于干馬尾藻和水無任何腐蝕或有毒作用，所以浸泡池選取以水泥為材質(zhì)的敞口形式浸泡池。濕馬尾藻粉碎機的選型 干馬尾藻浸泡后質(zhì)量膨脹為原來的150%， 故粉碎機選型：生產(chǎn)廠家：鄭州市一誠機械制造有限公司名 稱：半濕物料粉碎機型 號：BSFS-110 生產(chǎn)能力：10-15t/h 粉碎粒徑：0.5-5mm 尺寸：216

49、0mm2276mm1880mm 功 率：45kw甲醛浸泡池的設(shè)計，100t/周期按=1000，則總體積，為了操作方便，設(shè)計成4個等體積的小浸泡池，由于甲醛濃度較低，故甲醛浸泡池也采用水泥制敞口操作型浸泡池。消化鍋的設(shè)計與選型(1) 反應(yīng)釜體結(jié)構(gòu)設(shè)計確定釜體的幾何形狀先忽略封頭體積，估算筒體內(nèi)徑，每臺反應(yīng)釜的容積,每臺反應(yīng)釜處理料液量，； 反應(yīng)容器備用系數(shù)，一般??； 裝料系數(shù)，根據(jù)實際生產(chǎn)條件或試驗結(jié)果而定，通常取。當攪拌狀態(tài)平穩(wěn)或物料的粘度較高時，可取； i容器裝液高徑比，對于液-液反應(yīng)釜，高徑比通常取1-1.3。根據(jù)設(shè)計要求和料液的具體情況，我們?nèi)。妹颗_反應(yīng)釜容積，筒體內(nèi)徑，進行圓整得 封

50、頭直徑確定后，根據(jù)下式確定筒體高度： 式中 容器封頭容積，對立式容器為下封頭的容積，對臥式容器為兩封頭容積之和， 查JB/T 25198-2010標準可知公稱直徑DN3100mm標準橢圓形封頭容積=4.2015，故 校核：1.3，25，大致符合條件。夾套幾何尺寸計算夾套內(nèi)徑 ，則夾套高度 又因為傳熱面積，取，則核算換熱面積：A=DH=3.143.12=19.514.5由上計算結(jié)果表明，可以只在筒體部分設(shè)有夾套即可。攪拌器的幾何尺寸 要求物料分散均勻，選擇六直葉圓盤渦輪式攪拌器，具體尺寸如下：攪拌器直徑，則攪拌器寬度b=0.2=2100mm,攪拌器長度攪拌器圓盤直徑一般取槳徑的2/3，因為液層較

51、高，液層高度，故選用三層攪拌器，每層攪拌器位置設(shè)計如下：第一層攪拌器距離液面0.9m，第二，三層依次距離上一層攪拌器0.9m的距離，攪拌器距離筒底高度C=接管。根據(jù)工藝條件，確定各接管尺寸，選用板式平焊法蘭，公稱壓力PN=1.6MPa.擋板。擋板寬度W=，擋板數(shù)Z=4，即可實現(xiàn)全擋板化條件。人孔。為了方便安裝,拆卸，清洗和檢修設(shè)備，在上封頭上開公稱直徑為950mm的人孔，選用HG/T 215162005標準中的回轉(zhuǎn)蓋板式平焊法蘭人孔。視鏡。為了便于觀察釜內(nèi)情況，安裝一對視鏡。支座。根據(jù)工藝要求，選用耳式支座。（2）攪拌設(shè)備強度計算筒體強度計算。 釜體內(nèi)為常壓，夾套內(nèi)工作壓力為0.2MPa,取其設(shè)計壓力P=1.10.2MPa=0.22MPa，消化鍋圓筒承受外壓，故需進行穩(wěn)定性計算。筒體材質(zhì)為0Cr18Ni9鋼，焊接接頭系數(shù)=0.85，許用應(yīng)力=137MPa.設(shè)圓筒的壁厚為18mm,取鋼板厚