(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

The Production Process Design of Hand

Sanitizer 200kta

目 录 摘要 ................................................................................................................................. ......................................................................................................................... 引 言 . ................................................................................................. 错误！未定义书

第一章 绪论.............................................................................. 错误！未定义书签

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1.2洗手液的物理性质 ................................................................ 错误！未定义书

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第二章 工艺技术路线 . ................................................................ 错误！未定义书

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第三章 工艺设备的选型和计算 ...........................................................................

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第四章 自动化控制 ..................................................................................................

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第五章 工厂的设计和布置 ....................................................................................

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.......................................................................................................... 结 论 . .............................................................................................................................. 致 谢 . ................................................................................................. 错误！未定义书参考文献........................................................................................................................ 附 录 ................................................................................................................................

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

The Production Process Design of Hand Sanitizer

200kta

Abstract ：With the improvement of living standard, the market which include fsubstituting antibacterial disinfection,existing , it was developed by a variety of mild surfactants and addition agents.This ,use armguard is convenient wait for a characteristic.Also the article analyses the operators of the Satisfactory profit. It is a process of stirring and mixing for this craft,we can produce the of the stirrer and metering pump,then we can continuous produce the product.

Key words：pearl light; 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。

4 pH 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：

100kta 285.714td 11.905t 3.31kgs 损耗量： 2% 则产量：

100.25kta 291.546td 12.148t 3.375kgs 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

（%）

A 相

质量分数

进料量（）

50%-60%烷基葡萄苷 26.00 0.8112

B 相 C 相 D 相

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

1.00 4.00 10.00 1.70 2.30 53.418 1.50 0.06 0.02 0.002

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=202.462⨯15⨯42.7%=1296.769kg 。比热容按水计，Cp=4.183 kJkg﹒℃。物料从20℃升温到70℃所需的热量

Q =m C p (t 2-t 1) =1296. 769⨯4. 183⨯(70-20）=271219.26k J

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

∆T m =

∆T 1-∆T 2(70-20) -(150-110)

==44. 81 ∆T 1(70-20) ln ln ∆T 2(150-110)

[14]

K =674kca l/m 2⋅h ⋅︒C =783.86w/m2⋅︒C 查《化工工艺设计手册》得，

A =

Q 271219. 26

==7. 73m 2

K ∆T m 783. 86⨯44. 81

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（）

8.2

操作容积（m 3）

5.74

填料系数 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 =H1D 1=1.2。

表3.3 i取值

种类

设备内物料类型 液-固相或液-液相料

一般搅拌器

气-液相物料

发酵罐类

1.7～2.5 1～2

i

1～1.3

（2）初算筒体内径

（3-1） 计算, 得

D 1=4V 4⨯8.2

==2.0897m πi π⨯1. 2

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 1600 1700 1800 1900

总深度H 425 500 475 500

内表面积A 2.9007 3.2662 3.6535 4.0624

容积V 0.5864 0.6994 0.8270 0.9687

2000 525 4.4930 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

V =V 1m ⨯H 1+V 1封=3.14⨯2.25+1.1257=8.1907m 3

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

筒体 夹套

直径(mm) 2000 2200

高度（mm) 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=2200 mm

表3.5 夹套直径

500～600 +50

700～1800 +100

2000～3000 +200

夹套筒体高度H 2按式

（3-4）

计算，得

（0.7⨯8.2-1.1257）/3.14=1.4695m =

选取圆整夹套筒体高度 H 2=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

=6.283⨯1.8+4. 4930=15.8024

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）

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 =113 MPa。

罐体筒体计算厚度按式

（3-6） 计算，得

δ1=

p 1⨯D 10. 2⨯2000

==2.08mm t

2σφ-p 12⨯113⨯0. 85-0. 2

夹套筒体计算厚度按式

计算，得

δ2=

p 2D 20. 3⨯2200

==3.44mm t

2σφ-p 22⨯113⨯0. 85-0. 3

罐体封头计算厚度按式

计算，得

（3-7)

p 1⨯D 10. 2⨯2000

δ1' ===2.08mm t

2⨯113⨯0. 85-0. 5⨯0. 22σφ-0. 5p 1

夹套封头计算厚度按式

计算，得

δ2' =

p 2D 20. 3⨯2200

==3.44mm t

2⨯113⨯0. 85-0. 5⨯0. 32σφ-0. 5p 2

壁厚附加量，其中C 1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 =12 mm

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=9.4 mm

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