完整版6thr普通洗衣粉生产工艺设计毕业设计.docx
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完整版6thr普通洗衣粉生产工艺设计毕业设计
6tofOrdinaryWashingPowderof6tofOrdinaryWashingPowderof6tindispensablepartofourimportantroleinthedailychemicalmarket.Rawmaterialwaspre-mixedandthenitwaspreparedforslurry,theslurrywasspraydried,atlast,itwaspackedandstored.Rawmaterialformdesign,washingpowderproductionprocess,mainequipment,spraydryingtowerweredesignedandaccessoryequipmentselected,washingpowderproductionofautomaticcontrol,plantlayoutweredesigned.Thedryingtowerprovidetheorybasisfortheprocessofwashingpowerbyspraydrying.
Keywords:
Washingpowder;Spraydryingtower;Processdesign
引言
洗衣粉是一种碱性洗涤剂,是每个家庭必需的洗涤用品。
未来洗涤用品的发展趋势是,传统产品向人体安全性和环保性产品的转变,节能、节水、安全和环保型产品将得到快速发展。
本次设计主要是运用普通高塔喷雾干燥法来生产洗衣粉,所用到的最核心的设备就是喷雾干燥塔。
喷雾干燥是将原料液用雾化器分散成雾滴,并用热空气(或其它气体)与雾滴直接接触的方式而获得粉粒状产品的一种干燥过程。
本文所用的洗衣粉工艺流程主要有原料储备与运输、前配料、料浆制备与输送、喷雾干燥和气提老化、后配料、成品输送包装与储运[1]。
第一章概述
1.1洗衣粉概述
洗衣粉是指粉状(粒状)的合成洗涤剂。
德国汉高在1907年以硼酸盐和硅酸盐为主要原料,首次发明了洗衣粉。
洗衣粉是一种碱性的合成洗涤剂,洗衣粉的主要成分是阴离子表面活性剂:
烷基苯磺酸钠,少量非离子表面活性剂,再加一些助剂,磷酸盐,硅酸盐,元明粉,荧光剂,酶等。
经混合、喷粉等工艺制成。
由于洗衣粉能在井水、河水、自来水、泉水、甚至是海水等各类水质都表现出良好的去污效果,并广泛使用于各类织物,所以其生产和使用就迅速发展起来了。
现在,洗衣粉几乎是每一个家庭必需的洗涤用品了。
洗衣粉是合成洗涤剂的一种,是必不可少的家庭用品。
目前市场上的洗衣粉主要有以下三种分类,各具特点:
1、普通洗衣粉和浓缩洗衣粉
普通洗衣粉,颗粒大而疏松,溶解快,泡沫较为丰富,但去污力相对较弱,不易漂洗,一般适合于手洗;浓缩洗衣粉颗粒小,密度大,泡沫较少,但去污力强(至少是普通洗衣粉的两倍),易于清洗,节水,一般适宜于机洗。
2、含磷洗衣粉和无磷洗衣粉
含磷洗衣粉以磷酸盐为主要助剂,而磷元素易造成环境水体富营养化,从而破坏水质,污染环境。
无磷洗衣粉则无这一缺点,有利于水体环境保护。
为了我们生活环境的健康,建议使用无磷洗衣粉。
3、加酶洗衣粉和加香洗衣粉
加酶洗衣粉就是洗衣粉中加有酶,加香洗衣粉就是洗衣粉中加有香精。
加酶洗衣粉对特定污垢(如果汁、墨水、血渍、奶渍、肉汁、牛乳、酱油渍等)的祛除具有特殊功能,同时其中的一些特定酶还能起到杀菌、增白、护色增艳等作用。
加香洗衣粉在满足洗涤效果的同时让衣物散发芳香,使人感到更舒适[2]。
1.2洗衣粉的现状及发展前景
1.2.1洗衣粉市场概况
洗衣粉是人们最常用的日用消费品,也是中国快速消费品市场中激烈竞争的领域。
随着人们消费水平的提高以及消费需求的不断上升,消费者对去静电、增白、使衣物颜色鲜亮和洗净衣领等方面的特定需求更加明确。
洗涤用品无论在配方、香型还是包装上都有很大改善,洗衣粉市场竞争也更加激烈。
过去30年来,我国洗涤用品工业保持了持续增长的势头,2009年全国洗涤用品总产量已达781万吨,其中合成洗衣粉产量380万吨。
但是,我国目前洗涤用品人均消费水平仍然较低,2009年仅5.8kg人·年(欧洲达12kg美国约15kg)。
因此,我国的洗涤用品市场仍有一定的发展空间。
从近年来我国洗涤用品行业的竞争格局来看,国产品牌的洗涤剂产品越来越具有竞争力,本土型洗涤剂企业越做越强。
就洗衣粉市场而言,国产品牌目前已三分天下有其二。
美国宝洁、英国联合利华、德国汉高和日本花王四大国际品牌曾一度占据国内洗衣粉市场份额的近50%,但近几年节节败退(美国宝洁例外)。
近两年销量三甲位置上的三大品牌是:
立白、雕牌、汰渍。
当年出尽风头的外资洗衣粉已退避三舍。
由此可以看出,我国洗涤剂行业的发展水平和企业竞争力在不断提高,并已逐渐趋于成熟。
在原油价格不断上涨的压力下,成本压力越来越大的洗衣粉行业正在寻求新的突破口,国际巨头趁此纷纷调整策略,意在重新洗牌。
中国市场洗衣粉产品同质化现象更为严重,各商家都在拼命挤占农村及中小城市市场。
但是,洗衣粉市场竞争更加激烈的同时也充满了机会。
就品种档次而言,竞争重点是中档产品,竞争手段主要是品牌、价格、销售渠道和广告手法等方面。
我国洗衣粉企业要长期维持一定的市场份额,加快技术改造、提高产品更新频次才是致胜的关键,非理性竞争和单纯的价格战无助于我国洗衣粉行业的可持续发展。
目前,我国市场上销售的洗衣粉品种主要有普通洗衣粉(高塔喷雾)、浓缩洗衣粉、超浓缩洗衣粉、洗衣皂粉。
此外,供工业和公共设施(I&I)使用的工业洗衣粉主要品种有宾馆饭店用洗衣粉、医院用洗衣粉、工业清洗用洗衣粉等,其生产模式、产品性质和销售渠道与民用产品都有一定差异。
从市场结构看,民用洗衣粉所占市场份额最大,但随着服务业的迅速发展,对工业洗衣粉的需求近年来保持稳定快速增长,为工业洗衣粉生产企业提供了很好的市场机遇。
目前我国洗衣粉市场的激烈竞争,促使生产企业向规模化、低消耗、低成本、高质量的方向发展,单套生产能力15~20万吨年的生产装置不断出现。
最近,中轻国际工程有限公司第二设计工程部先后为广州立白(番禺)有限公司和新乡立白实业有限公司各设计了一套生产能力为15~20万吨年的洗衣粉装置,生产技术和装备水平达到或接近国际先进水平。
其中广州立白的装置已投入运行,效果良好。
可以预计,我国洗衣粉行业规模小于10万吨年的生产线将会逐步失去生命力。
众多的洗衣粉小厂日子将越来越难过,不仅上游成本压力巨大,而且消费者也越来越注重产品品牌[3]。
1.3洗衣粉发展前景
洗涤用品属于快速消费品,也是生活必需品,受金融危机的影响,消费者不再乱花钱,但也不会大幅缩减日常用品的开支。
从整体环境看,洗涤剂行业也要渡过一段漫长的冬季。
从目前看来,日用品的需求量不像其他产品那样出现明显萎缩,因此,洗涤剂的需求量也不会出现太大的变化。
有专家指出,虽然金融市场泡沫的破裂使全球经济陷入衰退,但目前尚未看到对清洁剂市场产生较大影响,因此,洗涤剂市场有望先于其他行业走出困境。
业内专家预测,从2009年下半年起,清洗剂市场将会开始回升。
未来洗涤用品总的发展趋势是,传统产品向对人体安全性和对环境相容性更高的产品转变,节能、节水、安全和环保型产品将得到较快的发展。
洗衣粉厂家应该根据自己的实力进行产品创新,开发满足消费者需求的产品。
总之,在目前复杂的市场环境下,洗衣粉企业可以考虑采取市场细分的策略,分析洗衣粉市场的特殊需求,找出市场机会,推出满足每个细分市场的产品,这样企业可以获取丰厚的利润,在市场竞争中占有一席之地。
同时,各个洗衣粉厂家应不再局限于洗衣粉市场,要不断拓展日化相关产品,实行多业并举,抵御风险。
激烈的市场竞争是客观存在的,在这样的环境下,有实力的企业也能找到自己的生存之道,最主要的是要建立强大的洗衣粉销售网络,推出高附加值产品满足广大消费者[4]。
第二章设计条件及介绍
2.1设计任务
设计产量:
6t,即
选用两个矩形切向通道,切身通道宽度取3mm,即
旋转室直径为30mm,则半径
(4-5)
由及(4-6)
(4-7)
圆整,取
经圆整后
(4-8)
与原很接近,不必复算,可以满足设计要求。
4.2喷嘴生产能力的计算
4.2.1空气心半径
(4-9)
,由的关联图[13]查出,
由(4-10)
(4-11)
4.2.2喷嘴出口处液膜速度及其分速度
(4-12)
液膜与轴线成角喷出,可分解成径向速度和轴向速度
(4-13)
(4-14)
4.3干燥塔主要尺寸的确定
4.3.1塔径
塔内空气的平均温度为t
(4-15)
由手册查出,在200下,空气的动力粘度为,空气的密度为。
由径向分速度,计算时的雷诺数
(4-16)
取一系列,求出相应的雾滴水平飞行速度和停留时间。
如取Re=100,由,与对应的雾滴水平飞行速度为
(4-17)
由与的列线图查出[14]
(4-18)
相应的的停留时间为
(4-19)
其余各项计算结果列于表4.1。
表4.1停留时间与雾滴水平运动速度的关系
Re
126
0
25
100
0.00854
19.9
50
0.0215
9.95
25
0.0393
4.97
15
0.0586
2.99
10
0.0740
1.99
8
0.0828
1.592
6
0.0962
1.194
4
0.116
0.796
2
0.160
0.398
1
0.199
0.199
0.5
0.245
0.0995
以为横坐标,为纵坐标画出关系曲线,用图解积分[15]可得
(4-20)
即雾滴由沿径向运动的半径距离为,则塔直径为
(4-21)
圆整后取。
图4.1关系曲线图
4.3.2塔高
降速运动时间内雾滴的下降距离
时,雾滴轴向运动的雷诺数为
(4-22)
属于过渡期
(4-23)
由的关系列线图查出,雾滴由降速运动变为等速运动时的瞬时雷诺数为。
可见雾滴在降速阶段的雷诺数变化范围为2.7~275.25。
由查出
(4-24)
取一系列雷诺数
,由的关系列线图查出相应的值,再计算出相应的值,结果列于表4.2。
表4.2与及的关系
Re
275.25
0
54.84
0
200
39.8
0.00343
100
19.9
0.0166
50
9.95
0.0563
25
4.98
0.1553
10
1.99
0.700
5
2.8
0.995
1.54
2.7
84.01
∞
3.01
0.537
1.60
以Re为横坐标,为纵坐标作图,得到关系曲线,如图4.2。
图4.2关系曲线图
以Re=200为例,雾滴在降速运动时间内的轴向分速度为
(4-25)
对关系曲线图解积分得
(4-26)
则停留时间为
(4-27)
其余各项计算结果列于表4.2。
以为横坐标,为纵坐标作图,得到关系曲线,如图4.3。
由图解积分得到雾滴降速运动时间内的下降距离为
(4-28)
图4.3关系曲线图
等速运动时间内雾滴的下降距离
雾滴在等速运动时间内的沉降速度为
(4-29)
雾滴等速运动的时间为
(4-30)
为安全起见,再给以适当的时间余度,故取等速沉降时间为
雾滴在等速运动时间内的下降距离为
(4-31)
塔的有效高度H
(4-32)
圆整后,取。
4.4干燥塔热风进出口接管管径
4.4.1热风进口接管管径
(4-33)
热风进口流量为
取热风进口接管内的气速为,则进口接管管径为
(4-34)
圆整后热风进口接管管径取。
4.4.2风出口接管管径
(4-35)
热风出口流量为
(4-36)
取热风出口接管内的气速为,则出口接管管径为
(4-37)
圆整后热风出口接管管径取。
第五章主要附属设备的设计和选型
5.1空气加热器
环境空气先用翅片加热器由12加热到130,再用燃油加热器加热到300[16]。
5.1.1翅片加热器
将干空气由12加热到130所需的热量为
(5-1)
由手册查出,蒸汽压力为0.4MPa时,蒸汽的饱和温度为,汽化潜热为,取冷凝水的排出温度为151,则水蒸气的消耗量为
(5-2)
加热器中空气的比体积为
(5-3)
(5-4)
空气的平均温度为,由空气性能图查得;
根据散热排管性能规格初选型号为SRZ20×10D,单元组件的散热面积,通风净截面积为。
在散热器中气流的实际风速
(5-5)
空气的质量流速
(5-6)
传热系数
(5-7)
传热温差为(5-8)
所需传热面积
(5-9)
所需单元排管数(5-10)
实际选取34组。
总传热面积(5-11)
安全系数(5-12)
故可选择SRZ20×10D型空气加热器,共34组翅片式加热器。
5.1.2燃油加热器
将空气由130加热到300所需的热量
(5-13)
即燃气消耗功率为,因此我选用的是X型铝翅片加热器[17]
5.2旋风分离器
进入旋风分离器的含尘气体按空气处理,气体温度为95,空气的湿度为
(5-14)
含尘气体流量为
(5-15)
选用XLD型旋风分离器,查XLD型旋风分离器主要性能表,选用一台XLD-14.0型旋风分离器进口风速为25ms[18]。
5.3过滤器
选取进入布袋过滤器的气体温度为90。
则
(5-16)
(5-17)
取过滤气速为(5-18)
所需过滤面积为(5-19)
故选择布袋过滤器的型号为LSB-140顺喷脉冲袋式除尘器。
过滤面积为。
过滤效率为99.5%。
5.4风机
系统中采用两台风机,一台为鼓风机,安装在干燥塔前;另一台为引风机,安装在干燥塔后。
设备阻力以干燥塔为基准分前段阻力和后段阻力。
根据喷雾干燥塔的操作压力一般是。
在操作条件下,空气流经系统各设备和管道的阻力大体如表所示。
表4.1系统阻力估算表
设备
压降Pa
设备
压降Pa
空气过滤器
200
旋风分离器
1500
翅片加热器
300
脉冲布袋除尘器
1500
电加热器热
200
干燥塔
100
热风分布器
200
消音器
400
管道,弯头,阀门
600
管道,阀门,弯头
800
总计
1500
总计
4300
5.4.1鼓风机的选择
鼓风机入口温度为12,湿含量为
则
(5-20)
(5-21)
系统前段平均风温度按150,密度为
则所需风压为(5-22)
故选用离心式BI()2500-3.8转速;风量为;功率,风压为。
5.4.2引风机的选择
取引风机入口处的温度为85,湿含量为
(5-23)
(5-24)
(5-25)
系统后段平均风温按90计算,密度为,
则所需风压为(5-26)
5.5工艺设计计算的数据汇总
表5.2设计数据汇总
设计量
数据
设备
型号
物料处理量
翅片式加热器型号
SRZ20×10D
蒸发水量
燃气加热器功率
8391
产品产量
袋式滤器过滤面积
145
空气用量
旋风分离器
XLD-14.0
雾化器孔径
5
布袋过滤器型号
LSB-140
干燥塔直径
5
鼓风机型号
BI()2500-3.8
干燥塔高度
18
引风机型号
第六章自动控制
6.1系统分析
前配料生产线包括粉体计量、液体计量、粉浆配置、老化等过程,工段主要是按照一定的要求,将液体和粉体原料通过计量加入配料锅中去。
料浆制备与输送工段是将进入配料锅的原料搅拌反应后,再经过过滤、研磨均化后由高压泵送到喷粉塔。
喷雾干燥法有顺流式和逆流式两种方法,本设计采用逆流式喷雾干燥法生产普通洗衣粉。
后配料工段过程为:
过筛后的基粉进入基粉仓,经过电子皮带称或失重称计量后传送到总料输送机其他辅料和小料按基粉的一定比例称量后也送到总料输送机,然后全部的粉料进入后配混合器,与雾化后的非离子表面活性剂和香精等充分混合,得到的成品粉去包装。
成品输送包装与储运:
从混合器出来的成品粉经过输送皮带到达成品粉仓,然后用包装机包装成小袋或大袋运至成品仓库。
6.2系统设计
6.2.1固液按比例混合
在这个生产过程中,由于洗衣粉的原料有一定的配比,固液物质质量比按照3:
7。
加入混合器中充分混合,这种用来实现两个或两个以上参数之间保持一定比值关系的过程控制系统,均称为比值控制系统。
所以此控制系统选择比值控制为控制系统。
6.2.2喷雾干燥过程
对于该过程温度控制,要求进入干燥塔的热空气温度维持在250-400,温度波动范围较大,扰动量主要为反应产生的热量以及蒸汽的流量,此过程比较复杂,因此前馈串级控制系统能够较好的对其进行控制。
如图所示。
6.1喷雾干燥过程流程图
6.2.3后配控制
后配粉体采用皮带秤来连续计量的,后配混合器是粉液混合的主要设备,内有液体料的喷嘴和粉体导流装置。
加酶、香精等控制也采用比值控制[20]。
第七章厂区布局
7.1厂区平面设计原则
1、选择厂址时应考虑党和国家的政策方针,切实注意节约用地,减少投资。
2、符合生产工艺要求,使生产作业线通顺、连续、短捷。
3、考虑工厂的安全生产、卫生、厂内建筑等必须满足防火、卫生、安全等要求。
4、满足厂内外交通运输要求,避免人流和货运路线交叉。
5、考虑工厂的发展,留有对工厂扩建的余地[21]。
7.2布局
图7.1厂区基本布置图
结论
1、配方设计中加入了少量的酶、香精能够更好的去除含蛋白质的污渍。
2、洗衣粉的生产工艺流程为按照配方的比例进行配料,经过一定时间后送入老化罐中进一步混合,料将经过喷雾干燥塔进行干燥得到粉状产品,从热空气中流走的少量合格半成品,经过旋风分离器进行筛选,然后和从干燥塔底部流出的粉状产品一起送入后配料仓,最后加入酶、香精等对其进行包装。
3、经过计算得到喷雾干燥塔的塔高为18m,塔径为5m。
其中还有一些主要设备的选型,选择XLD-14.0旋风分离器、LSB-140布袋过滤器等。
4、对生产装置进行自动控制,主要采用比值控制系统及前馈串级控制系统。
5、厂区的布局交通便捷、合理。
参考文献
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附录
附录A:
6thr普通洗衣粉生产工艺设计CAD流程图
附录B:
喷雾干燥塔CAD设备图
- 配套讲稿:
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