400kg釜乳化反应器的工艺设计(编辑修改稿)

400kg釜乳化反应器的工艺设计(编辑修改稿)内容摘要：

乳的各项指标如下 :密度 :ρ=:μ=4600m S 比热容 x kJ/kg℃。 要求该设计除可以满足防晒乳的生产，经适当改造调整后亦可以生如乳液，精华霜，唇膏之类的日用化妆品。 10 3 设计规划 生产方案的确定 防晒乳是特殊用途化妆品，它的作用原理是将皮肤与紫外线隔离开来，最大的作用是防止紫外线对皮肤的伤害。 而随着人们生活水平的提高，对其保湿、营养、杀菌、美白功能的要求也有所提高。 所以选择加工方案必须考虑到所生产的防晒乳能够达到食品级，以保证消费者放心使用。 在本工艺中全部加工过程由自动生产线完成，整个生产车间为封闭式消 毒除尘设计 [78]。 防晒乳 的配方 表 防晒乳 的配方 [9] 组 分 含量 /%（质量） 组 分 含量 /%（质量） A相 B 相 Vegelatum Clear(Natunda Health) 聚 乙氧基醚 80(AK20) 甲氧基肉桂酸辛酯 (ISP) 甘油 水杨酸辛酯 (ISP) 三乙醇胺 苯酮 3(ISP) Germuben Ⅱ E (ISP) 十八烷醇 (LTO) 香精 适量 硬酯酸单甘酯 去离子水 至 100 硬脂酸 工艺流程 反应器开始工作时首先将反应物装入反应器，然后向夹套中通入 加热用的水蒸汽，将反应物加热到某个所需要的温度 ， 然后停止通入加热蒸汽，而向夹套中通入 冷却水，以除去反应放出的热量，使反应器的温度按照所规定的温度一时间 11 曲 线变化 [10]。 图 工艺流程图 主要操作条件 1．温度 :反应温度为 20℃ — 75℃ 2．压力 :反应压力为常压 3．无尘无毒；生产过程必须为无尘无毒 装置设计特点 1． 由于原料的性质，决定了装 置属于普通的加热类型，设备材料选用不锈钢。 设计采用了 120℃ 水蒸气加热和 20℃ 水冷却。 2． 由于反应过程不产生热量，最高只加热到 70℃ — 75℃ ，所以要求的压力应为常压。 3． 为了使得产品无菌纯净，生产装置需要采用自动化设计，尽量减少直接的A 相 加热至7075℃ B 相 加热至 65℃ 加入香料 搅拌至 55℃ 加入Germuben Ⅱ E (ISP) 12 接触，从进料到生产出产品都在自动化条件下完成。 车间采用无尘设计。 工作人员需要进行消毒、无尘处理。 4． 为了使得生产其他化妆品时也能满足要求，各种参数在进行些许调整后，就可以生产雪花膏、乳液、精华液等乳状产品。 13 4 设计计算 反应器各个部件的尺寸的确定 反应釜 装料量系数η的选取与体积 V 的计算 已知防晒 乳 的各项参数 :密度 :ρ=:μ=4600mPaS 反应物质量（每釜） m=400kg 由于反应物料的黏度较大，所以装料系数 η为 — （取 ） =m/ρ=400kg/V= /η=372L/=465L=465*103ml 反应器内径和高度的计算 在已知搅拌器的操 作容积后，首先要选择罐体适宜的长径比（ H/ ）如图，所示，以确定罐体直径和高度。 选择时主要考虑以下两方面因素 : 1． 长径比对搅拌功率的影响 :在转速不变的情况下， P∝ 5（其中 D— 搅拌器直径， P— 搅拌功率）， P 随反应釜体直径的增大而增加很多，减少长径比只能无谓地损耗一些搅拌功率。 因此一般情况下，长径比（ H/ ）应选择大一些。 2． 长径比对传热的影响；当容积一定时， H/ 越高，越有利于传热。 长径比的确定通常采用经验值。 如表所示 : 表 反应器的 H/Di值 [11] 种类 釜内物料类型 一般反应釜 液 — 液相或液 — 固相物料 1～ 气 — 液相物料 1～ 2 14 已知 V≈ H≈ ） (41) 则 (42) 式中 V—— 釜体容积 ； H—— 筒体高度， m； —— 筒体内径， m. = 计算出 790mm。 H=950mm 图 H/ 本 设计 的反应器釜体选取不锈钢材料的。 反应器顶盖和底座的确定 因为此工艺设计在常压下进行，所以顶盖采用薄钢板制造的 椭圆型 盖。 底座焊接在釜体的顶盖上，用以连接减速器和轴密封装置。 反应器夹套的选取 （一） 整体夹套的结构类型 [12] 15 图中 a 为圆筒部分夹套，用于需加热面积不大的场合； b 为圆筒一部分和下封头包有夹套，是最常用的典型结构； c 为在圆筒部分的夹套中间设置支撑或加强环，以提高内筒的稳定性，在夹套中介质压力较大时，由于这种结构减少了内筒的计算长度，从而减少了筒体壁厚； d 为全包式夹套，与前三种比较，传热面积最大。 本 设计 选取 d 夹套类型。 图 整体夹套的类型 （二） 整体夹套与釜体连接方式的选取 [13] 整体夹套与釜体连接方式有可拆式和不可拆式，如图 图 夹套与釜体的连接结构 a 为可拆式结构连接结构，它适应于需要检修内筒外表面以及定期更换夹套， 16 或者由于特殊要求，夹套与内筒之间不能焊接的场合； b 为常用的不可拆式连接结构，夹套与内筒之间采用焊接，加工简单，密封可靠。 本 设计 选取 b 不可拆式连接结构。 而不可拆式又分为多种，以下列 5 种 最为 常见 ： a b c d e 图 不可拆式夹套 a 是最常见的； b 和 c 是适用于椭圆封头和蝶形封头； d 适用于锥形封头； e的下端封口件为一圆筒，也可以做成锥形筒，加工方便，但强度较 b 差。 本 设计 选取 b 型夹套结构。 整体夹套的直径及高度的选取 (一 )夹套的直径 可根据罐体直径的大小如图给出的数值选用 表 夹 套直径 与罐体直径 的关系 ， mm 500～ 600 700～ 1800 2020～ 3000 mm +50 +100 +200 本 设计 的罐体直径为 790mm，所以此设计的 夹套的直径选为 890mm。 17 (二 )夹套筒体高度 主要取决于传热面积，一般不低于反应物料的高度，来保证充分传热。 可由下式估算 : = (43) (44) (45) 式中 反应器下封头容积， m3； —— 下封头内表面积， m2； S—— 罐体内横截面积， m2。 、 、 中大者。 按计算的夹套高度，校核传热面积。 夹套封闭构件的厚度确定 A 18 B C D 图 夹套结构设计 19 此四种类型适用于上述的各种类型夹套。 整体夹套附件的确定 进口接管 整体夹套的出口接管结构和一般容器一样，不需进行特殊处理。 进口接管则因为夹套与罐体间距离较小，应采用侧开口或在夹套内安装挡板，如图 所示： 图 夹套的进口接管结构 进口接管由 铁制成，为了减少摩擦阻力，可在喷嘴内搪瓷。 反应器的搅拌装置的选取 搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成。 电动机驱动搅拌轴上的搅拌器以 一定的方向和转速旋转，使静止的流体对流循环，并维持一定的湍流强度，从而达到加强混合、提高传热和传质速率的目的。 (一 )搅拌器的形式 [13] （ 1） 浆式搅拌器 其结构简单，材料一般为扁钢，也可以用碳钢、合金钢、有色金属等，在料液层比较高时，常用几层桨叶，相邻两层桨叶交错 90186。 来达到搅拌均匀。 20 图 浆式搅拌器 (2)涡 轮 式搅拌器 有很多形式，其直径不能做得太大，一般在 φ700 以下。 图 涡轮式搅拌器 (3)锚式和框式搅拌器 21 此类搅拌器底部形状与反应器下封头形状相似，如图 图 锚式和 框式搅拌器 （ a）（ b）适用于椭圆形或蝶形下封头的釜体；（ c）适用于锥形封头的釜体； 反应釜的直径较大或物料黏度很大时，常用横梁加强，其结构就为框式。 此类搅拌器的直径较大，取釜体直径的 2/3～ 9/10。 适用于有固体沉淀或容易挂料的场合。 (4)推进式搅拌器 为整体铸造，加工方便，采用焊接时，需模锻后再与轴套焊接，加工较困难。 其直径约为反应器内径的 1/4～ 1/3。 图 推进式搅拌器 22 (5)其他形式搅拌器 螺杆式和螺带式搅拌器等 图 螺杆式和螺带式搅拌器 (二 )搅拌器形式的确定 可 根据流动状态、搅拌目的、搅拌容量、转速范围及反应物黏度进行选择，经验表如下 : 表 搅拌器型式选择 流动状态 搅拌参数 搅拌器形式 对流 循环 湍流 循环 剪切流 搅拌设备容 量 转速 最高黏度 涡轮式 Ο Ο Ο 1～ 100 10～ 300 50 浆式 Ο Ο Ο 1～ 200 10～ 300 2 推进式 Ο Ο 1～ 1000 100～ 500 50 折叶开启 涡轮式 Ο Ο 1～ 1000 10～ 300 50 锚式 Ο 1～ 10。