1000吨年海藻酸钠生产工艺初步设计.doc

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1、年产1000吨海藻酸钠生产工艺初步设计 摘要 海藻酸钠是从褐藻类海带或马尾藻中提取的一种天然多糖碳水化合物，由1-4聚-D甘露糖醛酸和-L古洛糖醛酸组成的一种线性聚合物，是海藻酸衍生物中的一种。海藻酸钠易溶于水，具有增稠，悬浮，乳化，稳定，形成凝胶和薄膜的优良特性，使其在食品、印染、医药、化妆品和其他化工行业有着广泛的应用。 本次设计采用钙凝-离子交换法，从海南野生马尾藻中提取海藻酸钠。通过对海藻酸钠提取原理的阐述，设计出一套完整的海藻酸钠生产方案。设计对整个工艺流程进行了完整的物料衡算和热量衡算，并对主要设备进行具体的设计和选型。同时也对污水处理，环境保护和厂房设计进行了具体的说明和处理。本

2、次设计还提供了工艺流程和主要设备的初步设计图纸。关键词：海藻酸钠；生产工艺；初步设计Abstract Sodium alginate is a natural carbohydrate extracted from Brown algae laminaria or Sargassum.It is a kind of linear polymers which is composed of 1-4 poly - -D mannuronic acid and -L guluronic acid ,and it is a kind of alginic acid derivatives. Sodiu

3、m alginate is soluble in water, with thickening, suspension, emulsion, stability, excellent properties of gel formation and films, it has been widely used in food, textile, medicine, cosmetics and other chemical industry. This design uses calcium coagulation-ion exchange method to extract sodium alg

4、inate from Hainan wild sargassum. By describing the principle of sodium alginate extracting , we design a complete set of sodium alginate production plan. Which conclude the design of the material balance and heat balance calculation of the whole process, and design and selection of main equipment c

5、oncretely. Also on the sewage treatment, environmental protection design and plant are described and deal with concrete. The design also provides preliminary design drawings of the process flow and main equipment.Keywords:Sodium alginate; production technology; the preliminary designII年产1000吨海藻酸钠生产工

6、艺初步设计目录1.总论11.1概述11.1.1海藻酸钠的性质11.1.2产品用途21.1.3从马尾藻中提取海藻酸钠的意义41.1.4海藻酸钠的市场供需及价格情况41.1.5海藻酸钠发展前景51.2设计的目的和意义51.2.1设计的目的51.2.2设计的意义51.3设计依据和原则61.3.1设计依据61.3.2设计原则61.4设计范围61.5海藻酸钠生产能力及产品质量标准71.5.1生产能力71.5.2产品质量标准72. 生产方案选择82.1生产方法82.1.1酸凝-酸化法生产海藻酸钠82.1.2钙凝-酸化法生产海藻酸钠92.1.3钙凝-离子交换法生产海藻酸钠93.生产工艺流程设计及说明113.

7、1“钙凝-离子交换法”生产工艺流程设计113.2生产工艺流程说明114.工艺计算124.1物料衡算124.1.1原辅物料的计算124.1.2物料衡算汇总列表144.1.3水、电煤的用量计算154.2热量衡算164.2.1消化工段热量衡算164.2.2浓缩工段热量衡算164.2.3干燥工段热量衡算185.设备设计与选型205.1主要设备设计和选型205.1.1干马尾藻浸泡池设计205.1.2湿马尾藻粉碎机的选型205.1.3甲醛浸泡池的设计215.1.4消化锅的设计与选型216. 环境保护措施及污水处理方案266.1施工期环保措施情况266.1.1对施工扬尘采取的防治措施266.1.2对施工噪声

8、采取的防治措施276.1.3固体废物防治措施276.1.4废水防治措施276.2环保设施、措施的落实情况276.2.1废水治理措施276.2.2固体废物的处置措施286.2.3环境噪声治理措施296.2.4危险化学品的安放与处置296.3环保机构及其管理制度296.4今后的环保工作计划297.车间设计307.1 厂房布置设计的条件和依据307.1.1 常用的规范和规定307.1.2 设计的基本条件307.1.3 设计的基本依据317.2 车间厂房的布置设计317.2.1厂房的平面布置327.2.2厂房的空间布置327.2.3厂房布置时需注意的问题327.3厂房布置原则327.4厂房的整体布置设

9、计337.5车间设备布置设计347.5.1消化车间348.厂址选择及厂区总平面设计348.1厂址选择348.1.1厂址选择的原则和指导思想348.1.2厂址选择及其依据348.2厂区总平面设计358.2.1工厂概况358.2.2主要设计构思358.2.3占地面积的确定368.2.4平面布置原则的指导思想369.设计评析与总结36致谢37参考文献372年产1000吨海藻酸钠生产工艺初步设计1.总论1.1概述1.1.1海藻酸钠的性质 海藻酸钠，是从褐藻类海带或马尾藻中提取的一种天然多糖碳水化合物，由1-4聚-D甘露糖醛酸和-L古洛糖醛酸组成的一种线性聚合物，是海藻酸衍生物中的一种。海藻酸钠易溶于水

10、，具有增稠，悬浮，乳化，稳定，形成凝胶和薄膜的优良特性，使其在食品、印染、医药、化妆品和其他化工行业有着广泛的应用。 中文名称：海藻酸钠 英文名称：Sodium alginate别 名：褐藻酸钠；海带胶；海藻胶CAS 号：9005-38-3分 子 式：(C6H7O6Na)n结 构 式：结构单元分子量：198.11 大分子量：32000-250000沸 点：495.2C at 760 mmHg蒸 气 压：6.95-12mmHg at 25C外观与性状：海藻酸钠为白色或淡黄色粉末，几乎无臭无味。溶 解 性：海藻酸钠溶于水，不溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂。溶于水成粘稠状液体，1水溶液pH值为6-8

11、。当pH6-9时粘性稳定，加热至80 以上时则粘性降低。毒 性：海藻酸钠无毒，LD505000mgkg。 安 全 性：刺激眼睛、呼吸系统和皮肤，避免与皮肤和眼睛接触；不慎与眼睛接触后，请立即用大量清水冲洗并征求医生意见； 凝 胶 性：螯合剂可以络合体系中的二价离子，使得海藻酸钠能稳定于体系中。 增稠性和成膜性： （1）作为饮料、乳品等的增稠剂海藻酸钠在增稠方面有独特的优势：海藻酸钠良好的流动性，使得添加后的饮品口感柔滑；并且可以防止产品消毒过程中的黏度下降现象。在利用海藻酸钠作为增稠剂时，应尽量使用分子量较大的产品，适量添加Ca，可以大大提高海藻酸钠的黏度。 （2）作为冰淇淋等冷饮的稳定剂海藻

12、酸钠是一种高档的稳定剂，它可使冰淇淋等冷饮食品产生平滑的外观、柔滑的口感。由于海藻酸钙可形成稳定热不可逆凝胶，因而在运输、储藏过程中不会变粗糙（冰晶生长），不会发生由于温度波动而引起的冰淇淋变形现象；同时这种冰淇淋食用时无异味，既提高了膨胀率又提高了融点，使得产品的质量和效益都有显著提高。产品口感柔滑、细腻、口味良好。添加量较低，一般为13，国外添加量为510。（3）作为乳制品及饮料的稳定剂用海藻酸钠稳定的冰冻牛乳具有良好的口感，无粘感和僵硬感，在搅拌时有粘性，并有迟滞感。1.1.2产品用途（一）海藻酸钠在食品工业具有以下用途 （1）稳定性 海藻酸钠用以代替淀粉、明胶作冰淇淋的稳定剂时，海藻酸

13、钠可控制冰晶的形成，改善冰淇淋口感，海藻酸钠也可稳定糖水冰糕、冰果子露、冰冻牛奶等混合饮料。许多乳制品，如精制奶酪、掼奶油、干乳酪等利用海藻酸钠的稳定作用可防止食品与包装物的连粘性，可作为上乳制饰品覆盖物，海藻酸钠可使其稳定不变并防止糖霜酥皮开裂。 （2）增稠与乳化性 海藻酸钠用于色拉(一种凉拌菜)调味汁，布丁(一种甜点心)、果酱、番茄酱及罐装制品的增稠剂，海藻酸钠可提高制品的稳定性质，减少液体渗出。 （3）水合性 在挂面、粉丝、米粉制作中添加海藻酸钠可改善制品组织的粘结性，使其拉力强、弯曲度大、减少断头率，特别是对面筋含量较低面粉，效果更为明显。在面包、糕点等制品中添加海藻酸钠，可改善制品内

14、部组织的均一性和持水作用，延长贮藏时间。在冷冻甜食制品中添加海藻酸钠可提供热聚变保护层，改进香味逸散，提高熔点的性能。 （4）胶凝性 海藻酸钠可做成各种凝胶食品，保持良好的胶体形态，不发生渗液或收缩，所以海藻酸钠适合用于冷冻食品和人造仿型食品。还可用海藻酸钠来覆盖水果、肉、禽类和水产品作为保护层，使其与空气不直接接触，延长贮藏时间。海藻酸钠还可作为面包的糖衣、加馅填料、点心的涂盖层、罐头食品等自凝形成剂。在高温、冷冻和酸性介质中仍可维持原有的体。海藻酸还可代替琼胶制成具有弹性，不粘牙，透明的水晶软糖。（二）海藻酸钠在医药行业具有以下用途 （1）牙科印模料 过去牙科印模主要用橡胶、石膏等混合物，

15、近年来已被海藻酸钠印模料代替，海藻酸钠印模具有操作简便，印出的齿形准确等优点。海藻酸钠印模料凝固剂装两包，使用时将两者用水调合，数分钟后即可凝固成型，成型作用主要是海藻酸钠。 （2）止血剂 海藻酸钠溶液在酸性或钙盐溶液中具有纤维状沉淀，其分子结构呈线形，故用此机理，海藻酸钠可制成各种剂型止血剂，如止血纱布，止血海绵，烫伤纱布，喷雾止血剂等。对放射性元素及有害金属的阻、排作用：海藻酸钠具有对某些元素的特殊交换能力。不但有预防锶吸收的效果，而且还有一定的治作用，当被放射性锶染之后，口服一定量的海藻酸钠，可将消化道中的放射性锶很快吸收并排出体外。 （3）药膏、药片及其制剂。利用海藻酸钠增稠和凝胶的特

16、性，作为药品各种剂型的添加剂，如海藻酸钠与羊毛脂调合制成硫磺软膏，可医治皮肤病，还可与磺胺药物混合作眼膏以及苯基醋酸等混合作避孕膏低聚藻胶作肠用胶囊，使药物在肠道中停留和吸收时间大大延长，从而提高药物的疗效。（三）海藻酸钠在印纺工业具有以下用途 （1）印花浆。海藻酸钠用作经纱上浆、整理浆、印花浆等已有悠久的历史，但主要用在印花浆方面。海藻酸钠用作活性染 料色浆，具有独特性能。纤维和活性染料进行化学反应，将染料固定在纤维上，在染色过程中所用印花浆应不干扰或参与化学反应键合。若色浆参与反应，就会固定在纤维上，这就造成染过的纤维手感发硬，变脆、色泽不好。当使用海藻酸钠作印花浆时，既不影响活性染料与纤

17、维的染色过程，同印出花纹清晰、鲜艳、给色量高，手感好。海藻酸钠不仅适合于棉布印色，也适用于羊毛、丝、合成纤维的印花。 中等粘度和低粘度的海藻酸钠都适用于从筛网式印花到滚筒式印花色浆的要求。实际上用低粘度的海藻酸钠制备花浆较稳，这使制备较高含量的印花浆成为可能，这种印花浆可导致在干燥过程中产生致密的膜，使着色率增加。 （2）人造纤维。海藻酸钠与石棉短纤维混合，经过醋酸钙溶液凝固处理，可防止石棉纤维飞扬，从而影响人身健康。（四）海藻酸钠在其它工业的用途造纸上浆用水溶性海藻酸钠代替部分松香纸浆分散剂或纸张表面上浆，能增加纸张表面光滑度，并能调节印刷墨水、蜡、油的吸收，提高纸张的耐揉性。电焊条被负：焊

18、条药皮材料与海藻酸钠，海藻酸钾，海藻酸钙混合，可粘合被负药皮，并湿润药皮材料，使得在挤压过程中有足够的塑性，而且在使用焊接过程中容易燃烧成灰，减少飞溅。此外，海藻酸钠可应用于树脂涂料、橡胶膏化剂、电池隔极层以及水处理方面。在农业方面，海藻酸钠可作为种子处理、杀虫剂、抗病毒材料进行应用。1.1.3从马尾藻中提取海藻酸钠的意义海藻酸钠易溶于水，具有增稠、悬浮、乳化、稳定、形成凝胶和薄膜的优良特性，使其在食品、印染、医药、化妆品等领域有着广泛的应用。20世纪80年代初在食品工业协会、农牧渔业部联合召开的全国食用海藻酸交流会上，专家充分肯定了海藻酸的食用和药用价值，呼吁我国大力推广海藻酸的生产应用技术

19、。目前我国海藻酸钠的制备是以人工养殖的海带为原料，但产量有限，只盛产于北方，且生产成本高。而马尾藻则是热带及温带海域多年生藻类，我国沿海地区的马尾藻资源丰富， 但我国对其利用甚少，本次设计便是基于此情况做从马尾藻中提取海藻酸钠的工艺设计，从一定程度上提高对中国沿海地区野生马尾藻的利用，另一方面也促进了我国海藻酸钠产业的发展。随着我国国民经济的不断发展，海藻酸钠市场需求量也在不断增长，因此，开发国内海藻酸钠的生产和应用，对我国化学工业的发展意义重大。1.1.4海藻酸钠的市场供需及价格概况目前全世界褐藻胶年产量约为34万吨，其中中国的年产量约为10000吨。美国、日本生产的褐藻胶的售价为55008

20、000美元吨，挪威、法国胶为50007000美元吨，中国出口胶由于质量欠优，售价只有35005000美元吨，内销胶价为2O40万元(人民币)吨（此价随海带等原料价因素而波动）。另外，随着海藻酸钠应用领域的不断扩大，要求使用高纯度海藻酸钠的用户越来越多。由于我国目前的生产工艺落后，产品纯度远远达不到国内外客户的要求。比如，随着印染、印花行业的飞速发展，对糊料的要求越来越高，而各种高档织物印花均需高纯度的海藻酸钠来充当糊料，据统计，国内外每年大约需要高纯度海藻酸钠1000多吨。同时，由于国内外每年用于高档食品的高纯度海藻酸钠约4000吨。所以仅上述两个行业每年需求高纯度海藻酸钠约5000吨，其市场

21、潜力很大。1.1.5海藻酸钠发展前景 在美国海藻酸钠被誉为“奇妙的食品添加剂”，在日本海藻酸钠被誉为“长寿食品”。高粘度海藻酸钠具有增稠性好，成膜性好，凝胶强度高，成丝性好等优点，是良好的食品添加剂，美国、英国、挪威以及一些东南亚国家已经将海藻酸钠广泛应用于食品工业。目前国际海藻酸钠贸易量约为2.2万吨/a，其中美国和挪威公司销售量占71%。国际海藻酸钠需求量将稳中有升。因此我国对海藻酸钠的生产也应加大幅度，而且还应该把工作重点放在提高质量，增加品种上。食用藻类资源的开发利用，是当前食品研究和应用的一个重要方向。因此，海藻酸钠作为一种从褐藻类生物中提取的产品在“功能食品”、“保健食品”和“设计

22、食品”中具有广泛的应用前景。海藻酸钠用于开发缓控释放制剂越来越引人注目，也已经成为一个热门课题。海藻酸作为药物载体在耳科疾病局部治疗中也有广泛的应用前景。由于海藻酸钠能够保留软骨细胞分泌的基质，软骨细胞在海藻酸钠中能够良好地繁殖生长，可见海藻酸钠在人造软骨方面有着重要的应用前景。1.2设计的目的和意义1.2.1设计的目的从马尾藻中提取海藻酸钠以满足日益增长的市场需求，充分利用野生马尾藻资源，同时获得很好的经济收益。1.2.2设计的意义（1）满足各行各业产品需求。（2）可以长远解决公司的生存问题，并且为当地提供更多的业机会，促进区域经济的展。（3）做到了真正意义上的绿色产业。（4）有利于国家产业

23、结构的调整，保持国民经济的可持续发展。1.3设计依据和原则1.3.1设计依据海南大学2013年毕业设计课题年产1000吨海藻酸钠生产工艺流程初步设计任务书，见附件。1.3.2设计原则（1）按技术先进、成熟可靠、经济合理的原则对技术方案进行论证，以确定最佳方案；（2）尽可能采用节能工艺和高效设备，充分发挥规模效应，降低能耗、物耗和生产成本，提高项目的经济效益和社会效益；（3）主体工程与环境保护、劳动安全和工业卫生同时考，以减少“三废”排放，加强废渣治理，确保安全生产，消除并尽可能减小工厂生产对化境的不良影响和对工厂职工以及周边地区居民健康的危害。1.4设计范围本设计的主要内容：（1）生产方案选择

24、（2）工艺流程设计与论证（3）工艺原理与操作条件说明（4）工艺计算物料衡算与热量衡算（5）生产主要设备设计计算与选型（6）生产车间设备配置与布置设计（7）编写项目设计说明书（8）工程设计绘图设计重点：生产方案选择；工艺流程设计与论证；工艺计算；设备设计计算与选型。1.5海藻酸钠生产能力及产品质量标准1.5.1生产能力年产1000吨海藻酸钠，年工作日为300天，全天候连续生产。1.5.2产品质量标准 本设计生产的海藻酸钠产品质量标准参考中华人民共和国海藻酸钠质量标准，也可适当根据客户对产品的需求进行改造。 表1 中华人民共和国海藻酸钠质量标准项目 指标 分类工业级 执行：中国农业部 SC/T 3

25、401-1985食品级食品添加剂国家标准GB1976-80粒度30目100%通过或根据合同要求根据合同要求水份 %1414Ph6.0-7.56.0-8.0粘度 (mPa.s)根据合同要求150或按合同要求含钙量 %0.3/硫酸灰份%20.0-24.030-37水不溶物%0.63.0透明度 cm3COMPLY TO STIPULATED重金属%/0.004砷盐 %/0.0002铅%/0.00042.生产方案选择海藻酸钠常用的提取方法主要有酸凝-酸化法，钙凝-酸化法，钙凝-离子交换法和酶解法。下面简单介绍前三种提取方法的工艺原理和流程。2.1海藻酸钠的生产方法2.1.1酸凝-酸化法生产海藻酸钠该提

26、取方法的提取过程如下： 浸泡切碎消化稀释过滤、洗涤酸凝中和乙醇沉淀过滤烘干粉碎成品该提取方法的操作要点及原理如下：（1） 浸泡 加10倍于海带重量的水，在常温下浸泡4小时，并加适量质量分数1.0%的甲醛，这样可以将海带色素固定在表皮细胞中，不至海带色素溶于水而导致产品色泽加深。同时，甲醛对植物细胞壁纤维组织有破坏作用，有利于消化过程中海藻酸盐的置换与溶出。浸泡结束后取出海带，用水洗涤直至洗涤液无色。（2） 消化 将切碎的海带在一定温度下，加入一定浓度一定体积的Na2CO3溶液进行消化。此过程反应方程式如下： 2M(Alg)n+nNa2CO3 2nNaAlg+M2(CO3) (2.1.1-1)

27、其中M为Ca、Fe等金属离子，Alg为海藻酸（3） 过滤 消化以后的海带变成糊状，比较粘稠，要先加一定量的水将糊状液体稀释，再过滤。由于直接抽滤这种糊状液体速度太慢，因此首先用纱布初滤一次，再将滤液用真空泵抽滤。NaAlg+Hcl Nacl +HAlg(2.1.1-2)（4） 酸凝 将过滤后的料液加水稀释，再往料液中缓慢加入稀盐酸直至开始有絮状沉淀为止，然后静置8-12h,最后往静置液中缓慢加入稀盐酸，调节PH值约为1-2，海藻酸凝聚成酸凝块。去清液，留下酸凝块。此过程反应方程式如下： 2HAlg+Na2CO3NaAlg+H2O+CO2(2.1.1-3)(5) 中和 在常温下，边搅拌边加入一定

28、浓度Na2CO3溶液溶解酸凝块，直至PH值为7.5，中和完成。此过程反应方程式如下： (6) 析出海藻酸钠 往中和后的溶液中加入浓度为95%的乙醇，结果析出白色沉淀。由于海藻酸钠易溶于水，不溶于乙醇，为了得到尽可能多的产品，可以用乙醇将部分溶解在水中的海藻酸钠一并析出，这样可以提高提取率。 最后经过过滤、干燥、粉碎后即可得到产品。 该工艺流程中酸凝速度慢，需要8-12个小时，而且胶状沉淀颗粒很小，不好过滤；生产的中间产物海藻酸不稳定，易降解，因此，所得产品产率、粘度都很低。 2.1.2钙凝-酸化法生产海藻酸钠该提取方法提取过程如下：浸泡切碎消化稀释过滤、洗涤钙析盐酸脱钙碱溶乙醇沉淀过滤烘干粉碎

29、成品 该提取方法的其他步骤与酸凝酸化法相同，只是有以下两步不同：2NaAlg+Cacl2 2Nacl+Ca(Alg)2 (2.1.2-1)（1） 钙析 将滤液用盐酸调节PH值为6-7，加入一定量10%的Cacl2溶液进行钙析。此过程反应方程式如下： Ca(Alg)2+ Hcl Cacl2 + 2HAlg(2.1.2-2)(2)盐酸脱钙 将钙凝得到的海藻酸钙经水洗除去残留的无机盐后，用一定体积的10%左右的盐酸酸化30分钟，使其转化为海藻酸凝块，去清液，留下酸凝块。此过程反应方程式如下： 该工艺流程，钙析的速度比较快，沉淀颗粒也比较大。但在脱钙过程中，由于采用盐酸洗脱的方式，产生的中间产物海藻酸

30、不稳定，易降解，因此所得到的的产品收率和粘度都不是很高。2.1.3钙凝-离子交换法生产海藻酸钠 该提取方法提取过程如下： 浸泡切碎消化稀释过滤、洗涤钙析离子交换脱钙乙醇沉淀过滤烘干粉碎成品该提取方法的其他步骤与钙凝-酸化法相同，只是采用离子交换脱钙，即将钙析后的产品过滤后，再往里加入一定浓度为15%的氯化钠溶液脱钙。此过程反应方程式如下： Ca(Alg)2 + Nacl 2NaAlg+Cacl2(2.1.3-1) 利用交换生成的海藻酸钠，由于海藻酸钠不溶于乙醇，仍为絮状凝胶，最后经过滤、干燥、粉碎即得成品海藻酸钠。 在此工艺流程中，钙析的速度比较快，沉淀颗粒也比较大，采用离子交换脱钙法所得产品

31、收率较高，已达42.6%，粘度已达2840mPa.s,远高于目前国际上工业产品粘度（150-1000mPa.s),而且所得产品均匀性好，储存过程中粘度稳定。 2.2生产方案确定 通过对以上三种生产海藻酸钠的工艺流程的介绍可以知道，酸凝-酸化法和钙凝-酸化法一方面生成的中间产物海藻酸不稳定易降解，会减少海藻酸钠的提取率，另一方面产生的大量废酸增大了污水处理的难度，成本增高，处理不当，还会严重污染环境。而钙凝-离子交换法很好地避免以上两方面的问题。综合以上分析方法比较考虑，本次设计选择钙凝-离子交换法来生产海藻酸钠。3.生产工艺流程设计及说明3.1“钙凝-离子交换法”生产工艺流程设计综上分析，本课

32、题选取用“钙凝-离子交换法”生产方法，其工艺流程设计见图1所示： 干马尾藻 浸泡粉碎脱水甲醛浸泡加碱消化兑稀发泡沉降 过滤钙化离子交换脱钙无水乙醇沉淀过滤 烘干 粉碎成品过滤水洗水洗 浓缩图1：钙凝-离子交换法生产工艺流程简图3.2生产工艺流程说明“钙凝-离子交换法”工艺流程说明：干马尾藻经计量后，加入干马尾藻重量10倍的水浸泡30分钟后，将湿马尾藻脱水送入粉碎机破碎至2-3mm，送入甲醛浸泡池，加10倍质量分数为1%的甲醛浸泡3小时，其主要目的是将马尾藻的色素固定在表皮细胞中，不至于产品色泽加深。同时，甲醛对植物细胞壁纤维组织有破坏作用，有利于在消化过程中海藻酸盐的置换和溶出，减少消化时间。

33、浸泡结束后过滤水洗至洗涤液为无色。将粘稠状物质送入消化锅内，在消化锅内加入10倍质量分数为2%的碳酸钠溶液，在消化温度为60摄氏度的条件下消化3个小时，然后放入冲稀池，冲稀至恩氏100-120秒，以压缩空气混匀后，送入发泡机发泡沉降2小时，然后取上清液送入300目履带过滤机过滤两次，滤液以水泵送入钙化系统进行钙化，加入胶液量的20%钙液（钙液氯化钙浓度为10%）。该过程可以使海藻酸钠转化为非水溶性的海藻酸钙析出，使得海藻酸钠与大量水份分离，同时将大量的无机盐，色素等水溶性杂质随水排出。经发泡器发泡及高速搅拌后，过滤洗涤，送入间歇式反应釜中加入适量质量分数为15%的Nacl溶液进行间歇多次脱钙，

34、并在洗脱液中滴加适量稀硫酸直到不生成硫酸钙浑液为止，浓缩后加过量无水乙醇进行沉淀过滤，干燥粉碎既得成品。4.工艺计算4.1物料衡算4.1.1原辅物料的计算 根据设计任务，海藻酸钠的年生产能力为1000吨/年，全年365天，除去大、中修理及放假等共65天。则 年工作日 = 36565=300天每昼夜生产能力为：1000300 =3.3334吨/天=0.1389吨/小时本生产过程属于间歇式生产过程，生产周期为16小时，全年生产周期为 3002416=450个周期。每个生产周期生产能力为： 0.138916 =2.2223吨/周期 根据实验及经验知道从马尾藻中提取海藻酸钠的平均提取率W=35.5%，

35、则每个周期投入的干马尾藻质量m=2.222335.5%=6.26吨/周期 以此作为物料衡算的基准。(1)浸泡取6.26吨干马尾藻，加10倍重量水于浸泡池中浸泡1小时，浸泡后的水用于提取碘和甘露醇，所需水的质量为m1（水）=6.2610=62.6t/周期,马尾藻无质量损失。干马尾藻吸水后的质量为：m（湿马尾藻）=m（干马尾藻）150%=6.26150%=9.39吨/周期（2）脱水，粉碎将浸泡后的马尾藻脱水后送入粉碎机粉碎，此时马尾藻有0.5%的质量损失m(湿马尾藻）=9.39（1-0.5%）=9.3431吨/周期（3）甲醛浸泡后过滤水洗 将粉碎后的马尾藻投入甲醛浸泡池，加入10倍质量分数为1%的

36、甲醛溶液浸泡3小时，m(甲醛溶液）=109.3431=93.431吨/周期，其中 甲醛消耗量： m(甲醛)=93.4311%=0.93431吨/周期， 水的消耗量： m2（水）=93.431（1-1%）=92.4967吨/周期过滤水洗耗水量占马尾藻重量的30%， m3（水）=9.343130%=2.8030t/周期，水洗后马尾藻损失1%的质量，故过滤水洗后， m(湿马尾藻)=9.3431(1-1%)=9.2497t/周期（4） 消化将过滤水洗后的粘稠状马尾藻送入消化锅内，加入10倍质量分数为2%的碳酸钠溶液浸没马尾藻，在60摄氏度的条件下消化3小时，此时所需碳酸钠溶液的质量为 m(碳酸钠溶液)

37、=9.249710=92.497t/周期，其中碳酸钠的消耗量：m(碳酸钠）=92.4972%=1.8500t/周期水的消耗量：m4（水）=92.497(1-2%)=90.6471t/周期（5）冲稀，发泡沉降，过滤将消化后的消化液放入冲稀池，冲稀至恩氏100-120秒，与压缩空气混匀后，送入发泡机发泡沉降2.5小时，然后取上清液送入300目履带过滤机过滤两次，此时有1%海藻酸钠的质量损失（6）钙化，水洗 滤液以水泵送入钙化系统进行钙化，加入胶液量的20%钙液（钙液氯化钙浓度为10%）。再经发泡器发泡及高速搅拌后，过滤洗涤，水洗耗水量为洗涤物质海藻酸钙质量的30%。该过程可以使海藻酸钠转化为非水溶

38、性的海藻酸钙析出，使得海藻酸钠与大量水份分离，同时将大量的无机盐，色素等水溶性杂质随水排出。水洗过程中会有0.5%的海藻酸钙流失。（7）离子交换脱钙钙化水洗后送入间歇式反应釜中加入10倍质量分数为15%的Nacl溶液进行脱钙。（8） 浓缩沉淀过滤 将脱钙后的海藻酸钠溶液浓缩至60%后加入10倍无水乙醇搅拌均匀后静置半个小时过滤，此时有1%的海藻酸钠产品损失。（9） 干燥粉碎，包装假设过滤后海藻酸钠含水量为25%(湿基含水量），干燥后含水量5%(湿基含水量），所得海藻酸钠质量为m0(海藻酸钠)=2.2223t/周期，过滤后海藻酸钠质量m(含水海藻酸钠)=2.2223(1-5%)（1-25%）=2

39、.8149t/周期干燥除去水分质量m5(水)=2.8149-2.2223=0.5926t/周期， 离子交换脱钙后海藻酸钠质量m1(海藻酸钠)=2.2223（1-1%）=2.2448t/周期。浓缩后海藻酸钠溶液质量m(浓缩后海藻酸钠溶液)=2.244860%=3.7414t/周期，则沉淀所需无水乙醇质量m(无水乙醇)=3.741410=37.414t/周期钙化水洗后海藻酸钙的质量m1(海藻酸钙)=2.2500t/周期，则消耗的质量分数为15%的氯化钠溶液质量为m(氯化钠溶液)=2.250010=22.500t/周期m(氯化钠）=22.50015%=3.375t/周期，耗水量m6(水)=22.50

40、0（1-15%）=19.125t/周期钙化后海藻酸钙的质量m2(海藻酸钙)=2.2500（1-0.5%）=2.2613t/周期钙化水洗耗水量m7(水)=2.261330%=0.6784t/周期冲稀发泡沉降过滤后的滤液中海藻酸钠质量m2(海藻酸钠)=2.2560t/周期消化后消化液中海藻酸钠质量m3(海藻酸钠)=2.2560（1-1%）=2.2789t/周期则消化过滤后马尾藻滤渣质量m(滤渣)=9.2497-2.2789=6.9708t/周期消化过滤后消化液质量m(消化液)=92.497+2.2789=94.7759t/周期，在钙化过程中消耗的氯化钙溶液的质量： m(氯化钙溶液)=94.7759

41、20%=18.9552t/周期 m(氯化钙)=18.955210%=1.89552t/周期 耗水量m8(水)=18.9552（1-10%）=17.0597t/周期4.1.2物料衡算汇总列表（1）物料输入表表4.1 年产1000吨海藻酸钠物料输入表物料名称年投入物料量/吨周期物料量/吨干马尾藻28176.26甲醛 420.43950.93431碳酸钠832.51.8500氯化钙 852.9841.89552氯化钠1518.75 3.375无水乙醇16836.337.414 配料水128434.5285.41 输入物料总和151712.4735337.13883（2）物料输出表表4.2 年产100

42、0吨海藻酸钠物料输出表 物料名称 年物料输出量/吨 周期物料输出量/吨海藻酸钠1000.0352.2223 废甲醛溶液42043.9593.431废滤渣3205.08457.12241钙化过滤后废滤液50161.41111.4698乙醇沉淀过滤后的废滤液17408.738.686 水洗所排放的废水37893.29484.2074 输出物料总和151712.5095337.138914.1.3水、电煤的用量计算（1）水的计算根据查阅各种资料以及以上物料衡算知，生产1000t海藻酸钠过程中调浆、配料、设备容器清洗、锅炉用水及卫生用水等约消耗水资源15万t。（2）电的计算根据估算以及查阅各种资料知，

43、生产1t海藻酸钠过程中各种动力耗电、生活用电等方面约耗电2000度。则年产量1000吨海藻酸钠则需消耗电20005000=1000万度。（3）煤的计算海藻酸钠生产过程中煤的使用主要是供热、锅炉蒸汽等方面。根据资料及经验，生产1t海藻酸钠约耗煤5.3t。则年产5000吨海藻酸钠需耗煤5.35000=2.65万吨4.2热量衡算本工艺设计热量衡算主要集中在消化工段、浓缩工段和干燥工段。4.2.1消化工段热量衡算 消化液的组成：m(碳酸钠溶液)=92.497t/周期，1= m(马尾藻)=9.2497t/周期,2=1-1=0.0909碳酸钠溶液比热容Cp,1=4.179kJ/（kg）,马尾藻比热容Cp,

44、2=1.550kJ/（kg）消化液平均比热容：Cp=Cp,11+Cp,22=4.1790.9091+1.5500.0909=3.9400kJ/（kg）则消化液从常温25加热到60所吸收的热量Q需=Cpmt=3.9400101.7467103(60-25)=1.4031107kJ/hQ供=1.2Q需=m水蒸气r=1.21.4031=1.6837查表得200KPa饱和水蒸汽，温度t=127.2,汽化潜热r=2185.4kJ/kg水蒸气消耗量Q=KAt传热系数K=1000W/（m2）,t=127.2-60=67.2，则传热面积A=4.2.2浓缩工段热量衡算离子交换脱钙后海藻酸钠质量浓缩前海藻酸钠溶液的质量，即蒸发原料液量F=19.125+2.2448=21.3698t,海藻酸钠浓度100%=10.5%浓缩后海藻酸钠溶液的质量，即完成液量L=2.244860%=3.7414t,海藻酸钠浓