摘 要

本设计为年产50吨羟丙基壳聚糖的生产工艺初步设计。并且绘制了带控制点的管道工艺流程图，反应器装配图，车间装置平面图。本设计采用了以异丙醇为介质，壳聚糖碱化与环氧丙烷反应生产羟丙基壳聚糖的方法，根据设计要求对工艺流程进行了计算、选择和论证。本次设计主要分三个部分：物料衡算、热量衡算和设备计算。在物料衡算和热量衡算的基础上对主要设备和管道进行了设计和选型，同时对本装置的安全生产和“三废”治理做相关讨论，并进行了初步的羟丙基壳聚糖市场前景分析与经济效益核算。

关键词：壳聚糖，衍生物，水溶， 碱化，工艺

Abstract

This design is the preliminary design of the production process of 50 tons of hydroxypropyl chitosan. And draw the process flow chart with control points, piping layout, reactor assembly drawing, device plan. In this design, the method of producing hydroxypropyl chitosan with isopropyl alcohol as the medium and the reaction of chitosan with epoxy propane was adopted. The design is divided into three parts: material balance, heat balance and equipment calculation. Based on the material balance and heat balance of the design and selection of main equipment and pipeline, and make discussions on the safety production and "three wastes" treatment, and the market prospect of hydroxypropyl chitosan preliminary analysis and economic accounting.

Key word：Chitosan，derivative， Water solubility，Alkalization，Technology

目录

第一章 绪论 1

1.1羟丙基壳聚糖的性质 1

1.2羟丙基壳聚糖的特性用途 1

1.3我国羟丙基壳聚糖工业的现状 3

1.4壳聚糖技术指标 3

1.5羟丙基壳聚糖的设计思路 4

1.6设计主要内容 4

1.7设计依据 5

第二章 工艺流程 6

2.1 羟丙基壳聚糖的几种制备方法 6

2.2反应原理以及方法的确定 7

第三章 工艺计算 9

3.1物料衡算 9

3.1.1产品规格 9

3.1.2生产制度 9

3.1.3原始数据 9

3.1.4总物料衡算 9

3.1.5反应釜进出物料衡算 10

3.1.6中和器进出物料衡算 10

3.1.7真空干燥 11

3.2能量衡算 11

3.2.1原始数据 11

3.2.2 反应釜的热量衡算 12

3.2.3真空干燥的热量衡算 12

第四章 设备选型 14

4.1贮罐 14

4. 2搅拌器（ M-101） 14

4.2.1搅拌釜基本数据 14

4.2.2搅拌釜容积计算 14

4.2.3 筒体公称直径 15

4.2.4 筒体封头的选型 15

4.2.5 筒体高度的计算 16

4.2.6夹套尺寸和传热计算 16

4.2.7 支座 17

4.2.8法兰 18

4.2.9人孔 19

4.3沉淀器（M-102） 19

4.4一级反应器（R-101） 20

4.5二级反应器（R-102） 20

4.6中和器（R-103） 20

4.7反应器预热器（H-101） 20

4.8过滤器（S-101） 20

4.9洗涤器（S-102） 20

4.10干燥器（S-103） 21

4.11工艺流程图 21

4.12主要设备一览表 21

第五章 安全措施与三废处理 23

5.1物料特性和安全防范措施 23

5.2三废处理 25

5.2.1一般废水处理 25

5.2.2羟丙基壳聚糖的生产中工业废水的处理 26

第六章 场地与车间布置 27

6.1厂址选择 27

6.2场地条件 27

6.3车间布置 27

6.4设备布置 28

第七章 总结与展望 29

7.1市场经济分析总结 29

7.2展望 30

附录 34

附录A 生产工艺流程图 34

附录B 反应釜装配图 34

附录C 工厂车间布置图 34

附录D 参考依据 34

附录E 主要符号表 35

附录F Aspenplus模拟数据 38

第一章 绪论

1.1羟丙基壳聚糖的性质

羟丙基壳聚糖，它的中文正式名称:羟丙基脱乙酰甲壳素。其英文别名:N-(2-Hydroxypropyl)chitosan。它是壳聚糖的衍生物之一，一种水溶性壳聚糖，是在壳聚糖分子中C₆位羟基用环氧丙烷发生醚化反应引入羟丙基，增大壳聚糖极性，改善了其不溶于水的性质。

作为水溶性良好的壳聚糖衍生物，它既能溶于水又能溶于乙醇等有机溶剂，具有良好的乳化性、抗菌性、吸湿保湿性和表面活性，其吸湿保湿能力与透明质酸（HA）相当，乳化性和泡沫性与非离子表面活性剂Tween60相当^[1]。

目前市面上常规羟丙基壳聚糖性质如下:

表1.1 羟丙基壳聚糖性能指标

1.2羟丙基壳聚糖的特性用途

羟丙基壳聚糖是壳聚糖的衍生物，而壳聚糖(chitosan)又称脱乙酰甲壳素，是由自然界广泛存在的几丁质(chitin)经过脱乙酰作用得到的，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖。自1859年，法国人Rouget首先得到后，立刻成为了化学界的新宠儿。这种天然高分子的生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能被各行各业广泛关注，在医药、食品、化工、化妆品、水处理、金属提取及回收、生化和生物医学工程等诸多领域的应用研究取得了重大进展^[2]。

壳聚糖因其分子中带有游离氨基，在酸性溶液中易成盐，呈阳离子性质。又因壳聚糖随其分子中含氨基数量的增多，其氨基特性越显著，这正是其独特性质的所在，由此奠定了壳聚糖的许多生物学特性及加工特性的基础。

壳聚糖有几大生理活性:

（1）控制胆固醇

（2）抑制细菌活性

（3）预防和控制高血压

（4）吸附和排泄重金属

（5）免疫效果

因此壳聚糖在医学领域具有非常广泛的应用。壳聚糖可以促进凝血和伤口愈合，可以用作止血剂。同时可以作为药物的缓释基质以及人造组织和器官^[3-4]。

壳聚糖在食品领域同样具有非常广泛的应用。壳聚糖及其衍生物有较好的抗菌活性，能抑制一些真菌、细菌、和病毒的生长繁殖，因此一直作为抗菌剂使用。同时作为优良的果蔬保鲜剂，可以极大的保持果蔬在采摘后到货架期的品质、品味、营养成分和外观，提高果蔬的商品价值。同时可以作为肉类食品的抗氧化剂。壳聚糖难被人体肠胃消化吸收，同时具有调解血压、消除脂肪肝、降低胆固醇和增强免疫力的功能，因为也作为保健食品添加剂。壳聚糖也是优良的果汁澄清剂。因为果汁中含有大量带负电荷的果胶、纤维素、鞣质和多聚戊糖等物质，在存放期间会使果汁浑浊。当壳聚糖的正电荷和上述负电荷物质吸附絮凝后，经处理后的澄清果汁是一个稳定的热力学体系，所以能长期存放，不产生浑浊^[6-7]。

羟丙基壳聚糖作为水溶性良好的壳聚糖衍生物，不然具有壳聚糖的诸多优点同时也增加了许多新的特性。其优良特性如下：

（1）可生物降解性，在生物体内通过溶菌霉的作用分解。

（2）生物相容性，对动植物有良好的适应性，产生抗原性的可能性很小。

（3）具有加快伤口愈合能力，可促进愈合张力的生长。

（4）无口服毒性。

（5）对血清中的中分子量物质具有高透过性。

（6）对血清蛋白质等血液成分的吸附能力很大。

（7）具有消炎、止血、镇痛、抑菌等性能。

羟丙基壳聚糖作为改性壳聚糖，优良的壳聚糖衍生物，在工业上拥有广泛的实用价值，因此设计羟丙基壳聚糖的大规模工业生产是顺应时代的要求与发展^[8-9]。

1.3我国羟丙基壳聚糖工业的现状

目前我国壳聚糖的生产已经拥有了较为成熟的工业体系，而羟丙基壳聚糖的生产工艺基本沿用的是环氧丙烷与壳聚糖的羟基发生的醚化反应引入羟丙基，经过调查研究，目前我国的羟丙基壳聚糖的生产工艺较不成熟，尚无成熟可供参考的设计工艺，该工艺也在不断发展完善之中。且目前羟丙基壳聚糖生产工艺并无严格的国家标准，其产量偏低且国内需求量基本符合市场需求。

1.4壳聚糖技术指标

目前壳聚糖已经有了完善的成熟技术要求。

范围：本标准适用于以甲壳素或虾、蟹壳为主要原料，经脱钙、脱蛋白、脱乙酰基等工艺加工制得的食品添 加剂脱乙酰甲壳素（壳聚糖）。

感官要求：

感官要求应符合表1.2的规定。

表1 .2 感官要求

理化指标：

理化指标应符合表1.3的规定。

表1.3 理化指标

上述技术要求来源于《中华人民共和国国家标准GB 29941—2013》

而羟丙基壳聚糖作为壳聚糖衍生物，作为壳聚糖项目下的小类目前并无现行国家标准，因此也导致了行业内的产品质量参差不齐，目前我们常用的羟丙基壳聚糖技术指标只是行业内的一般规定，并不具备法律效应^[10]。

1.5羟丙基壳聚糖的设计思路

在经过调查和研究国内外近年来对壳聚糖改性相关研究成果的基础上，已经可以确定羟丙基壳聚糖的优良特殊性能已得到 了化学界的广泛认可，很多科学家们都对羟丙基进行了制备和相关改性方面的研究，羟丙基壳聚糖的实验室制备以及性能研究已经具备了一定工业化的基础。然而有关于羟丙基壳聚糖工厂生产工艺的文献目前依旧处于空白状态，相关文献和资料几乎无法找到。羟丙基壳聚糖目前并没有成熟的大规模制备工艺报道。因此，本篇毕业设计拟在总结现在可能的羟丙基壳聚糖生产方法的基础上，利用所学习的化学工程方法，将羟丙基壳聚糖的制备推广到化工厂的实际生产中。

1.6设计主要内容

羟丙基壳聚糖为一种重要的壳聚糖衍生物，通过在壳聚糖分子结构中引入羟丙基使其具有良好的水溶性和成膜性等性能，被广泛用于化工、医药、食品和农业等领域。项目以壳聚糖和环氧丙烷为原料合成羟丙基壳聚糖。本设计旨在确定羟丙基壳聚糖的生产工艺流程；对生产过程进行工艺衡算；对生产设备进行工艺设计；对车间的公用工程进行设计；确定厂房布置、设备的布置。

设计主要内容：