摘 要

本设计是年产50吨壳聚糖季铵盐的工艺设计，壳聚糖季铵盐是一种水溶性阳离子聚合物，具有良好的吸附絮凝性、保湿性、成膜性、杀菌抑菌性、生物相容性等优点，已广泛应用废水处理、化妆品、食品加工、制药等领域。设计中介绍了壳聚糖季铵盐的相关性质和国内外研究现状等，本设计以壳聚糖和缩水甘油三甲基氯化铵为原料合成壳聚糖季铵盐，通过查阅相关资料确定壳聚糖季铵盐的生产工艺流程，根据工艺路线对生产过程进行了物料衡算和热量衡算，对生产过程中的主要设备进行工艺设计及选型，对车间的工用工程进行设计，确定厂房布置、设备的布置等。旨在设计出可以达到生产任务的壳聚糖季铵盐生产车间，该过程是对化工专业同学的一个综合性的考查，最后根据计算及相关设计绘制了带控制点的工艺流程图（CAD制图），主要设备的装配图（CAD制图）和车间平面布置图（手绘），完成了整个生产工艺的设计。

关键词：壳聚糖季铵盐；工艺设计；设备选型

Ⅰ

Abstract

This design is an annual output of 50 tons of process design of quaternary ammonium salt of Chitosan and Chitosan quaternary ammonium salt is a water-soluble cationic polymer, good adsorption-flocculation, moisturizer, film bacteriostasis, bactericidal, advantages of biocompatibility, has been widely used in waste water treatment, cosmetics, food processing, pharmaceutical and other fields. Design in the introduced has shell poly sugar quarter ammonium of related nature and both at home and abroad research status,, this design to shell poly sugar and shrink glycerol three methyl ammonium chloride for raw materials synthesis shell poly sugar quarter ammonium, through check out related information determine shell poly sugar quarter ammonium of production process, according to process route on production process for has material scale is and heat scale is, on production process in the of main equipment for process design and the selection, on workshop of workers with engineering for design, determine plant layout, and equipment of layout,. Aimed at design out can reached production task of shell poly sugar quarter ammonium production workshop, the process is on chemical professional students of a integrated of test, last according to calculation and the related design draws has with points of process figure (CAD drawing), main equipment of Assembly figure (CAD drawing) and workshop plane layout figure (hand-painted), completed has whole production process of design.

Keywords : Quaternary ammonium salt of chitosan；process design；equipment selection

Ⅱ

目 录

第1章 绪论 1

1.1 简介 1

1.2 设计的目的和意义 1

1.3 国内外研究现状 1

1.4 壳聚糖的结构和性质 2

1.5 壳聚糖的改性 3

1.6 壳聚糖季铵盐的性质 3

1.7 壳聚糖季铵盐的应用前景 3

1.7.1 水处理方面 3

1.7.2 在化妆品中的作用 3

1.7.3 制膜方面 4

1.7.4 生物医学方面 4

1.8 壳聚糖季铵盐的质量指标 4

1.9 设计内容 4

1.10 项目设计依据和原则 5

第2章 生产工艺设计 6

2.1 工艺原理 6

2.2 工艺路线选择 6

2.2.1 环氧衍生物开环法 7

2.2.2 N-烷基化法 7

2.2.3 酯交换法 8

2.3 实验室小试 8

2.4 基本步骤 9

2.4.1 反应阶段 9

2.4.2 过滤阶段 9

2.4.3 溶解精制 10

2.4.4 超滤 10

2.4.5 浓缩 10

2.4.6 醇沉与过滤 10

2.4.7 干燥 10

2.5 流程示意图 10

2.5.1 工艺流程简图 10

2.4.2 设备流程简图 12

第3章 物料衡算 13

3.1 物料衡算 13

3.2 衡算依据 13

3.2.1 设计任务 13

3.2.2 年生产批数计算 13

3.2.3 取代反应阶段 14

3.2.4 第一次过滤阶段物料衡算 14

3.2.5 溶解和第二次过滤物料衡算 15

3.2.6 超滤阶段物料衡算 15

3.2.7 结晶及过滤阶段物料衡算 15

3.2.8 干燥阶段物料衡算 16

第4章 热量衡算 17

4.1 热量衡算基础数据的计算和查取 17

4.1.1 比热容的计算 18

4.1.2 状态热的计算 18

4.2 主要过程的热量衡算 19

4.2.1 反应阶段 19

4.2.2 升温阶段 19

4.2.3 恒温反应阶段 20

4.2.4 过滤阶段 20

4.2.5 干燥阶段 21

第5章 主要设备的设计与选型 23

5.1 选型原则 23

5.2 关键设备的选择 23

5.2.1 反应釜的选型与计算 24

5.2.2 过滤设备的选型 34

5.2.3 醋酸溶液计量罐的选型 34

5.2.4 壳聚糖-异丙醇溶液计量罐的选型 34

5.2.5 干燥设备的设计与选型 34

5.2.6 超滤设备设计与选型 35

第6章 化工厂布置设计 37

6.1 厂址选择 37

6.2 总平面布置 37

6.3 车间布置 38

6.4 设备布置 38

6.4.1 生产工艺对设备布置的要求 38

6.4.2 设备安装专业对布置的要求 39

第7章 公用工程的设计 41

7.1 给水排水设计 41

7.2 电气设计 42

7.2.1 供电 42

7.2.2 供电中的防火防爆 42

7.3 消防设计 42

第8章 劳动保障与安全生产 44

8.1 车间安全生产规则 44

8.2 环境卫生 44

8.3 生产装置安全操作要则 44

第9章 结论 45

附录 46

参考文献 47

致谢 49

第1章 绪论

1.1 简介

壳聚糖(Chitosan, CTS)是甲壳素脱乙酰后的产物,是一种天然碱性多糖,它具有较好的生物生物亲和性和可降解性,并且很容易制成各种衍生物。它现在已经广泛应用于食品、医药、化妆品、印染、纺织以及环境保护等工业领域，通过对壳聚糖进行化学改性，可以制得含有特定官能团的壳聚糖衍生物。

但是壳聚糖只有在酸性环境中才能表现出生物活性，因为在pH大于6.5的条件下其溶解性很差。因此，水溶性壳聚糖衍生物必须在酸性和碱性生理环境下溶解性都很好，才能充分发挥其活性和价值。与壳聚糖相比，这些通过化学改性后的衍生物的性能往往有明显的提升。

1.2 设计的目的和意义

进行壳聚糖季铵盐的工业化设计以满足市场需求，同时创造经济价值。本设计以壳聚糖和缩水甘油三甲基氯化铵为原料合成壳聚糖季铵盐，旨在确定壳聚糖季铵盐的生产工艺流程，对生产过程进行工艺衡算，对生产设备进行工艺设计，对车间的工艺工程进行设计，确定厂房布置、设备的布置等。

1.3 国内外研究现状