摘 要

作为甲壳素脱乙酰基的一种产物，壳聚糖属于天然氨基多糖，现已凭借着特殊的结构体系、突出的优势、可靠的性能等受到诸多业内人士的高度青睐并在多个行业得到了大力推广和积极应用。不过，由于它无法直接溶于水，使其应用范围受到一定的约束。关于水溶性壳聚糖，各国学者纷纷展开了深入细致地探讨和分析，由此提出了大量不同的制备方法，比如壳聚糖的季铵化、醚化等。在对各种方法进行全面细致地比较分析后，此次设计决定通过壳聚糖琥珀酰化这一经济可行的方法实现水溶性改性。

本工艺将使用无水乙醇作为溶剂，通过丁二酸酐和片状壳聚糖之间发生化学反应的方式得到了片状N-琥珀酰壳聚糖，之后，将丁二酸酐、壳聚糖这两种物料按照为4:1的标准进行投放，反应温度控制在60℃，反应15h制得NCS。

此工艺的优势在于不会产生副产物，并且满足绿色化学要求，其不足主要表现为产品替代度过低，且溶解度比较低，严重影响了其在更多领域和行业的进一步应用。科研人员通过各种方法对其反应条件进行了科学合理地优化，取得了较为理想的成效，为工业生产N-琥珀酰壳聚糖提供了实验依据。

本设计确定了以丁二酸酐和壳聚糖为原料制备NCS的生产工艺流程，同时绘制了含控制点的、清晰规范、严谨合理的工艺流程图，再采取合理方法展开物料衡算以及热量衡算等，以其结果为依据对生产设备予以了科学合理地工艺设计，初步明确了反应釜等各相关设备的工艺尺寸。除此之外，本设计在严格遵循车间布置原则的基础上立足于实际情况，对厂房、设备等进行了科学合理地布局，制作了清晰直观、规范合理的车间布置图。本次设计旨在为工业化生产NCS提供参考。

关键词：N-琥珀酰壳聚糖；物料衡算；设备选型

Abstract

As a product of deacetylation of chitin, chitosan is a natural amino polysaccharide, which has been highly favored by many people in the industry with its special structure system, outstanding advantages and reliable performance, and has been vigorously promoted and actively applied in many industries. However, because it can not be directly dissolved in water, its application scope is limited. As for water-soluble chitosan, scholars from all over the world have carried out in-depth and detailed discussion and analysis, thus put forward a lot of different preparation methods, such as quaternization and etherification of chitosan. After a comprehensive and detailed comparative analysis of various methods, the design decided to realize water-soluble modification through the economic and feasible method of chitosan succinylation.

In this project, absolute N-succinyl chitosan (NCS) was synthesized by reacting flake chitosan (CS) with succinic anhydride using anhydrous ethanol as the solvent. The feed ratio of succinic anhydride to chitosan was 2 : 1, the reaction temperature is controlled at 60 ℃, NCS is prepared by reacting for 15h.

The process has no by-products and meets the standards of green chemistry, but the product has a low degree of substitution and a low solubility, which limits its application. After the researchers improved the reaction conditions, it achieved good results and produced N-amber for industrial production Acyl chitosan provides experimental basis.

This design determines the production process of NCS with succinic anhydride and chitosan as raw materials, and draws a clear, standardized, rigorous and reasonable process flow chart with control points, and then uses reasonable methods to carry out material balance and heat balance. Based on the results, the production equipment is scientifically and reasonably designed, and the reactor and other related equipment are preliminarily defined Process size of. In addition, based on the actual situation on the basis of strictly following the principle of workshop layout, the design has carried out a scientific and reasonable layout of plant and equipment, and made a clear, intuitive, standardized and reasonable workshop layout. The purpose of this design is to provide reference for industrial production of NCS.

Key Words：N-succinyl chitosan; Material balance; equipment selection

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1壳聚糖 1

1.1.1壳聚糖的来源 1

1.1.2壳聚糖结构和性质 1

1.2壳聚糖化学改性 2

1.3琥珀酰壳聚糖国内外研究现状 3

1.4本课题的设计内容 5

第二章 生产工艺及流程 6

2.1合成方法研究 6

2.2生产工艺 7

2.3工艺流程图 7

第三章 物料衡算 8

3.1物料衡算的任务 8

3.2衡算的依据 8

3.3物料衡算过程 9

3.3.1反应工序 9

3.3.2中和工序 10

3.3.3洗涤工序 11

3.3.4离心工序 11

3.3.5烘干包装工序 12

第四章 热量衡算 13

4.1衡算任务 13

4.2衡算依据 13

4.3衡算过程 13

4.3.1升温过程 13

4.3.2反应过程 14

4.3.3冷却过程 14

4.3.4蒸汽和冷却水用量 14

第五章 主要设备的选型和计算 15

5.1设备的选型原则 15

5.1.1反应釜的选型原则 15

5.1.2搅拌器的选型原则 15

5.1.3辅助设备选型原则 15

5.2反应釜的选型和计算 15

5.2.1釜体及传热装置 15

5.2.2搅拌装置 22

5.2.3釜的传动装置 24

5.3中和釜的选型和计算 26

5.3.1釜体 26

5.3.2搅拌装置 29

5.3.3釜的传动装置 30

5.4洗涤釜的选型和计算 32

5.4.1釜体 32

5.4.2搅拌装置 35

5.4.3釜的传动装置 36

5.5原料计量槽 38

5.5.1丁二酸酐计量槽 38

5.5.2壳聚糖计量槽 39

5.5.3碳酸氢钠计量槽 39

5.5.4乙醇计量槽 39

5.6离心机 39

第六章 其他设备的选型 40

6.1反应釜的附属设备 40

6.1.1筒体法兰 40

6.1.2人孔 40

6.1.3设备接口 40

6.1.4视镜 41

6.2辅助设备 41

6.2.1物料输送泵 41

第七章 车间布置 42

7.1 布置原则 42

7.2设备布置 42

7.2.1反应车间 42

第八章 三废处理 43

8.1编制标准 43

8.2治理措施 43

8.2.1废气排放控制 44

8.2.2废水治理 44

8.2.3噪音防治措施 44

结论 46

参考文献 47

附录 49

（1）设备一览表 49

（2）反应釜装配图 49

（3）带控制点的工艺流程图 49

（4）车间布置图 49

致谢 50

第一章 绪论

1.1壳聚糖

1.1.1壳聚糖的来源

壳聚糖也被很多人称作为壳多糖，经浓碱处理后除去糖基上N -乙酰基的壳多糖，是甲壳素最重要的衍生物。甲壳素和壳聚糖之间最大的不同表现为N-脱乙酰化的程度。一般来说，低于50%的N -脱乙酰化度称为甲壳素，高于50%的N -脱乙酰化度称为壳聚糖^[1]。

壳多糖集中分布在昆虫、软体动物等多类生物的骨骼之中，此外，在部分藻类上，也存在着壳多糖的踪迹。有数据表明，作为全球储量较大的一种有机物质，甲壳素的年生物合成量基本能够保持在吨左右。它是一种典型的可再生资源，不仅去取材容易、数量丰富，并且永远也不会消耗殆尽。^[2]。不过当前面临的现实情况是，尽管甲壳素取材容易，储量丰富，但目前行业主要依靠从水产品中加工废弃虾壳和蟹壳生产甲壳素。壳多糖的全球年产量不超过一万吨。

1.1.2壳聚糖结构和性质

1.1.2.1结构