【文章內(nèi)容簡介】 合物，近年來已被海藻酸鈉印模料代替，海藻酸鈉印模具有操作簡便，印出的齒形準確等優(yōu)點。海藻酸鈉印模料凝固劑裝兩包，使用時將兩者用水調(diào)合，數(shù)分鐘后即可凝固成型，成型 作用主要是海藻酸鈉。 （ 2）止血劑 海藻酸鈉溶液在酸性或鈣鹽溶液中具有纖維狀沉淀，其分子結(jié)構(gòu)呈線形，故用此機理，海藻酸鈉可制成各種劑型止血劑，如止血紗布，止血海綿，燙傷紗布，噴霧止血劑等。 對放射性元素及有害金屬的阻、排作用：海藻酸鈉具有對某些元素的特殊交換能力。不但有預(yù)防鍶吸收的效果，而且還有一定的治作用，當(dāng)被放射性鍶染之后，口服一定量的海藻酸鈉，可將消化道中的放射性鍶很快吸收并排出體外。 （ 3）藥膏、藥片及其制劑。利用海藻酸鈉增稠和凝膠的特性，作為藥品各種劑型的添加劑，如海藻酸鈉與羊 毛脂調(diào)合制成硫磺軟膏，可醫(yī)治皮膚病，還可與磺胺藥物混合作眼膏以及苯基醋酸等混合作避孕膏低聚藻膠作腸用膠囊，使藥物在腸道中停留和吸收時間大大延長，從而提高藥物的療效。 （三）海藻酸鈉在印紡工業(yè)具有以下用途 （ 1）印花漿。海藻酸鈉用作經(jīng)紗上漿、整理漿、印花漿等已有悠久的歷史，但主要用在印花漿方面。海藻酸鈉用作活性染 料色漿，具有獨特性能。纖維和活性染料進行化學(xué)反應(yīng)，將染料固定在纖維上，在染色過程中所用印花漿應(yīng)不干擾或參與化學(xué)反應(yīng)鍵合。若色漿參與反應(yīng)，就會固定在纖維上，這就造成染過的纖維手感發(fā)硬，變脆、色 澤不好。當(dāng)使用海藻酸鈉作印花漿時，既不影響活性染料與纖維的染色過程，同印出花紋清晰、鮮艷、給色量高，手感好。海藻酸鈉不僅適合于棉布印色，也適用于羊毛、絲、合成纖維的印花。 年產(chǎn) 1000 噸海藻酸鈉生產(chǎn)工藝初步設(shè)計 4 中等粘度和低粘度的海藻酸鈉都適用于從篩網(wǎng)式印花到滾筒式印花色漿的要求。實際上用低粘度的海藻酸鈉制備花漿較穩(wěn)，這使制備較高含量的印花漿成為可能，這種印花漿可導(dǎo)致在干燥過程中產(chǎn)生致密的膜，使著色率增加。 （ 2）人造纖維。海藻酸鈉與石棉短纖維混合，經(jīng)過醋酸鈣溶液凝固處理，可防止石棉纖維飛揚，從而影響人身健康。 （四）海藻酸鈉在其它工 業(yè)的用途 造紙上漿用水溶性海藻酸鈉代替部分松香紙漿分散劑或紙張表面上漿，能增加紙張表面光滑度，并能調(diào)節(jié)印刷墨水、蠟、油的吸收，提高紙張的耐揉性。 電焊條被負：焊條藥皮材料與海藻酸鈉，海藻酸鉀，海藻酸鈣混合，可粘合被負藥皮，并濕潤藥皮材料，使得在擠壓過程中有足夠的塑性，而且在使用焊接過程中容易燃燒成灰，減少飛濺。 此外，海藻酸鈉可應(yīng)用于樹脂涂料、橡膠膏化劑、電池隔極層以及水處理方面。在農(nóng)業(yè)方面，海藻酸鈉可作為種子處理、殺蟲劑、抗病毒材料進行應(yīng)用。 從馬尾藻中提取海藻酸鈉的意義 海藻酸鈉易溶于水，具有 增稠、懸浮、乳化、穩(wěn)定、形成凝膠和薄膜的優(yōu)良特性，使其在食品、印染、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 20 世紀 80 年代初在食品工業(yè)協(xié)會、農(nóng)牧漁業(yè)部聯(lián)合召開的全國食用海藻酸交流會上，專家充分肯定了海藻酸的食用和藥用價值，呼吁我國大力推廣海藻酸的生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)。目前我國海藻酸鈉的制備是以人工養(yǎng)殖的海帶為原料，但產(chǎn)量有限，只盛產(chǎn)于北方，且生產(chǎn)成本高。而馬尾藻則是熱帶及溫帶海域多年生藻類，我國沿海地區(qū)的馬尾藻資源豐富， 但我國對其利用甚少，本次設(shè)計便是基于此情況做從馬尾藻中提取海藻酸鈉的工藝設(shè)計，從一定程度上提高對中 國沿海地區(qū)野生馬尾藻的利用，另一方面也促進了我國海藻酸鈉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著我國國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，海藻酸鈉市場需求量也在不斷增長，因此，開發(fā)國內(nèi)海藻酸鈉的生產(chǎn)和應(yīng)用，對我國化學(xué)工業(yè)的發(fā)展意義重大。 海藻酸鈉的市場供需及價格概況 目前全世界褐藻膠年產(chǎn)量約為 3～ 4 萬噸，其中中國的年產(chǎn)量約為 10000噸。美國、日本生產(chǎn)的褐藻膠的售價為 5500—8000 美元／噸，挪威、法國膠為 5000～ 7000 美元／噸，中國出口膠由于質(zhì)量欠優(yōu)，售價只有 3500～ 5000 美元／噸，內(nèi)銷膠價為 2． O～ 4． 0 萬元 (人民幣 )／噸（ 此價隨海帶等原料價因年產(chǎn) 1000 噸海藻酸鈉生產(chǎn)工藝初步設(shè)計 5 素而波動）。 另外，隨著海藻酸鈉應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，要求使用高純度海藻酸鈉的用戶越來越多。由于我國目前的生產(chǎn)工藝落后，產(chǎn)品純度遠遠達不到國內(nèi)外客戶的要求。比如，隨著印染、印花行業(yè)的飛速發(fā)展，對糊料的要求越來越高，而各種高檔織物印花均需高純度的海藻酸鈉來充當(dāng)糊料，據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)外每年大約需要高純度海藻酸鈉 1000 多噸。同時，由于國內(nèi)外每年用于高檔食品的高純度海藻酸鈉約 4000 噸。所以僅上述兩個行業(yè)每年需求高純度海藻酸鈉約5000 噸，其市場潛力很大。 海藻酸鈉發(fā)展前景 在美 國海藻酸鈉被譽為 “奇妙的食品添加劑 ”，在日本海藻酸鈉被譽為 “長壽食品 ”。高粘度海藻酸鈉具有增稠性好，成膜性好，凝膠強度高，成絲性好等優(yōu)點，是良好的食品添加劑，美國、英國、挪威以及一些東南亞國家已經(jīng)將海藻酸鈉廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)。目前國際海藻酸鈉貿(mào)易量約為 萬噸 /a，其中美國和挪威公司銷售量占 71%。國際海藻酸鈉需求量將穩(wěn)中有升。因此我國對海藻酸鈉的生產(chǎn)也應(yīng)加大幅度，而且還應(yīng)該把工作重點放在提高質(zhì)量，增加品種上。 食用藻類資源的開發(fā)利用，是當(dāng)前食品研究和應(yīng)用的一個重要方向。因此，海藻酸鈉作為一種從褐藻類生物 中提取的產(chǎn)品在 “功能食品 ”、 “保健食品 ”和 “設(shè)計食品 ”中具有廣泛的應(yīng)用前景。 海藻酸鈉用于開發(fā)緩控釋放制劑越來越引人注目，也已經(jīng)成為一個熱門課題。海藻酸作為藥物載體在耳科疾病局部治療中也有廣泛的應(yīng)用前景。 由于海藻酸鈉能夠保留軟骨細胞分泌的基質(zhì)，軟骨細胞在海藻酸鈉中能夠良好地繁殖生長，可見海藻酸鈉在人造軟骨方面有著重要的應(yīng)用前景。 設(shè)計的目的和意義 設(shè)計的目的 從馬尾藻中提取海藻酸鈉以滿足日益增長的市場需求，充分利用野生馬尾藻資源，同時獲得很好的經(jīng)濟收益。 設(shè)計的意義 年產(chǎn) 1000 噸海藻酸鈉生產(chǎn)工藝初步設(shè)計 6 （ 1）滿足各 行各業(yè)產(chǎn)品需求。 （ 2）可以長遠解決公司的生存問題，并且為當(dāng)?shù)靥峁└嗟臉I(yè)機會，促進區(qū)域經(jīng)濟的展。 （ 3）做到了真正意義上的綠色產(chǎn)業(yè)。 （ 4）有利于國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，保持國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。 設(shè)計依據(jù)和原則 設(shè)計依據(jù) 海南大學(xué) 2021 年畢業(yè)設(shè)計課題《年產(chǎn) 1000 噸海藻酸鈉生產(chǎn)工藝流程初步設(shè)計》任務(wù)書，見附件。 設(shè)計原則 （ 1）按技術(shù)先進、成熟可靠、經(jīng)濟合理的原則對技術(shù)方案進行論證，以確定最佳方案； （ 2）盡可能采用節(jié)能工藝和高效設(shè)備，充分發(fā)揮規(guī)模效應(yīng)，降低能耗、物耗和生產(chǎn)成本， 提高項目的經(jīng)濟效益和社會效益； （ 3）主體工程與環(huán)境保護、勞動安全和工業(yè)衛(wèi)生同時考，以減少 “三廢 ”排放，加強廢渣治理，確保安全生產(chǎn)，消除并盡可能減小工廠生產(chǎn)對化境的不良影響和對工廠職工以及周邊地區(qū)居民健康的危害。 設(shè)計范圍 本設(shè)計的主要內(nèi)容： （ 1）生產(chǎn)方案選擇 （ 2）工藝流程設(shè)計與論證 （ 3）工藝原理與操作條件說明 （ 4）工藝計算 ——物料衡算與熱量衡算 （ 5）生產(chǎn)主要設(shè)備設(shè)計計算與選型 （ 6）生產(chǎn)車間設(shè)備配置與布置設(shè)計 （ 7）編寫項目設(shè)計說明書 （ 8）工程設(shè)計繪圖 設(shè)計重點：生產(chǎn)方案選擇；工藝流程設(shè) 計與論證；工藝計算；設(shè)備設(shè)計計算與選型。 年產(chǎn) 1000 噸海藻酸鈉生產(chǎn)工藝初步設(shè)計 7 海藻酸鈉生產(chǎn)能力及產(chǎn)品質(zhì)量標準 生產(chǎn)能力 年產(chǎn) 1000 噸海藻酸鈉，年工作日為 300 天，全天候連續(xù)生產(chǎn)。 產(chǎn)品質(zhì)量標準 本設(shè)計生產(chǎn)的海藻酸鈉產(chǎn)品質(zhì)量標準參考中華人民共和國海藻酸鈉質(zhì)量標準，也可適當(dāng)根據(jù)客戶對產(chǎn)品的需求進行改造。 表 1 中華人民共和國海藻酸鈉質(zhì)量標準 項目 指標 分類 工業(yè)級 執(zhí)行：中國農(nóng)業(yè)部 SC/T 34011985 食品級 食品添加劑國家標準GB197680 粒度 30 目 100%通過或根據(jù)合同要求 根據(jù)合同要求 水份 % ≤14 ≤14 Ph 粘度 () 根據(jù)合同要求 ≥150或按合同要求 含鈣量 % ≤ / 硫酸灰份 % 3037 水不溶物 % ≤ ≤ 透明度 cm ≥3 COMPLY TO STIPULATED 重金屬 % / ≤ 砷鹽 % / ≤ 鉛 % / ≤ 年產(chǎn) 1000 噸海藻酸鈉生產(chǎn)工藝初步設(shè)計 8 海藻酸鈉常用的提取方法主要有酸凝 酸化法，鈣凝 酸化法，鈣凝 離子交換法和酶解法。下面簡單介紹前三種提取方法的工藝原理和流程。 海藻酸鈉的 生產(chǎn)方法 酸凝 酸化法生產(chǎn)海藻酸鈉 該提取方法的提取過程如下： 浸泡 ——切碎 ——消化 ——稀釋 ——過濾、洗滌 ——酸凝 ——中和 ——乙醇沉淀 ——過濾 ——烘干 ——粉碎 ——成品 該提取方法的操作要點及原理如下： （ 1） 浸泡 加 10 倍于海帶重量的水，在常溫下浸泡 4 小時，并加適量質(zhì)量分數(shù)%的甲醛，這樣可以將海帶色素固定在表皮細胞中，不至海帶色素溶于水而導(dǎo)致產(chǎn)品色澤加深。同時，甲醛對植物細胞壁 纖維組織有破壞作用，有利于消化過程中海藻酸鹽的置換與溶出。浸泡結(jié)束后取出海帶，用水洗滌直至洗滌液無色。 （ 2） 消化 將切碎的海帶在一定溫度下，加入一定濃度一定體積的 Na2CO3 溶液進行消化。此過程反應(yīng)方程式如下： 其中 M 為 Ca、 Fe 等金屬離子， Alg 為海藻酸 （ 3） 過濾 消化以后的海帶變成糊狀，比較粘稠，要先加一定量的水將糊狀液體稀釋，再過濾。由于直接抽濾這種糊狀液體速度太慢，因此首先用紗布初濾一次，再將濾液用真空泵抽濾。 （ 4） 酸凝 將過濾后的料液加水稀釋，再往料液中緩慢加入稀鹽酸直至開始有絮狀沉淀為止，然后靜置 812h,最后往靜置液中緩慢加入稀鹽酸，調(diào)節(jié) PH 值約為 12，海藻酸凝聚成酸凝塊。去清液，留下酸凝塊。此過程反應(yīng)方程式如下： (5)中和 在常溫下，邊攪拌邊加入一定濃度 Na2CO3 溶液溶解酸凝塊，直至 PH值為 ，中和完成。此過程反應(yīng)方程式如下： (6)析出海藻酸鈉 往中和后的溶液中加入濃度為 95%的乙醇，結(jié)果析出白色沉2M(Alg)n+nNa2CO3 2nNaAlg+M2(CO3) () NaAlg+Hcl Nacl +HAlg () 2HAlg+Na2CO3 NaAlg+H2O+CO2 () 年產(chǎn) 1000 噸海藻酸鈉生產(chǎn)工藝初步設(shè)計 9 淀。由于海藻酸鈉易溶于水，不溶于乙 醇，為了得到盡可能多的產(chǎn)品，可以用乙醇將部分溶解在水中的海藻酸鈉一并析出，這樣可以提高提取率。 最后經(jīng)過過濾、干燥、粉碎后即可得到產(chǎn)品。 該工藝流程中酸凝速度慢，需要 812 個小時，而且膠狀沉淀顆粒很小，不 好過濾；生產(chǎn)的中間產(chǎn)物海藻酸不穩(wěn)定，易降解，因此，所得產(chǎn)品產(chǎn)率、粘度都很低。 鈣凝 酸化法生產(chǎn)海藻酸鈉 該提取方法提取過程如下： 浸泡 ——切碎 ——消化 ——稀釋 ——過濾、洗滌 ——鈣析 ——鹽酸脫鈣 ——堿溶 ——乙醇沉淀 ——過濾 ——烘干 ——粉碎 ——成品 該提取方法的其他 步驟與酸凝酸化法相同，只是有以下兩步不同： （ 1） 鈣析 將濾液用鹽酸調(diào)節(jié) PH 值為 67，加入一定量 10%的 Cacl2溶液進行鈣析。此過程反應(yīng)方程式如下： (2)鹽酸脫鈣 將鈣凝得到的海藻酸鈣經(jīng)水洗除去殘留的無機鹽后，用一定體積的 10%左右的鹽酸酸化 30 分鐘，使其轉(zhuǎn)化為海藻酸凝塊，去清液，留下酸凝塊。此過程反應(yīng)方程式如下： 該工藝流程，鈣析的速度比較快，沉淀顆粒也比較大。但在脫鈣過程中，由于采用 鹽酸洗脫的方式，產(chǎn)生的中間產(chǎn)物海藻酸不穩(wěn)定，易降解，因此所得到的的產(chǎn)品收率和粘度都不是很高。 鈣凝 離子交換法生產(chǎn)海藻酸鈉 該提取方法提取過程如下： 浸泡 ——切碎 ——消化 ——稀釋 ——過濾、洗滌 ——鈣析 ——離子交換脫鈣 ——乙醇沉淀 ——過濾 ——烘干 ——粉碎 ——成品 該提取方法的其他步驟與鈣凝 酸化法相同，只是采用離子交換脫鈣，即將鈣析后的產(chǎn)品過濾后，再往里加入一定濃度為 15%的氯化鈉溶液脫鈣。此過程反應(yīng)方程式如下： 2NaAlg+Cacl2 2Nacl+Ca(Alg)2 () Ca(Alg)2+ Hcl Cacl2 + 2HAlg () 年產(chǎn) 1000 噸海藻酸鈉生產(chǎn)工藝初步設(shè)計 10 利用交換生成的海藻酸鈉，由于海藻酸鈉不溶于乙醇， 仍為絮狀凝膠，最后經(jīng)過濾、干燥、粉碎即得成品海藻酸鈉。 在此工藝流程中，鈣析的速度比較快，沉淀顆粒也比較大，采用離子交換脫鈣法所得產(chǎn)品收率較高，已達 %，粘度已達 ,遠高于目前國際上工業(yè)產(chǎn)品粘度（ ),而且所得產(chǎn)品均勻性好，儲存過程中粘度穩(wěn)定。 生產(chǎn)方