摘 要

本设计是围绕5000t/a聚乳酸（PLA）的生产车间进行的，聚乳酸是一种脂肪族聚酯，生物可降解性及生物相容性都很好，是一种新型的绿色环保型材料。聚乳酸在微生物、酸或碱的作用下会降解，变成二氧化碳和水，对环境无害。工业化聚乳酸的生产步骤包括：首先以乳酸为原料，以辛酸亚锡为催化剂制备丙交酯，然后用开环聚合法得到了高分子量的聚乳酸。

本设计包括聚乳酸合成的配方设计及工艺流程设计、工艺计算、设备的选择、生产车间的设计、安全生产及废弃物回收等。在聚乳酸生产过程中设计的工艺参数有温度、反应时间、压力等。通过物料衡算和能量衡算得出的结果进行设备选型，根据所选设备进行车间设计，再绘制出平面布置图。在车间设计时要考虑到环保问题，并且也会产生废弃物，也需要注意安全问题。

关键字：聚乳酸 丙交酯 开环聚合 车间设计

Design of workshop for 5000t/a polylactic acid production

Abstract

The design is carried out around a 5000t/a polylactic acid (PLA) production workshop. Polylactic acid is an aliphatic polyester with good degradable and compatibility. It is a new type of green material. Polylactic acid degrades under the action of microorganisms, acids or alkalis and becomes carbon dioxide and water, which is harmless to the environment. The production steps of the industrialized polylactic acid include first preparing lactide using lactic acid as a raw material and stannous octoate as a catalyst, and then obtaining a high molecular weight polylactic acid by ring-opening polymerization.

The design includes formulation design and process design, process calculation, equipment selection, production workshop design, safety production and waste recycling of polylactic acid synthesis. The Parameter data in the production process of polylactic acid include temperature, Polymerization time, pressure and the like. The equipment selection is carried out through the results of material balance and heat balance calculation, and the layout design is performed according to the selected equipment, and then the floor plan is drawn. Environmental issues must be considered when designing the shop floor, and waste will also be generated, as well as safety concerns.

Key Words：PLA；Lactide；Ring opening polymerization；Workshop design

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 聚乳酸的性质 1

1.3 聚乳酸的合成方法 1

1.3.1 直接缩聚法 1

1.3.2 共沸脱水缩聚 2

1.3.3 丙交酯开环聚合法 3

1.4 总结 4

1.5 研究目标和主要研究内容 4

1.5.1 研究目标 4

1.5.2 主要研究内容 4

第二章 配方设计 6

2.1 聚乳酸配方设计基本概念 6

2.1.1 基本概念 6

2.1.2 聚乳酸配方设计原则 6

2.1.3 聚乳酸开环聚合配方设计的基本程序 6

2.2 丙交酯的简介 6

2.2.1 丙交酯的介绍 6

2.2.2 丙交酯开环聚合法 7

2.3聚乳酸开环聚合配方组成 7

2.3.1催化剂的选择 7

2.3.2反应时间的选择 9

2.3.3 反应体系真空度的选择 9

2.4 工艺流程设计 10

2.4.1 概述 10

2.4.2 工艺路线选择原则 10

2.4.3 工艺流程 11

第三章 工艺计算 12

3.1 物料衡算 12

3.1.1 物料衡算目的 12

3.1.2 物料衡算的计算步骤 12

3.1.3 物料衡算 12

3.2 能量衡算 14

第四章 设备的选型 16

4.1 设备选型的概况 16

4.2 设备选型原则的主要内容 16

4.2.1设备的分类 16

4.2.2 设备的设计原则 16

4.3 生产设备的工艺设计 17

4.3.1 概述 17

4.3.2 生产设备的选择 17

4.4 设备选型 19

4.4.1 聚合釜 19

4.4.2 离心机 19

4.4.3 泵、鼓风机、过滤器 20

第五章 车间设计 22

5.1 概述 22

5.2 车间设计基本组成 22

5.3 车间设计前的准备工作 22

5.3.1 掌握设计规定 22

5.3.2掌握设计基础资料 22

5.4 聚乳酸生产对生产车间设计的要求 23

第六章 环保与废物处理 25

6.1 聚乳酸对固废污染的贡献 25

6.2 聚乳酸合成过程中的废液 25

6.3 废气的处理 26

第七章 安全生产 27

7.1 安全生产的必要性 27

7.2 聚乳酸的安全性 27

7.3 聚合生产中应注意的安全问题 27

第八章 成本核算 29

8.1 成本核算 29

第九章 聚乳酸的应用 31

9.1 聚乳酸的应用 31

9.1.1 外科手术移植材料 31

9.1.2 药物可控释放的基质 31

9.1.3 其他应用 31

第十章 结论与展望 32

参考文献 33

第一章 文献综述

1.1 引言

石油化工资源一直在减少,生物资源一直在被广泛关注。生物资源是被新开发出的产业，每年，随着我国工业化的发展，生活水平的日益提高，消耗的塑料材料非常，塑料消耗量可达到2000多万吨。中国也是一个生产玉米的大国，通过加速聚乳酸的水解过程，可以促进社会和经济的发展。

在高分子科学刚刚诞生出萌芽的时候，聚乳酸就被学者们发现了，但因为其自身材料的缺陷，在日后的发展路程远远没有与和他同时期被发现的高分子顺利。

1.2 聚乳酸的性质

PLA为浅黄色的物质，其密度为1.257g/cm³，，Tg约为55℃、Tm约175℃，其特殊性能使它难溶于水、乙醇等，在水中容易被分解成乳酸^[1]。

聚乳酸具有产量大，经济实惠，价格低廉等优势。

1.3 聚乳酸的合成方法

可以通过以下方法来制备聚乳酸，如下：直接缩聚、共沸脱水缩聚以及丙交酯的开环聚合，总体上来说，将高分子量的聚乳酸工业化的主要方法就是丙交酯的开环聚合^[2]。

1.3.1 直接缩聚法

聚合过程中有规立构的不可控性导致聚合物的力学性能较差。因此，通常在只需要获得较低分子量聚乳酸的情况下才使用直接缩聚法。