【正文】 Annual output of 50,000 tons of acid dyes chemical plant design ABSTRACT This design uses a 4,4 39。 I 年產(chǎn) 5 萬噸 酸性染料 化工廠設(shè)計(jì) 摘要 本設(shè)計(jì)采用 了 4， 439。 主要設(shè)計(jì)圖包括 弱酸性黑 NB— G 染料 生產(chǎn)工藝流程圖、車間剖面圖、車間平面圖及全廠布置圖。 diazotization。所以染料與國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門密切相聯(lián)，與人民生活息息相關(guān)。行業(yè)內(nèi)部發(fā)展也是參差不齊， 根據(jù)調(diào)查了解， 有 70%的染顏料企業(yè)生產(chǎn)處于持平略低水平， 經(jīng)營狀況基本穩(wěn)定， 并且逐漸向好的方向發(fā)展； 有10%的企業(yè)生產(chǎn)有所增長， 其中以內(nèi)銷為主的企業(yè)增長較多， 除出口下降外，生產(chǎn)數(shù)量、實(shí)現(xiàn)利稅等指標(biāo)都有提高； 另外 20%的企業(yè)經(jīng)營狀況十分困難， 主要是小染料企業(yè)， 競爭優(yōu)勢較差， 基本 處于停產(chǎn)半停產(chǎn)狀態(tài)， 資不抵債、處于破產(chǎn)邊緣。 我國染料產(chǎn)量雖然很大，但產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)布局非常不 合理，生產(chǎn)廠點(diǎn)多，企業(yè)規(guī)模小，布局分散，這在很大程度上造成了我國染料工業(yè)存在多種弊端。屆時(shí)，不僅企業(yè)的綜合實(shí)力將得到進(jìn)一步增強(qiáng)，而且對我國酸性染料的發(fā)展也有 著積極的促進(jìn)作用，對減少我國酸性染料進(jìn)口、增加產(chǎn)品出口也會帶來明顯的效果。 據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局和中國染料工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì)分析， 2021 年上半年， 染料行業(yè)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況與全國化工行業(yè)發(fā)展情況基本一致， 總體出現(xiàn)全面滑坡， 生產(chǎn)同比逐月下降， 雖然降幅有所收窄， 環(huán)比出現(xiàn)反彈， 但仍然處于低位運(yùn)行態(tài)勢。據(jù)了解， 雖然全行業(yè)產(chǎn)值總體下滑， 但下滑趨勢得到遏制， 2021年 3～ 5 月產(chǎn)值穩(wěn)步提高， 同比降幅逐月縮小， 環(huán)比逐月上升。 3 生產(chǎn)逐月恢復(fù)增長 2021 年 上半年染料產(chǎn)量合計(jì)完成 萬 t， 累計(jì)同比下降 %；有機(jī)顏料產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)為 萬 t （有機(jī)顏料產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)不全， 預(yù)計(jì)實(shí)際產(chǎn)量 萬 t 左右）， 累計(jì)同比下降 %， 染顏料產(chǎn)量下降幅度與上年全年比明顯降幅收窄（ 2021 年染顏料同比分別下降 %和 %）。上半年印染行業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)雖然增速減緩， 但還是保持了正增長， 這對國內(nèi)染料市場起到明顯的拉動作用。 近幾年來，由于我國輕紡工業(yè)的發(fā)展以及外貿(mào)出口的需要，酸性染料生產(chǎn)發(fā)展十分迅速， 2021 年生產(chǎn)量已達(dá)到 28000 噸左右，是 1991年的 倍。 20 世紀(jì) 90 年代以來，歐、美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家因受高昂的三廢治理費(fèi)用及人工費(fèi)用的影響，特別是受到我國、印度等亞洲國家或地區(qū)大量低價(jià)酸性染料的競爭，其酸性染料生產(chǎn)量 逐漸降低，而改從我國及其它發(fā)展中國家進(jìn)口。我國酸性染 料出口到 68 個(gè)國家或地區(qū) ,出口量以韓國、美國、意大利居前三位， 2021年這三個(gè)國家從我國進(jìn)口酸性染料分別約為 3800噸、 1800 噸、 1600 噸。各類染料出口情況見表 1。我國分散染料在國際市場占有率相對較高， 所以出口下降幅度相對小一些， 同比下降了 26%， 但出口創(chuàng)匯下降了 36%， 與出口數(shù)量比下降了 10 個(gè)百分點(diǎn)， 在各類染料創(chuàng)匯中下降 幅度最大。 2 出口國家和地區(qū)有增有減 2021 年 上半年， 主要出口國家和地區(qū)基本沒有變化， 與出口數(shù)量不同的是， 在主要出口國家和地區(qū)中出口數(shù)量有增有減，不是全面下降。 3 主要出口省市出現(xiàn)負(fù)增長 2021 年 上半年出口量在 2021t 以上的有 10 個(gè)省市， 詳見表 3。今年有機(jī)顏料出口同期比下降 41%， 下滑速度超過染料 13 個(gè)百分點(diǎn)， 主要出口國家及地區(qū)、主要出口省市也同樣出現(xiàn)大幅度下降的局面，詳見表 表 5。各類染料進(jìn)口情況見表 6。詳見表 7。進(jìn)口省市有 23 個(gè)， 也與上年同期持平。 在西歐紡織行業(yè)消耗的各類染料中，酸性染料占居第三位，占消耗總量 %，僅次于活性和分散染料，而高于其他類別的染料。 全球皮革行業(yè)用染料約 4 萬噸 ,而且以酸性染料為主。 在《世界染料品種 ——— 2021 年》上酸性染料各色譜品種結(jié)構(gòu)特征見表 5 (品種數(shù) :個(gè) ) 由上表可見，從酸性染料的化學(xué)結(jié)構(gòu)來看，主要是單偶氮染料，國外品種為 395 個(gè)，占酸性染料品種總數(shù) %，其次是雙偶氮染料 116 個(gè) (占品種總數(shù) % )，蒽醌型染料 61 個(gè) (占品種總數(shù) %)，多偶氮型染料 60 個(gè) (占品種總數(shù) %)，三芳甲烷型 染料26 個(gè) (占品種總數(shù) %)，其他結(jié)構(gòu)類型品種很少 (僅占品種總數(shù) %)。 在酸性染料中，金屬絡(luò)合型染料占有相當(dāng)重要的位置 (包括 1∶1 型和 1∶2 型金屬絡(luò)合染料 ,前者國內(nèi)稱作酸性絡(luò)合染料 ,后者國內(nèi)稱作中性染料 ) 。其次是雙偶氮型金屬絡(luò)合染料 (占 % ) ,其他結(jié)構(gòu)類型品種很少。國內(nèi)雙偶氮型和多偶氮型酸性金屬絡(luò)合染料均未生產(chǎn)。 關(guān)于全球酸性染料產(chǎn)量缺乏具體的報(bào)導(dǎo)數(shù)字，估計(jì)全球產(chǎn)量在 13～ 14萬噸 (1999年全球消耗酸性染料 12 萬噸，占消耗染料總量 18． 6％ )。在亞洲，我國臺灣省酸性染料產(chǎn)量約 6000噸，韓國約 4500 噸，印度尼西亞約 3000 噸，日本約 2021 噸。西歐造紙行業(yè)消耗染料總量為 1． 05萬噸，其中直接染料占 66． 7％，堿性染料占 26． 3％，酸性染料占 4． 8％，其他占染料 1． 8％。全球皮革行業(yè)用染料約 4 萬噸，而且以酸性染料為主。各類染料產(chǎn)量見表 3。依據(jù)《世界染料品種 — 2021 年》統(tǒng)計(jì)，全國開發(fā)生產(chǎn)的酸性染料品種 287個(gè) (其中國 外淘汰停產(chǎn)品種 34 個(gè) )。 全球造紙行業(yè)年耗染料總量 10 萬噸，其中直接染料占 60%，堿性染料占 30%，酸性染料占 8%，其它染料占 2%。 （ 1）遵守法則，法規(guī)，貫徹黨的基本建設(shè)方針，實(shí)事求是，因地制宜 （ 2）合理利用國家資源和財(cái)產(chǎn)，最大限度的發(fā)揮硬件設(shè)施的內(nèi)在潛力，節(jié)約土地，減少投資，降低成本； （ 3）采用成熟的。生產(chǎn)人員占全長職工的 60％左右，非生產(chǎn)人員占全廠人員的 40％左右，在非生產(chǎn)性人員中： 38％為科研人員（兼職行政人員）， 6％為保安人員， 10％為 勤雜人員。 選廠經(jīng)過 廠址選擇工作組（又設(shè)計(jì)部門與工業(yè)局主管組成）依據(jù)市委指示，經(jīng)過多方磋商，考慮到地勢、交通、協(xié)作等問題，作為大型的化工原料生產(chǎn)基地，廠址定在河北省藁城市開發(fā)東區(qū)的郊區(qū)。 4. 能可靠地獲得大量蒸汽和電力供應(yīng)。 8. 盡量不占或少占農(nóng)田。 12. 廠址盡量不選在 7度以上的地震區(qū)， 9度以上不能建廠。 15. 在具有喀斯特地貌的地區(qū)，土崩地段和地下有淤泥或流沙處不宜建廠，已采礦坑上面亦不宜建廠。 （ 3）降水量 年降雨量平均為 1000mm 左右，最少有 750mm，最多為 1400mm,雨量集中在夏末秋初，年產(chǎn) 5 萬噸酸性染料化工廠 設(shè)計(jì) 20 最大降雪量 88mm。據(jù)鉆探資料該地區(qū)不屬于地震區(qū)，海拔高度380420m。 年產(chǎn) 5 萬噸酸性染料化工廠 設(shè)計(jì) 21 2 工藝設(shè)計(jì) 工藝流程設(shè)計(jì)的重要性 （ 1）工藝流程設(shè)計(jì)是工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。從哲學(xué)角度來說，工藝流程設(shè)計(jì)是定性分析工作階段，物料衡算是定量計(jì)算階段。 （ 2）可靠性 所設(shè)計(jì)的工藝流程必須可靠即經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)小試、中試，證明技術(shù)是成熟的，生產(chǎn)安全可靠，才可以設(shè)計(jì)選用。 年產(chǎn) 5 萬噸酸性染料化工廠 設(shè)計(jì) 22 工藝流程選擇分析與研究 鑒于現(xiàn)代工業(yè)生 產(chǎn)能力與實(shí)際需要之間的差距，我國近幾年來紡織業(yè)等大量需用染料行業(yè)的崛起，以及近幾年來我國酸性染料進(jìn)出口的需求，我國大型酸性染料生產(chǎn)裝置以引進(jìn)技術(shù)為主，中型和小型酸性染料生產(chǎn)裝置以國產(chǎn)化技術(shù)為主。國內(nèi)外生絡(luò)合染料 83 個(gè)，占國內(nèi)酸性染料品種數(shù) 28。 我國酸性染料生產(chǎn)，無論品種、產(chǎn)品質(zhì)量等方面與國外相比，還有一定差距，因此酸性染料進(jìn)口長期以來持高不下。目前我國生產(chǎn)的酸性染料品種已超過百種， 經(jīng)常生產(chǎn)的品種有 80 多種。 酸性染料的這三種化學(xué)結(jié)構(gòu)類型的染料品種幾乎占到所有酸性染料品種的 95%左右，并涵蓋了所有的色譜，而且所涉及的偶氮型結(jié)構(gòu)種類居多。 用磺?；〈被?N．苯甲酰苯胺中甲?；瞥傻亩被?N 一苯磺酰苯胺是一只很好的二氨基化合物，可用來制造無致癌活性的環(huán)保型酸性染料和環(huán)保型直接年產(chǎn) 5 萬噸酸性染料化工廠 設(shè)計(jì) 24 染料 。 將亞硝酸鈉溶液快速地加入到上述 4， 4 二氨基 苯磺酰苯胺 的漿液中，在滴加過程中，控制溫度在 58℃ ， pH值為 12。此重氮化反應(yīng)屬常規(guī)方法，溫度要求不超過 8℃ ，酸的用量要保證，本反應(yīng)中酸的用量達(dá)到了 1： 5． 6 摩爾 ，以保護(hù)重氮鹽。 （ 3）苯胺重氮化 在三樓 5 噸的反應(yīng)釜（ R102）中，加入水，加入鹽酸 ,再加入苯胺 ,攪拌使反應(yīng)釜中的苯胺完全溶解，降溫至 0℃ 以下。 （ 4）一次偶合 將（ 1）步驟反應(yīng)完成的 4， 4 二氨基 苯磺酰苯胺 的重氮液放入二樓反應(yīng)釜（ R103）中。 4， 4’一二氨基苯磺酰苯胺重氮液是較強(qiáng)的酸性，因?yàn)榉磻?yīng)介質(zhì)也是強(qiáng)酸性，加入 H 酸后偶合較困難。 （ 6）三 次偶合 在 R105 加入間苯二胺和水，升溫到 70℃ ，使其全部溶解后，降溫到 35℃ ～40℃ ，倒人偶合液Ⅱ中，維持 pH 9— 10，反應(yīng) 2小時(shí)，溫度 12℃ ～ 15℃ 。 （ 8）后處理 將壓濾后的濾餅卸下后，送入烘干房進(jìn)行烘干，再經(jīng)過粉碎，加入元明粉經(jīng)拼混機(jī)拼混后，包裝即得成品。 e:列出輸入輸出物料平衡表 。1000kg/t300d/a= H 酸： 247。1000kg/t300d/a= 碳酸鈉： kg/t247。1000kg/t300d/a= 尿素 ： 1667 kg/t247。(1 )= t/a 苯胺： 247。(1 )= t/a 氫氧化鈉： 247。(1 )= t/a Y2 試劑： t/a247。(1 )= t/a 又由于原料廠外運(yùn)輸損失率為 1%,則酸性染料工廠的原料年外購量： 4， 4 二氨基 苯磺酰苯胺 ： 247。(1 )=鹽酸： t/a247。(1 )= OP10： 247。(1 )= 水： 247。使年產(chǎn) 5 萬噸酸性染料化工廠 設(shè)計(jì) 34 得亞硝酸微過量（其檢測方法：加完亞硝酸鈉經(jīng) 約 30 分鐘，測得反應(yīng)液仍能使得淀粉碘化鉀試紙變 藍(lán)，即認(rèn)為亞硝酸鈉已微過量）。 將 5 噸 的亞硝酸鈉（配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 30%的溶液）快速地加入到上述苯胺的漿液中，在滴加過程中，控制溫度在 36℃ ， pH 值為 12。 用 1 小時(shí) 將（ 2）步驟溶解的 H 酸溶液通過分布板，加入到 4， 4 二氨基 苯磺酰苯胺 的重氮液中，在 10℃ 保溫?cái)嚢?5 小時(shí)后，再在 10℃ 攪拌 5 小時(shí) 以上 ， H酸稀溶液檢查潤圈無紅色潤圈為終點(diǎn)。進(jìn)行薄層層析分析，以雙偶氮染料消失為終點(diǎn)。 (7):確定衡算范圍 ,并進(jìn)行深入計(jì)算 : ① : 對硝基苯胺重氮化反應(yīng)釜 : 每一批進(jìn)（出）料量為 : 原料名稱 密度（ kg/m3） 質(zhì)量（ 噸 ) 體積（ m3） 4， 4 二氨基 苯磺酰苯胺 （固體） 固體體積可忽略 年產(chǎn) 5 萬噸酸性染料化工廠 設(shè)計(jì) 36 亞硝酸鈉溶液 30% 1429 10 鹽酸 31% 1149 30 尿素 固體體積可忽略 水 1000 20 20 合計(jì)進(jìn)（出）料量 1120 ② : 苯胺重氮化反應(yīng)釜 : 每一批進(jìn)（出）料量為 : 原料名稱 密度（ kg/m3） 質(zhì)量（ 噸 ) 體積（ m3） 苯胺（液體） 1027 10 亞硝酸鈉溶液 （質(zhì)量分?jǐn)?shù) 30%） 1429 5 鹽酸 （質(zhì)量分?jǐn)?shù) 31%） 1149 30 尿素 固 體體積可忽略 水 1000 10 10 合計(jì)進(jìn)（出）料量 1062 ③ :H 酸溶解釜 : 每一批進(jìn)（出）料量為 : 原料名稱 密度（ kg/m3） 質(zhì)量（ 噸 ) 體積（ m3） H酸（固體） 4 固體體積可忽略 Y2 試劑（油狀液） 889 水 1000 10 10 合計(jì)進(jìn)（出）料量 1217 ④ :一次偶合反應(yīng)釜 : 每一批進(jìn)（出）料量為 : 進(jìn)料名稱 密度（ kg/m3） 質(zhì) 量（ 噸 ) 體積（ m3） DASA重氮液 1120 H酸溶解液 1217 合計(jì)進(jìn)（出）料量 1160 ⑤ : 二次偶合反應(yīng)釜 : 年產(chǎn) 5 萬噸酸性染料化工廠 設(shè)計(jì) 37 每一批進(jìn)（出）料量為 : ○ 6 : 三 次偶合反應(yīng)釜 : 每一批進(jìn)（出）料量為 : （一）熱量衡算的基本原理 化工生產(chǎn)過程往往伴 隨著能量的變化，尤其是反應(yīng)過程，為維持在一定溫度下進(jìn)行反應(yīng)，常有熱量的加入或放出。 熱量計(jì)算與設(shè)備計(jì)算的關(guān)系非常密切，因此經(jīng)常將熱量放在設(shè)備工藝計(jì)算內(nèi)同時(shí)