【正文】 能量衡算的基本方程式 根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量衡算方程式的一般形式為： E Q W? ? ? 式中， E??體系總能量變化； Q? 體系從環(huán)境中吸收的能量； W? 環(huán)境對體系所做的功； 在熱量衡算中，如果無軸功條件下，進(jìn)入系統(tǒng)加熱量與離開系統(tǒng)的熱量應(yīng)平衡，即在實際中對傳熱設(shè)備的熱量衡算可表示為： ???出進(jìn) 1 2 3 4 5 6Q Q Q Q Q Q? ? ? ? ? 其中： 1Q? 所處理的物料帶入設(shè)備的熱量； 2Q? 換熱劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量（符號規(guī)定加熱劑加入熱量為“+” ，冷卻劑吸收熱量為 “ － ” ）； 3Q? 化學(xué)反應(yīng)熱（符號規(guī)定過程放熱為 “+” ，過程吸熱為 “ － ” ）； 4Q? 離開設(shè)備物料帶走的熱量； 年產(chǎn) 5 萬噸酸性染料化工廠 設(shè)計 39 5Q? 設(shè)備消耗熱量； 6Q? 設(shè)備向周圍散失的熱量，又稱熱損失 。化工生產(chǎn)中最常用的 能量形式為熱能，故化工設(shè)計中經(jīng)常把能量計算稱為熱量計算。 按體積的 7%10%加入腸衣用鹽 5噸 ，攪拌 一小時，溫度降至 40℃ 50℃ ，滲圈清晰后，通過一樓的自動廂式壓濾機壓濾 。 用約 30分鐘將苯胺重氮液通過分布板流入二樓 200噸的反應(yīng)釜（ R104）中的一次偶合反應(yīng) 料液里，并鍋后，用 三樓反應(yīng)釜（ R2）所配的 10%碳酸鈉調(diào)節(jié) pH 值為 910，并在 610℃ 下攪拌反應(yīng) 2小時，檢測重氮組分消失即為偶合終點。 加畢，在 5℃ 保溫攪拌 1小時，重氮液透明或只有少量的懸浮物為反應(yīng)的終點，加入 尿素 （ 100kg 以內(nèi)）消除過量的亞硝酸。 2） H 酸的溶解 在三樓 50噸的反應(yīng)釜（ R1）中，先放入 10噸 的水，投入 H 酸（折 100%）4 噸 ，再加入 Y2 試劑 噸 ，打漿 34 小時，使得 H酸全部溶解，調(diào)溫為 10℃ 左右。常溫打漿 1小時以上，使得 4， 4 二氨基 苯磺酰苯胺 全部溶解（檢測方法：取少量漿液滴在濾紙上，若無顆粒狀晶體出現(xiàn)為全溶，漿液呈膏狀），降溫至 58℃ 左右。(1 )= 尿素 ： t/a247。(1 )= 碳酸鈉： t/a247。(1 )= t/a H 酸： t/a247。(1 )=氯化鈉： 50010 t/a247。(1 )=元明粉： 247。(1 )= t/a 亞硝酸鈉： t/a247。1000kg/t300d/a= 50010t/a 水： 1000200 kg/t247。1000kg/t300d/a= OP10： 1667 kg/t247。1000kg/t300d/a= 鹽酸： 166700 kg/t247。300d/a= (3):由已知消耗定額 (以每噸產(chǎn)品計 ) 消耗定額是指生產(chǎn)每噸合格產(chǎn)品需要的原料 ?輔料及試劑等的消耗量 ? 表 22 消耗定額 原料名稱 消耗量 4， 4 二氨基 苯磺酰苯胺 （質(zhì)量分?jǐn)?shù) ≥90%） 326kg/t 苯胺（質(zhì)量分?jǐn)?shù) ≥99%） 115kg/t H酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù) ≥%） 437kg/t 亞硝酸鈉（質(zhì)量分?jǐn)?shù) ≥98%） 166kg/t 鹽酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù) 30%） 1000kg/t 氫氧化鈉溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù) 30%） 210kg/t 碳酸鈉（質(zhì)量分?jǐn)?shù) ≥98%） 321 kg/t 元明粉（折 100%） 85 kg/t OP10 10 kg/t Y2 試劑 8 kg/t 尿素 10kg/t 氯化鈉 1000 kg/t 水 6500kg/t (4):原料日凈耗量 : 4， 4 二氨基 苯磺酰苯胺 ： 326kg/t 苯胺： 115kg/t H 酸： 437kg/t 亞硝酸鈉： 166kg/t 鹽酸： 1000kg/t 氫氧化鈉： 210kg/t 碳酸鈉： 321 kg/t 年產(chǎn) 5 萬噸酸性染料化工廠 設(shè)計 31 元明粉： 85 kg/t OP10： 10 kg/t Y2 試劑： 8 kg/t 尿素 ： 10 kg/t 氯化鈉： 1000 kg/t 水： 6500 kg/t 原 料年凈耗量 : 4， 4 二氨基 苯磺酰苯胺 ： 247。 c:確定衡算范圍 ,根據(jù)題目要求它可以是一個系統(tǒng)一個車間某個設(shè)備 ,某個設(shè)備的局部等 。 （ 7）鹽析 將二次偶合完成后的二次料液升溫至 60℃ ， 加入鹽酸， PH值控制在 67，升溫到 65℃ 。 年產(chǎn) 5 萬噸酸性染料化工廠 設(shè)計 26 （ 5）二次偶合 一次偶合達(dá)到終點后，從二樓反應(yīng)釜（ R103）中轉(zhuǎn)料到二樓另一個反應(yīng)釜（ R104）中，降溫至 05℃, 加氫氧化鈉中和料液中大量的酸，再 加 入碳酸鈉水溶液，微調(diào)節(jié)pH 值為 910。 H 酸稀溶液檢查潤圈無紅色潤圈為終點。同樣使得亞硝酸微過量（其檢測方法：加完亞硝酸鈉經(jīng) 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）。該重氮化反應(yīng)的摩爾比為：氨基物：亞硝年產(chǎn) 5 萬噸酸性染料化工廠 設(shè)計 25 酸鈉：鹽酸 =1： 2． 1： 5． 6。 加畢，再加入 OP10（乳化劑），在 58℃ 保溫攪拌 約 1 小時，重氮液透明或只有少量的懸浮物為反應(yīng)的終點，加入 尿素 消除過量的亞硝酸。 工藝流程設(shè)計 參見工藝流程圖 （ 1） 4， 4 二氨基 苯磺酰苯胺重氮 在三樓反應(yīng)釜（ R101）中，加入 水和 4， 4 二氨基 苯磺酰苯胺 ,開動攪拌，打漿 1小時。使得工廠實現(xiàn)了有需就產(chǎn)，多銷多產(chǎn)，少銷少產(chǎn)的風(fēng)格，生產(chǎn)非常靈活，產(chǎn)品轉(zhuǎn)型快的特點。 （ 2）蒽醌型 蒽醌型染料生產(chǎn)過程主要有磺化、縮合、后處理等生產(chǎn)單元。進(jìn)口平均價格 6544美元／噸，僅低于還原染料居第二位。 表 1 國內(nèi)外生產(chǎn)的酸性金屬絡(luò)合染料品種數(shù) 項目 /色譜 黃 橙 紅 紫 藍(lán) 綠 棕 黑 合計 國外生產(chǎn)品種（個） 30 25 43 9 30 18 60 44 259 國內(nèi)品種數(shù)（個） 11 8 14 4 12 7 13 14 83 其中國外停產(chǎn)淘汰品種數(shù)（個） 3 1 1 2 2 2 3 2 16 單偶氮酸性金屬絡(luò)合染料色譜齊全，從黃到黑的色譜我國均有生產(chǎn)，雙偶氮酸性金屬絡(luò)合染料色譜僅限于棕色和黑色，且以棕色為主，多偶氮型酸性金屬絡(luò)合染料色年產(chǎn) 5 萬噸酸性染料化工廠 設(shè)計 23 譜只有棕色，且品種少。 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 )。因為國外的技術(shù)往往價格較高，技術(shù)保密性強，沒有實用價值。 工藝流程設(shè)計的原則 （ 1）先進(jìn)性 工 藝流程的先進(jìn)性從兩個方面考慮：一方面是技術(shù)的先進(jìn)；一方面是經(jīng)濟(jì)上的合理。因為工藝流程設(shè)計的質(zhì)量直接決定車間的生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)能力、操作條件、安全生產(chǎn)、三廢治理、經(jīng)濟(jì)效益等一系列根本性問題。 環(huán)境保護(hù)及廢物處理 隨著世界特別是我國環(huán)境的明顯惡化，國民的環(huán)境保護(hù)意識逐步提高，為了我們生存環(huán)境，為了我們自己，為了我們的子孫后代，必須保護(hù)環(huán)境。 （ 1）工程地質(zhì)數(shù)據(jù) 地勢平坦、坡度小、土質(zhì)良好，為沖擊性粘土，地耐力均為 28t/m2。 氣象地質(zhì)資料 月份 （ 1）氣溫 年最高溫度為 ℃ ，年最低氣溫為 20℃ ，一月份平均溫度為 1℃ ，七月份平均溫度為 25℃ 。 14. 地質(zhì)情況要好，地耐力一般要求在 147kPa()以上。 10. 化工廠產(chǎn)生的廢渣要有適當(dāng)?shù)耐莸囟逊呕蛱盥瘛? 6. 應(yīng)在居民區(qū)的下風(fēng)向和江河下游，但又不受其他企業(yè)的煙氣的影響的地方建廠。 2. 廠址應(yīng)有較好的交通運輸條件。 新建廠的主要原料，經(jīng)上級主管部門的批準(zhǔn)，一部分向國內(nèi)廠商購買，另一部分由本廠合成，可以節(jié)省經(jīng)費，并且能夠做到產(chǎn)品統(tǒng)一規(guī)格。現(xiàn)代化提高產(chǎn)品的科技含量； （ 4）一輕化工業(yè)產(chǎn)品批量小、品種多的特 點，努力做到 “ 一錢多用，一錢多能 ” ，是本廠具有較強的市場適應(yīng)力； （ 5）盡可能創(chuàng)造良好的勞動條件，以利于勞動工人的身心健康； 年產(chǎn) 5 萬噸酸性染料化工廠 設(shè)計 17 酸性染料工廠的初步設(shè)計，進(jìn)行物料衡算和熱量衡算，主要設(shè)備的計算和選型，畫出帶控制點的工藝流程圖，全廠平面圖以及各車間平面布置圖與立面圖。國外皮革行業(yè)用酸性染料品種多達(dá) 158個，其中黃色 10個，橙色 14 個，紅色 14 個，紫色 7個，藍(lán)色 16個，綠 色 8個，棕色 67 個，黑色 22個 (皆指在《染料索引》上登錄品種 )。 西歐造紙行業(yè)消耗染料總量為 萬噸，其中直接染料占 %，堿性染料 %，酸性染料 %，其它染料 %。酸性染料產(chǎn)量也創(chuàng)歷史記錄，達(dá)到 4． 0 萬噸，約占染料總產(chǎn)量 5． 3％。全球錦綸用染料 6． 7～ 7． 8萬噸，其中酸性勻染染料 1． 5萬噸，酸性縮絨染料 2— 3萬噸，金屬絡(luò)合染料 3萬噸，其他染料 0． 3萬噸。 年產(chǎn) 5 萬噸酸性染料化工廠 設(shè)計 14 美國酸性染料在紡織上消耗比例如下：錦綸占 82％，羊毛占 15％，蠶絲、腈綸 (改性腈綸 )等占 3％。西歐預(yù)計 2021年紡織行業(yè)消耗各類染料所占百分比例見表 1。美國酸性染料產(chǎn)量呈現(xiàn)大幅度下降，由 2021 年產(chǎn)量 6000噸降至 2021 年 2800 噸，僅占美國染料總產(chǎn)量 (未包括溶劑染料和熒光增白劑 )4． 54％。以 2021年為例 ,酸性染料進(jìn)口量超萬噸 ,達(dá)到 1134313噸 (比2021 年增加 919% ) ,約占染料進(jìn)口總量 1715% ,其進(jìn)口量僅低于活性染料居第二位 ,進(jìn)口酸性染料耗匯 7423萬美元。 表 6 國內(nèi)外生產(chǎn)的酸性金屬絡(luò)合染料品種數(shù) 項目 \色譜 黃 橙 紅 紫 藍(lán) 綠 棕 黑 合計 國外生產(chǎn)品種（個） 30 25 43 9 30 18 60 44 259 國內(nèi)品種數(shù) 11 8 14 4 12 7 13 14 83 其中國外停產(chǎn)淘 汰品種 數(shù)（個） （ 3） （ 1） （ 1） （ 2） （ 2） （ 2） （ 3） （ 2） （ 16） 表 7 金屬絡(luò)合染料按 結(jié)構(gòu)分類的品種數(shù) 類型 黃 橙 紅 紫 藍(lán) 綠 棕 黑 小計 單偶氮 29/11(3) 25/8(1) 43/14(1) 8/4(2) 24/10(2) 16/5(1) 40/13(3) 42/14(2) 227/79(15) 雙偶氮 0 0 0 0 0 0 15/0 2/0 17/0 多偶氮 0 0 0 0 0 0 5/0 0 5/0 其他 1/0 0 0 1/0 6/2 2/2 (1) 0 0 10/4 (1) 小計 30/11(3) 25/8(1) 43/14(1) 9/4(2) 30/10(2) 18/2(1) 60/13(3) 44/14(2) 259/83(16) 注： ① 表中上行為國外品種數(shù) ,下行為國內(nèi)品種數(shù) ,括號內(nèi)數(shù)字為國外淘汰 ,停產(chǎn)品種數(shù)； ② 表中其他結(jié)構(gòu)類型包括酞氰型 ,甲亞胺型 ,亞硝基型等。國內(nèi)外生產(chǎn)的酸性金屬絡(luò)合染料品種數(shù)見表 6。單、雙偶氮型染料品種數(shù)所占比重國內(nèi)外基本相仿。全球錦綸用染料 ～ 萬噸，其中酸性勻染染料 115 萬噸 ,酸性縮絨染料 2～ 3 萬噸 ,金屬絡(luò)合染料 3萬噸 ,其他染料 萬噸。 美國酸性染料在紡織上消耗比例如下 :錦綸占 82%，羊毛占 15%，蠶絲、腈綸 (改性腈綸 )等占 3%。 年產(chǎn) 5 萬噸酸性染料化工廠 設(shè)計 10 眾所周知 ,染料是以紡織品印染加工為其主要消耗對象的。 2021年 上半年有機顏料進(jìn)口數(shù)量 萬 t， 同比下降 %； 進(jìn)口用匯 億美元， 同比下降 37%， 進(jìn)口數(shù)量和進(jìn)口用匯基本是同步下降。每年進(jìn)口數(shù)量比較大的活性染料、酸性染料和其他染料進(jìn)口數(shù)量同期比也下降了 30%以上。 2021 年 上半年染料行業(yè)進(jìn)口情況分析 2021 年