年产量1万吨H酸还原碱溶及酸析的生产工艺设计Word文件下载.docx

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6.5粉碎设备…………………………………………………26

6.6干燥设备…………………………………………………26

第七章环境保护和安全措施……………………………28

7.1化工环保部分……………………………………………………28

7.2化工安全部分……………………………………………………28

第八章经济分析与投料概算………………………………30

8.1综合概算…………………………………………………………30

8.2经济分析…………………………………………………………30

第九章设计体会和收获………………………………32

参考文献…………………………………………………………33

致谢……………………………………………………………34

摘要

H酸是一种十分重要的染料中间体，化学名称为1-萘胺-8-羟基-3，6-二磺酸，主要用于生产直接、酸性、活性染料及偶氮染料，也用于制药工业等。

目前，我国H酸生产总量居世界第一位。

由于其生产工艺流程步骤多，工艺繁杂，造成收率低，而且还存在严重的环保问题。

因此，开发新的H酸生产工艺不仅能解决环保问题，还能带来较大的经济效益。

本设计主要对H-酸的物理化学性质、生产原理进行了简单的介绍，并对工艺流程进行了详细叙述。

然后通过对确定后的工艺流程过程作了详细的物料衡算和热量衡算。

通过对物料衡算和热量衡算的结果，主要对釜体的筒体和封头形式、主要零部件的选择等作了详细的计算，确定出工艺生产中所用的设备。

然后写出了设计说明书，画出了施工流程图、车间平面布置图、设备平面立面布置图和主要设备的装配图。

最后估算生产成本及预期收到的效益，还对车间人员进行简单的编制和三废处理及环保措施提出了一些建议。

关键词：

H酸；

衡算；

生产工艺流程；

设计说明书

ABSTRACT

Hacidisaveryimportantdyeintermediates.Thechemicalnameofitis1-amino-8-naphthol-3,6-disulfonicacid.Mainlyusedintheproductionofdirect,acid,reactiveandazodyes,butalsoforthepharmaceuticalindustry.Atpresent,China'

sH-acidproductionvolumerankingfirstintheworld.Becauseofitsproductionprocesssteps,complicatedprocess,resultinginlowyield,butalsohasseriousenvironmentalproblems.Therefore,thedevelopmentofnewH-acidproductionprocesscannotonlysolvetheenvironmentalproblems,butalsobringgreatereconomicbenefits.ThemaindesignoftheH-acidphysicalandchemicalproperties,productionprincipleofasimple,andtheprocesswasdescribedindetail.Andthenthroughtheprocessofdeterminingthecourseofadetailedaccountingofmaterialsandenergybalance.Throughthematerialbalanceandheattoaccountfortheresults,themainbodyofthereactorandthecylinderheadofthemaincomponentssuchasthechoicemadedetailedcalculationstodeterminethetechnologyusedintheproductionofequipment.Thenwritethedesignofbrochures,todrawaflowchartoftheconstruction,layoutplansworkshops,equipmentplaneelevationlayoutofmajorequipmentandtheassembly.Finallyestimatethecostofproductionandexpectedtoreceivethebenefits,butalsosimpletoshopstaffinthepreparationandputforwardsomeproposalstowastetreatmentandenvironmentalprotectionmeasures

Keywords：

Hacid;

balance;

productionprocess;

DesignManual

第一章总论

1.1概述

近几年来，我国染料行业的生产快速发展，市场供销旺盛，国内的需求量不断增加，对外出口量也有一定程度的增长，效益有所提高，特别是我国加入世贸组织后，为我国染料工业的发展带来了机遇，相关染料企业也抓住了机遇，及时调整产品机构，对应市场变化，使我国的染料工业实现了快速的发展。

我国染料的应用拥有非常广泛的历史，古代采用天然物质作为染料，自石油工业发展以后，从副产品煤焦油中分离出苯、萘、蒽等芳烃化合物，为合成染料提供了原料，在这些芳烃化合物中，以萘合成染料原料应用最为广泛。

染料工业曾经是芳香族精细化工的重要部门，对有机合成化学技术的进步作出过很大的贡献，它是一类与人们生活密切相关的精细化工产品，品种多、产量小、生产工艺长、技术难度大、垄断性强，附加价值高的产品。

主要应用于纤维工业，在非纤维领域的应用开发也比较活跃。

有机溶剂染料也在逐渐增长，复写纸用、记录纸用、文具墨水用染料增长较快，而且正向彩色液晶、激光色素等电子工业用方面发展。

[1]

随着合成纤维的发展，不同类别的染料增长速度相差较大，从产值上看，以分散染料、活性染料、还原染料、直接染料、阳离子染料等的产值较大，其中分散染料约占三分之一。

从结构上说，产量最多的是偶氮染料，其次是蒽醌染料。

目前，高档的有机染料市场一直垄断在技术力量雄厚的欧美几大跨国公司手中，而国内高档染料全部依赖进口，因此，H-酸作为萘合成染料原料的物质之一，在国民经济中起着重要的作用。

1.1.1H酸的性能

H酸单钠盐（Hacidmonosodiumsalt）又称1-氨基-8-萘酚-3，6-二磺酸单钠盐（1-Amino-8-naphthol-3,6-disulfonicacidmonosodiumsalt）、8-氨基-1-萘酚-3，6-二磺酸单钠盐。

分子式C10H8-NNaO7S2,分子量341.29。

结构式为：

它是白色或灰白色针状结晶体。

难溶于冷水，易溶于热水，不溶于醇和醚，能溶于碱溶液，能溶于碳酸钠溶液中，微溶于乙醇和乙醚。

与三氯化铁作用呈棕红色，酸性盐带兰红色荧光，加碱后变为红紫色，溶于碱性溶液呈深绿色。

稀释的H酸单钠盐会呈现兰红色萤光。

它与亚硝酸反应生成黄色结晶状重氮化合物，与三氯化铁作用呈棕红色，溶于碳酸钠溶液时呈红紫色，在盐溶液中呈暗绿色，易溶于热水中，防暴晒防冻。

产品的物理化学性质:

H酸它在20℃水里的溶解度为0.17%，在600℃水里的溶解度为2.40%。

它在醇和醚中不溶解，它能够溶于碱、碳酸钠、和氨溶液中。

H酸的稀溶液呈兰红色荧光。

H酸即能在酸性溶液里偶合，也能在碱性溶液中偶合。

H酸的碱性溶液在空气中很快变暗，能与亚硝酸作用生成黄色的结晶状重氮化合物，重氮化合物能溶于苏打水和碱溶液。

其中在苏打溶液中呈淡紫色，而在碱溶液中呈深绿色。

[2]

1.1.2产品用途

H酸单钠盐是重要的染料中间体之一，用作直接染料、酸性染料、活性染料中间体。

用于酸性品红6B、酸性大红G、酸性红3B、酸性黑10B、酸性黑ATT、酸性朱红105、活性紫X-2R、活性艳红M-2B、M-8B、活性深蓝M-4R、活性黑M-2R、活性红KD-8B、KD-G、活性深蓝KD-7D等的制造。

也用做媒染剂、偶氮染料中间体。

它广泛用于印染、纺织、医药化工等行业，主要也是染料工业的重要中间体，主要用于生产活性染料、也可以用于合成药剂。

以H酸钠盐为主要反应物时，在其基本骨架上链接各种分析功能团，能制备7-（邻一羧基苯偶氮）－8-羟基－1－氨基－3，6-萘二磺酸，同时能检测它与2O多种金属离子在不同酸度下的显色反应，特别对它与Cu2的显色反应做了系统的研究。

用H酸生产的直接黑、活性艳红K-2BP、活性紫K-3R、活性溶蓝K-R等90余种的活性染料，这些染料也可以用于毛纺，棉织物的染色。

亦可用于生产药物，也可用于合成药剂。

[2.3]

1.1.3产品市场需求

H酸是一种制造直接、呈酸性、可媒染染料的专用中间体，广泛应用于印染、纺织、化工等行业，目前该产品国内生产能力只有每年8000吨左右的能力，国内需求量每年至少15000吨，加上国际上短缺，因而，H-酸的生产和销售具有广阔的前景。

1.1.4生产方法及特点

H-酸的生产方法主要有传统的生产方法和新研发出的催化加氢生产工艺

（1）、传统生产方法：

用98﹪的浓

进行磺化，经混酸硝化、氨水中和、铁粉还原、最后经

碱溶、酸析的产品。

（2）、催化加氢生产工艺：

用发烟硫酸进行磺化，提高了产品的收率同时还节约了大量的硫酸；

在中和阶段，不再以液氨为原料进行中和，而是采取先进的活性萃取工艺，使产品的受率进一步提高而且降低了污水的排放；

在还原阶段，采用催化加氢工艺，使收率达到99﹪，实现了真正意义上的清洁工艺，还有效的解决了由铁粉还原制氨基T酸过程带来的铁泥问题。

1.2文献综述

长期以来国内H酸的生产工艺和技术水平比国外的技术水平低，相对的生产能力也落后很多，所以H酸合成技术一直被国外公司所垄断。

近年来中国科学院长春应化所面向企业需求，针对吉化集团染料厂H酸生产工艺存在的产率低、污染严重等实际问题，在吉林省科技厅重点科研项目资金的支持下，于1999年开展了“H-酸合成新工艺”的研究，充分发挥从事酸、碱催化研究的优势，进行了仿造企业生产实际需要的小试技术实验，我国科技人员日前研发成功一种收率高、环保型的H酸合成新工艺，这一由中科院长春应化所承担的研发项目，已在长春通过了吉林省科技厅组织的专家鉴定。

专家一致认为，该成果工艺路线设计合理，建立了先进的原料和产物分析方法，为解决现有H酸生产存在的问题，提供了合理的技术方案，达到国内领先水平。

德国拜尔公司一直对H酸合成技术实行垄断。

我国年产H酸约2万吨，国内企业由于生产流程步骤多，工艺繁杂，普遍存在着H-酸生产收率低、铁泥污染严重等问题，给企业生产和人民生活健康带来比较严重的危害。

因此研发低成本、高收率、环保型H-酸生产新工艺，已成为国内大中型相关企业迫切需要解决的难题。

有关课题组自94年就开始了“高品质H-算生产工艺”的研究工作，在充分分析总结国外产品质量的基础上，瞄准国际市场对产品的要求，经反复试验，不断修正方案，总结创新，“降低成本，减少污染，提高质量”三者并举，摸索出打破传统工艺路线，独具特色得合成工艺。

经小试以及终试已成功的投入生产，这种新工艺合成的H-酸质量要求达到国外同类产品的要求，。

能较好的提高活性染料的强度和色光的稳定性，而且，新工艺从路线上保证没有w-酸、变色酸的生成，提高了产品的质量。

[3.4]

1.3设计任务的依据

根据毕业实习实践得到的设计任务书。

1.4设计的原料来源及规格

萘源是通过从萘厂购买低成本的低浓度萘，然后通过本厂的浓缩场间进行浓缩，从而得到所需要的萘源。

而其它的原料例如：

硫酸、硝酸、碳酸钠等一些的无机化学原料，则是通过市场购买的途径来达到目的。

其余的，例如水蒸气、热水等则是通过本厂自己加热冷水来实现的。

表1-1主要原料规格

名称

沸点

熔点

密度

毒性

萘

1218℃

80.5℃

氢氧化钠

1390℃

318.4℃

2.1

103kg/

有腐蚀性

硫酸

338℃

10.35℃

1553kg/

腐蚀性强

硝酸

83℃

1278kg/

强腐蚀性

第二章生产流程的确定

2.1老工艺流程

萘与发烟硫酸和三氧化硫磺化后硝化，硝化产物用铁粉还原后制得1-萘胺-3，6，8-三磺酸钠（或称1-氨基-3，6，8-萘三磺酸钠、Koch’s酸钠）。

再将Koch’s酸钠碱熔酸稀制得1-氨基-8-萘酚-3，6-二磺酸单钠烟（即H酸单钠盐）

主要合成路线如下：

它的特点是：

在较小幅度改变现有装置的前提下，对磺化、还原、碱熔三个过程的生产工艺进行了改进与优化：

在磺化过程中，采用发烟硫酸和三氧化硫做磺化剂，经三次磺化得1，3，6-萘三磺酸。

使其选择性＞83％，收率＞80％；

采用催化加氢技术还原硝基Ｔ酸到氨基Ｔ酸，收率＞99％；

采用有机溶剂加入方法进行碱熔，H酸的收率为95％。

这种新工艺与现有技术比较，H酸总收率从64％提高到74％。

另一方面，由于采用催化加氢新技术，还有效地解决了由铁粉还原制氨基Ｔ酸过程带来的铁泥问题。

[5.7]

2.2新工艺流程

本方法分析了老工艺的H酸的合成路线，结合新工艺得知H酸中有两个磺酸基，如果我改变合成路线，只引入两个磺酸基，再用其他方法引入羟基，利用双胺法代替三磺化－碱熔法来合成H酸。

虽然它是一种低成本、高收率、环保型Ｈ酸生产新工艺，但它需要的技术要求过高，就现在的水平很难达到它的生产工艺的要求。

而且它的生产工艺对工人的技术要求也很高，从而无形上提高了对工人的要求。

就我国现在的情况很难达到这种情况。

总上所述，我们可以看出就现在国内的情况而言，本人选择了改进的老工艺来设计H酸的生产。

从而确定了本设计的生产流程为：

第三章生产流程简介

通过上面的叙述，我们可知在这里我们采用改进的老工艺来更好的生产H酸其生产工艺流程简图如下所示：

工艺流程简介如下：

将精制萘加至带有冷却、加热及搅拌装置的磺化釜内，其中的反应压力是1.1Mpa，将萘加热至40℃,然后加入三氧化硫及65%发烟硫酸进行磺化反应。

反应完结时温度大约为160℃。

将上述磺化反应产物移至带有冷却器和带有搅拌装置的耐酸硝化反应釜中，保持在20℃以下加入浓硝酸进行硝化反应，最后生成1-硝基-3，6，8-萘三磺酸。

再将此硝化产物移至还原锅中加入水进行稀释，在其中加入Fe粉进行还原加氢反应，然后将其产物移至盐析反应釜中进行盐析反应，最后盐析得到1-萘胺-3，6，8-三磺酸钠（即Koch’s酸钠盐，也称T酸钠盐）。

由于1-氨基-3，6，8-萘三磺酸是浆状物，且易溶于热水。

故将得到的1-氨基-3，6，8-萘三磺酸的浆状物用热水溶解后，加入碳酸钠水溶液，直至溶液能使亮黄试纸呈弱碱性，则由此可判定溶液生成了可溶性的1-氨基-3，6，8-萘三磺酸三钠盐，然后用过滤机过滤此溶液，滤去不容性杂质。

将得到的溶液注入碱熔釜，在碱熔压热釜中先后加入65%—73%的碱溶液（氢氧化钠）和9%—5.2%的Koch’s酸钠盐溶液（以亚硝酸钠值计，折100%计），加入两种化和物的量大约是NaOH:

Koch’s酸钠盐=（4.4—4.6）：

1（质量比），控制溶液总碱度为7.5%。

然后在3.5h内将混合溶液升温至178—184℃，再此的反应压力大约为1.0－1.2Mpa,将其保温保压3h.然后在酸析锅中加60%硫酸，升温至70℃，然后在2—3h内加入碱熔物料，加料温度为（90—95）℃，并随时用刚果红试纸检验酸性。

加料毕，用空气鼓泡吹掉二氧化硫，吹3h。

降温至55℃，析出H酸单钠盐，过滤，用60℃的热水洗涤2次，得膏状的产物（湿含量为42%）。

经干燥后粉碎，得粉状产物H酸（含量大约为85.0%）。

H酸生产工艺污染防治的重点是：

此工艺产生的废水量非常多，年产10000吨H-酸，会产生100吨以上高浓度H-酸水排放，这些废水必须严格进行处理，如果处理不恰当，会对周边环境及居民造成严重后果。

另外还要以水污染的防治以节水和实现水资源化为中心，大气污染的防治以节能和综合利用为中心；

固体废物的污染防治以实现废物减量化和资源化为中心，新建项目要采用先进的少废无废工艺，所有都要做到达标排放和符合当地污染物总量控制的要求。

原料萘是有机原料，故它具有有机物的所有通性，有毒，有很强的挥发性，从而危害人体和污染空气。

见光易分解，故它需要保存在棕色罐中，荫凉处，防止见光分解。

[7]

产物H酸是白色或灰白色针状结晶。

难溶于冷水，易溶于热水，不溶于醇及醚，能溶于碱溶液，能溶于碳酸钠溶液中。

微溶于乙醇和乙醚。

故它需要防热，防水，防碱等化合物。

H酸生产具有易燃、易爆、有毒、腐蚀性强，高温、高压操作，生产工艺复杂等特点，稍有不慎很容易发生火灾、爆炸事故，造成较大的有形损失（经济、财物）和无形损失（名誉影响）。

另外H酸的生产工艺会涉及到硫酸和硝酸等一些强酸的反应，腐蚀性很强，在生产H酸时一定要注意防腐蚀。

因此，搞好H酸企业的安全生产，不仅关系到企业的正常生产和职工的人身安全，还关系到企业的生存发展和社会秩序的稳定。

第四章物料衡算

4.1计算条件

4.1.1生产能力

按年产1万吨H酸工艺设计。

年工作日360天，27.78吨/天，每日三班。

4.1.2计算基准

以生产1吨H酸为基准

4.1.3分子量

H酸＝319H2SO4＝98NaOH＝40HNO3＝63

4.1.4生产原理

4.2各工序的物料衡算

由于H酸的生产主要经过磺化、硝化、中和、还原、酸化、碱熔、酸析等工序。

并在各个工序中都有一定的物料损耗，故可采用反推法来计算每个工序的物料输送量。

4.2.1粉碎、干燥、过滤工序

1.在粉碎工序中，粉碎能达到所需要产品，既将所需要大物料破碎成小物料。

由于机器的损耗和粉尘损失，物料约有0.5‰的损失。

即要得年产1万吨的H酸。

如果按每年工作日为360天。

以每天三班。

则每天须生产H酸为:

10000吨/360≈27.78吨/天

则每小时须生产

27.78吨/24≈1.1575吨/时

由此输入粉碎前的干物料为:

1.1575×

（1＋0.5‰）≈1.158吨/时

故粉碎损失物料量为:

1.158－1.1575＝0.0005吨/时

2.在干燥工序中，经酸析工序中得到的H酸为湿物料。

在经干燥器脱除水分。

经分析湿物料H酸的含量大约为42％。

整个工序H酸的损失约为0.3‰。

既不损失H酸得到的H酸量为:

1.158×

（1＋0.3‰）≈1.1584吨/时

故干燥损失物料量为:

1.1584－1.158＝0.0004吨/时

要得到23.34吨/时的干燥H酸需要含量为42％的湿H酸为:

X×

42％＝1.1584

得湿物料量为：

X＝2.7581吨/时

干燥过程需除掉的水分为：

2.7581×

（1－42％）≈1.6吨/时

3.在过滤工序中，由于压虑机的机械性能及处理能力中的损失而有0.3‰的物料损失。

故过滤前的H酸量为（湿物料）：

（1＋0.3‰）≈2.7589吨/时

4.2.2碱溶、酸析工序

在酸析反应工序中，要脱除碱溶过程中多余的氢氧化钠和水分。

H2SO4在一定条件下酸析而生成絮凝状的湿胶体。

在整个酸析工序中酸析度假设可达100％。

在碱溶反应工序中，NaOH在一定的条件下发生碱熔反应而为下一步的酸析做好准备，在整个中和工序中，假设中和度也同样为100％。

故有方程关系式可知：

449403852×

98319

YZyX55.74

根据以上的反应配比关系可知：

需要添加H2SO4的量为：

2×

98/X＝319/2.7589

得：

X＝1.675吨/时

换算成60％的H2SO4溶液的质量为：

34.25∕60%=2.772吨/时

而得到Koch’s酸钠盐（

）的量为：

449/Y=319/2.7589解之得:

Y=4.3516吨/时

由资料查得在碱溶阶段，Koch’s酸钠盐与NaOH的质量比为4.5。

故NaOH的量为：

4.3156×

4.5=19.42吨/时.

折合成70％的NaOH为：

19.42∕70％＝27.743吨/时

在生成Koch’s酸钠盐之前需要经过过滤阶段。

其中物料损失大约为0.3‰。

即可知Koch’s酸钠盐在过滤之前的质量为：

（1＋0.3‰）＝4.3169吨/时

4.2.3还原、盐析工序

还原、盐析工序中，还原工序是在100℃-110℃下Fe粉的作用下还原，加入Fe粉的量和盐析工序中加入工业盐的量都经过实验确定的。

还原过程中加入Fe粉的量为每生产1吨H酸需加入1750kg。

则生产1.1575吨H酸需加入Fe粉的量为：

1750×

1.1575＝2025.625kg/时＝2.0256吨/时

工业盐的加入量为每生产1吨H酸需加入6125kg，则生产1.1575吨H酸需加入工业盐的量为：

6125×

1.1575＝7089.4kg/时＝7.089吨/时

在还原、盐析工序中原料并非全部是有作