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摘要：1，2-二氯乙烷裂解制备氯乙烯是一种可行的方法，对该过程进行模拟计算及灵敏度分析，可为节能降耗、提高过程经济性提供依据。在对某过程设计方案基础工况模拟计算的基础上进行了灵敏度分析，考察裂解反应转化率变化对裂解炉和激冷器热负荷、精馏塔再沸器热负荷及氯乙烯产品纯度的影响，结果表明，1，2-二氯乙烷转化率控制在0.55附近为最优。
关键词：氯乙烯；1，2-二氯乙烷；模拟；灵敏度分析
中图分类号：TQ222 文献标志码：A
文章编号：1672-1098（2014）01-0043-03
1基础工况模拟计算
11工艺流程
1，2-二氯乙烷裂解制备氯乙烯流程如图1所示。其裂解反应：CH2Cl-CH2Cl→HCl+CHCl=CH2
1，2-二氯乙烷进料流量0252 kmol/s，温度2943 K，压力2 688 95525 N/m2；裂解炉温度7554 K，压力2 688 95525 N/m2，单程转化率55%；激冷器压力降-34 47379 N/m2，过冷度5556 K；氯化氢脱除塔：塔板数17（包括冷凝器和再沸器），回流比1082，馏出物与进料比0354，进料板位置8，板上进料，全塔压力取2 530 37574 N/m2，采用全凝器；氯乙烯塔：塔板数12（包括冷凝器和再沸器），回流比0969，馏出物与进料比055，进料板位置7，板上进料，全塔压力取792 896997 N/m2，采用全凝器；循环泵：出口压力2 688 95525 N/m2。
图11，2-二氯乙烷裂解制备乙烯流程
12物性方程选取
计算物性中RKS方程相比于其它状态方程大大提高了表达纯物质汽-液平衡的能力，并且能用于混合物汽-液平衡的计算，工业应用范围广。故选取RKS方程进行汽-液平衡计算。形式如下[1-3]
13模拟计算结果
对该过程流程在基础工况下进行了模拟计算，主要计算结果如表1所示。计算结果表明；目标产物氯乙烯的物质量纯度达到998%，满足生产要求，主要能耗是裂解炉与精馏塔再沸器所消耗的热公用工程和激冷器和精馏塔冷凝器消耗的冷公用工程。下面在基础工况模拟计算的基础上，考察1，2-二氯乙烷裂解转化率变化时主要能耗及氯乙烯纯度的灵敏度分析。
表1基础工况的模拟计算结果
裂解炉热负荷/W激冷器热负荷与出口温度/（W·k-1）冷凝器热负荷/W再沸器热负荷/W氯乙烯物质量纯度/%
50 859 4131-35 863 787320939 309-6 295 3172（塔1）-9 049 3696（塔2）11 071 932（塔1）7 049 9322（塔2）998
2主要能耗的灵敏度分析
各项主要能耗随着转化率的变化如图2～图4所示。
裂解炉热负荷与转化率的关系图2所示，可见转化率从05增加到055时，裂解炉热负荷线性增加，这是因为裂解反应为吸热反应，转化率增加，单位时间绝对反应量增加，需要提供更多的热量维持反应；同样的原因导致激冷器的热负荷也随转化率的增加线性增加（见图3，注意冷公用工程用量用负值表示）；精馏塔再沸器热负荷总和随转化率增加呈下降趋势，这是因为转化率增大后，精馏塔进料中重组分减少，轻组分增加的原因造成的。以上分析表明，热公用工程主要消耗在裂解炉和再沸器单元，在所研究的转化率范围类，裂解炉热负荷变化比再沸器热负荷变化更敏感，而且裂解炉所需的热公用工程等级也更高，因此在优化过程中需要把裂解炉热负荷作为主要的目标函数[4-5]。
1，2-二氯乙烷转化率/%
图2热解炉热负荷与转化率的关系
1，2-二氯乙烷转化率/%
图3冷却器热负荷与转化率的关系
1，2-二氯乙烷转化率/%
图4再沸器热负荷总和与转化率的关系
1，2-二氯乙烷转化率/%
图5氯乙烯产品纯度与转化率的关系
3产品纯度的灵敏度分析
图5给出了氯乙烯产品纯度与EDC转化率的关系，可见转化率从05增加到055时，氯乙烯产品的纯度也是线性增加的，这是由于反应量增加，产物的量也会随之增加，经过后序的分离提纯，氯乙烯产品的纯度增加。在转化率为基础工况的055时，产品氯乙烯的纯度达到098以上，此时若降低转化率，则产品纯度会呈线性下降；若提高转化率，产品纯度已经没有多少上升的空间，并且增大反应器体积，因此，基础工况的转化率为较优的转化率。
4结论
对某过程设计方案基础工况模拟计算的基础上进行了灵敏度分析，结果表明当前基础工况控制1，2-二氯乙烷转化率为055较优，降低转化率虽然可以降低裂解炉能耗，但当转化率低于055后产品氯乙烯的纯度几乎线性下降，达不到客户要求；如果转化率高于055，裂解炉热负荷将增加，而产品纯度增加非常有限，并且需要增大反应器体积，所以控制转化率为055附近，可在满足产品纯度的情况下能耗最小。
参考文献：
[1]J D SEADER， ERNEST J HENLEY. Separation process principles[M].John Wiley&Sons，Inc. 1988：54-55.
[2]J M SMITH， H C VAN NESS， M M ABBOTT.Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics[M].The McGraw-Hill Companies，Inc. 2005：58-59.
[3]JOHN M PRAUSNITZ，RUDIGER N LICHTENTHALER， EDMUNDO GOMES DE AZEVEDO.Molecular Thermodynamics of Fluid-Phase Equilibria（3rd）[M].Pearson Education，Inc.1999：28-30.
[4]WARREN D SEIDER，J D SEADER，DANIEL R LEWIN.Process Design Principles（Synthesis，Analysis，and Evaluation）[M]. John Wiley&Sons，Inc. 1999：32-34.
[5]姚平经.工程系统分析与综合[M].大连：大连理工大学出版社，2004：202-204.
（责任编辑：李丽，范君）
关键词：氯乙烯；1，2-二氯乙烷；模拟；灵敏度分析
中图分类号：TQ222 文献标志码：A
文章编号：1672-1098（2014）01-0043-03
1基础工况模拟计算
11工艺流程
1，2-二氯乙烷裂解制备氯乙烯流程如图1所示。其裂解反应：CH2Cl-CH2Cl→HCl+CHCl=CH2
1，2-二氯乙烷进料流量0252 kmol/s，温度2943 K，压力2 688 95525 N/m2；裂解炉温度7554 K，压力2 688 95525 N/m2，单程转化率55%；激冷器压力降-34 47379 N/m2，过冷度5556 K；氯化氢脱除塔：塔板数17（包括冷凝器和再沸器），回流比1082，馏出物与进料比0354，进料板位置8，板上进料，全塔压力取2 530 37574 N/m2，采用全凝器；氯乙烯塔：塔板数12（包括冷凝器和再沸器），回流比0969，馏出物与进料比055，进料板位置7，板上进料，全塔压力取792 896997 N/m2，采用全凝器；循环泵：出口压力2 688 95525 N/m2。
图11，2-二氯乙烷裂解制备乙烯流程
12物性方程选取
计算物性中RKS方程相比于其它状态方程大大提高了表达纯物质汽-液平衡的能力，并且能用于混合物汽-液平衡的计算，工业应用范围广。故选取RKS方程进行汽-液平衡计算。形式如下[1-3]
13模拟计算结果
对该过程流程在基础工况下进行了模拟计算，主要计算结果如表1所示。计算结果表明；目标产物氯乙烯的物质量纯度达到998%，满足生产要求，主要能耗是裂解炉与精馏塔再沸器所消耗的热公用工程和激冷器和精馏塔冷凝器消耗的冷公用工程。下面在基础工况模拟计算的基础上，考察1，2-二氯乙烷裂解转化率变化时主要能耗及氯乙烯纯度的灵敏度分析。
表1基础工况的模拟计算结果
裂解炉热负荷/W激冷器热负荷与出口温度/（W·k-1）冷凝器热负荷/W再沸器热负荷/W氯乙烯物质量纯度/%
50 859 4131-35 863 787320939 309-6 295 3172（塔1）-9 049 3696（塔2）11 071 932（塔1）7 049 9322（塔2）998
2主要能耗的灵敏度分析
各项主要能耗随着转化率的变化如图2～图4所示。
裂解炉热负荷与转化率的关系图2所示，可见转化率从05增加到055时，裂解炉热负荷线性增加，这是因为裂解反应为吸热反应，转化率增加，单位时间绝对反应量增加，需要提供更多的热量维持反应；同样的原因导致激冷器的热负荷也随转化率的增加线性增加（见图3，注意冷公用工程用量用负值表示）；精馏塔再沸器热负荷总和随转化率增加呈下降趋势，这是因为转化率增大后，精馏塔进料中重组分减少，轻组分增加的原因造成的。以上分析表明，热公用工程主要消耗在裂解炉和再沸器单元，在所研究的转化率范围类，裂解炉热负荷变化比再沸器热负荷变化更敏感，而且裂解炉所需的热公用工程等级也更高，因此在优化过程中需要把裂解炉热负荷作为主要的目标函数[4-5]。
1，2-二氯乙烷转化率/%
图2热解炉热负荷与转化率的关系
1，2-二氯乙烷转化率/%
图3冷却器热负荷与转化率的关系
1，2-二氯乙烷转化率/%
图4再沸器热负荷总和与转化率的关系
1，2-二氯乙烷转化率/%
图5氯乙烯产品纯度与转化率的关系
3产品纯度的灵敏度分析
图5给出了氯乙烯产品纯度与EDC转化率的关系，可见转化率从05增加到055时，氯乙烯产品的纯度也是线性增加的，这是由于反应量增加，产物的量也会随之增加，经过后序的分离提纯，氯乙烯产品的纯度增加。在转化率为基础工况的055时，产品氯乙烯的纯度达到098以上，此时若降低转化率，则产品纯度会呈线性下降；若提高转化率，产品纯度已经没有多少上升的空间，并且增大反应器体积，因此，基础工况的转化率为较优的转化率。
4结论
对某过程设计方案基础工况模拟计算的基础上进行了灵敏度分析，结果表明当前基础工况控制1，2-二氯乙烷转化率为055较优，降低转化率虽然可以降低裂解炉能耗，但当转化率低于055后产品氯乙烯的纯度几乎线性下降，达不到客户要求；如果转化率高于055，裂解炉热负荷将增加，而产品纯度增加非常有限，并且需要增大反应器体积，所以控制转化率为055附近，可在满足产品纯度的情况下能耗最小。
参考文献：
[1]J D SEADER， ERNEST J HENLEY. Separation process principles[M].John Wiley&Sons，Inc. 1988：54-55.
[2]J M SMITH， H C VAN NESS， M M ABBOTT.Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics[M].The McGraw-Hill Companies，Inc. 2005：58-59.
[3]JOHN M PRAUSNITZ，RUDIGER N LICHTENTHALER， EDMUNDO GOMES DE AZEVEDO.Molecular Thermodynamics of Fluid-Phase Equilibria（3rd）[M].Pearson Education，Inc.1999：28-30.
[4]WARREN D SEIDER，J D SEADER，DANIEL R LEWIN.Process Design Principles（Synthesis，Analysis，and Evaluation）[M]. John Wiley&Sons，Inc. 1999：32-34.
[5]姚平经.工程系统分析与综合[M].大连：大连理工大学出版社，2004：202-204.
（责任编辑：李丽，范君）