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[摘 要]二氯乙烷是氯乙烯单体的重要生产原料，主要有直接氯化法、平衡氧氯化法等。本文以乙烯直接氯化法生产二氯乙烷过程为研究对象，对过程中的热力学进行分析，认清乙烯直接氯化过程本质，挖掘节能潜力，降低能耗，优化二氯乙烷过程中的热力学效率，达到节能降耗目的。
[关键词]氯化法；二氯乙烷；乙烯；热力学；对外做功
中图分类号：TQ222.23 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）41-0272-01
就国内外来看，二氯乙烷生产采用乙烯直接氯化法是世界二氯乙烷生产的主要方向，人们关注二氯乙烷生产的同时，也更加关注过程中的节能降耗问题。为此，基于热力学分析方法和依据，分析了乙烯直接氯化法生产二氯乙烷过程中的理想功、有效能等具體情况，然后提出了节能降耗方法，优化二氯乙烷生产过程。
二、乙烯直接氯化法生产二氯乙烷过程中的理想功分析
分析乙烯直接氯化法生产二氯乙烷过程中的理想功，主要分为两种情况，具体情况如下：
第一种情况：原料、产品在25摄氏度和状态下，理想功。
第二种情况：典型生产状态下的理想功。这一种状态下的原料、产品都处于不同温度条件。当达到100%转化率时，生成的选择性为99.5%。同时，加入适量的，防止处于爆炸限外。在这一生产过程中，理想功。
在以上两种情况下，二氯乙烷生产过程中理论上都会对外作功，而且第一种状况时的理想功为原料、产品的化学有效能之差。但是实际生产时，由于分离过程能耗及一些不可逆转损失等，不仅不能对外作功，反而会消耗一定的能量。基于此，对二氯乙烷生产过程热力学进行分析，找到降低过程能耗的有效方法。
三、乙烯高温直接氯化生产二氯乙烷过程中的热力学分析
乙烯直接氯化生产二氯乙烷的方法有高温直接氯化法和低温直接氯化法，其中高温直接氯化法流程简单，反应热利用效率高，有一定节能效果。在这里，利用Vinnolit公司推出的高温直接氯化法进行二氯乙烷生产，其工艺流程具体为：将氯气放入反应设备的喷射器内，在循环二氯乙烷中溶解。乙烯经过分布器后，与溶解了氯气的循环二氯乙烷一同进入反应设备的混合器内，受催化剂影响，氯气与乙烯直接发生反应，生成二氯乙烷。基于这一生产工艺，对高温直接氯化生产二氯乙烷过程中的有效能利用率进行分析计算，评价有效能利用的高低。
（一）基础数据
有效能利用分析要用到的数据包括基准物质的热力学数据、输入物流的工艺参数和热力学数据、输出物流的工艺参数和热力学数据等。
（二）有效能利用率计算与分析
利用乙烯高温直接氯化生产二氯乙烷，过程中的有效能计算利用前文提及的相关计算公式。结果分为两种情况，第一种是含有化学有效能，第二种是没有化学有效能，分别为87.7%和2.35%。
从计算结果可以看出来，有效能利用率高低与所选用的环境条件、基准等密切相关。虽然计入化学有效能的利用率达到了87.7%，看上去很高，但是实际上当把二氯乙烷作为产品时，有效能利用率是比较低的，损失掉的有效能高达。之所以有如此高的有效能损耗，主要原因如下：
第一，化学反应的不可逆转性。乙烯高温直接氯化生产二氯乙烷是一个快速、非均相的反应过程，由于这一过程的不可逆转性，产生了大量的有效能损失，在整个有效能损失中占比一半以上。
第二，没有充分利用低温位热能。高温直接氯化反应过程中，反应终温达110摄氏度，压力。闪蒸发后，温度降低到99摄氏度，此时形成了两种低温位热源。其中，110摄氏度下的热源利用冷却水进行冷却处理，99摄氏度下的热源利用冷却水进行冷凝处理，两种低温位热源都没有得到充分利用，进而产生了一定有效能损失，约在总损失中占比1/5左右。
第三，循环比较高，使有效能利用率下降。由于氯气、乙烯在二氯乙烷中的溶解率比较低，常温下溶解根本达到生产要求[1]。为保证溶解效果，一般都采用比较高的循环比，高温直接氯化法的循环比就很高，约120左右。在如此高的循环比下，需要输入更多的能量，进而引起有效能利用率降低。
四、乙烯高温直接氯化法生产二氯乙烷过程中的节能降耗方法
（一）充分利用低温位物流热能
经过以上分析可知，乙烯高温直接氯化法生产二氯乙烷过程中产生了两个低温位物流热能，由于不超过140摄氏度，不能进行低压蒸气再做功，所以只能将其作为加热介质。基于此，改变反应条件和闪蒸条件，以形成不同温位和的压力的闪蒸气，并在蒸气与环境间安装卡诺热机，促进低温位热量转变为功，进而降低有效能消耗。但是以现有技术条件看，还无法改变反应不可逆转产生的能量消耗影响，所以这一节能设想只是理论上，有待加强技术研究。
（二）采用化工静态混合技术
为提高有效能利用率，采用化工静态混合技术，这是一种先进的管式反应技术，以静态混合反应器为核心[2]。将该种技术应用于乙烯直接氯化生产二氯乙烷过程中，能够强化传质传热，促进乙烯直接氯化反应，控制副反应。根据实验结果显示，采用化工静态混合技术时，输入功耗、循环液冷却和闪蒸气冷凝的热损失情况都有所改善，提高了1%左右。目前，化工静态混合技术已经比较成熟，其应用于乙烯直接氯化生产二氯乙烷是可行的，能降低过程中的有效能损失率，提高有效能利用率。
五、结论
经过以上内容分析，得出以下结论：
第一，乙烯高温直接氯化生产二氯乙烷时，计化学有效能情况下的有效能利用率为87.7%，不计化学有效能情况下的有效能利用率为2.35%。
第二，二氯乙烷生产过程有效能损失的主要原因包括三个方面：化学反应过程中的不可逆转性、低温位热能未充分利用、高循环比等。
第三，结合有效能损失原因，提出采用化工静态混合技术和利用低温位热源等节能措施。其中，化工静态混合技術的节能措施是可行的，能提高1%左右。而低温位热源利用研究还不成熟，有待进一步研究，所以目前不建议采用这种节能措施，应当采用技术条件比较成熟的化工静态混合技术，能达到提高有效能利用率的效果。
参考文献
[1] 吴协舜.干气直接氯化制备二氯乙烷的工艺开发[D].华东理工大学，2012.
[2] 刘云龙.年产5000吨1，1，2-三氯乙烷生产工艺设计[D].江西师范大学，2015.
[关键词]氯化法；二氯乙烷；乙烯；热力学；对外做功
中图分类号：TQ222.23 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）41-0272-01
就国内外来看，二氯乙烷生产采用乙烯直接氯化法是世界二氯乙烷生产的主要方向，人们关注二氯乙烷生产的同时，也更加关注过程中的节能降耗问题。为此，基于热力学分析方法和依据，分析了乙烯直接氯化法生产二氯乙烷过程中的理想功、有效能等具體情况，然后提出了节能降耗方法，优化二氯乙烷生产过程。
二、乙烯直接氯化法生产二氯乙烷过程中的理想功分析
分析乙烯直接氯化法生产二氯乙烷过程中的理想功，主要分为两种情况，具体情况如下：
第一种情况：原料、产品在25摄氏度和状态下，理想功。
第二种情况：典型生产状态下的理想功。这一种状态下的原料、产品都处于不同温度条件。当达到100%转化率时，生成的选择性为99.5%。同时，加入适量的，防止处于爆炸限外。在这一生产过程中，理想功。
在以上两种情况下，二氯乙烷生产过程中理论上都会对外作功，而且第一种状况时的理想功为原料、产品的化学有效能之差。但是实际生产时，由于分离过程能耗及一些不可逆转损失等，不仅不能对外作功，反而会消耗一定的能量。基于此，对二氯乙烷生产过程热力学进行分析，找到降低过程能耗的有效方法。
三、乙烯高温直接氯化生产二氯乙烷过程中的热力学分析
乙烯直接氯化生产二氯乙烷的方法有高温直接氯化法和低温直接氯化法，其中高温直接氯化法流程简单，反应热利用效率高，有一定节能效果。在这里，利用Vinnolit公司推出的高温直接氯化法进行二氯乙烷生产，其工艺流程具体为：将氯气放入反应设备的喷射器内，在循环二氯乙烷中溶解。乙烯经过分布器后，与溶解了氯气的循环二氯乙烷一同进入反应设备的混合器内，受催化剂影响，氯气与乙烯直接发生反应，生成二氯乙烷。基于这一生产工艺，对高温直接氯化生产二氯乙烷过程中的有效能利用率进行分析计算，评价有效能利用的高低。
（一）基础数据
有效能利用分析要用到的数据包括基准物质的热力学数据、输入物流的工艺参数和热力学数据、输出物流的工艺参数和热力学数据等。
（二）有效能利用率计算与分析
利用乙烯高温直接氯化生产二氯乙烷，过程中的有效能计算利用前文提及的相关计算公式。结果分为两种情况，第一种是含有化学有效能，第二种是没有化学有效能，分别为87.7%和2.35%。
从计算结果可以看出来，有效能利用率高低与所选用的环境条件、基准等密切相关。虽然计入化学有效能的利用率达到了87.7%，看上去很高，但是实际上当把二氯乙烷作为产品时，有效能利用率是比较低的，损失掉的有效能高达。之所以有如此高的有效能损耗，主要原因如下：
第一，化学反应的不可逆转性。乙烯高温直接氯化生产二氯乙烷是一个快速、非均相的反应过程，由于这一过程的不可逆转性，产生了大量的有效能损失，在整个有效能损失中占比一半以上。
第二，没有充分利用低温位热能。高温直接氯化反应过程中，反应终温达110摄氏度，压力。闪蒸发后，温度降低到99摄氏度，此时形成了两种低温位热源。其中，110摄氏度下的热源利用冷却水进行冷却处理，99摄氏度下的热源利用冷却水进行冷凝处理，两种低温位热源都没有得到充分利用，进而产生了一定有效能损失，约在总损失中占比1/5左右。
第三，循环比较高，使有效能利用率下降。由于氯气、乙烯在二氯乙烷中的溶解率比较低，常温下溶解根本达到生产要求[1]。为保证溶解效果，一般都采用比较高的循环比，高温直接氯化法的循环比就很高，约120左右。在如此高的循环比下，需要输入更多的能量，进而引起有效能利用率降低。
四、乙烯高温直接氯化法生产二氯乙烷过程中的节能降耗方法
（一）充分利用低温位物流热能
经过以上分析可知，乙烯高温直接氯化法生产二氯乙烷过程中产生了两个低温位物流热能，由于不超过140摄氏度，不能进行低压蒸气再做功，所以只能将其作为加热介质。基于此，改变反应条件和闪蒸条件，以形成不同温位和的压力的闪蒸气，并在蒸气与环境间安装卡诺热机，促进低温位热量转变为功，进而降低有效能消耗。但是以现有技术条件看，还无法改变反应不可逆转产生的能量消耗影响，所以这一节能设想只是理论上，有待加强技术研究。
（二）采用化工静态混合技术
为提高有效能利用率，采用化工静态混合技术，这是一种先进的管式反应技术，以静态混合反应器为核心[2]。将该种技术应用于乙烯直接氯化生产二氯乙烷过程中，能够强化传质传热，促进乙烯直接氯化反应，控制副反应。根据实验结果显示，采用化工静态混合技术时，输入功耗、循环液冷却和闪蒸气冷凝的热损失情况都有所改善，提高了1%左右。目前，化工静态混合技术已经比较成熟，其应用于乙烯直接氯化生产二氯乙烷是可行的，能降低过程中的有效能损失率，提高有效能利用率。
五、结论
经过以上内容分析，得出以下结论：
第一，乙烯高温直接氯化生产二氯乙烷时，计化学有效能情况下的有效能利用率为87.7%，不计化学有效能情况下的有效能利用率为2.35%。
第二，二氯乙烷生产过程有效能损失的主要原因包括三个方面：化学反应过程中的不可逆转性、低温位热能未充分利用、高循环比等。
第三，结合有效能损失原因，提出采用化工静态混合技术和利用低温位热源等节能措施。其中，化工静态混合技術的节能措施是可行的，能提高1%左右。而低温位热源利用研究还不成熟，有待进一步研究，所以目前不建议采用这种节能措施，应当采用技术条件比较成熟的化工静态混合技术，能达到提高有效能利用率的效果。
参考文献
[1] 吴协舜.干气直接氯化制备二氯乙烷的工艺开发[D].华东理工大学，2012.
[2] 刘云龙.年产5000吨1，1，2-三氯乙烷生产工艺设计[D].江西师范大学，2015.