1，2－二氯乙烷裂解制备氯乙烯的模拟及分析

王 君，冯培良，严 丽，李多松，邹春华，胡青松

(安徽理工大学化学工程学院，安徽 淮南 232001)

1 基础工况模拟计算

1.1 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0.252 kmol/s，温度294.3 K，压力2 688 955.25 N/m2;裂解炉温度755.4 K，压力2 688 955.25 N/m2，单程转化率55%;激冷器压力降－34 473.79 N/m2，过冷度5.556 K;氯化氢脱除塔:塔板数17(包括冷凝器和再沸器)，回流比1.082，馏出物与进料比0.354，进料板位置8，板上进料，全塔压力取2 530 375.74 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0.969，馏出物与进料比0.55，进料板位置7，板上进料，全塔压力取792 896.997 N/m2，采用全凝器;循环泵:出口压力2 688 955.25 N/m2。

图1 1，2－二氯乙烷裂解制备乙烯流程

1.2 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］

计算混合物的混合规则如下

式中:kij为二元交互作用参数。

1.3 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99.8%，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

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0.5 增加到0.55 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］。

图2 热解炉热负荷与转化率的关系

图3 冷却器热负荷与转化率的关系

图4 再沸器热负荷总和与转化率的关系

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0.5 增加到0.55 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0.55 时，产品氯乙烯的纯度达到0.98 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0.55 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0.55 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0.55，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0.55 附近，可在满足产品纯度的情况下能耗最小。

［1］J D SEADER，ERNEST J HENLEY.Separation process principles［M］.John Wiley＆Sons，Inc.1988:54－55.

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［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.

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［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.