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<二氯乙烷裂解过程的建模与优化>
  

    为了保证裂解炉的持续稳定运行,工业二氯乙烷裂解炉一直运行在一个比较稳定小范围的工况。由于工业现场裂解炉没有安装组分在线分析仪器,无法实时测出炉管出口裂解产物组成,标识二氯乙烷裂解性能指标唯一的控制变量是炉管出口温度(COT)。此外,对现场二氯乙烷裂解炉的操作条件进行调试需要一定的风险性,使得二氯乙烷裂解炉的现场操作具有往往是根据经验控制在一个具体的范围,操作点的设置具有一定的随机性和盲目性。因此,结合裂解炉运行机理信息,建立一个准确高效的二氯乙烷裂解模型显得非常重要。
    二氯乙烷裂解反应是非常复杂的反应,除了主要的产物氯乙烯和氯化氢等还包括乙炔、苯以及一些卤代烃化合物等。裂解过程还会伴随着焦的生成,故其裂解机理十分复杂。常用的裂解机理模型,包括有经验模型,分子模型,自由基模型。经验模型往往是根据现场数据拟合的神经网络模型,其外延性不足,往往不利于模拟分析测试。自由基模型由于其化学反应方程数目多,反应动力学参数很难获得,加上引入的变量过多,导致计算代价成指数型增长,也很难在该类模型中进行分析测试。分子反应模型由于化学反应方程数目少,又有融合了反应机理,因此在二氯乙烷裂解过程的建模与优化中,研究者多采用分子反应模型描述二氯乙烷裂解动力学。此外,为了进一步简化计算量,在描述炉膛与炉管传热传质过程,也会对炉膛炉管模型进行一定的简化。由于二氯乙烷裂解炉炉管长径比很大,管内几乎不会发生返混现象,所以常用一维活塞流描述。炉膛由于其结构的对称性,也可以对炉膛进行一定的简化,通常采用零维或一维模型描述炉膛。提出了一级串联的分子反应模型,并通过实验室小试装置数据模拟回归出了其反应动力学参数。随后,利用提出的动力学模型,结合零维别洛康法,模拟了二氯乙烷裂过程,并讨论了一些操作参数对二氯乙烷裂解过程的影在该反应模型的基础上,修正了裂解反应动力学参数,采用结合别洛康法与一维分区理论描述炉膛传热。在该模型的基础上,完成了燃料气配比以及炉膛烟气温度分布的优化工作,为工业二氯乙烷裂解炉的优化做了开创性的工作。模型基础上,采用序贯二次规划法优化二氯乙烷裂裂解收率,得到了不同的二氯乙烷进料流率下最优的炉膛分区温度,并由此提出而二氯乙烷裂解炉炉膛应采用降温序列的分区操作法,以及裂解炉炉膛高温辐射区、降温辐射区、炉顶对流传热区的优化集成方案。也在该一级串联模型反应模型的基础上,讨论了操作条件对于二乙烷裂解转化率的影响。此外,在其它类型的裂解炉如乙烯裂解炉的文献中,也很多给出裂解炉建模方法的研究。华东理工大利用一维Lobo-Evans法针对一工业乙烯裂解炉开发了专用裂解炉模型。在此基础上,添加了传输线模型,是对乙烯裂解炉模型的有效补充,使得模型更具有适应性,模拟结果也与工业实际测量值更加吻合。www.anhuanchem.com

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