流程工程学——氯碱化工流程物质流与能量流分析

氯碱化工流程物质流与能量流分析一、氯碱行业概况1基本概念氯碱指使用饱和食盐水制氯气氢气烧碱的方法。工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品除应用于化学工业本身外，还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业。烧碱是由原盐化为饱和盐水，去除饱和盐水中的杂质，然后电解得到Cl2,H2,和NaOH.再将稀碱蒸发浓缩到42%的浓碱即为成品。氯气经冷却，燥送液氯工序，氢气经冷却送各用户。2.主要污染物主要污染物为电石渣废水，电石渣，废催化剂，废活性。3氯碱厂生产工艺流程图图1 氯碱厂生产工艺流程图二、氯碱流程物质流分析1. 电石法生产聚氯乙烯以外购电石为原料，电石经水解生成乙炔，乙炔经过精制，与烧碱车间来的氯化氢反应生成粗氯乙烯，粗氯乙烯经过精馏去除杂质后去聚合采用悬浮法生产工艺生成聚氯乙烯。聚乙烯浆料经脱除氯乙烯单体、干燥、包装变为成品出售。图2 电石法生产聚氯乙烯工艺流程示意图2.乙烯氯化法生产聚氯乙烯以乙烯为原料，乙烯与氯气直接氧化生产粗二氯乙烷。乙烯与氧气、氯气进行氧氯化反应，经过脱水的粗二氯乙烷与直接氧氯化生成的二氯乙烷混合后去净化，经过净化的二氯乙烷去裂解生成氯乙烯。氯乙烯经过精制生成精氯乙烯单体。氯乙烯去聚合采用悬浮法生产工艺生成聚氯乙烯。聚乙烯浆料经脱除氯乙烯单体、干燥、包装变为成品出售。图3乙烯氯化法生产聚氯乙烯工艺流程图三、氯碱流程能量流分析能量流是指各种能量随物质流动的全过程沿着转换、分配、利用和回收的路径流动的过程。氯碱企业是流程型企业，各个工序的能耗主要是通过企业转换系统转换后的二次能源，受企业能源的供应量和二次能源转化量的限制，企业的各工序在能源的选择和使用方面彼此联系制约。在保持企业目前基本参数不变的情况下，如何以现有的资源对企业各个部分进行有效分配，充分利用企业有限的资源非常重要。在企业当中生产环节与转换环节的能耗是企业能耗的主要组成部分，分配系统虽然消耗较少但是对生产和使用环节有着重要的影响。生产系统主要考虑物流能耗的变化情况；对于能源转换系统考虑能源转换、调节、能源的混合功能；对于能源分配系统考虑储存、辅助原材料，回收系统考虑其他系统回收的能量和供给其他能量收支平衡。对于转换、分配、利用和回收四个系统的平衡有：其中EE，j分别表示企业各种能源消耗量，EPC为生产系统中各种能源的消耗量向量，EPP为生产系统各种能源的发生量向量 。n能源品种个数；m主生产系统生产单元个数；pi第i个单元产品产量；eij第i个单元第j种能源的单位产品消耗量；bi，j第i个单元第j种能源的单位产品发生量。ETC为能源转换系统能源的消耗量向量，ETP为能源转换系统各种能源的发生量向量。能源分配系统主要考虑储存量用ED表示，能源回收系统主要考虑放散量用EW表示。k能源转换系统生产单元个数；m主生产系统生产单元个数；pi，k第i个单元主要产品产量；有的单元生产一种能源产品，有的生产多种能源产品。对于一个单元生产多种能源产品情况，如制氧厂生产氧气、氮气和氢气等，在计算时规定一种产品为主要产品 pi，k其它为副产品。企业能耗分配模型其中xij为企业为第i道工序的第j种能源的投入量；Mj为企业可替换能源数目；qij为企业投入可替换能源的比重；ei，j是企业回收的能源投入到第i道工序第j种产品能量。约束的第一项为企业能源分配量不超过企业能源供应量；约束的第二项为企业分配到各工序能量必须满足工序消耗；第三项为当有替代资源的时候，替代资源满足的工序消耗的量；约束的第四项为企业能耗平衡方程；约束的第五项为企业回收的能源投入；最后一项为企业的投入不能为负。