原油常壓塔工藝設(shè)計計算

1、原油常壓塔工藝設(shè)計計算設(shè)計題目：原油常壓塔工藝計算設(shè)計任務(wù)：根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，繪制各種曲線 根據(jù)原料油性質(zhì)及產(chǎn)品方案確定產(chǎn)品收率作物料平衡 根據(jù)給定數(shù)據(jù)進(jìn)行分餾塔計算，并繪制精餾塔計算草圖 校核各側(cè)線及塔頂溫度設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)： 本設(shè)計采用某原油問原料進(jìn)行常壓塔工藝計算，原料及產(chǎn)品的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見下表， 年開工天數(shù)按8000h計算，側(cè)線產(chǎn)品及塔底重油都使用過熱水蒸汽汽提，使用的溫度為420，壓力為。 原油實沸點(diǎn)蒸餾以及窄餾分性質(zhì)沸點(diǎn)范圍占原油 m%20g/cm3特性因數(shù)含硫量%凝點(diǎn)每餾分總收率ibp122122150150175175200200225225250250275275300300325325

2、35035037537539538395425425450450475項目密度20恩氏蒸餾餾出溫度0%10%30%50%70%90%ep汽油75123150164180205210煤油218223230235240250263輕柴油245273285292308321重柴油296316325336340348重油306設(shè)計內(nèi)容：根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，繪制各種曲線 根據(jù)原料油性質(zhì)及產(chǎn)品方案確定產(chǎn)品收率作物料平衡 根據(jù)給定數(shù)據(jù)進(jìn)行分餾塔計算，并繪制精餾塔計算草圖 校核各側(cè)線及塔頂溫度主要參考文獻(xiàn)：1、林世雄主編，石油煉制工程(第三版)，石油工業(yè)出版社，2006年； 2、李淑培主編，石油加工工藝學(xué)（第一版）

3、，烴加工出版社，1998年； 3、侯祥麟，中國煉油技術(shù)（第一版），中國石化出版社，1991年。一、生產(chǎn)方案 經(jīng)過計算，此次油品是密度較大的油品，根據(jù)經(jīng)驗計算，汽油、煤油、輕柴、重柴的總收率大于30%，重油是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)瀝青的好原料，還可以考慮渣油的輕質(zhì)化，煤油收率高，適合生產(chǎn)航空煤油，該原油的生產(chǎn)方案是燃料一化型加工方案。二、回流方式的確定本設(shè)計的處理量較大，考慮采用塔頂二級冷回流，并采用兩個中段回流。三、確定塔板數(shù)在原料一定的情況下，塔板的數(shù)目越多，精度越好，但壓降越大，成本越高，本設(shè)計采用41層塔板。四、塔板形式的確定本設(shè)計采用操作彈性大，塔板壓降小，造價適中的浮閥塔板。設(shè)計說明書：1、根據(jù)基

4、礎(chǔ)數(shù)據(jù)繪制各種曲線；2、根據(jù)已知數(shù)據(jù)，計算并查工藝圖表確定產(chǎn)品收率，作物料平衡；3、確定汽提蒸汽用量；4、塔板選型和塔板數(shù)的確定；5、確定操作壓力；6、確定汽化段溫度： 、汽化段中進(jìn)料的汽化率與過汽化度； 、汽化段油氣分壓； 、汽化段溫度的初步求定； 、tf的校核。7、確定塔底溫度；8、塔頂及側(cè)線溫度的假定與回流熱分配： 、假設(shè)塔頂及各側(cè)線溫度； 、全塔回流熱； 、回流方式及回流熱分配。9、側(cè)線及塔頂溫度的校核；10、精餾塔計算草圖。原油常壓塔精餾塔工藝計算過程1、根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)繪制各種曲線 假設(shè)原油=100g，則 ibp-122v1 = = 122-150v2 = = 150-175v3 =

5、/ = 175-200v4 = = 200-225v5 = = 225-250v6 = / = 250-275v7 = / = 275-300v8 = / = 300-325v9 = / = 325-350v10 = / = 350-375v11 = / = 375-395v12 = / = 395-425v13 = = 425-450v14 = = 450-475v15 = = v總 = cm3 進(jìn)行規(guī)一化得：v1% = %v2% = %v3% = %v4% = %v5% = %v6% = %v7% = %v8% = %v9% = %v10% = %v11% = %v12% = %v13%

6、= %v14% = %v15% = %由上可得繪制實沸點(diǎn)曲線數(shù)據(jù)：表（）溫度體積分?jǐn)?shù)溫度體積分?jǐn)?shù)122%300%150%325%175%350%200%375%225%395%250%425%275%450%繪制實沸點(diǎn)蒸餾曲線。見圖（）查實沸點(diǎn)曲線得以下數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)求定平衡汽化曲線數(shù)據(jù)。表.（）%10%20%30%40%50%60%70%80%90%122148205258295323363399425454a.計算實沸點(diǎn)曲線的參考線的斜率及其各點(diǎn)溫度 由石油煉制工程第三版，圖7-17，根據(jù)實沸點(diǎn)蒸餾曲線10%至70%點(diǎn)得實沸點(diǎn)蒸餾曲線參考點(diǎn)斜率 = (399-148)/(70-10) =

7、/%， 由此計算參考線的各點(diǎn)溫度：% = 148 - （） = 20% = 148 - （20-10）= 30% = 148 - （30-10） = 40% = 148 - （40-10）= 50% = 148 - （50-10） = 60% = 148 - （60-10）= 35770% = 148 - （70-10） = 80% = 148 - （80-10）= 90% = 148 - （90-10） = b.計算平衡汽化參考線斜率及各點(diǎn)溫度用石油煉制工程第三版 7-17上圖，根據(jù)實沸點(diǎn)蒸餾曲線10%至70%斜率/%查得平衡汽化參考線的斜率為/%，用圖7-17中圖查得f = ，故平衡汽化參

8、考線50% = 實沸點(diǎn)蒸餾參考線50%點(diǎn) f = - = 由平衡汽化參考線的50%點(diǎn)和斜率可計算得其他各點(diǎn)溫度% = - （）= 10% = - （50-10） = 20% = - （50-20） = 30% = - （50-30） = 40% = - （50-40） = 60% = + （60-50） = 70% = + （70-50） = 80% = + （80-50） = 90% = + （90-50） = c.計算實沸點(diǎn)蒸餾曲線與其參考線的各點(diǎn)溫差 fi% % = 122 - = f10% = 0 f20% = 205 - = f30% = 258 - = f40% = 295 - =

9、 f50% = 323 - = f60% = 363 - 357 = 6 f70% = 399 - = f80% = 425 - = f90% = 454 - = d.求平衡汽化曲線各點(diǎn)溫度 由圖7-17下圖查得各餾出百分?jǐn)?shù)時的溫差比值得：%比值=，10%比值=，20%比值=，其余各點(diǎn)比值都是.平衡汽化曲線各點(diǎn)的溫差t等于實沸點(diǎn)蒸餾曲線與其參考線相應(yīng)各點(diǎn)的溫差fi%乘以對應(yīng)的比值，由此得平衡汽化各點(diǎn)的t。% t = * = 10% t = 0 20% t = * = 30% t = * = 40% t = * = 50% t = * = 60% t = 6 * = 70% t = * = 80

10、% t = * = 90% t = * = 平衡汽化曲線各點(diǎn)溫度等于它的參考各點(diǎn)溫度加上相應(yīng)的t值，得平衡汽化溫度，見表（）表%10%20%30%40%50%60%70%80%90%182195225253276295319342361382根據(jù)上表繪制原油常壓下的平衡汽化曲線圖，見圖（）。2、根據(jù)已知數(shù)據(jù)計算，查工藝圖表確定產(chǎn)品收率，作出物料平衡 、切割點(diǎn)的計算 根據(jù)常壓切割以及產(chǎn)品性質(zhì)中的恩氏蒸餾餾出溫度及石油煉制第三版，p201202圖7-12及圖7-13進(jìn)行恩氏蒸餾曲線與實沸點(diǎn)蒸餾曲線的轉(zhuǎn)化計算時，凡恩氏蒸餾溫度高出246者，考慮到裂化的影響，須用lgd = 進(jìn)行溫度校正，則校正f12

11、的t = t + d，以汽油分餾為例a. 實沸點(diǎn)蒸餾50%點(diǎn) = 164 + t（查圖7-12）= 164 = b. 用圖7-13查得實沸點(diǎn)蒸餾曲線溫差汽油餾分 表（）曲線線段恩氏蒸餾溫差實沸點(diǎn)蒸餾溫差0%10%10%30%30%50%50%70%70%90%90%終餾點(diǎn)452714162554224則實沸點(diǎn)的30%點(diǎn) 30%點(diǎn) = 24 = 10%點(diǎn) = 24 = 0%點(diǎn) = = 70%點(diǎn) = + = 90%點(diǎn) = + = 100%點(diǎn) = + = 實沸點(diǎn)范圍 : 同理可得煤油餾分實沸點(diǎn)范圍 ： 輕柴餾分實沸點(diǎn)范圍 ： 重柴餾分實沸點(diǎn)范圍 ： 405重油實沸點(diǎn)范圍 ： （根據(jù)石油煉制第二版p2

12、39圖查得）、由上計算得實沸點(diǎn)切割點(diǎn)，再由圖實沸點(diǎn)蒸餾曲線查各產(chǎn)品餾分收率得下表表（）產(chǎn)品實沸點(diǎn)切割點(diǎn)實沸點(diǎn)沸程收率%密度20g/cm3恩氏蒸餾溫度體積分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0%10%30%50%70%90%100%汽油2175123150164180205210煤油218223230235240250213輕柴油245273285292308321重柴油405296316325336340348重油52306、餾分分子量的確定汽油餾分 ： 斜率s =90%餾出溫度 10%餾出溫度=205 123 = %90 - 1080體積平均沸點(diǎn) tvtv由餾程測定的10%、30%、50%、70%、90%這五個餾出

13、溫度計算得到tv =t10 + t30 + t50 + t70 + t90=123 + 150 + 164 + 180 + 205= 55根據(jù)周佩正所列得：tme = tv me ， lnme = + lnme = me = tme = = = 查工藝圖表由20 得api° = =3=1216×3= 根據(jù)李德清一向正為關(guān)系式m = + t kt + × 10-15（kt）2 t式中t為平均沸點(diǎn)（k），k為特性因數(shù)，為20時的密度m = + × × × + × 105 × （ × ）2 × 

14、15; = 其他餾分同理此上api°時通過p20在煉油工藝計算圖表集上冊，石油加工科學(xué)研究院出版，比重?fù)Q算圖，其他公式來自于石油煉制工程第三版。、餾分的平衡汽化0%的確定以重柴為例a、 按圖7-15換算50%點(diǎn)溫度恩氏蒸餾10%70%點(diǎn)斜率 =340 - 316= /%70 - 10 由圖查得：平衡汽化50%點(diǎn)恩氏蒸餾50%點(diǎn) = 則平衡汽化50%點(diǎn) = 336 + = b、 由圖7-16查得平衡汽化曲線各段溫差（見表）則平衡汽化曲線30% = 50% - t30%-50% = = 10% = = 0% = 8 = 表（）曲線線段恩氏蒸餾溫度平衡汽化溫差0%10%20810%30%9

15、30%50%11其他餾分同理、汽油餾分焦點(diǎn)溫度焦點(diǎn)壓力的確定由s = ，api° = 查石油餾分臨界壓力圖：壓力 = 查石油餾分臨界溫度圖：溫度 = 查石油餾分焦點(diǎn)溫度圖 = 查石油餾分焦點(diǎn)壓力圖 = 、油品的相關(guān)性質(zhì)參數(shù)表（）表（）油品密度20g/cm3比重指數(shù)api°特性因數(shù)k相對分子量m平衡汽化溫度汽油餾分煤油餾分輕柴餾分重柴餾分、產(chǎn)品收率和物料平衡下表所列的物料平衡中沒有考慮損失，在實際生產(chǎn)中原油不可能全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，通常在常壓塔的物料平衡計算中（氣體+損失）約占原油的%表油品產(chǎn)率處理量或產(chǎn)量體積分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)104t/akg/hkmol/h原油10010048760

16、8750汽油2194963煤油37743輕柴99838重柴59663重油523165433、汽提蒸汽用量 側(cè)線產(chǎn)品及塔底重油都用過熱水蒸氣汽提，使用的時溫度420，壓力的過熱水蒸氣，參考圖7-52和表7-12，取汽提水蒸氣量如表表油品質(zhì)量分?jǐn)?shù)（對油）%kg/hkmol/h一線煤油3二線輕柴3三線重柴合計4、塔板形式和塔板數(shù) 選用浮閥塔板汽油煤油段煤油輕柴油段輕柴油重柴油段重柴油汽化段塔底汽提段10層（考慮到一線生產(chǎn)航空煤油）9層6層4層6層 考慮采用兩個中段回流，每個用3層換熱塔板，共6層，全塔塔板數(shù)總計為41層。5、精餾塔計算草圖 將塔體、塔板、進(jìn)料及產(chǎn)品出口，中段循環(huán)回流位置，汽提返塔位置

17、，塔底汽提點(diǎn)等繪成草圖，如圖（），以后的計算結(jié)果如操作條件和物料流量等可以陸續(xù)填入圖中。這樣的計算草圖可使設(shè)計計算對象一目了然，便于分析計算結(jié)果的規(guī)律性，避免漏算重算，容易發(fā)現(xiàn)錯誤，因而是很有用的。6、操作壓力 取塔頂產(chǎn)品罐壓力為。塔頂采用兩級冷凝冷卻流程。取塔頂空冷器壓力降為，使用一個管殼式制冷器，殼程壓力降取，故： 塔頂壓力 = + + = （絕） 取每層浮閥塔板壓力降為（4mmhg），則推算得常壓塔各關(guān)鍵部位的壓力如下：（單位為mpa）塔頂壓力：；一線抽出板（第10層）上壓力為：；二線抽出板（第22層）上壓力為：；三線抽出板（第31層）上壓力為：；汽化段壓力（第35層以下）；取轉(zhuǎn)油線壓力

18、降為，則 加熱爐出口壓力 = + = 7、汽化段溫度 、汽化段中進(jìn)料的汽化率與過汽化度 取過汽化度為進(jìn)料的2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）或%（體積分?jǐn)?shù)），即過汽化量為12175kg/h。要求進(jìn)料在汽化段中的汽化率ef為： ef（體積分?jǐn)?shù)）= （21% + % + % + % + %）= % 、汽化段油氣分壓 汽化段中各物料的流量如下 單位：kmol/h汽油煤油輕柴油重柴油過汽化油油氣量合計 其中過汽化油的相對分子量取360. 還有水蒸氣（h）塔底汽提 由此計算得汽化段的油氣分壓為： × （ + ）= 、汽化段溫度的初步求法 汽化段溫度應(yīng)該是在汽化段油氣分壓之下汽化%（體積分?jǐn)?shù)）的溫度，為此需要作出

19、在下原油平衡汽化曲線。見（原油的實沸點(diǎn)曲線和平衡汽化曲線）中的曲線-4. 在不具備原油的臨界參數(shù)和焦點(diǎn)參數(shù)而無法作出原油pte相圖情況下，曲線-4可用以下的簡化法求定：由（原油實沸點(diǎn)曲線和平衡汽化曲線）圖可得到交點(diǎn)溫度為250。利用第三章中的烴類與石油窄餾分的蒸汽壓圖，將此點(diǎn)溫度250換算為下的溫度，得23737。從該交點(diǎn)作垂直于橫坐標(biāo)的直線a，在a線上找到之點(diǎn)，過此點(diǎn)作平行于原油常壓平衡汽化曲線-2的線-4，即為原油在下的平衡汽化曲線。 由曲線-4可以查得當(dāng)ef為%（體積分?jǐn)?shù)）時的溫度為310，此即欲求的汽化段溫度為tf。此tf時由相平衡關(guān)系求得，還需對它進(jìn)行校核。 、tf的校核 校核的主要

20、目的是看由tf要求的加熱爐出口溫度是否合理。校核的方法作絕熱閃蒸過程的熱平衡計算以求得爐出口溫度。 當(dāng)汽化率ef（體積分?jǐn)?shù)）= %，tf = 310時，進(jìn)料在汽化段中的焓hf計算如表（x）。表中各物料的焓值可由第三章中介紹的方法和圖表求得。 所以：hf = ×106÷608750 = kg 再求出原油在加熱爐出口條件下的焓h0，按前述方法原油在爐出口壓力之下的平衡汽化曲線（實沸點(diǎn)與平衡汽化曲線圖中的曲線-3）。這里忽略了原油所含水分，若原油含水，則應(yīng)當(dāng)作爐出口處油氣分壓下的平衡汽化曲線。因考慮到生產(chǎn)航空煤油，限定爐出口溫度不超過360.由曲線-3可讀出在360時的汽化率e0

21、為58%（體積分?jǐn)?shù)）。顯然e0ef，即在爐出口條件下，過汽化油和部分重柴油處于液相。據(jù)此可計算出進(jìn)料在爐出口條件下的焓值h0，見表（） 所以：h0 = ×106÷608750 = kg 校核表明h0略高于hf，所以在設(shè)計的汽化溫度310之下，既能保證所需的拔出率（體積分?jǐn)?shù)%），爐出口溫度也不至于超過允許限度。表（）油料焓，kj/kg熱量kj/h氣相液相汽油10291029×94963 = ×106煤油10161016×37743 = ×106輕柴油1003 1003×99838 = ×106重柴油992 992&#

22、215;59663 = ×106過汽化油991 991×12175 = ×106重油740 740×316543 = ×106合計×106 = qf進(jìn)料在爐出口出攜帶的熱量（p = ，t = 360）油料焓，kj/kg熱量kj/h氣相氣相汽油11591159×94963 = ×106煤油11501150×37743 = ×106輕柴油11321132×99838 = ×106重柴油氣相部分11281128×18723 = ×106重柴油液相部分950950

23、×40940 = ×106重油899899×316543 = ×106合計q0 = ×1068、塔底溫度 取塔底溫度比汽化段溫度低7，即 310 7 = 3039、塔頂及側(cè)線溫度的假設(shè)與回流熱分配 、假設(shè)塔頂及各側(cè)線溫度 參考同類裝置的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，假設(shè)塔頂及各側(cè)線溫度如下：塔頂溫度煤油抽出板（第10層）溫度輕柴油抽出板（第22層）溫度重柴油抽出板（第31層）溫度105170249310 、全塔回流熱 按上述假設(shè)的溫度條件作全塔熱平衡（見表），由此求出全塔回流熱。表（）全塔回流熱 （入方）物料流率kg/h密度g/cm3操作條件焓 kj/kg熱量kj

24、/h壓力mpa溫度氣相液相進(jìn)料608750310×106汽提蒸汽4203316×106合計×106（出方）物料流率kg/h密度g/cm3操作條件焓 kj/kg熱量kj/h壓力mpa溫度氣相液相汽油94963105546×106煤油37743170408×106輕柴油99838240768×106重柴油59663310794×106重油31543320786×106水蒸汽1052700×106合計×106 所以，全塔回流熱q = （ ）×106 = ×106（kj/h） 、回流方式及回流熱分配 塔頂采用二級冷凝冷卻流程，塔頂回流溫度定為60。采用兩個中段回流，第一個位于煤油側(cè)線與輕柴油側(cè)線之間（第1113層），第二個位于輕柴油側(cè)線與重柴油側(cè)線之間（第2224層）。塔頂回流取熱50%第一中段回流取熱20%第二中段回流取熱30%q0 = ×106kj/hqc1 = ×106 kj/hqc2 = ×106 kj/h10、側(cè)線及塔頂溫度的校核 校核應(yīng)自下而上進(jìn)行1、 重柴油抽出板（第31層）