遼寧石油化工大學(xué)化工石油加工專業(yè)課程設(shè)計(jì)常壓塔的選型設(shè)計(jì)樣本

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書題目:常壓塔的工藝設(shè)計(jì)課程名稱:專業(yè)課程設(shè)計(jì)學(xué)號(hào):班級(jí):專業(yè):化學(xué)工程與工藝(石油加工)姓名:日期:12月14日化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)部

目錄1前言 32設(shè)計(jì)說(shuō)明書 33工藝計(jì)算及說(shuō)明 53.1產(chǎn)品有關(guān)性質(zhì)參數(shù)計(jì)算 53.1.1產(chǎn)品的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾溫度計(jì)算 53.1.2產(chǎn)品的體積平均沸點(diǎn)計(jì)算 83.1.3恩氏蒸餾10%～90%餾分的曲線斜率 83.1.4立方平均沸點(diǎn) 83.1.5中平均沸點(diǎn) 83.1.6d420與d15.615.6的換算 93.1.7產(chǎn)品的分子量M、比重指數(shù)API°、特性因數(shù)K 93.1.8平衡汽化溫度 93．1.9臨界溫度、臨界壓力、焦點(diǎn)溫度、焦點(diǎn)壓力的求法 103.2物料衡算 113.2.1切割點(diǎn)和產(chǎn)品收率的確定 113.2.2汽提蒸汽用量 123.2.3塔板型式和塔板數(shù) 123.2.4操作壓力 133.2.5汽化段溫度 133.2.6tF的校核 143.2.7塔底溫度 153.2.8塔頂及側(cè)線溫度的假設(shè)與回流熱的分配 153.2.9側(cè)線及塔頂溫度的校核 163.2.10常壓塔的計(jì)算草圖和重柴油抽出板以下塔段熱平衡圖 193.3全塔氣、液相負(fù)荷分布 194塔的工藝參數(shù)計(jì)算 19設(shè)計(jì)評(píng)述 21附錄氣、液相負(fù)荷計(jì)算 22

1前言本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)年處理量685萬(wàn)噸原油的常壓設(shè)計(jì)。原油常壓蒸餾作為原油的一次加工工藝,在原油加工總流程中占有重要作用,在煉廠具有舉足輕重的地位,其運(yùn)行的好壞直接影響到后續(xù)的加工過(guò)程。其中重要的分離設(shè)備—常壓塔的設(shè)計(jì),是能否獲得高收率、高質(zhì)量油的關(guān)鍵。近年來(lái)常減壓蒸餾技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)不斷創(chuàng)新,裝置節(jié)能消耗顯著,產(chǎn)品質(zhì)量提高。但與國(guó)外先進(jìn)水平相比,仍存在較大的差距。為了更好地提高原油的生產(chǎn)能力,本著投資少,能耗低,效益高的思想對(duì)原油進(jìn)行常壓蒸餾設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)以原油為進(jìn)料設(shè)計(jì)常壓塔,下面對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中的一些參數(shù)的確定加以說(shuō)明。2設(shè)計(jì)說(shuō)明書以某原油為原料,設(shè)計(jì)一套處理量為685萬(wàn)噸(年開工時(shí)間按8000小時(shí)計(jì)算)的常壓蒸餾裝置。該裝置生產(chǎn)汽油、煤油、輕柴油、重柴油和重油產(chǎn)品規(guī)格如下表1所示。原油的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾數(shù)據(jù)見下表2。1、已知數(shù)據(jù):(1)處理量:685萬(wàn)噸/年;(2)操作時(shí)間:8000h;(3)汽提蒸汽:420℃,0.3MPa(絕壓)2、原油的實(shí)沸點(diǎn)及窄餾分?jǐn)?shù)據(jù)(1)產(chǎn)品的恩氏蒸餾數(shù)據(jù)表1產(chǎn)品的恩氏蒸餾數(shù)據(jù)產(chǎn)品名稱密度(20℃)

/Kg?m-3恩氏蒸餾數(shù)據(jù)℃初10%30%50%70%90%95%終汽油739.639.170.3098.1113.2128.2144.5151.3165.6煤油817.8166.4185.70193.9203.9215234.8242.6252.8輕柴油838.1242.2260.80268.5278.1286297.9315重柴油863.8295.8318.40330.4342.7352.9366.1-382重油928.3-347.90(2)原油的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾數(shù)據(jù)由此數(shù)據(jù)做出原油的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線(見附圖1)。表2原油的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾數(shù)據(jù)沸點(diǎn)范圍餾出溫度℃密度(20℃)

/Kg?m-3每餾分%質(zhì)量收率%體積收率%IBP65653.4658080681.62.242.242.8680100100716.32.314.555.541001201207462.16.657.77120140140767.82.629.2710.52140165165787.23.0712.3413.66165180180799.22.0214.3615.66180200200807.52.3416.718.02200220220823.12.6219.3220.46220240240832.33.4322.7523.82240250250838.53.7826.5327.57250275275845.64.8231.3532.31275300300850.13.5234.8735.75300320320858.94.1439.0139.58320350350870.57.5746.5846.63350395395889.12.3648.9447.97395425425892.66.9555.8954.57425450450900.25.7561.6459.67450470470908.73.7465.3862.7470500500917.36.6171.9968.4500520520927.43.0675.0570.53>520--933.623.5698.6192.053工藝計(jì)算及說(shuō)明3.1產(chǎn)品有關(guān)性質(zhì)參數(shù)計(jì)算3.1.1產(chǎn)品的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾溫度計(jì)算1、汽油(1)由《石油化工工藝計(jì)算圖表》[3]圖2.2.2確定50%點(diǎn)實(shí)沸點(diǎn)溫度,由圖查得恩氏蒸餾50%點(diǎn)與實(shí)沸點(diǎn)50%點(diǎn)溫差為-3℃,因此有:50%點(diǎn)實(shí)沸點(diǎn)溫度=113.2-3=110.2℃。(2)由《石油化工工藝計(jì)算圖表》[3]圖2.2.1查知實(shí)沸點(diǎn)曲線溫差,結(jié)果表如下:表3石腦油恩氏蒸餾溫差與實(shí)沸點(diǎn)溫差曲線線段恩氏蒸餾溫差℃實(shí)沸點(diǎn)蒸餾溫差℃0～10％31.2049.910％～30％27.8042.530％～50％15.12450％～70％1522.370％～90％16.321.990％～100％21.121.7(3)由50%點(diǎn)及各段溫差計(jì)算實(shí)沸點(diǎn)曲線的各點(diǎn)溫度30%點(diǎn)＝110.2-24=86.2℃10%點(diǎn)＝86.2－42.5＝43.7℃70%點(diǎn)＝110.2+22.3＝132.5℃90%點(diǎn)＝132.5+21.9＝154.4℃100%點(diǎn)＝154.4+21.7＝176.1℃2、煤油(1)由《石油化工工藝計(jì)算圖表》[3]圖2.2.2確定50%點(diǎn)實(shí)沸點(diǎn)溫度,由圖查得恩氏蒸餾50%點(diǎn)與實(shí)沸點(diǎn)50%點(diǎn)溫差為0℃,因此有:50%點(diǎn)實(shí)沸點(diǎn)溫度＝203.9℃(2)由《石油化工工藝計(jì)算圖表》[3]圖2.2.1查知實(shí)沸點(diǎn)曲線溫差,結(jié)果表如下:表4汽油恩氏蒸餾溫差與實(shí)沸點(diǎn)溫差曲線線段恩氏蒸餾溫差℃實(shí)沸點(diǎn)蒸餾溫差℃0～10％19.303510％～30％8.201730％～50％10.0017.550％～70％11.1016.970％～90％19.802690％～100％20.9023.8(3)由50%點(diǎn)及各段曲線溫差計(jì)算實(shí)沸點(diǎn)曲線的各點(diǎn)溫度30%點(diǎn)＝203.9-17.5=186.4℃10%點(diǎn)＝186.4-17=169.4℃0%點(diǎn)＝169.4-35＝134.4℃70%點(diǎn)＝203.9+16.9＝220.8℃90%點(diǎn)＝220.8+26＝246.8℃100%點(diǎn)＝246.8+23.8＝270.6℃3、輕柴油對(duì)于恩氏蒸餾溫度高出246℃者需要考慮裂化影響,進(jìn)行溫度校正,公式如下:lgD＝0.00852t－1.691式中:D――溫度校正值(加至t上),℃;t——超過(guò)246℃的恩氏蒸餾溫度,℃。(1)按式2.1作裂化校正,校正后的煤油恩氏蒸餾溫度數(shù)據(jù)如下:表5輕柴油裂化校正后恩氏蒸餾溫度餾出體積分?jǐn)?shù)%初10%30%50%70%90%終溫度242.20264.20272.45282.87291.57304.93324.84(2)由《石油化工工藝計(jì)算圖表》[3]圖2.2.2確定實(shí)沸點(diǎn)蒸餾50%點(diǎn),由圖查得實(shí)沸點(diǎn)50%與恩氏蒸餾50%溫差為4.13℃,因此有:50%點(diǎn)實(shí)沸點(diǎn)溫度＝282.87+4.13＝286.9℃(3)由《石油化工工藝計(jì)算圖表》[3]中圖2.2.1查得實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線各段溫差:表6煤油恩氏蒸餾溫差與實(shí)沸點(diǎn)溫差曲線線段恩氏蒸餾溫差℃實(shí)沸點(diǎn)蒸餾溫差℃0～10％22.0038.210％～30％8.2513.830％～50％10.4217.850％～70％8.7014.470％～90％13.3618.890％～100％19.9021.6(4)由實(shí)沸點(diǎn)50%點(diǎn)溫度計(jì)算其它實(shí)沸點(diǎn)各點(diǎn)溫度:30%點(diǎn)＝286.9－17.8=269.1℃10%點(diǎn)＝269.1-13.8＝255.3℃0%點(diǎn)＝255.3－38.2＝217.1℃70%點(diǎn)＝286.9+14.4＝301.3℃90%點(diǎn)＝301.3+18.8＝320.1℃100%點(diǎn)＝320.1+21.6＝340.7℃4、重柴油(1)按式2.1對(duì)高于246℃的恩氏蒸餾溫度進(jìn)行裂化校正,校正后的恩氏蒸餾數(shù)據(jù)如下:表7輕柴油裂化校正后恩氏蒸餾溫度餾出體積分?jǐn)?shù)%初0.10.30.50.70.9終溫度302.549328.914343.705359.636373.587392.902418.613(2)由《石油化工工藝計(jì)算圖表》[3]圖2.2.2確定實(shí)沸點(diǎn)蒸餾50%點(diǎn),由圖查得實(shí)沸點(diǎn)50%與恩氏蒸餾50%溫差為10.96℃,因此有:50%點(diǎn)實(shí)沸點(diǎn)溫度＝359.64+10.94＝370.6℃(3)由《石油化工工藝計(jì)算圖表》[3]中圖2.2.1查得實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線各段溫差:表8輕柴油恩氏蒸餾溫差與實(shí)沸點(diǎn)溫差曲線線段恩氏蒸餾溫差℃實(shí)沸點(diǎn)蒸餾溫差℃0～10％26.3745.210％～30％14.7926.230％～50％15.9324.450％～70％13.9520.470％～90％19.3126.290％～100％25.7127.8(4)由實(shí)沸點(diǎn)50%點(diǎn)溫度計(jì)算其它實(shí)沸點(diǎn)各點(diǎn)溫度:30%點(diǎn)＝370.6－24.4＝346.2℃10%點(diǎn)＝346.2－26.2＝320℃0%點(diǎn)＝320－45.2＝274.8℃70%點(diǎn)＝370.6+20.4＝391℃90%點(diǎn)＝391+26.2＝417.2℃100%點(diǎn)＝417.2+27.8＝445℃ 3.1.2產(chǎn)品的體積平均沸點(diǎn)計(jì)算1、汽油:tv＝(t10+t30+t50+t70+t90)/5＝(70.3+98.1+113.2+128.2+144.5)/5=110.86℃2、煤油:tv＝(t10+t30+t50+t70+t90)/5＝(186.5+193.9+203.9+215+234.8)/5＝206.66℃3、輕柴:tv＝(t10+t30+t50+t70+t90)/5＝(264.2+272.45+282.87+291.57+304.93)/5＝283.8℃4、重柴:tv＝(t10+t30+t50+t70+t90)/5＝(328.55+343.7+359.64+373.59+392.9)/5＝359.75℃3.1.3恩氏蒸餾10%～90%餾分的曲線斜率汽油:S＝(144.5－70.3)/(90－10)＝0.93℃/%煤油:S＝(246.8－169.4)/(90－10)＝0.61℃/%輕柴:S＝(320.1－255.3)/(90－10)＝0.51℃/%重柴:S＝(417.2－320)/(90－10)＝0.8℃/%3.1.4立方平均沸點(diǎn)由《石油化工工藝計(jì)算圖表》[3]圖2.1.1查得立方平均沸點(diǎn)校正值表9產(chǎn)品的立方平均沸點(diǎn)產(chǎn)品立方校正立方沸點(diǎn)汽油-2.2108.66煤油-1.9204.76輕柴油-3.2280.6重柴油-0.8358.953.1.5中平均沸點(diǎn)由《石油化工工藝計(jì)算圖表》[3]圖2.1.1查得中平均沸點(diǎn)校正值表10產(chǎn)品的中平均沸點(diǎn)產(chǎn)品中校正中沸點(diǎn)汽油-6.1104.76煤油-2.8203.86輕柴油-8.4275.4重柴油-3.8355.953.1.6d420與d15.615.6的換算由公式:d15.615.6＝d420+△d,查GB1885—83表11產(chǎn)品的密度換算產(chǎn)品密度校正密度(15.6℃)/Kg?m-3汽油0.0049104.76煤油0.0045203.86輕柴油0.00275.4重柴油0.0042355.953.1.7產(chǎn)品的分子量M、比重指數(shù)API°、特性因數(shù)K分子量M由《石油化工工藝計(jì)算圖表》[3]查得,API°由《石油煉制工程》[2]中公式:API°＝141.5/d15.615.6－131.5計(jì)算.表12產(chǎn)品的分子量和API產(chǎn)品API0特性因數(shù)K分子量汽油58.5611.81103煤油40.5811.55158輕柴油36.4511.82232重柴油31.52123143.1.8平衡汽化溫度1、汽油恩氏蒸餾體積分率/%1030507090100餾出溫度/℃70.3098.1113.2128.2144.5165.6恩氏蒸餾溫差/℃-27.815.11516.321.1平衡汽化溫差/℃-17.57.57.37.46.9平衡氣化50%溫度/℃113.2℃-20℃=93.2℃平衡氣化溫度/℃68.285.793.2100.5107.9114.82、煤油恩氏蒸餾體積分率/%1030507090100餾出溫度/℃185.7193.9203.9215234.8252.8恩氏蒸餾溫差/℃-8.21011.119.820.9平衡汽化溫差/℃-4.54.84.88.86.9平衡氣化50%溫度/℃203.9℃+2℃=205.9℃平衡氣化溫度/℃196.6201.1205.9210.7219.5226.43、輕柴油恩氏蒸餾體積分率/%1030507090100餾出溫度/℃264.20272.45282.87291.57304.93324.84恩氏蒸餾溫差/℃-8.310.48.713.419.9平衡汽化溫差/℃-4.55.63.55.25.8平衡氣化50%溫度/℃282.87℃+19.99℃=302.86℃平衡氣化溫度/℃292.76297.26302.86306.36311.56317.364、重柴油恩氏蒸餾體積分率/%1030507090100餾出溫度/℃328.91343.70359.64373.59392.90418.61恩氏蒸餾溫差/℃-14.815.914.019.325.7平衡汽化溫差/℃-7.87.67.18.79.1平衡氣化50%溫度/℃359.6℃+15℃=374.6℃平衡氣化溫度/℃359.2367374.6381.7390.4399.53．1.9臨界溫度、臨界壓力、焦點(diǎn)溫度、焦點(diǎn)壓力的求法分別查《石油煉制工藝學(xué)》圖2—25、圖2-28、圖-5-17、圖5-18得各產(chǎn)品臨界溫度、臨界壓力、焦點(diǎn)溫度、焦點(diǎn)壓力如下表。產(chǎn)品臨界參數(shù)焦點(diǎn)參數(shù)溫度℃壓力/atm溫度℃壓力/atm汽油29139.935159.9煤油39826.1424.532.6輕柴油46318.1477.721.9重柴油52814.3535.617.4先將產(chǎn)品的相關(guān)性質(zhì)參數(shù)匯總列于下表油品密度(20℃)

/Kg?m-3比重指數(shù)(API0)特性因數(shù)K相對(duì)分子質(zhì)量平衡氣化溫度/℃臨界參數(shù)焦點(diǎn)參數(shù)0%100%溫度℃壓力/atm溫度℃壓力/atm原油871.5——————————————————汽油739.658.5611.81103114.829139.935159.9煤油817.840.5811.55158184.7222.439826.1424.532.6輕柴油838.136.4511.82232283.96317.3646318.1477.721.9重柴油863.831.5212314346.8399.552814.3535.617.4重油928.3——————————————————3.2物料衡算3.2.1切割點(diǎn)和產(chǎn)品收率的確定切割點(diǎn)的確定方法以汽油和煤油之間的切割點(diǎn)的確定為例,由前面的計(jì)算可知:汽油的實(shí)沸點(diǎn)終餾點(diǎn)是176.1℃,煤油的實(shí)沸點(diǎn)初餾點(diǎn)是134.4℃。則:汽油和煤油之間的切割點(diǎn)＝(176.1+134.4)/2＝155.25℃在圖2.1原油實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線上155.25℃處作一水平線交曲線一點(diǎn),以此點(diǎn)作垂線交橫軸體積分?jǐn)?shù),此點(diǎn)值為13.4%,按同樣方法可找出煤油和輕柴油切割點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值為23.4%,由此可確定煤油的體積收率為:23.4%－13.4%＝10%。同理可確定各產(chǎn)品的切割點(diǎn)和收率。由開工時(shí)間及各產(chǎn)品的收率,即可作出常壓塔的物料平衡,如下表。表中的物料平痕忽略了損失,實(shí)際生產(chǎn)中常壓塔的損失占原油的0.5%。表20物料衡算表(開工時(shí)間8000h/年)油品密度產(chǎn)率處理量/產(chǎn)量體積質(zhì)量/104t/a/kg/h/kmol/h原油871.5100%100%685856250——汽油739.613.40%11.37%77.884597355.63945.煤油817.810%9.38%64.25380316.25508307輕柴油838.114.90%14.33%98.1605122700.6528.882重柴油863.89.57%9.49%65.006581258.13258.7838重油928.352.13%55.43%379.6955474619.4——3.2.2汽提蒸汽用量側(cè)線產(chǎn)品及塔底重油都采用過(guò)熱水蒸氣汽提,使用的是溫度為420℃、壓力位0.3MPa的過(guò)熱水蒸氣,參考《石油煉制工程》[2]圖7.52和汽提水蒸氣用量取汽提水蒸氣如下表:油品油品處理量(kg/h)質(zhì)量分?jǐn)?shù)kg/hkmol/h一線煤油80316.253.0%2409.4875133.86二線輕柴油122700.63.0%3681.018204.50三線重柴油81258.132.8%2275.22764126.40塔底重油474619.44.0%18984.7761054.71合計(jì)————27350.511519.473.2.3塔板型式和塔板數(shù)塔板采用浮閥塔板,參考《石油煉制工程》[2]表7.7和表7.8選定塔板數(shù)如下: 表22塔板數(shù) 塔板形式浮閥塔板汽油—煤油段16煤油—輕柴油段10輕柴油—重柴油段10重柴油—重油段4塔底汽提段6考慮到采用兩個(gè)中段回流,每個(gè)用3層換熱塔板,共6層。全塔塔板數(shù)總數(shù)為52層。3.2.4操作壓力取塔頂產(chǎn)品罐壓力為0.13MPa。塔頂采用兩級(jí)冷凝冷卻流程。取塔頂空冷凝器壓力降為0.01MPa,使用一個(gè)管殼式后冷器,殼層壓力降取0.017MPa。故塔頂壓力:P頂＝0.13+0.01+0.017＝0.157MPa(絕壓)取塔底產(chǎn)品罐壓力為0.13Mpa,塔頂采用兩級(jí)冷凝冷卻流程,取塔頂空冷器壓力降為0.01Mpa,使用一個(gè)管殼式后冷器,殼程壓力降取0.017Mpa。故塔頂壓力=0.13+0.01+0.017=0.157Mpa(絕)取每層浮閥塔壓力降為0.25kpa(2mmHg),則推算得常壓塔內(nèi)各關(guān)鍵部位的壓力如下:塔頂壓力0.157Mpa一線抽出板(第16層)上壓力0.161Mpa二線抽出板(第29層)上壓力0.164Mpa三線抽出板(第42層)上壓力0.168Mpa汽化段壓力(第46層下)0.169Mpa取轉(zhuǎn)油線壓力降為0.035Mpa,則加熱爐出口壓力=0.169+0.035=0.204Mpa3.2.5汽化段溫度(1)汽化段中進(jìn)料的氣化率和過(guò)汽化度。去過(guò)汽化度為進(jìn)料的2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))或2.03%(體積分?jǐn)?shù)),要求進(jìn)料在汽化段中的汽化率為ef(體積分?jǐn)?shù))=(13.40%+10%+14.90%+9.57%+2.03%)=49.90%(2)汽化段油氣分壓汽油945.kmol/h煤油508.3307kmol/h輕柴油528.882kmol/h重柴油258.7838kmol/h過(guò)汽化油57.08kmol/h油氣量合計(jì)2298.28kmol/h其中過(guò)汽化油的相對(duì)分子質(zhì)量取300。還有水蒸氣1054.71kmol/h(塔底汽提)。由此計(jì)算得汽化段的油氣分壓為:0.169*2298.28/(2298.28+1054.71)=0.116Mpa。(3)汽化段溫度的初步求定汽化段溫度應(yīng)該是在汽化段油氣分壓0.116Mpa之下49.90%(體)的溫度,為此需要做出在0.116Mpa下原油平衡汽化曲線。在不具備原油的臨界參數(shù)和焦點(diǎn)參數(shù)而無(wú)法作出原油的p—T—e相圖的情況下,曲線4能夠用以下簡(jiǎn)化方法求定:由圖2.3可得到原油在常壓下的實(shí)沸點(diǎn)曲線與平衡汽化曲線的交點(diǎn)為293℃。利用《石油煉制工程》[2]中烴類與石油窄餾分的蒸汽壓圖,將此交點(diǎn)溫度293℃換算為0.115MPa下的溫度,為301℃。將此交點(diǎn)作垂直于橫坐標(biāo)軸的直線A,在A上找得301℃點(diǎn),過(guò)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0.116MPa下的平衡汽化曲線。由曲線4能夠查得eF為49.90%(體積分?jǐn)?shù))對(duì)應(yīng)的溫度為351.5℃,此即為欲求的汽化段進(jìn)料溫度tF。此tF是由相平衡關(guān)系求得,還需對(duì)它校核。3.2.6tF的校核校核的主要目的是看由tF要求的加熱爐出口溫度是否合理。校核的方法是作絕熱閃蒸過(guò)程的熱平衡計(jì)算以求得爐出口的溫度。當(dāng)汽化率tF(體積分?jǐn)?shù))＝49.90%,tF＝351.5℃時(shí),進(jìn)料在汽化段的焓hF計(jì)算下表。表中各物料的焓值由《石油煉制工程》[2]中介紹的方法和《石油化工工藝計(jì)算圖表》[2]求得。表24進(jìn)料帶入的汽化段熱量QF(p=0.169Mpa,t=351.5)油料密度Kg/m3流量(kg/h)焓(KJ/kg)熱量(GJ/h)氣相液相汽油739.697355.631126109.62煤油817.880316.25109988.26輕柴油838.1122700.61080132.52重柴油863.881258.13107287.11過(guò)汽化油89517124106818.29重油928.3474619.41028487.91合計(jì)873374.01923.71因此,hF＝923.71×106/873374.01＝1057.63(kJ/kg)再求出原油在加熱爐出口條件下的焓h0。按前述方法作出原油在爐出口壓力0.204MPa下的平衡汽化曲線(圖中的曲線3)。此處忽略了原油中所含的水分,若原油含水則要作爐出口處的油氣分壓下的平衡汽化曲線。限定爐出口處溫度不超過(guò)360℃,由曲線3可讀出360℃時(shí)的汽化率e0為36.53%(體積分?jǐn)?shù))。顯然e0＜eF,即在爐出口條件下,過(guò)汽化油和部分重柴油處于液相。據(jù)此可算出進(jìn)料在爐出口條件下的焓值h0,見表25。表25進(jìn)料在爐出口處攜帶的熱量(p=0.204Mp,t=360℃)油料密度Kg/m3流量kg/h焓/KJ.Kg熱量/GJ.h氣相液相汽油739.697355.631178-114.68煤油817.880316.251157-92.93輕柴油838.1122700.61144-140.37重柴油(氣相)837.568284.811119-76.41重柴油(液相)89512973.32-96912.57重油928.3491743.4-1038510.43合計(jì)-873374.01--947.39因此,h0＝947.39×106/873374.01＝1084.749268(kJ/kg)校核結(jié)果表明h0略高于hF,因此在設(shè)計(jì)的汽化段溫度351.5℃下,既能保證所需的拔出率,爐出口的溫度也不至于超過(guò)允許的限度。3.2.7塔底溫度取塔底溫度比汽化段溫度低7℃,即為351.5－7＝347.5(℃)3.2.8塔頂及側(cè)線溫度的假設(shè)與回流熱的分配1、假設(shè)塔頂及各側(cè)線溫度參考同類裝置的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),假設(shè)塔頂及各側(cè)線溫度如下:塔頂溫度117oC煤油抽出版(第16層)溫度190oC清柴油抽出版(第29層)溫度266oC重柴油抽出版(第42層)溫度315oC2、全塔熱回流按上述假設(shè)的溫度條件做全塔熱平衡(見表27),由此求出全塔回流熱。表27全塔熱回流物料流量kg/h密度Kg/m3操作條件焓KJ/Kg熱量GJ/hMpa℃氣相液相入方進(jìn)料873374.01871.50.169351.5——923.71汽提蒸汽27350.51—0.34203316—90.69合計(jì)900724.52—————1014.40出方汽油97355.63739.60.157117626-60.94煤油80316.25817.80.161190-46937.67輕柴油122700.6838.10.164266-67783.07重柴油81258.13863.80.168315-84468.58重油491743.4928.30.169344.5-895440.11水蒸氣27350.51—0.1571172715-74.26合計(jì)900724.52764.22因此,全塔回流熱Q=1014.4-764.22=250.18(kJ/h)3、回流方式及回流熱的分配塔頂采用二級(jí)冷凝冷卻流程,塔頂回流溫度定為60℃。采用兩個(gè)中段回流,第一個(gè)位于煤油側(cè)線和輕柴油側(cè)線之間(第18～20層),第二個(gè)位于輕柴油側(cè)線和重柴油側(cè)線之間之間(第31～33層)?；亓鳠岱峙淙缦?塔頂回流去熱50%Q0=125.09GJ/h第一中段回流去熱20%QC1=50.04GJ/h第二中段回流去熱30%QC2=75.05GJ/h3.2.9側(cè)線及塔頂溫度的校核1、校核由下而上進(jìn)行。表29重柴油抽出板(第42)溫度物料流量/Kg.h-1密度/Kg.M-3操作條件焓/KJ.Kg熱量/GJ.hMPa℃氣相液相入方進(jìn)料873374.01871.50.169351.5——923.71氣提蒸汽18984.78-0.34203316-62.95內(nèi)回流L~861.80.168~308-798798L合計(jì)892358.79.73+L----986.66+798L出方汽油97355.63739.60.1683151042-101.44煤油80316.25817.80.1683151034-83.05輕柴油122700.6838.10.1683151022-125.40重柴油81258.13863.80.168315-87671.18重油491743.4928.30.169351.5-926455.35水蒸氣18984.78-0.1683153107-58.99內(nèi)回流L~861.80.1683151005-1005L合計(jì)892358.79.73+L----895.41+1005L由熱平衡得986.66+798L＝895.41+1005L因此,內(nèi)回流L＝440821.26(kg/h)或440821.26/305＝1445.32kmol/h重柴油抽出板上方的氣相總量為:945.2+508.33+528.88+1445.32+1054.71=4482.44(kmol/h)重柴油蒸汽(即內(nèi)回流)分壓為:0.168×1445.32/4482.44＝0.0542(MPa)由重柴油常壓恩氏蒸餾數(shù)據(jù)換算0.0542MPa下平衡汽化0點(diǎn)溫度。能夠用《石油煉制工程》[2]中圖7—15和圖7—16先換算得常壓下平衡汽化數(shù)據(jù),再用圖7—26換算成0.0542MPa下的平衡汽化數(shù)據(jù)。結(jié)果如下:恩氏蒸餾體積分率/%0.0010.0030.0050.00餾出溫度/℃302.55328.91343.70359.64恩氏蒸餾溫差/℃-26.3714.7915.93平衡汽化溫差/℃-10.907.807.600.0133Mpa下平衡氣化溫度/℃346.80358.30366.60374.600.0542Mpa下平衡氣化溫度/℃314.20325.10332.90340.50由上求得的在0.0542MPa下的重柴油的泡點(diǎn)溫度為314.2℃,與原假設(shè)的315℃很接近,因此原假設(shè)溫度是正確的。2、輕柴油抽出板和煤油抽出板的溫度校核的方法和校核重柴油抽出板溫度的方法相同,可經(jīng)過(guò)作出第29塊板以下和第16塊板以下塔段的熱平衡來(lái)計(jì)算。由于計(jì)算過(guò)程相同,故計(jì)算過(guò)程從略。計(jì)算結(jié)果和假設(shè)值相符,故認(rèn)為原假設(shè)值是正確的。即輕柴油抽出板的溫度為266℃,煤油抽出板的溫度為190℃。3、塔頂溫度塔頂冷回流的溫度t0＝60℃。其焓值hL0V,t0＝163.3kJ/kg塔頂溫度t1＝166℃,回流(汽油)蒸汽的焓hL0V,t1＝626kJ/kg。故塔頂冷回流量為:L0＝Q/(hL0V,t1－h(huán)L0V,t0)＝125.09×106/(626－163.3)＝279405.85(kg/h)塔頂油氣量(汽油+內(nèi)回流蒸汽)為(97355.63+279405.85)/103＝3569.94(kmol/h)塔頂水蒸氣流量為27350.51/18＝1519.47(kmol/h)塔頂油氣分壓為0.157×3569.94/(3569.94+1519.47)＝0.113(MPa)塔頂溫度應(yīng)該是汽油在其油氣分壓下的露點(diǎn)溫度。已知其焦點(diǎn)溫度和壓力依次為351℃和59,9atm,據(jù)此可在平衡汽化坐標(biāo)紙上作出汽油平衡汽化100%點(diǎn)的p—t線(見圖4),由該相圖可讀出油氣分壓為0.113MPa時(shí)的露點(diǎn)溫度為120℃?？紤]到不凝氣的存在,該溫度乘以系數(shù)0.97,則塔頂溫度為116.4℃,與原假設(shè)溫度117℃很接近,故原假設(shè)正確。最后驗(yàn)證一下在塔頂條件下水蒸氣是否會(huì)冷凝。塔頂水蒸氣分壓為0.044MPa。相應(yīng)于此壓力下的飽和水蒸氣的溫度為75.89℃,遠(yuǎn)低于塔頂117℃,故在塔頂,水蒸氣處于過(guò)熱狀態(tài),不會(huì)冷凝。3.2.10常壓塔的計(jì)算草圖和重柴油抽出板以下塔段熱平衡圖由上述計(jì)算結(jié)果能夠做出常壓塔的計(jì)算草圖(圖2),上圖標(biāo)出塔體、塔板、進(jìn)料及產(chǎn)品進(jìn)出口、中段循環(huán)回流位置、汽提返塔位置、塔體汽提點(diǎn)等以及操作條件及物料流量等。同時(shí)根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果還能夠作出重柴油抽出板以下塔段熱平衡圖(圖3).3.3全塔氣、液相負(fù)荷分布選取塔內(nèi)幾個(gè)有代表性的部位(如塔頂、第一層板下方、各側(cè)線抽出板上方、中段回流進(jìn)出口處、汽化段及塔底汽提段),求出這些位置的氣、液負(fù)荷,就能夠作出全塔氣、液相負(fù)荷分布圖。圖就是經(jīng)過(guò)計(jì)算第1、15、16、17、20、28、29、30、33、41、42、46層塔板的及塔底汽提段的氣液相負(fù)荷繪制而成。具體計(jì)算過(guò)程由于篇幅太長(zhǎng),會(huì)以表格的形式在附錄中呈現(xiàn),此處就不一一說(shuō)明了。根據(jù)全塔氣、液相負(fù)荷數(shù)據(jù)能夠做出常壓塔全塔氣、液相負(fù)荷分布圖(圖5)。板數(shù)液相體積流量m3/h氣相體積流量m3/h1630.7151385.215550.1128286.816508.518.117401.5119507.820863.9142564.328575.2133699.929483.8117226.030390.1121478.833334.2117172.741625.7142482.242518.2138096.546258.2123040.74塔的工藝參數(shù)計(jì)算選定塔板間距為Ht＝0.4m取52層板,其中氣相流量=142482.2,液相流量=625.71,氣相密度=8.04,液相密度=874.8=,取安全系數(shù)0.8,空塔氣速=0.8=0.8*1.97=1.58塔徑D=塔高應(yīng)用下式進(jìn)行計(jì)算:H＝Hd＋(n－1)Ht＋Ht式中:Hd—塔頂空間,1.2m;Ht—塔板間距,0.4m;Hb—塔底空間,0.6m。因此,塔高H＝1.2＋(52－1)×0.4＋0.6＝22.2(m)

設(shè)計(jì)評(píng)述本次設(shè)計(jì)是在戴詠川老師指導(dǎo)下進(jìn)行的。在設(shè)計(jì)階段得到了老師熱情的幫助和支持,在此向老師致以衷心的感謝。也感謝其它同學(xué)的幫助。經(jīng)過(guò)本次設(shè)計(jì),使我原有的知識(shí)體系更加系統(tǒng),更加明朗,也加深了我對(duì)石油煉制工程的認(rèn)識(shí)和了解。我本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是原油常壓蒸餾設(shè)計(jì)。在這幾個(gè)星期的設(shè)計(jì)計(jì)算中,使自己從一個(gè)對(duì)常壓塔的設(shè)計(jì)不了解到基本了解,掌握了它的大致設(shè)計(jì)過(guò)程,體驗(yàn)到了設(shè)計(jì)工作的艱辛,知道了自己知識(shí)量的不足。設(shè)計(jì)工作每一步都是新的起點(diǎn),需要查閱大量資料和不斷的學(xué)習(xí),需要足夠的耐心和不斷的思考,需要進(jìn)行大量的計(jì)算和不斷的探索,每一步的馬虎都將導(dǎo)致整個(gè)計(jì)算的錯(cuò)誤,需要從頭開始計(jì)算。由于經(jīng)驗(yàn)的不足和對(duì)實(shí)際生產(chǎn)操作不了解,一些經(jīng)驗(yàn)值的選取也不可能一步到位,需要重復(fù)的計(jì)算,使自己走了許多彎路。

附錄氣、液相負(fù)荷計(jì)算第1塊板下的氣液相負(fù)荷已知:t1＝117℃,t2＝122℃,M＝105,P＝1.57atm查《石油煉制工程》[2]圖3.17得:hvL1,t2＝686.8kJ/kg,hLL1,t1＝441.8kJ/kg已知,Q0＝kJ/h,則L1＝Q0/(hvL1,t2－h(huán)LL1,t1)＝/(686.8－441.8)＝510571.43kg/hL1＝148145.3/(0.8096×1000)＝690.33m3/hV2＝97355.63/103+27350.51/18+510571.43/105＝7327.26kmol/hV2＝nRT2/p2＝7327.26×0.082×(273.15+117)/1.57＝151385.2m3/h第15層以下塔段熱平衡物料流率密度操作條件焓/KJ/KG熱量/kg/h/g/cm3壓力/MPa溫度氣相液相kJ/h入方進(jìn)料873374.01871.50.169351.5——923.71汽提蒸汽27350.51-0.34203316-90.69內(nèi)回流L0.83630.161180—454454L合計(jì)——————1014.40+454L出汽油97355.63739.60.157117626-60.94煤油80316.25817.80.161190-46937.67輕柴油122700.6838.10.164266-67783.07重柴油81258.13863.80.168315-84468.58重油491743.4928.30.169351-895440.11汽提蒸汽27350.51—0.1571172715—74.26一段取熱——————50.04二段取熱——————75.05內(nèi)回流L0.83630.161185725—725L合計(jì)——————889.72+725L第16層以下塔段熱平衡物料流率密度操作條件焓/KJ/KG熱量/kg/h/g/cm3壓力/MPa溫度氣相液相kJ/h入方進(jìn)料873374.01871.50.169351.5——923.71汽提蒸汽24941.03-0.34203316-82.70內(nèi)回流L0.8370.161185—484484L合計(jì)——————1006.41+484L出汽油97355.63739.60.161190711—69.22煤油80316.25817.80.161190-46937.67輕柴油122700.6838.10.164266-67783.07重柴油81258.13863.80.168315-84468.58重油491743.4928.30.169351-895440.11汽提蒸汽24941.03—0.1611902870—71.58一段取熱——————50.04二段取熱——————75.05內(nèi)回流L0.8370.161190745—745L合計(jì)——————895.32+745L第17層以下塔段熱平衡物料流率密度操作條件焓/kJ/kg熱量/kg/h/G/cm3壓力/MPa溫度氣相液相kJ/h入方進(jìn)料873374.01871.50.169351.5——923.71汽提蒸汽24941.03—0.34203316—82.70內(nèi)回流L0.83750.16125190—535535L合計(jì)——————1006.41+535L出方汽油97355.63739.60.16125196781—76.03煤油80316.25817.80.16125196776—62.33輕柴油122700.6838.10.164266-67783.07重柴油81258.13863.80.168315-84468.58重油491743.4928.30.169351-895440.11汽提蒸汽24941.03—0.161251962881—71.86一段取熱——————50.04二段取熱——————75.05內(nèi)回流L0.83750.16125196771—771L合計(jì)——————927.07+771L第20層以下塔段熱平衡物料流率密度操作條件焓/kJ/kg熱量/kg/h/G/cm3壓力/MPa溫度氣相液相kJ/h入進(jìn)料873374.01871.50.169351.5——923.71汽提蒸汽24941.03—0.34203316—82.70內(nèi)回流L0.84380.162206—558558L合計(jì)-—————1006.41+558L出汽油97355.63739.60.162212817—79.54煤油80316.25817.80.162212814—65.38輕柴油122700.6838.10.164266-67783.07重柴油81258.13863.80.168315-84468.58重油491743.4928.30.169351-895440.11汽提蒸汽3593—0.1622122857—10.27一段取熱——————50.04二段取熱——————75.05內(nèi)回流L0.84380.162212811-811L合計(jì)——————872.03+811L第28層以下塔段熱平衡物料流率密度操作條件焓/KJ/KG熱量/kg/h/G/cm3壓力/MPa溫度氣相液相KJ/H入進(jìn)料873374.01871.50.169351.5——923.71汽提蒸汽24941.03—0.34203316—82.70內(nèi)回流L0.85010.164254—610610L合計(jì)-—————1006.41+610L出汽油97355.63739.60.164260873—84.99煤油80316.25817.80.164260869—69.79輕柴油122700.6838.10.164260—67783.07重柴油81258.13863.80.164310—84468.58重油491743.4928.30.175353—895440.11汽提蒸汽24941.03—0.1642602960—73.83一段取熱——————0.00二段取熱——————75.05內(nèi)回流L0.82010.164260837—837L合計(jì)——————895.42+837L第29層以下塔段熱平衡物料流率密度操作條件焓/kJ/kg熱量/kg/h/G/cm3壓力/MPa溫度氣相液相kJ/h入進(jìn)料873374.01871.50.169351.5——923.71汽提蒸汽21260—0.34203316—70.50內(nèi)回流L0.85130.16425260—610610L合計(jì)-—————994.21+610L出汽油97355.63739.60.16425266875—85.19煤油80316.25817.80.16425266870—69.88輕柴油122700.6838.10.16425266—70085.89重柴油81258.13863.80.164310—84468.58重油491743.4928.30.175353—895440.11汽提蒸汽21260—0.164252662975—63.25一段取熱——————0.00二段取熱——————75.05內(nèi)回流L180.82130.16425266868—868L合計(jì)——————887.94+868L第30層以下塔段熱平衡物料流率密度操作條件焓/KJ/KG熱量/kg/h/G/cm3壓力/MPa溫度氣相液相KJ/H入進(jìn)料873374.01871.50.169351.5——923.71汽提蒸汽21260—0.34203316—70.50內(nèi)回流L0.85380.1645266—644644L合計(jì)-—————994.21+644L出汽油97355.63739.60.1645270900—87.62煤油80316.25817.80.1645270897—72.04輕柴油122700.6838.10.1645270888—108.96重柴油81258.13863.80.164310—84468.58重油491743.4928.30.175353—895440.11汽提蒸汽21260—0.16452702990—63.57一段取熱——————0.00二段取熱——————75.05內(nèi)回流L0.85380.1645270879—879L合計(jì)——————915.93+879L第33層以下塔段熱平衡物料流率密度操作條件焓/kJ/kg熱量/kg/h/G/cm3壓力/MPa溫度氣相液相kJ/h入進(jìn)料873374