畢業(yè)設(shè)計(jì)之年產(chǎn)100萬(wàn)噸常壓煉油生產(chǎn)工藝

畢業(yè)設(shè)計(jì)之年產(chǎn)100萬(wàn)噸常壓煉油生產(chǎn)工藝畢業(yè)設(shè)計(jì)題目:年產(chǎn)100萬(wàn)噸常壓煉油生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)姓名:肖濤學(xué)號(hào):學(xué)校:東營(yíng)職業(yè)學(xué)院系別:工業(yè)工程系年級(jí):09級(jí)石油化工生產(chǎn)技術(shù)3班完成日期年4月10日目錄TOC\o"1-2"\h\z\u誠(chéng)信聲明……………….66100萬(wàn)噸/年常壓煉油生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)1前言石油是極其復(fù)雜的化合物。原油是由揮發(fā)度不同的多種組分構(gòu)成的液體混合物當(dāng)前工業(yè)上采用的原油蒸餾技術(shù)與普通化工裝置中采用的精餾技術(shù)不同。要從原油中提煉出多種多樣的燃料和潤(rùn)滑油產(chǎn)品,基本的途徑是:將原油分割成不同沸程的餾分,然后按油品的使用要求,除去這些餾分中的非理想成分,或者經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化形成所需要的組分,從而獲得一系列的石油產(chǎn)品。基于這個(gè)原因,煉油廠必須解決原油的分割和各種石油餾分在加工、精制過(guò)程中的分離問(wèn)題。蒸餾正是一種合適的手段。它能將液體混合物按其所含組分的沸點(diǎn)和蒸汽壓的不同而分離為輕重不同的各種餾分[16]。正因?yàn)檫@樣,幾乎在所有的煉油廠中,原油的第一個(gè)加工裝置就是蒸餾裝置,如常壓蒸餾等。所謂原油的一次加工,就是指原油蒸餾。借助蒸餾過(guò)程,能夠?qū)⑺幚淼脑桶此贫ǖ漠a(chǎn)品方案分割成相應(yīng)的汽油、煤油、輕重柴油及各種潤(rùn)滑油餾分等。這些半成品經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)木坪驼{(diào)配便成為合格的產(chǎn)品。在蒸餾裝置中,也能夠按不同的生產(chǎn)方案,除生產(chǎn)直餾汽油、煤油、柴油餾分外,再分割出一些二次加工過(guò)程的原料,如催化裂化原料、加氫裂解原料等等。由于經(jīng)過(guò)蒸餾取得的各種餾分基本上不含膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和其它雜質(zhì),故隨后的精制過(guò)程比較省事,用作二次加工的原料質(zhì)量也比較高,為原油的深度加工打好基礎(chǔ)[16]。本設(shè)計(jì)的目的是核算或設(shè)計(jì)出一套對(duì)石油進(jìn)行初步分離的常壓裝置。該裝置是煉油廠和許多石油化工企業(yè)的龍頭裝置。它的意義在于,經(jīng)過(guò)常壓蒸餾對(duì)原油的處理,能夠按所指定的產(chǎn)品方案將原油分割得到汽油、煤油、輕柴油、重柴油餾分以重油餾分等。能夠減少渣油量,提高原油總拔出率。不但能獲得更多的輕質(zhì)油品,也可為二次加工、三次加工提供更多的原料油。2選題背景2.1研究目的和意義當(dāng)今全球的能源危機(jī)原油價(jià)格飚升的局面嚴(yán)重的沖擊著世界范圍煉油的石化生產(chǎn)。中國(guó)的兩大超大型煉油和石化企業(yè)(中國(guó)石油和中國(guó)石化)不但需要適應(yīng)這種全球的原油市場(chǎng)形式也必須要應(yīng)對(duì)嚴(yán)重的政策性虧本燃油的升級(jí)換代和越來(lái)越高的環(huán)保要求等巨大的壓力節(jié)能降能提高經(jīng)濟(jì)效益已經(jīng)成為企業(yè)生存發(fā)展的重要手段。常壓蒸餾作為原油的一次加工裝置在原油加工總流程中占有重要的作用近年來(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)能降耗顯著產(chǎn)品質(zhì)量提高。與國(guó)外先進(jìn)水平相比是仍存在較大的差距裝置耗能較大分餾和減壓拔出深度偏低對(duì)含硫原油的適應(yīng)性較差等。進(jìn)一步的提高常減壓裝置的操作水平和運(yùn)行水平顯得日益重要對(duì)提高煉油企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也具有非常重要的意義。2.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及研究的主攻方向國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀4季度全球金融動(dòng)蕩可能加劇世界經(jīng)濟(jì)增速將進(jìn)一步放緩行業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的外部環(huán)境可能繼續(xù)惡化但石油和化工行業(yè)應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的能力明顯增強(qiáng)。在當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)不太好前三季度中國(guó)石油和化工行業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行基本保持平穩(wěn)態(tài)勢(shì)。全行業(yè)預(yù)計(jì)銷售收入4.9萬(wàn)億元同比的情況下國(guó)際原油價(jià)格已進(jìn)入慣性下跌的軌道很可能維持在每桶90美元或以下位置。4季度中國(guó)石油和化工行業(yè)生產(chǎn)仍將保持較為穩(wěn)定的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。全行業(yè)總產(chǎn)值增速可能減緩全年增幅在28%左右;銷售收入增長(zhǎng)約27%;進(jìn)出口貿(mào)易將繼續(xù)保持較快的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)增幅約為35%;固定資產(chǎn)投資增幅在27%左右;主要化工產(chǎn)品產(chǎn)量增幅在5-20%之間。四季度考慮到國(guó)家可能繼續(xù)加大成品油價(jià)格接軌力度預(yù)計(jì)煉油行業(yè)利潤(rùn)全年增長(zhǎng)6%左右。如果國(guó)際油價(jià)進(jìn)入下行軌道煉油行業(yè)10月份或能走出困境實(shí)現(xiàn)扭虧為盈。當(dāng)前只要認(rèn)真落實(shí)中央的調(diào)控政策采取積極的應(yīng)對(duì)措施我們有理由對(duì)前景持審慎樂(lè)觀。統(tǒng)計(jì)顯示年底至年初國(guó)內(nèi)將有5400余萬(wàn)噸的新建原油加工能力投產(chǎn)如已投產(chǎn)1000萬(wàn)噸的中石化青島大煉化以及即將投產(chǎn)的1200萬(wàn)噸的中海油惠州煉廠、中石油1000萬(wàn)噸中石油欽州石化等。保守估計(jì)至少將會(huì)形成每月200余萬(wàn)噸的汽柴油新增產(chǎn)量而在正常情況下國(guó)內(nèi)汽柴油消費(fèi)能力不會(huì)形成每月200余萬(wàn)噸的新增量。因此汽柴油供不應(yīng)求的失衡狀態(tài)將結(jié)束并可能形成一段時(shí)期供大于求的局面。國(guó)際方面以來(lái)宣布、并將在未來(lái)2至7年內(nèi)完工的160個(gè)煉油廠建設(shè)項(xiàng)目中如今只有30個(gè)將繼續(xù)推進(jìn)。全球逾五分之四煉油廠建設(shè)項(xiàng)目面臨下馬。當(dāng)前中國(guó)已成為世界第三大煉油國(guó)中國(guó)石化工業(yè)將面臨不可多得的歷史發(fā)展機(jī)遇振興石油化工建設(shè)支柱產(chǎn)業(yè)的初步設(shè)想是:第一步到原油加工能力超過(guò)2億t/a乙烯生產(chǎn)能力達(dá)到500萬(wàn)t/a左右基本形成支柱產(chǎn)業(yè)的框架;第二步到原油加工能力達(dá)到3億t/a以上乙烯生產(chǎn)能力達(dá)到800～1000萬(wàn)t/a使中國(guó)石化工業(yè)有一個(gè)更大的發(fā)展在技術(shù)上達(dá)到世界水平。經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的建設(shè)和經(jīng)營(yíng)特別是進(jìn)入80年代以來(lái)由于發(fā)揮了油化纖的聯(lián)合優(yōu)勢(shì)中國(guó)石化工業(yè)得到了高速發(fā)展為國(guó)民經(jīng)濟(jì)作出了巨大的貢獻(xiàn)。(1)為市場(chǎng)提供了比較充分的石油和石化產(chǎn)品;(2)取得了一批重大科技成果;(3)石化科研和設(shè)計(jì)水平有很大提高。中國(guó)石化工業(yè)在生產(chǎn)和技術(shù)上雖然取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步但和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要相比和世界先進(jìn)水平相比還存在著較大的差距主要表現(xiàn)在8個(gè)方面。(1)產(chǎn)品增長(zhǎng)率跟不上需要;(2)質(zhì)量品種不能適應(yīng)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需要;(3)加工成本高;(4)生產(chǎn)裝置多數(shù)沒有達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模;(5)原料適應(yīng)能力差;(6)關(guān)鍵部件可靠性差;(7)裝置加工能力過(guò)剩開工率較低;(8)企業(yè)特色不鮮明產(chǎn)品雷同。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、快速、健康發(fā)展對(duì)石化產(chǎn)品的需求日益增加。能夠預(yù)計(jì)石化工業(yè)在本世紀(jì)末以至都將保持較快的發(fā)展速度。國(guó)家已經(jīng)確定要把石化工業(yè)建成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前中國(guó)石油化工既有很好的發(fā)展機(jī)遇也面臨著嚴(yán)峻形勢(shì)的挑戰(zhàn)。形勢(shì)嚴(yán)峻主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一是化工產(chǎn)品的價(jià)格無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)際市場(chǎng)都不象過(guò)去那樣堅(jiān)挺呈下滑趨勢(shì)對(duì)企業(yè)的銷售額和利潤(rùn)影響很大。二是國(guó)際間競(jìng)爭(zhēng)加劇。國(guó)外一些大型石化公司在產(chǎn)品上、技術(shù)上都紛紛進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)搶占地盤潤(rùn)滑油市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)尤為突出。世界各大石化企業(yè)在與中國(guó)進(jìn)行產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)還利用名牌、專利等方面的優(yōu)勢(shì)正在中國(guó)市場(chǎng)上進(jìn)行知識(shí)產(chǎn)權(quán)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。過(guò)去來(lái)國(guó)外在中國(guó)申請(qǐng)的專利已達(dá)7萬(wàn)件覆蓋了很大的技術(shù)領(lǐng)域。世界石油化工科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展也對(duì)中國(guó)現(xiàn)有的一些科技優(yōu)勢(shì)構(gòu)成新的威脅。發(fā)展趨勢(shì)面對(duì)有限的能源資源人類應(yīng)該采用理性的做法。應(yīng)當(dāng)將石油加工看作是一個(gè)在生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中需要消耗大量能源的加工行業(yè)要求我們不斷的追求最佳的生產(chǎn)工藝參數(shù)、最合理的能源利用和最大的經(jīng)濟(jì)效益。中國(guó)煉油和石油化學(xué)加工技術(shù)的研究不但需要繼續(xù)加大石油和化工高附加值產(chǎn)品生產(chǎn)新工藝路線投入而且要加強(qiáng)現(xiàn)有生產(chǎn)裝置操作水平研究力度。從現(xiàn)有的裝置和裝備兩方面著手開展擴(kuò)能增效、節(jié)能降耗、實(shí)現(xiàn)安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)生產(chǎn)的挖潛改造的研究工作。原油蒸餾是石油煉廠中能耗最大的裝置近年來(lái)采用化工系統(tǒng)工程規(guī)劃方法使熱量利用更為合理。另外利用計(jì)算機(jī)控制加熱爐燃燒時(shí)的空氣用量以及回收利用煙氣余熱可使裝置能耗顯著降。方案論證3.1方案選擇一個(gè)煉油生產(chǎn)裝置有各種工藝設(shè)備(如加熱爐、塔、反應(yīng)器)及機(jī)泵等它們是為完成一定的生產(chǎn)任務(wù)按照一定的工藝技術(shù)要求和原料的加工流向互相聯(lián)系在一起即構(gòu)成一定的工藝流程。一個(gè)工藝裝置的好壞不但取決于各種設(shè)備性能而且與采用的工藝流程合理程度有很大關(guān)系。最簡(jiǎn)單的原有蒸餾方式是一段汽化常壓蒸餾工藝流程所謂一段汽化指的是緣由經(jīng)過(guò)一次的加熱-汽化-冷凝完成了將原油分隔為符合一定要求溜出物的加工過(guò)程。原油經(jīng)過(guò)常減壓蒸餾一般可得到350~370?C以前的幾個(gè)輕餾分可用作汽油、煤油(航空或燈用)柴油等產(chǎn)品也可分別作為重整、化工(如輕油裂解)等裝置的原料。蒸余的塔低重油可作鋼鐵或其它工業(yè)的燃料;在某些特定情況下也可做催化裂化或加氫裂化裝置的原料。中國(guó)的主要原油輕質(zhì)餾分含量低若采用上述工藝流程則有相當(dāng)數(shù)量(25%~30%左右)的350~500?C中間餾分未能合理利用它們是很多的二次加工原料又能從中生產(chǎn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)所必須的各種潤(rùn)滑油、蠟、瀝青的原料。因此最常采用的是二段汽化(常壓蒸餾-減壓蒸餾)或三段汽化蒸餾(預(yù)汽化-常壓蒸餾-減壓蒸餾)。國(guó)內(nèi)大型煉油廠的原油蒸餾裝置多采用典型的三段汽化常減壓蒸餾流程。原油在蒸餾前必須進(jìn)行嚴(yán)格的脫鹽、脫水脫鹽后原油換熱到230~240?C進(jìn)初鎦塔(又稱預(yù)汽化塔)。塔頂出輕油餾分或重整原料。塔低為拔頭原油經(jīng)常壓爐加熱到360~370?C進(jìn)入常壓分餾塔塔頂出汽油。側(cè)線自上而下分別出煤油、柴油以及其它油料常壓部分大致能夠到相當(dāng)于原油實(shí)沸點(diǎn)鎦出溫度約為360?C的產(chǎn)品。它是裝置的主塔主要產(chǎn)品從這里得到因此其質(zhì)量和收率在生產(chǎn)控制上都應(yīng)給與足夠的重視。除了用增減回流量及各側(cè)線鎦出量以控制塔的各處溫度外一般各側(cè)線處設(shè)有汽提塔用吹入水蒸氣或采用”熱重沸”(加熱油品使之汽化)的方法調(diào)節(jié)產(chǎn)品的質(zhì)量。常壓部分撥出率高低不但關(guān)系到該塔產(chǎn)品質(zhì)量與收率而且也影響減壓部分的負(fù)荷以及整個(gè)裝置生產(chǎn)效率的提高。除塔頂冷回流外常壓塔一般還設(shè)置2~3個(gè)中段回流。塔低用水蒸氣汽提塔低重油(或稱常壓渣油)用泵抽出送減壓部分。常壓塔低油經(jīng)減壓爐加熱到405~410?C送減壓塔。從原油的處理過(guò)程來(lái)看上述常減壓蒸餾裝置分為原油的初餾(預(yù)汽化)、常壓蒸餾和減壓蒸餾三部分油料在每一部分都經(jīng)歷一次加熱-汽化-冷凝過(guò)程故稱之為”三段汽化”如從過(guò)程的原理來(lái)看實(shí)際上只是常壓蒸餾和減壓蒸餾兩部分二常壓蒸餾部分可采用單塔(僅用一個(gè)常壓塔)流程或者用雙塔(用初餾塔和常壓塔)流程。塔器設(shè)備在煉油、化工、制藥等過(guò)程工業(yè)中占有重要地位其性能的優(yōu)劣、技術(shù)水平的高低將直接影響產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量、回收率經(jīng)濟(jì)效益等各個(gè)方面。因此研究和使用新型的塔器設(shè)備對(duì)于強(qiáng)化氣、液兩相傳質(zhì)過(guò)程以及工業(yè)生產(chǎn)具有得要的意義。在煉油廠中二元精餾是罕見的經(jīng)常遇到的是多組分混合物的分餾即多元精餾。石油精餾是復(fù)雜系精餾的主要代表石油精餾和簡(jiǎn)單的二元、多元精餾相比有其明顯的獨(dú)特之處。首先石油作為復(fù)雜混合物其組成迄今無(wú)法完全準(zhǔn)確測(cè)定。因此它不能應(yīng)用二元和多元精餾的計(jì)算方法。其次石油精餾的產(chǎn)品多為石油餾分而非高純度的單體烴類產(chǎn)品故其分餾精度的要求不如一般化工產(chǎn)品的精餾那么高。又因現(xiàn)在大型煉油廠的年處理量動(dòng)輒以數(shù)百萬(wàn)至千萬(wàn)噸計(jì)要求石油精餾塔相應(yīng)地有巨大的生產(chǎn)能力因而其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)更具有突出的意義。再者煉油廠的產(chǎn)品數(shù)量上絕大部分是做燃料的其價(jià)格遠(yuǎn)比一般的化工產(chǎn)品低廉這就規(guī)定煉油廠的生產(chǎn)工藝必須盡可能的降低生產(chǎn)成本。最后然而也是最重要的一點(diǎn)就是大型石油蒸餾裝置中的存油量常以百噸計(jì)顯而易見對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程的安全可靠性有著嚴(yán)格的要求。所有這一切為石油精餾規(guī)定了一系列的特點(diǎn)。石油精餾畢竟還是一個(gè)精餾過(guò)程精餾的基本原理和規(guī)律對(duì)它無(wú)列外的適用。因此應(yīng)該以汽-液平衡和精餾理論基本規(guī)律作指導(dǎo)來(lái)分析石油精餾過(guò)程。3.2工藝原理原油常壓精餾塔是常減壓蒸餾裝置的的重要組成部分在討論常壓精餾塔之前先對(duì)減壓蒸餾裝置的工藝流程作一簡(jiǎn)要的介紹。所謂工藝流程就是一個(gè)生產(chǎn)裝置的設(shè)備機(jī)泵、工藝管線和控制儀表按生產(chǎn)的內(nèi)在聯(lián)系而形成的有機(jī)組合。有時(shí)為了簡(jiǎn)單明了起見在圖中只列主要設(shè)備、機(jī)泵和主要的生產(chǎn)工藝管線這就稱為原理流程圖。圖1是典型的原油常減壓蒸餾的原理流程圖它是以精餾塔和加熱爐為主體而組成的所謂管式蒸餾裝置。經(jīng)過(guò)脫鹽、脫水的原理由泵輸送經(jīng)一系列換熱器與溫度較高的蒸餾產(chǎn)品換熱再經(jīng)管式加熱爐加熱至370?C左右此時(shí)原油一部分已汽化油氣和未汽化的的油一起經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)油線進(jìn)入一個(gè)精餾塔。此塔在接近大氣壓力之下操作故稱常壓(精餾)塔相應(yīng)的加熱爐就稱為常壓(加熱)爐。原油在常壓塔里進(jìn)行精餾從塔頂溜出汽油餾分或重整原料油從塔側(cè)煤油和輕、重柴油等側(cè)線餾分。塔底產(chǎn)物稱為常壓重油一般是原油重沸點(diǎn)高于350?C的重組分。圖1常壓煉油工藝簡(jiǎn)圖前面討論了精餾過(guò)程現(xiàn)在來(lái)討論實(shí)現(xiàn)此過(guò)程的主要設(shè)備——精餾塔。石油精餾塔的根本特點(diǎn)是:它處理的是一種復(fù)雜的混合物——石油生產(chǎn)的也是復(fù)雜的混合物——各種石油餾分。精餾塔的種類很多其主要有板式塔和填料塔這里主要介紹板式塔板式塔是一種應(yīng)用極為廣泛的氣液傳質(zhì)設(shè)備它由一個(gè)一般呈圓柱形的殼體及其中按一定間距水平設(shè)置的若干塊踏板所組成。而填料塔的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單一些其塔體為一圓筒筒內(nèi)堆放一定高度的填料。操作時(shí)液體自塔上部進(jìn)入經(jīng)過(guò)液體分布器均勻噴灑在塔界面上在填料表面呈膜狀流下。對(duì)于許多逆流氣液接觸過(guò)程填料塔和板式塔都可適用。設(shè)計(jì)者必須根據(jù)具體的情況進(jìn)行選。填料塔和板式塔有許多不同點(diǎn):(1)填料塔操作范圍較小特別是對(duì)于液體負(fù)荷的變化更為敏感。當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)填料表面不能很好地潤(rùn)濕傳質(zhì)效果急劇下降;當(dāng)液體負(fù)荷過(guò)大時(shí)則容易產(chǎn)生液泛。設(shè)計(jì)較好的板式塔則具有大得多的操作范圍。(2)填料塔不宜于處理易聚合或固體懸浮物的無(wú)聊而某些板式塔(如大孔徑篩板、泡罩塔等)則能夠有效地處理這種物系。另外板式塔的清洗亦比填料塔方便。(3)當(dāng)氣液接觸過(guò)程中需要冷卻以移除反應(yīng)熱或溶解熱時(shí)填料塔因涉及液體分布問(wèn)題而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化板式塔可方便地在塔板上安裝冷卻管。同理當(dāng)有側(cè)線出料時(shí)填料塔也不如板式塔方便。3.3設(shè)計(jì)方案的確定根據(jù)上述介紹以及石油精餾的特點(diǎn)我們應(yīng)選用板式塔作為石油精餾的常壓塔比較合理 4原油有關(guān)性質(zhì)參數(shù)的計(jì)算勝利油田原油原始數(shù)據(jù)見表4-1[1]:表4-1勝利油田原油的一般性質(zhì)產(chǎn)品實(shí)沸點(diǎn)沸程℃密度恩氏蒸餾餾出溫度℃汽油～154.80%10%30%50%70%90%100%煤油131.6～2580.703734608196109120141輕柴油220.9～339.20.7994159171179194208225239重柴油274.9～409.30.8265239258267274283296306重油312.5～0.84842893163283413503683760.94163444.1常壓蒸餾曲線和實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線的互換這種互換能夠利用<石油煉制工程>中的圖Ⅱ-1-10和圖Ⅱ-1-11這兩張圖使用于特性因數(shù)K=11.8沸點(diǎn)低于427℃的油品。換算時(shí)凡恩氏蒸餾溫度高出246℃者考慮到裂化的影響須用下式進(jìn)行溫度校正。logD=0.00852-1.436(式中D校正值加到t上)(1)輕柴油的常壓恩氏蒸餾數(shù)據(jù)見下表4-2:表4-2輕柴油的常壓恩氏蒸餾數(shù)據(jù)溜出%(v)01030507090100溫度℃239258267274283296306由logD=0.00852-1.436[]得校正恩氏蒸餾數(shù)據(jù),見表4-3:表4-3校正恩氏蒸餾數(shù)據(jù)溜出%(v)01030507090100溫度℃239261.2270.8278.4288.3302.8314.2用圖Ⅱ-1-10確定實(shí)沸點(diǎn)蒸餾50%點(diǎn).由查圖得到它與恩氏蒸餾50%點(diǎn)之差值為12.4℃。因此實(shí)沸點(diǎn)蒸餾50%點(diǎn)=278.4+12.4=290.8℃用圖Ⅱ-1-11查得實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線各段溫差見表4-4:表4-4實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線溫差曲線線段恩氏蒸餾溫差℃實(shí)沸點(diǎn)蒸餾溫差℃0～10%22.23810～30%9.618.930～50%7.61350～70%9.913.470～90%14.518.690～100%11.413由實(shí)沸點(diǎn)蒸餾50%點(diǎn)(290.8℃)推算出其它各點(diǎn)溫度實(shí)沸點(diǎn)蒸餾30%點(diǎn)=290.8-13=277.8℃10%點(diǎn)=277.8-18.9=258.9℃0%點(diǎn)=258.9-38=220.9℃70%點(diǎn)=290.8+13.4=304.2℃90%點(diǎn)=304.2+18.6=322.8℃100%點(diǎn)=322.8+13=335.8℃同上能夠得到其它餾分實(shí)沸點(diǎn)蒸餾溫度⑵汽油餾分的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾數(shù)據(jù)見下表4-5:表4-5汽油餾分的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾數(shù)據(jù)溜出%體01030507090100溫度℃-1131.26690129107145.8(2)煤油的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾數(shù)據(jù)見下表4-6:表4-6煤油餾分的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾數(shù)據(jù)溜出%(v)01030507090100溫度℃129.5153.5169.5193.5213.7235.2251(4)重柴油的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾數(shù)據(jù)見下表4-7:表4-7重柴油餾分的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾數(shù)據(jù)溜出%(v)01030507090100溫度℃239.1268.9297.5350.5371.7410.55304.2恩氏蒸餾數(shù)據(jù)與平衡汽化溫度之間的轉(zhuǎn)換這類換算可借助與Ⅱ-1-13和Ⅱ-1-14來(lái)進(jìn)行。計(jì)算方法與恩氏蒸餾數(shù)據(jù)與實(shí)沸點(diǎn)蒸餾數(shù)據(jù)換算類似只是換算時(shí)要用到恩氏蒸餾曲線10～70%的斜率。(1)輕柴油餾分的常壓恩氏蒸餾數(shù)據(jù)見下表4-8:表4-8輕柴油餾分的常壓恩氏蒸餾數(shù)據(jù)溜出%(v)01030507090100溫度℃239261.2270.8278.4288.3302.8314.2①按<石油煉制工程>中的Ⅱ-1-13換算50%點(diǎn)溫度恩氏蒸餾10～70%的斜率=(288.3-261.2)/(70-10)=0.45℃/%由圖查得平衡汽化50%點(diǎn)-恩氏蒸餾50%點(diǎn)=9.5℃平衡汽化溫度50%點(diǎn)=278.4+9.5=287.9℃②由圖Ⅱ-1-14查的平衡汽化溫差見表4-9表4-9平衡汽化溫差曲線線段恩氏蒸餾溫差℃實(shí)沸點(diǎn)蒸餾溫差℃0～10%22.29.410～30%9.65.030～50%7.63.850～70%9.94.570～90%14.56.290～100%11.43.2③由50%點(diǎn)及各段溫差推算平衡汽化曲線的各點(diǎn)溫度。30%點(diǎn)=287.9-3.8=284.1℃10%點(diǎn)=284.1-5.0=279.1℃0%點(diǎn)=279.1-9.4=269.7℃70%點(diǎn)=287.9+4.5=292.4℃90%點(diǎn)=292.4+6.2=298.6℃100%點(diǎn)=298.6+3.2=301.8℃同上能夠計(jì)算出其它餾分的平衡汽化溫度(2)汽油的平衡汽化溫度見下表4-10:表4-10汽油的平衡汽化溫度溜出%體01030507090100溫度℃51.262.474.6828895.8100.2(3)煤油的平衡汽化溫度見下表4-11:表4-11煤油的平衡汽化溫度溜出%體01030507090100溫度℃174.9179.9183.3191197.2204.4208.4(4)重柴油的平衡汽化溫度見下表4-12:表4-12重柴油的平衡汽化溫度溜出%體01030507090100溫度℃358.5374.3383.5393.5400.3416.3472.74.3平均沸點(diǎn)的計(jì)算(1)體積平均沸點(diǎn)tv汽油tv＝=(60+81+96+109+126)/5=94.4℃煤油tv＝=(171+179+194+208+225)/5=195.4℃輕柴油tv＝=(258+267+274+283+296)/5=275.6℃重柴油tv＝=(316+328+341+350+368)/5=342.8℃(2)恩氏蒸餾10%～90%餾分的曲線斜率汽油S＝(90%餾出溫度－10%餾出溫度)/(90－10)＝0.825同理有:煤油S＝(225－171)/(90－10)＝0.675輕柴油S＝(296－258)/(90－10)＝0.475重柴油S＝(368－316)/(90－10)＝0.65(3)立方平均沸點(diǎn)tw根據(jù)tw和S由<石油煉制工程>圖Ⅰ－2－7查得的校正值見下表4-13。表4-13立方平均沸點(diǎn)名稱tv℃Stc校正值℃tc＝tv＋tc校正值℃汽油94.40.825－2.292.2煤油195.40.675－1.2194.2輕柴油275.60.475－0.8274.8重柴油342.80.65－1.1341.7同上(4)質(zhì)量平均沸點(diǎn)t見下表4-14:表4-14質(zhì)量平均沸點(diǎn)名稱tv℃Stc校正值℃tm＝tv＋tc校正值℃汽油94.40.8252.296.6煤油195.40.6751.2196.6輕柴油275.60.4750.6276.2重柴油342.80.650.4343.2(5)中平均沸點(diǎn)見下表4-15:表3-15中平均沸點(diǎn)名稱tv℃Stc校正值℃tme＝tv＋tc校正值℃汽油94.40.825－589.4煤油195.40.675－3.8191.7輕柴油275.60.475－1.8274.8重柴油342.80.65－1.6341.2(6)實(shí)分子平均沸點(diǎn)見下表4-16:表4-16實(shí)分子平均沸點(diǎn)名稱tv℃Stc校正值℃tm＝tv＋tc校正值℃汽油94.40.825－7.287.2煤油195.40.675－5.8189.6輕柴油275.60.475－3.8271.8重柴油342.80.65－2.83404.4比重系數(shù)API水在4℃時(shí)的密度為1000kg/m3,因此常以水作為基準(zhǔn)表示t℃的油品與4℃水的密度之比在數(shù)值上等于該液體在t℃的密度則有:根據(jù)<石油煉制工程>表=1\*ROMANI-2-4得比重與的換算值查得各餾分的密度校正值見表4-17表4-17各餾分的密度校正值名稱△d=+△d汽油0.005570.7037+0.00557=0.7092768.1煤油0.0044560.7994+0.004456=0.7949444.5輕柴油0.02640.8265+0.026423=0.85292334.4重柴油0.09650.8414+0.09652=0.94522418.2重油0.005040.9416+0.005043=0.926632特性因數(shù)K和平均相對(duì)分子質(zhì)量M由比重指數(shù)API和中平均沸點(diǎn)根據(jù)<石油煉制工程>圖=1\*ROMANI-2-10查得結(jié)果見表4-18:表4-18各餾分比重汽油12.2795煤油11.74152輕柴油11.97218重柴油12.1290重油11.94.5臨界溫度和臨界壓力(1)臨界溫度[1]查<石油煉制工程>圖=1\*ROMANI-2-26由和得真臨界溫度;由和得假臨界溫度見表4-19表4-19各餾分臨界溫度名稱/℃/K/℃/K汽油0.7092796.654087.2530煤油0.79494196.6654189.6645輕柴油0.852923276.2740271.8730重柴油0.945224343.2818340812(2)臨界壓力根據(jù)<石油煉制工程>1988版圖=1\*ROMANI-2-28由和查得假臨界壓力根據(jù)<石油煉制工程>圖3-12由和/查得真臨界壓力表4-20臨界壓力名稱/℃/MPa//MPa汽油0.7092789.42.71.013.60煤油0.79494191.72.31.0142.72輕柴油0.852923274.81.971.0132.05重柴油0.945224341.21.81.0091.584.6焦點(diǎn)溫度 由恩氏蒸餾10%～90%餾分的曲線斜率S和體積平均沸點(diǎn)根據(jù)<石油煉制工程>圖=2\*ROMANII-1-41查得焦點(diǎn)溫度-臨界溫度從而求得焦點(diǎn)溫度[1]見表4-21。表4-21各餾分焦點(diǎn)溫度名稱S/℃焦點(diǎn)溫度汽油0.82594.4328.5煤油0.675195.4413.4輕柴油0.475275.6475.2重柴油0.65342.8529.6焦點(diǎn)壓力由恩氏蒸餾10%～90%餾分的曲線斜率S和體積平均沸點(diǎn)根據(jù)<石油煉制工程>圖=2\*ROMANII-1-42查得焦點(diǎn)溫度-臨界溫度從而求得焦點(diǎn)壓力[1]見表4-22。表4-22各餾分焦點(diǎn)壓力名稱S/℃焦點(diǎn)壓力-臨界壓力/MPa焦點(diǎn)壓力/MPa汽油0.82594.412.8×0.1015.91煤油0.675195.48.8×0.1013.26輕柴油0.475275.64.4×0.1012.17重柴油0.65342.81.9×0.1011.89計(jì)算結(jié)果匯總見表4-23和表4-24表4-23餾分平衡汽化溫度表油品平衡汽化溫度/℃0%10%30%50%70%90%100%汽油51.262.474.6828895.8100.2煤油174.9179.9183.3191197.2204.4208.4輕柴油220.9258.9277.8290.8304.2322.8335.8重柴油358.5374.3383.5393.5400.3416.3472.7重油表4-24油品的有關(guān)性質(zhì)參數(shù)油品密度g/cm3比重指數(shù)API°特性因數(shù)K分子量M臨界參數(shù)焦點(diǎn)參數(shù)溫度℃壓力MPa溫度℃壓力MPa重整原料0.703759.911.995267.533.4328.559.1航空煤油0.799446.411.8152383.425413.432.6輕柴油0.826536.011.6218461.618.4475.221.7重柴油0.848435.112.1290516.616.2529.618.9重油0.941621.711.9原油0.860226.811.85原油常壓塔的工藝計(jì)算能夠根據(jù)產(chǎn)品的餾分組成和原油的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線來(lái)確定餾分的分割溫度。相鄰兩個(gè)產(chǎn)品是相互重疊的即實(shí)沸點(diǎn)蒸餾t–t是負(fù)值。一般相鄰兩個(gè)餾分的切割溫度就在這個(gè)重疊值的一半之處因此可取t–t之間的中間溫度作為這兩個(gè)餾分之間的分割溫度。由餾分的實(shí)沸點(diǎn)曲線能夠確定餾分的產(chǎn)率此次設(shè)計(jì)采用的是勝利油田原油的基本性質(zhì)按每年開工330天計(jì)算不考慮損失。5.1產(chǎn)品切割方案及有關(guān)性質(zhì)產(chǎn)品的切割方案[1]表5-1產(chǎn)品的切割方案產(chǎn)品實(shí)沸點(diǎn)切割℃實(shí)沸點(diǎn)沸程收率%體積重量汽油145239.6301.6360～154.84.33.51煤油131.6～2587.26.67輕柴油220.9～339.27.26.91重柴油274.9～409.39.89.64重油312.5～71.573.275.2常壓塔的物料平衡物料衡算見表5-25-2物料衡算名稱產(chǎn)產(chǎn)量V%W%104t/at/dkg/hkmol/h汽油1001002507576315700煤油4.33.518.7726611100117輕柴油7.26.6716.6950521040139重柴油7.26.9117.3052421800100重油9.89.6424.1473030400105汽油71.573.27183.1455512313605.3汽提蒸汽用量側(cè)線產(chǎn)品及塔底重油都用過(guò)熱蒸汽汽提使用的是溫度420℃、壓力2.94巴的過(guò)熱水蒸汽。參考圖Ⅱ-2-20和表Ⅱ-2-7取汽提水蒸氣量見表5-3【1】5-3汽提水蒸汽用量油品%(重對(duì)油)公斤/時(shí)千摩/時(shí)一線煤油363135.0二線輕柴油365436.3三線重柴油2.885147.3塔底重油24627257合計(jì)6763375.65.4塔板板型和塔板數(shù)選用浮閥塔板[1]參照<石油煉制工程>表=2\*ROMANII-4-3和=2\*ROMANII-4-4選定塔板數(shù)如下:重整原料——航空煤油段9層航空煤油——輕柴油段6層輕柴油——重柴油段6層重柴油——汽化段3層塔底汽提段4層考慮采用兩個(gè)中段回流每個(gè)用3層換熱塔板共6層。全塔總計(jì)34層。5.5操作壓力的確定去塔頂產(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(絕)取每層浮閥塔板壓力降為0.005MPa,推算常壓塔各關(guān)鍵部位壓力[1]分別為:(單位為MPa)塔頂壓力0.157一線抽出板(第9層)上壓力0.161二線抽出板(第18層)上壓力0.1655三線抽出板(第27層)上壓力0.170汽化段(第30層下)壓力0.172取轉(zhuǎn)油線壓力降為0.035MPa則:加熱爐出口壓力=5.6精餾塔計(jì)算草圖 將所需要計(jì)算的常壓塔塔體、塔板、進(jìn)料及產(chǎn)品進(jìn)出口、中段循環(huán)回流位置、汽提點(diǎn)、側(cè)線等數(shù)據(jù)繪成草圖見下圖所示。在以后的計(jì)算各個(gè)塔板的物熱平衡時(shí),計(jì)算中都有相應(yīng)的圖形,標(biāo)注有進(jìn)料量、各段溫度、壓力、汽提蒸汽、各側(cè)線產(chǎn)品的產(chǎn)量等相應(yīng)的物量,以便于計(jì)算和核對(duì)各量。5.6.1(1)汽化段中進(jìn)料氣化率與過(guò)汽化度取過(guò)汽化度為進(jìn)料的2%(重)或2.03%(體)即過(guò)汽化量為6314公斤/時(shí)。要求進(jìn)料在汽化段中的汽化率e為e=4.3+7.7+7.2+9.8+2.03)%=30.53%(2)汽化段油氣分壓汽化段中各物料的流量如下:汽油117千摩/時(shí)煤油139輕柴油100重柴油105過(guò)汽化油21油氣量合計(jì)482其中過(guò)汽化油的分子量取300。還有水蒸氣257千摩/時(shí)由此計(jì)算得汽化段的油氣分壓為1.72×482/(482+257)=1.12大氣壓(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在1.12大氣壓之下的企劃30.53%(體)溫度。為此需要作出在1.12大氣壓下的原油平衡汽化曲線見圖中的曲線4。在不具備原油的臨界參數(shù)和焦點(diǎn)參數(shù)而無(wú)法作出原油的P-T-e相圖的情況下曲線4能夠用以下的簡(jiǎn)化方法求定:由圖能夠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291℃。利用烴類與石油的窄餾分的蒸汽圖將此交點(diǎn)溫度291℃換算為1.12大氣壓下的溫度得299℃。從此交點(diǎn)作垂直于橫坐標(biāo)的直線A在A線上找到299℃之點(diǎn)過(guò)此點(diǎn)作平行于原油常壓平衡曲線2的線4即原油在1.12大氣壓下的平衡曲線。用曲線4能夠查得當(dāng)30.53%(體)時(shí)的溫度為353.5℃此即欲求的汽化段溫度t。此t是由相平衡關(guān)系求得還需要對(duì)它進(jìn)行校核。(4)t的校核校核的主要目的是看由t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)算以求得爐口溫度。圖4當(dāng)氣化率為30.53%(體)t=353.5℃時(shí)進(jìn)料在汽化段中的焓值h計(jì)算如表。汽油在353.5℃時(shí)特性因數(shù)12.27時(shí)相對(duì)密度為0.7037時(shí)的汽相焓的計(jì)算方法如下:由<石油煉制工程>第三版圖3-17中可查得:汽油在353.5℃密度為0.7037時(shí)的汽相焓為280kcal氣體的焓對(duì)k的校正值為-0.2氣體的焓對(duì)壓力的校正值為可忽略汽油在353.5℃時(shí)特性因數(shù)12.27時(shí)相對(duì)密度為0.7037時(shí)的汽相焓為h=280kcal=1170.4KJ同理能夠計(jì)算出原油中其它餾分完全汽化時(shí)的焓值見下表5-4:表5-4進(jìn)料帶入汽化段的熱量Q(P=1.72大氣壓t=353.5℃)油料焓千摩/時(shí)熱量千摩/時(shí)汽相液相汽油1170.41170.4×11100=12.99×10煤油1140.61140.6×21040=23.99×10輕柴油11301130×21800=24.63×10重柴油11201120×30400=34.08×10過(guò)汽化油11181118×6314=7.06×10重油878.6878.6×231360=203.3×10合計(jì)Q=306.04×10因此h=306.04×10/315700=969.4千焦/公斤再求出原油在加熱爐出口的條件下的焓h。按前面的方法作出在原油在爐出口壓力2.07大氣壓下的平衡曲線3.這里忽略了原油中的水分若原油中含有水則應(yīng)當(dāng)作爐出口處油氣分壓下的平衡汽化曲線。應(yīng)考慮到生產(chǎn)航空煤油限定爐出口溫度不超過(guò)360℃.曲線3可讀在360℃成都?xì)饣蕿?5.5%(體)。顯然e＜e,即在爐出口條件下過(guò)汽化油和部分重油處于液相。重柴油中未汽化的部分為3.06%×30400=9306公斤據(jù)此可算出進(jìn)料在爐出口條件下的焓值h。各餾分在P=2.07大氣壓t=360℃下的焓值計(jì)算方法同上,攜帶的熱量見下表5-55-5進(jìn)料在大爐出口處攜帶的熱量(P=2.07大氣壓t=360℃)油料焓千摩/時(shí)熱量千摩/時(shí)汽相液相汽油1191.31191.3×11100=13.22×10煤油11621162×21040=24.45×10輕柴油11491149×21800=25.02×10重柴油114397133.2×10重油9071113×231360=209.10×10合計(jì)Q=307.88×10因此h=307.88×10/315700=975千焦/公斤校核結(jié)果表明h略高于h因此設(shè)計(jì)的汽化溫度353.5℃之下既能保證所需的拔出率爐口溫度也不至于超多允許限度。5.6.2取塔底溫度比汽化段溫度低7℃。則:塔底溫度=353.5－7=346.5℃(1)假設(shè)塔頂及各側(cè)線溫度見表5-6:5-6塔頂及各側(cè)線溫度塔頂溫度107℃煤油抽出板(第9層)溫度180℃輕柴油抽出板(第18層)溫度256℃重柴油抽出板(第27層)溫度315℃(2)全塔的熱平衡見表5-75-7全塔熱平衡物料流率kg/h密度g/cm3操作條件焓kJ/kg熱量KJ/h壓力溫度氣相液相kPa℃入方進(jìn)料3157000.86041.72353.5982306.04×10氣提蒸氣6763331622.43×10合計(jì)322463324.05×10出方汽油111000.70371.57107℃6066.73×10煤油210400.79941.61180℃434.79.15×10輕柴油218000.86251.66256℃635.413.85×10重柴油304000.84841.70315℃815.124.78×10重油2313600.94161.75346.5856.9198.25×10水蒸氣67631.57107270018.26×10合計(jì)322463271.02×10因此全塔的回流熱Q=(328.47－271.02)×10=57.45×10(3)回流方式及回流分配塔頂采用二級(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)線與輕柴油側(cè)線之間(第11～13層)第二個(gè)位于輕柴油與重柴油之間(第20～22層)?；亓鞣峙淙缦滤敾亓魅?0%Q=28.73×10千焦/時(shí)第一中段回流取熱20%Q=11.49×10千焦/時(shí)第二段回流熱取30%Q=17.24×10千焦/時(shí)(4)側(cè)線及塔頂溫度的校核重柴油抽出板(第27層)溫度見表5-8,熱平衡圖見圖15-8第27層以下塔段的熱平衡物料流率kg/h密度g/cm3操作條件焓kJ/kg熱量、KJ/h10壓力溫度氣相液相大氣壓℃入方進(jìn)料3157000.8461097.96306.62氣提蒸氣46272.98420331615.34內(nèi)回L1.70308.5794794L合計(jì)320327+L321.38+794L出方汽油111000.70371.7031510717.97煤油210400.79941.70315104612.63輕柴油218000.82651.70315103716.32重柴油304000.84841.70315824.224.07重油2313600.94161.72346.5861.9291.28水蒸氣46271.701025310721.74內(nèi)回L0.8461.7010251025L合計(jì)320327+L295.35+1025L由熱平衡:295.35+1025L=321.38+794L因此內(nèi)回流L=112684公斤/時(shí)或112684/282=399.6千摩/時(shí)重柴油抽出板上方汽相總量為:(117+139+100+399.9+257)=1012重柴油蒸汽(即內(nèi)回流)分壓為:1.70×399.6/1012.6=0.671大氣壓由重柴油常壓恩氏蒸餾數(shù)據(jù)換算0.671大氣壓下的平衡汽化0%點(diǎn)溫度。能夠用<石油煉制工程>圖Ⅱ-1-24先換算出常壓下平衡汽化數(shù)據(jù)。恩氏蒸餾溫度℃0%10%30%50%恩氏蒸餾溫差℃289316328341恩氏蒸餾溫差℃271213平衡汽化溫差℃169.210常壓平衡汽化溫度℃393.50.671大氣壓下50%點(diǎn)的平衡汽化溫度為354℃因此0.671大氣壓下重柴油的泡點(diǎn)溫度為(354－16－10－9.2)=318.8℃與原假設(shè)315℃很接近可認(rèn)為假設(shè)溫度正確。第18層以下塔段的熱平衡見表5-9,塔平衡圖見圖25-9第18層以下塔段的熱平衡物料流率kg/h密度g/cm3操作條件焓kJ/kg熱量、KJ/h10壓力溫度氣相液相大氣壓℃入方進(jìn)料3157000.8451097.96306.62氣提蒸氣54782.98420331615.34內(nèi)回L1.66247.6623623L合計(jì)321178+L321.38+L出方汽油111000.70371.66256919.610.21煤油210400.79941.66256882.818.58輕柴油218000.82651.6625663619.3重柴油304000.84841.70315824.225.06重油2313600.94161.72346.5861.9199.4水蒸氣46271.66256298013.78內(nèi)回L0.8451.66256878.6878.6L中回流17.24合計(jì)321178+L入方合計(jì):321.96×10+623L出方合計(jì):303.57+878.6L故由熱平衡得:321.96×10+623L=303.57+878.6LL=71948kg/h或71948/210=342千摩/時(shí)輕柴油抽出板上方汽相總量為:(117+139+342+257)=855輕柴油蒸汽(即內(nèi)回流)分壓為:1.66×342/855=0.661大氣壓由輕柴油常壓恩氏蒸餾數(shù)據(jù)換算0.661大氣下平衡汽化0%點(diǎn)溫度。恩氏蒸餾溫度℃0%10%30%50%恩氏蒸餾溫差℃239261.2270.8278.4恩氏蒸餾溫差℃22.29.67.6平衡汽化溫差℃9.45.03.9常壓平衡汽化溫度℃287.5能夠用<石油煉制工程>圖Ⅱ-1-24先換算出常壓下平衡汽化數(shù)據(jù)0.661大氣壓下50%點(diǎn)的平衡汽化溫度為270℃因此0.661大氣壓下重柴油的泡點(diǎn)溫度為(270－9.4－3.9－5.0)=251.7℃與原假設(shè)256℃很接近可認(rèn)為假設(shè)溫度正確。第9層塔板熱平衡見表5-10,塔熱平衡見圖35-10第9層以下塔段的熱平衡物料流率kg/h密度g/cm3操作條件焓kJ/kg熱量、KJ/h10壓力溫度氣相液相大氣壓℃入方進(jìn)料3157000.78941097.96306.62氣提蒸氣61322.98420331620.33內(nèi)回L1.61172418.6418.6L合計(jì)321178+L出方汽油111000.70371.61180919.68.27煤油210400.79941.61180882.815.14輕柴油218000.82651.6625663614.23重柴油304000.84841.70315824.225.06重油2313600.94161.72346.5861.9199.4水蒸氣61321.61180281917.28內(nèi)回L0.78941.61180878.6732732L中回流17.24+11.49合計(jì)321178+L入方合計(jì):326.96×10+418.6L出方合計(jì):308.11+732L由熱平衡得:326.96×10+418.6L=308.11+732LL=60147kg/h或60147/146=412千摩/時(shí)煤油抽出板上方汽相總量為:(117+139+412+257)=925煤油蒸汽(即內(nèi)回流)分壓為:1.61×412/925=0.717大氣壓由煤油常壓恩氏蒸餾數(shù)據(jù)換算0.717大氣壓下的平衡汽化0%點(diǎn)溫度。恩氏蒸餾溫度℃0%10%30%50%恩氏蒸餾溫差℃159171179194恩氏蒸餾溫差℃12815平衡汽化溫差℃547.7常壓平衡汽化溫度℃191能夠用<石油煉制工程>圖Ⅱ-1-24先換算出常壓下平衡汽化數(shù)據(jù)0.717大氣壓下50%點(diǎn)的平衡汽化溫度為189℃因此0.661大氣壓下重柴油的泡點(diǎn)溫度為(189－5－4－9.9)=170.9℃與原假設(shè)180℃很接近可認(rèn)為假設(shè)溫度正確。塔頂溫度校核塔頂冷回流的溫度為60℃其焓值h為163.3kJ/kg塔頂溫度為107℃汽油的焓值為h606.8kJ/kg故塔頂冷回流流量為:L=Q/(h－h(huán))L=26.19×10/(606.8－163.3)=59069kg/時(shí)塔頂油汽量為(11100+59069)/95=738.6塔頂油汽分壓為:1.57×375.7/(375.7+738.6)=1.04大氣壓由恩氏蒸餾數(shù)據(jù)換算得汽油常壓露點(diǎn)溫度為100.2℃.已知焦點(diǎn)溫度和壓力一次為328.5℃和59.1大氣壓據(jù)此可在平衡汽化坐標(biāo)紙上做出平衡汽化100%點(diǎn)的P-t線如附錄圖1。由該圖可讀得油汽分壓在1.04大氣壓的露點(diǎn)溫度為102.2℃。這低于塔頂溫度108℃。0.43大氣壓的飽和水蒸汽溫度為77℃這低于塔頂溫度108℃故水蒸氣處于過(guò)熱狀態(tài)不會(huì)冷凝。5.7全塔汽液相負(fù)荷分布圖選擇塔內(nèi)幾個(gè)有代表性的部位求出各段汽液相負(fù)荷就能夠做出全塔汽液相負(fù)荷分布圖。這里主要計(jì)算1、8、9、10、13、17、18、19、22、26、27、30第30層塔板以下熱平衡見表5-11表5-11第30層以下塔段的熱平衡物料流率kg/h密度g/cm3操作條件焓kJ/kg熱量、KJ/h10壓力溫度氣相液相大氣壓℃入方進(jìn)料3157000.9101097.96306.62氣提蒸氣46242.98420331615.34內(nèi)回320327+L1.715324882.8882.8L合計(jì)出方汽油111000.70371.715328.51108.818.31煤油210400.79941.715328.5109222.98輕柴油218000.82651.715328.5861.918.79重柴油304000.84841.715328.580724.55重油2313600.94161.72346.5861.9199.4水蒸氣4627316014.6內(nèi)回L0.84610791079L合計(jì)320327+L入方合計(jì):321.96×10+882.8L出方合計(jì):298.63×10+1079L故由熱平衡得:321.96×10+882.8L=298.63×10+1079LL=118909kg/h=410kmol/h液相負(fù)荷L=118909/910=130.6m/h氣相負(fù)荷V=NRT/p=(117+139+100+105+410)×8.31×(346.5+273)/(0.1715×1000)=26114m/h第1層以下塔段的熱平衡見表5-125-12第1層以下塔段的熱平衡物料流率kg/h密度g/cm3操作條件焓kJ/kg熱量、KJ/h10壓力溫度氣相液相大氣壓℃入方進(jìn)料3157000.71231097.96306.62氣提蒸氣61322.98420331620.33內(nèi)回L1.57116292.9292.9L合計(jì)321832+L出方汽油111000.70371.57116627.56.97煤油210400.79941.61180443.59.33輕柴油218000.82651.70256652.714.23重柴油304000.84841.72315824.225.06重油2313600.94161.75346.5861.9199.4水蒸氣46271.57116270212.5內(nèi)回L0.71231.57116627627L中回流11.49+17.24合計(jì)321832+L入方合計(jì):326.95×10+292.9L出方合計(jì):296.22×10+627L故由熱平衡得:326.95×10+292.9L=296.22×10+627LL=91979kg/h=968.1kmol/h液相負(fù)荷L=91979/712.3+130.6=260m/h氣相負(fù)荷V=NRT/p=(375.6+117+968.1)×8.31×(116+273)/0.157×1000=30075m/h第8層以下塔段的熱平衡見表5-135-13第8層以下塔段的熱平衡物料流率kg/h密度g/cm3操作條件焓kJ/kg熱量、KJ/h10壓力溫度氣相液相大氣壓℃入方進(jìn)料3157000.78101097.96306.62氣提蒸氣67632.98420331622.43內(nèi)回L1.605162439439L合計(jì)322463+L出方汽油111000.70371.605174.5736.48.17煤油210400.79941.61180447.79.76輕柴油218000.82651.66256652.714.23重柴油304000.84841.70315824.225.06重油2313600.94161.72346.5861.9199.4水蒸氣46272773內(nèi)回L0.78101.72686686L一回流11.49二回流17.24合計(jì)322463+L入方合計(jì):329.07×10+439L出方合計(jì):304.1×10+686L故由熱平衡得:329.07×10+439L=304.1×10+686LL=101012kg/h=664.5kmol/h液相負(fù)荷L=101012/781+130.6=260m/h氣相負(fù)荷V=NRT/p=(375.6+117+664.5)×8.31×(162+273)/(0.172×1000)=24320m/h第10層以下塔段的熱平衡見表5-145-14第10層以下塔段的熱平衡物料流率kg/h密度g/cm3操作條件焓kJ/kg熱量、KJ/h10壓力溫度氣相液相大氣壓℃入方進(jìn)料3157000.79941097.96306.62氣提蒸氣61322.98420331620.33內(nèi)回L1.615180452452L合計(jì)321832+L出方汽油111000.70371.615188.5769.868.55煤油210400.79941.615188.5736.3815.49輕柴油218000.82651.66256652.714.23重柴油304000.84841.70315824.225.06重油2313600.94161.72346.5861.9199.4水蒸氣46271.615346.5280117.1內(nèi)回L0.79941.615188.5740.5740.5L中回流11.49+17.24合計(jì)321832+L入方合計(jì):326.95×10+452L出方合計(jì):308.22×10+740.5L故由熱平衡得:326.95×10+452L=308.22×10+740.5LL=63676kg/h=419kmol/h液相負(fù)荷L=63676/799.4+130.6=210m/h氣相負(fù)荷V=NRT/p=(340.6+117+139+419)×8.31×(188.5+273)/(0.1615×1000)=24091m/h第13層以下塔段的熱平衡見表5-15,塔熱平衡圖見圖55-15第13層以下塔段的熱平衡物料流率kg/h密度g/cm3操作條件焓kJ/kg熱量、KJ/h10壓力溫度氣相液相大氣壓℃入方進(jìn)料3157000.80871097.96306.62氣提蒸氣61322.98420331620.33內(nèi)回L1.63205.3510.4510.4L合計(jì)321832+L出方汽油111000.70371.63212824.29.15煤油210400.79941.63212799.116.81輕柴油218000.82651.66256652.714.23重柴油304000.84841.70315824.225.06重油2313600.94161.72346.5861.9199.4水蒸氣46271.63212287017.5內(nèi)回L0.80871.63212782.4782.4L二回流17.24合計(jì)321832+L入方合計(jì):326.95×10+510.4L出方合計(jì):299.39×10+782.4L故由熱平衡得:326.95×10+510.4L=299.39×10+782.4LL=126422kg/h=832kmol/h液荷L=126422/802.5+130.6=288.2m/h氣相負(fù)荷V=NRT/p=(340.6+117+139+832)×8.31×(212+273)/(0.163×1000)=35324m/h第17層以下塔段的熱平衡見表5-165-16第17層以下塔段的熱平衡物料流率kg/h密度g/cm3操作條件焓kJ/kg熱量、KJ/h10壓力溫度氣相液相大氣壓℃入方進(jìn)料3157000.81251097.96306.62氣提蒸氣61322.98420331620.33內(nèi)回L1.655239590590L合計(jì)321832+L出方汽油111000.70371.655248.5907.9210.08煤油210400.79941.655248.5882.818.57輕柴油218000.82651.66256652.714.23重柴油304000.84841.70315824.225.06重油2313600.94161.72346.5861.9199.4水蒸氣46271.655248.5297618.2內(nèi)回L0.81251.655248.5870870L二回流17.24合計(jì)321832+L入方合計(jì):326.95×10+590L出方合計(jì):302.78×10+870L故由熱平衡得:326.95×10+590L=302.78×10+870LL=151062.5kg/h=693kmol/hL=151062.5/812.5+130.6=316.5m/h氣相負(fù)荷V=NRT/p=(340.6+117+139+693)×8.31×(248.5+273)/(0.1655×1000)=33836m/h第19層以下塔段的熱平衡見表5-17,熱平衡圖見圖65-17第19層以下塔段的熱平衡物料流率kg/h密度g/cm3操作條件焓kJ/kg熱量、KJ/h10壓力溫度氣相液相大氣壓℃入方進(jìn)料3157000.82651097.96306.62氣提蒸氣54782.98420331618.17內(nèi)回L1.665256661661L合計(jì)321178+L出方汽油111000.70371.665264.45991.611.0煤油210400.79941.665264.45920.519.37輕柴油218000.82651.665264.45903.719.70重柴油304000.84841.70315824.225.06重油2313600.94161.72346.5861.9199.4水蒸氣46271.655264.45301016.48內(nèi)回L0.82651.655264.45912912L中回流17.24合計(jì)321178+L入方合計(jì):324.79×10+661L出方合計(jì):308.25×10+912L故由熱平衡得:324.79×10+661L=308.25×10+912LL=65896kg/h=302kmol/hL=65896/826+130.6=210.4m/h氣相負(fù)荷V=NRT/p=(340.6+117+139+302)×8.31×(264.45+273)/(0.1665×1000)=23130m/h第22層以下塔段的熱平衡見表5-185-18第22層以下塔段的熱平衡物料流率kg/h密度g/cm3操作條件焓kJ/kg熱量、KJ/h10壓力溫度氣相液相大氣壓℃入方進(jìn)料3157000.80911097.96306.62氣提蒸氣54782.98420331618.17內(nèi)回L1.68275.7745745L合計(jì)321178+L出方汽油111000.70371.68289.81012.511.24煤油210400.79941.68289.8979.0620.60輕柴油218000.82651.68289.8924.6620.16重柴油304000.84841.70315824.225.06重油2313600.94161.72346.5861.9199.4水蒸氣46271.68289.8303016.59內(nèi)回L0.80911.68289.81008L合計(jì)321178+L入方合計(jì):324.79×10+745L出方合計(jì):293.05×10+1008L故由熱平衡得:324.79×10+745L=293.05×10+1008LL=87438kg/h=302kmol/hL=87438/842+130.6=234m/h氣相負(fù)荷V=NRT/p=(340.6+117+139+302)×8.31×(289.8+273)/(0.168×1000)=26757m/h第26層以下塔段的熱平衡見表5-19,圖見圖95-19第26層以下塔段的熱平衡物料流率kg/h密度g/cm3操作條件焓kJ/kg熱量、KJ/h10壓力溫度氣相液相大氣壓℃入方進(jìn)料3157000.84621097.96306.62氣提蒸氣54782.98420331618.17內(nèi)回L1.72301.5774774L合計(jì)321178+L出方汽油111000.70371.695306.551050.211.66煤油210400.79941.695306.551037.621.83輕柴油218000.82651.695306.551029.322.44重柴油304000.84841.70315824.225.06重油2313600.94161.72346.5861.9199.4水蒸氣46271.695306.55內(nèi)回L0.84621.695306.5510881088L合計(jì)321178+L入方合計(jì):324.79×10+774L出方合計(jì):280.33×10+1088L由熱平衡得:324.79×106+774L=280.33×10+1088LL=141592kg/h=488kmol/hL=141592/845+130.6=299m/h氣相負(fù)荷V=NRT/p=(340.6+117+139+100+488)×8.31×(306.5+273)/(0.169×1000)=32721m/h由前面第27層、第18層和第9層熱平衡能夠依次得到汽液負(fù)荷第27層液相負(fù)荷:L=112684/846+130.6=263.8m/h氣相負(fù)荷V=NRT/p=(257+117+139+100+263.8)×8.31×(315+273)/(0.17×1000)=25201m/h第18層液相負(fù)荷:L=71948/845+130.6=215.7m/h氣相負(fù)荷V=NRT/p=(304.3+117+139+215.7)×8.31×(256+273)/(0.166×1000)=20550m/h第9層液相負(fù)荷:L=60147/789+130.6=206.8m/h氣相負(fù)荷V=NRT/p=(340.8+117+206.8)×8.31×(180+273)/(0.161×1000)=15540m/h數(shù)據(jù)匯總見表5-20:表5-20數(shù)據(jù)匯總表層數(shù)溫度℃壓力大氣壓液相負(fù)荷m/h氣相負(fù)荷m/h1(汽油)1161.57260300758174.51.605260243209(煤油)1801.61206.81554010188.51.61521024091132121.63288.23532417248.51.655316.53383618(輕柴油)2561.66215.72055019264.451.665210.42313022289.81.682342675726306.551.6952993272127(重油)3151.70263.82520130328.51.715130.6261145.7.1由以上各塔板氣液負(fù)荷數(shù)可得到氣液負(fù)荷圖見圖2圖2氣液負(fù)荷圖5.7.2計(jì)算塔徑。第17層塔板的氣相負(fù)荷V=33836m/h液相負(fù)荷L=316.5m/h因此氣相速率:V=33836/3600=9.40m/h液相速率:L=316.5/3600=0.008m/h氣相密度為:ρ=(11100+21040+6132+1501062.5)/33836=5.60kg/m液相密度為:ρ=151062.5/316.5=477.29kg/m5.7.3板間距與塔高有直接關(guān)系為了降低塔高常希望板間距較小但對(duì)液泛與液沫夾帶有重要的影響根據(jù)經(jīng)濟(jì)權(quán)衡得知板間距＞600mm左右為宜。另外在決定板間距時(shí)應(yīng)考慮其值不應(yīng)小于600mm。為此取塔板間距H=0.6m。5.7.4最大氣體允許速度W[16]由根據(jù)<塔的工藝計(jì)算>=0.114代入上式=0.114=1.05m/s5.7.5由表4-14得根據(jù)條件選定系統(tǒng)因數(shù)安全系數(shù)由<塔設(shè)計(jì)計(jì)算>5-2得[17]5.7.6氣相空間截面積F由式5-3得5.7.7由式5-4得由式5-5A得按規(guī)定選較小值因此5.7.8由式5-6得由式5-7得=0.11×11.26=1.24m按規(guī)定選結(jié)果較大值則5.7.9由式5-8得由式4-65得圓整后的塔徑塔截面積塔截面積為氣相流通截面積A與降液管截面積A之和。由<化工單元設(shè)備及設(shè)備課程設(shè)計(jì)>第182頁(yè)A/A==0.052實(shí)際空塔氣速塔圓整后的降液管截面積設(shè)計(jì)點(diǎn)的泛點(diǎn)率:U/W=0.75/1.05=0.65.7.10溢流裝置由于塔徑較大采用塔盤選雙流型因?yàn)榱髁枯^大故溢流堰為弓形不設(shè)進(jìn)口堰降液管為弓形[16]。5.7.12由<化工單元設(shè)備及設(shè)備課程設(shè)計(jì)>中雙溢流[16](0.5～0.7)取0.6即 由<化工單元設(shè)備及設(shè)備課程設(shè)計(jì)>中5-11得E由圖5-19查得E=1.03又知常壓塔板上清夜層高度在0.05～0.1m之間取因此底隙h5.7.13由以上設(shè)計(jì)結(jié)果得弓形降液管所占面積Af[16]A=A－A=12.56－0.052=12.5m根據(jù)以上選取的L/D按<化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)>式5-10Wd=D5.8浮閥數(shù)及排列方式5.8.1浮閥數(shù)由<化工單元設(shè)備過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)>第168頁(yè)選擇FZ-41型閥片厚度為2mm塔板厚4mmH=12.5mmd=39mm的重閥。F(閥門動(dòng)能因子)綜合考慮F對(duì)塔板效率壓力降和生產(chǎn)能力的影響根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可取F=8～13即閥門全開時(shí)比較適宜。由此可得適宜閥孔氣速u為:u=F/去F=12則u=12/=5.07m/s浮閥數(shù)N[16]F型浮閥的孔徑為39mm故浮閥個(gè)數(shù)N可據(jù):N=V/0.785ud=9.40/(0.785×5.07×0.039)=1553個(gè)5.8.2浮閥排列方式對(duì)于塔板為雙流型時(shí)利用<化工單元設(shè)備過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)>式5-16計(jì)算塔板的有效傳質(zhì)面積AA=2－2其中對(duì)于塔徑大于900mmm的W在50～75mmm之間破沫區(qū)寬度W在80～100mm之間。因此取W=0.06mW=0.1mr=D/2－W=2－0.06=1.94mx=D/2－(W+W)=2－(0.4+0.1)=1.5mx=W/2+W=0.4/2+0.1=0.3mA=2－2=6.9m開孔所占面積A=0.785nd=0.785×1553×0.039=1.86m選擇錯(cuò)排方式其孔心距t可由下方法估算。A/A==0.907t=×0.039=0.073m按t=0.075進(jìn)行布孔實(shí)排閥數(shù)n=1397個(gè)閥孔氣速u=9.4/(0.785×0.039×1397)=5.54m/s動(dòng)能因子F=5.5×=13變化不大開孔率==0.75/5.5=13.7%5.9塔板流體力驗(yàn)算5.9.1根據(jù)<塔設(shè)備工藝計(jì)算>185頁(yè)計(jì)算塔板的壓力降即(1)干板阻力[19]由式3-21a計(jì)算得臨界孔速因u0<u0,故按式3-21計(jì)算干板阻力即液柱(2)板上充氣液層阻力[19]此塔為石油精餾塔取充氣因數(shù)依式3-22知液柱(3)此阻力很小可忽略不計(jì)。因此與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓力降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹?液柱(單板壓降為:0.217×477.29×9.81=1016Pa)5.9.2液沫夾帶量校核為控制夾帶量e過(guò)大,應(yīng)使泛點(diǎn)F≤0.8～0.82.浮閥塔板泛點(diǎn)率計(jì)算由<化工單元設(shè)備及設(shè)備課程設(shè)計(jì)>中式5-20及5-21得:式中由塔板氣相密度及板間距H查圖2-26得系數(shù)C為0.14根據(jù)表5-11可查得該物系K=0.85。因此F=0.132因此泛點(diǎn)低于0.8故不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的液沫夾帶。5.9.3(1)過(guò)量液沫夾帶線關(guān)系式令F=0.8由<化工設(shè)備單元及設(shè)備課程設(shè)計(jì)>式5-36得:qvv=6680.72－17.63qvl,由此做過(guò)量液沫夾帶線1。(2)液相下線關(guān)系式對(duì)于平直堰其堰上液頭高度h必須大于0.006。取h=0.006m即可確定液相流量的下限線。h=2.84×10E,取E=1.0帶入l,求得qvl得值qvl=3.07×l=3.07×2.4=7.368(m/h)可見該線為垂直于qvl軸的直線該線記為2。(3)嚴(yán)重漏夜線關(guān)系式[17]因動(dòng)能因子F＜5時(shí)會(huì)發(fā)生漏夜故取F=5時(shí)計(jì)算相應(yīng)的流量qvv由<化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)>式5-38qvv=3600Au式中u=F/因此qvv=3600(0.785ndu)=14137.11×1397×0.039/=11085.4(m/h)上式為常數(shù)表示式為一條平行qvv軸的直線為漏夜線也稱為氣相下限線該線記為3。(4)液相上限關(guān)系式[17]t=5s降液的最大流量為:qvv=3600AH/5=720AH=720×0.6×1.25=540(m/h)可見該線為一平行qvv軸的直線記為4。(5)降液管泛線關(guān)系式當(dāng)降液管內(nèi)泡沫層升至上一層塔板時(shí)即發(fā)生了降液管液泛。根據(jù)降液管的液泛的條件得以下降液管液泛工況下的關(guān)系[17]。2.512×10+4.318×10+1.8×10=0.5由上式計(jì)算降液管泛線上點(diǎn)得表見表5-21表5-21降液管泛線上點(diǎn)qvl(m/h)110220330440550660qvv(m/h)138231364913532133841326413083由表中數(shù)據(jù)作出降液管的液泛線并記為線5。氣液負(fù)荷性能圖見下圖6塔的機(jī)械設(shè)計(jì)選擇材料筒體與封頭材料選用20R裙座材料選用Q235-B材料的有關(guān)性能參數(shù)如下:20R=123MPa=133MPa,=245MpaQ235-B=105MPa=113MPa,=235MpE=1.9×10Mpa表6-1機(jī)械設(shè)計(jì)條件主要工藝參數(shù)數(shù)據(jù)塔體