150万吨大庆原油常压塔工艺设计

1、150万吨大庆原油常压塔工艺设计摘 要石油炼厂中的第一个生产装置一般都是蒸馏装置，人们通过蒸馏将石油分割成相应的直馏汽油、煤油、轻柴油或重柴油馏分及其他馏分。蒸馏过程是炼厂中一种最根本的，也是最重要的一种工艺。蒸馏过程和设备设计是否合理，操作是否良好，对炼厂生产影响很大。因此，透彻地了解蒸馏工艺的本质规律，掌握其影响因素和设计方法，对炼油工业的专业人员来说是至关重要的。设计了年原油处理量为150万吨的常压塔，依据所给的原油实沸点蒸馏数据及产品的恩氏蒸馏数据，计算了产品的各物性数据，确定切割方案并计算了产品收率。参考同类装置确定塔板数，进料及侧线抽出位置，在假设各主要部位的操作温度及操作压力，并

2、进行了全塔热平衡计算，采取塔顶二级冷凝冷却和两个中段回流，塔顶取热：第一中段回流取热：第二中段回流取热为2:4:4，最后校核各主要部位温度都在允许的误差范围内。塔板型式选用F型阀浮塔板，双溢流形式，核算了塔板流体力学性能及操作性能，使塔板在适宜的操作范围内操作。关键词：常压塔；浮阀塔板；流体力学目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc291530123 第1章 绪 论 PAGEREF _Toc291530123 h 1 HYPERLINK l _Toc291530124 1.1 引言 PAGEREF _Toc291530124 h 1 HYPERLINK l _

3、Toc291530125 1.2 石油蒸馏装置的简单介绍 PAGEREF _Toc291530125 h 1 HYPERLINK l _Toc291530126 1.3 精馏装置的工艺特点 PAGEREF _Toc291530126 h 2 HYPERLINK l _Toc291530130 1.4 炼油技术进展 PAGEREF _Toc291530130 h 3 HYPERLINK l _Toc291530134 1.5 大庆原油 PAGEREF _Toc291530134 h 4 HYPERLINK l _Toc291530138 1.6 设计任务 PAGEREF _Toc29153013

4、8 h 5 HYPERLINK l _Toc291530139 第2章 常压塔的工艺计算 PAGEREF _Toc291530139 h 7 HYPERLINK l _Toc291530140 2.1 设计原始数据 PAGEREF _Toc291530140 h 7 HYPERLINK l _Toc291530141 2.2 原料及产品的有关参数计算 PAGEREF _Toc291530141 h 8 HYPERLINK l _Toc291530156 2.3 物料平衡 PAGEREF _Toc291530156 h 12 HYPERLINK l _Toc291530157 2.4 选定塔板数

5、、塔顶压力和塔板压力降 PAGEREF _Toc291530157 h 12 HYPERLINK l _Toc291530160 2.5 汽提蒸汽用量 PAGEREF _Toc291530160 h 13 HYPERLINK l _Toc291530161 2.6 精馏塔计算草图 PAGEREF _Toc291530161 h 13 HYPERLINK l _Toc291530162 2.7 汽化段温度 PAGEREF _Toc291530162 h 13 HYPERLINK l _Toc291530167 2.8 塔底温度 PAGEREF _Toc291530167 h 16 HYPERLI

6、NK l _Toc291530168 2.9 塔顶及侧线温度的假设与回流热分配 PAGEREF _Toc291530168 h 16 HYPERLINK l _Toc291530172 2.10 侧线及塔顶温度校核 PAGEREF _Toc291530172 h 17 HYPERLINK l _Toc291530177 2.11 全塔气、液负荷分布图 PAGEREF _Toc291530177 h 21 HYPERLINK l _Toc291530186 第3章 塔板的设计 PAGEREF _Toc291530186 h 27 HYPERLINK l _Toc291530187 3.1 所需根

7、本数据的计算 PAGEREF _Toc291530187 h 27 HYPERLINK l _Toc291530190 3.2 塔板间距 PAGEREF _Toc291530190 h 27 HYPERLINK l _Toc291530191 3.3 塔径 PAGEREF _Toc291530191 h 27 HYPERLINK l _Toc291530192 3.4 溢流装置 PAGEREF _Toc291530192 h 27 HYPERLINK l _Toc291530193 3.5 浮阀塔板布置 PAGEREF _Toc291530193 h 28 HYPERLINK l _Toc29

8、1530194 第4章 塔板水力学计算 PAGEREF _Toc291530194 h 29 HYPERLINK l _Toc291530195 4.1 气体通过浮阀塔板计算 PAGEREF _Toc291530195 h 29 HYPERLINK l _Toc291530199 4.2 液泛 PAGEREF _Toc291530199 h 29 HYPERLINK l _Toc291530200 4.3 雾沫夹带 PAGEREF _Toc291530200 h 29 HYPERLINK l _Toc291530201 4.4 浮阀塔板的负荷性能图 PAGEREF _Toc291530201

9、h 29 HYPERLINK l _Toc291530207 第5章 总结 PAGEREF _Toc291530207 h 31 HYPERLINK l _Toc291530208 5.1 计算结果汇总 PAGEREF _Toc291530208 h 31 HYPERLINK l _Toc291530209 5.2 结束语 PAGEREF _Toc291530209 h 31 HYPERLINK l _Toc291530210 参考文献 PAGEREF _Toc291530210 h 32 HYPERLINK l _Toc291530211 致 谢 PAGEREF _Toc291530211

10、h 33第1章 绪 论1.1 引言石油是一个国家经济开展国家稳定的命脉。在石油、化工生产中，塔设备是非常重要的设备之一，塔设备的性能，对于整个化工和炼油装置的产品质量及其生产能力和消耗额等均影响较大。塔设备的投资和金属用量，在整个工艺装置中均占较大比例，塔设备的设计和研究，始终受到很大的重视。塔设备广泛应用于蒸馏、吸收、萃取、气体洗涤、增湿及冷却等单元操作中，它的操作性能好坏，对整个装置的生产，产品产量，质量，本钱以及环境保护，“三废处理等都有较大的影响。近年来，国内外对它的研究越比拟多，但主要是集中在常压塔的结构和性能方面，例如：如何提高塔的稳定性、如何利用理论曲线解决常压塔在性能方面存在的

11、问题等。在原油加工的第一步中，常压蒸馏是每个正规炼厂都必须具备的，而其核心设备常压塔的性能状况将直接影响炼厂的经济效益，由于在原油加工的第一步中，它可以将原油分割成相应的直馏汽油，煤油，轻柴油或重柴油馏分及各种润滑油馏分等。同时，也为原油的二次加工提供各种原料。在进一步提高轻质油的产率或改善产品质量方面，都有举足轻重的地位。考虑到常压塔在实际应用方面的价格和意义，如何实现这样一种最经济、最容易的别离手段，是本次毕业设计选题的重要依据。近年来，石油、化工企业不断向大型化的生产开展，塔设备的单台规模也随之增大。设备大型化后，必须保证它在全负荷下运转，否那么经济损失将很大。对于大型设备的设计、制造、

12、操作和维修等，应提出更高、更严格的要求。常压塔的研究也趋于向结构材料的探索，提高设备的使用周期，主要表现在所选材料的防腐性和一些防腐材料的研究，以及设备的平安性和环保性，利用新技术的节能降耗也是当前的一个热点话题。1.2 石油蒸馏装置的简单介绍石油是极其复杂的混合物，要从原油中提炼出多种多样的燃料、润滑油和其它产品，根本的途径是：将原油分割为不同沸程的馏分，然后按照油品的使用要求，除去这些馏分中的非理想组分，或者是经由化学转化形成所需要的组成，进而获得合格的石油产品。因此，炼油厂必须解决原油的分割和各种石油馏份在加工工程中的别离问题。蒸馏正是一种适宜的手段，而且常常也是一种最经济、最容易实现的

13、别离手段，它能够将液体混合物按其所含组分的沸点或蒸气压的不同而别离为轻重不同的各种馏分，或者是别离为近似纯的产物。石油炼厂中的第一个生产装置一般都是蒸馏装置，人们通过蒸馏将石油分割成我们需要的各种馏分。所谓原油的一次加工就是指原油蒸馏而言。借助于蒸馏，我们可以将原油分割成各种半成品馏分油，也可将原油分割成一些二次重整加工的原料。在一些二次加工的装置中，蒸馏过程也是不可缺少的组成局部。蒸馏过程是炼厂中一种最根本的，也是最重要的一种工艺。蒸馏过程和设备设计是否合理，操作是否良好，对炼厂生产影响很大。因此，透彻地了解蒸馏工艺的本质规律，掌握其影响因素和设计方法，对炼油工业的专业人员来说是至关重要的。

14、1.3 精馏装置的工艺特点在炼油厂中，蒸馏操作可以归纳为三类：闪蒸；简单蒸馏；精馏。1.3.1 闪蒸平衡汽化 进料以某种方式加热至局部汽化，经过减压设施，在一个容器的空间内，于一定的温度压力下，汽、液两相迅速别离，得到相应的气相和液相产物，此过程即称为闪蒸 。1.3.2 简单蒸馏渐次汽化 简单蒸馏是实验室或小型装置上常用于浓缩物料或粗略分割油料的一种蒸馏方法。 简单蒸馏： 液体混合物在蒸馏釜中被加热，在一定压力下，当温度到达混合物的泡点温度时，液体即开始汽化，生成微量蒸汽。生成的蒸汽当即被引出并冷却后收集起来，同时液体继续加热，继续生成蒸汽并被引出。这种蒸馏方式称为简单蒸馏或微分蒸馏。1.3.

15、3 精馏 精馏分为连续精馏和间歇精馏两种。大型的工业装置一般都采用连续性处理，这样的处理量较大。间歇精馏是不稳定的过程，处理量较小。 1精馏塔的组成 进料段、精馏段、提馏段、塔顶冷回流、塔底重沸器、塔内有汽液接触措施：塔板或填料。 2精馏的原理 由于组分相对挥发度的不同，可以将不同的组分进行别离。塔顶和塔底液相回流和汽相回流的作用，沿精馏塔建立了两个梯度。a、温度梯度：沿着塔高由塔底至塔顶温度降低。 b、浓度梯度：汽液相物流的轻组分浓度从塔底至塔顶逐渐增大。 c、两个梯度的作用 由于温度和浓度梯度的存在，在每一个气液接触级内一层塔板，由下而上的较高温度和较低轻组分浓度的气相，与由上而下的较低温

16、度和较高轻组分含量的液相相互传质和传热，到达平衡而产生新的平衡的汽液两相。含轻组分少的气相，和含轻组分多的液相，进行接触，重组分把热量传给轻组分，自身冷凝成液相，轻组分被加热汽化上升，到达一个新的平衡，从而实现精制别离的目的。3石油精馏塔由于石油是一个烃类的混合物，它的产品仍然是一个混合物，所以对它的别离精度要求不高。一般石油精馏塔除塔顶和塔底有产品外，还有侧线产品，这样的塔我们把它叫复合塔。 原油精馏塔，塔底没有重沸器。它是通入水蒸汽，通过降低油气分压，使一局部带下来的轻馏分蒸发，回到精馏段。4石油精馏的工艺特点如下：a、石油产品的馏分范围较宽，精馏装置的分馏精确度远比普通蒸馏系统要求低。b

17、、原油本身是一种组分复杂的烃类混合物，其计算不能用二元和多元的精馏计算方法而只能采用经验的方法。c、原油分馏塔的提馏段中气相回流的产生和热量的供给方式有二元和多元，精馏塔也有所不同。原油精馏塔塔底温度较高，由于热源的限制和高温裂解的影响，故不采用重沸器传热，而用加热炉传热。d、由于原油分馏塔热量一般较固定，没有调节的余地。因此，塔的总回流热由全塔热平衡决定，而不是根据产品别离的精确度计算要求确定。e、根据产品的要求，分馏操作系统分级进行。f、减压操作的目的是从原油中拔出尽可能多的馏分油，但是常压塔一般只能拔出沸点在360左右的馏分，假设进一步提高拔出率，那么必须要有更高的导致油品裂解的汽化温度

18、。1.4 炼油技术进展近几年来，随着石油炼油工业的迅猛开展，原油精馏技术也取得了较大的开展。主要表达在以下几个方面。 原油的预处理原油中的杂质对蒸馏装置设备及管线的腐蚀影响装置的长周期运转。抑制腐蚀的方法有：对低温的塔顶及塔顶油气馏出线上的冷凝冷却系统采用化学防腐措施；应用“一脱四注技术；对温度大于250的塔体及塔底出口系统的设备和管线等高温部位选用新型耐腐材料。 提高拔出率与分馏精确度在不影响产品质量的情况下，提高拔出率显然有利，常压塔拔出率的提高为产品的深加工创造了有利条件。常压蒸馏和减压蒸馏生产的产品和操作压力不同，对拔出率和分馏精确度的油不同的侧重。常压蒸馏生产轻质馏分，馏分组成复杂，

19、常以提高分馏精确度为主，减压蒸馏当生产裂化材料时，对馏分组成要求不严，对馏出油只要求其残炭和重金属含量要少，在此前提下应尽可能提高拔出率。可以通过完善和改良减压蒸馏技术，优化操作方案，搞好平稳率等途径提高拔出率。 节能降耗从我国现状出发，节能应与节材、降耗、优质、增产、增收溶为一体。可以通过优化换热网络，优化中段回流取热比例，降低气化率，增加循环回流换热等途径实现节能降耗。总之，我国的常减压蒸馏技术还有待进一步挖潜。今后一段时间里，主要是搞好“一脱四注技术，进一步优化换热流程，提高换热终温，稳定加热炉效果，加速减压转油线改造，有方案的更换新型塔盘和新型填料，提高真空度，增加总拔出率，加强设备防

20、腐工作，大力推广流程模拟和计算机过程控制技术。1.5 大庆原油 大庆原油评价大庆原油其特点是含蜡量高、凝点高、硫含量低，属于低硫石蜡基原油，有经验数据可知，大庆原油的各类馏分油的性质大致如下：1直馏汽油辛烷值较低，初馏点200馏分辛烷值大约在37左右，是重整调和的优等原料。2航煤结晶点较高，只能符合2#喷气燃料指标。直馏180300馏分因其烃含量较低，含硫较少，适量精制后可得到优质灯用煤油。3柴油馏分的柴油指数一般高于70,180300馏分可生产-20#轻柴油，180330馏分可生产-10#轻柴油，具有良好的燃烧性能。煤油、柴油宽馏分含烷烃多，可裂解生产乙烯。4润滑油脱蜡结果说明，脱蜡收率为5

21、5.866.1%，粘度指数比拟高，320500馏分油，由于含烷烃量高cp73，稠环芳烃含量低，硫氮重金属含量低，是很好的裂解原料。5350550馏分油，由于粘度指数较高，是良好的生产润滑油的原料。6胶质、沥青质含量低。1.5.2 大庆原油加工方案确实定根据大庆原油的性质，按照产品规格要求，产品切割方案确定如下：1初馏塔顶产品做重整原料随着汽车行业的开展，高标号汽油需求日益增加，大庆原油重整原料和汽油馏分的密度、酸度、硫含量都较高，碘值也较高，汽油的马达法辛烷值低，需精制、调和后的质量合格的产品。2常一线产品随着航空事业的开展，航煤需求量不断增加，价格较高。130230馏分的闪点低，可以满足生产

22、3#航煤。3常二线产品80250馏分满足生产1#航煤指标。4常三线产品200350柴油馏分收率较高，十六烷值较高，凝点为010，实际胶质低，酸值较大，生产0#柴油需精制。5塔底重油350以后的馏分所占比重大，因其密度较低，残炭、粘度都不大，大于350馏分中饱和烃含量高达75%以上，大庆原油的重油及渣油可做催化裂化的原料油。1.5.3 装置流程确实定整个流程采用三段汽化的方法，即设置初馏塔、常压塔和减压塔。本设计常压塔局部选用浮阀塔板，双溢流。1.6 设计任务本次设计的主要任务是设计加工150万吨/年大庆原油常压塔，其主要内容有：(1) 汽相液相负荷的计算，塔径、塔高及塔板水力学性能的计算等；(

23、2) 塔内汽、液相负荷通过热平衡逐板计算；(3) 塔径由塔内的最大汽、液相负荷决定，通过塔板水力学实验验证设计是否合理，操作是否适宜。第2章 常压塔的工艺计算2.1 设计原始数据本装置生产加工的是大庆原油，大庆原油评价数据如下：大庆原油属于低硫石蜡基原油，其原油性质见表2.1。表2.1 大庆原油的性质性质大庆原油密度20，g/cm30.858750运动粘度,10-6m2/s19.5凝点，32含蜡量吸附法，%25.1沥青质，%0.1硅胶胶质，%8.9酸值，mgKOH/g残炭，%3.0元素分析，%C86.3H13.5S0.15N微量金属V0.1Ni2300馏出，%25.6表2.2 原油实沸点蒸馏数

24、据序号沸点范围占原油/mass%每馏分收率总收率1IBP1304.24.22IBP1301.15.3313024010.215.542403108.524.053103506.230.263503703.834.0737045012.746.7845053013.360.0953040100.0表2.3 恩式蒸馏数据产品d420D15.615.6恩氏蒸馏/IBP10%30%50%70%90%EBP蒸顶0.69330.69844161758897111127常顶0.70770.71285272818896108128常一线0.77570.7804124142155170188210236常二线0

25、.81570.8202253257264275285293301常三线0.83660.84103133153203233283353412.2 原料及产品的有关参数计算2.2.1 体积平均沸点(tv)由公式：tv=t10+t30+t50+t70+t90/5可知汽油馏分 tv=72+81+88+96+108/5=89航煤馏分tv=142+155+170+188+210/5=173轻柴馏分tv=257+264+275+285+293/5=274.8重柴馏分tv=315+320+323+328+335/5=324.22.2.2 恩氏蒸馏曲线斜率S由公式：斜率S=t90t10/9010，可知汽油馏分

26、斜率S=10872/9010=0.45航煤馏分 斜率S=210142/9010=0.85轻柴馏分 斜率S=293257/9010=0.45重柴馏分 斜率S=335315/9010=0.252.2.3 立方平均沸点Tcu由公式Tcu =tvcu和公式Lncu=0.823680.08997tv0.45+2.45679S0.45，可计算出：汽油：cu=1.24，Tcu =891.24=87.76 煤油：cu=1.73，Tcu =891.24=171.27 轻柴：cu=0.79，Tcu =891.24=271.01 重柴：cu=0.49，Tcu =891.24=323.712.2.4 中平均沸点TMe

27、由公式TMe = tvMe和公式LnMe =1.531810.0128 tv0.6667+3.64678S0.3333，可计算得：汽油：Me =2.74，TMe =892.74=86.26煤油：Me =4.60，TMe =1734.60=168.4 轻柴：Me =2.06，TMe =274.82.06=272.74 重柴：Me =1.18，TMe =324.21.18=323.022.2.5 特性因数K由公式K=1.216T1/3/d15.6，得汽油K=12.12，煤油K=11.78，轻柴K=12.12，重柴K=12.15。2.2.6 比重指标API0由石油化学书表可知：API0=141.5/

28、 d15.615.6-131.5，得汽油API0=67.01，煤油API0=49.82，轻柴API0=41.02，重柴API0=36.75。2.2.7 各馏分分子量(M) 由比重因数和特性因数查?石油炼制工程?图3-6得，汽油M=92，煤油M=132，轻柴M=230，重柴M=280。2.2.8 临界温度tc由临界温度计算公式：tc =85.66+0.9259D0.395910-3D2，其中D=d15.61.8tv+132，汽油馏分：D=0.71281.889+132=208.28，tc =85.66+0.9259D0.395910-3D2=261.34；煤油馏分：D=0.78041.8173+

29、132=346.03，tc =85.66+0.9259D0.395910-3D2=358.65。2.2.9 临界压力PC由临界压力计算公式：Pc=6.14831012tv-2.6177d15.62.4858/1.013105，得汽油馏分Pc=6.1483101289-2.6177d15.62.4858/1.013105=3.124MPa，煤油馏分Pc=62.6177d15.62.4858/1.013105=0.838 MPa。2.2.10 焦点温度恩氏蒸馏体积平均沸点和恩氏蒸馏10%90%馏分的曲线斜率，查?石油炼制设计数据图表集?图3-5-3，得到焦点温度与临界温度

30、的差值：汽油馏分：焦点温度-临界温度=39，那么焦点温度=261.34+39=300.34；煤油馏分：焦点温度-临界温度=42，那么焦点温度=358.65+42=400.65。2.2.11 焦点压力恩氏蒸馏体积平均沸点和恩氏蒸馏10%90%馏分的曲线斜率，查?石油炼制设计数据图表集?图3-5-4，得到焦点温度与临界温度的差值：汽油馏分：焦点压力-临界压力=1.7MPa，那么焦点压力=31.24+17=4.824MPa；煤油馏分：焦点压力-临界压力=1.15MPa，那么焦点压力=8.38+11.5=1.988MPa。综合以上计算结果，得出大庆油的性质参数，见表2.4。表2.4 大庆油的物性参数表

31、产品汽油煤油轻柴油重柴油d4200.70770.77570.81570.8366D15.615.60.71280.78040.82020.8410API067.0149.8241.0236.75S/%0.450.850.450.25Tcu/87.76171.27271.01323.71K12.1211.7812.1212.15M92132230280tv/89173274.8324.2TMe/86.26168.4272.74323.02焦点温度/300.34400.65焦点压力/ MPa4.8241.988PC/ MPa3.1240.838TC/261.34358.652.2.12 平衡汽化温

32、度由?石油炼制工程?图7-15换算50%点温度。如汽油的恩氏蒸馏10%70%点斜率=97-61/70-10= 0.60/%，由图查得：平衡汽化50%点温度 - 恩氏蒸馏 50%点温度 = 1，那么平衡汽化50% 温度= 88+1 = 89，其他馏分50%点温度列于表2.5。表2.5 各馏分的平衡汽化50%点温度/馏分汽油煤油轻柴重柴平衡汽化50%温度89174289.6344.6由?石油炼制工程?图7-16查得平衡汽化曲线各段温差列于表2.6。由50%点及各线段温差推算平衡汽化曲线的各点温度，以汽油为例：70%点温度=89+3.1=92.1；90%点温度=92.1+4.3=96.4；100%点

33、温度=96.4+6.2=102.6。同理可得常一线、常二线、常三线油平衡汽化数据，见表2.7。表2.6 平衡汽化曲线各段温差曲线线段恩氏蒸馏温差/平衡汽化温差/汽油煤油轻柴油重柴油汽油煤油轻柴油重柴油010%2018427.1111030%913756.93.82.43050%7151137.551.55070%8181053.184.11.37090%1222874.310.13.1390100%2026866.292.21.8表2.7 各馏分平衡汽化曲线的各点温度/斜率S700%10%30%50%70%90%100%汽油0.608992.196.4102.6煤油0.77152.5159.6

34、166.5174182192.1201.1轻柴油0.47279.8280.8284.6289.6293.7296.8299重柴油0.22339.7340.7343.1344.6345.9348.9350.72.2.13 实沸点切割范围查?石油炼制设计数据图表集?图3-2-2得：实沸点50%点温度-恩氏蒸馏50%点温度=0.2，实沸点50%点温度=88+0.2=88.2，其他馏分实沸点50%点温度列于表2.8。表2.8 各馏分的实沸点50%点温度/馏分汽油煤油轻柴重柴实沸点50%点温度88.2173.8287339.2由?石油炼制设计数据图表集?图3-2-1查得实沸点蒸馏曲线各段温差，见表2.9

35、。由50%点及各线段温差推算实沸点曲线的各点温度，以汽油为例：实沸点70%点温度=88.2+12.6=100.5；实沸点90%点温度=100.5+16.2=116.7；实沸点100%点温度=116.7+21.8=138.5。同理可得常一线、常二线、常三线油实沸点蒸馏数据，见表2.10。表2.9 实沸点蒸馏曲线各段温差曲线线段恩氏蒸馏温差/实沸点蒸馏温差/汽油煤油轻柴油重柴油汽油煤油轻柴油重柴油010%201842328.84.61030%9137524.214.210.43050%71511324195.85070%81810512.62515.287090%12228716.227.8111

36、090100%20268621.828.19.37.2表2.10 各馏分实沸点曲线的各点温度/馏分0%10%30%50%70%90%100%汽油88.2100.5116.7138.5煤油93.6125.6149.8173.8198.8226.6254.7轻柴油245253.8268287302.2313.2322.5重柴油318.4323333.4339.2347.2357.2364.42.2.14 馏分占原油重量收率转化为体积收率原油密度为0.8587和各组分重量收率，计算各馏分的体积收率，以初馏塔为例，总收率占原油重量的4.2%，相对密度d420=0.6933，原油密度为0.8587，那么

37、其转化为体积收率是：每馏分占原油体积V1%=4.2/0.69330.8587=5.2。同理可得到其它各馏分的体积收率，结果见表2.11。表2.11 各馏分是沸点蒸馏的质量收率和体积收率组分初馏塔汽油煤油轻柴油重柴油密度0.69330.70770.77570.81570.8366收率/mass%4.21.110.28.56.2体积收率%5.21.311.38.96.42.3 物料平衡物料平衡可由同一原油，同一产品方案的相同装置的常压塔的生产数据确定，确定后列常压塔物料平衡表，见表2.12。表2.12 常压塔物料平衡表按年开工330天计算类别体积收率/%重量收率/%年处理量/万吨/年日处理量/t/

38、d时处理量/kg/h摩尔量/kmol/h原油3009090.9375000初馏塔5.24.212.6381.815750汽油1.31.13.3100.0412545航煤11.310.230.6927.338250290轻柴8.98.525.5772.731875139重柴6.46.218.6563.62325083重油69.8209.46345.4261750损失00002.4 选定塔板数、塔顶压力和塔板压力降2.4.1 选定塔板数本装置设计选用浮阀塔板，参照常压塔塔板数国外文献推荐值和国内某些炼厂常压塔塔板数，见表2.13。.表2.13 各段选定塔板数表塔板数汽油煤油段9层考虑一线生产航空煤

39、油煤油轻柴段6层轻柴重柴段6层重柴汽化段3层塔底气提段4层考虑采用两个中断回流，每个用3层换热塔板，共6层，全塔塔板数总计为34层。2.4.2 操作压力取塔顶产品罐压力为0.13MPa，塔底采用两级冷凝冷却流程，取塔顶空冷器压力降为0.01MPa，使用一个管壳式后冷气，壳层压力降取0.017MPa。故塔顶压力 = 0.13 + 0.01 + 0.017 = 0.157 绝压，取每层浮阀塔板压力为0.5KPa，那么推算得常压塔各关键部位的压力，见表2.15。取转油线压力降为 0.035MPa，那么加热炉出口压力 = 0.173 + 0.035 = 0.208MPa。表2.15 常压塔各关键部位的

40、压力名称压力/MPa塔顶0.157一线抽出第9层上0.161二线抽出第18层上0.166三线抽出第27层上0.170汽化段第32层下0.1732.5 汽提蒸汽用量侧线产品及塔底重油都用过热蒸汽汽提，使用的是420、压力0.3MPa的过热蒸汽，所取汽提蒸汽量见表2.16。.表2.16 汽提蒸汽用量油品质量分数对油/%kg/hkmol/h一线煤油3114863.8二线轻柴油395653.1三线重柴油2.865136.2塔底重油25235290.8合计7990443.92.6 精馏塔计算草图2.7 汽化段温度 汽化段中进料的汽化率与过汽化度取过汽化度为进料的2%质量分数或2.03%体积分数，即过汽化

41、量为7500kg/h。进料在汽化段中的汽化率eF为：eF体积分数=1.3+11.3+8.9+6.4+2.03%=29.93%。 汽化段油气分压汽化段中各物料的流量如下：汽油45kmol/h煤油290kmol/h轻柴油139kmol/h重柴油83kmol/h过汽化油25kmol/h油气量合计582kmol/h其中过汽化油的相对分子质量取300。塔底汽提水蒸气290.8kmol/h。汽化段的油气分子数为汽化段的油气分压为：0.173582/582+290.8=0.115MPa。塔底重油261750kg/h进料375000kg/h过汽化油7500kg/h0.17 MPa第二中段回流取热24.7210

42、6 kJ/mol0.157MPa第一中段回流取热24.72106kJ/mol34734354 31303262727718202213164911131201汽油4125kg/h蒸汽7990kg/h回流总热量：354.83106kJ/mol 塔顶冷回流26186kg/h取热12.36106kJ/mol汽提蒸汽1148kg/h煤油38250kg/ht=420轻柴油汽提蒸汽956kg/h420 轻柴油31875kg/h重柴油汽提蒸汽651kg/h420 重柴油23250kg/h塔底汽提蒸汽5235kg/h420 图2.1 常压塔的计算草图2.7.3 汽化段温度的初步求定根据原油在常压下的实沸点曲线

43、与平衡汽化曲线可知其交点为293，根据?石油炼制工程?图3-1，将此交点温度293换算为0.115MPa下的温度，得296，从该交点做垂直于横坐标的直线A，在A线上找得296点，过此点作平行于原油常压平衡汽化曲线的曲线4，即为原油在0.115MPa下的平衡汽化曲线。由曲线4可以查出当eF为29.93%体积分数时的温度为354，此即欲求的汽化段温度tF。由于tF是由相平衡关系求得，还需对它进行校核。2.7.4 tF的校核校核的主要目的是看由tF要求的加热炉出口温度是否合理，校核的方法是绝热闪蒸过程的热平衡计算，以求得炉出口温度。当汽化率eF = 29.93%体，tF = 354时，进料在汽化段的

44、焓计算，见表2.17，hF=354.83106/375000=946.2kJ/kg表2.17 进料带入汽化段的热量QFP = 0.173 MPa，t =354油料焓kJ/kg热量kJ/h气相液相汽油117011704125=4.83106煤油1162116238250=44.45106轻柴油1133113331875=36.11106重柴油1122112223250=26.09106过汽化油112211227500=8.42106重油924924254250=234.93106合计QF =354.83106再求出原油在加热炉出口条件下的焓，按上述方法作出原油在炉出口压力0.208MPa下平衡汽

45、化曲线3。因考虑生产航空煤油，限定炉出口温度不超过360 ，由曲线3读出360 时的汽化率e0为24%体积分数，显然e0eF即在炉出口条件下，过汽化油和局部重柴油处于液相，据此可算出进料在炉出口条件下的焓值h0，计算见表2.18。图2.2 原油的实沸点蒸馏曲线与平衡汽化曲线1原油的常压下实沸点蒸馏曲线；2原油的常压平衡汽化曲线3炉出口压力下原油的平衡汽化曲线；4汽化段油气分压下原油的平衡汽化曲线表2.18 进料在炉出口处携带的热量Q0P = 0.208MPa，t = 360油料焓kJ/kg热量kJ/h气相液相汽油118411844125=4.88106煤油1176117638250=44.98

46、106轻柴油1146114631875=36.53106重柴油气相局部1136113616290=18.51106液相局部9909906960=6.89106重油943943261750=246.83106合计QF =358.62106那么h0 =358.62106/375000 = 956.3kJ/kg。核对结果说明h0略高于hF，那么在设计的汽化段温度354 之下，既能保证所需的拔出率体积分数29.93%，炉出口温度也不致超过允许温度。2.8 塔底温度取塔底温度比汽化段温度低7 ，即塔底温度=354 7 = 347 2.9 塔顶及侧线温度的假设与回流热分配2.9.1 假设塔顶及各侧线温度

47、参考同类装置的经验数据，假设塔顶及各侧线温度如下：表2.19 假设塔顶及侧线温度塔顶温度120 煤油抽出板第9层温度164 轻柴油抽出板第18层温度277 重柴油抽出板第27层温度326 2.9.2 全塔回流热 按上述假设的温度条件作全塔热平衡，见表2.20，由此求出全塔回流热。表2.20 全塔回流热物料流率kg/h密度20g/cm3操作条件焓kJ/kg热量kJ/h压力MPa温度气相液相入方进料3750000.85870.173354354.83106汽提蒸汽79900.3420331126.45106合计382990381.28106出方汽油41250.70770.1571206362.62

48、106煤油382500.77570.16116441015.68106轻柴油318750.81570.16627773123.30106重柴油232500.8366039106重油2617500.90680.173347901235.84106水蒸气79900.157120270821.64106合计367240319.47106所以，全塔回流热Q =381.28106 - 319.47106 = 61.81106 kJ/h2.9.3 回流方式及回流热分配塔顶采用二级冷凝冷却流程，塔顶回流温度定为60 。采用两个中段回流，第一个位于煤油侧线与轻柴油侧线之间第1113层

49、，第二个位于轻柴油侧线与重柴油侧线之间2022层。表2.21 回流热分配塔顶回流取热20%Q0=12.36106 kJ/h第一中段回流取热40%QC1=24.72106 kJ/h第二中段回流取热40%QC2=24.72106 kJ/h2.10 侧线及塔顶温度校核2.10.1 重柴油抽出板第27层温度按图2.1作第27层以下塔段的热平衡，见图2.3和表2.22。.表2.22 第27层以下塔板的热平衡物料流率Kg/h密度操作条件焓kJ/kg热量kJ/h压力MPa温度气相液相入方进料3750000.85870.173354354.83106汽提蒸汽52350.30420331117.33106内回流

50、L0.82540.170319856856L合 计380235+L 372.16106+856L出方汽油41250.7077051106煤油382500.77570.170326108341.42106轻柴油318750.81570.170326105733.69106重柴油232500.8366039106重油2617500.90680.173347901235.84106水蒸气52350.170326311816.32106内回流L0.82540.17032610481048L合 计364485+L 352.17106+1048L进料37

51、5000kg/h343130汽油4125kg/h煤油38250kg/h轻柴油31875kg/h重柴油23250kg/h蒸汽7990kg/h回流气体蒸汽5235kg/h塔底汽提蒸汽5235kg/h420 塔底重油261750kg/ht=34727图2.3 第27层以下塔段的热平衡由热平衡得：372.16106+856L =352.17106+1048L所以内回流L=104115kg/h 或 L=104115/282=369.2kmol/h。重柴油上方气相总量： 45+290+139+369.2+290.8=1134kmol/h重柴油蒸气即内回流分压为：0.170369.2/1134=0.0553

52、MPa由重柴油常压恩氏蒸馏数据换算0.0553MPa下平衡汽化0%点温度。查?石油炼制工程?图7-15和图7-16先换算得常压下平衡汽化数据，再用图7-26换算成0.0553MPa下平衡汽化数据，计算结果如下：工程010%30%50%恩氏蒸馏温度313315320323恩氏蒸馏温差253平衡汽化温差12.41.5常压平衡汽化温度344.60.0553MPa下平衡汽化温度325.2326.2328.6330.1由上求得0.0553MPa下重柴油的泡点温度为325.2，与原假设的326很接近，可以认为原假设温度是正确的。2.10.2 轻柴油抽出层第18层温度校核表2.23 轻柴油抽出层热平衡物料流

53、率Kg/h密度操作条件焓kJ/kg热量kJ/h压力MPa温度气相液相入方进料3750000.85870.173354354.83106汽提蒸汽58860.30420331119.49106内回流L0.81570.166269890890L合 计380886+L 374.32106+890L出方汽油41250.70770.1662779724.01106煤油382500.77570.16627795536.53106轻柴油318750.81570.16627773123.30106重柴油232500.8366039106重油2617500.90680.173347901

54、235.84106水蒸气58860.166277301817.76106内回流L0.81570.166277938938L合 计380886+L 337.83106+938L由热平衡得 374.32106+890L = 337.83106+938L，得：L17=760208kg/hL17=760208/285=2667kmol/h 轻柴油抽出板上方气相总量为：V18 =45+290+139+83+2667=3224kmol/h轻柴油蒸汽即内回流分压为：0.1662667/3224=0.137MPa由重柴油常压恩氏蒸馏数据换算0.137MPa下平衡汽化0%点温度。查?石油炼制工程?图7-15和图

55、7-16先换算得常压下平衡汽化数据，再用图7-26换算成0.137MPa下平衡汽化数据，计算结果如下：工程010%30%50%恩氏蒸馏温度253257264275恩氏蒸馏温差471110平衡汽化温差13.854.1常压平衡汽化温度2890.125MPa下平衡汽化温度276.3277.3281.1286.1由上求得0.137MPa下重柴油的泡点温度为276.3，与原假设的277很接近，可以认为原假设温度是正确的。 煤油抽出层第9层温度校核表2.24煤油抽出层的热平衡物料流率Kg/h密度操作条件焓kJ/kg热量kJ/h压力MPa温度气相液相入方进料3750000.85870.173354354.8

56、3106汽提蒸汽68420.30420331122.65106内回流L0.77870.161160402402L合 计381842+L 377.48106+402L出方汽油41250.70770.1611648324.51106煤油382500.77570.16116441015.68106轻柴油318750.81570.16627773123.30106重柴油232500.8366039106重油2617500.90680.173347901235.84106水蒸气68420.161164279419.12106内回流L0.77870.161164700700L合

57、计381842+L 318.84106+700L由热平衡得：377.48106+402L = 318.84106+700L所以，内回流L=196778kg/h 或 L=196778/154=1278kmol/h。煤油上方气相总量： 45+290.8+83+1278=1696.8kmol/h煤油蒸气即内回流分压为：0.1611278/1696.8=0.121MPa由煤油常压恩氏蒸馏数据换算0.121MPa下平衡汽化0%点温度。查?石油炼制工程?图7-15和图7-16先换算得常压下平衡汽化数据，再用图7-26换算成0.121MPa下平衡汽化数据，计算结果如下：工程010%30%50%恩氏蒸馏温度1

58、42155170188恩氏蒸馏温差18131518平衡汽化温差7.16.97.58常压平衡汽化温度174.20.0553MPa下平衡汽化温度164.3171.4178.9186.9由上求得0.121MPa下重柴油的泡点温度为165.3，与原假设的164很接近，可以认为原假设温度是正确的。2.10.4 塔顶温度塔顶冷回流温度 t0=60，其焓值=164kJ/kg塔顶温度t1=120，回流汽油蒸气的焓=636 kJ/k，故塔顶冷回流量为L0 =Q/+=12.36106/636-164=26186kg/h。塔顶油气量汽油+内回流蒸气为：26186+4125/92=329kmol/h塔顶水蒸气流量为：

59、7990/18=444kmol/h塔顶油气分压为：P分 = 0.157329/444+329=0.067MPa塔顶温度为其油气分压下的露点温度。由恩氏蒸馏数据换成汽油常压露点温度为102.8，又知其焦点温度和焦点压力依次为300.34和48.24MPa，据此可在平衡汽化坐标纸上做出汽油的平衡汽化100%的p-t线，如图2.3，查得0.067MPa下的露点温度为123，考虑存在不凝气，该温度乘以系数0.97，那么塔顶温度为：1230.97=119.3，与假设的120很接近，故原假设正确。塔顶水汽分压为： 0.157-0.067=0.090MPa，相应于此压力下的饱和水蒸气温度为98，远低于塔顶温

60、度120，故水蒸气在塔顶处于过热状态，不会冷凝。2.11 全塔气、液负荷分布图 由于前面的计算结果，第一层，第九层，第十八层，第二十七层的汽液负荷已求出，再计算第十三层，第二十二层，第三十层气液负荷。图2.4 汽油的露点线相图2.11.1 第13层塔板下气液相负荷表2.25 第13层热平衡物料流率Kg/h密度温度焓kJ/kg热量kJ/h气相液相入方进料3750000.8587354354.83106汽提蒸汽6842420331122.65106内回流L0.7957195515515L合 计381842+L 377.48106+515L出方汽油41250.70771991992383263471