200万吨原油减压蒸馏装置的初步设计-本科毕业论文

200万吨原油减压蒸馏装置的初步设计_本科毕业论文摘要减压塔根据生产任务的不同可以分为润滑油型和燃料油型两种。本次设计参考川中原油的基本性质，川中原油属于低硫石蜡基原油，其特点是高含蜡，高凝点，沥青质含量不高，胶质高，直馏汽油辛烷值低，柴油十六烷值高，是制润滑油的好原料。根据市场对产品的需求、经济效益等方面的因素，川中原油的加工采用了润滑油型加工方案。本次设计根据任务书的要求，参照川中原油的常减压蒸馏的部分操作数据，设计完成一座年处理量为200万吨的减压蒸馏装置，设计的主要内容包括：工艺设计；塔体设计；接管、抽真空系统及加热炉负荷的计算。关键词：原油；减压塔；抽真空系统；加热炉负荷

ABSTRACTAccordingtodifferentproductiontasks,vacuumtowercanbedividedintotwokindsoftype:LubricanttypeandFueltype.ThedesignreferencesthebasicnatureofChuanzhongcrudeoil.Itbelongstosweetparaffiniccrudeoil,whichischaracterizedbyhighwax,highpourpoint,lowerasphaltenecontent,highresincontent,lowoctaneofstraight-rungasoline,highdieselcetanenumber,isgoodrawmaterialsforLubricatingoil.Accordingtomarketdemandforproducts,economicandotherfactors,theprocessingofChuanzhongcrudeoiladoptLubricanttypeprocessingprogram.Thedesignaccordingtotherequirementsofthemissionstatement,referencetosimilaratmosphericandvacuumdistillationofcrudeoilpartoftheoperatingdata,designanannualhandlingcapacityof200thousandtonsofvacuumdistillationunit,maincontentsofdesigninclude:processdesign;towerdesign;calculationofconnectorpipe;calculationofvacuumsystem;furnaceloadKeywords:crudeoil;vacuumtowercalculations;vacuumsystems;heatingload.目录1绪论 11.1设计背景 11.2技术应用与发展现状 11.3装置设备的考虑因素 21.4润滑油型减压塔的工艺特征 32减压塔的工艺计算 42.1设计数据 42.2减压塔工艺计算 42.2.1汽提蒸汽用量 52.2.2塔板形式和塔板数 52.3全塔气液负荷的计算 62.3.1全塔热量平衡计算 62.3.2减压五线塔板上的气液负荷 72.3.3减压四线塔板上的气液负荷 82.3.4减压三线塔板上的气液负荷 92.3.5减压二线塔板上的气液负荷 102.3.6减压一线塔板上的气液负荷 112.3.7二中抽出板上的气液负荷 122.3.8二中回流板上的气液负荷 132.3.9一中抽出板上的气液负荷 142.3.10一中回流板上的气液荷 152.4中段循环回流量 162.5全塔气液负荷性能图 162.6结构计算的相关参数 172.7塔径计算 172.8溢流装置的确定 182.9塔板形式、浮阀数目及排列 182.10流体力学验算 202.11塔板负荷性能图 222.12减压塔上下两段缩径的确定 242.13塔体设计 252.14接管计算 253抽真空系统 293.1蒸汽喷射器的工作原理 293.2蒸汽喷射器结构参数的确定 293.2.1级数的确定 293.2.2各级压缩比的确定 293.2.4漏入空气量G2 303.2.5油气量G3 303.2.6带入水汽量G4 313.2.7工作蒸汽用量GS 313.3喷射泵的结构尺寸计算 324加热炉负荷计算 354.1进加热炉的热量Q1 354.2出加热炉的热量Q2 354.3加热炉负荷Q 355设计结果总结 36致谢 38参考文献 391绪论1.1设计背景石油又称原油，是从地下深处开采的棕黑色可燃粘稠液体。全球石油石化工业的大规模形成和发展是在20世纪。在1910年以前，石油加工工艺仅是常压蒸馏，产品也只是照明用的煤油。随着汽车工业的发展，1910到1920年10年间，汽油成了主要的石油产品，促进了裂化工艺的发展。后来，石油加工工艺从热加工拓展到催化加工，进而发展到深度加工，形成了一个结构复杂、规模庞大的石油加工工艺技术体系。而我国石油工业经过50年来的发展，到21世纪的初期，已经形成281Mt/a的原油加工能力，生产的汽油、煤油、柴油、润滑油等石油产品基本满足的国民经济的发展和人民生活的需要。但是，进入21世纪，特别是我国成为世界贸易组织的正式成员后，按照市场准入、关税减让的相关壁垒协议，国内成品油市场将逐渐融入国际市场，不可避免的要参与世界贸易大环境下的竞争，基本依靠自有技术发展起来的我国炼油工业面临着严峻挑战，因此中国炼油行业必须加快科技创新步伐，努力提高企业竞争力[2]。原油中重馏分沸点约370～535℃，在常压下要蒸馏出这些馏分，需要加热到420℃以上。而在此温度下,重馏分会发生一定程度的裂化。因此,通常在常压蒸馏后再进行减压蒸馏。在约2～8kPa的绝对压力下，使原料油在不发生明显裂化反应的温度下蒸馏出重组分。减压蒸馏可分为润滑油型和燃料油型两类。前者各馏分的分离精度要求较高，塔板数24～26；后者要求不高，塔板数15～17。减压塔的目的是获取原油中大于350℃的馏分，常压下这些高沸点馏分会发在高温分解，不能通过常压蒸馏获得。减压塔基本要求：（a）尽量提高拔出率:因为馏分油的残碳值较低、重金属含量很少，更适宜于制备润滑油和作为裂化原料ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>林世雄</Author><Year>2009</Year><RecNum>7</RecNum><record><databasename="Untitled.enl"path="D:\我的文档\Untitled.enl">Untitled.enl</database><source-appname="EndNote"version="8.0">EndNote</source-app><rec-number>7</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">林世雄</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">石油炼制工程</style></title></titles><pages><styleface="normal"font="default"size="100%">700</style></pages><volume><styleface="normal"font="default"size="100%">4</style></volume><dates><year><styleface="normal"font="default"size="100%">2009</style></year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">石油工业出版社</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>。（b）避免油品分解：这是减压塔工作的前提。目前，我国将石油产品分为染料、润滑剂、石油沥青、石油蜡、石油焦、溶剂和化工原料六大类。1.2技术应用与发展现状(1)使用链系统控制方法对减压塔进行质量控制通过对复杂的减压塔系统模型动态分段，控制作用逐级传递到受控输出，使整个减压塔的质量控制体系更加具有适应性和稳定性，因此对提高产品的质量产生了重大的意义。由于整个系统在设计时预估和控制仅依赖局部信息，当局部发生故障时，不至于过多地降低全局性能，从而使整个减压塔质量控制自动化设备有了更高的可靠性。(2)采用“微湿式”减压蒸馏技术传统的湿式减压蒸馏技术，能耗较高，并产生大量含油污水。采用“微湿式”减压蒸馏技术(即装置工艺流程只在减压炉对流段与辐射段炉管之间注入少量中压蒸汽，减压塔不设汽提部分)，有利于提高减压拔出率，同时也有效降低了塔底汽提蒸汽量，减少了塔顶冷凝器冷却水用量，实现了能耗的降低[4]。(3)采用化工系统工程规划方法，节能降耗原油蒸馏是石油炼制厂中能耗最大的过程，近年来各炼油厂多采用化工系统工程规划方法，使热量利用更为合理。同时，利用计算机控制加热炉燃烧时的空气用量以及回收利用烟气余热，可使装置能耗显著降低。常减压蒸馏装置的耗电设备主要是机泵、风机,降低电耗的关键是提高设备效率，通过优化资源配置和调整产品加工方案,从而实现节能降耗的目标[5]。由于国内外原油日益变重，因此如何采用新技术来提高拔出率得到较多的直馏馏分油已受到国内外炼油工作者的重视。国外一些公司对减压深拔技术进行了大量较为深入的研究并拥有了一些专利技术或专有技术。近年来我国在常减压蒸馏装置的设计和改造工程中，都尽可能采用减压深拔技术以提高常减压蒸馏的总拔出率，使原油得到更充分、更有效的利用以提高经济效益。1.3装置设备的考虑因素塔设备是化工、炼油、医药、食品等工业部门中的一种重要的单元操作设备。它的性能对于整个流程的产品产量、生产能力和消耗定额以及三废处理和环境保护等各个方面，都有重大的影响。据有关材料显示，塔的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例，所消耗的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。因此，对塔的设计和研究是十分重要及必要的。塔设备的基本功能是提供气（汽）液传质的场所，使气（汽）液两相能充分接触，以获得较高的传质效率。此外，为了满足大规模工业生产的需要，塔设备还应考虑下列的几项要求：(1)生产能力大，即在较大的气、液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或者液泛等破坏正常操作的现象；(2)操作稳定、操作弹性大，塔设备的气液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作，并且塔设备应保证能长期连续操作；(3)流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小，这将有助于节省生产中的动力消耗，从而降低经常操作费用，对于减压蒸馏操作，较大的压力降还会导致系统无法维持必要的真空度；(4)结构简单、材料用量少、制造容易，这可以减少基建过程中的投资费用；(5)耐腐蚀和不易堵塞，方便操作和检修[6]。1.4润滑油型减压塔的工艺特征根据生产任务的不同，减压塔可分为润滑油型和燃料型两种。润滑油型减压塔的任务是为后续的加工过程提供润滑油原料，它的分离效果的优劣，直接影响着其后的加工过程和润滑油产品的质量。从蒸馏过程本身来说，对润滑油原料的要求主要是粘度适合、残炭值低、色度好，在一定程度上也要求流程窄。因此对润滑油型减压塔分离精确度的要求与常压蒸馏塔差不多，故它的设计计算也与常压塔类似。但由于减压下馏分之间的相对挥发度较大，而且减压塔内采用较大的板间距，故两个侧线之间的塔板数比常压塔少。减压塔各点的温度条件的求定方法按理应与常压塔相同，但是在减压塔中，内回流对油气分压的作用难以确定，因此，对减压塔的温度条件常按如下经验来求定。侧线温度—取抽出板上总压的30%～50%作为油气分压计算该分压下侧线采出品的泡点；塔顶温度——是不凝气和水蒸气离开塔顶时的温度，一般比塔顶循环回流进塔温度高出约28～40℃；塔底温度——通常比汽化段温度低约5～10℃，但也有多达摄氏十几度的特殊情况[3]。

2减压塔的工艺计算2.1设计数据年处理量为200万吨川中原油的减压蒸馏装置，初步确定五线抽出产品，油品性质数据见表2.1。表2.1油品性质油品收率（%）密度ρ20比重指数°API特性因子K分子量M体积重量减顶油0.440.410.830138.1412.6350减一线油9.749.160.841235.9212.2310减二线油15.0514.360.854033.2412.3380减三线油11.0110.750.873529.7512.5480减四线油4.814.720.877928.9512.6490减五线油2.742.700.880728.4412.4520减渣油56.2057.810.920321.5912.4620常压重油1001000.896725.612.55002.2减压塔工艺计算产品收率和物料平衡按大庆减压蒸馏生产数据及方案确定，见表2.2。表2.2物料平衡表（300天/年）油品产率（%）处理量或流率体积百分数重量百分数万吨/年kg/hKmol/h常压重油100100200277778555.54产品减顶油0.440.410.8211393.67减一线油9.749.1618.322544482.08减二线油15.0514.3628.7239889104.97减三线油11.0110.7521.502986162.21减四线油4.814.729.441311126.77减五线油2.742.705.4750014.42减渣油56.2057.81115.62160583259.01

2.2.1汽提蒸汽用量 根据川中原油减压装置的生产经验取值，各侧线产品及减渣油均采用过热水蒸汽汽提，使用温度为400℃，压力为0.4MPa的过热水蒸汽，具体见表2.3。表2.3汽提水蒸汽用量油品相对产品的百分数（%）蒸汽量（kg/h）减二线油2.3917减三线油2.4717减四线油2.5328减五线油2.6195减渣油2.23533合计-56902.2.2塔板形式和塔板数根据国内减压塔一般设计经验，本次设计选用了具有生产能力大、塔板效率高、操作弹性大、压降及液面落差小、造价低等优点的浮阀塔板，内装矩鞍环填料。图2.1减压塔简图选定各段塔板数如下，具体分布见图2.1：塔顶——减一线1层减一线——减二线6层减二线——减三线5层减三线——减四线6层减四线——减五线3层塔底汽提段4层2.3全塔气液负荷的计算2.3.1全塔热量平衡计算根据同类原油的生产数据，结合本次设计的要求，并由参考文献[10]查得此温度下的焓，对全塔的热量平衡计算见表2.4表2.4全塔热量平衡物料流率kg/h密度ρ20温度℃焓kcal/kg热量kcal/h(×106)气相液相入方进料2777780.896739326072.223气提蒸汽56904007804.438内回流合计28346876.661出方减顶油11390.8301601180.134一线油254440.841213076.51.946二线油398890.8540261159.76.370三线油298610.8735340218.76.531四线油131110.87793542313.029五线油75000.88073602331.747减渣油1605830.920337323637.898水蒸气5690606183.516内回流合计28321761.165损失量为：283468-283217=251kg/h，收率：283217/283468=99.91%，取一线回流比为2.2，则塔顶回流量为：L0=25444×2.2=55976kg/h一线回流取热：Q0=55976×(H130-H50)=55976×(76.5-31)=2.547×106kcal/h全塔回流热由热量平衡得出：Q=(76.661-61.165)×106=15.496×106kcal/h一线回流热占全塔回流热的百分数为：取一中回流热占全塔回流热的38%，二中回流热占45.5%，则有：QC1=15.496×106×0.38=5.89×106kcal/hQC2=15.496×106×0.455=7.05×106kcal/h2.3.2减压五线塔板上的气液负荷根据大庆炼油厂减压蒸馏装置采集的操作数据，并由参考文献[10]查得此温度下的焓，列于表2.5中：（取一小时为单位时间）表2.5五线抽出板上的气液平衡物料流率kg/h密度ρ20温度℃焓kcal/kg热量kcal/h(×106)气相液相入方进料2777780.896739326072.222气提蒸汽35334007802.756内回流L0.878353226226L合计281311+L74.978+226L出方减顶油11390.83013602840.323一线油254440.84123602767.022二线油398890.854036027711.049三线油298610.87353602788.301四线油131110.87793542803.671续表2.5出方五线油75000.88073602331.748减渣油1605830.920337323637.898水蒸气35333607632.696内回流L0.878360278278L合计281060+L72.708+278L由热量平衡得：74.978×106+226L=72.708×106+278L；可得：L=43654kg/h则减五线板上的汽相总量为：V21=1139+25444+39889+29861+13111+3533+43654=156.63×103kg/h则减五线板上的液相总量为：L21=43654kg/h2.3.3减压四线塔板上的气液负荷根据大庆炼油厂减压蒸馏装置采集的操作数据，并由参考文献[10]查得此温度下的焓，列于表2.6中：（取一小时为单位时间）表2.6四线抽出板上的气液平衡物料流率kg/h密度ρ20温度℃焓kcal/kg热量kcal/h(×106)气相液相入方进料2777780.896739326072.222气提蒸汽37284007802.908内回流L0.878347226226L合计281506+L75.13+226L出方减顶油11390.83013542840.323一线油254440.84123542767.022二线油398890.854035427711.049三线油298610.87353542788.301四线油131110.87793542313.029五线油75000.88073602331.748减渣油1605830.920337323637.898水蒸气37283547632.844内回流L0.875354278278L合计281255+L72.214+278L由热量平衡得：75.13×106+226L=72.214×106+278L；可得：L=56077kg/h则减四线板上的汽相总量为：V18=1139+25444+39889+29861+3728+56077=156.138×103kg/h则减四线板上的液相总量为：L18=56077kg/h2.3.4减压三线塔板上的气液负荷根据大庆炼油厂减压蒸馏装置采集的操作数据，并由参考文献[10]查得此温度下的焓，列于表2.7中：（取一小时为单位时间）表2.7三线抽出板上的气液平衡物料流率kg/h密度ρ20温度℃焓kcal/kg热量kcal/h(×106)气相液相入方进料2777780.896739326072.222气提蒸汽40564007803.164内回流L0.878333217217L合计281834+L75.386+217L出方减顶油11390.83013402700.308一线油254440.84123402636.692二线油398890.854034026210.451三线油298610.8735340218.76.531四线油131110.87793542313.029五线油75000.88073602331.748减渣油1605830.920337323637.898水蒸气4056340753.53.056内回流L0.875340263263L合计281583+L69.713+263L由热量平衡得：75.386×106+217L=69.713×106+263L；可得：L=123326kg/h则减三线板上的汽相总量为：V12=1139+25444+39889+4056+123326=193.854×103kg/h则减三线板上的液相总量为：L12=123326kg/h2.3.5减压二线塔板上的气液负荷根据大庆炼油厂减压蒸馏装置采集的操作数据，并由参考文献[10]查得此温度下的焓，列于表2.8中：（取一小时为单位时间）表2.8二线抽出板上的气液平衡物料流率kg/h密度ρ20温度℃焓kcal/kg热量kcal/h(×106)气相液相入方进料2777780.896739326072.222气提蒸汽47734007803.723内回流L0.878254157157L合计282551+L75.945+157L出方减顶油11390.83012612180.248一线油254440.84122612125.394二线油398890.8540261159.76.370三线油298610.8735340218.76.531四线油131110.87793542313.029五线油75000.88073602331.748减渣油1605830.920337323637.898水蒸气47732617153.413内回流L0.875261214214L合计282300+L64.631+214L由热量平衡得：75.945×106+157L=64.631×106+214L+7.05×106；可得：L=74807kg/h则减二线板上的汽相总量为：V7=1139+25444+4773+74807=106.163×103kg/h则减二线板上的液相总量为：L7=74807kg/h2.3.6减压一线塔板上的气液负荷根据大庆炼油厂减压蒸馏装置采集的操作数据，并由参考文献[10]查得此温度下的焓，列于表2.9中：（取一小时为单位时间）表2.9一线抽出板上的气液平衡物料流率kg/h密度ρ20温度℃焓kcal/kg热量kcal/h(×106)气相液相入方进料2777780.896739326072.222气提蒸汽56904007804.438内回流L0.8781237575L合计283468+L76.66+75L出方减顶油11390.83011301420.162一线油254440.841213076.51.946二线油398890.8540261159.76.370三线油298610.8735340218.76.531四线油131110.87793542313.029五线油75000.88073602331.748减渣油1605830.920337323637.898水蒸气5690130653.43.718内回流L0.875130143143L合计283217+L61.402+143L由热量平衡得：76.66×106+75L=61.402×106+143L+12.636×106；可得：L=38559kg/h则减一线板上的汽相总量为：V1=1139+5690+38559=45.388×103kg/h则减一线板上的液相总量为：L1=38559kg/h2.3.7二中抽出板上的气液负荷根据大庆炼油厂减压蒸馏装置采集的操作数据，并由参考文献[10]查得此温度下的焓，列于表2.10中：（取一小时为单位时间）表2.10二中抽出板上的气液平衡物料流率kg/h密度ρ20温度℃焓kcal/Kg热量kcal/h(×106)气相液相入方进料2777780.896739326072.222气提蒸汽47734007803.723内回流L0.874279170170L合计282551+L75.945+170L出方减顶油11390.83012852310.263一线油254440.84122852305.852二线油398890.85402852299.135三线油298610.87352852276.778四线油131110.87793542313.029五线油75000.88073602331.748减渣油1605830.920337323637.897水蒸气47731307263.465内回流L0.874130227227L合计282300+L68.167+227L由热量平衡得：75.974×106+170L=68.167×106+227L；可得：L=136965kg/h则二中抽出板上的汽相总量为：V14=1139+25444+39889+29861+4773+136965=238.071×103kg/h则二中抽出板上的液相总量为：L14=136965kg/h2.3.8二中回流板上的气液负荷根据大庆炼油厂减压蒸馏装置采集的操作数据，并由参考文献[10]查得此温度下的焓，列于表2.11中：（取一小时为单位时间）表2.11二中回流板上的气液平衡物料流率kg/h密度ρ20温度℃焓kcal/kg热量kcal/h(×106)气相液相入方进料2777780.896739326072.222气提蒸汽47734007803.723内回流L0.871266165165L合计282551+L75.945+165L出方减顶油11390.83012722260.257一线油254440.84122722255.724二线油398890.85402722248.935三线油298610.87352722226.629四线油131110.87793542313.029五线油75000.88073602331.747减渣油1605830.920337323637.897水蒸气47731307204.685内回流L0.871130222222L合计282300+L67.993+222L由热量平衡得：75.945×106+165L=67.993×106+222L+7.05×106；可得：L=15825kg/h则二中回流板上的汽相总量为：V13=1139+25444+39889+29861+4773+15825=116.931×103kg/h则二中回流板上的液相总量为：L13=15825kg/h2.3.9一中抽出板上的气液负荷根据大庆炼油厂减压蒸馏装置采集的操作数据，并由参考文献[10]查得此温度下的焓，列于表2.12中：（取一小时为单位时间）表2.12一中抽出板上的气液平衡物料流率Kg/h密度ρ20温度℃焓Kcal/Kg热量Kcal/h(×106)气相液相入方进料2777780.896739326072.222气提蒸汽56904007804.438内回流L0.843175104104L合计283468+L76.66+104L出方减顶油11390.83011932260.257一线油254440.84121932255.724二线油398890.8540261159.76.370三线油298610.8735340218.76.531四线油131110.87793542313.028五线油75000.88073602331.747减渣油1605830.920337323637.897水蒸气56901936833.886内回流L0.843193175175L合计283217+L65.44+175L由热量平衡得：76.66×106+104L=65.44×106+175L+7.05×106；可得：L=58732kg/h则一中抽出板上的汽相总量为：V4=1139+25444+5690+58732=91.005×103kg/h则一中抽出板上的液相总量为：L=58732kg/h2.3.10一中回流板上的气液荷根据大庆炼油厂减压蒸馏装置采集的操作数据，并由参考文献[10]查得此温度下的焓,列于表2.13中：（取一小时为单位时间）表2.13一中回流板上的气液平衡物料流率Kg/h密度ρ20温度℃焓Kcal/Kg热量Kcal/h(×106)气相液相入方进料2777780.896739326072.222气提蒸汽56904007804.438内回流L0.8421609595L合计283468+L76.66+95L出方减顶油11390.83011701640.186一线油254440.84121701634.147二线油398890.8540261159.76.370三线油298610.8735340218.76.531四线油131110.87793542313.028五线油75000.88073602331.747减渣油1605830.920337323637.897水蒸气5690193672.53.826内回流L0.842193163163L合计283217+L63.732+163L由热量平衡得：76.66×106+95L=63.732×106+163L+12.636×106可得：L=4294Kg/h则一中回流板上的汽相总量为：V2=1139+25444+5690+4294=36.567×103Kg/h则一中回流板上的液相总量为：L2=4294Kg/h2.4中段循环回流量(1)一中回流流量进塔温度：t进=145℃出塔温度：t出=193℃ρ420=0.842查焓图得：H145=83Kcal/Kg；H193=174Kcal/Kg又有，一中回流热QC1=LC1×(H193-H145)得LC1=64725Kg/h(2).二中回流流量进塔温度：t进=190℃出塔温度：t出=232℃ρ420=0.871查焓图得：H190=105Kcal/Kg；H232=192Kcal/Kg又有，二中回流热QC2=LC2×(H232-H190)得LC2=81034Kg2.5全塔气液负荷性能图将前面所求出的各段汽、液负荷列于表2.14表2.14全塔气液负荷数据位置板数液相负荷(Kg/h)汽相负荷(Kg/h)减五线板2143654156630减四线板1856077156138二中抽出板14136965238071二中回流板1315825116931减三线板12123326193854减二线板774807106163一中抽出板45873291005一中回流板2429436567减一线板138559453882.6结构计算的相关参数由全塔的气液相负荷数据可以看出，二中抽出板处的气液负荷最大，所以塔的结构参数可以根据二中抽出板的相关数据来计算。(1)操作压力：P=0.009MPa(2).操作温度：t=276(3)液相密度：=874Kg/m3(4)气相密度：由于汽相物质处于高温低压状态，可将其当成理想气体；由理想气体状态方程PV=nRT得：：(5)汽相负荷：(6)液相负荷：(7)液体表面张力：σ=0.04(N/m)2.7塔径计算由气液相流量及其密度计算液气动能参数[4]：取板间距HT=0.8m,板上清夜高度hl=0.05m则：HT-hl=0.8-0.05=0.75m查史密斯关联图[4]得：C20=0.15则有：取安全系数为0.65，则空塔气速为u=0.65Umax=0.65×5.19=3.37m/s按标准塔径圆取整后D=5.0m塔截面积AT=πD2/4=3.14×5.02/4=19.63m2实际空塔气速u=VS/AT=69.12/19.63=3.5m/s<Umax安全系数为u/Umax=3.5/5.19=0.67符合要求（0.6~0.8）2.8溢流装置的确定(1)选定塔板形式为双溢流型，堰为弓形平口堰。(2)降液管的确定：取堰长lw=0.52D，查弓形降液管的宽度与面积图[4]得：Wd/D=0.072Af/AT=0.033①堰长lw=0.52D=0.52×5.0=2.6m②降液管面积Af及宽度WdAf=0.033×19.63=0.6478m2Wd=0.072×5.0=0.360m液体在降液管中停留的时间：=（大于5s，符合要求）③堰高hW对于减压塔，取经验值25mm。④降液管底隙高度ho与受液盘形式的确定：由于有侧线抽出，采用凹形受液盘，盘深取125mm。降液管底隙高度应等于盘深，即ho=125mm。受液盘中心线上开两个Φ10的孔。2.9塔板形式、浮阀数目及排列(1).浮阀的形式选定F-1型浮阀[5]，阀孔径do=39mm，阀径为48mm(2).浮阀的排列在大塔中须将塔板分块，塔板的宽度要符合一定的规格，所以对于分块式塔板，浮阀按等腰三角形排列，并为等腰三角形叉排。(3)浮阀数目取动能因子F=14，则阀孔气速：则有浮阀个数初值：各区的尺寸确定：取边缘区宽度Wc=0.1m，破沫区宽度Ws=0.2m则有塔板上的鼓泡区总面积Aa[6](2.1)其中：将数据代入计算可以得到：Aa=5.34m2按经验取同一横排阀孔的孔心距t=75mm，相邻两排间的中心距取65mm；即t=75mm，t'=65mm，对阀孔进行重排,重新排列得阀孔数为4100。图2.2简单的浮阀排列示意图得阀孔总面积：则实际开孔率：重新核算孔速及阀动能因子：实际阀孔气速：m/s动能因子：2.10流体力学验算(1)塔板压力降h浮阀塔板的压力降，可认为由两部分组成，即气体通过干板的压力降hd和穿过板上液层的压力降hl(板上液体表面张力引起的压力降极小，可将其略去①干板压降气体通过筛孔的临界速度uoc由参考文献[9]求出临界孔速u(2.2)可得：uoc=10.75因为uoc＜u②板上液层的阻力hl(2.3)E为液流收缩系数，可借用博尔斯对泡罩塔提出的液流收缩系数计算图求取，此处取E=1.2Lh为塔内液体流量，将数据带入计算得：how=0.052m取充气系数ε=0.3，由参考文献[7]得：气体通过一层塔板的压力降hfhf=hd+hl=0.061+0.0231(2)泛液为避免发生溢流泛液，降液管内液清夜高度Hd应满足Hd＜Φ（HT（2.4）△——液面落差（此处忽略不计）hf——气体通过一层塔板的压降；此前已算出：hf=0.0823hf——液体通过降液管的阻力hL——板上清液层高度：hL=hw+所以，Hd=0.0823+0.0028+0.077=0.162mΦ为相对泡沫密度，取其值为0.3；Hd=0.162m<Φ(HT+hw)=0.3×(0.8+0.025)=0.248m(3)漏液取漏液量10%的气相动能因子F=8而实际孔速u0=14.31m/s可见：1.5<K<2，表明塔板具有足够的操作弹性。(4)雾沫夹带按参考文献[7]计算泛点率，即：(2.5)板上液体流径长度：ZL=(D-2Wd-Wd’)/2=(5.0-2×0.36-0.35)/2=2.0m板上液流面积：Ab=AT-2Af=19.63-2×0.6478=18.33m按参考文献[7]取物性系数K=0.9，由参考文献[7]查得泛点负荷系数CF=0.16，将以上数值带入泛点计算式得：泛点率=79.3%<80%，故可知雾沫夹带量能够满足ev<0.1kg(液)/kg(气)的要求。

2.11塔板负荷性能图(1)雾沫夹带线可由参考文献[7]计算泛点率，即：按泛点率80%计算VS~LS的关系，即：将数据带入得：整理得：VS=106.8-193.07LS在操作线内取LS值，按上式计算相应的VS值，标绘于图上，即得到雾沫夹带线3(2)液泛线为防止泛液，有即：≥hf+hf+hL带入即为：其中：,充气指数ε为0.3化简得到：标绘相应的LS，VS得出泛液线4。(3)液相符合上限线以τ=10s作为液体在降液管中停留时间的下限，得：（2.6）由此可以做出一条与气体流量无关的液体负荷上限线2。(4)漏液线：以F=8作为规定气体最小负荷的标准，则：在图上可作得与液体流量无关的漏液线5。(5)液相符合下限线取堰上液流高度h=35mm，按参考文献[7]算出Ls的下限值，即(2.7)E取1.2，则有由此可以做出液相符合下限线1。(6)根据已知的条件，L=0.034，V=69.12做出操作点P，过OP作一条直线交负荷性能图于A，B两点，由此可以确定汽相负荷上VS,max=91.73m3/sVS.min=40.12m3.操作弹性=91.73/40.1=2.28图：2.3筛板塔的负荷性能图先将计算结果汇总列于表2.15中。表2.15减压塔的相关参数序号项目单位数值备注1塔径Dm5.02板间距HTm0.83塔板形式-双溢流分块式塔板4空塔气速um/s3.55堰长lWm2.66堰高hm0.0257板上清夜层高度hm0.0778降液管底隙高度hm0.1259浮阀数N个4100等腰三角形叉排10阀孔气速u0m/s14.311阀孔动能因子F-13.9912临界阀孔气速uocm/s10.7514排间距t'm0.06515单板压降hm液柱0.082316液体在降液管内停留时间τs11.7817降液管内清夜层高度Hdm0.16218泛点率%79.319气相负荷上限Vs,maxm3/s91.7320气相负荷下限Vs,minm3/s40.121操作弹性-2.2822开孔率%24.92.12减压塔上下两段缩径的确定按炼油厂提供的经验数据，对塔下段缩径取其高度H'=3m，板间Ht'=0.6m，停留时间τ=10min=600s，其中液体体积流量：反应体积VR=LS×τ=0.048×600=28.8m3/s，又有(2.8)得：D=3.97m圆取整D=4.0m对减压塔上部缩径段，取其直径D=4m，高度H=4.5m，其中有1.5m的散装填料。2.13塔体设计(1)封头：采用标准椭圆形封头。(2)人孔：在第1，4，7，12，16，20层塔板上方及塔底和闪蒸各设一个人孔，其规格为Dg450(3)塔高H①塔顶空间：取HD=1.5m②进料空间：取HF=4.5m③塔的总高可以由下式计算H=H'+H''+HD+HF+ΣHt=3+4.5+1.5+4.5+22×0.8=31.1m(4)塔裙采用圆柱形裙座，裙座上开6个Φ50的排气孔，开两个510×1500mm的长圆形人孔，裙座高6m。(5)塔顶破沫网破沫网直径Q——塔顶气体流量；u——气速，取15m/sQ=nRT/P=;带入可以得到：D=1.62m，破沫网厚度为150mm。2.14接管计算(1)塔顶蒸汽管线管径d导管中的蒸汽速度uv=50m(2)回流管管径d(2.9)式子中：LS——回流液流量m3suR——回流液流速，取①一中回流管管径d取Ls=0.03②二中回流管管径d取Ls=0.03③减一线回流管管径取Ls=0.02(3)进料管管径d（2.10）其中：Vs——进料体积流量Vs=nRT/P=37m3/su——进料速度e——进料气化分率圆整取1.4m(4)塔底出料管管径dW取出料速度uW=0.5m/s，圆整取0.35m。(5)抽出管管径d(2.11)①一线油抽出管管径d1取出料速度u1=0.6m/s，圆整取0.25m。②二线油抽出管管径d2取出料速度u2=0.6m/s，圆整取0.17m。③三线油抽出管管径d3取出料速度u2=0.6m/s，圆整取0.15m。④四线油抽出管管径d4取出料速度u2=0.6m/s，圆整取0.10m。⑤五线油抽出管管径d5取出料速度u2=0.6m/s，圆整取0.10m(6)气提蒸汽入口管径（气提蒸汽t=400℃，P=0.4Mpa，=1.288kg/m3(2.11)①二线油气提蒸汽入口管管径dq2取uq=45m/s，圆整取0.08m。②三线油气提蒸汽入口管管径dq3取uq=42m/s，圆整取0.07m。③四线油气提蒸汽入口管管径dq4取uq=38m/s，圆整取0.05m。④五线油气提蒸汽入口管管径dq5取uq=35m/s，圆整取0.04m。⑤减渣油气提蒸汽入口管管径dqw取uq=34m/s，圆整取0.17m。3抽真空系统3.1蒸汽喷射器的工作原理减压塔的抽真空设备可以有蒸汽喷射器或机械真空泵。蒸汽喷射器的结构简单，没有运转部件，使用可靠而无需动力机械，而且水蒸汽在炼油厂中既安全又容易得到，因此，炼油厂中的减压塔广泛地采用蒸汽喷射器来产生真空。蒸汽喷射器的工作原理是利用高压水蒸气在喷管内膨胀，使压力能转化为动能从而达到高速流动，在喷管出口周围形成真空。蒸汽喷射器有扩压喷嘴，扩压管和一个混合室构成。驱动流体（工作蒸汽）进入时先经过扩压喷嘴，气流通过喷嘴时流速增大，压力降低，到喷嘴的出口处可达很高的流速和很低的压力，在喷嘴的周围形成高真空度。不凝气和少量水蒸汽，油气（统称为被吸收气体）从进口处被抽出来，在混合室内与驱动蒸汽部分混合并被带入扩压管，在扩压管前部，两种气流进一步混合并进行能量交换。气流在通过扩压管时。其动能又转化成压力能，流速降低而压力升高，最后压力升高达排出压力而排出。抽真空系统通常由两级抽真空器组成，在二级抽真空系统中，一级喷射器从第一个冷凝器中把不凝气抽出来，升高压力后排入中间冷凝器。在中间冷凝器，一级喷射器的工作蒸汽被冷凝出来，不凝气再被二级喷射器抽走，升高压力后排入大气。3.2蒸汽喷射器结构参数的确定3.2.1级数的确定蒸汽喷射器的级数根据减压塔所要求达到的真空度来确定。由参考文献[9]塔顶残压p20为50mmHg，排出压力p30为1.05Kg/cm2。采用两级抽真空系统。3.2.2各级压缩比的确定总压缩比按等压缩比分配，则每级的压缩比第一级第二级(与1.05×105一致)式子中：P2，P3分别表示吸入和排出压力，上标表示级数。3.2.3分解气量G1G1=0.15%G=0.0015×277778=416.67Kg/h其平均分子量M1=473.2.4漏入空气量G2(1)减压塔和管线的正常漏气量塔体积V=V1+V2+V3式子中：V1——塔上部缩径段体积，m3V2——塔中部缩径段体积，m3V3——塔下部缩径段体积，m3得V=439.6m3查图5.9-9[10]，得G21=34kg/h(2)查表5.9-5[10]，若一级喷射器扩压管喉径在200mm以上，则其漏入空气量为2.0Kg/h；若一级喷射器扩压管喉径在100~150mm以内，则其漏入空气量为1.5Kg/h；估计冷凝器壳径为1000mm，则其漏入空气量为4.0Kg/h；若为800mm，则其漏入空气量为3.0Kg/h。一级抽真空系统中漏入空气量二级抽真空系统中漏入空气量3.2.5油气量G3这是从减压塔随不凝气和水汽一起被抽出的油汽。此油汽在塔顶冷凝器中全部被冷凝，故为零。3.2.6带入水汽量G4G4是随不凝气一起被吸入的饱和水蒸气量，可由下式计算：(3.1)式子中：P0——吸入温度下的饱和蒸汽量；P——冷凝器中的压力(50mmHg)；对一级喷射器：由参考文献[9]查得，当36℃时，P0同样，对于二级喷射器：45℃时，P03.2.7工作蒸汽用量GSGS=G/μ(3.2)G——吸入气体总量μ——喷射系数工作蒸汽压力PS=0.9Mpa(1)对一级喷射器：吸入气体总量蒸汽膨胀度查图得μ'=0.6工作蒸汽用量(2)对二级喷射器：吸入气体总量蒸汽膨胀度查图得μ''=0.3工作蒸汽用量3.2.8系数CC与膨胀度有关故得：C'=4.27C''=2.38各参数结构列于表3.1：表3.1喷射器的结构参数项目单位一级喷射器二级喷射器分解气量G1Kg/h416.67416.67漏入空气量G2Kg/h4044.5油气量G3Kg/h00带入水汽量G4Kg/h1659.63116.99工作蒸汽压力PSMpa0.90.9工作蒸汽用量GSKg/h3879.882543.9系数C-4.272.383.3喷射泵的结构尺寸计算喷射泵的几何尺寸主要有喷嘴喉径d0，扩散器喉径D0，喷射泵估计总长L，吸入口直径D2和排出口直径D3。(1)喷嘴喉径d0（3.3）上式中：GS——工作蒸汽用量Kg/h；PS——工作蒸汽压力Kg/cm2则：(2)扩散器喉径D0（3.4）式子中：G2——抽吸气体量；P3——排出压力则：(