【《中原混合原油常压蒸馏的初馏塔工艺计算过程案例》4300字】

中原混合原油常压蒸馏的初馏塔工艺计算过程案例1.1原油数据的求取(1)原油的实沸点温度：原油实沸点蒸馏温度由图2-2曲线得到，汇总在表4-1：表4-1原油实沸点蒸馏温度油品实沸点蒸馏温度，℃10%30%50%70%90%原油139264396490649(2)恩氏蒸馏温度：查文献[11]P201得原油的实沸点蒸馏50%点温度：假设实沸点蒸馏与恩氏蒸馏50%点温度之差值为15℃，由图7-12查得恩氏蒸馏50%点温度为381℃，而实沸点蒸馏50%点温度为396℃。查图7-13得恩氏蒸馏曲线各段温差如下表： 表4-2原油恩氏蒸馏曲线各段温差曲线线段实沸点蒸馏温差，℃恩氏蒸馏温差，℃10%~30%125106.330%~50%132113.350%~70%9487.570%~90%159139.1 30%点=381-113.3=267.7℃10%点=267.7-106.3=161.4℃70%点=381+87.5=468.5℃90%点=468.5+139.1=607.6℃原油的10%~90%恩氏蒸馏温度整理如下表：表4-3原油的恩氏蒸馏温度油品恩氏蒸馏温度，℃10%30%50%70%90%原油161.4267.7381468.5607.6(3)体积平均沸点tV：查文献[12]P57求得：(4)恩氏蒸馏10%~90%斜率S：查文献[12]P57求得：(5)质量平均沸点tW：查文献[12]P58求得：(6)实分子平均沸点tm：查文献[12]P58求得：(7)中平均沸点tMe：查文献[12]P58求得：(8)特性因数K：查文献[12]P63求得：(9)相对分子质量M：查文献[12]P65图3-4，由比重指数API°和特性因数K，可查得相对分子质量M：API°=33.23K=11.80得M=251(10)平衡汽化温度：恩氏蒸馏50%点温度为381℃，查文献[12]P190图6-10得平衡汽化50%点温度：10%~70%斜率S：由381℃、5.118℃/%查得差值为-13℃，则平衡汽化50%点温度为381-13=368℃查文献[12]P191图6-11得平衡汽化曲线温差，如下表：表4-4平衡汽化曲线温差曲线线段恩氏蒸馏温差，℃平衡汽化温差，℃10%~30%106.380.030%~50%113.378.550%~70%87.559.070%~90%139.175.0 30%点=368-78.5=289.5℃10%点=289.5-80.0=209.5℃70%点=368+59.0=427℃90%点=427+75=502℃将计算结果列在下表：表4-5原油的平衡汽化温度油品平衡汽化温度，℃10%30%50%70%90%原油209.5289.5368.0427.0502.0(11)真临界温度，假临界温度：查文献[13]P127图4-2-2，由比重指数API°和实分子平均沸点tm(℉)得到假临界温度tC’(℉)，由比重指数API°和重量平均沸点tW(℉)得到真临界温度tC(℉)：API°=33.23tW=742.87℉tm=491.14℉查得：tC=1020℉tC’=830℉(12)假临界压力Pc’：由比重指数API°和中平均沸点tMe(℉)在文献[13]P131图4-2-4查得假临界压力Pc’[磅/时2(绝压)]API°=33.23tMe=582.69℉得：Pc’=237磅/时2(绝压)即237×0.006895=1.634MPa(13)焦点温度：查文献[12]P201图6-22，由恩氏蒸馏10%~90%斜率S和恩氏蒸馏体积平均沸点tV得出：S=5.578℃/%tV=377.24℃得差值为46℃焦点温度=443.3+46=489.3℃(14)焦点压力：查文献[12]P202图6-23，由恩氏蒸馏10%~90%斜率S和恩氏蒸馏体积平均沸点tV得出：得差值为9.1atm即9.1×0.1013=0.922MPa焦点压力=1.634+0.922=2.556MPa将原油数据列于下表：表4-6原油平均沸点数据油品体积平均沸点tV，℃恩氏蒸馏10%~90%斜率S，℃/%重量平均沸点tW，℃实分子平均沸点tm，℃中平均沸点tMe，℃原油377.245.578394.93255.08305.94 表4-7原油相关性质参数油品密度g/cm3比重指数(API°)特性因数(K)相对分子质量(M)焦点参数温度，℃压力，MPa原油0.854833.2311.80251489.32.5561.2初馏塔的操作条件1.2.1操作压力的确定取塔顶产品罐压力为0.13MPa，塔顶采用二级冷凝冷却流程，取塔顶空冷器压降为0.01MPa，使用一个管壳式冷凝冷却器为后冷器，壳程压降为0.015MPa。所以塔顶压力为：0.13+0.01+0.015=0.155MPa根据文献[14]P11表1-5，取初馏塔塔板数为25层，在第21块板进料。塔板选用浮阀塔板，根据文献[12]P237，每块塔板的压降取0.5kPa，则：塔顶压力：0.155MPa汽化段压力：0.165MPa塔底压力：0.167MPa1.2.2操作温度的确定(1)汽化段温度：取过汽化度为进料的2%(质量分数)或2.03%(体积分数)，为了使常压塔顶不脱空，取重整料的收率在初馏塔中为9%(体积收率)。要求进料在过汽化段中的气化率eF=9%+2.03%=11.03%汽化段温度的求定：依据表4-5中原油的平衡汽化温度及表4-7中原油的焦点参数，作出中原混合原油的p-T-e相图，如图4-1所示：图4-1中原混合原油的p-T-e相图故汽化段温度为在汽化段压力0.165MPa，汽化率11.03%时的温度，在原油p-T-e相图上查得在0.165MPa下原油的平衡汽化数据如下表：表4-8汽化段压力下原油的平衡汽化温度体积收率10%30%50%70%90%平衡汽化温度，℃248323389438500由表中数据作出汽化段压力0.165MPa下原油的平衡汽化曲线，如图3-2：图4-2汽化段压力下原油的平衡汽化曲线由图4-2查得，汽化率为11.03%时，原油的平衡汽化温度为250℃，即汽化段温度tF为250℃。(2)塔顶温度：初馏塔的塔顶温度即为重整料馏分在其塔顶压力下的露点温度，由前面的计算可知，初顶油常压露点温度为140.2℃，作重整料的p-T-e相图，如图4-3：图4-3重整料的p-T-e相图由图可知：塔顶压力0.155MPa下初顶油的露点温度为169℃。(3)塔底温度：取塔底温度比汽化段温度低8℃，即：250-8=242℃做初馏塔计算草图如图4-4：0.167MPa0.167MPa进料500000kg/h169℃2110242℃25250℃，0.165MPa初底油457000kg/h0.155MPa初顶油43000kg/h图4-4初馏塔计算草图1.3初馏油品性质参数(1)密度根据原油比重API°和10%~30%恩氏蒸馏斜率，查文献[13]P120图3-6-3得初顶油和初底油的相对密度：API°=33.23得：初顶油：初底油：(2)恩氏蒸馏10%~90%温度根据汽化率11.03%，汽化段压力0.165MPa和原油的10%~70%恩氏蒸馏斜率S，查文献[13]P119图3-6-1得到原油进料与初顶油的恩氏蒸馏各点温差(原油-初顶)，查文献[13]P119图3-6-2得到初底油与原油进料的恩氏蒸馏各点温差(初底-原油)。汽化率eF=11.03v%汽化段压力pF=0.165MPa查图后得表4-9：表4-9初馏塔油产品恩氏蒸馏温度馏出体积原油初顶油初底油原油温度，℃原油与初顶油温差，℃初顶油温度，℃初底油与原油温差，℃初底油温度，℃10%161.492.568.950.0211.430%267.7175.092.722.5290.250%381.1242.5138.610.0391.170%468.5303.4165.122.5491.090%607.6394.4213.217.5625.1将初顶油和初底油的恩氏蒸馏温度整理在表4-10：表4-10初顶油和初底油的恩氏蒸馏温度油品恩氏蒸馏温度，℃10%30%50%70%90%初顶油68.992.7138.6165.1213.2初底油211.4290.2391.1491.0625.1(3)体积平均沸点tV由文献[12]P57求得：初顶油：初底油：(4)恩氏蒸馏10%~90%斜率S由文献[12]P57求得：初顶油：初底油：(5)质量平均沸点tW由文献[12]P58求得：初顶油：初底油：(6)实分子平均沸点tm由文献[12]P58求得：初顶油：初底油：(7)中平均沸点tMe由文献[12]P58求得：初顶油：初底油：(8)特性因数K由文献[12]P63求得：初顶油：初底油：(9)比重指数API°查文献[12]P59得：初顶油：初底油：(10)相对分子质量M查文献[12]P65图3-4，由比重指数API°和特性因数K得到相对分子质量M初顶油：API°=48.07，K=11.33，得M=107初底油：API°=27.49，K=11.63，得M=310(11)平衡汽化温度由恩氏蒸馏50%点温度和10%~70%斜率S查文献[12]P190图6-10得平衡汽化50%点温度：计算恩氏蒸馏10%~70%斜率S：初顶油：初底油：查文献[12]P191图6-11得平衡汽化曲线各段温差，见表4-11：表4-11初馏塔油产品平衡汽化温差曲线线段恩氏蒸馏温差，℃平衡汽化温差，℃初顶油初底油初顶油初底油10%~30%23.878.814.05930%~50%45.9100.927.08450%~70%26.579.912.054.570%~90%48.1134.126.576.0初顶油：30%点=120.6-27.0=93.6℃10%点=93.6-14=79.6℃70%点=120.6+12.0=132.6℃90%点=132.6+26.5=159.1℃初底油：30%点=371.1-84=287.1℃10%点=287.1-59=228.1℃70%点=371.1+54.5=425.6℃90%点=425.6+76.0=501.6℃将所得平衡汽化温度列在表4-12：表4-12初馏塔产品的平衡汽化温度油品平衡汽化温度，℃10%30%50%70%90%初顶油79.693.6120.6132.6159.1初底油228.1287.1371.1425.6501.6(12)真临界温度tC，假临界温度tC’查文献[13]P127图4-2-2，由比重指数API°和实分子平均沸点tm(℉)得到假临界温度tC’，由比重指数API°和重量平均沸点tW(℉)得到真临界温度tC：初顶油：API°=48.07，tW=285.35℉，tm=238.30℉查得tC=625℉tC’=580℉初底油：API°=27.49，tW=781.10℉，tm=573.48℉查得tC=1065℉tC’=915℉(13)假临界压力pC’查文献[13]P131图4-2-4，由比重指数API°和中平均沸点tMe(℉)得到假临界压力pC’[磅/时2(绝压)]：初顶油：API°=48.07，tMe=252.75℉得pC’=470磅/时2(绝压)即470× 0.006895=3.241MPa初底油：API°=27.49，tMe=649.11℉得pC’=220磅/时2(绝压)即220×0.006895=1.517MPa(14)真临界压力pC查文献[13]P130图4-2-3，由真临界温度，°R/假临界温度，°R和假临界压力pC’[磅/时2(绝压)]得真临界压力pC[磅/时2(绝压)]：°R=1.8(℃+273.15)初顶油：得pC=650磅/时2(绝压)即650×0.006895=4.482MPa初底油：得pC=425磅/时2(绝压)即425×0.006895=2.930MPa(15)焦点温度查文献[12]P201图6-22，由恩氏蒸馏10%~90%斜率S和恩氏蒸馏体积平均沸点tV得出：初顶油：tV=135.7℃，S=1.804℃/%得差值为83℃焦点温度=304.4+83=387.4℃初底油：tV=401.8℃，S=5.171℃/%得差值为40℃焦点温度=490.6+40=530.6℃(16)焦点压力查文献[12]P202图6-23，由恩氏蒸馏10%~90%斜率S和恩氏蒸馏体积平均沸点tV得出：初顶油：tV=135.7℃，S=1.804℃/%得差值为27.5atm即27.5×0.1013=2.786MPa焦点压力=3.241+2.786=6.027MPa初底油：tV=401.8℃，S=5.171℃/%得差值为8atm即8×0.1013=0.810MPa焦点压力=1.517+0.810=2.327MPa将计算结果汇总在表4-13和表4-14：表4-13初馏塔油产品的平均沸点油品体积平均沸点tV，℃恩氏蒸馏10%~90%斜率S，℃/%重量平均沸点tW，℃实分子平均沸点tm，℃中平均沸点tMe，℃初顶油135.71.804140.75114.61122.64初底油401.85.171416.14300.82342.84表4-14初馏塔油产品相关性质参数油品密度g/cm3相对密度比重指数(API°)特性因数(K)相对分子质量(M)临界参数焦点参数温度，℃压力，MPa温度，℃压力，MPa初顶油0.78720.788048.0711.33107329.44.482387.46.027初底油0.88910.890027.4911.63310573.92.930530.62.3271.4物料衡算重整料的收率在原油中为9%(体积收率)，查图2-2和图2-3可得其对应的质量收率为8.6%。根据设计任务书。中原混合原油的处理量为4.0Mt/a，即400×104t/a，年开工时间为8000小时。初顶油：体积产率：9%质量产率：8.6%初顶油产量=400×104×8.6%=34.4×104t/a初顶油产量=500000×8.6%=43000kg/h初底油：体积产率：91%质量产率：91.4%初底油产量=400×104×91.4%=365.6×104t/a初底油产量=500000×91.4%=457000kg/h将计算结果汇总在表4-15：表4-15初馏塔的物料衡算表油品产率处理量(产量)v%m%×104t/akg/h原油100100400500000初顶油98.634.443000初底油9191.4365.64570001.5热量衡算1.5.1焓值的求取查文献[12]P84后图3-14，由密度及温度查出焓值，用特性因数K和压力(atm)对气相的焓予以校正，用特性因数K对液相的焓予以校正。(1)原油：=0.8548g/cm3，汽化段温度tF为250℃，汽化段压力pF为0.165MPa即1.63atm，特性因数K=11.80。气相馏分：由tF和可查得，为0.8548g/cm3，特性因数K值为11.8的气相馏分在常压、250℃的焓值为207.5kcal/kg，由气相的焓对K的校正图可查得K=11.80时的校正值为0kcal/kg，再由气相的焓对压力的校正图可查得压力为1.63atm时的校正值为1kcal/kg，故校正后在250℃、1.63atm下的气相焓值为207.1-0-1=206.5kcal/kg即206.5×4.1868=864.6kJ/kg液相馏分：由tF和可查得，为0.8548g/cm3，特性因数K值为11.8的液相馏分在常压、250℃的焓值为148kcal/kg，由液相的焓对K的校正图可查得K=11.80时的校正因子为1，校正后的焓值为148×1=148kcal/kg即148×4.1868=619.6kJ/kg(2)初顶油：=0.7872g/cm3，塔顶温度tD为169℃，塔顶压力pD为0.155MPa即1.53atm，特性因数K=11.33。气相馏分：由tF和可查得，为0.7872g/cm3，特性因数K值为11.8的气相馏分在常压、169℃的焓值为167.5kcal/kg，由气相的焓对K的校正图可查得K=11.33时的校正值为-1kcal/kg，再由气相的焓对压力的校正图可查得压力为1.53atm时的校正值为1kcal/kg，故校正后在250℃、1.53atm下的气相焓值为167.5+1-1=167.5kcal/kg即167.5×4.1868=701.3kJ/kg液相馏分：由tF和可查得，为0.7872g/cm3，特性因数K值为11.8的液相馏分在常压、169℃的焓值为101kcal/kg，由液相的焓对K的校正图可查得K=11.33时的校正因子为0.970，校正后的焓值为101×0.970=98.0kcal/kg即98.0×4.1868=410.3kJ/kg(3)初底油：=0.8891g/cm3，塔底温度tW为242℃，塔底压力pW为0.167MPa即1.65atm，特性因数K=11.63。气相馏分：由tF和可查得，为0.8891g/cm3，特性因数K值为11.8的气相馏分在常压、242℃的焓值为195kcal/kg，由气相的焓对K的校正图可查得K=11.63时的校正值为1kcal/kg，再由气相的焓对压力的校正图可查得压力为1