化工专业毕业设计.docx
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化工专业毕业设计
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1前言1
2选题背景2
2.1研究目的和意义2
2.2国内外现状、发展趋势及研究的主攻方向2
3方案论证4
3.1方案选择4
3.2工艺原理6
3.3设计方案的确定8
4原油有关性质参数的计算8
4.1常压蒸馏曲线和实沸点蒸馏曲线的互换8
4.2恩氏蒸馏数据与平衡汽化温度之间的转换10
4.3平均沸点的计算11
4.4比重系数API13
4.5临界温度和临界压力14
4.6焦点温度14
5原油常压塔的工艺计算16
5.1产品切割方案及有关性质16
5.2常压塔的物料平衡16
5.3汽提蒸汽用量17
5.4塔板板型和塔板数17
5.5操作压力的确定18
5.6精馏塔计算草图18
5.7全塔汽液相负荷分布图27
5.8浮阀数及排列方式41
5.9塔板流体力验算42
6塔的机械设计45
6.1按设计压力计算塔体和封头厚度46
6.2自振周期计算49
6.3地震载荷及弯矩计算见表49
6.4风弯矩计算53
6.5各种载荷引起的走向应力53
6.5筒体和裙座危险截面的强度和稳定性校核54
6.6筒体和去做水压试验校核55
6.7基础环设计57
6.8基础环厚度58
6.9地脚螺栓设计58
6.10常压塔装配图60
7工艺流程设计62
7.1工艺流程简述62
7.2工艺流程图63
8总结65
参考文献65
致谢66
附录67
2.5×106ta常压炼油生产工艺设计
1前言
石油是极其复杂的化合物。
原油是由挥发度不同的多种组分构成的液体混合物目前工业上采用的原油蒸馏技术与普通化工装置中采用的精馏技术不同。
要从原油中提炼出多种多样的燃料和润滑油产品，基本的途径是：
将原油分割成不同沸程的馏分，然后按油品的使用要求，除去这些馏分中的非理想成分，或者经化学转化形成所需要的组分，从而获得一系列的石油产品。
基于这个原因，炼油厂必须解决原油的分割和各种石油馏分在加工、精制过程中的分离问题。
蒸馏正是一种合适的手段。
它能将液体混合物按其所含组分的沸点和蒸汽压的不同而分离为轻重不同的各种馏分[16]。
正因为这样，几乎在所有的炼油厂中，原油的第一个加工装置就是蒸馏装置，如常压蒸馏等。
所谓原油的一次加工，就是指原油蒸馏。
借助蒸馏过程，可以将所处理的原油按所制定的产品方案分割成相应的汽油、煤油、轻重柴油及各种润滑油馏分等。
这些半成品经过适当的精制和调配便成为合格的产品。
在蒸馏装置中，也可以按不同的生产方案，除生产直馏汽油、煤油、柴油馏分外，再分割出一些二次加工过程的原料，如催化裂化原料、加氢裂解原料等等。
由于经过蒸馏取得的各种馏分基本上不含胶质、沥青质和其它杂质，故随后的精制过程比较省事，用作二次加工的原料质量也比较高，为原油的深度加工打好基础[16]。
本设计的目的是核算或设计出一套对石油进行初步分离的常压装置。
该装置是炼油厂和许多石油化工企业的龙头装置。
它的意义在于，通过常压蒸馏对原油的处理，可以按所指定的产品方案将原油分割得到汽油、煤油、轻柴油、重柴油馏分以重油馏分等。
可以减少渣油量，提高原油总拔出率。
不仅能获得更多的轻质油品，也可为二次加工、三次加工提供更多的原料油。
2选题背景
2.1研究目的和意义
当今全球的能源危机原油价格飚升的局面严重的冲击着世界范围炼油的石化生产。
我国的两大超大型炼油和石化企业（中国石油和中国石化）不仅需要适应这种全球的原油市场形式也必须要应对严重的政策性亏本燃油的升级换代和越来越高的环保要求等巨大的压力节能降能提高经济效益已经成为企业生存发展的重要手段。
常压蒸馏作为原油的一次加工装置在原油加工总流程中占有重要的作用近年来常减压蒸馏技术和管理经验不断创新装置节能降耗显著产品质量提高。
与国外先进水平相比是仍存在较大的差距装置耗能较大分馏和减压拔出深度偏低对含硫原油的适应性较差等。
进一步的提高常减压装置的操作水平和运行水平显得日益重要对提高炼油企业的经济效益也具有非常重要的意义。
2.2国内外现状、发展趋势及研究的主攻方向
国内现状
2008年4季度全球金融动荡可能加剧世界经济增速将进一步放缓行业经济运行的外部环境可能继续恶化但石油和化工行业应对风险的能力明显增强。
在目前世界经济不太好2008年前三季度我国石油和化工行业经济运行基本保持平稳态势。
全行业预计销售收入4.9万亿元同比的情况下国际原油价格已进入惯性下跌的轨道很可能维持在每桶90美元或以下位置。
2008年4季度中国石油和化工行业生产仍将保持较为稳定的增长态势。
全行业总产值增速可能减缓全年增幅在28%左右；销售收入增长约27%；进出口贸易将继续保持较快的增长态势增幅约为35%；固定资产投资增幅在27%左右；主要化工产品产量增幅在5-20%之间。
2008年四季度考虑到国家可能继续加大成品油价格接轨力度预计炼油行业利润全年增长6%左右。
如果国际油价进入下行轨道炼油行业10月份或能走出困境实现扭亏为盈。
当前只要认真落实中央的调控政策采取积极的应对措施我们有理由对前景持审慎乐观。
统计显示2008年年底至2009年年初国内将有5400余万吨的新建原油加工能力投产如已投产1000万吨的中石化青岛大炼化以及即将投产的1200万吨的中海油惠州炼厂、中石油1000万吨中石油钦州石化等。
保守估计至少将会形成每月200余万吨的汽柴油新增产量而在正常情况下2009年国内汽柴油消费能力不会形成每月200余万吨的新增量。
因此汽柴油供不应求的失衡状态将结束并可能形成一段时期供大于求的局面。
国际方面2005年以来宣布、并将在未来2至7年内完工的160个炼油厂建设项目中如今只有30个将继续推进。
全球逾五分之四炼油厂建设项目面临下马。
目前我国已成为世界第三大炼油国我国石化工业将面临不可多得的历史发展机遇振兴石油化工建设支柱产业的初步设想是：
第一步到2000年原油加工能力超过2亿ta乙烯生产能力达到500万ta左右基本形成支柱产业的框架；第二步到2010年原油加工能力达到3亿ta以上乙烯生产能力达到800～1000万ta使我国石化工业有一个更大的发展在技术上达到世界水平。
经过近半个世纪的建设和经营特别是进入80年代以来由于发挥了油化纤的联合优势我国石化工业得到了高速发展为国民经济作出了巨大的贡献。
（1）为市场提供了比较充足的石油和石化产品；
（2）取得了一批重大科技成果；
（3）石化科研和设计水平有很大提高。
我国石化工业在生产和技术上虽然取得了长足的进步但和国民经济的发展需要相比和世界先进水平相比还存在着较大的差距主要表现在8个方面。
（1）产品增长率跟不上需要；
（2）质量品种不能适应国内外市场需要；
（3）加工成本高；
（4）生产装置多数没有达到经济规模；
（5）原料适应能力差；
（6）关键部件可靠性差；
（7）装置加工能力过剩开工率较低；
（8）企业特色不鲜明产品雷同。
国民经济的持续、快速、健康发展对石化产品的需求日益增加。
可以预计石化工业在本世纪末以至2010年都将保持较快的发展速度。
国家已经确定要把石化工业建成为国民经济的支柱产业。
当前我国石油化工既有很好的发展机遇也面临着严峻形势的挑战。
形势严峻主要表现在两个方面。
一是化工产品的价格无论是国内还是国际市场都不象过去那样坚挺呈下滑趋势对企业的销售额和利润影响很大。
二是国际间竞争加剧。
国外一些大型石化公司在产品上、技术上都纷纷进入我国市场抢占地盘润滑油市场的竞争尤为突出。
世界各大石化企业在与我国进行产品竞争的同时还利用名牌、专利等方面的优势正在我国市场上进行知识产权的激烈竞争。
过去10年来国外在我国申请的专利已达7万件覆盖了很大的技术领域。
世界石油化工科学技术的迅猛发展也对我国现有的一些科技优势构成新的威胁。
发展趋势
面对有限的能源资源人类应该采用理性的做法。
应当将石油加工看作是一个在生产过程当中需要消耗大量能源的加工行业要求我们不断的追求最佳的生产工艺参数、最合理的能源利用和最大的经济效益。
我国炼油和石油化学加工技术的研究不仅需要继续加大石油和化工高附加值产品生产新工艺路线投入而且要加强现有生产装置操作水平研究力度。
从现有的装置和装备两方面着手开展扩能增效、节能降耗、实现安稳长满优生产的挖潜改造的研究工作。
原油蒸馏是石油炼厂中能耗最大的装置近年来采用化工系统工程规划方法使热量利用更为合理。
此外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。
3方案论证
3.1方案选择
一个炼油生产装置有各种工艺设备（如加热炉、塔、反应器）及机泵等它们是为完成一定的生产任务按照一定的工艺技术要求和原料的加工流向互相联系在一起即构成一定的工艺流程。
一个工艺装置的好坏不仅取决于各种设备性能而且与采用的工艺流程合理程度有很大关系。
最简单的原有蒸馏方式是一段汽化常压蒸馏工艺流程所谓一段汽化指的是缘由经过一次的加热-汽化-冷凝完成了将原油分隔为符合一定要求溜出物的加工过程。
原油通过常减压蒸馏一般可得到350~370˚C以前的几个轻馏分可用作汽油、煤油（航空或灯用）柴油等产品也可分别作为重整、化工（如轻油裂解）等装置的原料。
蒸余的塔低重油可作钢铁或其他工业的燃料；在某些特定情况下也可做催化裂化或加氢裂化装置的原料。
我国的主要原油轻质馏分含量低若采用上述工艺流程则有相当数量（25%~30%左右）的350~500˚C中间馏分未能合理利用它们是很多的二次加工原料又能从中生产国民经济所必需的各种润滑油、蜡、沥青的原料。
因此最常采用的是二段汽化（常压蒸馏-减压蒸馏）或三段汽化蒸馏（预汽化-常压蒸馏-减压蒸馏）。
国内大型炼油厂的原油蒸馏装置多采用典型的三段汽化常减压蒸馏流程。
原油在蒸馏前必须进行严格的脱盐、脱水脱盐后原油换热到230~240˚C进初镏塔（又称预汽化塔）。
塔顶出轻油馏分或重整原料。
塔低为拔头原油经常压炉加热到360~370˚C进入常压分馏塔塔顶出汽油。
侧线自上而下分别出煤油、柴油以及其它油料常压部分大体可以到相当于原油实沸点镏出温度约为360˚C的产品。
它是装置的主塔主要产品从这里得到因此其质量和收率在生产控制上都应给与足够的重视。
除了用增减回流量及各侧线镏出量以控制塔的各处温度外通常各侧线处设有汽提塔用吹入水蒸气或采用“热重沸”（加热油品使之汽化）的方法调节产品的质量。
常压部分拨出率高低不仅关系到该塔产品质量与收率而且也影响减压部分的负荷以及整个装置生产效率的提高。
除塔顶冷回流外常压塔通常还设置2~3个中段回流。
塔低用水蒸气汽提塔低重油（或称常压渣油）用泵抽出送减压部分。
常压塔低油经减压炉加热到405~410˚C送减压塔。
从原油的处理过程来看上述常减压蒸馏装置分为原油的初馏（预汽化）、常压蒸馏和减压蒸馏三部分油料在每一部分都经历一次加热-汽化-冷凝过程故称之为“三段汽化”如从过程的原理来看实际上只是常压蒸馏和减压蒸馏两部分二常压蒸馏部分可采用单塔（仅用一个常压塔）流程或者用双塔（用初馏塔和常压塔）流程。
塔器设备在炼油、化工、制药等过程工业中占有重要地位其性能的优劣、技术水平的高低将直接影响产品的产量、质量、回收率经济效益等各个方面。
因此研究和使用新型的塔器设备对于强化气、液两相传质过程以及工业生产具有得要的意义。
在炼油厂中二元精馏是罕见的经常遇到的是多组分混合物的分馏即多元精馏。
石油精馏是复杂系精馏的主要代表石油精馏和简单的二元、多元精馏相比有其明显的独特之处。
首先石油作为复杂混合物其组成迄今无法完全准确测定。
因此它不能应用二元和多元精馏的计算方法。
其次石油精馏的产品多为石油馏分而非高纯度的单体烃类产品故其分馏精度的要求不如一般化工产品的精馏那么高。
又因现在大型炼油厂的年处理量动辄以数百万至千万吨计要求石油精馏塔相应地有巨大的生产能力因而其技术经济指标更具有突出的意义。
再者炼油厂的产品数量上绝大部分是做燃料的其价格远比通常的化工产品低廉这就规定炼油厂的生产工艺必须尽可能的降低生产成本。
最后然而也是最重要的一点就是大型石油蒸馏装置中的存油量常以百吨计显而易见对于生产过程的安全可靠性有着严格的要求。
所有这一切为石油精馏规定了一系列的特点。
石油精馏毕竟还是一个精馏过程精馏的基本原理和规律对它无列外的适用。
因此应该以汽-液平衡和精馏理论基本规律作指导来分析石油精馏过程。
3.2工艺原理
原油常压精馏塔是常减压蒸馏装置的的重要组成部分在讨论常压精馏塔之前先对减压蒸馏装置的工艺流程作一简要的介绍。
所谓工艺流程就是一个生产装置的设备机泵、工艺管线和控制仪表按生产的内在联系而形成的有机组合。
有时为了简单明了起见在图中只列主要设备、机泵和主要的生产工艺管线这就称为原理流程图。
图1是典型的原油常减压蒸馏的原理流程图它是以精馏塔和加热炉为主体而组成的所谓管式蒸馏装置。
经过脱盐、脱水的原理由泵输送经一系列换热器与温度较高的蒸馏产品换热再经管式加热炉加热至370˚C左右此时原油一部分已汽化油气和未汽化的的油一起经过转油线进入一个精馏塔。
此塔在接近大气压力之下操作故称常压（精馏）塔相应的加热炉就称为常压（加热）炉。
原油在常压塔里进行精馏从塔顶溜出汽油馏分或重整原料油从塔侧煤油和轻、重柴油等侧线馏分。
塔底产物称为常压重油一般是原油重沸点高于350˚C的重组分。
图1常压炼油工艺简图
前面讨论了精馏过程现在来讨论实现此过程的主要设备——精馏塔。
石油精馏塔的根本特点是：
它处理的是一种复杂的混合物——石油生产的也是复杂的混合物——各种石油馏分。
精馏塔的种类很多其主要有板式塔和填料塔这里主要介绍板式塔板式塔是一种应用极为广泛的气液传质设备它由一个通常呈圆柱形的壳体及其中按一定间距水平设置的若干块踏板所组成。
而填料塔的结构相对简单一些其塔体为一圆筒筒内堆放一定高度的填料。
操作时液体自塔上部进入通过液体分布器均匀喷洒在塔界面上在填料表面呈膜状流下。
对于许多逆流气液接触过程填料塔和板式塔都可适用。
设计者必须根据具体的情况进行选。
填料塔和板式塔有许多不同点：
（1）填料塔操作范围较小特别是对于液体负荷的变化更为敏感。
当液体负荷较小时填料表面不能很好地润湿传质效果急剧下降；当液体负荷过大时则容易产生液泛。
设计较好的板式塔则具有大得多的操作范围。
（2）填料塔不宜于处理易聚合或固体悬浮物的无聊而某些板式塔（如大孔径筛板、泡罩塔等）则可以有效地处理这种物系。
另外板式塔的清洗亦比填料塔方便。
（3）当气液接触过程中需要冷却以移除反应热或溶解热时填料塔因涉及液体分布问题而使结构复杂化板式塔可方便地在塔板上安装冷却管。
同理当有侧线出料时填料塔也不如板式塔方便。
3.3设计方案的确定
根据上述介绍以及石油精馏的特点我们应选用板式塔作为石油精馏的常压塔比较合理
4原油有关性质参数的计算
胜利油田原油原始数据见表4-1[1]：
表4-1胜利油田原油的一般性质
产品
实沸点沸程℃
密度
恩氏蒸馏馏出温度℃
汽油
～154.8
0%
10%
30%
50%
70%
90%
100%
煤油
131.6～258
0.7037
34
60
81
96
109
120
141
轻柴油
220.9～339.2
0.7994
159
171
179
194
208
225
239
重柴油
274.9～409.3
0.8265
239
258
267
274
283
296
306
重油
312.5～
0.8484
289
316
328
341
350
368
376
0.9416
344
4.1常压蒸馏曲线和实沸点蒸馏曲线的互换
这种互换可以利用《石油炼制工程》中的图Ⅱ-1-10和图Ⅱ-1-11这两张图使用于特性因数K=11.8沸点低于427℃的油品。
换算时凡恩氏蒸馏温度高出246℃者考上）
（1）轻柴油的常压恩氏蒸馏数据见下表4-2：
表4-2轻柴油的常压恩氏蒸馏数据
溜出%（v）
0
10
30
50
70
90
100
温度℃
239
258
267
274
283
296
306
表4-3校正恩氏蒸馏数据
溜出%（v）
0
10
30
50
70
90
100
温度℃
239
261.2
270.8
278.4
288.3
302.8
314.2
1用图Ⅱ-1-10确定实沸点蒸馏50%点.由查图得到它与恩氏蒸馏50%点之差值为12.4℃。
所以实沸点蒸馏50%点=278.4+12.4=290.8℃
2用图Ⅱ-1-11查得实沸点蒸馏曲线各段温差见表4-4：
表4-4实沸点蒸馏曲线温差
曲线线段
恩氏蒸馏温差℃
实沸点蒸馏温差℃
0～10%
22.2
38
10～30%
9.6
18.9
30～50%
7.6
13
50～70%
9.9
13.4
70～90%
14.5
18.6
90～100%
11.4
13
3由实沸点蒸馏50%点（290.8℃）推算出其他各点温度
实沸点蒸馏30%点=290.8-13=277.8℃
10%点=277.8-18.9=258.9℃
0%点=258.9-38=220.9℃
70%点=290.8+13.4=304.2℃
90%点=304.2+18.6=322.8℃
100%点=322.8+13=335.8℃
同上可以得到其他馏分实沸点蒸馏温度
⑵汽油馏分的实沸点蒸馏数据见下表4-5：
表4-5汽油馏分的实沸点蒸馏数据
溜出%体
0
10
30
50
70
90
100
温度℃
-11
31.2
66
90
129
107
145.8
（2）煤油的实沸点蒸馏数据见下表4-6：
表4-6煤油馏分的实沸点蒸馏数据
溜出%（v）
0
10
30
50
70
90
100
温度℃
129.5
153.5
169.5
193.5
213.7
235.2
251
（4）重柴油的实沸点蒸馏数据见下表4-7：
表4-7重柴油馏分的实沸点蒸馏数据
溜出%（v）
0
10
30
50
70
90
100
温度℃
239.1
268.9
297.5
350.5
371.7
410.5
530
4.2恩氏蒸馏数据与平衡汽化温度之间的转换
这类换算可借助与Ⅱ-1-13和Ⅱ-1-14来进行。
计算方法与恩氏蒸馏数据与实沸点蒸馏数据换算类似只是换算时要用到恩氏蒸馏曲线10～70%的斜率。
（1）轻柴油馏分的常压恩氏蒸馏数据见下表4-8：
表4-8轻柴油馏分的常压恩氏蒸馏数据
溜出%（v）
0
10
30
50
70
90
100
温度℃
239
261.2
270.8
278.4
288.3
302.8
314.2
①按《石油炼制工程》中的Ⅱ-1-13换算50%点温度
恩氏蒸馏10～70%的斜率=（288.3-261.2）（70-10）=0.45℃%
由图查得
平衡汽化50%点-恩氏蒸馏50%点=9.5℃
平衡汽化温度50%点=278.4+9.5=287.9℃
②由图Ⅱ-1-14查的平衡汽化温差见表4-9
表4-9平衡汽化温差
曲线线段
恩氏蒸馏温差℃
实沸点蒸馏温差℃
0～10%
22.2
9.4
10～30%
9.6
5.0
30～50%
7.6
3.8
50～70%
9.9
4.5
70～90%
14.5
6.2
90～100%
11.4
3.2
③由50%点及各段温差推算平衡汽化曲线的各点温度。
30%点=287.9-3.8=284.1℃
10%点=284.1-5.0=279.1℃
0%点=279.1-9.4=269.7℃
70%点=287.9+4.5=292.4℃
90%点=292.4+6.2=298.6℃
100%点=298.6+3.2=301.8℃
同上可以计算出其它馏分的平衡汽化温度
（2）汽油的平衡汽化温度见下表4-10：
表4-10汽油的平衡汽化温度
溜出%体
0
10
30
50
70
90
100
温度℃
51.2
62.4
74.6
82
88
95.8
100.2
（3）煤油的平衡汽化温度见下表4-11：
表4-11煤油的平衡汽化温度
溜出%体
0
10
30
50
70
90
100
温度℃
174.9
179.9
183.3
191
197.2
204.4
208.4
（4）重柴油的平衡汽化温度见下表4-12：
表4-12重柴油的平衡汽化温度
溜出%体
0
10
30
50
70
90
100
温度℃
358.5
374.3
383.5
393.5
400.3
416.3
472.7
4.3平均沸点的计算
（1）体积平均沸点tv
汽油tv＝=（60+81+96+109+126）5=94.4℃
煤油tv＝=（171+179+194+208+225）5=195.4℃
轻柴油tv＝=（258+267+274+283+296）5=275.6℃
重柴油tv＝=（316+328+341+350+368）5=342.8℃
（2）恩氏蒸馏10%～90%馏分的曲线斜率
汽油S＝（90%馏出温度－10%馏出温度）（90－10）＝0.825
同理有：
煤油S＝（225－171）（90－10）＝0.675
轻柴油S＝（296－258）（90－10）＝0.475
重柴油S＝（368－316）（90－10）＝0.65
（3）立方平均沸点tw
根据tw和S由《石油炼制工程》图Ⅰ－2－7查得的校正值见下表4-13。
表4-13立方平均沸点
名称
tv℃
S
tc校正值℃
tc＝tv＋tc校正值℃
汽油
94.4
0.825
－2.2
92.2
煤油
195.4
0.675
－1.2
194.2
轻柴油
275.6
0.475
－0.8
274.8
重柴油
342.8
0.65
－1.1
341.7
同上
（4）质量平均沸点t见下表4-14：
表4-14质量平均沸点
名称
tv℃
S
tc校正值℃
tm＝tv＋tc校正值℃
汽油
94.4
0.825
2.2
96.6
煤油
195.4
0.675
1.2
196.6
轻柴油
275.6
0.475
0.6
276.2
重柴油
342.8
0.65
0.4
343.2
（5）中平均沸点见下表4-15：
表3-15中平均沸点
名称
tv℃
S
tc校正值℃
tme＝tv＋tc校正值℃
汽油
94.4
0.825
－5
89.4
煤油
195.4
0.675
－3.8
191.
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