原油常压塔工艺计算.docx
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原油常压塔工艺计算
设计题目：
原油常压塔工艺计算
设计任务：
根据基础数据,绘制各种曲线
根据原料油性质及产品方案确定产品收率作物料平衡
根据给定数据进行分馏塔计算,并绘制精馏塔计算草图
校核各侧线及塔顶温度
设计基础数据：
本设计采用某原油问原料进行常压塔工艺计算,原料及产品的基础数据见下表,
年开工天数按8000h计算,侧线产品及塔底重油都使用过热水蒸汽汽提,使用的温度为420℃,压力为0.3MPa。
原油实沸点蒸馏以及窄馏分性质
沸点范围℃
占原油m%
ρ20
g/cm3
特性因数
含硫量
%
凝点
℃
每馏分
总收率
IBP—122
3.45
3.45
0.744
0.04
122—150
1.71
5.16
0.7628
11.76
0.03
150—175
1.8
6.96
0.7743
11.83
0.04
175—200
2.92
9.88
0.8042
11.61
0.04
200—225
2.72
12.6
0.8139
11.68
0.05
225—250
2.8
15.4
0.816
11.84
0.07
250—275
2.5
17.9
0.817
12.02
0.09
275—300
4.7
22.6
0.8123
12.27
0.09
300—325
4.6
27.2
0.825
12.27
0.11
325—350
3.6
30.8
0.8381
12.24
0.11
350—375
3.9
34.7
0.845
12.31
0.11
375—395
3.3
38
0.8517
12.36
395—425
6.14
44.14
0.8713
12.23
425—450
5.67
49.81
0.8836
12.22
450—475
6.87
55.68
0.8936
12.22
项目
密度
20℃
恩氏蒸馏馏出温度℃
0%
10%
30%
50%
70%
90%
ep
汽油
0.7779
75
123
150
164
180
205
210
煤油
0.8229
218
223
230
235
240
250
263
轻柴油
0.8402
245
273
285
292
308
321
重柴油
0.8516
296
316
325
336
340
348
重油
0.942
306
设计内容：
根据基础数据,绘制各种曲线
根据原料油性质及产品方案确定产品收率作物料平衡
根据给定数据进行分馏塔计算,并绘制精馏塔计算草图
校核各侧线及塔顶温度
主要参考文献：
[1]、林世雄主编,《石油炼制工程》<第三版>,石油工业出版社,2006年；
[2]、李淑培主编,《石油加工工艺学》〔第一版,烃加工出版社,1998年；
[3]、侯祥麟,《中国炼油技术》〔第一版,中国石化出版社,1991年。
一、生产方案
经过计算,此次油品是密度较大的油品,根据经验计算,汽油、煤油、轻柴、重柴的总收率大于30%,重油是生产优质沥青的好原料,还可以考虑渣油的轻质化,煤油收率高,适合生产航空煤油,该原油的生产方案是燃料一化型加工方案。
二、回流方式的确定
本设计的处理量较大,考虑采用塔顶二级冷回流,并采用两个中段回流。
三、确定塔板数
在原料一定的情况下,塔板的数目越多,精度越好,但压降越大,成本越高,本设计采用41层塔板。
四、塔板形式的确定
本设计采用操作弹性大,塔板压降小,造价适中的浮阀塔板。
设计说明书：
1、根据基础数据绘制各种曲线；
2、根据已知数据,计算并查工艺图表确定产品收率,作物料平衡；
3、确定汽提蒸汽用量；
4、塔板选型和塔板数的确定；
5、确定操作压力；
6、确定汽化段温度：
⑴、汽化段中进料的汽化率与过汽化度；
⑵、汽化段油气分压；
⑶、汽化段温度的初步求定；
⑷、tF的校核。
7、确定塔底温度；
8、塔顶及侧线温度的假定与回流热分配：
⑴、假设塔顶及各侧线温度；
⑵、全塔回流热；
⑶、回流方式及回流热分配。
9、侧线及塔顶温度的校核；
10、精馏塔计算草图。
原油常压塔精馏塔工艺计算过程
1、根据基础数据绘制各种曲线
假设原油=100g,则
⑴IBP-122
V1=3.45/0.744=4.63709
⑵122-150
V2=1.71/0.7628=2.24174
⑶150-175
V3=1.8/0.7743=2.32468
⑷175-200
V4=2.92/0.8042=3.63094
⑸200-225
V5=2.72/0.8160=3.43137
⑹225-250
V6=2.8/0.8160=3.43137
⑺250-275
V7=2.5/0.817=3.05998
⑻275-300
V8=4.7/0.8123=5.78604
⑼300-325
V9=4.6/0.825=5.57576
⑽325-350
V10=3.6/0.8381=4.29543
⑾350-375
V11=3.9/0.845=4.61538
⑿375-395
V12=3.3/0.8517=3.87460
⒀395-425
V13=6.14/0.8713=7.04694
⒁425-450
V14=5.67/0.8836=6.41693
⒂450-475
V15=6.87/0.8936=7.68800
V总=67.96681cm3进行规一化得：
V1%=6.82%
V2%=3.30%
V3%=3.42%
V4%=5.34%
V5%=4.92%
V6%=5.05%
V7%=4.50%
V8%=8.51%
V9%=8.20%
V10%=6.32%
V11%=6.79%
V12%=5.70%
V13%=10.37%
V14%=9.44%
V15%=11.31%
由上可得绘制实沸点曲线数据：
表〔Ⅰ
温度
体积分数
温度
体积分数
122℃
6.82%
300℃
41.86%
150℃
10.12%
325℃
50.06%
175℃
13.54%
350℃
56.38%
200℃
18.88%
375℃
63.17%
225℃
23.8%
395℃
68.87%
250℃
28.85%
425℃
79.24%
275℃
33.35%
450℃
88.68%
绘制实沸点蒸馏曲线。
见图〔Ⅰ
查实沸点曲线得以下数据,利用数据求定平衡汽化曲线数据。
表.〔Ⅱ
6.82%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
122℃
148℃
205℃
258℃
295℃
323℃
363℃
399℃
425℃
454℃
a.计算实沸点曲线的参考线的斜率及其各点温度
由《石油炼制工程》第三版,图7-17,根据实沸点蒸馏曲线10%至70%点得实沸点蒸馏曲线参考点斜率=<399-148>/<70-10>=4.18℃/%,由此计算参考线的各点温度：
6.82%=148-4.18〔10-6.82=134.71℃20%=148-4.18〔20-10=189.8℃
30%=148-4.18〔30-10=231.6℃40%=148-4.18〔40-10=273.4℃
50%=148-4.18〔50-10=315.2℃60%=148-4.18〔60-10=357℃
70%=148-4.18〔70-10=398.8℃80%=148-4.18〔80-10=440.6℃
90%=148-4.18〔90-10=482.4℃
b.计算平衡汽化参考线斜率及各点温度
用《石油炼制工程》第三版7-17上图,根据实沸点蒸馏曲线10%至70%斜率4.18℃/%查得平衡汽化参考线的斜率为2.45℃/%,用图7-17中图查得△F=22.3245℃,故平衡汽化参考线50%=实沸点蒸馏参考线50%点–△F=315.2℃-22.3245=292.8755℃
由平衡汽化参考线的50%点和斜率可计算得其他各点温度
6.82%=292.8755℃-2.45〔50-6.82=187.0845℃
10%=292.8755℃-2.45〔50-10=194.8755℃
20%=292.8755℃-2.45〔50-20=219.3755℃
30%=292.8755℃-2.45〔50-30=243.8755℃
40%=292.8755℃-2.45〔50-40=268.3755℃
60%=292.8755℃+2.45〔60-50=317.3755℃
70%=292.8755℃+2.45〔70-50=341.8755℃
80%=292.8755℃+2.45〔80-50=366.3755℃
90%=292.8755℃+2.45〔90-50=390.8755℃
c.计算实沸点蒸馏曲线与其参考线的各点温差△Fi%
△F6.82%=122℃-134.71℃=-12.71℃△F10%=0℃
△F20%=205℃-189.8℃=15.2℃△F30%=258℃-231.6℃=27.2℃
△F40%=295℃-273.4℃=21.6℃△F50%=323℃-315.2℃=7.8℃
△F60%=363℃-357℃=6℃△F70%=399℃-398.8℃=0.2℃
△F80%=425℃-440.6℃=-15.6℃△F90%=454℃-482.4℃=-28.4℃
d.求平衡汽化曲线各点温度
由图7-17下图查得各馏出百分数时的温差比值得：
6.82%比值=0.39,10%比值=0.38,20%比值=0.36,其余各点比值都是0.33.平衡汽化曲线各点的温差△T等于实沸点蒸馏曲线与其参考线相应各点的温差△Fi%乘以对应的比值,由此得平衡汽化各点的△T。
6.82%△T=-12.71*0.39=-4.9569℃10%△T=0℃
20%△T=15.2*0.36=5.472℃30%△T=27.2*0.33=8.976℃
40%△T=21.6*0.33=7.128℃50%△T=7.8*0.33=2.574℃
60%△T=6*0.33=1.98℃70%△T=0.2*0.33=0.066℃
80%△T=-15.6*0.33=-5.148℃90%△T=-28.4*0.33=-9.372℃
平衡汽化曲线各点温度等于它的参考各点温度加上相应的△T值,得平衡汽化温度,见表〔Ⅲ
表Ⅲ
6.82%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
182℃
195℃
225℃
253℃
276℃
295℃
319℃
342℃
361℃
382℃
根据上表绘制原油常压下的平衡汽化曲线图,见图〔Ⅰ。
2、根据已知数据计算,查工艺图表确定产品收率,作出物料平衡
⑴、切割点的计算
根据常压切割以及产品性质中的恩氏蒸馏馏出温度及《石油炼制》第三版,P201～202图7-12及图7-13进行恩氏蒸馏曲线与实沸点蒸馏曲线的转化计算时,凡恩氏蒸馏温度高出246℃者,考虑到裂化的影响,须用lgD=0.00852t–1.691进行温度校正,则校正F12的t‘=t+D,以汽油分馏为例
a.实沸点蒸馏50%点=164+△t〔查图7-12=164–2.75=161.25℃
b.用图7-13查得实沸点蒸馏曲线温差
汽油馏分表〔Ⅳ
曲线线段
恩氏蒸馏温差℃
实沸点蒸馏温差℃
0%—10%
10%—30%
30%—50%
50%—70%
70%—90%
90%—终馏点
45
27
14
16
25
5
68.5
42
24
16.9
31.4
6.4
则实沸点的30%点
30%点=161.25–24=137.25℃
10%点=137.25–24=95.25℃
0%点=95.25–68.5=26.75℃
70%点=161.25+16.9=178.15℃
90%点=178.15+31.4=209.55℃
100%点=209.55+6.4=215.95℃
实沸点范围:
26.75℃～215.95℃
同理可得
煤油馏分实沸点范围：
201.8℃～270.4℃
轻柴馏分实沸点范围：
223.1℃～355.3℃
重柴馏分实沸点范围：
279.1℃～405℃
重油实沸点范围：
314.2℃〔根据《石油炼制》第二版P239图查得
⑵、由上计算得实沸点切割点,再由图实沸点蒸馏曲线查各产品馏分收率得下表
表〔Ⅴ
产品
实沸点切割点℃
实沸点沸程
℃
收率%
密度ρ20
g/cm3
恩氏蒸馏温度
体积分数
质量分数
0%
10%
30%
50%
70%
90%
100%
汽油
208.88
26.75～215.95
21
15.6
0.7779
75
123
150
164
180
205
210
煤油
246.75
201.8～270.4
7.5
6.2
0.8299
218
223
230
235
240
250
213
轻柴油
317.2
223.1～355.3
19.5
16.4
0.8402
245
273
285
292
308
321
重柴油
359.6
279.1～405
11.5
9.8
0.8516
296
316
325
336
340
348
重油
40.5
52
0.942
306
⑶、馏分分子量的确定
汽油馏分：
斜率S=
90%馏出温度–10%馏出温度
=
205–123
=1.025%
90-10
80
体积平均沸点tv
tv由馏程测定的10%、30%、50%、70%、90%这五个馏出温度计算得到
tv=
t10+t30+t50+t70+t90
=
123+150+164+180+205
=164.4℃
5
5
根据周佩正所列得：
tme=tv–△me,ln△me=-1.35181–0.012800tv0.6667+3.64678S0.3333
∴ln△me=2.1066705
△me=5.81tme=164.4–5.81=158.59℃=431.73K
查《工艺图表》由ρ20得API°=45.6
d15.615.6
=
141.5
0.7999g/cm3
45.6+131.5
K=
1.216T1/3
=
1216×431.71/3
=11.50
d15.615.6
0.7990
根据李德清一向正为关系式
M=184.5+2.295T–0.2332KT+1.329×10-15〔KT2–0.6222ρT
式中T为平均沸点〔K,K为特性因数,ρ为20℃时的密度
M=184.5+2.295×431.73–0.2332×11.50×431.73+1.329×105×
〔11.50×431.732–0.6222×0.7944×431.73=131.7
其他馏分同理
此上API°时通过P20在《炼油工艺计算图表集》上册,石油加工科学研究院出版,比重换算图,其他公式来自于《石油炼制工程》第三版。
⑷、馏分的平衡汽化0%的确定
以重柴为例
a、按图7-15换算50%点温度
恩氏蒸馏10%—70%点斜率=
340-316
=0.4℃/%
70-10
由图查得：
平衡汽化50%点—恩氏蒸馏50%点=18.01℃
则平衡汽化50%点=336+18.01=354.01℃
b、由图7-16查得平衡汽化曲线各段温差〔见表Ⅵ
则平衡汽化曲线30%=50%-△t30%-50%=354.01–5.9=348.11℃
10%=348.11–5.1=343.01℃
0%=343.01–8=335.01℃
表〔Ⅵ
曲线线段
恩氏蒸馏温度℃
平衡汽化温差℃
0%—10%
20
8
10%—30%
9
5.1
30%—50%
11
5.9
其他馏分同理
⑸、汽油馏分焦点温度焦点压力的确定
由S=1.025,API°=45.6
查石油馏分临界压力图：
压力=38.0atm
查石油馏分临界温度图：
温度=368.4℃
查石油馏分焦点温度图=386.4℃
查石油馏分焦点压力图=45.6atm
⑹、油品的相关性质参数表〔Ⅶ
表〔Ⅶ
油品
密度ρ20
g/cm3
比重指数
API°
特性因数
K
相对分子量
M
平衡汽化温度℃
汽油馏分
0.7779
50.4
11.73
131.6
103.4
煤油馏分
0.8299
41.2
11.85
174.6
218.5
轻柴馏分
0.8402
38.2
12.27
290.0
255.4
重柴馏分
0.8516
33.4
12.30
352.5
335.01
⑺、产品收率和物料平衡
下表所列的物料平衡中没有考虑损失,在实际生产中原油不可能全部转化为产品,通常在常压塔的物料平衡计算中〔气体+损失约占原油的0.5%
表Ⅷ
油品
产率
处理量或产量
体积分数
质量分数
104t/a
Kg/h
Kmol/h
原油
100
100
487
608750
汽油
21
15.6
75.97
94963
721.60
煤油
7.5
6.2
30.194
37743
216.17
轻柴
19.5
16.4
78.87
99838
344.27
重柴
11.5
9.8
47.73
59663
167.26
重油
40.5
52
253.24
316543
3、汽提蒸汽用量
侧线产品及塔底重油都用过热水蒸气汽提,使用的时温度420℃,压力0.3Mpa的过热水蒸气,参考图7-52和表7-12,取汽提水蒸气量如表Ⅸ
表Ⅸ
油品
质量分数〔对油%
Kg/h
Kmol/h
一线煤油
3
1132.29
62.91
二线轻柴
3
2995.14
166.40
三线重柴
2.8
1670.56
92.81
合计
12128.85
673.83
4、塔板形式和塔板数
选用浮阀塔板
汽油—煤油段
煤油—轻柴油段
轻柴油—重柴油段
重柴油—汽化段
塔底汽提段
10层〔考虑到一线生产航空煤油
9层
6层
4层
6层
考虑采用两个中段回流,每个用3层换热塔板,共6层,全塔塔板数总计为41层。
5、精馏塔计算草图
将塔体、塔板、进料及产品出口,中段循环回流位置,汽提返塔位置,塔底汽提点等绘成草图,如图〔Ⅱ,以后的计算结果如操作条件和物料流量等可以陆续填入图中。
这样的计算草图可使设计计算对象一目了然,便于分析计算结果的规律性,避免漏算重算,容易发现错误,因而是很有用的。
6、操作压力
取塔顶产品罐压力为0.13Mpa。
塔顶采用两级冷凝冷却流程。
取塔顶空冷器压力降为0.01Mpa,使用一个管壳式制冷器,壳程压力降取0.017Mpa,故：
塔顶压力=0.13+0.01+0.017=0.157Mpa〔绝
取每层浮阀塔板压力降为0.5Kpa〔4mmHg,则推算得常压塔各关键部位的压力如下：
〔单位为Mpa
塔顶压力：
0.157；
一线抽出板〔第10层上压力为：
0.162；
二线抽出板〔第22层上压力为：
0.168；
三线抽出板〔第31层上压力为：
0.172；
汽化段压力〔第35层以下0.174；
取转油线压力降为0.035Mpa,则
加热炉出口压力=0.174+0.035=0.209Mpa
7、汽化段温度
⑴、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2.10%〔体积分数,即过汽化量为12175Kg/h。
要求进料在汽化段中的汽化率eF为：
eF〔体积分数=〔21%+7.5%+19.5%+11.5%+2.10%=61.6%
⑵、汽化段油气分压
汽化段中各物料的流量如下单位：
Kmol/h
汽油
煤油
轻柴油
重柴油
过汽化油
油气量合计
721.60
216.17
344.27
169.26
33.82
1485.12
其中过汽化油的相对分子量取360.
还有水蒸气〔3517.1Kmol/h塔底汽提
由此计算得汽化段的油气分压为：
0.174×1485.12/〔351.71+1485.12=0.141Mpa
⑶、汽化段温度的初步求法
汽化段温度应该是在汽化段油气分压0.112Mpa之下汽化61.6%〔体积分数的温度,为此需要作出在0.141Mpa下原油平衡汽化曲线。
见〔原油的实沸点曲线和平衡汽化曲线中的曲线-4.
在不具备原油的临界参数和焦点参数而无法作出原油P—T—e相图情况下,曲线-4可用以下的简化法求定：
由〔原油实沸点曲线和平衡汽化曲线图可得到交点温度为250℃。
利用第三章
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