原油常压塔工艺设计计算.docx
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原油常压塔工艺设计计算
原油常压塔工艺设计计算（总11页）
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。
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
122—150
150—175
175—200
200—225
225—250
250—275
275—300
300—325
325—350
350—375
375—395
38
395—425
425—450
450—475
项目
密度
20℃
恩氏蒸馏馏出温度℃
0%
10%
30%
50%
70%
90%
ep
汽油
75
123
150
164
180
205
210
煤油
218
223
230
235
240
250
263
轻柴油
245
273
285
292
308
321
重柴油
296
316
325
336
340
348
重油
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==
⑵122-150
V2==
⑶150-175
V3=/=
⑷175-200
V4==
⑸200-225
V5==
⑹225-250
V6=/=
⑺250-275
V7=/=
⑻275-300
V8=/=
⑼300-325
V9=/=
⑽325-350
V10=/=
⑾350-375
V11=/=
⑿375-395
V12=/=
⒀395-425
V13==
⒁425-450
V14==
⒂450-475
V15==
V总=cm3进行规一化得：
V1%=%
V2%=%
V3%=%
V4%=%
V5%=%
V6%=%
V7%=%
V8%=%
V9%=%
V10%=%
V11%=%
V12%=%
V13%=%
V14%=%
V15%=%
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℃
%
300℃
%
150℃
%
325℃
%
175℃
%
350℃
%
200℃
%
375℃
%
225℃
%
395℃
%
250℃
%
425℃
%
275℃
%
450℃
%
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）
%
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）=℃/%，由此计算参考线的各点温度：
%=148-（）=℃20%=148-（20-10）=℃
30%=148-（30-10）=℃40%=148-（40-10）=℃
50%=148-（50-10）=℃60%=148-（60-10）=357℃
70%=148-（70-10）=℃80%=148-（80-10）=℃
90%=148-（90-10）=℃
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℃/%查得平衡汽化参考线的斜率为℃/%，用图7-17中图查得△F=℃，故平衡汽化参考线50%=实沸点蒸馏参考线50%点–△F=℃-=℃
由平衡汽化参考线的50%点和斜率可计算得其他各点温度
%=℃-（）=℃
10%=℃-（50-10）=℃
20%=℃-（50-20）=℃
30%=℃-（50-30）=℃
40%=℃-（50-40）=℃
60%=℃+（60-50）=℃
70%=℃+（70-50）=℃
80%=℃+（80-50）=℃
90%=℃+（90-50）=℃
c.计算实沸点蒸馏曲线与其参考线的各点温差△Fi%
△%=122℃-℃=℃△F10%=0℃
△F20%=205℃-℃=℃△F30%=258℃-℃=℃
△F40%=295℃-℃=℃△F50%=323℃-℃=℃
△F60%=363℃-357℃=6℃△F70%=399℃-℃=℃
△F80%=425℃-℃=℃△F90%=454℃-℃=℃
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：
%比值=，10%比值=，20%比值=，其余各点比值都是.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。
%△T=*=℃10%△T=0℃
20%△T=*=℃30%△T=*=℃
40%△T=*=℃50%△T=*=℃
60%△T=6*=℃70%△T=*=℃
80%△T=*=℃90%△T=*=℃
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
%
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=–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–=℃
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
42
24
则实沸点的30%点
30%点=–24=℃
10%点=–24=℃
0%点=–=℃
70%点=+=℃
90%点=+=℃
100%点=+=℃
实沸点范围:
℃～℃
同理可得
煤油馏分实沸点范围：
℃～℃
轻柴馏分实沸点范围：
℃～℃
重柴馏分实沸点范围：
℃～405℃
重油实沸点范围：
℃（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
～
21
75
123
150
164
180
205
210
煤油
～
218
223
230
235
240
250
213
轻柴油
～
245
273
285
292
308
321
重柴油
～405
296
316
325
336
340
348
重油
52
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
=%
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
=℃
5
5
根据周佩正所列得：
tme=tv–△me，ln△me=–+
∴ln△me=
△me=tme=–=℃=
查《工艺图表》由ρ20得API°=
=
3
=
1216×3
=
根据李德清一向正为关系式
M=+T–KT+×10-15（KT）2–ρT
式中T为平均沸点（K），K为特性因数，ρ为20℃时的密度
M=+×–××+×105×
（×）2–××=
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
=℃/%
70-10
由图查得：
平衡汽化50%点—恩氏蒸馏50%点=℃
则平衡汽化50%点=336+=℃
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%=–=℃
10%=–=℃
0%=–8=℃
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
30%—50%
11
其他馏分同理
⑸、汽油馏分焦点温度焦点压力的确定
由S=，API°=
查石油馏分临界压力图：
压力=
查石油馏分临界温度图：
温度=℃
查石油馏分焦点温度图=℃
查石油馏分焦点压力图=
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
煤油馏分
轻柴馏分
重柴馏分
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%
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
94963
煤油
37743
轻柴
99838
重柴
59663
重油
52
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
二线轻柴
3
三线重柴
合计
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。
塔顶采用两级冷凝冷却流程。
取塔顶空冷器压力降为，使用一个管壳式制冷器，壳程压力降取，故：
塔顶压力=++=（绝）
取每层浮阀塔板压力降为（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：
；
一线抽出板（第10层）上压力为：
；
二线抽出板（第22层）上压力为：
；
三线抽出板（第31层）上压力为：
；
汽化段压力（第35层以下）；
取转油线压力降为，则
加热炉出口压力=+=
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%（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%+%+%+%+%）=%
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
其中过汽化油的相对分子量取360.
还有水蒸气（h）塔底汽提
由此计算得汽化段的油气分压为：
×（+）=
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之下汽化%（体积分数）的温度，为此需要作出在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℃。
利用第三章中的烃类与石油窄馏分的蒸汽压图，将此点温度250℃换算为下的温度，得23737℃。
从该交点作垂直于横坐标的直线A，在A线上找到℃之点，过此点作平行于原油常压平衡汽化曲线-2的线-4，即为原油在下的平衡汽化曲线。
由曲线-4可以查得当eF为%（体积分数）时的温度为310℃，此即欲求的汽化段温度为tF。
此tF时由相平衡关系求得，还需对它进行校核。
⑷、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。
校核的方法作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（体积分数）=%，tF=310℃时，进料在汽化段中的焓hF计算如表（X）。
表中各物料的焓值可由第三章中介绍的方法和图表求得。
所以：
hF=×106÷608750=kg
再求出原油在加热炉出口条件下的焓h0，按前述方法原油在炉出口压力之下的平衡汽化曲线（实沸点与平衡汽化曲线图中的曲线-3）。
这里忽略了原油所含水分，若原油含水，则应当作炉出口处油气分压下的平衡汽化曲线。
因考虑到生产航空煤油，限定炉出口温度不超过360℃.由曲线-3可读出在360℃时的汽化率e0为58%（体积分数）。
显然e0＜eF，即在炉出口条件下，过汽化油和部分重柴油处于液相。
据此可计算出进料在炉出口条件下的焓值h0，见表（Ⅹ）
所以：
h0=×106÷608750=kg
校核表明h0略高于hF，所以在设计的汽化温度310℃之下，既能保证所需的拔出率（体积分数%），炉出口温度也不至于超过允许限度。
表（Ⅹ）
油料
焓，KJ/kg
热量
KJ/h
气相
液相
汽油
1029
—
1029×94963=×106
煤油
1016
—
1016×37743=×106
轻柴油
1003
—
1003×99838=×106
重柴油
992
—
992×59663=×106
过汽化油
991
—
991×12175=×106
重油
—
740
740×316543=×106
合计
—
—
×106=QF
进料在炉出口出携带的热量
（P=，t=360℃）
油料
焓，KJ/kg
热量
KJ/h
气相
气相
汽油
1159
—
1159×94963=×106
煤油
1150
—
1150×37743=×106
轻柴油
1132
—
1132×99838=×106
重柴油气相部分
1128
—
1128×18723=×106
重柴油液相部分
—
950
950×40940=×106
重油
—
899
899×316543=×106
合计
—
—
Q0=×106
8、塔底温度
取塔底温度比汽化段温度低7℃，即310–7=303℃
9、塔顶及侧线温度的假设与回流热分配
⑴、假设塔顶及各侧线温度
参考同类装置的经验数据，假设塔顶及各侧线温度如下：
塔顶温度
℃
煤油抽出板
（第10层）温度℃
轻柴油抽出板
（第22层）温度℃
重柴油抽出板
（第31层）温度℃
105
170
249
310
⑵、全塔回流热
按上述假设的温度条件作全塔热平衡（见表Ⅻ），由此求出全塔回流热。
表（Ⅻ）全塔回流热（入方）
物料
流率
Kg/h
密度
g/cm3
操作条件
焓KJ/kg
热量
KJ/h
压力Mpa
温度℃
气相
液相
进料
608750
—
310
—
—
×106
汽提蒸汽
—
420
3316
—
×106
合计
—
—
—
—
—
×106
（出方）
物料
流率
Kg/h
密度
g/cm3
操作条件
焓KJ/kg
热量
KJ/h
压力Mpa
温度℃
气相
液相
汽油
94963
105
546
—
×106
煤油
37743
170
—
408
×106
轻柴油
99838
240
—
768
×106
重柴油
59663
310
—
794
×106
重油
31543
320
—
786
×106
水蒸汽
—
105
2700
—
×106
合计
—
—
—
—
—
×106
所以，全塔回流热Q=（–）×106=×106（KJ/h）
⑶、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11—13层），第二个位于轻柴油侧线与重柴油侧线之间（第22—24层）。
塔顶回流取热50%
第一中段回流取热20%
第二中段回流取热30%
Q0=×106KJ/h
QC1=×106KJ/h
QC2=×106KJ/h
10、侧线及塔顶温度的校核
校核应自下而上进行
1、重柴油抽出板（第31层）温度
按图（Ⅱ）中的隔离体系工作第31层以下塔段的热平衡。
见图
表（XIII）第31层以下塔段的热平衡
（入方）
物料
流率
密度（ρ20）
操作条件
焓，KJ/kg
热量
KJ/h
Kg/h
g/cm3
压力Mpa
温度℃
气相
液相
进料
608750
—
310
—
—
×106
升级会员 