580万年原油常减压蒸馏装置工艺设计.docx
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580万年原油常减压蒸馏装置工艺设计
580万/年原油常减压蒸馏装置工艺设计
（年处理量250+33*10=580万吨/年）
一．总论
1.1概述
石油加工是国民经济的主要产业以及国民经济的支柱产业之一，在国民经济中有着重要的地位。
石油产品应用在国民经济中的各行各业，涉及到民用以及军用。
石油已是一个国家懒以生存产品，是一个国家能否兴旺发达的有力支柱。
目前，国际原油供不应求，价格高居不下，原油供应紧张，并由原油所引发起不少主要产油地区的不稳定。
我国是一个人口大国，石油的需求在近年来尤其紧张，并随着经济的发展，市场需求越来越大，石油产品利润很高。
本设计是以大港原油为加工原油，采用常减压蒸馏装置蒸馏加工（580万吨/年）原油，而分离出以汽油，煤油，轻柴油，重柴油以及重油为主要产品的各种油产品。
本方法简单实用，处理量大，技术成熟，是目前国内外处理原油最主要的方法。
1.2文献综述
本设计是以课程设计、化工设计为基础，以课程中指导老师给出的数据为依据，参考《化工原理》、《化工设计》、《石油练制工艺学》、《石油化工工艺计算图表》《工程制图》等资料。
采用原油常减压蒸馏装置工艺设计以生产重整原油，煤油，轻柴油，重柴油，重油等产品。
所采用的方法是目前国内外最实用，最普遍，最成熟的原油加工方法。
适用国内大中小企业等使用。
1.3设计任务依据
所设计任务是以指导老师给出的原油数据为依据。
所设计的设备参数是以一些权威书籍为参考。
1.4主要原材料
本设计主要的原材料主要有大港原油、水、电
1.5其它
本设计应设计应用在一些交通运输方便，市场需求大的附近。
同时，生产过程中应与环境相给合，注重“三废”的处理，坚持国家可持续发展的战略，坚持和谐发展的道路，与时俱进。
同时应注意到，废品只是一种放在待定时间与空间中的原材料，在另一些场所，它们又是一种原材料，因而，在生产过程中，应把“三废”综合利用。
2、1工艺参数计算
2、1、1原料及产品的有关参数的计算
以下的转换计算均以重整原料为例，其它产品仅写出计算结果。
（1）根据提供的原油实沸点蒸馏数据，常压下的平衡蒸发数据作出实沸点曲线和常压下的原油平衡蒸发曲线，见图2-1
（2）体积平均沸点，tv
重整原料：
（3）恩氏蒸馏90%-10%斜率
重整原料：
（4）立方平均沸点tc
由《工艺计算图表》图2—1查得体积平均沸点校正值为：
-1.8℃
重整原料tc=100.6-1.8=98.8℃
（5）中平均沸点,t（中）:
由图表集图2-1-1查得体积平均沸点校正值为-2.2℃,故:
汽油,t（中）=t（体）-2.2℃=98.8-2.2=98.4℃
（6）特性因数K:
由图表集图2-1-2查得:
汽油K=11.58。
（7）分子量M:
由图表集图2-1-2查得:
汽油M=96.
（8）平衡蒸发温度
由图表集图2-2-3及图2-2-4计算出汽油平衡蒸发100％温度为109℃。
（9）临界温度,tkp:
由图表集图2-3-7和图2-3-8查得:
汽油tkp=275℃。
（10）临界压力,Pkp:
由图表集图2-3-9查得:
汽油Pkp=3.26MPa。
（11）焦点温度,tF
由图表集图2-2-19查得,汽焦点温度为307℃。
（12）焦点压力,PF
由图表集图2-2-18查得,汽焦点压力为4.52MPa。
表2油品的有关性质参数计算汇总
油品名称
密度
d204
比重指数oAPI
特性因数
K
分子量
M
平衡蒸发温度
℃
临界参数
焦点参数
0%
100%
温度℃
MPa
温度℃
MPa
汽油
0.7342
59.2
11.58
96
109
275
3.26
307
4.52
煤油
0.7909
47.2
11.9
158
164
371
2.31
408.1
4.51
轻柴
0.8406
42.3
12.12
219
247
442
1.94
461.4
2.39
重柴
0.8450
41.8
12.62
305
340.8
497
1.38
506.8
1.58
重油
0.9200
21.2
12.1
290
原油
0.7342
32
12
2、1、2产品收率及物料平衡
物料平衡可参考同一原油丶同一产品方案的生产数据确定。
确定后列出物料平衡表。
如不能取得实标生产数据,可根据实沸点数据来确定。
如表1所示,相邻两个产品是互相重叠的,即实沸点蒸馏（tH-tL）是负值。
通常相邻两个产品的实沸点就在这一重叠值的一半处,因此可取tH和tL之间的中点温度作为这两个馏分的切割温度,按切割温度,可以从原油的实沸点曲线得出各产品的收率。
决定年开工天数后,即可作出常压塔的物料平衡表,如表3所示。
表3中没有考虑到损失,在实标生产中通常取（气体+损失）约占原油的0.5％。
注:
tH为相邻两馏分重馏分实沸点的0％点温度;
tL为相邻两馏分轻馏分实沸点的100％点温度。
表3物料平衡表（按每年开工330天计）
油品
产率，%
处理量或产量
体积
质量
104t/Y
t/D
kg/h
kmol/h
原油
100
100
280
7576
350000
产
品
汽油
5.0
4.2
11.76
266
14700
153
煤油
10.4
9.4
26.32
505
32900
208.2
轻柴油
14
13.5
37.8
524
47250
215.8
重柴油
5.9
5.7
15.96
730
19950
65.4
重油
64.7
67.2
188.16
5551
235200
2、1、3.汽提蒸汽用量
侧线产品及塔底重油都用过热水蒸汽汽提,使用的是温度420℃,压力0.3MPa的过热水蒸汽。
汽提水蒸汽用量与需要汽提出来的轻组分含量有关。
在设计中可参考经验数据选择汽提蒸汽用量。
表4 汽提水蒸气用量
油品
质量分数
Kg/h
Kmol/h
一线煤油
3
98.7
5.5
二线轻柴油
3
1417.5
78.75
三线重柴油
2.8
558.6
31
塔底重油
2
4704
261.3
合计
7667
425.9
2、2操作条件的确定
2、2、1决定塔板数、塔顶压力和塔板压力降
（1）根据《塔的工艺计算》表1-3决定塔板数如下：
汽油──煤油段9层（考虑一线生产航煤）
煤油──轻柴油段6层
轻柴油──重柴油段6层
重柴油──汽化段3层
塔底汽提段4层
全塔用两个中段回流,每个用3层换热塔板,共6层,全塔塔板总数为34层。
（2）分馏塔计算草图
（3）操作压力
取塔顶产品罐压力为:
0.131MPa。
塔顶采用两级冷凝冷却流程图。
取塔顶空冷器压力降为0.01MPa,使用一个管壳式后冷器,壳程压力降取0.0171MPa,故塔顶压力=0.13+0.01+0.017=0.1571MPa（绝）。
取每层浮阀塔板压力降为0.00051MPa（4mmHg）,则推算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9层）上压力0.161
二线抽出板（第18层）上压力0.166
三线抽出板（第27层）上压力0.170
汽化段压力（第30层下）0.172
取转油线压力降为0.0351MPa,则
加热炉出口压力=0.172+0.035=0.2071MPa
（4）汽化段温度
①汽化段中进料的汽化率与过汽化率
取过汽化率为进料的2％（质）（经验值为2~4）或2.06％（体）,则过汽化油量为7000kg/h,要求进料在汽化段的汽化率为:
eF=（5.0+10.4+14+5.9+2.06）％=37.29％（体）
②汽化段油气分压
汽化段中各物料的流量如下:
汽油153kmol/h
煤油20832kmol/h
轻柴油215.8kmol/h
重柴油65.4kmol/h
过汽化油23.3kmol/h
油气量合计665.5kmol/h
其中过汽化油的分子量取300,水蒸汽261kmol/h（塔底汽提）。
由此计算得过汽化段的油气分压为:
0.172×665.5/（665.5+261）=0.124MPa
③汽化段温度的初步求定
汽化段温度应该是在汽化段油气分压0.124MPa之下汽化37.29％（体）的温度,为此需要作出在0.124MPa下的原油平衡汽化曲线,见图1中的曲线4。
在不具备原油的临界参数与焦点参数而无法作出原油的P-T-e相图的情况下,曲线4可用简化法求定:
由图1可得到原油在常压下的实沸点曲线与平衡汽化曲线的交点为310℃。
将此交点温度换算成在0.124MPa压力下的温度为315℃。
过该交点作垂直于横座标的直线A,在A线上找到315℃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0.124MPa下的平衡汽化曲线。
由曲线4可查得当eF为37.29％（体）时的温度为350℃,此即欲求的汽化段温度tF。
此tF是由相平衡关系求得,还需对它进行校核。
④tF的校核
校核的目的是看tF要求下的加热炉出口温度是否合理。
校核的方法是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=37.29％（体）,tF=350℃,进料在汽化段中的焓hF计算如表8所示。
表8进料带入汽化段的热量QF（P=0.172MPa,t=350℃）
物料
焓，Kj/kg
热量，kJ/h
汽相
液相
汽油
1146
1146×14700=16.85×106
煤油
1134
1147×32900=37.31×106
轻柴油
1126
1130×47250=53.18×106
重柴油
1121
1122×19950=22.37×106
过汽化油
～1109
1109×7000=7.76×106
重油
877
877×235200=206.27×106
合计
QF=343.7×106
hF=343.7×106/350000=982.12kJ/kg
再求出原油在加热炉出口条件下的热焓ho,按前述方法作出原油在炉出口压力0.207MPa压力之下平衡汽化曲线（即图1中的曲线3）。
此处忽略了水分,若原油中含有水分,则应按炉出口处油气分压下的平衡汽化曲线计算。
因考虑生产航空煤油,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eo为31％（体）。
显然eo表9进料在炉出口处携带的热量（P=0.207MPa,t=360℃）
物料
焓Kj/kg
热量kJ/h
液相
汽相
汽油
1201
1201×14700=17.65×106
煤油
1164
1164×32900=38.30×106
轻柴油
1151
1151×47250=54.38×106
重柴油（g）
1143
1143×19950=15.60×106
重柴油（l）
971
971×7000=6.12×106
重油
904
904×235200=212.62×106
合计
Qo=344.68×106
根此可算出进料在炉出口条件下的焓值ho。
ho=344.68×106/350000=984.786kJ/kg
核算结果表明ho略高于hF,所以在设计的汽化段温度350℃之下,能保证所需的拔出率（37.29％体）。
炉出口温度也不致超过充许限度。
（5）塔底温度
取塔底温度比汽化段低7℃,即:
350-7=343℃
（6）塔顶及各侧线温度的假设与回流热分配
①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107℃
煤油抽出板（第9层）170℃
轻柴油抽出板（第18层）240℃
重柴油抽出板（第27层）315℃
则列出全塔热平衡如表10所示。
表10全塔热平衡
物料
流率，kg/h
密度
d204
操作条件
焓，kJ/kg
热量，kJ/h
MPa
℃
汽相
液相
入
方
进料
350000
0.8717
0.172
350
982.12
343.74×106
汽提蒸汽
7667
0.3
420
3316
25.42×106
合计
357667
369.16×106
出
方
汽油
14700
0.7342
0.157
107
611
8.98×106
煤油
32900
0.7909
0.161
180
444
14.61×106
轻柴油
47250
0.8406
0.166
256
645
30.48×106
重柴油
19950
0.845
0.17
315
820
16.36×106
重油
235200
0.92
0.175
343
858
201.80×106
水蒸汽
7667
0.157
107
2700
20.70×106
合计
357667
292.93×106
②全塔回流热
全塔回流热Q=（343.74-292.93）×106=76.24×106kJ/h
③回流方式及回流热分配
塔顶采用二级冷凝冷却流程,塔顶回流温度为60℃。
采用两个中段循环回流,一中在煤油侧线与轻柴油侧线之间（第11~13层）,二中位于轻柴油侧线与重柴油侧线之间（第20~22层）。
回流热分配％热量,kJ/h
塔顶5038.12×106
一中2010.48×106
二中3015.70×106
（7）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27层）
按图3中的隔离体系Ⅰ作第27层以下塔段的热平衡如图4及表11所示。
图4重柴油抽出板以下塔段的热平衡
表11第27层以下塔段的热平衡
物料
流率，kg/h
密度
d204
操作条件
焓，kJ/kg
热量，kJ/h
MPa
℃
汽相
液相
入
方
进料
350000
0.8717
0.172
350
982.12
350000
343.74×106
汽提蒸汽
4704
0.3
420
3316
4704
15.60×106
内回流
L
～0.846
170
308.5
795
L
795L
合计
359.34×106+795L
出
方
汽油
14700
0.7342
0.17
315
1080
14700
15.88×106
煤油
32900
0.7909
0.17
315
1055
32900
34.71×106
轻柴油
47250
0.8406
0.17
315
1034
47250
48.86×106
重柴油
19950
0.845
0.17
315
820
19950
16.36×106
重油
235200
0.92
0.175
343
858
235200
201.80×106
水蒸汽
4704
0.17
315
3107
4704
14.62×106
内回流
～0.846
0.17
315
1026
1026L
合计
332.22×106+1026L
由热平衡得:
359.34×106+795L=332.22×106+1026L
所以,内回流L=117413.58kg/h或117413.58/282=416.36kmol/h
重柴油抽出板上方汽相总量为:
153+282+215.8+261+416.36=1328.16kmol/h
重柴油蒸汽（即内回流）分压为:
0.170×416.36/1328.36=0.0533MPa
由重柴油常压恩氏蒸馏数据换算在0.05333MPa压力下平衡汽化0％点温度为314℃,与原假设315℃很接近,可以认为原假设是正确的。
②轻柴油抽出板
表12第18层以下塔段的热平衡
物料
流率kg/h
密度
d204
操作条件
焓，kJ/kg
热量，kJ/h
MPa
℃
汽相
液相
入
方
进料
350000
0.8717
0.172
350
982.12
343.74×106
汽提蒸汽
5262.6
0.3
420
3316
15.60×106
内回流
L
0.8235
166
232
576
576L
合计
361.19×106+576L
出
方
汽油
12.95×106
煤油
14700
0.7342
0.166
240
881
28.39×106
轻柴油
32900
0.7909
0.166
240
863
28.30×106
重柴油
47250
0.8406
0.166
240
599
16.28×106
重油
19950
0.845
0.17
315
816
203.92×106
水蒸汽
5262.6
0.92
0.175
343
867
15.54×106
内回流
0.8235
0.166
240
848
848L
中回流
22.87×106
合计
328.26×106+848L
由热平衡得:
343.74×106+576L=328.26×106+848L
所以,内回流L=121093.3kg/h或1210193.3/208=582.18kmol/h
轻柴油抽出板上方汽相总量为:
153+208+582.18+292.37=1235.55kmol/h
轻柴油蒸汽（即内回流）分压为:
0.170×582.18/1235.55=0.0782MPa
由轻柴油常压恩氏蒸馏数据换算在0.0782MPa压力下平衡汽化0％点温度为239℃,与原假设240℃很接近,可以认为原假设是正确的。
表13第9层以下塔段的热平衡
物料
流率，kg/h
密度
d204
操作条件
焓，kJ/kg
热量，kJ/h
MPa
℃
汽相
液相
入
方
进料
350000
0.8717
0.172
350
982.12
343.74×106
汽提蒸汽
6680.1
0.3
420
3316
22.15×106
内回流
L
0.7958
161
162
402
402L
合计
365.89×106+402L
出
方
汽油
0.7342
0.161
170
723
10.63×106
煤油
14700
0.7909
0.161
170
423
13.92×106
轻柴油
32900
0.8406
0.166
170
599
28.30×106
重柴油
47250
0.845
0.17
315
816
16.28×106
重油
19950
0.92
0.175
343
867
203.92×106
水蒸汽
6680.1
0.161
170
2812
18.78×106
内回流
0.7958
0.161
170
699
699L
中回流
38.12×106
合计
329.95×106+699L
由热平衡得:
365.89×106+402L=329.95×106+699L
所以,内回流L=121026.8kg/h
或121026.8/145=834.67kmol/h
煤油抽出板上方汽相总量为:
153+371+834.67=1358.78kmol/h
煤油蒸汽（即内回流）分压为:
0.170×834.67/1358.78=0.1MPa
由煤油常压恩氏蒸馏数据换算在0.1MPa压力下平衡汽化0％点温度为168℃,与原假设170很接近,可以认为原假设是正确的。
③塔顶温度
塔顶冷回流温度to=60℃ho=163.3kJ/kg
塔顶温度t1=107℃h1=611kJ/kg
故塔顶冷回流量Lo为:
Lo=Q/（ht1-hto）=38.12×106/（611-163.3）=85143kg/h
塔顶油气量（汽油+内回流蒸汽）为
（85143+14700）/96=1040kmol/h
塔顶水蒸汽流量为
1667/18=426kmol/h
塔顶油气分压为
0.157×1040/（1040+426）=0.1114MPa
塔顶温度应该是汽油在其油气分压下的露点温度,由恩氏蒸馏数据换算得汽油常压露点温度为104.4℃。
已知其焦点温度和压力依次为307℃和4.52MPa。
在平衡汽化座标纸上作出汽油平衡汽化100％点的p-t线,如图5所示。
得出在0.1114MPa压力下露点温度为110℃。
考虑到不凝气的存在,该温度乘以系数0.97,则塔顶温度为:
110×0.97=106.8℃
与假设的107℃很接近,故原假设温度正确。
验证在塔顶温度下水蒸汽是否会冷凝。
塔顶水蒸汽分压为0.157-0.1114=0.0456MPa,在此压力下饱和水蒸汽温度为83℃,故水汽不会冷凝。
（8）全塔汽丶液负荷分布图
选择塔内几个有代表性的部位（如塔顶丶第一层板下方丶各侧线抽出板上下方丶中段回流进出口处丶汽化段及塔底汽提段等）,求出该各处的汽丶液负荷,就可以作出全塔汽丶液相负荷分布图。
2层塔段以下的热平衡
物料
流率
密度
操作条件
焓kJ/kg
热量
压力MPa
温度℃
入方
进料
350000
0.8717
0.172
350
982.12
343.74×106
气提蒸汽
7667
0.3
420
3316
25.42×106
内回流
L
0.7342
0.157
107
268
268L
合计
369.17×106+268L
出方
汽油
14700
0.7342
0.157
115
615
9.04×106
煤油
32900
0.7909
0.161
170
423
13.92×106
轻柴油
47250
0.8406
0.166
240
599
28.30×106
重柴油
19950
0.
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