常压蒸馏装置工艺设计计算.docx

1、常压蒸馏装置工艺设计计算第二章 常压塔操作条件及工艺计算2.1 汽提蒸汽用量侧线产品及塔底重油均采用温度为420，压力为0.3MPa的过热水蒸汽汽提，取各段汽提蒸汽用量如下表：表2-1 汽提水蒸汽用量油品质量分数（对油）/%Kg/hKmol/h一线灯用煤油3132674二线轻chaiyou3120267三线重chaiyou390950塔底重油23265181合计67023722.2 塔板形式和塔板数（1） 选用F1型浮阀塔板。（2） 根据石油炼制工艺学表5-1选定塔板数如下表。 表2-2 塔板的选定汽油灯用煤油段9层（考虑一线生产灯用煤油）煤油轻chaiyou段6层轻chaiyou重chaiy

2、ou段6层重chaiyou气化段3层塔底气提段4层中段回流23层合计34层考虑采用两个中段回流，每个中段回流采用3层换热塔板，共6层。全塔塔板数总计为34层塔板。2.3 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，使用一个管式后冷器，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塔顶压力 0.157MPa一线抽出板（第9层）上压力 0.1615MPa二线抽出板（第18层）上压力 0.166MPa三线抽出

3、板（第27层）上压力 0.170MPa汽化段压力（第30层下）压力 0.172MPa取转油线压力降为0.035MPa，则加热炉出口压力=0.172+0.035=0.207MPa2.4 精馏塔草图精馏塔草图见附录二。2.5 汽化段温度2.5.1 汽化段中进料的气化率与过气化度取过气化度为进料的2%（质量分数）或2.03（体积分数）；要求进料在汽化段的气化率eF为：eF（体积分数）=（14.3%+15.1%+13.1%+9.8%+2.03%）=54.33%2.5.2 汽化段油气分压汽化段中的物料流量如下：汽油 375 Kmol/h煤油 285 Kmol/h轻柴 184 Kmol/h重柴 110 K

4、mol/h过气化油 21 Kmol/h油气合计 975 Kmol/h其中过气化油的相对分子质量取300，水蒸气取181 Kmol/h（塔底汽提），由此计算得汽化段的油气分压为：0.172975/（975+181）=0.145MPa2.5.3 汽化段温度初步求定汽化段温度是在汽化段油气分压0.145MPa之下气化率54.33%时的温度，为此需要作出在0.145MPa下原油的平衡气化曲线已知实沸点数据如下：馏出体积/%1030507080温度/115240340470515根据石油炼制工艺学将常压TBP数据转换为常压EFV数据计算TBP曲线参考线斜率 S10-70 =（470-115）/（70-1

5、0）=5.92/%，查图得EFV参考线斜率4.2/%，再查图得F=22.5，则EFV参考线50%点=TBP参考线50%点-F=329.5，再由EFV参考线50%点和EFV参考线斜率计算其他各点温度馏出体积/%1030507080TBP参考线115233352470476EFV参考线161.5245.5329.5413.5455.5TBP F/07-12039EFV F/02.31-3.96012.87EFV温度161.5247.8325.5413.5468.5依据常压EFV数据作常压EFV曲线见附录一。根据石油炼制工艺学的方法作0.145MPa下的EFV曲线见附录一。由汽化段油气分压0.145

6、MPa下的EFV曲线差得eF=54.33%时tF=3552.5.4 tF的校核（1） 当气化率eF=54.33% ，tF=355时进料在汽化段中的焓hF计算如下表表2-5-4（1） 进料带入汽化段的热量（p=0.172MPa t=355）油料密度/Kgm3 流量/Kgh-1焓/KJkg-1热量106/KJh-1气相液相汽油71937875117144.35煤油79344208115050.84轻柴82940083113445.45重柴84130292112934.20过气化油853631411177.05重油930156928907142.3合计315700324.19所以hF=324.191

7、06/315700=1026.9 KJkg-1（2） 原油在加热炉出口条件下的焓h0计算如下表表2-5-4（2） 进料在炉出口处携带的热量（p=0.207MPa t=360）油料密度/Kgm3 流量/Kgh-1焓/KJkg-1热量106/KJh-1气相液相汽油71937875118045.00煤油79344208115951.24轻柴829400831150.646.12重柴（气相）83524300116728.36重柴（液相）8965992941.45.64重油930163242925151.0合计315700327.36所以h0=327.36106/315700=1036.9 KJkg-1

8、校核结果h0略高于hf，所以在设计的汽化段温度355之下，既能保证所需的拔出率（体积分数54.33%），炉出口温度也不至于超出允许限度。2.6 塔底温度取塔底温度比汽化段温度低7，即355-7=348 2.7 塔顶及侧线温度假设与回流分配2.7.1 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 110煤油抽出板温度 180轻柴抽出板温度 250重柴抽出板温度 3102.7.2 全塔回流热按以上假设温度作全塔热平衡见下表2-7-2表2-7-2 全塔热平衡物料流量Kg/h密度Kg/m3操作条件焓/KJKg-1热量106/KJh-1MPa气相液相入方进料315700

9、858.10.172355324.19汽提蒸汽67020.3420331622.22合计322402346.41出方汽油378757190.15710860723.0煤油442087930.16118044319.6轻柴400838290.16625066526.65重柴302928410.17031082625.02重油1632429300.175348887144.8水蒸气67020.157108270018.1合计322402257.02全塔回流热Q=（346.41-257.2）106=89.21106KJh-12.7.3 回流方式及回流热分配塔顶采用二级冷凝冷却流程，塔顶回流温度定为6

10、0。采用两个中段回流，第一个位于煤油侧线与轻柴侧线之间（第11-13层），第二个位于轻柴侧线与重柴侧线之间（第20-22层）。回流热分配如下表2-7-3表2-7-3 回流热分配回流热分配塔顶回流第一中段回流第二中段回流取热分配/%502030热量/106KJh-144.617.826.812.8 侧线及塔顶温度校核校核自下而上依次为 重chaiyou抽出板（第27层）、轻chaiyou抽出板（第18层）、煤油抽出板（第9层）、塔顶温度以及验证塔顶条件下水蒸气是否会冷凝。2.8.1 重柴抽出板（第27层）温度校核做隔离体系第27层以下塔段热平衡见表2-8-1表2-8-1 第27层以下塔段热平衡物

11、料流量Kg/h密度Kg/m3操作条件焓/KJKg-1热量106/KJh-1MPa气相液相入方进料315700858.10.172355324.19汽提蒸汽32650.3420331610.8内回流L839.70.170303.5795795L合计318965+L335106+795L出方汽油378757190.170310106340.25煤油442087930.170310103545.75轻柴400838290.170310102441.04重柴302928410.17031082324.9重油1632429300.175348887144.8水蒸气32650.170310310010.1

12、2内回流L839.70.17031010171017L合计318965+L307106+1017L由热平衡得：335106+795L=307106+1017L 内回流L=126126Kg/h=470.6Kmol/h重chaiyou抽出板上方气相总量：375+285+184+181+470.6=1495.6Kmol/h重chaiyou蒸汽（即内回流）分压为：0.17470.6/1495.6=0.0535MPa有重柴EFV数据:馏出体积0%10%30%50%常压EFV328.8335.33383400.0535MPaEFV309.8316.3319321由上求得在0.0535MPa下重chaiyo

13、u泡点温度309.8与原假设很接近，认为原假设正确。2.8.2 轻chaiyou抽出板（第18层）温度校核做隔离体系第18层以下塔段热平衡见表2-8-2表2-8-2 第18层以下塔段热平衡物料流量Kg/h密度Kg/m3操作条件焓/KJKg-1热量106/KJh-1MPa气相液相入方进料315700858.10.172355324.19汽提蒸汽41740.3420331613.8内回流L8250.166241.6619619L合计319874+L338106+619L出方汽油378757190.166250916.334.7煤油442087930.16625088739.2轻柴400838290

14、.16625064826.0重柴302928410.17031081624.7重油1632429300.175348887144.8水蒸气41740.166250297012.4内回流L8250.166250870870L二中循环26.81合计319874+L308106+870L由热平衡得：338106+619L=308.6106+870L 内回流L=117091Kg/h=537Kmol/h轻chaiyou抽出板上方气相总量：375+285+231+537=1428Kmol/h轻chaiyou蒸汽分压为：0.166537/1428=0.0624MPa有轻chaiyouEFV数据:馏出体积0%

15、10%30%50%常压EFV268.2276.72792810.0624MPaEFV250.2258.7261263由上求得在0.0624MPa下轻chaiyou泡点温度250.2与原假设很接近，认为原假设正确。2.8.3 煤油抽出板（第9层）温度校核做隔离体系第9层以下塔段热平衡见表2-8-3表2-8-3 第9层以下塔段热平衡物料流量Kg/h密度Kg/m3操作条件焓/KJKg-1热量106/KJh-1MPa气相液相入方进料315700858.10.172355324.19汽提蒸汽53760.3420331617.8内回流L7850.1615167418.4418.4L合计321076+L34

16、2106+418L出方汽油378757190.1615180740.628.05煤油442087930.1615180447.619.8轻柴400838290.161525064826.0重柴302928410.161531081624.7重油1632429300.175348887144.8水蒸气53760.1615180282015.2内回流L7850.1615180711.3711.3L一、二中循环17.8+26.81合计321076+L302106+711L由热平衡得：342106+418L=302106+711L 内回流L=132423Kg/h=854Kmol/h煤油抽出板上方气相总

17、量：375+257+854=1486Kmol/h煤油蒸汽分压为：0.1615854/1486=0.0928MPa有煤油EFV数据:馏出体积0%10%30%50%常压EFV180.4189.4191.8194.40.0928MPaEFV180188.6190.4193由上求得在0.0928MPa下煤油泡点温度180与原假设很接近，认为原假设正确。2.8.4 塔顶温度校核塔顶冷回流温度t0=40,其焓值hll0,t1=180KJ/Kg；t1=110，回流（汽油）蒸汽的焓hvl0,t1=600KJ/Kg；塔顶回流量 L0=Q/（hvl0,t1 - hll0,t1）=44.6106/（600-180）

18、=106190Kg/h塔顶油气量 （106190+37875）/101=1426Kmlo/h塔顶水蒸气 6702/18=372Kmol/h塔顶油气分压 0.1571426/（1426+372）=0.124MPa作汽油平衡气化100%点的P-T线，查得油气分压0.124MPa下汽油的露点温度115，考虑不凝气体存在乘以温度系数0.97，则1150.97=111.5，与原假设110很接近，故认为原假设是正确的。最后验证一下塔顶条件下水蒸气是否会冷凝。塔顶水蒸气分压 0.157-0.124=0.023MPa相应于此压力的饱和水蒸气温度为71.6，远低于塔顶温度110，故在塔顶条件下水蒸气处于过热状态

19、，不会冷凝。2.9 全塔气、液相负荷选择塔内几个比较有代表性的部位（如塔顶、第一层板下方、各侧线抽出板上下方、中段回流进出口、汽化段及塔底汽提段等），求出这些部位的气、液相负荷，就可以作全塔气、液相负荷分布图。2.9.1 第30块塔板气、液相负荷表2-9-1 第30层以下塔段热平衡物料流量Kg/h密度Kg/m3操作条件焓/KJKg-1热量106/KJh-1MPa气相液相入方进料315700858.10.172355324.19汽提蒸汽32650.3420331610.8内回流L8790.1715321828828L合计318965+L335106+828L出方汽油378757190.17153

20、26109641.5煤油442087930.1715326107147.3轻柴400838290.1715326105442.2重柴302928410.1715326104631.7重油1632429300.175348887144.8水蒸气32650.1715326311110.2内回流L8790.171532610291029L合计318965+L317106+1029L由热平衡得：335106+828L=317106+1029L L=86070Kg/h=297Kmol/h液相负荷： L30=86070/879=98m3/h气相负荷： V30=nRT/p=(375+285+184+110+

21、297+181) 8.31（326+273）/171.5=41563 m3/h2.9.2 第1块塔板上气、液相负荷液相负荷： L1=106190/719=147.7m3/h气相负荷： V1=nRT/p=(1426+372) 8.31（110+273）/157=36447 m3/h2.9.3 第1块塔板下气、液相负荷表2-9-3 第1层以下塔段热平衡物料流量Kg/h密度Kg/m3操作条件焓/KJKg-1热量106/KJh-1MPa气相液相入方进料315700858.10.172355324.19汽提蒸汽67020.3420331622.2内回流L7280.171540280280L合计32240

22、2+L346106+280L出方汽油378757190.157511861123.1煤油442087930.161518044819.8轻柴400838290.16625064826.0重柴302928410.17031081624.7重油1632429300.175348887144.8水蒸气67020.1575118220014.7内回流L7280.1575118611611L一、二中循环17.8+26.81合计322402+L298106+611L由热平衡得：346106+280L=298106+611L L=145015Kg/h=1436Kmol/h液相负荷： L2=145015/72

23、8+98=297m3/h气相负荷： V2=nRT/p=(375+372+1436) 8.31（118+273）/157=44254 m3/h2.9.4 第8块塔板气、液相负荷表2-9-4 第8层以下塔段热平衡物料流量Kg/h密度Kg/m3操作条件焓/KJKg-1热量106/KJh-1MPa气相液相入方进料315700858.10.172355324.19汽提蒸汽67020.3420331622.2内回流L7840.161162.5381381L合计322402+L346106+381L出方汽油378757190.161171.272827.6煤油442087930.161518044819.8轻柴400838290.16625064826.0重柴302928410.17031081624.7重油1632429300.175348887144.8水蒸气67020.161171.2281118.8内回流L7840.161171.2669669L一、二中循环17.8+26.81合计322402+L