年处理100万吨原油常压精馏塔设计.doc

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1、毕业设计（论文）用纸第1章 绪 论石油是一个国家经济发展国家稳定的命脉。 在石油、化工生产中，塔设备是非常重要的设备之一，塔设备的性能，对于整个化工和炼油装置的产品质量及其生产能力和消耗额等均有较大影响。据相光关资料报道，塔设备的投资和金属用量，在整个工艺装置中均占较大比例，因此塔设备的设计和研究，始终受到很大的重视。塔设备广泛应用于蒸馏、吸收、介吸、萃取、气体的洗涤、 增湿及冷却等单元操作中，它的操作性能好坏，对整个装置的生产，产品产量，质量，成本以及环境保护，“三废”处理等都有较大的影响。近些年来，国内外对它的研究也比较多，但主要是集中在常压塔的结构和性能方面，例如：如何提高塔的稳定性、如

2、何利用理论曲线解决常压塔在性能方面存在的问题等。在原油的一次加工过程中，常压蒸馏装置是每个正规炼厂都必须具备的，而其核心设备常压塔的性能状况将直接影响炼厂的经济效益，由于在原油加工的第一步中，它可以将原油分割成相应的直馏汽油，煤油，轻柴油或重柴油馏分及各种润滑油馏分等。同时，也为原油的二次加工提供各种原料.在进一步提高轻质油的产率或改善产品的质量方面，都有着举足轻重的地位.考虑到常压塔在实际应用方面的价值和意义，如何实现这样一种最经济、最容易的分离手段，是本次毕业设计选题的重要依据。近年来，由于石油、化工企业不断向大型化的生产发展，因此塔设备的单台规模也随之增大。例如：有的板式塔的直径可达10

3、m以上，塔的总高度可达到80m，而填料塔更有直径为15m ,塔高为100m的大塔已经投产。应当指出，设备大型化后，必须保证它在全负荷下运转，否则经济损失将是非常巨大的。对于大型设备的设计、制造、操作和维修等，应提出更高、更严格的要求。常压塔的研究也趋向于结构材料的探索，提高设备的使用周期，主要体现在所选择材料的防腐性和一些防腐材料的研究，同时也着眼于设备的安去性和环保性，以上这些都成为了当今常压塔研究的热门课题。第2章工艺计算2.1 原料及产品的有关参数的计算2.1.1 体积平均沸点汽油 =煤油 =轻柴油 =重柴油 =2.1.2 恩氏蒸馏9010%斜率汽油：（144-93）/（90-10）=0

4、.6375煤油：41/80=0.5125轻柴油：（316-256）/80=0.75重柴油：（368-316）/80=0.652.1.3 立方平均沸点查石油化工工艺计算图表表2-1-1查得体积平均沸点校正值为 汽油 1.2oC 煤油 -1.1 oC 轻柴油 -0.8 oC 重柴油 -0.6oC 汽油 =121.2-1.2=120煤油 =190.2-1.1=189.1轻柴油=281-0.8=280.2重柴油=340.6-0.6=3402.1.4 中平均沸点查石油化工工艺计算图表表2-1-1得体积平均沸点校正值为汽油 2.4oC 煤油 2.1oC 轻柴油 -2.4oC 重柴油 -2.2oC汽油 =1

5、21.2-2.4=118煤油 =190.2-2.1=188.1轻柴油 =281-2.4=281.6 重柴油 =340.6-2.2=338.4 2.1.5 特性因数K查石油化工工艺计算图表表2-1-10或2-1-11得汽油 K=12.3煤油 K=12.08轻柴油K=12.24重柴油 K=12.25重油K=11.92.1.6 分子量查石油化工工艺计算图表图2-1-5或2-1-6得汽油 M=115煤油 M=155轻柴油 M=240重柴油 M=2952.1.7 平均蒸发温度查石油化工工艺计算图表图2-2-3经计算列表如下:恩氏蒸馏，(体) %恩氏蒸馏，oC恩氏蒸馏温差，oC平衡蒸发温差，oC平衡蒸发5

6、0%点温差，oC平衡蒸发温度，oC10%9330%11250%12370%13490%144100%16119 11 11 10 17 11.8 5.1 5.2 4.3 5.7123 8.2 = 114.884.8103.8114.8120124.3130表2-1汽油平衡蒸发温度表2-2煤油平衡蒸发温度恩氏蒸馏，(体) %恩氏蒸馏，oC恩氏蒸馏温差，oC平衡蒸发温差，oC0%15410%17230%18050%18870%19890%213100%232 18 8 8 10 15 19 7.8 3.7 4.1 4.2 6.2 6.0平衡蒸发50%点温差，oC平衡蒸发温度，oC 188 -1.2

7、 = 186.8156.7174.7182.7186.8192.9199.1205.1表2-3轻柴油平衡蒸发温度恩氏蒸馏，(体) %恩氏蒸馏，oC恩氏蒸馏温差，oC平衡蒸发温差，oC平衡蒸发50%点温差，oC平衡蒸发温度，oC0%24210%25630%26550%27670%29290%316100%337 14 9 11 16 24 21 5.7 4.8 5.3 7.2 11.5 7.0 276+6.2=282.2266.2271.7276.7282.2291.2302.7309.7表2-4重柴油平衡蒸发温度恩氏蒸馏，(体) %恩氏蒸馏，oC恩氏蒸馏温差，oC平衡蒸发温差，oC平衡蒸发50

8、%点温差，oC平衡蒸发温度，oC0%28910%31630%32850%34170%35090%368100%376 27 12 13 9 18 8 12 6.3 6.2 4.0 8.0 2.0 341+18.2=359.2335.1346.8353359.2363.3371.3373.32.1.8 临界温度查石油化工工艺计算图表图2-3-4得汽油 T=173.8+121.2=295 煤油 T=178.8+190.2=369轻柴油 T=181+281=462重柴油 T=173+340.6=513.62.1.9 临界压力，大气压由石油化工工艺计算图表图2-3-5.查得：汽油 =26.2大气压煤油

9、 =20.8大气压轻柴油=17.2大气压重柴油=17.3大气压2.1.10 焦点压力，大气压由石油化工工艺计算图表图2-2-19查得 汽油 13.4+26.2=39.6 煤油 6.4+20.8=27.2 轻柴油3.4+17.2=20.6 重柴油 2.3+17.3=19.62.1.11 焦点温度由石油化工工艺计算图表图2-2-19查得 汽油45+295=340煤油23+369=392轻柴油18+462=444 重柴油14+513.6=527.62.1.12 实沸点切割范围对塔顶汽油产品，只需查出实沸点100%点温度；塔底重油只须查出实沸点0%点温度，但因为塔底重油很重，很难由恩氏蒸馏数据准确转换

10、，所以可由实验室直接提供，其它各侧线产品均应求出其0%及100%点的实沸点馏出温度：由石油化工工艺计算图表图2-2-1查得表2-1-5 汽油实沸点切割范围恩氏蒸馏， (体) %恩氏蒸馏，oC恩氏蒸馏温差，oC平衡蒸发温差，oC平衡蒸发50%点温差，oC平衡蒸发温度，oC50 12370 13490 144100 161 11 10 17 17.0 13.8 19 123+1.4=124.4 124.4 141.4 155.2 174.2表2-1-6 煤油实沸点切割范围恩氏蒸馏， (体) %恩氏蒸馏，oC恩氏蒸馏温差，oC平衡蒸发温差，oC平衡蒸发50%点温差，oC平衡蒸发温度，oC0 154

11、10 17230 18050 18870 19890 213100 232 18 8 8 10 15 19 32 16 13.8 14.5 19.3 20.3 188+4.3=192.3130.7162.7178.7192.3206.8226.1245.1表2-1-7 轻柴油实沸点切割范围恩氏蒸馏， (体) %恩氏蒸馏，oC恩氏蒸馏温差，oC平衡蒸发温差，oC平衡蒸发50%点温差，oC平衡蒸发温度，oC0 242 10 25630 26550 2767029290 316100 337 14 9 11 16 24 21 26.2 21 18.4 23 29.8 22.8 276+12=2882

12、28.4252.6270288310.8340.3364.7表2-1-8 重柴油实沸点切割范围恩氏蒸馏， (体) %恩氏蒸馏，oC恩氏蒸馏温差，oC平衡蒸发温差，oC平衡蒸发50%点温差，oC平衡蒸发温度，oC0 289 10 3163032850 34170 35090 368100376 27 12 13 9 18 8 44 22.3 21 13.7 22.3 9.2 341+21=362274.4318.7341362348.3326316.8表2-1-9 原料及产品的有关参数名称0%10%30%50%70%90%100%D比重指数汽油61931121231341441610.72961

13、.3煤油1541721801881982132320.77849.1轻柴油2422562652762923163370.81441.34重柴油2893163283413503683760.83936.2常压重油0.897原油0.857名称体积平均沸点恩氏蒸馏9010%斜率立方均沸点，中平均沸点，特性因数K分子量M汽油121.20.6375120118.812.3115煤油190.20.5125189.1188.112.08155轻柴油281.00.75280.2281.612.24240重柴油340.60.65340338.412.25295常压重油11.9原料油名称平衡蒸发馏出温度，0% 1

14、0% 30% 50% 70% 90% 100%汽油52.884.8103.8114.8120124.3130温差1411.85.15.24.35.7煤油156.7174.7182.7186.8温差7.83.74.1轻柴油266.2271.7276.7 282.2温差 5.6 5 5.5 重柴油335.1346.8353 359.2温差 11.7 6.2 6.22.2 物料平衡物料平衡可由同一原油，同一产品方案的相同装置的常压塔的生产数据确定，确定后列物料平衡表.表2-2-1表2-2-1 物料平衡表（按每年开工300天计）物料体积产率（体）%重量产率（重）%年处理量万吨/年日处理量吨/日时处理量

15、公斤/时分子流量公斤分子/时原油1003333.3138887.5汽油4.63.913.91130.335430.4147.22煤油6.65.995.99199.678319.5853.67轻柴油10.810.2610.263421425059.37重柴油87.837.832611087536.86重油7072.0172.012400.33100013.752.3 决定塔板数、塔顶压力和塔板压力降2.3.1选定塔板数根据塔的工艺计算表1-3“国内某些炼油厂采用塔板数”表可决定本常压石油分馏塔的塔板数如下：汽油-煤油段： 9层煤油-轻柴油： 6层轻柴油-重柴油： 6层重柴油-汽化段： 3层塔底汽

16、提段： 4层取两个中段循环回流，每个中段循环回流用3层换热塔板，所以全塔的换热塔板数共为6层，全塔塔板数34层。决定塔顶压力为: 1.5Pa（绝压），温度120。2.3.2决定塔板压力降采用浮阀塔板，根据塔的工艺计算表1-8、1-9推荐每块塔板的压力降为4毫米汞柱，各侧线抽出层及蒸发段、炉出口压力即可决定如下： 塔顶压力 1.5Pa（绝压） 一侧线抽出塔板上压力 1.542Pa（绝压） 二侧线抽出塔板上压力 1.59Pa（绝压） 三侧线抽出塔板上压力 1.637Pa（绝压） 汽化段压力 1.658Pa（绝压）炉出口压力 2.008Pa（绝压）2.4 计算各侧线及塔底的总汽提量根据塔的工艺计算表

17、1-6取定汽提蒸汽量为： 一线煤油 3公斤/100千克 （煤油） 二线轻柴油 2.5公斤/100千克 （轻柴油） 三线重柴油 2.8公斤/100千克 （重柴油） 塔底重油 3公斤/100千克 （塔底重油）所以各侧线及塔底的总汽提蒸汽量为： 一线煤油 249.58千克/时 （煤油） 二线轻柴油 365.25千克/时 （轻柴油） 三线重柴油 304.5千克/时 （重柴油） 塔底重油 3000千克/时 （塔底重油）2.5 常压精馏塔计算草图汽油5430.41千克/小时蒸汽3311千克/小时压强1.5千克/平方厘米塔顶回流取热3261000千卡/小时第一中段回流1304400千卡/小时煤油8319.5

18、8千克/小时 压强1。59千克/平方厘米蒸汽641千克/小时压强300000帕轻柴油14250千克/小时 重柴油10875千克/小时第二中段回流，取热1956600千卡/小时进料13887.5千克/小时过汽化量2777.75千克/时蒸汽3000千克/小时蒸塔底重油100013.72千克/小时1201809，1013182022273034图1：常压分馏塔计算草图2.6 计算过汽化量 根据塔的工艺计算表1-7，过汽化量选定占进料重量的2%（体积为2.03%）即过汽化油量为2777.75千克/时。其中过汽化油量占进料体积占2.03%2.7 计算汽化段温度和估计塔底温度2.7.1 计算汽化段温度汽化

19、段各组分千克分子数如下：汽油 47千克分子/时煤油 54千克分子/时轻柴油 59千克分子/时重柴油 37千克分子/时过汽化油 9.26千克分子/时（假设过汽化油分子量为300）水蒸气 130 千克分子/时汽化段油气和水蒸气的总千克分子为：47+54+59+37+9.26+130=336.26 千克分子/时汽化段油气总千克分子数为： 47+54+59+37+9.26=206千克分子/时汽化段油气分子分数： 206/336.26=0.613汽化段油气分压为： 0. 6131.658=1.016 Pa根据塔的工艺计算图1-13查得在常压下汽化率31.62%（体）的温度为348，再按石油化工工艺计算图

20、表图6-1-18换算为汽化段油气化油气分压为1.016Pa（绝）条件下的温度为353。2.7.2 求汽化段油品在353的热焓由石油化工工艺计算图表图4-3-57计算并列表如下：表2-1汽化段油品各馏分热焓名称相态热焓，千卡/千克热量，千卡/小时汽油气2801.52 煤油气2722.26轻柴油气2733.89重柴油气2702.94过汽化油气2670.927塔底重油液21221.2由石油化工工艺计算图表图4-3-57求得。=32.737千卡/千克2.7.3按上述方法作出炉压力2.008Pa（绝压）下的平衡蒸发曲线并计算起热焓根据塔的工艺计算表1-9，确定炉出口的最高温度为360根据塔的工艺计算图1

21、-13纵坐标上找出360的点自此点做纵坐标的垂线与曲线 相交，此焦点所对应的横坐标馏出体积为26%。按石油化工工艺计算图表图4-3-57 查得各油品的热焓，从而可求炉出口的总热焓 （假设重柴油在炉出口条件未全部汽化）表2-2各馏分在炉出口热焓名称相态 360的热焓，千卡/千克 热量, 千卡/小时汽油气2882.366煤油气2803.54轻柴油气2786.03重柴油气（70%）2733.21液（30%）2321.1765塔底重油液22534.2=33.17千卡/千克 所以在设计的汽化段条件下既能保证所需要的抽出率，又能保证炉出口不超温。2.7.4 取塔底温度取塔底温度比进料温度低7既为353-7

22、=3462.8 参考同类装置的操作数据，先假定塔顶及各抽出侧线的温度塔顶 120 轻柴油抽出层（第18层） 254煤油抽出层（第9层） 180 重柴油抽出层（第27层） 3152.9 作全塔热平衡并计算回流热先判断是饱和还是过热水蒸气。再根据炼油厂设备加热炉设计手册LY-100-图2水蒸气的焓-熵图茶查水蒸汽的焓值并计算列表如下：表2-3全塔热平衡表名称流量Kg/h比重D温度热焓 千卡/千克热量千卡/小时气液进塔热量进料32.737汽提蒸汽33114203.542.62总计35.357出塔热量汽油5430.410.7291201460.793煤油8319.580.7781801060.882轻

23、柴油142500.8142541552.21重柴油108750.8393151962.13塔底重油100013.750.89734720720.7蒸汽33111206482.12总计28.835回流热为（35.357-28.835）=6.522千卡/小时2.10 确定流程塔顶使用二段冷凝冷却回流，塔顶回流油品温度定为60，使用两个中段循环回流，第一个在煤油抽出层下，第二个在轻柴油抽出层下。 回流热如下分配： 表2-4回流热如下分配回流热%热量，kcal/h塔顶503.261106第一中段回流2013.044106第二中段回流301.95661062.11 校核各侧线及塔顶温度2.11.1 重柴

24、油抽出层（第27层）温度校核 按范围做27层以下的热平衡表表2-5 27层以下的热平衡名称流量Kg/h比重D温度热焓 千卡/千克热量千卡/小时气液进塔热量进料32.737汽提蒸汽30004207922.376内回流 G0.825308.5190190G总计35.113+190G出塔热量汽油5430.410.7293152581.4煤油8319.580.7783152522.096轻柴油142500.8143152473.52重柴油108750.8393151962.13塔底重油100013.750.89734721021蒸汽30003157422.13内回流G0.840315245245G总计

25、32.38+245G内回流 35.113+190G=32.38+245G 计算得 G=49690 (Kg/h)重柴油抽出层上重柴油内回流千克分子数为（取内回流的分子量M=282）49690/282=176 （千克分子/时）重柴油抽出层上气体总千克分子数为：47+54+59+176+130=466 （千克分子/时）重柴油蒸汽分子分数为： 176/466=0.388重柴油蒸汽分压为：1.6370.388=0.618千克/平方厘米 (470毫米汞柱)由工艺计算图表图2-2-13查得10毫米汞柱下平衡蒸发30%的温度是160 由于5760毫米汞柱范围不同压力下的平衡蒸发各段温差是相等的，重柴油馏出10

26、-30%、0-10%的平衡蒸发温差分别为6.2、11.7， 所以10毫米汞柱下0%点温度为： 160-6.2-11.7=142.1作减压条件下馏出0%相图。重柴油在760毫米汞柱、平衡蒸发0%的温度为340，10毫米汞柱平衡蒸发0%的温度为142.1，由此可在工艺计算图表图2-28上画出重柴油在10毫米汞柱到760毫米汞柱平衡蒸发曲线，在平衡蒸发曲线坐标纸上找到470毫米汞柱压力下，平衡蒸发0%的温度为314，与所假设的相近，所以认为原假设的抽出温度正确。2.11.2 轻柴油抽出层（第18层）温度校核表2-6轻柴油抽出层热平衡名称流量Kg/h比重D温度热焓千卡/千克 热量千卡/小时气液进塔热量

27、进料32.737汽提蒸汽3304.54207922.62内回流 G0.812257154156G总计35.357+154G出塔热量汽油5430.410.7292642241.22 煤油8319.580.7782642211.84 轻柴油142500.8142641652.35重柴油108750.8393151922.09塔底重油10013.750.89734221621.6蒸汽3304.5264715.42.36内回流G0.817264217217G总计31.46+217G35.357+154G=31.46+217G解得 G=61857 Kg/h轻柴油抽出层上轻柴油内回流千克分子数为（取内回流

28、的分子量M=222）61857/222=278.6 （千克分子/时）轻柴油抽出层上气体总千克分子数为：47+54+176+130+278.6=568.6 （千克分子/时）轻柴油蒸汽分子分数为： 278.6/568.6=0.40635轻柴油蒸汽分压为：1.590.40635=0.646千克/平方厘米 (491毫米汞柱)由工艺计算图表图2-2-13查得10毫米汞柱下平衡蒸发30%的温度是116。由于5760毫米汞柱范围不同压力下的平衡蒸发各段温差是相等的，由此可按2.11.1的求法：在平衡蒸发曲线坐标纸上找到540毫米汞柱压力下，平衡蒸发0%的恩度是255，与原假设的温度256相近，故原假设温度是

29、正确的。2.11.3 煤油抽出层（第9层）温度校核表2-7煤油抽出层的热平衡名称流量Kg/h比重D温度热焓 千卡/千克热量千卡/小时气液进塔热量进料32.737 汽提蒸汽3660.74207922.899内回流 G0.778175105105G总计35.636+105G出塔热量汽油5430.410.7291801770.96 煤油8319.580.778180106.70.887 轻柴油142500.814254166.32.37重柴油108750.8393151942.1塔底重油100013.750.89734721621.6蒸汽3660.71806712.46内回流G0.778180175

30、175G一二中段回流 3.08总计33.46+175G35.636+105G=33.46+175G解得 G=31086 Kg/h煤油抽出层上轻柴油内回流公斤分子数为（取内回流的分子量M=154）31086/154=202 （千克分子/时）煤油抽出层上气体总千克分子数为：47+2027+37+130=416 （千克分子/时）煤油蒸汽分子分数为： 202/416=0.4855煤油蒸汽分压为：1.542 0.4855= 0.7487 千克/平方厘米 (569毫米汞柱)由工艺计算图表图2-13查得10毫米汞柱下平衡蒸发30%的温度是50.5，由于5760毫米汞柱范围内不同压力下的平衡蒸发各段温差是相等

31、的，又由于表1-1知煤油馏出1030%，010%的平衡蒸发温差4.0，6.5所以10毫米汞柱下0%点温度为： 50.5-4.0-6.5=40在草图上作减压条件下馏出0%相图。煤油在760毫米汞柱、平衡蒸发0%的温度为174.6，10毫米汞柱平衡蒸发0%的温度为40，由此可在工艺计算图表图2-28上画出轻柴油在10毫米汞柱到760毫米汞柱平衡蒸发曲线，如图1-4，在此线上找到569毫米汞柱压力下，平衡蒸发0%的温度为176，与所假设的相近，所以认为原假设的抽出温度正确。2.11.4 塔顶温度塔顶冷回流温度为60，热焓为41千卡/千克塔顶120时，汽油蒸汽热焓为146千卡/千克塔顶冷回流量为： 3

32、.08/（148-41） =29333.3 千克/时塔顶汽油公斤分子数为 （29333.3+5430.4）/87=399.58 千克分子/时塔顶水蒸气千克分子数为： 3911.2/18=217.28 千克分子/时塔顶油气 分子分数为399.58/（399.58+217.28）=0.647塔顶油气分压为： 1.55*0.647= 0.971千克/平方厘米在草图上做塔顶油气馏出100%相图。根据表1-1汽油的焦点温度340，焦点压力39.6大气压，又已求得常压平衡蒸发100%的温度为161在工艺计算图表图2-17的坐标纸上，据已做出图2-16汽油馏出100%的平衡蒸发曲线，在此线上找出0.971千

33、克/平方厘米的温度为124，如图1-5，则塔顶温度为1240.97=120.28，与假设接近，所以原假设正确。验证塔顶水蒸气是否冷凝。水蒸气分压为：1.5-0.971=0.529千克/平方厘米 对于0.529千克/平方厘米的饱和水蒸气约为80，现在塔顶温度120，所以水蒸气不会冷凝。2.12 做全塔汽液负荷分布图由于前面的计算结果，第一层，第九层，第十八层，第二十七层的汽液负荷已求出，再计算第十三层，第二十二层，第三十层汽液负荷。2.12.1 第13层塔板下气、液相负荷表2-17第13层热平衡名称流量Kg/h比重D温度热焓千卡/千克热量千卡/小时气液进塔热量进料32.737汽提蒸汽3660.7

34、4207922.89内回流 G0.798210123123G总计53.2756+123G出塔热量汽油5430.410.7292151971.07 煤油8319.580.77872151931.6 轻柴油142500.8142151121.6重柴油108750.8393151942.1塔底重油100013.750.897334721621.6蒸汽3660.72166932.53一二中段回流2.41内回流G0.798215190190G总计30.24+190G35.627+123G=30.24+190G解得 G=80403 Kg/h第十三层上内回流千克分子数为（取内回流的分子量M=217）8040

35、3/217=370 千克分子/时第十三层上气体总千克分子数为：47+54+130+3707=601千克分子/时根据图1-1以及各部分参数查阅工艺计算图表图4-3-57将得以下有关数据。求液相总重：石油加工工艺学1-13可得相对密度D=0.796时，1的温度校正值为=0.000788，代入D= D-r(t-20)，表中t=215。 D=0.871-0.000788（215-20）=0.66查化工原理上册附录5，“水的重要物理性质”采用内差法，可得水在4时的密度为999.89kg/m3。所以液相总量 L=G/=求液相总量：212.2 第22层塔板下气、液相负荷表2-18第22层热平衡名称流量Kg/h比重D温度热焓千卡/千克热量千卡/小时气液进塔热量进料32.737汽提蒸汽3304.54207922.62内回流 G0.821291175175G总计35.357+175G出塔热量汽油5430.410.7292912401.3 煤油8319.580.7782912331.94 轻柴油142500.8142912323.31重柴油1.08750.8393141942.11塔底重油100013.750.89734721721.7蒸汽3304.50.82362917292.41内回流G0.8236291232232 G总计