原油常壓塔實用工藝計算

1、設計題目：原油常壓塔工藝計算 設計任務：根據(jù)基礎數(shù)據(jù)，繪制各種曲線 根據(jù)原料油性質及產(chǎn)品方案確定產(chǎn)品收率作物料平衡 根據(jù)給定數(shù)據(jù)進行分餾塔計算，并繪制精餾塔計算草圖 校核各側線及塔頂溫度設計基礎數(shù)據(jù)： 本設計采用某原油問原料進行常壓塔工藝計算，原料及產(chǎn)品的基礎數(shù)據(jù)見下表， 年開工天數(shù)按 8000h 計算，側線產(chǎn)品及塔底重油都使用過熱水蒸汽汽提，使用的溫 度為 420 ，壓力為 0.3MPa 。原油實沸點蒸餾以及窄餾分性質沸點圍占原油 m%20g/cm3特性因數(shù)含硫量%凝點每餾分總收率IBP1223.453.450.7440.041221501.715.160.762811.760.031501

2、751.86.960.774311.830.041752002.929.880.804211.610.042002252.7212.60.813911.680.052252502.815.40.81611.840.072502752.517.90.81712.020.092753004.722.60.812312.270.093003254.627.20.82512.270.113253503.630.80.838112.240.113503753.934.70.84512.310.113753953.3380.851712.363954256.1444.140.871312.23425450

3、5.6749.810.883612.224504756.8755.680.893612.22項目密度20恩氏蒸餾餾出溫度0%10%30%50%70%90%ep汽油0.777975123150164180205210煤油0.8229218223230235240250263輕柴油0.8402245273285292308321重柴油0.8516296316325336340348重油0.942306設計容：根據(jù)基礎數(shù)據(jù)，繪制各種曲線根據(jù)原料油性質及產(chǎn)品方案確定產(chǎn)品收率作物料平衡 根據(jù)給定數(shù)據(jù)進行分餾塔計算，并繪制精餾塔計算草圖 校核各側線及塔頂溫度主要參考文獻： 1 、林世雄主編， 石油煉制工程

4、 （第三版 ），石油工業(yè)， 2006年； 2 、淑培主編， 石油加工工藝學 （第一版），烴加工， 1998 年； 3 、侯祥麟，中國煉油技術 （第一版），中國石化， 1991年。 一、生產(chǎn)方案 經(jīng)過計算，此次油品是密度較大的油品，根據(jù)經(jīng)驗計算，汽油、煤油、輕柴、重柴的總 收率大于 30%，重油是生產(chǎn)優(yōu)質瀝青的好原料，還可以考慮渣油的輕質化，煤油收 率高，適合生產(chǎn)航空煤油，該原油的生產(chǎn)方案是燃料一化型加工方案。二、回流方式的確定 本設計的處理量較大，考慮采用塔頂二級冷回流，并采用兩個中段回流。三、確定塔板數(shù) 在原料一定的情況下，塔板的數(shù)目越多，精度越好，但壓降越大，成本越高，本設計采用 41 層

5、塔板。四、塔板形式的確定 本設計采用操作彈性大，塔板壓降小，造價適中的浮閥塔板。設計說明書：1、根據(jù)基礎數(shù)據(jù)繪制各種曲線；2、根據(jù)已知數(shù)據(jù)，計算并查工藝圖表確定產(chǎn)品收率，作物料平衡；3、確定汽提蒸汽用量；4、塔板選型和塔板數(shù)的確定；5、確定操作壓力；6、確定汽化段溫度： 、汽化段中進料的汽化率與過汽化度； 、汽化段油氣分壓；、汽化段溫度的初步求定；、 tF 的校核。7、確定塔底溫度；8、塔頂及側線溫度的假定與回流熱分配： 、假設塔頂及各側線溫度； 、全塔回流熱；、回流方式及回流熱分配。9、側線及塔頂溫度的校核；10、精餾塔計算草圖。原油常壓塔精餾塔工藝計算過程1、根據(jù)基礎數(shù)據(jù)繪制各種曲線 假設

6、原油 =100g ，則IBP-122V1 =3.45/ 0.744 =4.63709122-150V2 =1.71/0.76282.24174150-175V3 =1.8 /0.7743 =2.32468175-200V4 =2.92/0.80423.63094200-225V5 =2.72/0.81603.43137225-250V6 =2.8 /0.8160 =3.43137250-275V7= 2.5 / 0.817 =3.05998275-300V8 =4.7 /0.8123 =5.78604300-325V9= 4.6 / 0.825 =5.57576325-350V10= 3.6

7、/0.8381= 4.29543350-375V11= 3.9 / 0.845 =4.61538375-395V12= 3.3 /0.8517= 3.87460395-425V 13 =6.14/0.8713= 7.04694 425-450V 14 =5.67/0.8836= 6.41693 450-475V 15 =6.87/0.8936= 7.68800V 總 = 67.96681 cm3 進行規(guī)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

8、%= 6.32%V11%= 6.79%V 12%= 5.70%V13% =10.37%V 14%= 9.44%V15% =11.31%由上可得繪制實沸點曲線數(shù)據(jù)：表（）溫度體積分數(shù)溫度體積分數(shù)1226.82%30041.86%15010.12%32550.06%17513.54%35056.38%20018.88%37563.17%22523.8%39568.87%25028.85%42579.24%27533.35%45088.68%繪制實沸點蒸餾曲線。見圖（）查實沸點曲線得以下數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)求定平衡汽化曲線數(shù)據(jù)。表.（）6.82%10%20%30%40%50%60%70%80%90%122

9、148205258295323363399425454a.計算實沸點曲線的參考線的斜率及其各點溫度由石油煉制工程第三版，圖7-17，根據(jù)實沸點蒸餾曲線 10%至 70%點得實沸點蒸餾曲線參考點斜率 = （399-148）/（70-10） = 4.18 /%， 由此計算參考線的各點溫度：6.82% =148 -4.18（10-6.82）= 134.71 20% =148 -4.18（20-10）= .8 30%1484.18（30-10） =231.6 40% =148 -4.18 （40-10）=273.4 50%1484.18（50-10）= 315.2 60%= 148- 4.18（60-

10、10）= 357 70%1484.18（70-10） =398.8 80% =148 -4.18 （80-10）=440.6 90%1484.18（90-10）= 482.4 b.計算平衡汽化參考線斜率及各點溫度用石油煉制工程第三版 7-17 上圖，根據(jù)實沸點蒸餾曲線 10%至 70%斜率 4.18 /%查得平衡汽化參考線的斜率為 2.45 /% ，用圖 7-17 中圖查得 F = 22.3245 ，故平衡汽化參考 線50% = 實沸點蒸餾參考線 50%點 F = 315.2 - 22.3245 = 292.8755 由平衡汽化參考線的 50%點和斜率可計算得其他各點溫度6.82% =292.

11、8755 -2.45（50-6.82 ）= 187.0845 10%= 292.8755 - 2.45（ 50-10 ）= .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.

12、3755 90%= 292.8755 + 2.45（ 90-50）= 390.8755 c.計算實沸點蒸餾曲線與其參考線的各點溫差 Fi% F6.82% =122 -134.71 = -12.71 F10% =0 F20%= 205 - .8 =15.2F30% = 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

13、曲線各點溫度由圖 7-17 下圖查得各餾出百分數(shù)時的溫差比值得：6.82%比值=0.39，10%比值 =0.38，20%比值=0.36，其余各點比值都是 0.33.平衡汽化曲線各點的溫差 T 等于實沸點蒸餾曲線與其 參考線相應各點的溫差 Fi%乘以對應的比值，由此得平衡汽化各點的T。6.82%T =-12.71 * 0.39= -4.9569 10%T =020%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

14、70%T= 0.2 * 0.330. 80%T= -15.6 * 0.33-5.148 90%T =-28.4 * 0.33= -9.372平衡汽化曲線各點溫度等于它的參考各點溫度加上相應的 T 值，得平衡汽化溫度，見表 （）表6.82%10%20%30%40%50%60%70%80%90%182225253276295319342361382根據(jù)上表繪制原油常壓下的平衡汽化曲線圖，見圖（） 。2、根據(jù)已知數(shù)據(jù)計算，查工藝圖表確定產(chǎn)品收率，作出物料平衡、切割點的計算 根據(jù)常壓切割以及產(chǎn)品性質中的恩氏蒸餾餾出溫度及石油煉制第三版，P201202圖 7-12 及圖 7-13 進行恩氏蒸餾曲線與實沸

15、點蒸餾曲線的轉化計算時，凡恩氏蒸餾溫度高出246者，考慮到裂化的影響， 須用 lgD = 0.00852t 1.691進行溫度校正， 則校正 F12的 t = t + D ，以汽油分餾為例a. 實沸點蒸餾 50%點 = 164 + t（查圖 7-12）= 164 2.75 = 161.25b. 用圖 7-13 查得實沸點蒸餾曲線溫差汽油餾分 表（）曲線線段恩氏蒸餾溫差實沸點蒸餾溫差0%10%4568.510%30%274230%50%142450%70%1616.970%90%2531.490%終餾點56.4則實沸點的 30%點30%點 =161.25 24 =137.25 10%點 =137

16、.25 24 =95.25 0%點 =95.25 68.5 =26.75 70%點 =161.25 + 16.9= 178.15 90%點 =178.15 + 31.4= 209.55 100%點= 209.55 + 6.4= 215.95 實沸點圍 : 26.75 215.95同理可得煤油餾分實沸點圍 ：201.8 270.4輕柴餾分實沸點圍 ：223.1 355.3重柴餾分實沸點圍 ：279.1 405重油實沸點圍 ：314.2（根據(jù)石油煉制第二版 P239 圖查得）、由上計算得實沸點切割點，再由圖實沸點蒸餾曲線查各產(chǎn)品餾分收率得下表表（）產(chǎn) 品實沸 點切 割點實沸點 沸程收率%密度 20

17、g/cm3恩氏蒸餾溫度體 積 分 數(shù)質 量 分 數(shù)0%10%30%50%70%90%100%汽 油208.8826.75215.952115.60.777975123150164180205210煤 油246.75201.8270.47.56.20.8299218223230235240250213輕 柴 油317.2223.1355.319.516.40.8402245273285292308321重 柴 油359.6279.140511.59.80.8516296316325336340348重 油40.5520.942306、餾分分子量的確定汽油餾分 ： 斜率 S90%餾出溫度 10%餾

18、出溫度90 - 10205 123 =1.025%80體積平均沸點 tvtv由餾程測定的 10%、 30%、 50%、 70%、 90%這五個餾出溫度計算得到t10 + t30 + t50 + t70 + t90123 + 150 + 164 + + 205tv = = 164.4 5 5根據(jù)周佩正所列得：tme = tvme ， lnme = -1.35181 0.012800tv0.6667 + 3.64678 S0.3333 ln me = 2.1066705me = 5.81tme = 164.4 5.81 = 158.59 = 431.73K查工藝圖表由 20 得 API °

19、; = 45.6d15.615.6=141.50.7999g/cm 345.6+131.5K =1.216T 1/3=1216 ×431.71/3= 11.50d15.615.60.7990根據(jù)德清一向正為關系式M = 184.5 + 2.295 T 0.2332 KT + 1.329 10-1×5（KT ） 2 0.6222 T式中 T 為平均沸點（ K ），K 為特性因數(shù)， 為 20時的密度M = 184.5 + 2.295 431×.73 0.2332 1×1.50 4×31.73 + 1.329 105× ×（11.

20、50 × 431.73）2 0.6222 0×.7944 4×31.73 = 131.7 其他餾分同理此上 API°時通過 P20 在煉油工藝計算圖表集上冊，石油加工科學研究院出版，比重換算 圖，其他公式來自于石油煉制工程第三版。、餾分的平衡汽化 0%的確定以重柴為例340 - 31670 - 10= 0.4 /%a、 按圖 7-15 換算 50%點溫度 恩氏蒸餾 10%70%點斜率由圖查得：平衡汽化 50%點恩氏蒸餾 50%點 = 18.01 則平衡汽化 50%點 = 336 + 18.01 = 354.01 b、 由圖 7-16 查得平衡汽化曲線各段

21、溫差（見表）則平衡汽化曲線 30% = 50% - t30%-50% = 354.01 5.9 = 348.1110% = 348.11 5.1 = 343.01 0% = 343.01 8 = 335.01 表（）曲線線段恩氏蒸餾溫度平衡汽化溫差0%10%20810%30%95.130%50%115.9其他餾分同理、汽油餾分焦點溫度焦點壓力的確定由 S = 1.025， API° = 45.6 查石油餾分臨界壓力圖：壓力 = 38.0atm 查石油餾分臨界溫度圖：溫度= 368.4 查石油餾分焦點溫度圖 = 386.4 查石油餾分焦點壓力圖 = 45.6atm、油品的相關性質參數(shù)表

22、（）表（）油品密度 20g/cm3比重指數(shù)API°特性因數(shù) K相對分子量 M平衡汽化溫 度汽油餾分0.777950.411.73131.6103.4煤油餾分0.829941.211.85174.6218.5輕柴餾分0.840238.212.27290.0255.4重柴餾分0.851633.412.30352.5335.01、產(chǎn)品收率和物料平衡下表所列的物料平衡中沒有考慮損失， 在實際生產(chǎn)中原油不可能全部轉化為產(chǎn)品， 通常 在常壓塔的物料平衡計算中（氣體 +損失）約占原油的 0.5%表油品產(chǎn)率處理量或產(chǎn)量體積分數(shù)質量分數(shù)104t/aKg/hKmol/h原油100100487608750

23、汽油2115.675.9794963721.60煤油7.56.230.37743216.17輕柴19.516.478.8799838344.27重柴11.59.847.7359663167.26重油40.552253.243165433、汽提蒸汽用量 側線產(chǎn)品及塔底重油都用過熱水蒸氣汽提， 使用的時溫度 420， 壓力 0.3Mpa 的過熱水 蒸氣，參考圖 7-52 和表 7-12 ，取汽提水蒸氣量如表表油品質量分數(shù)（對油） %Kg/hKmol/h一線煤油31132.2962.91二線輕柴32995.14166.40三線重柴2.81670.5692.81合計12128.85673.834、塔板

24、形式和塔板數(shù)選用浮閥塔板汽油 煤油段煤油 輕柴油段輕柴油 重柴油段重柴油 汽化段塔底汽提段10 層（考慮到一線 生產(chǎn)航空煤油）9層6層4層6層考慮采用兩個中段回流，每個用 3層換熱塔板，共 6層，全塔塔板數(shù)總計為 41 層。5、精餾塔計算草圖 將塔體、塔板、進料及產(chǎn)品出口，中段循環(huán)回流位置，汽提返塔位置，塔底汽提點等繪 成草圖，如圖（） ，以后的計算結果如操作條件和物料流量等可以陸續(xù)填入圖中。這樣的 計算草圖可使設計計算對象一目了然， 便于分析計算結果的規(guī)律性， 避免漏算重算， 容易發(fā) 現(xiàn)錯誤，因而是很有用的。6、操作壓力取塔頂產(chǎn)品罐壓力為 0.13Mpa 。塔頂采用兩級冷凝冷卻流程。取塔頂空

25、冷器壓力降為 0.01Mpa，使用一個管殼式制冷器，殼程壓力降取0.017Mpa ，故：塔頂壓力 = 0.13 + 0.01 + 0.017 = 0.157Mpa （絕）取每層浮閥塔板壓力降為 0.5Kpa（4mmHg ），則推算得常壓塔各關鍵部位的壓力如下：（單位為 Mpa ）塔頂壓力：一線抽出板二線抽出板三線抽出板汽化段壓力0.157；第第第第上壓力為：上壓力為：上壓力為：35 層以下） 0.174；10 層）22 層）31 層）0.162；0.168；0.172；取轉油線壓力降為0.035Mpa ，則 加熱爐出口壓力 = 0.174 + 0. = 0.209Mpa7、汽化段溫度、汽化段中

26、進料的汽化率與過汽化度取過汽化度為進料的 2%（質量分數(shù)）或 2.10%（體積分數(shù)） ，即過汽化量為 12175Kg/h 。 要求進料在汽化段中的汽化率 eF 為：eF（體積分數(shù)） = （21% + 7.5% + 19.5% + 11.5% + 2.10% ）= 61.6% 、汽化段油氣分壓汽化段中各物料的流量如下 單位： Kmol/h汽油煤油輕柴油重柴油過汽化油油氣量合計721.60216.17344.27169.2633.821485.12其中過汽化油的相對分子量取 360. 還有水蒸氣（ 3517.1Kmol/h ）塔底汽提 由此計算得汽化段的油氣分壓為：0.174 ×1485

27、.12/( 351.71 + 1485.12)= 0.141Mpa、汽化段溫度的初步求法汽化段溫度應該是在汽化段油氣分壓 0.112Mpa 之下汽化 61.6%（體積分數(shù)） 的溫度， 為此需要作出在 0.141Mpa 下原油平衡汽化曲線。見（原油的實沸點曲線和平衡 汽化曲線）中的曲線 -4.在不具備原油的臨界參數(shù)和焦點參數(shù)而無法作出原油PTe 相圖情況下，曲線 -4可用以下的簡化法求定：由（原油實沸點曲線和平衡汽化曲線）圖可得到交點溫 度為 250。利用第三章中的烴類與石油窄餾分的蒸汽壓圖，將此點溫度 250換算為 0.141Mpa 下的溫度，得 23737。從該交點作垂直于橫坐標的直線A，在

28、 A線上找到 237.7之點，過此點作平行于原油常壓平衡汽化曲線-2 的線-4，即為原油在 0.141Mpa 下的平衡汽化曲線。由曲線 -4 可以查得當 eF 為 61.6%（體積分數(shù)）時的溫度為 310，此即欲求的汽化 段溫度為 tF。此 tF 時由相平衡關系求得，還需對它進行校核。、 tF 的校核 校核的主要目的是看由 tF 要求的加熱爐出口溫度是否合理。校核的方法作絕熱閃蒸 過程的熱平衡計算以求得爐出口溫度。當汽化率 eF（體積分數(shù)） = 61.6% ， tF = 310時，進料在汽化段中的焓 hF計算如表 （ X ）。表中各物料的焓值可由第三章中介紹的方法和圖表求得。所以： hF =

29、541.68 1×06÷608750 = 889.82KJ/kg再求出原油在加熱爐出口條件下的焓h0，按前述方法原油在爐出口壓力0.20Mpa之下的平衡汽化曲線 （實沸點與平衡汽化曲線圖中的曲線 -3）。這里忽略了原油所 含水分，若原油含水，則應當作爐出口處油氣分壓下的平衡汽化曲線。因考慮到 生產(chǎn)航空煤油，限定爐出口溫度不超過360 .由曲線 -3 可讀出在 360時的汽化率 e0 為 58%（體積分數(shù)） 。顯然 e0<eF，即在爐出口條件下，過汽化油和部分重 柴油處于液相。據(jù)此可計算出進料在爐出口條件下的焓值h0，見表（）所以： h0 = 583.26 1×

30、;06÷608750 = 958.127KJ/kg 校核表明 h0 略高于 hF，所以在設計的汽化溫度 310之下，既能保證所需的拔出 率（體積分數(shù) 61.6% ），爐出口溫度也不至于超過允許限度。表（）油料焓， KJ/kg熱量KJ/h氣相液相汽油10291029×94963 = 97.72 ×106煤油10161016×37743 = 38.34 ×106輕柴油10031003×99838 = 100.13 ×106重柴油992992×59663 = 59.18 ×106過汽化油991991×

31、12175 = 12.06 ×106重油740740×316543 = 234.24 ×106合計541.68 ×106 = QF進料在爐出口出攜帶的熱量（P = 0.209Mpa ， t = 360）油料焓， KJ/kg熱量KJ/h氣相氣相汽油11591159×94963 = 110.06 ×106煤油11501150×37743 = 43.40 ×106輕柴油11321132×99838 = 113.02 ×106重柴油氣相部分11281128×18723 = 21.2 ×

32、;106重柴油液相部分950950×40940 = 11.09 ×106重油899899×316543 = 284.51 ×106合計Q0 = 583.26 1×068、塔底溫度取塔底溫度比汽化段溫度低 7，即310 7 = 3039、塔頂及側線溫度的假設與回流熱分配、假設塔頂及各側線溫度參考同類裝置的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，假設塔頂及各側線溫度如下：塔頂溫度煤油抽出板（第 10 層）溫度輕柴油抽出板（第 22 層）溫度重柴油抽出板（第 31 層）溫度105170249310、全塔回流熱 按上述假設的溫度條件作全塔熱平衡（見表） ，由此求出全塔回流熱。表（）

33、全塔回流熱 （入方）物料流率Kg/h密度 g/cm3操作條件焓 KJ/kg熱量KJ/h壓力 Mpa溫度氣相液相進料6087500.174310541.68 ×106汽提蒸汽12128.850.3420331640.22 ×10 6合計620878.85582.89 ×106出方）物料流率Kg/h密度 g/cm3操作條件焓 KJ/kg熱量KJ/h壓力 Mpa溫度氣相液相汽油949630.7779085 ×10 6煤油377430.82990.16217040815.40 ×10 6輕柴油998380.84020.1682

34、4076876.68 ×10 6重柴油596630.8516037 ×10 6重油315430.9420.174320786248.81 ×106水蒸汽12128.850.157105270032.75 ×10 6合計620878.85472.86 ×106所以，全塔回流熱 Q = ( 582.89 472.86)×106 = 110.03 10×6(KJ/h)、回流方式及回流熱分配塔頂采用二級冷凝冷卻流程，塔頂回流溫度定為60。采用兩個中段回流，第一個位于煤油側線與輕柴油側線之間（第1113 層），第二個位于輕柴油側線與重柴油側線之間（第 22 24 層）。塔頂回流取熱 50%第一中段回流取熱 20%第二中段回流取熱 30%Q0 = 55.01 1×06KJ/hQC1 = 22.01 1×06 KJ/hQC2 = 15.7 1×06 KJ/h10、側線及塔頂溫度的校核校核應自下而上進行 、重柴油抽出板（第 31 層）溫度按圖（