原油常压塔工艺设计计算Word文件下载.docx
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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:
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
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)
20%
40%
60%
80%
148℃
205℃
258℃
295℃
323℃
363℃
399℃
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
182℃
195℃
253℃
276℃
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
恩氏蒸馏温度
质量分数
100%
~
21
213
~405
52
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
=℃
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×
=
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)
恩氏蒸馏温度℃
平衡汽化温差℃
20
8
9
11
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
比重指数
API°
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
产率
处理量或产量
104t/a
Kg/h
Kmol/h
原油
100
487
608750
94963
37743
轻柴
99838
重柴
59663
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
质量分数(对油)%
一线煤油
二线轻柴
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
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:
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)
h0=×
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
1029
—
1029×
94963=×
106
1016
1016×
37743=×
1003
1003×
99838=×
992
992×
59663=×
991
991×
12175=×
740
740×
316543=×
×
106=QF
进料在炉出口出携带的热量
(P=,t=360℃)
1159
1159×
1150
1150×
1132
1132×
重柴油气相部分
1128
1128×
18723=×
重柴油液相部分
950
950×
40940=×
899
899×
Q0=×
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
操作条件
焓KJ/kg
压力Mpa
温度℃
进料
汽提蒸汽
420
3316
(出方)
546
408
768
794
31543
320
786
水蒸汽
2700
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%
106KJ/h
QC1=×
106KJ/h
QC2=×
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)
密度(ρ20)
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