常压蒸馏装置工艺设计计算.docx
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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/h
Kmol/h
一线灯用煤油
3
1326
74
二线轻chaiyou
3
1202
67
三线重chaiyou
3
909
50
塔底重油
2
3265
181
合计
—
6702
372
2.2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chaiyou段
6层
重chaiyou—气化段
3层
塔底气提段
4层
中段回流
2×3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=0.207MPa
2.4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375Kmol/h
煤油285Kmol/h
轻柴184Kmol/h
重柴110Kmol/h
过气化油21Kmol/h
油气合计975Kmol/h
其中过气化油的相对分子质量取300,水蒸气取181Kmol/h(塔底汽提),由此计算得汽化段的油气分压为:
0.172×975/(975+181)=0.145MPa
2.5.3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/%
10
30
50
70
80
温度/℃
115
240
340
470
515
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)/(70-10)=5.92℃/%,查图得EFV参考线斜率4.2℃/%,再查图得ΔF=22.5℃,则EFV参考线50%点=TBP参考线50%点-ΔF=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/%
10
30
50
70
80
TBP参考线
115
233
352
470
476
EFV参考线
161.5
245.5
329.5
413.5
455.5
TBPΔF/℃
0
7
-12
0
39
EFVΔF/℃
0
2.31
-3.96
0
12.87
EFV温度
161.5
247.8
325.5
413.5
468.5
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0.145MPa下的EFV曲线差得eF=54.33%时tF=355℃
2.5.4tF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=0.172MPat=355℃)
油料
密度/Kg·m3
流量
/Kg·h-1
焓/KJ·kg-1
热量
×106/KJ·h-1
气相
液相
汽油
719
37875
1171
—
44.35
煤油
793
44208
1150
—
50.84
轻柴
829
40083
1134
—
45.45
重柴
841
30292
1129
—
34.20
过气化油
853
6314
1117
—
7.05
重油
930
156928
—
907
142.3
合计
—
315700
—
—
324.19
所以hF=324.19×106/315700=1026.9KJ·kg-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=0.207MPat=360℃)
油料
密度/Kg·m3
流量
/Kg·h-1
焓/KJ·kg-1
热量
×106/KJ·h-1
气相
液相
汽油
719
37875
1180
—
45.00
煤油
793
44208
1159
—
51.24
轻柴
829
40083
1150.6
—
46.12
重柴(气相)
835
24300
1167
—
28.36
重柴(液相)
896
5992
—
941.4
5.64
重油
930
163242
—
925
151.0
合计
—
315700
—
—
327.36
所以h0=327.36×106/315700=1036.9KJ·kg-1
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310℃
2.7.2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/KJ·Kg-1
热量
×106/KJ·h-1
MPa
℃
气相
液相
入方
进料
315700
858.1
0.172
355
—
—
324.19
汽提蒸汽
6702
—
0.3
420
3316
—
22.22
合计
322402
—
—
—
—
—
346.41
出
方
汽油
37875
719
0.157
108
607
—
23.0
煤油
44208
793
0.161
180
—
443
19.6
轻柴
40083
829
0.166
250
—
665
26.65
重柴
30292
841
0.170
310
—
826
25.02
重油
163242
930
0.175
348
—
887
144.8
水蒸气
6702
—
0.157
108
2700
—
18.1
合计
322402
—
—
—
—
—
257.02
全塔回流热Q=(346.41-257.2)×106=89.21×106KJ·h-1
2.7.3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60℃。
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/%
50
20
30
热量/×106KJ·h-1
44.6
17.8
26.81
2.8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
物料
流量
Kg/h
密度
Kg/m3
操作条件
焓/KJ·Kg-1
热量
×106/KJ·h-1
MPa
℃
气相
液相
入方
进料
315700
858.1
0.172
355
—
—
324.19
汽提蒸汽
3265
—
0.3
420
3316
—
10.8
内回流
L
839.7
0.170
303.5
—
795
795L
合计
318965+L
—
—
—
—
—
335×106+795L
出
方
汽油
37875
719
0.170
310
1063
—
40.25
煤油
44208
793
0.170
310
1035
—
45.75
轻柴
40083
829
0.170
310
1024
—
41.04
重柴
30292
841
0.170
310
—
823
24.9
重油
163242
930
0.175
348
—
887
144.8
水蒸气
3265
—
0.170
310
3100
—
10.12
内回流
L
839.7
0.170
310
1017
—
1017L
合计
318965+L
—
—
—
—
—
307×106+1017L
由热平衡得:
335×106+795L=307×106+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:
0.17×470.6/1495.6=0.0535MPa
有重柴EFV数据:
馏出体积
0%
10%
30%
50%
常压EFV
328.8
335.3
338
340
0.0535MPaEFV
309.8
316.3
319
321
由上求得在0.0535MPa下重chaiyou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/KJ·Kg-1
热量
×106/KJ·h-1
MPa
℃
气相
液相
入方
进料
315700
858.1
0.172
355
—
—
324.19
汽提蒸汽
4174
—
0.3
420
3316
—
13.8
内回流
L
825
0.166
241.6
—
619
619L
合计
319874+L
—
—
—
—
—
338×106+619L
出
方
汽油
37875
719
0.166
250
916.3
—
34.7
煤油
44208
793
0.166
250
887
—
39.2
轻柴
40083
829
0.166
250
—
648
26.0
重柴
30292
841
0.170
310
—
816
24.7
重油
163242
930
0.175
348
—
887
144.8
水蒸气
4174
—
0.166
250
2970
—
12.4
内回流
L
825
0.166
250
870
—
870L
二中循环
—
—
—
—
—
—
26.81
合计
319874+L
—
—
—
—
—
308×106+870L
由热平衡得:
338×106+619L=308.6×106+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:
0.166×537/1428=0.0624MPa
有轻chaiyouEFV数据:
馏出体积
0%
10%
30%
50%
常压EFV
268.2
276.7
279
281
0.0624MPaEFV
250.2
258.7
261
263
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/KJ·Kg-1
热量
×106/KJ·h-1
MPa
℃
气相
液相
入方
进料
315700
858.1
0.172
355
—
—
324.19
汽提蒸汽
5376
—
0.3
420
3316
—
17.8
内回流
L
785
0.1615
167
—
418.4
418.4L
合计
321076+L
—
—
—
—
—
342×106+418L
出
方
汽油
37875
719
0.1615
180
740.6
—
28.05
煤油
44208
793
0.1615
180
—
447.6
19.8
轻柴
40083
829
0.1615
250
—
648
26.0
重柴
30292
841
0.1615
310
—
816
24.7
重油
163242
930
0.175
348
—
887
144.8
水蒸气
5376
—
0.1615
180
2820
—
15.2
内回流
L
785
0.1615
180
711.3
—
711.3L
一、二中循环
—
—
—
—
—
—
17.8+26.81
合计
321076+L
—
—
—
—
—
302×106+711L
由热平衡得:
342×106+418L=302×106+711L内回流L=132423Kg/h=854Kmol/h
煤油抽出板上方气相总量:
375+257+854=1486Kmol/h
煤油蒸汽分压为:
0.1615×854/1486=0.0928MPa
有煤油EFV数据:
馏出体积
0%
10%
30%
50%
常压EFV
180.4
189.4
191.8
194.4
0.0928MPaEFV
180
188.6
190.4
193
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)=44.6×106/(600-180)=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0.157×1426/(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115×0.97=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,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/KJ·Kg-1
热量
×106/KJ·h-1
MPa
℃
气相
液相
入方
进料
315700
858.1
0.172
355
—
—
324.19
汽提蒸汽
3265
—
0.3
420
3316
—
10.8
内回流
L
879
0.1715
321
—
828
828L
合计
318965+L
—
—
—
—
—
335×106+828L
出
方
汽油
37875
719
0.1715
326
1096
—
41.5
煤油
44208
793
0.1715
326
1071
—
47.3
轻柴
40083
829
0.1715
326
1054
—
42.2
重柴
30292
841
0.1715
326
1046
—
31.7
重油
163242
930
0.175
348
—
887
144.8
水蒸气
3265
—
0.1715
326
3111
—
10.2
内回流
L
879
0.1715
326
1029
—
1029L
合计
318965+L
—
—
—
—
—
317×106+1029L
由热平衡得:
335×106+828L=317×106+1029LL=86070Kg/h=297Kmol/h
液相负荷:
L30=86070/879=98m3/h
气相负荷:
V30=nRT/p=(375+285+184+110+297+181)×8.31×(326+273)/
171.5=41563m3/h
2.9.2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=36447m3/h
2.9.3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/KJ·Kg-1
热量
×106/KJ·h-1
MPa
℃
气相
液相
入方
进料
315700
858.1
0.172
355
—
—
324.19
汽提蒸汽
6702
—
0.3
420
3316
—
22.2
内回流
L
728
0.1715
40
—
280
280L
合计
322402+L
—
—
—
—
—
346×106+280L
出
方
汽油
37875
719
0.1575
118
611
—
23.1
煤油
44208
793
0.1615
180
—
448
19.8
轻柴
40083
829
0.166
250
—
648
26.0
重柴
30292
841
0.170
310
—
816
24.7
重油
163242
930
0.175
348
—
887
144.8
水蒸气
6702
—
0.1575
118
2200
—
14.7
内回流
L
728
0.1575
118
611
—
611L
一、二中循环
—
—
—
—
—
—
17.8+26.81
合计
322402+L
—
—
—
—
—
298×106+611L
由热平衡得:
346×106+280L=298×106+611LL=145015Kg/h=1436Kmol/h
液相负荷:
L2=145015/728+98=297m3/h
气相负荷:
V2=nRT/p=(375+372+1436)×8.31×(118+273)/
157=44254m3/h
2.9.4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/KJ·Kg-1
热量
×106/KJ·h-1
MPa
℃
气相
液相
入方
进料
315700
858.1
0.172
355
—
—
324.19
汽提蒸汽
6702
—
0.3
420
3316
—
22.2
内回流
L
784
0.161
162.5
—
381
381L
合计
322402+L
—
—
—
—
—
346×106+381L
出
方
汽油
37875
719
0.161
171.2
728
—
27.6
煤油
44208
793
0.1615
180
—
448
19.8
轻柴
40083
829
0.166
250
—
648
26.0
重柴
30292
841
0.170
310
—
816
24.7
重油
163242
930
0.175
348
—
887
144.8
水蒸气
6702
—
0.161
171.2
2811
—
18.8
内回流
L
784
0.161
171.2
669
—
669L
一、二中循环
—
—
—
—
—
—
17.8+26.81
合计
322402+L
—
—
—
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