原油精餾塔工藝計(jì)算

1、第三節(jié) 原油精餾塔工藝計(jì)算一、計(jì)算所需要的數(shù)據(jù)原油性質(zhì)，其中主要包括實(shí)沸點(diǎn)蒸餾數(shù)據(jù)、密度、特性因數(shù)、相對(duì)分子質(zhì)量、含水量、粘度和平衡汽化數(shù)據(jù)等。原料油處理量。正常生產(chǎn)的年開工天數(shù)。產(chǎn)品方案和產(chǎn)品性質(zhì)。汽提水蒸氣的溫度和壓力1設(shè)計(jì)計(jì)算步驟根據(jù)原料油性質(zhì)記產(chǎn)品方案確定產(chǎn)品收率，作出物料平衡。列出（有的需要計(jì)算求得）有關(guān)油品性質(zhì)。決定汽提方式，并確定汽提蒸汽性質(zhì)。選擇塔板的型式，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)定出各段的塔板數(shù)。畫出精餾塔的草圖，其中包括進(jìn)料和餾出線的位置，中段回流的位置等。確定塔內(nèi)各部位的壓力和加熱爐出口壓力。確定進(jìn)料的過汽化度，計(jì)算汽化段溫度。確定塔底溫度。假設(shè)塔頂和側(cè)線溫度，作全塔熱平衡，計(jì)算全

2、塔回流熱，確定回流方式及中段回流的數(shù)量和位置，并合理分配回流量。核算各側(cè)線及塔頂溫度，若與假設(shè)不符應(yīng)重新假設(shè)和計(jì)算。11作出全塔氣液相分布圖，并將上述工藝計(jì)算結(jié)果填在圖上。12計(jì)算塔徑和塔高。13作全塔的水力學(xué)核算。2原油常壓塔工藝計(jì)算實(shí)例設(shè)計(jì)任務(wù)書 處理量為250萬噸/年勝利原油的常壓分餾塔。原油的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾數(shù)據(jù)及平衡汽化數(shù)據(jù)由實(shí)驗(yàn)室提供。見圖6-54，產(chǎn)品方案及性質(zhì)見表6-19. 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算過程及結(jié)果如下：1、油品的性質(zhì)參數(shù)。表620為了以后的計(jì)算方便，可以用學(xué)過的方法把原油和產(chǎn)品的有關(guān)性質(zhì)參數(shù)先計(jì)算匯總，列與表620。32、產(chǎn)品收率和物料平衡 產(chǎn)品收率和物料平衡可以根據(jù)相同裝置（同樣的

3、原油和產(chǎn)品方案）的常壓塔生產(chǎn)數(shù)據(jù)。 當(dāng)產(chǎn)品方案已經(jīng)確定，同時(shí)具備產(chǎn)品的餾分油和原油的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線時(shí)，可以根據(jù)各產(chǎn)品的恩氏蒸餾數(shù)據(jù)換算實(shí)沸點(diǎn)蒸餾0和100。由表6-19可見，相鄰兩個(gè)產(chǎn)品是重疊的，通常兩個(gè)產(chǎn)品的實(shí)沸點(diǎn)切割溫度在重疊的一半處，因此取tH0和tl100之間的中點(diǎn)作為兩個(gè)餾分的切割溫度。按照切割溫度可以在原油的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線上找到各產(chǎn)品的收率。即可作出常壓塔的物料平衡。4表715物料平衡油品產(chǎn)率，處理量和產(chǎn)量體積分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)104t/at/dkg/hkmol/h原油1001002507576315700產(chǎn)品汽油4.33.518.7726611100117煤油7.26.6716.695

4、0521040139輕柴油7.26.9117.3052421800100重柴油9.89.6424.1073030400105重油71.573.27183.1455512313605油品質(zhì)量分?jǐn)?shù)（對(duì)油）kg/hKmol/h一線煤油363135二線輕柴油365436.3三線重柴油2.885147.3塔底重油24627257合計(jì)6765375表汽提水蒸氣用量3、汽提水蒸氣用量 側(cè)線產(chǎn)品和塔底重油都用水蒸氣汽提，使用的是溫度420，壓力0.3MPa的過熱水蒸氣，參考圖762和表712取汽提水蒸氣用量如表716表汽提水蒸氣用量。64、塔板型式和塔板數(shù)選用浮閥塔板。參照表77和表78選定塔板數(shù)如下汽油煤油

5、板9煤油輕柴油板6輕柴油重柴油板6重柴油汽提段3塔底汽提段4考慮采用中段回流，每個(gè)用3層換熱板，共6層，全塔塔板數(shù)總計(jì)34層 75、精餾塔計(jì)算草圖 將塔體、塔板、進(jìn)料及產(chǎn)品進(jìn)出口、中段循環(huán)回流位置、塔底汽提點(diǎn)等繪成草圖如圖6-55。以后的計(jì)算結(jié)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(jì)算草圖可使設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)象一目了然，便于分析計(jì)算結(jié)果的規(guī)律性，避免漏算重算，容易發(fā)生錯(cuò)誤，因而是很有用的。86、操作壓力取塔頂產(chǎn)品罐的壓力為0.13MPa。塔頂采用兩級(jí)冷凝冷卻流程。取塔頂空冷器壓降為0.01MPa，使用一個(gè)管殼式后冷器，殼程壓力取0.017MPa。故塔頂壓力0.130.010.017=0.1

6、57MPa取每層浮閥塔板壓力降為0.5kPa，（表711）則推算出常壓塔各個(gè)關(guān)鍵部位的壓力如下：一線抽出板（第9層）上壓力0.161MPa；二線抽出板（第18層）上壓力0.166MPa；三線抽出板（第27層）上壓力0.170MPa；汽提段壓力（第30層）0.172MPa；取轉(zhuǎn)油線壓力降為0.035MPa,則加熱爐出口壓力0.1720.035=0.207MPa97、汽化段溫度（1）汽化段中進(jìn)料的汽化率與過汽化度取進(jìn)料的過汽化度2（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）或2.03即過汽化量為6314kg/h。要求進(jìn)料在汽化段中的汽化率為eF ：eF （體積分?jǐn)?shù)）（4.3%7.2% 7.2%9.8%2.03%) 30.53（2

7、）汽化段油氣分壓要計(jì)算各組分的摩爾流量。10汽油117kmol/h煤油139 kmol/h輕柴油100 kmol/h重柴油105 kmol/h過汽化油21 kmol/h油氣量合計(jì)482 kmol/h汽化段的物料流量如下：其中過汽化油的相對(duì)分子量取 300還有水蒸氣257kmol/h塔底蒸汽由此計(jì)算的油氣分壓為：0.172482/（482257）0.112MPa11（3）汽化段溫度的初步求定 汽化段的溫度應(yīng)該是在汽化段油氣分壓0.112PMa之下汽化30.53%（體積分?jǐn)?shù)）的溫度。為此需要作出在0.112PMa原油平衡氣化曲線。見圖753中曲線4。 由曲線4可以查得當(dāng)eF為30.53%（體積分?jǐn)?shù)

8、）時(shí)的溫度為353.5此即欲求的汽化段溫度tF。此tF是由相平衡求出來，還要進(jìn)行校核。12（4）tF的校核 校核的主要目的看由tF要求的加熱爐出口溫度是否合理。校核方法是作絕熱閃蒸過程的熱平衡計(jì)算以求得爐出口溫度。 當(dāng)汽化率eF（體積分?jǐn)?shù)）30.53%，tF353.3 進(jìn)料在汽化段中得焓hF計(jì)算如表717。表中各物料的焓值可由第三章介紹的方法核查圖求得。13油料焓kJ/kg熱量kJ/h 104汽相液相汽油117611761110013.05煤油114711472104022.94輕柴油1130113021800=24.63重柴油1112112230400=34.11過汽化油1118111863

9、14=7.05重油888888225046=199.84合計(jì)301.62表717 進(jìn)料帶入汽化段的熱量QF（P0.172MPa,t=535.514所以hF301.62106/315700=955.4kJ/kg再求出原油在加熱爐出口條件下的焓h0。按前述方法作出原油在爐出口壓力0.207 MPa之下的平衡汽化曲線（圖753曲線3），這里忽略了原油中所含的水分，若原油含水，則應(yīng)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讀出360時(shí)的汽化率e0為25.5%（體積分?jǐn)?shù)）。顯然e0eF，即在爐出口的條件下，過汽化油的部分重柴油處于液相。據(jù)此可以算出進(jìn)料

10、在爐出口條件下的焓h0，見表71815油料焓kJ/kg熱量kJ/h 104汽相液相汽油120112011110013.05煤油116411642104022.94輕柴油1151115121800=24.63重柴油汽相部分1143114330400=34.11重柴油液相部分9719719300=9.03重油904904231360=209.15合計(jì)Q0305.21表718 進(jìn)料在爐出口處攜帶的熱量（P0.207MPa t=36016所以 h0305.21106/315700966.77kJ/kg校核結(jié)果表明h0高于hF，所以設(shè)計(jì)的汽化段溫度353.5下，即能保證所需的拔出率（體積分?jǐn)?shù)30.53%

11、，爐出口溫度也不至于超過允許限度。8、塔底溫度取塔底溫度比汽化段溫度低7 ，即： 353.57 346.5 179、塔頂及側(cè)線溫度的假設(shè)與回流熱分配（1）假設(shè)塔定及側(cè)線溫度參考同類裝置的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，假設(shè)塔頂及各側(cè)線溫度如下： 塔頂溫度 107 煤油抽出板（第9層）溫度 180 輕柴油抽出板（第18層）溫度 256 重柴油抽出板（第27層）溫度 315 （2）全塔回流熱 按上述假設(shè)的溫度條件作全塔熱平衡見表719，由此求出全塔回流熱。18物 料流率kg/h密度（）g/cm3操作條件焓kJ/kg熱量壓力MPa溫度氣相液相103KJ/h入方進(jìn)料3157000.86040.172353.5301.62汽

12、提蒸汽67630.3420331622.43合 計(jì)322463324.05出方汽油111000.70370.1571076116.78煤油210400.79940.1611804449.34輕柴油218000.82650.16625664514.06重柴油304000.8484093重油2313600.94160.175346.5858198.5水蒸氣67630.157107270018.26合計(jì)322463271.8719所以，全塔回流熱Q（324.05-271.87） 52.38106kJ/h（3）回流方式及回流熱分配 塔頂采用二級(jí)冷凝冷卻流程，塔頂回流溫度定為6

13、0。采用兩個(gè)中段回流，第一個(gè)位于煤油側(cè)線與輕柴油側(cè)線之間（第1113層），第二個(gè)位于輕柴油與重柴油側(cè)線之間（第2022層）回流熱分配如下： 塔頂回流取熱 50 Q026.19106kJ/h 第一中段回流取熱 20 QC110.48106kJ/h 第二中段回流取熱30 QC215.7106kJ/h2010、側(cè)線及塔頂溫度的校核校核應(yīng)自上而下進(jìn)行。（1）重柴油抽出板（第27層）溫度按圖754中的隔離體系作第27層塔板下的熱平衡。見圖755及表72021物料流率kg/h密度（）g/cm3操作條件焓kJ/kg熱量kJ/h106壓力,MPa溫度,汽相液相入方進(jìn)料3157000.8604017235353

14、01.62汽提蒸汽463703420331615.34內(nèi)回流L0.846017308.5795795L合計(jì)320327L316.9796L出方汽油111000.7037099煤油210400.7994020輕柴油218000.8265054重柴油304000.84840.1731582024.93重油2313600.94160.175346.5858198.5水蒸氣4627037內(nèi)回流L0.8460.1731510261026L合計(jì)320327L2793.68+1026L22由熱平衡得：31

15、6.96106795L293.681061026L L100780（kg/h） 100780/282357（kmol/h）重柴油抽出板上方氣相總量為： 117139100357257970（kmol/h）重柴油蒸汽（內(nèi)回流）分壓為： 0.17357/9700.0626 MPa 由重柴油常壓恩氏蒸餾數(shù)據(jù)換算下平衡氣化0點(diǎn)溫度。可以用圖715核716先換算得常壓平衡氣化數(shù)據(jù)，再用圖726換算成0.0626 MPa下的平衡汽化數(shù)據(jù)。23項(xiàng)目0103050恩氏蒸餾溫度289316328341恩氏蒸餾溫差271213平衡汽化溫差9.56.46.6常壓平衡汽化溫度3590.0626 MPa下平衡汽化溫度3

16、15.5325331.4338 由以上求得的0.0626 MPa下重柴油抽出板下重柴油的泡點(diǎn)溫度為315.5，與原假設(shè)的315很接近，可以認(rèn)為假設(shè)是正確的。 24（2）輕柴油核煤油抽出板的溫度 核算的方法與核算重柴油抽出板溫度的方法相同，可以通過作18層一下和第9層板一下塔段的熱平衡來計(jì)算。計(jì)算過程從略。 輕柴油抽出板溫度 256 煤油抽出板溫度 181 25（3）塔頂溫度塔頂回流溫度t060 。其焓值hLL0t0為163.3kJ/kg塔頂溫度t1107 ，回流汽油蒸汽焓值hVL0t1611kJ/kg故塔頂冷回流量為L0Q、/ (hVL0t1 hLL0t0）26.91 106/（611163.3） 58500（kg/h）塔頂油氣量（汽油內(nèi)回流）（5850011100）/95733（kmol/h）塔頂油氣分壓為0.157733/（733376）0.1038 MPa26 塔頂溫度應(yīng)該是汽油在其油氣分壓下的露點(diǎn)溫度，由恩師蒸餾數(shù)據(jù)換算得汽油常壓露點(diǎn)溫度為108.