原油常压塔工艺计算.docx
- 文档编号:12272701
- 上传时间:2023-06-05
- 格式:DOCX
- 页数:50
- 大小:190.58KB
原油常压塔工艺计算.docx
《原油常压塔工艺计算.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《原油常压塔工艺计算.docx(50页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
原油常压塔工艺计算
设计题目:
原油常压塔工艺计算
设计任务:
根据基础数据,绘制各种曲线
根据原料油性质及产品方案确定产品收率作物料平衡
根据给定数据进行分馏塔计算,并绘制精馏塔计算草图
校核各侧线及塔顶温度
设计基础数据:
本设计采用某原油问原料进行常压塔工艺计算,原料及产品的基础数据见下表,
年开工天数按 8000h 计算,侧线产品及塔底重油都使用过热水蒸汽汽提,使用的温
度为 420℃,压力为 0.3MPa。
原油实沸点蒸馏以及窄馏分性质
沸点范
占原油 m%
ρ20
特性因数
含硫量
凝点
围℃
IBP—122
每馏分
3.45
总收率
3.45
g/cm3
0.744
%
0.04
℃
122—150
150—175
175—200
200—225
225—250
250—275
275—300
300—325
325—350
350—375
375—395
395—425
425—450
450—475
1.71
1.8
2.92
2.72
2.8
2.5
4.7
4.6
3.6
3.9
3.3
6.14
5.67
6.87
5.16
6.96
9.88
12.6
15.4
17.9
22.6
27.2
30.8
34.7
38
44.14
49.81
55.68
0.7628
0.7743
0.8042
0.8139
0.816
0.817
0.8123
0.825
0.8381
0.845
0.8517
0.8713
0.8836
0.8936
11.76
11.83
11.61
11.68
11.84
12.02
12.27
12.27
12.24
12.31
12.36
12.23
12.22
12.22
0.03
0.04
0.04
0.05
0.07
0.09
0.09
0.11
0.11
0.11
项目
密度
恩氏蒸馏馏出温度℃
汽油
煤油
轻柴油
重柴油
20℃
0.7779
0.8229
0.8402
0.8516
0%
75
218
245
296
10%
123
223
273
316
30%
150
230
285
325
50%
164
235
292
336
70%
180
240
308
340
90%
205
250
321
348
ep
210
263
重油
0.942
306
设计内容:
根据基础数据,绘制各种曲线
根据原料油性质及产品方案确定产品收率作物料平衡
根据给定数据进行分馏塔计算,并绘制精馏塔计算草图
校核各侧线及塔顶温度
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
⑴ IBP-122V1 = 3.45/ 0.744 = 4.63709
⑵ 122-150V2 = 1.71/0.7628 = 2.24174
⑶ 150-175V3 = 1.8 /0.7743 = 2.32468
⑷ 175-200V4 = 2.92/0.8042 = 3.63094
⑸ 200-225V5 = 2.72/0.8160 = 3.43137
⑹ 225-250V6 = 2.8 /0.8160 = 3.43137
⑺ 250-275V7 = 2.5 / 0.817 = 3.05998
⑻ 275-300V8 = 4.7 /0.8123 = 5.78604
⑼ 300-325V9 = 4.6 / 0.825 = 5.57576
⑽ 325-350V10 = 3.6 /0.8381 = 4.29543
⑾ 350-375V11 = 3.9 / 0.845 = 4.61538
⑿ 375-395V12 = 3.3 /0.8517 = 3.87460
⒀ 395-425V13 = 6.14/0.8713 = 7.04694
⒁ 425-450V14 = 5.67/0.8836 = 6.41693
⒂ 450-475V15 = 6.87/0.8936 = 7.68800
V 总 = 67.96681 cm3进行规一化得:
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% = 6.32%V11% = 6.79%V12% = 5.70%
V13% = 10.37%V14% = 9.44%V15% = 11.31%
由上可得绘制实沸点曲线数据:
表(Ⅰ)
温度
122℃
150℃
175℃
200℃
225℃
250℃
275℃
体积分数
6.82%
10.12%
13.54%
18.88%
23.8%
28.85%
33.35%
温度
300℃
325℃
350℃
375℃
395℃
425℃
450℃
体积分数
41.86%
50.06%
56.38%
63.17%
68.87%
79.24%
88.68%
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)
6.82%
122℃
10%
148℃
20%
205℃
30%
258℃
40%
295℃
50%
323℃
60%
363℃
70%
399℃
80%
425℃
90%
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) = 4.18℃/%, 由此计算参考线的各点温度:
6.82% = 148 - 4.18(10-6.82) = 134.71℃20% = 148 - 4.18(20-10)= 189.8℃
30%= 148 - 4.18(30-10) = 231.6℃40% = 148 - 4.18(40-10)= 273.4℃
50%= 148 - 4.18(50-10) = 315.2℃60% = 148 - 4.18(60-10)= 357℃
70%= 148 - 4.18(70-10) = 398.8℃80% = 148 - 4.18(80-10)= 440.6℃
90%= 148 - 4.18(90-10) = 482.4℃
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 4.18℃/%查得
平衡汽化参考线的斜率为 2.45℃/%,用图 7-17 中图查得
= 22.3245 ℃,故平衡汽化参考
线 50% = 实沸点蒸馏参考线 50%点
F = 315.2℃ - 22.3245 = 292.8755℃
由平衡汽化参考线的 50%点和斜率可计算得其他各点温度
6.82% = 292.8755℃ - 2.45(50-6.82)= 187.0845℃
10%= 292.8755℃ - 2.45(50-10) = 194.8755℃
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) = 366.3755℃
90%= 292.8755℃ + 2.45(90-50) = 390.8755℃
c.计算实沸点蒸馏曲线与其参考线的各点温差△Fi%
6.82% = 122℃ - 134.71℃ = -12.71℃
10% = 0℃
20%= 205℃ - 189.8℃= 15.2℃△F30% = 258℃ - 231.6℃ = 27.2℃
40%= 295℃ - 273.4℃= 21.6℃△F50% = 323℃ - 315.2℃ = 7.8℃
60%= 363℃ - 357℃= 6℃△F70% = 399℃ - 398.8℃ = 0.2℃
80%= 425℃ - 440.6℃= -15.6℃
90% = 454℃ - 482.4℃ = -28.4℃
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:
6.82%比值=0.39,10%比值=0.38,20%
比值=0.36,其余各点比值都是 0.33.平衡汽化曲线各点的温差
等于实沸点蒸馏曲线与其
参考线相应各点的温差
乘以对应的比值,由此得平衡汽化各点的 T。
6.82%
= -12.71 * 0.39 = -4.9569℃10%
= 0℃
20%
= 15.2 * 0.36 = 5.472℃30%
= 27.2 *0.33 = 8.976℃
40%
= 21.6 * 0.33 = 7.128℃50%
= 7.8 * 0.33 = 2.574℃
60%
= 6 * 0.33 = 1.98℃70%
= 0.2 * 0.33 = 0.066℃
80%
= -15.6 * 0.33 = -5.148℃90%△T = -28.4 * 0.33 = -9.372℃
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
6.82%
182℃
10%
195℃
20%
225℃
30%
253℃
40%
276℃
50%
295℃
60%
319℃
70%
342℃
80%
361℃
90%
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 = 0.00852t – 1.691 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 +
(查图 7-12)= 164 – 2.75 = 161.25℃
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
0%—10%
10%—30%
30%—50%
50%—70%
70%—90%
90%—终馏点
恩氏蒸馏温差℃
45
27
14
16
25
5
实沸点蒸馏温差℃
68.5
42
24
16.9
31.4
6.4
则实沸点的 30%点
30%点 = 161.25 – 24 = 137.25℃
10%点 = 137.25 – 24 = 95.25℃
0%点 = 95.25 – 68.5 = 26.75℃
70%点 = 161.25 + 16.9 = 178.15℃
90%点 = 178.15 + 31.4 = 209.55℃
100%点 = 209.55 + 6.4 = 215.95℃
实沸点范围 :
26.75℃~215.95℃
同理可得
煤油馏分实沸点范围 :
201.8℃ ~ 270.4℃
轻柴馏分实沸点范围 :
223.1℃ ~ 355.3℃
重柴馏分实沸点范围 :
279.1℃ ~ 405℃
重油实沸点范围:
314.2℃(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%
体 质
积 量
分 分
数 数
恩氏蒸馏温度
密度 ρ20
g/cm3 0% 10% 30% 50% 70% 90% 100%
汽
油
208.88
26.75~
215.95
21
15.6
0.7779
75 123 150
164
180
205
210
煤
油
246.75
201.8~
270.4
7.5
6.2
0.8299
218 223
230
235
240
250
213
轻
柴
油
重
柴
油
重
油
223.1~
317.2 19.5 16.4 0.8402 245 273 285 292 308 321
355.3
279.1~
359.6 11.5 9.8 0.8516 296 316 325 336 340 348
405
40.5 52 0.942 306
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
90 - 10
= 205 – 123
80
=
1.025%
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
5=
123 + 150 + 164 + 180 + 205
5 = 164.4℃
根据周佩正所列得:
tme = tv –
,
me = -1.35181 – 0.012800tv0.6667 + 3.64678 S0.3333
∴
me = 2.1066705
= 5.81tme = 164.4 – 5.81 = 158.59℃ = 431.73K
查《工艺图表》由 ρ20 得 API° = 45.6
d15.615.6
= 141.5
45.6+131.5
0.7999g/cm3
1.216T1/3
1216×431.71/3
K =
=
= 11.50
d15.615.6
0.7990
根据李德清一向正为关系式
M = 184.5 + 2.295 T – 0.2332 KT + 1.329 × 10-15(KT)2 – 0.6222ρT
式中 T 为平均沸点(K),K 为特性因数,ρ 为 20℃时的密度
M = 184.5 + 2.295 × 431.73 – 0.2332 × 11.50 × 431.73 + 1.329 × 105 ×
(11.50 × 431.73)2 – 0.6222 × 0.7944 × 431.73 = 131.7
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
= 0.4℃/%
由图查得:
平衡汽化 50%点—恩氏蒸馏 50%点 = 18.01℃
则平衡汽化 50%点 = 336 + 18.01 = 354.01℃
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% = 354.01 – 5.9 = 348.11℃
10% = 348.11 – 5.1 = 343.01℃
0% = 343.01 – 8 = 335.01℃
表(Ⅵ)
曲线线段
0%—10%
10%—30%
30%—50%
恩氏蒸馏温度℃
20
9
11
平衡汽化温差℃
8
5.1
5.9
其他馏分同理
⑸、汽油馏分焦点温度焦点压力的确定
由 S = 1.025,API° = 45.6
查石油馏分临界压力图:
压力 = 38.0atm
查石油馏分临界温度图:
温度 = 368.4℃
查石油馏分焦点温度图= 386.4℃
查石油馏分焦点压力图= 45.6atm
⑹、油品的相关性质参数表(Ⅶ)
表(Ⅶ)
油品
汽油馏分
煤油馏分
轻柴馏分
重柴馏分
密度 ρ20
g/cm3
0.7779
0.8299
0.8402
0.8516
比重指数
API°
50.4
41.2
38.2
33.4
特性因数
K
11.73
11.85
12.27
12.30
相对分子量
M
131.6
174.6
290.0
352.5
平衡汽化温
度℃
103.4
218.5
255.4
335.01
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 0.5%
表Ⅷ
油品
原油
汽油
煤油
轻柴
重柴
重油
体积分数
100
21
7.5
19.5
11.5
40.5
产率
质量分数
100
15.6
6.2
16.4
9.8
52
104t/a
487
75.97
30.194
78.87
47.73
253.24
处理量或产量
Kg/h
608750
94963
37743
99838
59663
316543
Kmol/h
721.60
216.17
344.27
167.26
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 0.3Mpa 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
油品
一线煤油
二线轻柴
三线重柴
合计
质量分数(对油)%
3
3
2.8
Kg/h
1132.29
2995.14
1670.56
12128.85
Kmol/h
62.91
166.40
92.81
673.83
4、塔板形式和塔板数
选用浮阀塔板
汽油—煤油段
10 层(考虑到一线
生产航空煤油)
煤油—轻柴油段 轻柴油—重柴油段 重柴油—汽化段
9 层 6 层 4 层
塔底汽提段
6 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 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,使用一个管壳式制冷器,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:
(单位为 Mpa)
塔顶压力:
0.157;
一线抽出板(第 10 层)上压力为:
0.162;
二线抽出板(第 22 层)上压力为:
0.168;
三线抽出板(第 31 层)上压力为:
0.172;
汽化段压力(第 35 层以下)0.174;
取转油线压力降为 0.035Mpa,则
加热炉出口压力 = 0.174 + 0.035 = 0.209Mpa
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 2.10%(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% + 7.5% + 19.5% + 11.5% + 2.10%)= 61.6%
⑵、汽化段油气分压
汽化段中各物料的流量如下单位:
Kmol/h
汽油
721.60
煤油
216.17
轻柴油
344.27
重柴油
169.26
过汽化油
33.82
油气量合计
1485.12
其中过汽化油的相对分子量取 360.
还有水蒸气(3517.1Kmol/h)塔底汽提
由此计算得汽化段的油气分压为:
0.174 × 1485.12/(351.71 + 1485.12)= 0.141Mpa
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 0.112Mpa 之下汽化 61.6%(体积分数)的温度,
为此需要作出在 0.141Mpa 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
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 原油 常压 工艺 计算