减压塔设计说明书.docx

1、减压塔设计说明书第五届大学生化工设计创业大赛10万吨/年特种润滑油基础油项目 指导老师：黄军左、刘宝生广东石油化工学院绝对领域参赛队2011年8月20日第1章 参数的确定 11.1 平均沸点的计算 11.1.1 体积平均沸点 11.1.2 恩氏蒸馏10%90%馏分的曲线斜率 11.1.3 立方平均沸点 11.2 特性因数K 11.3 平衡汽化温度 21.3.1 减一线 21.3.2 减二线 21.3.3 减三线 31.4 减压10mmHg下的平衡汽化温度 3第2章 减压塔的工艺计算 42.1汽提蒸气用量 42.2 减压塔的物料平衡 42.3 确定塔板数 62.4 塔板压力及塔板压降 82.5

2、各侧线温度及塔顶温度的求定 82.6 减压塔计算草图 92.7 全塔的热平衡 102.8 回流方式及回流热分配 112.8.1计算塔顶回流量 112.8.2计算塔中段回流量 122.9 侧线温度的校核 122.9.1 减三线抽出板下的热平衡 122.9.2 减二线抽出板下的热平衡 132.9.3 减一线的抽出板下的热平衡 15第3章 全塔气液负荷分布图 183.1 第1层塔板上的气液负荷 183.2 减一线抽出板的气液负荷 183.3 第3层板上的气液负荷 183.4 减二线抽出板的气液负荷 193.5 第12层板上的气液负荷 193.6 减三线抽出板的气液负荷 203.7 第24层板上的气液

3、负荷 203.8 气液相负荷分布图 21第4章 减压塔的工艺尺寸 224.1 塔径的计算及确定 224.2填料层高度计算 234.3填料层压降计算 234.4液体喷淋密度的验算 234.5液体分布器的计算 244.6. 封头的选型 244.7人孔的选型 244.8裙座的选型 244.9塔的总高度 24减压塔设计说明书第1章 参数的确定原始数据润滑油馏分的性质如下表1.1所示表1.1 原始数据润滑油馏分的性质油品馏出体积相对分子量相对密度0%10%30%50%70%90%100%减一2552752812862933043212180.8045减二3183563643703713874042990

4、.8234减三4034144214324424584713850.8528减底4604664734814894935084490.85701.1 平均沸点的计算1.1.1 体积平均沸点减底：tv=(t10+t30+t50+t70+t90)/5=480.4同理，减一线：287.8，减二线：369.6，减三线：433.41.1.2 恩氏蒸馏10%90%馏分的曲线斜率减底：斜率S=(90%馏出温度-10%馏出温度)/（90-10）=（493-466）/80=0.3375同理，减一线：0.3625，减二线：0.3875，减三线：0.48891.1.3 立方平均沸点根据tv和S，由石油炼制工程图3-4查

5、得立方平均沸点tcu的校正值如下表1.2所示。表1.2 立方平均沸点名称tv/Stcu校正值tcu/tm校正值tm/tme/减一线287.80.3625-0.3287.5-0.9286.9287.20减二线369.60.3875-0.2369.4-0.7368.9369.05减三线433.40.4889-0.1433.3-0.2433.2433.25减底480.40.3375-0.5479.9-0.4480.0479.951.2 特性因数K根据石油炼制与石油化工计算方法图表集表1-2-26查得各分馏产品的密度校正值，由石油炼制工程图3-6查得K如下表1.3所示。表1.3 特性因数K名称K减一线

6、0.00460.804544.38512.50减二线0.00450.823440.34812.77减三线0.00430.852834.42412.73减底0.00420.857033.61112.931.3 平衡汽化温度以下为各段平衡汽化温度计算:1.3.1 减一线减一线平衡平衡汽化温度如下表1.4所示。表1.4 减一线平衡汽化温度馏出（体积分数）0%10%30%50%70%90%100%恩氏蒸馏温度255275281286293304321恩氏蒸馏温差206571117恩氏蒸馏10%-70%点斜率=（293-275）/（70-10）=0.225由石油炼制工程图7-15查得：平衡汽化50%点-

7、恩氏蒸馏50%点=+11平衡汽化50%点=286+11=297由石油炼制工程图7-16查得如下表1.5所示。表1.5 减一线平衡汽化温度馏出（体积分数）0%10%30%50%70%90%100%平衡汽化温差64.51.50.52.54.1平衡汽化温度285291295.5297297.5300304.11.3.2 减二线减二线平衡气化温度如下表1.6所示。表1.6 减二线平衡汽化温度馏出（体积分数）0%10%30%50%70%90%100%恩氏蒸馏温度318356364370371387404恩氏蒸馏温差388611617恩氏蒸馏10%-70%点斜率=（371-3567）/（70-10）=0.

8、25由石油炼制工程图7-15查得：平衡汽化50%点-恩氏蒸馏50%点=+31平衡汽化50%点=397+27=424由石油炼制工程图7-16查得如下表1.7所示。表1.7 减二线平衡汽化温度馏出（体积分数）0%10%30%50%70%90%100%平衡汽化温差53.52.50.56.54.5平衡汽化温度390395398.5401401.5408412.51.3.3 减三线减三线平衡气化温度如下表1.8所示。表1.8 减三线平衡汽化温度馏出（体积分数）0%10%30%50%70%90%100%恩氏蒸馏温度403414421432442458471恩氏蒸馏温差11711101613恩氏蒸馏10%-

9、70%点斜率=（442-414）/（70-10）=0.467由石油炼制工程图7-15查得：平衡汽化50%点-恩氏蒸馏50%点=+6平衡汽化50%点=432+6=438由石油炼制工程图7-16查得如下表1.9所示。表1.9 减三线平衡汽化温度馏出（体积分数）0%10%30%50%70%90%100%平衡汽化温差3.53.85.52.57.53.5平衡汽化温度426429.5432.5438440.5448451.51.4 减压10mmHg下的平衡汽化温度1减一线参考石油炼制工程图7-26将常压平衡汽化温度换算成10mmHg下的平衡汽化数据，其结果如下表1.10所示。表1.10 减一线10mmHg

10、下的平衡汽化温度项目0%10%30%50%70%90%100%平衡汽化温差64.51.50.52.54.1常压平衡汽化温度300306310.5312312.5315319.110mmHg下平衡汽化温度142147.6151.2153154.3155.6157.22同理可计算出减二线、减三线的相关数据，汇总如下表1.11所示。表1.11 减一线、减二线、减三线10mmHg下的平衡汽化温度项目0%10%30%50%70%90%100%减二线234.1239.5241.3245.3246.1252.3256.6减三线262265.5268.3273.7275.7283.7287.2第2章 减压塔的

11、工艺计算2.1汽提蒸气用量侧线产品和塔底残油都用过热水蒸气汽提，使用温度为360，压力0.095MPa（本设计所指压力如果不做特别说明，均指绝压）的过热水蒸气。参考石油炼制工程图7-52和表7-12，取汽提蒸气用量如下表2.1所示。表2.1 汽提蒸气用量蒸气用量（对产品） / %kg/hkmol/h减一线40%346.519.25减二线35%801.144.51减三线40%2481.1137.84减底20%403.322.41合计4032.0224.002.2 减压塔的物料平衡为了计算变压器油闪蒸塔的变压器油回流的量，做变压器油闪蒸塔的隔离体系草图如图2.1所示。图2.1 压器油闪蒸塔的隔离体

12、系草图由物料，得 1065.1+346.5=866.7+ G1，解得G1=544.9 kg/h,由于从闪蒸塔塔底出来的水蒸气量极少，故可认为水蒸气全部从闪蒸塔塔顶出来，所以从闪蒸塔塔顶回流的变压器油量为：544.9-346.5=198.4 kg/h同理可求得减二线的75N润滑油和减三线150N润滑油的回流量分别为：992.4 kg/h，2135.8 kg/h。由于进入减压塔的水蒸气等于出来的水蒸气，水蒸气不参与反应，所以在物流衡算时可以不计入内。从塔顶出来的油气量也极其微量，可以忽略不计，作减压塔的物料衡算隔离体系草图如图2.2所示。图2.2 减压塔的物料衡算隔离体系草图进料的摩尔流量为： 各

13、线的产品的摩尔分数及摩尔流量如下表2.2所示表2.2 各线的产品摩尔分数及摩尔流量序号产品出料位置组分摩尔分数/ %摩尔流量 kmol/h12345减一线减二线减三线减底合计变压器油75N基础油150N基础油300N基础油12.3423.7649.9713.931003.987.6616.114.4932.24减压塔的总物料平衡如下表2.3所示。表2.3 减压塔的总物料平衡油品平均相对分子质量处理量 kg/hkmol/h进料35311375.132.24闪蒸塔变压汽油回流218198.40.91减二线75N油回流299992.43.32减三线150N油回流3852135.85.55减一线218

14、1065.14.89减二线2993281.310.97减三线3858338.621.66减底4492016.74.492.3 确定塔板数由Aspen Plus模拟软件模拟减压塔，其模拟流程及模拟结果如图2.3、2.4、2.5、2.6所示，模拟结果数据详见减压塔Aspen Plus 模拟结果数据汇总Excel表。图2.3 减压塔模拟流程图2.4 减压塔塔顶模拟结果图2.5 减压塔塔底模拟结果图2.6 减压塔全塔模拟结果根据同类减压塔的经验数据及Aspen Plus软件模拟，确定理论塔板数为40层。减顶减一线 3层减一线减二线 9层减二线减三线 12层（含中段循环回流）减三线过汽化油 9层进料段以

15、下 8层2.4 塔板压力及塔板压降对于减压塔，根据经验值，国内一般维持塔顶残压为75mmHg、真空度为710720mmHg，每层塔板压降为0.476mmHg。令塔顶真空度为685mmHg，残压为：75mmHg减一线抽出板(第3层)残压：75+30.476=76.43mmHg减二线抽出板（第12层）残压：76.43+80.476=80.24mmHg减三线抽出板（第24层）残压：80.24+120.476=85.95 mmHg汽化段（第32层下）残压：85.95+80.476+0.5=90.26 mmHg塔底残压：94.5 mmHg，取转油线压力降为262.2 mmHg，则加热炉出口压力P=90.

16、26+262.2=352.46mmHg，全塔压力分布模拟结果如图2.7所示。图2.7 全塔压力分布模拟结果2.5 各侧线温度及塔顶温度的求定由蒸馏装置的操作参数取进料温度为355，取塔底塔底温度为296，参考同类型装置的经验数据，假设塔顶及各侧线温度为：减顶：80减一线：162减二线：252减三线：318 全塔温度分布模拟结果如图2.8所示。图2.8 减压塔温度分布模拟结果2.6 减压塔计算草图做减压塔的隔离体系草图如图2.9所示。图2.9 减压塔的隔离体系草图将塔体、塔板、进料及产品进出口、中段循环回流位置、汽提返塔位置、塔底汽提点等绘成草图。以后的计算结果如操作条件和物料流量等可以陆续填入

17、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。2.7 全塔的热平衡进料油汽化率为82%，汽化油量=11375.182%=9327.6kg/h，全塔的热平衡如下表2.4所示。表2.4 全塔的热平衡物料流 率/(kg/h)相对密度温度/焓 /(kJ/kg)热 量106kJ/h气相液相入 方进料11375.10.84363551116.1949.612.4643闪蒸塔变压器油回流198.40.8045156655.00.1300减二线75N油回流992.40.8234248849.70.8432减三线150N油回流2135.80.

18、8528312996.82.1290减一线汽提蒸汽346.51562754.60.9545减二线汽提蒸汽801.12482944.72.3590减三线汽提蒸汽2481.13123089.57.6654减底汽提蒸汽403.33603206.71.2933合计 18773.727.8387减一线1065.10.8045162394.00.4170减二线3281.30.8234252630.02.0672减三线8338.60.8528318820.86.8443减底2016.70.8570296748.51.5095汽提蒸气4032.0802617.810.5550合计 18733.721.3930

19、全塔回流热 2.8 回流方式及回流热分配塔顶回流油品温度为60，使用一个中段回流，位于减二线与减三线之间（1719层）。回流热分配如下：塔顶回流取热65% 中间段回流取热35% 2.8.1计算塔顶回流量原定塔顶冷凝回流温度为60，其焓值为，塔顶温度为80，回流汽油蒸气的焓值为。塔顶冷回流量： kg/h塔顶油气量： 塔顶水蒸气流量： 塔顶油气分压： 塔顶温度应该是减顶油在其油气分压下的露点温度，在平衡汽化坐标纸上作出减顶油在10mmHg下平衡汽化100%的p-t 相图，由图可读出在下的露点温度78.6，与原假设的80很接近，故假设正确。2.8.2计算塔中段回流量中段循环出口温度为296，其焓值为

20、750.8 kJ/kg中段循环回流温度为256，其焓值为628.8 kJ/kg中段循环量2.9 侧线温度的校核2.9.1 减三线抽出板下的热平衡作减三线热量衡算隔离体系草图如图2.10所示。图2.10 减三线热量衡算隔离体系草图减三线抽出板下的热平衡数据如下表2.5所示。表2.5 减三线抽出板下的热平衡数据物料流 率/(kg/h)相对密度温度/焓 /( kJ/kg)热 量106kJ/h气相液相入方进料11375.10.84363551116.1949.612.4643减底汽提蒸汽403.33603206.71.2933内回流L0.8508318821.9821.9L合计 11778.413.7

21、576106+821.9L出方减一线866.70.80453181034.50.8966减二线2288.90.8234318837.11.9160减三线6202.80.8528318820.85.0913减底2016.70.8570296748.51.5095汽提蒸气403.33183104.41.2520内回流L0.85083181013.41013.4L合计11778.410.6654106kJ/h +1013.4L13.7576106+821.9L = 10.6654106 +1013.4L 则：减三线抽出板上的气相总量： 减三线内回流油气分压：85.9541.94/92.10=39.1

22、4mmHg参考石油炼制工程图7-26将常压平衡汽化数据换算成39.14 mmHg下的平衡数据，其结果如下表2.6所示表2.6 将常压平衡汽化数据换算成39.14 mmHg下的平衡数据项目0%10%30%50%平衡汽化温差3.53.05.52.5常压平衡汽化温度426429.5432.543839.14mmHg下平衡汽化温度319.5324.5328以上求得的在39.14mmHg下减三线的泡点温度为319.5，与原假设的318很接近，故假设正确。2.9.2 减二线抽出板下的热平衡作减二线热量衡算隔离体系草图如图1.11所示。图1.11 减二线热量衡算隔离体系草图减二线抽出板下的平衡数据如下表2.

23、7所示表2.7 减二线抽出板下的平衡数据物料流 率/(kg/h)相对密度温度/焓/( kJ/kg)热 量106kJ/h气相液相入 方进料11375.10.84363551116.1949.612.4643减三线150N油回流2135.80.8528312996.82.1290减三线汽提蒸汽2481.13123089.57.6654减底汽提蒸汽403.33603206.71.2933内回流L0.8214252630.8630.8L合计 16395.323.5520106+630.8L出方减一线866.70.8045252868.50.7527减二线2288.90.8234252859.31.96

24、69减三线8338.60.8528318820.86.8443减底2016.70.8570296748.51.5095汽提蒸气2884.42522956.48.5274内回流L0.8214252860.2860.2L合计16395.319.6008106kJ/h +860.2L减二线抽出板上的气相总量：3.98+7.66+160.24+57.61=229.49kmol/h减二线内回流油气分压：80.2457.61/229.49=20.14mmHg参考石油炼制工程图7-26将常压平衡汽化数据换算成20.14mmHg下的平衡数据，其结果如下表2.8所示表2.8 将常压平衡汽化数据换酸为20.14m

25、mHg下的平衡汽化温度数据项目0%10%30%50%平衡汽化温差53.52.50.5常压平衡汽化温度390395398.540120.14 mmHg下平衡汽化温度253.5259.5264.4以上求得的在20.14 mmHg下减二线的泡点温度为253.5，与原假设的252很接近，故假设正确。2.9.3 减一线的抽出板下的热平衡作减一线热量衡算隔离体系草图如图1.12所示。图1.12 减一线热量衡算隔离体系草图减一线抽出板下的平衡数据如下表2.9所示。表2.9 减一线抽出板下的平衡数据物料流 率/(kg/h)相对密度温度/焓 /( kJ/kg)热 量106kJ/h气相液相入方进料11375.10.84363551116.1949.612.4643减二线150N油回流992.40.8234248849.70.8432减二线汽提蒸汽801.12482944.72.3590减三