化工设计指导书docWord下载.docx
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密度
d204
恩氏蒸馏数据℃
质
体
0%
10%
30%
50%
70%
90%
干点
汽油
145
240
302
360
～150
4.3
3.51
0.7037
34
60
81
96
109
126
141
煤油
132~258
7.2
6.67
0.7994
159
171
179
194
208
225
239
轻柴
221~339
6.91
0.8265
258
267
274
283
296
306
重柴
275~409
9.8
9.64
0.8484
289
316
328
341
350
368
376
重油
313～
71.5
73.27
0.9416
344
工艺设计计算过程及结果如下:
1.油品的性质参数
为了以后计算方便,可以用学过的方法把原油和产品的有关性质参数先计算汇总,列于表2中。
在计算时,所用到的恩氏蒸馏温度未作裂化校正,工程上充许这样做。
性质参数的计算以汽油为例。
①体积平均沸点,t（体）:
汽油,t（体）=（60+81+96+109+126）/5=94.5℃
②恩氏蒸馏90~10％斜率:
汽油,（126-60）/（90-10）=0.825℃/％
③立方平均沸点,t（立）
查<
<
石油化工工艺计算图表>
>
集（简称图表集）图2-1-1,得体积平均沸点校正值为:
-2.5℃,故:
汽油,t（立）=t（体）-2.5=94.5-2.5=92℃
④中平均沸点,t（中）:
由图表集图2-1-1查得体积平均沸点校正值为-5℃,故:
汽油,t（中）=t（体）-5℃=94.5-5=89.5℃
⑤特性因数K:
由图表集图2-1-2查得:
汽油K=12.27。
⑥分子量M:
汽油M=95.
⑦平衡蒸发温度
由图表集图2-2-3及图2-2-4计算出汽油平衡蒸发100％温度为108.9℃。
⑧临界温度,tkp:
由图表集图2-3-7和图2-3-8查得:
汽油tkp=267.5℃。
⑨临界压力,Pkp:
由图表集图2-3-9查得:
汽油Pkp=3.34MPa。
⑩焦点温度,tF
由图表集图2-2-19查得,汽焦点温度为328.5℃。
⑾焦点压力,PF
由图表集图2-2-18查得,汽焦点压力为5.91MPa。
表2油品的有关性质参数计算汇总
油品名称
密度
d204
比重指数oAPI
特性因数
K
分子量
M
平衡蒸发温度
℃
临界参数
焦点参数
0%
100%
温度℃
MPa
68.1
12.27
95
108.9
257.5
3.34
328.5
5.91
44.5
11.74
152
185.6
383.4
2.5
413.4
3.26
38.8
11.97
218
273.6
461.6
1.81
475.2
2.17
重些
34.4
12.1
290
339.6
516.6
1.62
529.6
1.89
18.2
11.9
原油
0.8604
32
2.产品收率及物料平衡
物料平衡可参考同一原油丶同一产品方案的生产数据确定。
确定后列出物料平衡表。
如不能取得实标生产数据,可根据实沸点数据来确定。
如表1所示,相邻两个产品是互相重叠的,即实沸点蒸馏（tH-tL）是负值。
通常相邻两个产品的实沸点就在这一重叠值的一半处,因此可取tH和tL之间的中点温度作为这两个馏分的切割温度,按切割温度,可以从原油的实沸点曲线得出各产品的收率。
决定年开工天数后,即可作出常压塔的物料平衡表,如表3所示。
表3中没有考虑到损失,在实标生产中通常取（气体+损失）约占原油的0.5％。
注:
tH为相邻两馏分重馏分实沸点的0％点温度;
tL为相邻两馏分轻馏分实沸点的100％点温度。
表3物料平衡表（按每年开工330天计）
油品
产率，%
处理量或产量
体积
质量
104t/Y
t/D
kg/h
kmol/h
原油
100
250
7576
315700
产
品
8.77
266
11100
117
16.69
505
21040
139
轻柴油
17.30
524
21800
重柴油
24.10
730
30400
105
183.14
5551
231360
3.汽提蒸汽用量
侧线产品及塔底重油都用过热水蒸汽汽提,使用的是温度420℃,压力0.3MPa的过热水蒸汽。
汽提水蒸汽用量与需要汽提出来的轻组分含量有关,其关系大致如图2所示。
在设计中可参考表4所列的经验数据选择汽提蒸汽用量。
表5汽提水蒸汽用量
油品
％,对油
kg/h
一线煤油
3
631
35.0
二线轻柴油
2
654
36.3
三线重柴油
2.8
851
47.3
塔底重油
4627
257
合计
6763
375.6
表5为参考图2与表4得出的汽提水蒸汽用量。
4.塔板型式和塔板数
石油分馏塔塔板数主要靠经验选
图2汽提蒸汽用量（四层汽提塔板）
表4汽提蒸汽用量（经验值）
塔名称
产品
蒸汽用量,％,对产品
常压塔
溶剂油
1.5～2.0
2～3
2～4
轻润滑油
初馏塔
塔底油
1.2～1.5
减压塔
中、重润滑油
残渣燃料油
残渣汽缸油
2～5
用,表6丶表7是常压塔塔板数的参考值。
表7国内某些炼油厂常压塔塔板数①
被分离的馏分
东方红
Ⅱ套
南京Ⅰ套
上海
炼厂
汽油─煤油
10
9
煤油─轻柴油
6
轻柴油─重柴油
7
4
重柴油—裂化原料
8
最低侧线—进料
进料—塔底
表6常压塔塔板数国外文献推荐值
推荐板数
轻汽油─重汽油
6～8
汽油─柴油
4～6
进料—最低侧线
3～6
汽提段或侧线汽提
①注:
也可用填料代替。
参照表6与表7选定的塔板数如下:
汽油──煤油段9层（考虑一线生产航煤）
煤油──轻柴油段6层
轻柴油──重柴油段6层
重柴油──汽化段3层
塔底汽提段4层
全塔用两个中段回流,每个用3层换热塔板,共6层,全塔塔板总数为34层。
5.分馏塔计算草图
塔的计算草图必须按图3的要求填写。
图3常压塔的计算草图
6.操作压力
取塔顶产品罐压力为:
0.131MPa。
塔顶采用两级冷凝冷却流程图。
取塔顶空冷器压力降为0.01MPa,使用一个管壳式后冷器,壳程压力降取0.0171MPa,故塔顶压力=0.13+0.01+0.017=0.1571MPa（绝）。
取每层浮阀塔板压力降为0.00051MPa（4mmHg）,则推算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9层）上压力0.161
二线抽出板（第18层）上压力0.166
三线抽出板（第27层）上压力0.170
汽化段压力（第30层下）0.172
取转油线压力降为0.0351MPa,则
加热炉出口压力=0.172+0.035=0.2071MPa
7.汽化段温度
①汽化段中进料的汽化率与过汽化率
取过汽化率为进料的2％（质）（经验值为2~4）或2.03％（体）,则过汽化油量为6314kg/h,要求进料在汽化段的汽化率为:
eF=（4.3+7.2+7.2+9.8+2.03）％=30.53％（体）
②汽化段油气分压
汽化段中各物料的流量如下:
汽油114kmol/h
煤油139kmol/h
轻柴油100kmol/h
重柴油105kmol/h
过汽化油21kmol/h
油气量合计482kmol/h
其中过汽化油的分子量取300,水蒸汽257kmol/h（塔底汽提）。
由此计算得过汽化段的油气分压为:
0.172×
482/（482+257）=0.112MPa
③汽化段温度的初步求定
汽化段温度应该是在汽化段油气分压0.112MPa之下汽化30.53％（体）的温度,为此需要作出在0.112MPa下的原油平衡汽化曲线,见图1中的曲线4。
在不具备原油的临界参数与焦点参数而无法作出原油的P-T-e相图的情况下,曲线4可用简化法求定:
由图1可得到原油在常压下的实沸点曲线与平衡汽化曲线的交点为291℃。
将此交点温度换算成在0.112MPa压力下的温度为299℃。
过该交点作垂直于横座标的直线A,在A线上找到299℃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0.112MPa下的平衡汽化曲线。
由曲线4可查得当eF为30.53％（体）时的温度为353.5℃,此即欲求的汽化段温度tF。
此tF是由相平衡关系求得,还需对它进行校核。
④tF的校核
校核的目的是看tF要求下的加热炉出口温度是否合理。
校核的方法是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=30.53％（体）,tF=353.5℃,进料在汽化段中的焓hF计算如表8所示。
表8进料带入汽化段的热量QF（P=0.172MPa,t=353.5℃）
物料
焓，Kj/kg
热量，kJ/h
汽相
液相
1176
1176×
11100=13.05×
106
1147
1147×
2104=22.94×
1130
1130×
21800=24.63×
1122
1122×
30400=34.11×
过汽化油
～1118
1118×
6314=7.05×
888
888×
225046=199.84×
QF=301.62×
hF=301.62×
106/315700=955.4kJ/kg
再求出原油在加热炉出口条件下的热焓ho,按前述方法作出原油在炉出口压力0.207MPa压力之下平衡汽化曲线（即图1中的曲线3）。
此处忽略了水分,若原油中含有水分,则应按炉出口处油气分压下的平衡汽化曲线计算。
因考虑生产航空煤油,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eo为25.5％（体）。
显然eo<
eF,即在炉出口条件下,过汽化油和部分重柴油处于液相。
根此可算出进料在炉出口条件下的焓值ho。
ho=305.21×
106/315700=966.77kJ/kg
核算结果表明ho略高于hF,所以在设计的汽化段温度353.5℃之下,能保证所需的拔出率（30.53％体）。
炉出口温度也不致超过充许限度。
表9进料在炉出口处携带的热量（P=0.207MPa,t=360℃）
1201
1201×
11100=13.33×
1164
1164×
2104=24.49×
1151
1151×
21800=25.09×
重柴油（g）
1143
1143×
21100=24.12×
重柴油（l）
971
971×
9300=9.03×
904
904×
231360=209.15×
Qo=305.21×
8.塔底温度
取塔底温度比汽化段低7℃,即:
353.5-7=346.5℃
9.塔顶及各侧线温度的假设与回流热分配
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107℃
煤油抽出板（第9层）180℃
轻柴油抽出板（第18层）256℃
重柴油抽出板（第27层）315℃
则列出全塔热平衡如表10所示。
表10全塔热平衡
流率，kg/h
操作条件
焓，kJ/kg
入
方
进料
0.172
353.6
955.4
301.62×
汽提蒸汽
0.290
420
3316
22.43×
322463
324.05×
出
0.157
107
611
6.78×
0.161
180
444
9.34×
0.8625
0.166
256
645
14.06×
0.170
315
820
24.93×
0.175
346.5
858
198.50×
水蒸汽
2700
18.26×
271.87×
②全塔回流热
全塔回流热Q=（324.05-271.87）×
106=52.38×
106kJ/h
③回流方式及回流热分配
塔顶采用二级冷凝冷却流程,塔顶回流温度为60℃。
采用两个中段循环回流,一中在煤油侧线与轻柴油侧线之间（第11~13层）,二中位于轻柴油侧线与重柴油侧线之间（第20~22层）。
回流热分配％热量,kJ/h
塔顶5026.19×
一中2010.48×
二中3015.70×
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27层）
按图3中的隔离体系Ⅰ作第27层以下塔段的热平衡如图4及表11所示。
图4重柴油抽出板以下塔段的热平衡
表11第27层以下塔段的热平衡
0.298
15.34×
内回流
L
~0.846
~308.5
795
795L
320327+L
316.96×
+795L
1080
11.99×
1055
22.20×
1034
22.54×
197.68×
3107
14.37×
1026
1026L
293.68×
+1026L
由热平衡得:
316.96×
106+795L=293.68×
106+1026L
所以,内回流L=100780kg/h
或100780/282=357.4kmol/h
重柴油抽出板上方汽相总量为:
117+139+100+357+257=970kmol/h
重柴油蒸汽（即内回流）分压为:
0.170×
357/970=0.0626MPa
由重柴油常压恩氏蒸馏数据换算在0.0626MPa压力下平衡汽化0％点温度为315.5℃,与原假设315℃很接近,可以认为原假设是正确的。
②轻柴油抽出板和煤油抽出板温度
校核的方法与重柴油的方法相同,故计算从略。
计算结果与假设值相符,故认为假设是正确的。
即:
轻柴油抽出板温度256℃,煤油抽出板温度181℃
③塔顶温度
塔顶冷回流温度to=60℃ho=163.3kJ/kg
塔顶温度t1=107℃h1=611kJ/kg
故塔顶冷回流量Lo为:
Lo=Q/（ht1-hto）=26.19×
106/（611-163.3）=58500kg/h
塔顶油气量（汽油+内回流蒸汽）为
（58500+11100）/95=733kmol/h
塔顶水蒸汽流量为
6763/18=376kmol/h
塔顶油气分压为
0.157×
733/（733+376）=0.1038MPa
塔顶温度应该是汽油在其油气分压下的露点温度,由恩氏蒸馏数据换算得汽油常压露点温度为108.9℃。
已知其焦点温度和压力依次为328.5℃和5.91MPa。
在平衡汽化座标纸上作出汽油平衡汽化100％点的p-t线,如图5所示,得出在0.1038MPa压力下露点温度为110℃。
考虑到不凝气的存在,该温度乘以系数0.97,则塔顶温度为:
110×
0.97=106.8℃
与假设的107℃很接近,故原假设温度正确。
验证在塔顶温度下水蒸汽是否会冷凝。
塔顶水蒸汽分压为0.157-0.1038=0.0532MPa,在此压力下饱和水蒸汽温度为83℃,故水汽不会冷凝。
图5汽油的露点线相图
11.全塔汽丶液负荷分布图
选择塔内几个有代表性的部位（如塔顶丶第一层板下方丶各侧线抽出板上下方丶中段回流进出口处丶汽化段及塔底汽提段等）,求出该各处的汽丶液负荷,就可以作出全塔汽丶液相负荷分布图。
图6就是通过计算1丶8丶9丶10丶13丶17丶18丶19丶22丶26丶27丶30各层及塔底汽提段的汽丶液负荷绘制而成。
图6常压塔全塔汽丶液相负荷分布图
12.塔的直径的计算
①塔径的初算
以塔内最大负荷来计算塔径
式中g─重力加速度,9.81m/s
Wmax─允许的最大气体速度,m/s;
ρV─气相密度,kg/m3;
ρL─液相密度,kg/m3;
Ht─塔板间距,m;
VL─液体体积流率,m3;
Vv─气体体积流率,m3;
塔板间距Ht按塔径选定。
表12浮阀塔板间距Ht与塔径D的关系
塔板直径D,mm
板间距Ht，mm
1200~1400
450
500
600
—
1600～3000
800
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