【正文】 500萬噸/年煉油減壓蒸餾裝置設(shè)計(jì)書第一章 文獻(xiàn)綜述石油又稱原油，是從地下深處開采的棕黑色可燃粘稠液體。由碳和氫化合形成的烴類構(gòu)成石油的主要組成部分，約占95%～99%，含硫、 氧、氮的化合物對石油產(chǎn)品有害，在石油加工中應(yīng)盡量除去。不同產(chǎn)地的石油中，各種烴類的結(jié)構(gòu)和所占比例相差很大，但主要屬于烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴三類。通常以烷烴為主的石油稱為石蠟基石油；以環(huán)烷烴、芳香烴為主的稱環(huán)烴基石油；介于二者之間的稱中間基石油。我國主要原油的特點(diǎn)是含蠟較多，凝固點(diǎn)高，硫含量低，鎳、氮含量中等，釩含量極少。除個(gè)別油田外，原油中汽油餾分較少，渣油占1/3。組成不同類的石油，加工方法有差別，產(chǎn)品的性能也不同，應(yīng)當(dāng)物盡其用。 石油煉制工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)最重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，是提供能源，尤其是交通運(yùn)輸燃料和有機(jī)化工原料的最重要的工業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界總能源需求的40％依賴于石油產(chǎn)品，汽車，飛機(jī)，輪船等交通運(yùn)輸器械使用的燃料幾乎全部是石油產(chǎn)品，有機(jī)化工原料主要也是來源于石油煉制工業(yè)，世界石油總產(chǎn)量的10%用于生產(chǎn)有機(jī)化工原料。 石油是十分復(fù)雜的烴類非烴類化合物的混合物。石油產(chǎn)品種類繁多，市場上各種牌號的石油產(chǎn)品達(dá)1000種以上，大體上可分為以下幾類： ⑴ 燃料：如各種牌號的汽油、航空煤油、柴油、重質(zhì)燃料油等； ⑵ 潤滑油：如各種牌號的內(nèi)燃機(jī)油、機(jī)械油等； ⑶ 有機(jī)化工原料：如生產(chǎn)乙烯的裂解原料、各種芳烴和烯烴等； ⑷ 工藝用油：如變壓器油、電纜油、液壓油等； ⑸ 瀝青：如各種牌號的鋪路瀝青、建筑瀝青、防腐瀝青、特殊用途瀝青等； ⑹ 蠟：如各種食用、藥用化妝品用，包裝用的石蠟和地蠟； ⑺ 石油焦炭：如電極用焦、冶煉用焦、燃料焦等。 從上述石油產(chǎn)品品種之多和用途之廣也可以看到石油煉制工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)和國防中的重要地位。 石油作為一種能流密度高，便于儲存、運(yùn)輸、使用的清潔能源已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的方方面面。按2001年中國各行業(yè)石油消費(fèi)構(gòu)成看，交通運(yùn)輸業(yè)占30%以上，是消費(fèi)石油最多的行業(yè)。 在交通運(yùn)輸業(yè)中，汽車是最大的石油消費(fèi)用戶。在石油產(chǎn)品中，汽油的85%～90%和柴油的30%被汽車所消耗。面對中國目前汽車的飛速發(fā)展，保有量的迅猛增長，不能不未雨綢繆，以防石油短缺制約汽車工業(yè)的正常發(fā)展。從世界范圍看，汽車的出現(xiàn)把石油工業(yè)推向了快速發(fā)展的軌道，加快了石油產(chǎn)品的消費(fèi)和需求。 燃料包括汽油、柴油及噴氣燃料（航空煤油）等發(fā)動(dòng)機(jī)燃料以及燈用煤油、燃料油等。我國的石油產(chǎn)品中燃料約占80%，而其中約60%為各種發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，:1；潤滑劑包括潤滑油和潤滑脂，主要用于降底機(jī)件之間的磨擦和防止磨損，以減少能耗和延長機(jī)械壽命。其產(chǎn)量不多，僅占石油產(chǎn)品總量的2%左右，但品種達(dá)數(shù)百種之多；石油瀝青用于道路、建筑及防水等方面；其產(chǎn)量約占石油產(chǎn)品總量3%；石油蠟屬于石油中固態(tài)烴類，是輕工、化工和食品等工業(yè)部門的原料，其產(chǎn)量約占石油產(chǎn)品總量的1%；石油焦可用以制作煉鋁及煉鋼用電極等，其產(chǎn)量約為石油產(chǎn)品總量的2%；約有10%的石油產(chǎn)品，是用作石油化工原料和溶劑，其中包括制取乙烯的原料（輕油），以及石油芳烴和各種溶劑油。最基本的石油煉制過程，指用蒸餾的方法將原油分離成不同沸點(diǎn)范圍油品(稱為餾分)的過程。通常包括三個(gè)工序：①原油預(yù)處理：即脫除原油中的水和鹽。②常壓蒸餾：在接近常壓下蒸餾出汽油、煤油(或噴氣燃料)、柴油等的直餾餾分，塔底殘余為常壓渣油(即重油)。③減壓蒸餾：使常壓渣油在8kPa左右的絕對壓力下蒸餾出重質(zhì)餾分油作為潤滑油料、裂化原料或裂解原料，塔底殘余為減壓渣油。如果原油輕質(zhì)油含量較多或市場需求燃料油多，原油蒸餾也可以只包括原油預(yù)處理和常壓蒸餾兩個(gè)工序，俗稱原油拔頭。原油蒸餾所得各餾分有的是一些石油產(chǎn)品的原料；有的是二次加工（見石油煉制過程）的原料。 塔設(shè)備是化工，石油化工、煉油廠等廠中，塔設(shè)備的性能對于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面，都有重大的影響。據(jù)有關(guān)材料報(bào)道，塔設(shè)備的投資費(fèi)占整個(gè)工藝設(shè)備投資費(fèi)的較大比例，它所耗用的鋼材重量在各類工藝設(shè)備中也屬較多。因此，塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究，受到化工、煉油等行業(yè)的極大重視。 作為主要用于傳質(zhì)過程的塔設(shè)備，首先必須使氣（汽）液兩相能充分接觸，以獲得較高的傳質(zhì)效率。此外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。在較大的氣（汽）夜流速下，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或者液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。、彈性大。塔設(shè)備的氣（汽）夜負(fù)荷量有較大的波動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作。并且塔設(shè)備應(yīng)保證能長期連續(xù)操作。，即流體通過塔設(shè)備的壓力降小。這將有助于節(jié)省生產(chǎn)中的動(dòng)力消耗，用來降低經(jīng)常操作費(fèi)用。對于減壓蒸餾操作，較大的壓力降還可以使系統(tǒng)無法維持必要的真空度。、材料用量小、制造和安裝容易，這可以減少基建過程中的投資費(fèi)用。，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。 塔設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r精餾過程是一種傳熱和傳質(zhì)的過程，用于分離組分沸點(diǎn)不同的液體混合物；是應(yīng)用數(shù)量最多、能耗最大和涉及面最廣的石油、化工工業(yè)單元操作，精餾塔設(shè)備任何新的發(fā)展都將可能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是西方發(fā)達(dá)國家近100多年化學(xué)工程單元操作最活躍的研究開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域。塔設(shè)備的廣泛應(yīng)用是伴隨著十九世紀(jì)初迅猛發(fā)展的煉油工業(yè)。1904年煉油工業(yè)出現(xiàn)了早期的填料塔，1912 年穿流塔板也應(yīng)用于煉油工業(yè)。1914Rachig環(huán)問世，標(biāo)志著第一代亂堆填料的誕生，但實(shí)際生產(chǎn)效果仍沒有很大的提高，人們開始意識到汽液分布性能對填料塔操作的重要性。1920年泡罩塔板在煉油工業(yè)中應(yīng)用，標(biāo)志著現(xiàn)代塔設(shè)備研究開發(fā)的開始。按照典型的技術(shù)發(fā)展，可將現(xiàn)代塔設(shè)備技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用歸納為5個(gè)階段，詳見圖1。圖1 塔設(shè)備研究階段示意圖階段Ⅰ (20世紀(jì)20～50年代)此階段的塔設(shè)計(jì)處于簡單的平衡量、塔板效率、傳質(zhì)系數(shù)、液泛等概念和簡單設(shè)計(jì)的水平，此時(shí)盡管亂堆填料也在小型塔設(shè)備中應(yīng)用，但泡罩塔板是工業(yè)應(yīng)用無可比擬的塔內(nèi)件，在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是不可替代的。在此階段，研究開發(fā)由實(shí)驗(yàn)室級別向?qū)嶒?yàn)工廠規(guī)模的轉(zhuǎn)變。階段Ⅱ (50～70年代)由于塔設(shè)備巨大的工業(yè)應(yīng)用市場和開發(fā)潛力，在50年代，在發(fā)達(dá)國家，精餾塔內(nèi)件的研究發(fā)展到一個(gè)全新、大規(guī)模、集團(tuán)化的研究的階段。浮閥塔板的開發(fā)在1951年Koch公司的Nuter率先發(fā)明了浮閥塔板的概念，浮閥塔板以比泡罩塔板更低的壓降、更高的操作效率、更大的處理能力、更大的操作彈性、極低的液面落差和低造價(jià)適用于臟、粘體系等強(qiáng)大的生命力成為塔內(nèi)件的主流，很快替代了泡罩塔板，標(biāo)志著一個(gè)新時(shí)代的開始，直到今天浮閥塔板仍是工業(yè)應(yīng)用的主流。由于放大效應(yīng)，塔設(shè)計(jì)出現(xiàn)了幾個(gè)放大失敗的例子，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。人們意識到對于精餾塔內(nèi)的傳熱、傳質(zhì)和流體力學(xué)研究需要開展相同或相近規(guī)模的熱膜研究。1952年，由美國十二家大型石油和化學(xué)公司共同發(fā)起、并集資建立了一個(gè)聯(lián)合工廠規(guī)模的精餾試驗(yàn)基地— FRI開展廣泛的蒸餾塔應(yīng)用基礎(chǔ)研究和生產(chǎn)問題研究，為精餾塔設(shè)計(jì)水平的提高作出了重大的貢獻(xiàn)。FRI的成立標(biāo)志著精餾設(shè)備集團(tuán)化研究的開始。1955年，Monsanto公司的Boles發(fā)表了著名的《泡罩塔板設(shè)計(jì)手冊》，首先提出了科學(xué)的、規(guī)范化塔