【導(dǎo)讀】廣東石油化工學(xué)院。題目：700萬噸原油常減壓蒸餾裝置工藝設(shè)計(jì)。完成時(shí)間：2020年1月

　　

【正文】 油 品 產(chǎn) 率， % 處 理 量 或 產(chǎn) 量 體積 質(zhì)量 104t/Y t/h kg/h kmol/h 原 油 100 100 700 875 875000 重整原料 36750 產(chǎn) 航空煤油 82250 輕 柴 油 118125 品 重 柴 油 49875 重油 588 588000 汽提蒸汽用量 側(cè)線產(chǎn)品及塔底重油都用過熱水蒸汽汽提 , 使用的是溫度 420℃ , 壓力 。 表 4 汽提蒸汽用量 (經(jīng)驗(yàn)值 ) 塔名稱 產(chǎn)品 蒸 汽 用量 , ％ , 對(duì)產(chǎn)品 常壓塔 溶劑油 ～ 常壓塔 煤油 2～ 3 常壓塔 輕柴油 2～ 3 常壓塔 重柴油 2～ 4 常壓塔 輕潤(rùn)滑油 2～ 4 常壓塔 塔底重油 2～ 4 初餾塔 塔底油 ～ 減壓塔 中、重潤(rùn)滑油 2～ 4 減壓塔 殘?jiān)剂嫌? 2～ 4 減壓塔 殘?jiān)子? 2～ 5 。 表 6 常壓塔塔板數(shù)國(guó)外文獻(xiàn)推薦值 被分離的餾分 推薦板數(shù) 輕 汽油─重汽油 6～ 8 汽 油─煤 油 6～ 8 汽 油─柴 油 4～ 6 輕柴油─重柴油 4～ 6 進(jìn)料 — 最低側(cè)線 3～ 6 汽提段或側(cè)線汽提 4 ① 注 : 也可用填料代替。 表 5 汽提水蒸汽用量 油品 ％ ,對(duì)油 kg/h kmol/h kg/h 航空煤油 3 輕 柴 油 2 重 柴 油 塔底重油 2 11760 合計(jì) 被分離的餾分 東方紅 Ⅱ套 南京Ⅰ套 上海 煉廠 汽 油─煤 油 3 10 9 煤 油─輕柴油 9 9 6 輕柴油─重柴油 7 4 6 重柴油 — 裂化原料 8 4 6 最低側(cè)線 — 進(jìn)料 4 4 3 進(jìn)料 — 塔底 4 6 4 表 7 國(guó)內(nèi)某些煉油廠常壓塔塔板數(shù)① 決定塔板數(shù) 重整原料 14層 (考慮一線生 產(chǎn)航煤 ) 航空煤油 16層 一中循環(huán)回流 3塊 輕 柴 油 12層 二中循環(huán)回流 3塊 重 柴 油 4層 塔底汽提段 4層 全塔塔板總數(shù)為 50層 操作壓力 取塔頂產(chǎn)品罐壓力為 : 。塔頂采用兩級(jí)冷凝冷卻流程圖。取塔頂空冷器壓力降為 , 使用一個(gè)管殼式后冷器 , 殼程壓力降取 , 故塔頂壓力=++= (絕 )。 取每層浮閥塔板壓力降為 (4mmHg), 則推算常壓塔各關(guān)鍵部位的壓力如下 : (單位為 MPa) 塔頂壓力 （ ++） = 一線抽出板（第 14 層）上壓力 （ +*15） = 二線抽出板（第 29 層）上壓力 （ +*29） = 三線抽出板（第 41 層）上壓力 （ +*41） = 汽化段壓力（第 47 層下） （ +*47） = 取轉(zhuǎn)油線壓力降 加熱爐出口壓力 （ +） = 重油（第 50 層下） （ +*50） = 汽化段溫度 ①汽化段中進(jìn)料的汽化率與過汽化率 取過汽化率為進(jìn)料的 2％ (質(zhì) )(經(jīng)驗(yàn)值為 2~4)或 ％ (體 ), 則過汽化油量為17500kg/h, 要求進(jìn)料在汽化段的汽化率為 :eF = (++++)％=％ ②汽化段油氣分壓 汽化段中各物料的流量如下 : 重整原料 kmol/h 航空煤油 kmol/h 輕 柴 油 kmol/h 重 柴 油 kmol/h 過汽化油 kmol/h 油氣量合計(jì) kmol/h 過汽化油的分子量 300 水蒸汽 (塔底汽提 ) 600 kmol/h 汽化段的油氣分壓 MPa 其中過汽化油的相對(duì)分子質(zhì)量取 300，水蒸氣取 600kmol/h(塔底汽提 ) 是 由此計(jì)算得汽化段的油氣分壓為： /(+588)= ○ 3 汽化段溫度的初步求定 汽化段溫度應(yīng)該是在汽化段油氣分壓 之下汽化 ％ (體 )的溫度 , 為此需要作出在 , 見圖 1中的曲線 4。在不具備原油的臨界參數(shù)與焦點(diǎn)參數(shù)而無法作出原油的 PTe相圖的情況下 , 曲線 4可用簡(jiǎn)化法求定 : 由圖 1可得到原油在常壓下的實(shí)沸點(diǎn)曲線與平衡汽化曲線的交點(diǎn)為 309℃。將此交點(diǎn)溫度換算成在 320℃。過該交點(diǎn)作 垂直于橫座標(biāo)的直線 A, 在 A線上找到 320℃之點(diǎn) , 過此點(diǎn)作平行于原油常壓平衡汽化曲線 2 的線 4, 即為原油在 。 由曲線 4可查得當(dāng) eF為 ％ (體 )時(shí)的溫度為 ℃ , 此即欲求的汽化段溫度 tF。此 tF是由相平衡關(guān)系求得 , 還需對(duì)它進(jìn)行校核。 0 10 20 30 40 50 60 70 801 0 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 05 0 05 5 0溫度，0C餾出，% （體）1243圖3 1 原油的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線與平衡汽化曲線 1 —原油在常壓下的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線；2 —原油的常壓平衡汽化曲線； 3 —爐出口壓力下的原油平衡汽化曲線； 4 —汽化段油氣分壓下的原油平衡汽化曲線 ○ 4 tF 的校核 校核的目的是看 tF 要求下的加熱爐出口溫度是否合理。校核的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 ), tF=℃ , 進(jìn)料在汽化段中的焓 hF 計(jì)算如表 8 所示。 表 8 進(jìn)料帶入汽化段的熱量 QF(P=, t=℃ ) 物料 焓， kJ/kg 熱量， kJ/h 汽相 液相 重整原料 1147 42152250 航空煤油 1130 92942500 輕 柴 油 1105 130528125 重 柴 油 1103 55012125 過汽化油 1076 18830000 重油 896 526848000 合計(jì) QF 866313000 hF=QF/8000=1083kJ/kg 再求出原油在加熱爐出口條件下的熱焓 ho, 按前述方法作出原油在爐出口壓力 壓力之下平衡汽化曲線。此處忽略了水分 , 若原油中含有水分 , 則應(yīng)按爐出口處油氣分壓下的平衡汽化曲線計(jì)算。因考慮生產(chǎn)航空煤油 , 限定爐出口溫度不超過 360℃。由曲線 3 可讀出在算出 360℃時(shí)的汽化率 eo為 33%（體積分?jǐn)?shù)）。顯然 eo? eF ，即在爐出口條件下，過汽化油和部分重柴油處于液相。 據(jù)此可算出進(jìn)料在爐出口條件下的焓值 ho。 表 9 進(jìn)料在爐出口處攜帶的熱量 (P=, t=360℃ ) 物料 焓， kJ/kg 熱量， kJ/h 汽相 液相 重整 原料 1164 42777000 航空 煤油 1156 95081000 輕柴油 1126 133008750 重柴油 1118 55760250 過汽 化油 1110 19425000 重油 934 549192020 合計(jì) QF 895244000 ho=QF/800000=1119J/kg 核算結(jié)果表明 ho 略高于 hF, 所以在設(shè)計(jì)的汽化段溫度 ℃之下 , 能保證所需的拔出率 (％體 ),爐出口溫度也不致超過充許限度。 塔底溫度 取塔底溫度比汽化段低 7℃ , 即 : =℃ 塔頂及各側(cè)線溫度的假設(shè)與回流熱分配 ①假設(shè)塔頂及各側(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 Co 航空煤油抽出板 (第 14層 ) 180 Co 輕柴油抽出板 (第 30 層 ) 256 Co 重柴油抽出板 (第 42層 ) 315 Co 則列出全塔熱平衡如表 10 所示 : 表 10 全塔熱平衡 流率，kg/h 密 度 操作條件 焓， kJ/kg 熱量， kJ/h 物料 d204 MPa ℃ 汽相 液相 入方 進(jìn)料 875000 849187500 汽提蒸汽 420 3362 60470613 合計(jì) 909666863 出方 重整原料 36750 107 611 22454250 航空煤油 82250 180 444 36519000 輕柴油 118125 256 641 75718125 重柴油 49875 315 845 42144375 重油 588000 871 512148000 水蒸汽 107 2700 48563550 合計(jì) 737547300 ②全塔回流熱 全塔回流熱 Q=909666863737547300=172119563kJ/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 , 塔頂回流溫度為 60℃。采用兩個(gè)中段循環(huán)回流 , 一中在煤油側(cè)線與輕柴油側(cè)線之間 , 二中位于輕柴油側(cè)線與重柴油側(cè)線之間。 回流熱分配 ％ 熱量 , kJ/h 106kJ/h 頂冷回 7 一中 30 二中 45 頂循環(huán) 15 分餾塔計(jì)算草圖 校核應(yīng)自下而上進(jìn)行。 重柴油抽出板溫度校核 按圖 32中的隔離體系Ⅰ作第 42 層以下塔段的熱平衡如圖 31 及表 11所示。 表 11 第 42 層以下塔段的熱平衡 第 42 層以下塔段的熱平衡 流率， kg/h 密 度 操作條件 焓， kJ/kg 熱量， kJ/h 物料 d204 MPa ℃ 汽相 液相 入方 進(jìn)料 875000 849187500 汽提蒸汽 11760 420 3362 39537120 內(nèi)回流 L 合計(jì) 992600 888724620 L 出方 重整原料 36750 1080 39690000 航空煤油 82250 1055 86773750 輕柴油 118125 1034 122141250 重柴油 49875 845 42144375 重油 588000 871 512148000 水蒸汽 11760 3107 36538320 內(nèi)回流 L 合計(jì) 886760 839435695 L 取內(nèi)回流分子量 M=，密度 g/cm3 由熱平衡得 : 853882533 +=+ 所以 , 內(nèi)回流 L=重柴油抽出板上方汽相總量為 : 36750/99+82250/157+118125/210+11760/18+=的汽提量 重柴油蒸汽 (即內(nèi)回流 )分壓為 : 由重柴油常壓恩氏蒸餾數(shù)據(jù)換算在 壓力下平衡汽化 0％點(diǎn)溫度。 可以用《石油煉制工藝學(xué)》圖 512 和圖 513 先換算得常壓下平衡汽化數(shù)據(jù)，再用圖 516換算成 下的平衡汽化數(shù)據(jù)。其結(jié)果如下： 恩 氏蒸餾 /%（體） 0 10 30 50 餾出溫度 /℃ 307 324 329 331 恩氏蒸餾溫差 /℃ 17 5 2 平衡蒸發(fā)溫差 /℃ 平衡蒸發(fā) 50%溫度 /℃ 331+20= 351 平衡蒸發(fā)溫度 /℃ 342 則可由圖 516作出的圖讀出 /℃為 310 ℃，與原假設(shè)的 315℃很接近，可認(rèn)為原假設(shè)溫度是正確的。 輕柴油抽出板和煤油抽出板溫度 校核的方法與重柴油的方法相同 , 故計(jì)算從略。計(jì)算結(jié)果與假設(shè)值相符 , 故認(rèn)為假設(shè)是正確的。即 : 輕柴油抽出板溫度 256℃ , 煤油抽出板溫度 180℃ 塔頂溫度的校正 塔頂 冷回流溫度 t0=60℃ ho= kJ/kg 塔頂溫度 t1=107℃ h1=611 kJ/kg 故塔頂冷回流量 L0為 : L0= Q/(ht1hto)=（