石油加工工艺学课程设计

1、石油加工工艺学课程设计指导书、任务书广东石油化工高等专科学校石油化工系石油化工教研室2010年11月一. 石油加工工艺学课程设计的教学目的 1二. 原油常压分馏塔工艺设计程序 1三. 课程设计说明书的编写要求 28四. 课程设计任务书 31一.石油加工工艺学课程设计的教学目的石油加工工艺学课程设计，是在讲授本课程重要章节后，进行具有总结性的教 学环节，按照教学计划安排在第五学期用两周时间完成。通过课程设计，可以巩固所学的基本知识，理论联系实际，培养学生的思维能力”分析和解决问题的能力， 使学生受到一次石油加工工艺设计的基本训练，为以后的毕业设计打下基础。课程设计的题目通常选常减压蒸馏装置的常压

2、塔或减压塔的工艺设计。原因是：1. 石油及其产品的蒸馏是炼油装置的最基本单元设备。是任何一次加工与二 次加工装置所不可缺少的设备。2. 课程设计一般按排在课程讲完原油的一次加工之后，与课程的联接较好。3. 蒸馏塔的工艺设计的基本训练较全面，与所学的基础课联系较密切。下面以原油常压分馏塔工艺设计为例，讨论它的工艺设计程序。二.原油常压分馏塔工艺设计程序工艺计算用目前我国的通用方法。（一）计算所需基本数据1. 原料油性质。其中主要包括实沸点蒸馏数据，密度，特性因数，分子量，含水量，粘度和平衡汽化数据等；2. 原料油处理量，包括最大和最小可能的处理量；3. 根据正常生产和检修情况确定开工天数；4.

3、产品方案和产品性质；5. 汽提水蒸汽的温度和压力。上述基本数据通常由设计任务给定。此外，尽可能收集同类型生产装置和生产方案的实标操作数据以资参考。（二）设计计算步骤1. 根据原料油的性质及产品方案确定产品的收率，作出物料平衡；2. 列出（有的须通过计算求得）有关各油品的性质；3. 决定汽提方式，并确定汽提水蒸汽用量；4. 选择塔板的型式，并按经验数据定出各塔段的塔板数；5. 画出蒸馏塔的草图，其中包括进料及抽出侧线的位置、中段循环回流的位 置等；6. 确定塔内各部位的压力和加热炉出口压力；7. 决定进料过汽化率，计算汽化段温度；8. 确定塔底温度；9. 假设塔顶及各侧线抽出温度，作全塔热平衡，

4、算出全塔回流热。选定回流方式及中段回流的数量和位置，并合理分配回流热。10. 校核各侧线及塔顶温度，若与假设值不符，应重新设计与计算；11. 作出全塔汽、液相负荷分布图，并将上述计算结果填在草图上；12. 计算塔径和塔高；13. 作塔板水力学核算；14. 画出塔的结构示意图。（三）原油常压分馏塔工艺计算实例设计任务：处理量为250万吨/年的胜利原油的常压分馏塔，原油的实沸点蒸馏数据及平 衡汽化数据如图1及表1所示。表1胜利原油常压切割方案及产品性质产品实切沸点范产率%密度恩氏蒸馏数据C名称点C围C质体d2040%10%30%50%70%90%干点汽油1504.33.510.7037 34608

5、1 196109126141煤油1451322587.26.670.7994 159171179194208225239轻柴2402213397.26.910.8265 239258267274283296306 重柴3022754099.89.640.8484 289316328341350368376重油36031371.5 7327 0.9416344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图1原油的实沸点蒸馏曲线与平衡汽化曲线1原油在常压下的实沸点蒸馏曲线；2原油的常压平衡汽化曲线；3 炉出口压力下的原油平衡汽化曲

6、线:4汽化段油气分压下的原油平衡汽化曲线汇总，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。 体积平均沸点，t（体）：汽油,t（ 体）=（60+81+96+109+126）/5=94.5C 恩氏蒸馏9010 %斜率：汽油，（126-60）/（90-10）=0.825 C / % 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 C ,故：汽油，t（ 立）=t（体）-2.5=94.5-2.5=92 C 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 C，故：汽油

7、，t( 中)=t(体)-5 C =94.5-5=89.5 C 特性因数K：由图表集图2-1-2查得：汽油K=12.27 。 分子量M：由图表集图2-1-2查得：汽油M=95. 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 C。 临界温度，t kp：由图表集图2-3-7和图2-3-8查得：汽油t kp=267.5 C。 临界压力，P kp：由图表集图2-3-9查得：汽油Pkp=3.34MPa。 焦点温度，t F由图表集图2-2-19查得，汽焦点温度为328.5 C。（11）焦点压力,P F由图表集图2-2-18查得，汽焦点压力为 5.91MPa。表2

8、油品的有关性质参数计算汇总油品 名称密度 d 204比 指 oAPI重 数特性 因数K分子量M平衡蒸发温度C临界参数焦点参数0 %100%温度CMPa温度CMPa汽油（).7037 68L112.27 95108.9257.53.34328.55.91煤油（).7994 44L511.74 152185.6 :383.42.5413.43.26轻柴（).8265 38811.97 218273.6461.61.81475.22.17重些（).8484 34L412.1290339.6 :516.61.62529.61.89重油（).9416 18L211.9原油（).8604 3：2.产品收率

9、及物料平衡物料平衡可参考同一原油、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（t H-t L）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：t H为相邻两馏分重馏分实沸点的0%点温度；t L为相邻两馏分轻馏分实沸点的100%点温度。表

10、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410t/Yt/Dkg/hkmol/h原油1001002507576315700汽油4.33.518.7726611100117产煤油7.26.6716.6950521040139轻柴油乙26.9117.3052421800100品重柴油9.89.6424.1073030400105重油71.573.27 183.14 55512313603.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420C，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

11、 4所列的经验数据选择汽提蒸汽用量。塔名称产品蒸汽用 量，%，对 产品常压塔溶剂油1.5 2.0常压塔煤油23:常压塔轻柴油23常压塔重柴油24常压塔轻润滑油24常压塔塔底重油24初馏塔塔底油1.2 1.5减压塔中、重润滑油24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）油品% ,对油kg/hkmol/h一线煤油363135.0 ：二线轻柴油：265436.3三线重柴油：2.885147.3 1塔底重油24627257合计6763375.6 :表5汽提水蒸汽用量表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减压塔残渣燃料油24减压

12、塔残渣汽缸油25用，表6、表7是常压塔塔板数的参考值。被分离的馏分推存板数轻汽油重汽油68汽油煤油68汽油柴油46轻柴油重柴油46进料一最低侧线36汽提段或侧线汽提4表6常压塔塔板数国外文献推荐值注：也可用填料代替。被分离的馏分东方红 n套南京I套上海 炼厂汽油煤油310r 9 :煤油轻柴油996轻柴油重柴油746重柴油一裂化原料84r 6 :最低侧线一进料443进料一塔底464表7国内某些炼油厂常压塔塔板数参照表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

13、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。159kPa13kPa第一中段回流、【取热 1 O.PCJJh JffitlllOOkg/h取热咖昵屮生煤油汽提蒸汽631 kgfh煤油 21010 kgjh第二中段册取热也心172kPa 曲料 315790 kg/h 过汽化油殆“切阿 总热量 301.6ZGJ/h30土坐轻柴油汽擢墓汽6弓伽/h轻柴油劄80 kg/h翌2重柴油汽提蒸汽毗如h:耳重 J30400kg/h1 ?Pa3134Lffi 塔底汽提蒸汽27kg/h塔底重油2313與炯力图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

14、级冷凝冷却流程图。取塔顶空冷 器压力降为O.OIMPa,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=0.2071MPa7. 汽化段温度汽化段中进料的汽化率与

15、过汽化率取过汽化率为进料的 2% （质）（经验值为24）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） 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 X 482/（482+257）=0.112MPa 汽化段温度的初步求定汽化段温度应

16、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 C。将此交点温度换算成在0.112MPa压力下的温度为 299C。过该交点作垂直于横座标的直线 A,在A线上找到299 C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 C ,

17、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。 t F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 C ,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Q（P=0.172MPa, t=353.5 C）物料焓，Kj/kg热量，kJ/h汽相液相汽油117661176X 11100=13.05 X 10煤油11471147X 2104=22.94 X 106轻柴油113061130X 21800=24.63 X 10重柴油1122611

18、22X 30400=34.11 X 10过汽化油111861118X 6314=7.05 X 10重油888888 X 225046=199.84 X 106合计Q=301.62 X 106hF=301.62 X 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 C ,由曲线3可读出在360C时的汽化率 e。为25.5 % （体）。显然eo后,再计算适

19、宜的气速 WaW=K Ks Wax式中 Wa 塔板上气相空间截面上的适宜气速，m/s;K安全系数,塔径0.9m丶Ht0.5m时的常压和加压操作的塔,K=0.82; 对于直径0.9m或Ht 0.75m 时Vd6.97 10 3K?Ks Lv式中V d降液管内液体流速，m/s。 计算降液管面积F=V/VdF=0.11Fa按以上两式计算取较大值。 塔横截面积Ft的计算Ft=Fa+FdDFtDC: 0.7852 式中F t计算的塔横截面积，m ; 采用的塔径 D及空塔气速 W根据计算的塔径，按国内标准浮阀塔板系列进行园整，得出采用的塔径 D,按 以下两式计算采用的塔截面积及空塔气速。2F=0.785D

20、W=Vv/F2式中F 采用的塔横截面积，m ;D采用的塔直径,m;W采用的空塔气速,m/s 。塔径园整后其降液管面积按下式计算Fd=（F/F t） X Fd式中F d采用的降液管面积，m 2。13. 塔高的计算H=H+（n-2）Ht+H 卄H式中H塔高（截线到切线）,m;Hd塔顶空间高（不包括头盖）,m;Hb塔底空间高（不包括头盖）,m;H塔板间距，m;Hr料段高，m;n实际塔板数，块。Hd一般取1.21.5, Hr与H按液体停留时间35分钟计。裙座高度与型式，可 以查阅有关手册。14. 塔板布置，浮阀、溢流堰及降液管的计算，参照塔的工艺计算P131137,因篇幅所限，故不赘述。15. 塔的水

21、力学计算浮阀塔板的水力学计算主要包括塔板压力降、雾沫夹带、泄漏、降液管超负荷及淹塔等部分。 塔板总压力降包括干板压力降、气体克服鼓泡层表面张力的压力降及气体通过塔板上液层 的压力降。a.干板压力降Pd对 2632 克 V-1型浮阀塔板：0.7Gv?0.175阀全开前按：PdWh_FhL0.175对33克浮阀可简化为Pd19.9JL阀全开前按：Pdwh25.37 hv2gL式中Gv一个浮阀的重量，公斤；W阀孔气速,m/s;Fh一个阀孔的面积,m2;g重力加速度(9.81m/s 2); Pd干板压力降,m液柱。b. 气体克服鼓泡表面张力的压力降Po值很小,可忽略不计。C.气体通过塔板上液层的压力降

22、厶PL32 3 PL=0.4hw+2.35 X 10- (3600Vl/L) .式中hw出口堰高度，m;L溢流堰长度，m; Pl气体通过塔板上液层的压力降，m液柱。d.气体通过一块塔板的总压力降厶Pt(m液柱) PtPd+A Pvl 雾沫夹带般情过量的雾沫夹带会使塔板效率降低很多，所以应限制塔板的雾沫夹带，-况下，雾沫夹带可限制在每公斤上升气体所夹带的液体小于或等于0.1公斤。可按下式近似地计算雾沫夹带量：A（0.052hL1.72）（ W ）3.72 （ ）m式中e雾沫夹带量，kg(l)/kg(g);& 除去降液管面积后的塔板面积与塔横截面积之比 =(F-2F d)/F0系数，取0.60.8

23、;当W=0.5WmaX寸取小值；当W=Wma时取大值;W采用的空塔气速，m/s;m参数,按下式计算-50.2950.425m=5.63X 10 ( (T l/ p v)( p l- p v)/v2卩v气体粘度，公斤秒/m ;A丶n系数；当 H 350 毫 m时，A=0.159, n=0.95(T l液体表面张力，10 -5N/mm;H塔板间距，mm;hL塔板上液层高度 ，mm。 泄漏浮阀塔板上的泄漏量一般是随阀重和阀孔速度的增加而减少，随塔板上液层高度的增加而增加。在气体达到阀孔临界速度以前，塔板上的泄漏量是较大的。在一定空塔速度下，阀孔速度可用塔板开孔率来调节，使塔板上全部浮阀在刚全开时操作

24、，阀重则成为塔板泄漏影响的主要因素。泄漏影响塔板效率，泄漏量控制在该塔板液体负荷的10%以下。对3033克的Fi型浮阀，塔板开孔率在911%时，可按下式计算泄漏量。hw=50mnfl寸，NvX 104=2.09(W p v1j-5.95(Lhw=30mnfl寸，NvX 104=1.26(W p v12)-595 (Lp l/3600)1.43p l/3600)1.43式中h w出口堰高度，毫m;N泄漏量，% ;L堰上液流强度，m 3/m h(堰长)。 淹塔当降液管中清液高度超过一定高度后，就可能因液体所携带的泡沫完全充满整个降液管而产生淹塔现象，使操作破坏。所以应使降液管内的清液维持在一定高

25、度下。降液管内清液高度取决于液相流过塔板的压力降。这个压力降为气相通过该板的压力降、塔板上液层高度产生的压力降以及液体流经降液管所产生的压力降 之和。可按下式计算。 Pl= R+hL+A Pdk(或厶 P dk)式中 Pl液相流过一层塔板所需克服的压力降，m液柱；hL塔板上液层高度 ，m 液柱； Pdk不设进口堰时液相通过降液管的压力降，m液柱; Pdk设进口堰时液相通过降液管的压力降，m液柱。 Pdk=0.153(Wb)22 Pdk=0.2(Wb) Pt 气体通过一块塔板的总压力降，m液柱；W降液管底缘出口处流速，m/s。为防止淹塔，必须满足下式要求： PlW (0.40.6)(H t+hw

26、)式中系数一般取0.5。发泡严重时取小值。 降液管超负荷当液体在降液管内流速太快时，则从上层塔板携带到降液管内的气体将来不及在降液管中与液体分离而随液体进入下层塔板，降低了分离效率。液体在降液管的最大流速由A式和B式(或C式)计算，选两式计算结果中的较小值。Vd=7.98=0.17Ks(A)当 H 0.75m 时3Vd=6.97 X 10- X Ks-p l- p v(C)式中V d降液管内液体流速，m/s。 适宜操作区和操作线浮阀塔板上有许多因素是互相关联，又互相制约的。必须通过不同因素的影响作图，找出一个最适宜的操作区。塔板适宜操作范围可用空塔气速 或Wp v1.2(m/s)(kg/m 3

27、)12为纵座标，液体流 率或液流强度，m 3/h - m(堰长)为横座标。当塔的气液负荷 (操作点)位于适宜操 作区适中位置，则塔板上水力学状态是稳定的。作图方法：a. 由雾沫夹带量计算作出雾沫夹带量线，一般取e=10%为雾沫夹带量的上限。b. 由淹塔压力降作出淹塔界线。c. 由降液管内液体流速计算作出降液管超负荷界线。d. 由计算泄漏量作出泄漏界线,一般取Nw=1C%作下限。具体作图方法请参照 P146149的实例。图7适宜操作区示意图A 设计点。此点对应于塔板设计时的气液负荷；0A操作线。座标原点O与设计点A的连线OA为在已知条件下设计出来的该塔板的操作线。在此线上各 点的气液比是恒定的；

28、B负荷上限，图7中负荷上限为淹塔控制；C负荷下限，B与C之比为操作弹性，此值越大，弹性越好。三.课程设计说明书的编写要求课程设计说明书应由下列部分组成：1. 封面2. 课程设计任务书3. 目录按章、节、一、二、三、四层次4. 说明书正文5. 参考资料目录包括参考书及参考期刊杂志6. 设计图各部分的要求如下：1. 正文内容：刖言第章工艺叙述第节原料及产品的性质，选择加工方案的依据与特点第二节工艺流程的确定根据与流程的叙述第三节设备的结构与型式的选择第二章工艺计算第节第二节第三节第四节工艺参数的计算 操作条件的确定与计算 塔的尺寸计算塔的水力学计算参考资料目录结束语文字要求为白话文，简练、通顺易懂

29、、层次清楚、无错别字。 汉字，字迹工整，标点符号使用正确。图表要与内容紧密联系，插图表格、公式要编写顺序号。正文、图、表及公式写法：第X章第X节使用规定的简化XXXXXXXXXX（居中写）（居中写）空两格）（I空一格）XXXXXXXXXX , XXXXXXXX。1.X（标点符号口XXXXXXXX且上一格XXXXXXXX , XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX。空一格）(图 xx T XXXX1 XXXXX ; 2 xxxxxxxxxxxXXX （居中写）；3 xxxxxxxx（图注写法）表 xx xxxxxXXXXXXXXXXXXXXXXX

30、XXXXXX ooooooooooooooooooooo o o o o oo o o o o oo o o o o oOOOOOOOOOOOOooooooooo o o o o oo o o o o oo o o o o oooooooooooooooooooooo o o o o oo o o o o oo o o o o oooooooooooooooooooooo o o o o oo o o o o oo o o o o oooooooooooooooooooooo o o o o oo o o o o oo o o o o oooooooooooooooooooooo o o o

31、o oo o o o o oo o o o o o XXXXXo XXXXXo公式例：PV=nRT（xx ）式中P压力,Pa;V体积丄；T温度,K;R气体常数； n摩尔数。单位一律用法定计量单位。2. 参考资料目录以本指导书为例：1 石油化学工业部石油化工规划设计院编，塔的工艺计算，石油工业出版社,1977年。2 林世雄主编,石油炼制工程上册,石油工业出版社,1985年。3 北京石油设计院编，石油化工工艺计算图表，烃加工出版社，1983 年。4 张锡鹏主编，炼油工艺学，石油工业出版社，1982年。5 烃加工出版社编，著译者须知，烃加工出版社，1987年。3. 绘制原油常压分馏塔结构图的要求线条

32、均匀、图面清洁美观、符合规格标准。要求写仿宋字体。 要求绘1#图一张，绘制正视图与腑视图。四.课程设计任书（一）设计题目设计处理大港原油，年处理量250+学号X 10万吨/年的常减压蒸馏装置中的常 压分馏塔。（二）设计内容1. 根据原始数据，决定装置物料平衡。2. 常压塔的计算 常压塔的物料平衡和物料性质。 计算常压塔进料温度，根据经验数据，定出塔底温度。 作常压塔全塔热平衡，求出塔顶回流及中段回流。 计算各侧线的温度。 根据塔的各段回流量，确定最大汽液负荷的位置。 塔径与塔高的计算。 根据塔的水力学计算，确定最适宜的操作范围。3. 用1#图纸绘制常压蒸馏塔结构图一张。4. 完成设计说明书一份。（三）设计要求：按照课程设计指导书上的要求。（四）原始数据大港