原油精馏塔工艺计算

1、第三节 原油精馏塔工艺计算一、计算所需要的数据原油性质，其中主要包括实沸点蒸馏数据、密度、特性因数、相对分子质量、含水量、粘度和平衡汽化数据等。原料油处理量。正常生产的年开工天数。产品方案和产品性质。汽提水蒸气的温度和压力1设计计算步骤根据原料油性质记产品方案确定产品收率，作出物料平衡。列出（有的需要计算求得）有关油品性质。决定汽提方式，并确定汽提蒸汽性质。选择塔板的型式，并根据经验数据定出各段的塔板数。画出精馏塔的草图，其中包括进料和馏出线的位置，中段回流的位置等。确定塔内各部位的压力和加热炉出口压力。确定进料的过汽化度，计算汽化段温度。确定塔底温度。假设塔顶和侧线温度，作全塔热平衡，计算全

2、塔回流热，确定回流方式及中段回流的数量和位置，并合理分配回流量。核算各侧线及塔顶温度，若与假设不符应重新假设和计算。11作出全塔气液相分布图，并将上述工艺计算结果填在图上。12计算塔径和塔高。13作全塔的水力学核算。2原油常压塔工艺计算实例设计任务书 处理量为250万吨/年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由实验室提供。见图6-54，产品方案及性质见表6-19. 工艺设计计算过程及结果如下：1、油品的性质参数。表620为了以后的计算方便，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，列与表620。32、产品收率和物料平衡 产品收率和物料平衡可以根据相同装置（同样的

3、原油和产品方案）的常压塔生产数据。 当产品方案已经确定，同时具备产品的馏分油和原油的实沸点蒸馏曲线时，可以根据各产品的恩氏蒸馏数据换算实沸点蒸馏0和100。由表6-19可见，相邻两个产品是重叠的，通常两个产品的实沸点切割温度在重叠的一半处，因此取tH0和tl100之间的中点作为两个馏分的切割温度。按照切割温度可以在原油的实沸点蒸馏曲线上找到各产品的收率。即可作出常压塔的物料平衡。4表715物料平衡油品产率，处理量和产量体积分数质量分数104t/at/dkg/hkmol/h原油1001002507576315700产品汽油4.33.518.7726611100117煤油7.26.6716.695

4、0521040139轻柴油7.26.9117.3052421800100重柴油9.89.6424.1073030400105重油71.573.27183.1455512313605油品质量分数（对油）kg/hKmol/h一线煤油363135二线轻柴油365436.3三线重柴油2.885147.3塔底重油24627257合计6765375表汽提水蒸气用量3、汽提水蒸气用量 侧线产品和塔底重油都用水蒸气汽提，使用的是温度420，压力0.3MPa的过热水蒸气，参考图762和表712取汽提水蒸气用量如表716表汽提水蒸气用量。64、塔板型式和塔板数选用浮阀塔板。参照表77和表78选定塔板数如下汽油煤油

5、板9煤油轻柴油板6轻柴油重柴油板6重柴油汽提段3塔底汽提段4考虑采用中段回流，每个用3层换热板，共6层，全塔塔板数总计34层 75、精馏塔计算草图 将塔体、塔板、进料及产品进出口、中段循环回流位置、塔底汽提点等绘成草图如图6-55。以后的计算结果如操作条件和物料流量等可以陆续填入图中。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，容易发生错误，因而是很有用的。86、操作压力取塔顶产品罐的压力为0.13MPa。塔顶采用两级冷凝冷却流程。取塔顶空冷器压降为0.01MPa，使用一个管壳式后冷器，壳程压力取0.017MPa。故塔顶压力0.130.010.017=0.1

6、57MPa取每层浮阀塔板压力降为0.5kPa，（表711）则推算出常压塔各个关键部位的压力如下：一线抽出板（第9层）上压力0.161MPa；二线抽出板（第18层）上压力0.166MPa；三线抽出板（第27层）上压力0.170MPa；汽提段压力（第30层）0.172MPa；取转油线压力降为0.035MPa,则加热炉出口压力0.1720.035=0.207MPa97、汽化段温度（1）汽化段中进料的汽化率与过汽化度取进料的过汽化度2（质量分数）或2.03即过汽化量为6314kg/h。要求进料在汽化段中的汽化率为eF ：eF （体积分数）（4.3%7.2% 7.2%9.8%2.03%) 30.53（2

7、）汽化段油气分压要计算各组分的摩尔流量。10汽油117kmol/h煤油139 kmol/h轻柴油100 kmol/h重柴油105 kmol/h过汽化油21 kmol/h油气量合计482 kmol/h汽化段的物料流量如下：其中过汽化油的相对分子量取 300还有水蒸气257kmol/h塔底蒸汽由此计算的油气分压为：0.172482/（482257）0.112MPa11（3）汽化段温度的初步求定 汽化段的温度应该是在汽化段油气分压0.112PMa之下汽化30.53%（体积分数）的温度。为此需要作出在0.112PMa原油平衡气化曲线。见图753中曲线4。 由曲线4可以查得当eF为30.53%（体积分数

8、）时的温度为353.5此即欲求的汽化段温度tF。此tF是由相平衡求出来，还要进行校核。12（4）tF的校核 校核的主要目的看由tF要求的加热炉出口温度是否合理。校核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（体积分数）30.53%，tF353.3 进料在汽化段中得焓hF计算如表717。表中各物料的焓值可由第三章介绍的方法核查图求得。13油料焓kJ/kg热量kJ/h 104汽相液相汽油117611761110013.05煤油114711472104022.94轻柴油1130113021800=24.63重柴油1112112230400=34.11过汽化油1118111863

9、14=7.05重油888888225046=199.84合计301.62表717 进料带入汽化段的热量QF（P0.172MPa,t=535.514所以hF301.62106/315700=955.4kJ/kg再求出原油在加热炉出口条件下的焓h0。按前述方法作出原油在炉出口压力0.207 MPa之下的平衡汽化曲线（图753曲线3），这里忽略了原油中所含的水分，若原油含水，则应作炉出口处油气分压下的平衡汽化曲线。因考虑到生产航空煤油，限定炉出口温度不超过360。由曲线3读出360时的汽化率e0为25.5%（体积分数）。显然e0eF，即在炉出口的条件下，过汽化油的部分重柴油处于液相。据此可以算出进料

10、在炉出口条件下的焓h0，见表71815油料焓kJ/kg热量kJ/h 104汽相液相汽油120112011110013.05煤油116411642104022.94轻柴油1151115121800=24.63重柴油汽相部分1143114330400=34.11重柴油液相部分9719719300=9.03重油904904231360=209.15合计Q0305.21表718 进料在炉出口处携带的热量（P0.207MPa t=36016所以 h0305.21106/315700966.77kJ/kg校核结果表明h0高于hF，所以设计的汽化段温度353.5下，即能保证所需的拔出率（体积分数30.53%

11、，炉出口温度也不至于超过允许限度。8、塔底温度取塔底温度比汽化段温度低7 ，即： 353.57 346.5 179、塔顶及侧线温度的假设与回流热分配（1）假设塔定及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）温度 180 轻柴油抽出板（第18层）温度 256 重柴油抽出板（第27层）温度 315 （2）全塔回流热 按上述假设的温度条件作全塔热平衡见表719，由此求出全塔回流热。18物 料流率kg/h密度（）g/cm3操作条件焓kJ/kg热量压力MPa温度气相液相103KJ/h入方进料3157000.86040.172353.5301.62汽

12、提蒸汽67630.3420331622.43合 计322463324.05出方汽油111000.70370.1571076116.78煤油210400.79940.1611804449.34轻柴油218000.82650.16625664514.06重柴油304000.8484093重油2313600.94160.175346.5858198.5水蒸气67630.157107270018.26合计322463271.8719所以，全塔回流热Q（324.05-271.87） 52.38106kJ/h（3）回流方式及回流热分配 塔顶采用二级冷凝冷却流程，塔顶回流温度定为6

13、0。采用两个中段回流，第一个位于煤油侧线与轻柴油侧线之间（第1113层），第二个位于轻柴油与重柴油侧线之间（第2022层）回流热分配如下： 塔顶回流取热 50 Q026.19106kJ/h 第一中段回流取热 20 QC110.48106kJ/h 第二中段回流取热30 QC215.7106kJ/h2010、侧线及塔顶温度的校核校核应自上而下进行。（1）重柴油抽出板（第27层）温度按图754中的隔离体系作第27层塔板下的热平衡。见图755及表72021物料流率kg/h密度（）g/cm3操作条件焓kJ/kg热量kJ/h106压力,MPa温度,汽相液相入方进料3157000.8604017235353

14、01.62汽提蒸汽463703420331615.34内回流L0.846017308.5795795L合计320327L316.9796L出方汽油111000.7037099煤油210400.7994020轻柴油218000.8265054重柴油304000.84840.1731582024.93重油2313600.94160.175346.5858198.5水蒸气4627037内回流L0.8460.1731510261026L合计320327L2793.68+1026L22由热平衡得：31

15、6.96106795L293.681061026L L100780（kg/h） 100780/282357（kmol/h）重柴油抽出板上方气相总量为： 117139100357257970（kmol/h）重柴油蒸汽（内回流）分压为： 0.17357/9700.0626 MPa 由重柴油常压恩氏蒸馏数据换算下平衡气化0点温度。可以用图715核716先换算得常压平衡气化数据，再用图726换算成0.0626 MPa下的平衡汽化数据。23项目0103050恩氏蒸馏温度289316328341恩氏蒸馏温差271213平衡汽化温差9.56.46.6常压平衡汽化温度3590.0626 MPa下平衡汽化温度3

16、15.5325331.4338 由以上求得的0.0626 MPa下重柴油抽出板下重柴油的泡点温度为315.5，与原假设的315很接近，可以认为假设是正确的。 24（2）轻柴油核煤油抽出板的温度 核算的方法与核算重柴油抽出板温度的方法相同，可以通过作18层一下和第9层板一下塔段的热平衡来计算。计算过程从略。 轻柴油抽出板温度 256 煤油抽出板温度 181 25（3）塔顶温度塔顶回流温度t060 。其焓值hLL0t0为163.3kJ/kg塔顶温度t1107 ，回流汽油蒸汽焓值hVL0t1611kJ/kg故塔顶冷回流量为L0Q、/ (hVL0t1 hLL0t0）26.91 106/（611163.3） 58500（kg/h）塔顶油气量（汽油内回流）（5850011100）/95733（kmol/h）塔顶油气分压为0.157733/（733376）0.1038 MPa26 塔顶温度应该是汽油在其油气分压下的露点温度，由恩师蒸馏数据换算得汽油常压露点温度为108.