减压塔设计说明书

1、10 万吨/年特种润滑油基础油项目指导老师：黄军左、刘宝生广东石油化工学院绝对领域参赛队2011 年 8 月 20 日减压塔设计说明书第 1 章 参数的确定.11.1 平均沸点的计算 .11.1.1 体积平均沸点.11.1.2 恩氏蒸馏 10%90%馏分的曲线斜率.11.1.3 立方平均沸点.11.2 特性因数 K.11.3 平衡汽化温度 .21.3.1 减一线.21.3.2 减二线.21.3.3 减三线.31.4 减压 10mmHg 下的平衡汽化温度 .3第 2 章 减压塔的工艺计算.42.1 汽提蒸气用量.42.2 减压塔的物料平衡 .42.3 确定塔板数 .62.4 塔板压力及塔板压降

2、.82.5 各侧线温度及塔顶温度的求定 .82.6 减压塔计算草图 .92.7 全塔的热平衡 .102.8 回流方式及回流热分配 .112.8.1 计算塔顶回流量 .112.8.2 计算塔中段回流量 .122.9 侧线温度的校核 .122.9.1 减三线抽出板下的热平衡.122.9.2 减二线抽出板下的热平衡.132.9.3 减一线的抽出板下的热平衡.15第 3 章 全塔气液负荷分布图.183.1 第 1 层塔板上的气液负荷 .183.2 减一线抽出板的气液负荷 .183.3 第 3 层板上的气液负荷 .183.4 减二线抽出板的气液负荷 .193.5 第 12 层板上的气液负荷 .193.6

3、 减三线抽出板的气液负荷 .203.7 第 24 层板上的气液负荷 .203.8 气液相负荷分布图 .21第 4 章 减压塔的工艺尺寸.224.1 塔径的计算及确定 .224.2 填料层高度计算.234.3 填料层压降计算.234.4 液体喷淋密度的验算.234.5 液体分布器的计算.241绝对领域参赛队作品4.6. 封头的选型 .244.7 人孔的选型.244.8 裙座的选型.244.9 塔的总高度.242减压塔设计说明书减压塔设计说明书第 1 章 原始数据润滑油馏分的性质如下表 1.1 所示表 1.1 原始数据润滑油馏分的性质馏出体积相对密度10%27535641446630%281364

4、42147350%28637043248170%293371442489d 15.6减一 255减二 318减三 403减底 4603043874584933214044715080.80450.82340.85280.85704491.1 平均沸点的计算1.1.1 体积平均沸点减底：t =(t +t +t +t +t )/5=480.4v10 30 50 70 90同理，减一线：287.8369.6433.41.1.2 恩氏蒸馏 馏分的曲线斜率 S=(90%馏出温度-10%馏出温度/ 90-10（493-466/80=0.3375同理，减一线：0.3625，减二线：0.3875，减三线：0.

5、48891.1.3 立方平均沸点根据 t 和 S3-4查得立方平均沸点 t 的校正值如下vcu表 1.2 所示。表 1.2 立方平均沸点t 校正值 t /名称减一线减二线减三线减底t /St 校正值 t / t /vcucummme287.80.36250.38750.48890.3375-0.3-0.2-0.1-0.5287.5-0.9-0.7-0.2-0.4286.9 287.20368.9 369.05433.2 433.25480.0 479.95369.6433.4480.4369.4433.3479.91.2 特性因数 K根据石油炼制与石油化工计算方法图表集表 1-2-26 查得各

6、分馏产品的密度校正值，由石油炼制工程图 3-6查得 K如下表 1.3 所示。1绝对领域参赛队作品表 1.3 特性因数 Kd141.5/d -K15.615.6APIO0.00460.804512.500.00450.00430.00420.82340.85280.857040.34834.42433.61112.7712.7312.93减三线减底1.3 平衡汽化温度以下为各段平衡汽化温度计算:1.3.1 减一线减一线平衡平衡汽化温度如下表 1.4 所示。表 1.4 减一线平衡汽化温度馏出（体积分数）恩氏蒸馏温度恩氏蒸馏温差0%2552010% 30% 50% 70% 90% 100%27562

7、81528672931130417321恩氏蒸馏 10%-70%点斜率（293-275）/（70-10）=0.225由石油炼制工程图 7-15查得：平衡汽化 50%点恩氏蒸馏 50%点=+11平衡汽化 50%点由石油炼制工程图 7-16查得如下表 1.5 所示。表 1.5 减一线平衡汽化温度馏出（体积分数）平衡汽化温差平衡汽化温度90% 100%4.1285291 295.5 297 297.5 300 304.11.3.2 减二线减二线平衡气化温度如下表 1.6 所示。表 1.6 减二线平衡汽化温度馏出（体积分数）恩氏蒸馏温度恩氏蒸馏温差0%3183810%356830%364650%370

8、170%3711690% 100%38717404恩氏蒸馏 10%-70%点斜率（371-3567）/（70-10）=0.25由石油炼制工程图 7-15查得：平衡汽化 50%点恩氏蒸馏 50%点=+31平衡汽化 50%点=397+27=4242减压塔设计说明书由石油炼制工程图 7-16查得如下表 1.7 所示。表 1.7 减二线平衡汽化温度馏出（体积分数）平衡汽化温差平衡汽化温度0%539090% 100%4.5395 398.5 401 401.5 408 412.51.3.3 减三线减三线平衡气化温度如下表 1.8 所示。表 1.8 减三线平衡汽化温度馏出（体积分数）恩氏蒸馏温度恩氏蒸馏温

9、差0%4031110%414730%4211150%4321070%4421690% 100%45813471恩氏蒸馏 10%-70%点斜率（442-414）/（70-10）=0.467由石油炼制工程图 7-15查得：平衡汽化 50%点恩氏蒸馏 50%点=+6平衡汽化 50%点=432+6=438由石油炼制工程图 7-16查得如下表 1.9 所示。馏出（体积分数）平衡汽化温差平衡汽化温度30%5.590% 100%3.5426 429.5 432.5 438 440.5 448 451.51.4 减压10mmHg下的平衡汽化温度1减一线参考石油炼制工程图 7-26 将常压平衡汽化温度换算成 1

10、0mmHg下的平衡汽化数据，其结果如下表 1.10 所示。表 1.10 减一线 10mmHg 下的平衡汽化温度项目100%306 310.5 312 312.5 315 319.110mmHg下平衡汽化温度 142 147.6 151.2 153 154.3 155.6 157.22同理可计算出减二线、减三线的相关数据，汇总如下表 1.11所示。表 1.11 减一线、减二线、减三线 10mmHg 下的平衡汽化温度30%90% 100%减二线减三线234.1 239.5 241.3 245.3 246.1 252.3 256.6262 265.5 268.3 273.7 275.7 283.7

11、287.23绝对领域参赛队作品第 2 章 2.1汽提蒸气用量侧线产品和塔底残油都用过热水蒸气汽提，使用温度为，压力0.095MPa（本设计所指压力如果不做特别说明，均指绝压）的过热水蒸气。参考石油炼制工程图 7-52和表 7-12，取汽提蒸气用量如下表 2.1 所示。表 2.1 汽提蒸气用量减一线19.2544.51137.8422.41224.00减二线减三线合计2.2 减压塔的物料平衡4032.0系草图如图 2.1所示。闪蒸塔图 2.1 压器油闪蒸塔的隔离体系草图由物料GG ，得 1065.1+346.5=866.7+G ，解得G =544.9 kg/h,由于11进出以从闪蒸塔塔顶回流的变

12、压器油量为：544.9-346.5=198.4 kg/h同理可求得减二线的 75N 润滑油和减三线 150N 润滑油的回流量分别为：992.4 ，2135.8 kg/h。4减压塔设计说明书压塔的物料衡算隔离体系草图如图 2.2 所示。减压塔NN图 2.2 减压塔的物料衡算隔离体系草图进料的摩尔流量为：M 32.24kmol /h各线的产品的摩尔分数及摩尔流量如下表 2.2 所示表 2.2 各线的产品摩尔分数及摩尔流量摩尔流量 kmol/hi变压器油75N基础油150N 基础油300N 基础油1234512.3423.7649.9713.9310032.24合计减压塔的总物料平衡如下表 2.3

13、所示。表 2.3 减压塔的总物料平衡平均相对分子质量进料闪蒸塔变压汽油回流减二线 75N 油回流减三线 150N 油回流减一线3532182993852182993854493.325.554.8910.9721.664.492135.81065.13281.38338.62016.7减底5绝对领域参赛队作品2.3 确定塔板数由 Aspen Plus 模拟软件模拟减压塔，其模拟流程及模拟结果如图 2.3、2.4、2.52.6 Aspen Plus 模拟结果数据汇总Excel 表。图 2.3 减压塔模拟流程图 2.4 减压塔塔顶模拟结果6减压塔设计说明书图 2.5 减压塔塔底模拟结果图 2.6

14、减压塔全塔模拟结果根据同类减压塔的经验数据及 Aspen Plus 软件模拟，确定理论塔板数为 40层。减顶减一线3 层9 层减一线减二线7绝对领域参赛队作品减二线减三线减三线过汽化油12 层（含中段循环回流）9 层8 层进料段以下2.4 塔板压力及塔板压降对于减压塔，根据经验值，国内一般维持塔顶残压为 75mmHg、真空度为710720mmHg，每层塔板压降为 0.476mmHg。令塔顶真空度为 685mmHg，残压为：75mmHg减一线抽出板第 3 层)残压：75+30.476=76.43mmHg减二线抽出板（第 12 层）残压：76.43+80.476=80.24mmHg减三线抽出板（第

15、 24 层）残压：80.24+120.476=85.95 mmHg汽化段（第 32 层下）残压：85.95+80.476+0.5=90.26 mmHg塔底残压：94.5 262.2 mmHgP=90.26+262.2=352.46mmHg，全塔压力分布模拟结果如图 2.7 所示。图 2.7 全塔压力分布模拟结果2.5 各侧线温度及塔顶温度的求定由蒸馏装置的操作参数取进料温度为 355 296考同类型装置的经验数据，假设塔顶及各侧线温度为：8减压塔设计说明书减顶：80减一线：162减二线：252减三线：318全塔温度分布模拟结果如图 2.8 所示。图 2.8 减压塔温度分布模拟结果2.6 减压塔

16、计算草图做减压塔的隔离体系草图如图 2.9 所示。9绝对领域参赛队作品减顶蒸汽 80C4032.0kg/h01闪蒸塔回流 156C544.9 kg/h31065.1 kg/h288.7kg/h866.7 kg/h1793.5kg/h3281.3 kg/hkg/h233C2288.9 kg/h汽提塔回流312C4616.9 kg/h8338.6 kg/h2278.8 kg/h6202.8 kg/h进料 355C11375.1kg/h403.3kg/h减底 296C2016.7 kg/h图 2.9 减压塔的隔离体系草图将塔体、塔板、进料及产品进出口、中段循环回流位置、汽提返塔位置、塔中。这样的计算

17、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，容易发现错误，因而是很有用的。2.7 全塔的热平衡进料油汽化率为 82%，汽化油量=11375.182%=9327.6kg/h，全塔的热平衡10减压塔设计说明书如下表 2.4 所示。表 2.4 全塔的热平衡相对密温度焓 /(kJ/kg)/ 气相 液相 10kJ/h热 量d 11375.1 0.8436 355 1116.1949.612.46430.13000.84322.12900.95452.35907.66541.293327.83870.41702.06726.84431.509510.555021.39308066

18、入出塔顶回流油品温度为 60（1719 塔顶回流取热 65%中间段回流取热 35%2.8.1 计算塔顶回流量Q 6.44710 0.65 4.189710 kJ /h661Q 2.256010 kJ /h62原定塔顶冷凝回流温度为 60 h kJ /kg 801回流汽油蒸气的焓值为h 507.8kJ /kg。24.1897106Q塔顶冷回流量：L 11880.2kg/h0h h 507.8151.121塔顶油气量：.2/ 54.50 /h塔顶水蒸气流量：4032.0 18 224.00kmol/h塔顶油气分压： 7554.50/(54.50224.00) 14.68mmHg11绝对领域参赛队作

19、品出减顶油在 10mmHg 下平衡汽化 100%的 p-t 14.68的露点温度 78.6 802.8.2 计算塔中段回流量下中段循环出口温度为 296 750.8 kJ/kg中段循环回流温度为 256 628.8 kJ/kg2.2560106中段循环量L 18491.8/h2.9 侧线温度的校核2.9.1 减三线抽出板下的热平衡作减三线热量衡算隔离体系草图如图 2.10 所示。544.9 kg/h6202.8 kg/h2278.8 kg/h6202.8 kg/h11375.1kg/h400 kg/h减底 296C2016.7 kg/h图 2.10 减三线热量衡算隔离体系草图减三线抽出板下的热

20、平衡数据如下表 2.5所示。表 2.5 减三线抽出板下的热平衡数据热 量 kJ/h6d 15.6949.6 12.46431.2933821.9入方821.9L11778.4866.72288.9 0.8234 3186202.8 0.8528 31813.7576106+821.9L0.8045 318 1034.5 0.8966减一线减二线减三线837.1820.81.91605.0913方12减压塔设计说明书2016.7 0.8570 296748.51.50951.25201013.4L318 3104.40.8508 318 1013.410.6654106kJ/h +1013.4L

21、合计11778.413.757610 +821.9L = +1013.4L 则：6610.6654)1061013.4821.9减三线抽出板上的气相总量：L /h /h 41.94/h866.7/2182288.9/2996202.8/385403.3/1841.94 92.10kmol/h减三线内回流油气分压：85.9541.94/92.10=39.14mmHg 7-26 将常压平衡汽化数据换算成 39.14 mmHg下的平衡数据，其结果如下表 2.6 所示表 2.6 将常压平衡汽化数据换算成 39.14 mmHg下的平衡数据0%3.550%2.5平衡汽化温差常压平衡汽化温度以上求得的在39

22、.14mmHg下减三线的泡点温度为319.5 318很接近，故假设正确。2.9.2 减二线抽出板下的热平衡作减二线热量衡算隔离体系草图如图 1.11所示。13绝对领域参赛队作品汽提塔回流248C1793.5 kg/hkg/h2288.9 kg/hC汽提塔回流3120 4616.9 kg/h8338.6 kg/h2278.8 kg/h6202.8 kg/h11375.1kg/h汽提蒸汽 320C减底 296C400 kg/h2016.7 kg/h图 1.11 减二线热量衡算隔离体系草图减二线抽出板下的平衡数据如下表 2.7 所示表 2.7 减二线抽出板下的平衡数据相对密焓/( kJ/kg)气相

23、液相355 1116.1 949.6 12.4643热 量物料 kJ/h62.12907.66541.2933630.8L60.75271.96696.84431.50958.5274860.2L出方0.8214合计16395.319.600810 kJ/h +860.2L6(23.552019.6008)106860.2630.8L /h /h14减压塔设计说明书减二线抽出板上的气相总量：3.98+7.66+160.24+57.61=229.49kmol/h减二线内回流油气分压：80.2457.61/229.49=20.14mmHg参考石油炼制工程图7-26 将常压平衡汽化数据换算成 20.

24、14mmHg下的平衡数据，其结果如下表 2.8 所示表 2.8 将常压平衡汽化数据换酸为 20.14mmHg 下的平衡汽化温度数据0%5常压平衡汽化温度20.14 mmHg下平衡汽化温度390253.5395259.5398.5264.4以上求得的在20.14 mmHg下减二线的泡点温度为253.5252很接近，故假设正确。2.9.3 减一线的抽出板下的热平衡作减一线热量衡算隔离体系草图如图 1.12 所示。15绝对领域参赛队作品3288.7kg/h866.7 kg/h1793.5kg/h3281.3 kg/hkg/h233C2288.9 kg/hC汽提塔回流3120 4616.9 kg/h8

25、338.6 kg/h2278.8 kg/h6202.8 kg/h进料 355C11375.1kg/h4003.3 kg/h减底 296C2016.7 kg/h图 1.12 减一线热量衡算隔离体系草图减一线抽出板下的平衡数据如下表 2.9所示。表 2.9 减一线抽出板下的平衡数据温度/热 量10kJ/hd 15.6949.6 12.46430.84322.35902.1290减三线汽提蒸汽减底汽提蒸汽内回流2481.1403.3L312 3089.5360 3206.70.8025 1627.66541.2933394.5L394.516减压塔设计说明书18188.826.7542106+394

26、.5L0.34192.06726.84431.509510.2022668.4L162 2956.40.8025 1622 860.220.9651106kJ/h +668.4L合计18188.8(26.7542106668.4394.5L 21135.8/h 96.95/h减一线抽出板上的气相总量：3.98+204.75+96.95=305.68kmol/h减一线内回流油气分压：76.4396.95/305.68=24.24mmHg 7-26 将常压平衡汽化数据换算成 24.24 mmHg下的平衡数据，其结果如下表 2.10 所示。表 2.10 将常压平衡汽化数据换算成 24.24 mmHg

27、下的平衡数据0%6常压平衡汽化温度24.24mmHg下平衡汽化温度以上求得的在24.24mmHg下减一线的泡点温度为162.5 162很接近，故假设正确。17绝对领域参赛队作品第 3章 3.1 第 1 层塔板上的气液负荷第 1层塔板上的气液负荷数据如下表 3.1所示表 3.1 第 1层塔板上的气液负荷数据热 量液相 kJ/h物料6d 15.611375.1 0.8436 355 1116.1 949.6 12.46430.13000.95450.84322.35902.12907.66541.2933197.8L减三线 150N油回流 2135.8 0.8528 312 996.80.4170

28、2.06726.84431.509510.55504.18972.2560511.7LL合计18733.727.8387106kJ/h +511.7L(27.838727.8387)106511.7197.8L 0/h气相总量V 224.000 224.00 /h3.2 减一线抽出板的气液负荷L =96.95kmol/h气相总量 V=305.68kmol/h3.3 第 3层板上的气液负荷第 3层板上的气液负荷数据如下表 3.2所示18减压塔设计说明书表 3.2 第 3层板上的气液负荷数据热 量液相 kJ/h615.611375.1 0.8436 355 1116.1949.6 12.46430

29、.8432849.72.35902.1290减三线汽提蒸汽 2481.17.66541.2933394.0L减底汽提蒸汽内回流6减一线减二线减三线减底0.57832.06726.84431.509510.20222.2560667.3L汽提蒸气中段取热内回流L23.457510 kJ/h +667.3L6L 气相总量V 3.98204.7555.33 264.06 /h3.4 减二线抽出板的气液负荷L =57.61kmol/h气相总量 V=229.49kmol/h3.5 第 12层板上的气液负荷第 12层板上的气液负荷数据如下表 3.3所示表 3.3 第 12层板上的气液负荷数据热 量液相 1

30、0 kJ/h15.611375.1 0.8436 355 1116.1 949.6 12.46432.12907.6654减三线汽提蒸汽减底汽提蒸汽内回流1.2933629.8 629.8L合计16395.323.552010 +629.8L619绝对领域参赛队作品减一线减二线减三线减底0.75271.96692288.9 0.8234 252 859.38338.6 0.8528 3182016.7 0.8570 296820.8 6.8443748.5 1.50958.5274汽提蒸气中段取热内回流2.2560858.3L合计16395.321.856810 kJ/h +858L6(23.

31、5520106858.3629.8L 7695.0/h 24.74/h气相总量V 3.987.66160.2424.74 196.62kmol /h3.6 减三线抽出板的气液负荷L =41.94kmol/h气相总量 V=92.10kmol/h3.7 第 24层板上的气液负荷第 24层板上的气液负荷数据如下表 3.4所示。表 3.4 第 24层板上的气液负荷数据热 kJ/h量d 15.66进料355 1116.1 949.6 12.46431.2933820.4 820.4L内回流L866.72288.96202.82016.7403.3L6减一线减二线减三线减底0.89662.34686.28

32、10748.5 1.50951.2520汽提蒸气内回流318 3104.4318 1012.30.85351012.3L合计11778.412.285910 kJ/h +1012.3L612.2859)1061012.3820.4L /h 19.92/h气相总量V 3.987.6616.1122.4119.92 70.08kmol /h20减压塔设计说明书3.8 气液相负荷分布图减压塔的气液相负荷分布如图1.7 所示。减压塔气液相负荷分布图流量 kg/h300气相负荷图液相负荷图013塔板数图1.7 减压塔的气液相负荷分布21绝对领域参赛队作品第 4 章 4.1 塔径的计算及确定（1相的密度：

33、218273101.3310.13103MT P05.50kg/m3T P22.4(273162)101.33103v0（2） 气体的体积流量：1032.79m /sVs（3）液相的体积流量为：55.331033Ls = 0.0192m /s3799.9（4） 空塔气速u =（安全系数） umax uCLVmaxV由关联图，得 其中 C取 0.08799.95.50u =0.08max0.96m/s5.50安全系数取 0.7 u=0.70.96=0.67 m/s（5）塔径42.79D = m0.67取塔径为 D = 2.3 m考虑到上下两塔之间的负荷所需要的塔径大小相差不大,故取塔径匀为2.4

34、m。 塔 截 面 积 ： 2.4 ， 实 际 空 塔 气 速 ：2ATD22m442.79Vu 0.617m/ssA4.524T（6）塔体圆筒厚度的计算筒体选 20R 1.3MP 358 79MP,22减压塔设计说明书焊接接头系数取 1.00，厚度附加量取 1.8mm（C =0.8mm，C =1mm21P D1.32400塔体圆筒计算厚度 19.92mm Cf2 P2791.001.3tC 设计厚度 C 19.921.8 21.72mme名义厚度 22mmn有效厚度 C 221.8 20.2mmn4.2填料层高度计算填料层高度计算采用理论板当量高度法。对于 M252Y 规整填料，通过查相关资料，每米填料理论板数为 1.42 块，取 n =2 则 HETP=1/2=0.5mt由HETP=400.5=20m=1.2520=25.0m（安全系数取 1.25）故 M252Y 规整填料共分为 7 段填料,规格详见表 4.2。4.3填料层压降计算对于 M252Y 1.0410-4Mpa/m填料层总压降为P=251.0410 Mpa =2.6kpa4.4液体喷淋密度的验算喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量，其计算式为：LU h0.