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1、编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第26页 共26页石油加工工艺学课程设计指导书丶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月目 录一. 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
2、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,
3、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. 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丶中
4、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, 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. 作出全塔汽丶液相负荷分布图, 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
5、示。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线; 4汽化段油气分压下的原油平衡汽化曲线表1 胜利原油常压切割方案及产品性质产品名称实切点沸点范围产率 %密 度d204恩 氏 蒸 馏 数 据 质体0%10%30%50%70%90%干点汽油1452403023601504.33.510.703734608196109126141煤油1322587.26.670.7994159171179194208225239轻柴2213397.26.910.8265239258267274283296306重柴27540
6、99.89.640.8484289316328341350368376重油31371.573.270.9416344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=94.5恩氏蒸馏9010斜率:汽油, (126-60)/(90-10)=0.825/立方平均沸点, t(立)查集(简称图表集)图2-1-1, 得体积平均沸点校正值为: -2
7、.5, 故:汽油, t(立)=t(体)-2.5=94.5-2.5=92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, 故:汽油, t(中)=t(体)-5=94.5-5=89.5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。临界温度, tkp:由图表集图2-3-7和图2-3-8查得: 汽油 tkp=267.5。临界压力, Pkp:由图表集图2-3-9查得: 汽油Pkp=3.34MPa。焦点温度, tF由图表集
8、图2-2-19查得, 汽焦点温度为328.5。焦点压力, PF由图表集图2-2-18查得, 汽焦点压力为5.91MPa。表2 油品的有关性质参数计算汇总油品名称密 度 d204比重指数oAPI特性因 数 K分子量 M平衡蒸发温度临界参数焦点参数0 %100%温度MPa温度MPa汽油0.703768.112.2795108.9257.53.34328.55.91煤油0.799444.511.74152185.6383.42.5413.43.26轻柴0.826538.811.97218273.6461.61.81475.22.17重些0.848434.412.1290339.6516.61.625
9、29.61.89重油0.941618.211.9原油0.8604322.产品收率及物料平衡物料平衡可参考同一原油丶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(tH-tL)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: tH
10、为相邻两馏分重馏分实沸点的0点温度; tL为相邻两馏分轻馏分实沸点的100点温度。 表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104t/Yt/Dkg/hkmol/h原 油1001002507576315700产品汽油4.33.518.7726611100117煤油7.26.6716.6950521040139轻柴油7.26.9117.3052421800100重柴油9.89.6424.1073030400105重油71.573.27183.1455512313603.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420, 压力0.
11、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4所列的经验数据选择汽提蒸汽用量。 表5 汽提水蒸汽用量 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塔底重油24627257合计6763375.6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)塔名称产品蒸汽用量, , 对产品常压塔溶剂油1.52.0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
12、压塔塔底重油24初馏塔塔底油1.21.5减压塔中、重润滑油24减压塔残渣燃料油24减压塔残渣汽缸油25用, 表6丶表7是常压塔塔板数的参考值。表7 国内某些炼油厂常压塔塔板数被分离的馏分东方红套南京套上海炼厂汽 油煤 油3109煤 油轻柴油996轻柴油重柴油746重柴油裂化原料846最低侧线进料443进料塔底464表6 常压塔塔板数国外文献推荐值被分离的馏分推荐板数轻汽油重汽油68汽 油煤 油68汽 油柴 油46轻柴油重柴油46进料最低侧线36汽提段或侧线汽提4注: 也可用填料代替。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
13、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。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。塔顶采用两级冷凝冷却流程图。取塔顶空冷器压力降为0.01MPa, 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
14、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 2
15、1kmol/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:0.172482/(482+257)=0.112MPa汽化段温度的初步求定汽化段温度应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。将此交点温度换算成在0.112MPa压力下的温度为299。过该
16、交点作垂直于横座标的直线A, 在A线上找到299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, 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。tF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, 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QF(P=0.172MPa, t=353.5)物料焓，Kj/kg热量，kJ/h汽相液相
17、汽油1176117611100=13.05106煤油114711472104=22.94106轻柴油1130113021800=24.63106重柴油1122112230400=34.11106过汽化油111811186314=7.05106重油888888225046=199.84106合计QF=301.62106hF=301.62106/315700=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
18、航空煤油, 限定炉出口温度不超过360, 由曲线3可读出在360时的汽化率eo为25.5(体)。显然eo0.9m丶Ht0.5m时的常压和加压操作的塔, K=0.82; 对于直径0.9m或Ht0.5m, 以及真空操作的塔, K=0.550.65m(Ht大时K取大值)。Ks系统因数, 可取0.951.0。计算气相空间截面积Fa=Vv/WaFa计算的塔的空间截面积, m2;降液管内流体流速, VdVd=0.17KKs当Ht0.75m时 按以上两式计算后, 选用较小值。当Ht0.75m时式中 Vd降液管内液体流速, m/s。计算降液管面积Fd=VL/VdFd=0.11Fa按以上两式计算取较大值。塔横截
19、面积Ft的计算Ft=Fa+Fd式中 Ft计算的塔横截面积, m2;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。F=0.785D2W=Vv/F式中 F采用的塔横截面积, m2; 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/Ft)Fd式中 Fd采用的降液管面积, m2。13.塔高的计算H=Hd+(n-2)Ht+Hb+Hf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;Ht塔板间距, m;Hf进料段高
20、, m;n实际塔板数, 块。Hd一般取1.21.5, Hf与Hb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, 浮阀丶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.塔的水力学计算浮阀塔板的水力学计算主要包括塔板压力降丶雾沫夹带丶泄漏丶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丶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:阀全开前按: 对33克浮阀可简化为: 阀全开前按: 式中 Gv一个浮阀的重量, 公斤;Wh阀孔气速, m/s;Fh一个阀孔的面积,
21、 m2;g重力加速度(9.81m/s2);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PLPL=0.4hw+2.3510-3(3600VL/L)2.3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Pt(m液柱)PtPd+PVL雾沫夹带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, 一般情况下, 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:式中 e雾沫夹带量, kg(l)/kg(g);除
22、去降液管面积后的塔板面积与塔横截面积之比,=(F-2Fd)/F系数, 取0.60.8;当W=0.5Wmax时取小值;当W=Wmax时取大值;W采用的空塔气速, m/s;m参数, 按下式计算m=5.6310-5(L/v)0.295(L-v)/v0.425v气体粘度, 公斤秒/m2;A丶n系数;当Ht0.75m时Vd=6.9710-3KsL-v (C)式中 Vd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Wv1.2(m/s)(kg/m3)1.2为纵座标, 液体流率或液
23、流强度, m3/hm(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=10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; OA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; B负荷上限, 图7中负荷上限为淹塔控制; C
24、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.目录按章丶节丶一丶二丶三丶四层次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:前言第一章 工艺叙述第一节 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 工艺计算第一节 工艺参数的计算第二节 操作条件的确定与计算第三节 塔的尺寸计算第四节 塔的水力学计算参考资料目录结束语文字要求为白话文, 简练丶通顺易懂丶层次清楚丶无错别字。使用规定的简化汉字, 字迹工整, 标点符号使用正确。图表要与内容紧密联系, 插图表格丶公式要编写顺序号。正文丶图丶表及公式写法:第章 (居中写)第节 (居中写) (空两格) (空一格) 一. , , , ,。(标点符号占一格) 1. 。 (空一格) 图 (居中写) 1; 2; 3; 4 (图注写法)表 。