1、 武汉工程大学本科毕业设计 摘 要 本次设计介绍了多塔集中布置的工艺管道设计要点。对于整个塔区管道设计所涉及的部分,如:平面布置,塔基础高度的确定,塔管口方位的确定,塔联合平台的设计,附塔管道的支架设置及应力分析等方面进行了详细的分析和阐述。原油蒸馏在炼油厂是原油首先要通过的加工装置。一般包括预处理系统（原油电脱盐）、常压分馏系统、减压分馏系统、注剂系统、轻烃回收系统（加工轻质原油且达到经济规模时一般设置轻烃回收系统）等。常压蒸馏就是在常压下对原油进行加热、气化、分馏和冷凝。如此得到各种不同沸点范围的石油馏分。常减压蒸馏是指在常压和减压条件下，根据原油中各组分的沸点不同，把原油“切割”成不同馏
2、分的工艺过程。常减压蒸馏装置是炼油厂原油加工的头一个工艺装置，它是采用蒸馏的方法将原油分割成不同的馏分，是炼油厂初级产品或下一工序的原料送出装置。常减压蒸馏装置的常压塔区通常包含三个塔：初馏塔、常压塔及常压汽提塔；其中初馏塔将原油中轻组分闪蒸或分馏出来，降低原油换热。通过转油线、减压炉管、进料分布器改造,提高减压塔真空度、降低减压塔压降、提高常压系统拔出率、调整减压塔取热分配等措施后,蜡油收率有所提高,蜡油残炭质量分数也有所提高。【关键词】 常减压；初馏塔；常压塔；减压塔IAbstractThis design describes the multi-tower centralized pro
3、cess piping layout design points. For the portion involved in the entire column region pipeline design, such as: flat arrangement, determine the height of the tower base, the tower nozzle location determine the design of the tower joint platform, attached to column pipes bracket set and stress analy
4、sis carried out a detailed analysis and elaboration. Distillation of crude oil at the refinery processing of crude oil through first device. Generally include pretreatment system (crude oil electric desalting), atmospheric distillation system, vacuum distillation system, agent injection system, the
5、light hydrocarbon recovery system (generally set light hydrocarbon recovery system in the processing of of lightweight crude oil and to achieve economies of scale). Atmospheric distillation of crude oil under atmospheric pressure heating, vaporization, fractionation, and condensation. Thus obtained
6、various boiling range petroleum fractions. Atmospheric and vacuum distillation under the conditions of atmospheric pressure and reduced pressure, depending on the boiling point of the respective components of the crude oil, the crude oil cut into the process of the different fractions.The crude dist
7、illation unit is a process unit, the head of the refinery crude oil processing, which is the distillation of crude oil was divided into different fractions, refinery primary product or the next step of the raw material dispensing device. Atmospheric and vacuum distillation the atmospheric tower area
8、 usually consists of three towers: the primary tower, atmospheric tower and atmospheric pressure stripper; primary tower flash of light components of crude oil or fractionated, lower crude oil heat exchanger . Transfer line vacuum furnace tube feed sparger transformation, improve the vacuum tower va
9、cuum degree, reduce the vacuum tower drop to improve atmospheric pressure system off ratio, adjust the decompression tower to take heat distribution measures, wax improved oil yield, the wax carbon residue mass fraction also increased.Key words: atmospheric and vacuum;Primary tower Atmospheric tower
10、 ;vacuum tower I 武汉工程大学本科毕业设计 目 录摘 要IAbstractII前 言1第一章 设计基础数据31.1 原油31.2 本设计处理量51.3 产品方案51.4 工艺过程简述5第二章 常压塔工艺计算72.1 常压塔物料平衡72.1.1 物料衡算已知石脑油恩氏蒸馏温度72.1.2 柴油实沸点温度计算82.1.3 原油切割方案92.2 汽提方式及蒸汽用量92.3 塔板形式、塔板数及中断回流102.5 操作压力122.6 汽化段温度122.7 塔底温度132.8 塔顶及侧线温度的假设与回流热的分配132.9 侧线及塔顶温度的校核142.10 全塔气液相负荷计算162.11 全
11、塔气液相负荷数据汇总22第三章 常压塔尺寸计算和水力学计算233.1 物性数据计算233.2 塔和塔板主要工艺尺寸计算233.3 流体力学验算263.4 塔板负荷性能图28第四章 减压塔的计算314.1 参数的确定314.1.1 平均沸点的计算314.1.2 特性因数K314.2 平衡汽化温度324.3 减压塔的工艺计算334.3.1 减压塔的物料平衡334.3.2 减压塔塔板数334.3.3 精馏塔计算草图344.3.4 塔板压力及塔板压降354.3.5 汽提蒸气用量354.3.6 各侧线温度及塔顶温度的求定354.3.7 全塔热平衡354.3.8 回流方式及回流热分配364.4 侧线及塔顶
12、温度的校核364.4.1 减二线抽出版下的热平衡数据364.4.2 减一线抽出版下的热平衡数据384.4.3 塔顶温度校核394.5 全塔气液相负荷图39第五章 减压塔的工艺尺寸计算445.1 塔板的操作条件445.2 塔板结构455.3 浮阀数与塔板布置465.4 塔板压降和淹塔情况校核465.5 塔板上的适宜操作区和负荷上下限485.6 确定塔高50第六章 参考文献51致 谢52前言原油是极其复杂的混合物。要从原油中提炼出多种多样的燃料、润滑油及其它产品的基本的途径是：首先将原油分割成不同沸程的馏分，然后进行馏分的深加工，从而生产出满足不同要求的各类石油化工产品。因此炼油厂首先必须解决原油
13、的分割和各种石油馏分在加工过程中的分离问题。常减压蒸馏正是一种合适的手段，而且常常也是一种最经济、最易实现的分离手段，因而各大炼油企业都将常减压蒸馏作为原油加工的第一步工序。原油进厂之后，首先进行电脱盐脱水，然后进入常减压蒸馏。借助于常减压蒸馏过程，按产品加工方案将原油分割成相应的直馏汽油、煤油、轻柴油和重柴油馏分等。分割出馏分的好坏直接影响到后续加工的成本和最终产品的质量，所以常减压蒸馏一直被视为原油加工能力的一个重要的标志，常减压蒸馏技术的发展直接影响着炼油技术的发展。原油蒸馏是目前炼油工业中必不可少的第一道工序。通过原油蒸馏可以从原油中直接得到各种燃料和润滑油馏分。最初，石油的利用是以取
14、得灯油为主。在那时，生产规模不是很大，所用的工具是简单的蒸馏釜。把原油加入蒸馏釜中，在釜底加热，就可以把原油中各个沸点不同的馏分经过冷凝、冷却后分别收集起来，于是得到汽油馏分和柴油馏分等，而釜底留下较重的残余物。蒸完所需的产品后，冷却蒸馏釜，把釜底残余物放出，再重新装料。操作是间断进行的。常减压蒸馏装置是炼油厂和许多石化企业的龙头，它的能耗、收率、分割精度等对全厂、特别是深度加工装置和石油化工装置影响很大。原油的一次加工（即常减压蒸馏）能力常被看作一个国家炼油工艺发展水平的标志。原油常减压蒸馏装置以精馏塔和加热炉为主体组成。经过脱盐、脱水的原油（一般要求原油含水0.5%,含盐10mg/l）由泵
15、输送，流经一系列换热器，与温度较高的蒸汽产品换热，再经管式加热炉被加热至370左右，此时原油的一部分已经汽化，油汽和未汽化的液体一起经转油线进入一个精馏塔，此塔在接近大气压力下操作，因此称为常压塔。原油在常压塔中进行蒸馏，从塔侧引出煤油和轻、重柴油等侧线馏分，塔底产物为常压渣油，一般是原油中沸点高于350的馏分组成，原油中胶质、沥青质等也在其中。为了取得润滑油料和催化裂化原料，需要把沸点高于350的馏分从原油中分离出来。将常压重油在减压条件下进行蒸馏，温度条件限制在420以下。减压塔的真空度一般在700mmhg左右或更高，它是由塔顶抽真空系统造成的。从塔顶逸出的主要是裂化气、水蒸气和少量的油气
16、馏分油则从侧线抽出。减压塔底是沸点很高（约500）的减压渣油，原油中的绝大部分的胶质和沥青质都集中于其中。 本设计对加工216万吨/年伊朗索鲁士原油常减压蒸馏装置的常减压塔进行工艺计算。主要内容有：1.依据给定的原油评价数据，确定该原油的合理原油蒸馏方案2.完成对应蒸馏方案的常压蒸馏塔工艺计算设计3.完成对应蒸馏方案的减压蒸馏塔工艺计算设计4.在上述基础上绘制常减压蒸馏装置的工艺流程图，主要塔器的工艺尺寸图第一章 设计基础数据1.1 原油 本次设计原油为伊朗索鲁士原油，原油的一般性质见下表1.1：表1.1 原油的性质分析项目性质分析项目性质API度19.13金属分析mg/kgFe2.31密度
17、20935.6Ni39.31粘度50148.7Cu0.04硫含量m% 3.716V118.93氮含量mg/kg 966Ca4.46凝固点 -6Mg0.24元素分析m%C87.57Pb0.2H11.58Na3.09酸值mgKOH/g0.56As0.50水分m%0.50残炭m%13.67蜡含量m%7.17灰份m%0.01胶质m%24.32盐含量mgNaCl/L14.0沥青质m%3.28特性因数K11.7产品的恩式蒸馏数据见表1.2：表1.2 产品的恩氏蒸馏数据产品温度/密度/g/cm3初馏点10%30%50%70%90%终馏点石脑油4682106127148169188732.7柴油2162402
18、60283306328336850.2索鲁士原油实沸点收率见表1.3：表1.3 索鲁士原油实沸点收率馏分范围每馏分%（质量分数）总馏分%（质量分数）馏分范围每馏分%（质量分数）总馏分%（质量分数）本次评价2008年评价本次评价2008年评价本次评价2008年评价本次评价2008年评价HK1500002602802.512.7421.2421.3315601.270.901.270.902803002.832.6624.0723.9960800.841.552.112.453003202.773.2426.8427.23801001.601.253.713.703203504.574.4331.
19、4131.761001201.741.465.455.163503802.843.4634.2535.221201401.541.266.996.423804002.312.5336.5637.751401601.841.638.838.054004202.282.5838.8440.331601801.971.9310.809.984204402.992.8241.8343.151802001.731.8212.5311.804404602.922.6244.7545.772002201.851.9514.3813.754604803.343.4048.0949.172202402.062.
20、0116.4415.764805002.823.2250.9152.39原油实沸点蒸馏曲线见图1.1和图1.2：图2.1原油实沸点蒸馏曲线（质量分数）图1.2原油实沸点蒸馏曲线（体积分数）1.2 本设计处理量 根据设计任务书要求，本设计装置处理量为：216万吨/年 开工时间为：8000小时/年1.3 产品方案按照原油的硫含量和关键组分分类，该原油属高硫重质中间基原油。根据原油评价的结果，本设计产品方案确定为：塔顶为石脑油，常一线为柴油，减压馏分原则上做催化裂化原料，考虑减压回流热分布，减压区两个侧线。减压直接送出装置。1.4 工艺过程简述 依据产品方案，本设计的原则流程图见下图1.3。 本设计
21、是216万吨/年伊朗索鲁士原油常减压蒸馏装置常减压塔和换热系统设计计算。设计中采用水蒸气汽提方式, 并确定汽提水蒸汽用量。由于浮阀塔操作弹性大，本设计采用浮阀塔。原油蒸馏在炼油厂是原油首先要通过的加工装置。一般包括预处理系统（原油电脱盐）、常压分馏系统、减压分馏系统、注剂系统、轻烃回收系统（加工轻质原油且达到经济规模时一般设置轻烃回收系统）等。常压蒸馏就是在常压下对原油进行加热、气化、分馏和冷凝。如此得到各种不同沸点范围的石油馏分。常减压蒸馏是指在常压和减压条件下，根据原油中各组分的沸点不同，把原油“切割”成不同馏分的工艺过程1。图1.3原油常减压蒸馏装置的工艺原则流程图第二章 常压塔工艺计算
22、2.1 常压塔物料平衡2.1.1物料衡算已知石脑油恩氏蒸馏温度，见表2-1：表2-1 石脑油恩氏蒸馏数据馏出（体积分数），%01030507090100恩氏蒸馏温度，4682106127148169188恩氏蒸馏温差，362421212119恩氏蒸馏10%-70%点斜率=（148-82）/（70-10）=1.1由石油炼制工程图6-10查得2：平衡汽化50%点温度-恩氏蒸馏50%点温度=-14.7故平衡汽化50%点温度由图6-11查得平衡汽化曲线各段温差，见表2-2：表2-2 石脑油平衡汽化温差馏出（体积分数），%01030507090100恩氏蒸馏温差，362421212119平衡汽化温差，1
23、5.613.810108.56由50%点温度及各线段温差推算平衡汽化曲线的各点温度，见表2-3：表2-3 石脑油平衡汽化温度馏出（体积分数），%01030507090100平衡汽化温差，15.613.810108.56平衡汽化温度，72.988.5102.3112.3122.3130.8136.8由图6-13查得石脑油实沸点蒸馏曲线各段温差，见表2-4：表2-4 石脑油实沸点蒸馏温差馏出（体积分数），%01030507090100平衡汽化温差，15.613.810108.56实沸点蒸馏温差，4835.324242021设实沸点50%点温度为108.3，查图6-12得实沸点蒸馏30%-10%温差
24、为35.3左右，则实沸点50%点温度为108.3，从而求得实沸点蒸馏温度见表2-5：表2-5 石脑油实沸点蒸馏温度馏出（体积分数），%01030507090100实沸点蒸馏温差，4835.324242021实沸点蒸馏温度，1.349.384.3108.3132.3152.3173.42.1.2 柴油实沸点温度计算已知柴油恩氏蒸馏温度，见表2-6：表2-6 柴油恩氏蒸馏数据馏出（体积分数），%01030507090100恩氏蒸馏温度，216240260283306328336考虑热裂化的影响，按式作温度校正，校正后的恩氏蒸馏见表2-7：表2-7 校正后的柴油恩氏蒸馏数据馏出（体积分数），%010
25、30507090100恩氏蒸馏温度，216240263.3288.3314.2340.7350.8恩氏蒸馏温差，2423.32225.926.510.1恩氏蒸馏10%-70%点斜率=（314.2-240）/（70-10）=1.2由石油炼制工程图6-10查得2：平衡汽化50%点温度-恩氏蒸馏50%点温度=4.7故平衡汽化50%点温度由图6-11查得平衡汽化曲线各段温差，见表2-8：表2-8 柴油平衡汽化温差馏出（体积分数），%01030507090100恩氏蒸馏温差，24.023.322.025.926.510.1平衡汽化温差，9.013.310.512.911.72.1由50%点温度及各线段温
26、差推算平衡汽化曲线的各点温度，见表2-9：表2-9 柴油平衡汽化温度馏出（体积分数），%01030507090100平衡汽化温差，9.013.310.512.911.72.1平衡汽化温度，260.2269.2282.5293305.9317.6319.7由图6-13查得石脑油实沸点蒸馏曲线各段温差，见表2-10：表2-10 柴油实沸点蒸馏温差馏出（体积分数），%01030507090100平衡汽化温差，9.013.310.512.911.72.1实沸点蒸馏温差，31.335.025.530.826.510.0设实沸点50%点温度为288.6，查图6-12得实沸点蒸馏30%-10%温差为35.0
27、左右，则实沸点50%点温度为288.6，从而求得实沸点蒸馏温度见表2-11：表2-11 柴油实沸点蒸馏温度馏出（体积分数），%01030507090100实沸点蒸馏温差，31.33525.530.826.510实沸点蒸馏温度，196.8228.1263.1288.6319.4345.9355.92.1.3 原油切割方案根据各馏分的初馏点和终馏点,可以求出切割点温度的2,如下:T1=(173.4+196.8)/2=185.1T2=(355.9+360.1)/2=358.0 在原油实沸点蒸馏曲线上 185.1处作一水平线交曲线一点，以此点作垂线交横轴质量分数，此点值为 11.4%，按同样方法可找出
28、石脑油和柴油切割点155对应的横坐标值为 19.5%，由此可确定：柴油的质量收率 11.4%石脑油的质量收率 19.5%重油的质量收率 1-11.4%-19.5%=69.1%用同样方法做出体积收率。根据质量收率，体积收率，可做出原油物料平衡见表2.12：表2.12 物料衡算表（8000h/年）产品收率/%处理量/产量体积质量/104t/a/kg/h/kmol/h石脑油14.311.424.630785293柴油21.319.542.152612233重油64.469.1149.3186603100100216270000原油1001002162700002.2 汽提方式及蒸汽用量侧线产品和塔底
29、重油都要采用过热水蒸气汽提，使用温度420、压力为0.3MPa的过热水蒸气，参考石油炼制工程中表6-16，汽提水蒸气用量如下表2.13：表2.13 汽提水蒸气用量一览表油品质量分数（对产品），%汽提水蒸气所用量kg/hkmol/h一线柴油3157887.7塔底重油35598311.0 合计7176398.72.3 塔板形式、塔板数及中断回流2.3.1塔板数参考表2.14和表2.15：表2.14 石油炼制工程中表6-10常压塔塔板数国外文献推荐值一览表2被分离馏分推荐板数轻汽油重汽油68汽油煤油68煤油柴油46轻柴油重柴油46进料最低侧线36汽提段侧线汽提4表2.15 石油炼制工程中表6-11国
30、内某些炼油厂的常压塔塔板数一览表被分离的馏分国内炼厂的参考塔板数轻汽油重汽油68汽油煤油810煤油轻柴油69轻柴油重柴油47重柴油裂化原料48最低侧线进料34进料塔底46 2.3.2选取塔板形式和塔板数 采用浮阀塔板，参考上面两表选定塔板数如下表2.16：表2.16 塔板数一览表被分离馏分板数石脑油柴油8+4=12柴油汽化段3塔底汽提段4 采用一个中段回流，回流用3层塔板换热。全塔塔板总数=12+3+4+3=22层。2.4 全塔计算草图 全塔计算草图如下图2.1：图2.1 全塔计算草图2.5 操作压力 2.5.1 塔顶压力确定：取塔顶产品罐的压力为0.13MPa。塔顶采用的是两级冷凝冷却流程。
31、取塔顶空冷器的压降为0.01MPa，使用一个管壳式后冷器，壳层压力降取0.017MPa。所以，塔顶压力0.130.010.0170.157MPa2.5.2 柴油抽出板压力确定：取每层浮阀塔板的平均压降为0.5kPa，则推算出柴油抽出板（第12层）上压力为：0.157+120.0005=0.163MPa2.5.3 汽化段压力压力确定： 同理得汽化段（第18层）下压力为：0.166MPa2.5.4 加热炉出口压力确定： 取转油线的压降为0.038MPa，则加热炉出口压力=0.166+0.035=0.201MPa2.6汽化段温度2.6.1汽化段中进料的汽化率和过汽化度 取过汽化度为进料的2%（质量分
32、数）或2.03%（体积分数），则过汽化量为5400kg/h。 要求进料在汽化段中的汽化率eF（体积分数），常压塔中的各馏分的体积为：石脑油：14.3% 柴油：21.3%eF14.3%21.3%2.03%37.63%2.6.2汽化段油气分压汽化段各物料流量如下表2.17：表2.17 汽化段各物料流量一览表石脑油293kmol/h柴油233kmol/h过汽化油18kmol/h油气量合计544kmol/h水蒸气：311kmol/h（塔底汽提）计算汽化段油气风压：0.166544/(544+311)=0.106MPa2.6.3汽化段温度的初步求定汽化段温度该是在汽化段油气分压0.106MPa下汽化37
33、63%（体积分数）的温度。所以，需要作出在0.106MPa下的原油平衡汽化曲线。因为不具备原油的临界参数和焦点参数，所以无法作出原油p-T-e相图，曲线4可用以下的简化法来求得：由图，可得到原油在常压下的实沸点蒸馏曲线和平衡汽化曲线的交点为325，利用石油炼制工程烃类与原油窄馏分的蒸气压图，将这个交点温度换算成0.106MPa下的温度，得582。从该交点作垂直于横坐标的直线A，在A线上找得582此点，过此点作平行于原油常压平衡汽化曲线2的曲线4，这条线就为原油在0.106MPa下的平衡汽化曲线。2.6.4tF的校核校核的目的就是看由tF要求的加热炉出口温度是不是合理。校核方法是作绝热闪蒸过程
34、的热平衡计算来求得炉出口的温度。当汽化率eF（体积分数）37.63%，tF421，进料在汽化段的焓hF计算如下表2.18。表2.18 进料带入的汽化段热量QF 一览表油料焓，kJ/kg热量，kJ/h气相液相石脑油1386138630785=42.67106柴油1305130552612=68.66106过汽化油1282 12825400=6.92106重油1042 1042186603=194.44106合计QF312.69106所以 hF312.69106270000=1158.1kJ/kg2.7塔底温度取塔底温度比汽化段温度低7，即塔底温度42174142.8塔顶及侧线温度的假设与回流热的
35、分配2.8.1假设塔顶及各侧线温度 塔顶温度： 131 柴油抽出板（第12层）温度： 2292.8.2全塔回流热计算： 根据以上数据求得全塔回流热，见下表2.19表2.19 全塔回流热一览表物料流量/kg/h密度（20）/g/cm3操作条件焓，kJ/kg热量/kJ/h压力/MPa温度/气相液相入 方进料2700000.93620.166421312.69106汽提蒸汽71760.3420331623.80106合计277176336.49106出方 石脑油307850.73340.15713164719.92106柴油526120.85230.16322957230.09106重油186603
36、0.99430.1664141048195.56106水蒸汽71760.157131273619.63106合计277176265.20106所以全塔的回流热Q=336.49106265.20106=71.29106kJ/h2.8.3回流方式及回流热分配塔顶采用的是二级冷凝冷却流程，塔顶回流温度为60。采用一个中段回流，位于柴油侧线与汽化段之间（第1416层 ）。回流热分配如下：塔顶回流取热50% Q0=35.65106kJ/h 中段回流取热50% QC1=35.65106kJ/h2.9 侧线及塔顶温度的校核 校核顺序从下往上进行。2.9.1柴油抽出板（第12层）温度 由已知数据作出第12层板
37、下塔段的热平衡，见图2.2和表2.20。图2.2柴油抽出版一下塔断的热平衡3表2.20 柴油抽出板（第18层）温度物料流量kg/h密度（20）/g/cm3操作条件焓，KJ/kg热量/KJ/h压力/MPa温度/汽相液相入方进料2700000.93620.166421312.69106汽提蒸汽55970.3420331618.56106内回流L0.8490.163223565565L 合计275597+L331.25106+565L出方石脑油307850.73340.15713186526.63106柴油526120.85230.16322957230.09106重油1866030.99430.1
38、664141048195.56106水蒸气55970.163229294216.47106内回流L0.8490.163229812812L合计275597+L268.75106+812L由热平衡得： 331.25106+565L =268.75106+812L所以内回流L=253036（kg/h）=253036/222=1140kmol/h柴油抽出板上方气相总量为：293+1140+311=1744kmol/h柴油蒸气（即内回流）分压为：0.1631140/1808=0.103MPa 由柴油常压恩氏蒸馏数据换算0.103MPa下平衡汽化0%点的温度。可以用石油炼制工程中图611和612先换算得
39、常压下的平衡汽化数据，再用图625换算成0.103MPa下的平衡汽化数据2。计算结果如下表2.21：表2.21 柴油常压平衡汽化温度一览表项目0%10%30%50%恩氏蒸馏温度，216240260283恩氏蒸馏温差，242023平衡汽化温差，91110.5常压平衡汽化温度， 2910.103MPa下平衡汽化度，229.5238.5249.5260从上求得在0.103MPa下柴油的泡点温度为229.5，与原假设的229很接近，因此可认为原假设温度是正确的。2.9.2塔顶温度塔顶冷回流的温度t0=60。其焓值h 1=163.3kJ/kg塔顶温度t1=131，回流（石脑油）蒸汽的焓h 2=621kJ/kg。所以塔顶冷回流量为：L0=Q/ （h 2h 1）= 35.65106/（621163.3）=77889kg/h塔顶油气量（石脑油+内回流蒸汽）为： （77889+30785）/105=1034.99kmol/h塔顶水蒸气流量为：7176/18=399kmol/h塔顶油气分压为：0.1571035/（1035399）0.1133MPa 塔顶温度应该是汽油在其油气分压下的露点温度。已知其焦点温度和压力依次为262.32和3.625MPa，据此可在平衡汽化坐标纸上作出汽油平衡汽化100%点的pt线，由该相图可读出油气分压为0.
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