化工设计指导书

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,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145240302360～1504.33.510.703734608196109126141煤油132~2587.26.670.7994159171179194208225239轻柴221~3397.26.910.8265239258267274283296306重柴275~4099.89.640.8484289316328341350368376重油313～71.573.270.9416344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。①体积平均沸点,t(体):汽油,t(体)=(60+81+96+109+126)/5=94.5℃②恩氏蒸馏90~10％斜率:汽油,(126-60)/(90-10)=0.825℃/％③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℃,故:汽油,t(立)=t(体)-2.5=94.5-2.5=92℃④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℃⑤特性因数K:由图表集图2-1-2查得:汽油K=12.27。⑥分子量M:由图表集图2-1-2查得:汽油M=95.⑦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℃。⑧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℃。⑨临界压力,Pkp:由图表集图2-3-9查得:汽油Pkp=3.34MPa。⑩焦点温度,tF由图表集图2-2-19查得,汽焦点温度为328.5℃。⑾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0.848434.412.1290339.6516.61.62529.61.89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0.3MPa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。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1.5～2.0常压塔煤油2～3常压塔轻柴油2～3常压塔重柴油2～4常压塔轻润滑油2～4常压塔塔底重油2～4初馏塔塔底油1.2～1.5减压塔中、重润滑油2～4减压塔残渣燃料油2～4减压塔残渣汽缸油2～5用,表6丶表7是常压塔塔板数的参考值。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6～8汽油─煤油6～8汽油─柴油4～6轻柴油─重柴油4～6进料—最低侧线3～6①汽提段或侧线汽提4①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──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。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表7国内某些炼油厂常压塔塔板数①被分离的馏分东方红Ⅱ套南京Ⅰ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①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2~4)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)②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:0.172×482/(482+257)=0.112MPa③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。④tF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汽相液相汽油11761176×11100=13.05×106煤油11471147×2104=22.94×106轻柴油11301130×21800=24.63×106重柴油11221122×30400=34.11×106过汽化油～11181118×6314=7.05×106重油888888×225046=199.84×106合计QF=301.62×106hF=301.62×106/315700=955.4kJ/kg再求出原油在加