1.1 概述：

石油是一个国家经济发展国家稳定的命脉。 在石油、化工生产中，塔设备是非常重要的设备之一，塔设备的性能，对于整个化工和炼油装置的产品质量及其生产能力和消耗额等均有较大影响。据相光关资料报道，塔设备的投资和金属用量，在整个工艺装置中均占较大比例，因此塔设备的设计和研究，始终受到很大的重视。

塔设备广泛应用于蒸馏、吸收、介吸、萃取、气体的洗涤、 增湿及冷却等单元操作中，它的操作性能好坏，对整个装置的生产，产品产量，质量，成本以及环境保护，“三废”处理等都有较大的影响。近些年来，国内外对它的研究也比较多，但主要是集中在常压塔的结构和性能方面，例如：如何提高塔的稳定性、如何利用理论曲线解决常压塔在性能方面存在的问题等。在原油的一次加工过程中，常压蒸馏装置是每个正规炼厂都必须具备的，而其核心设备——常压塔的性能状况将直接影响炼厂的经济效益，由于在原油加工的第一步中，它可以将原油分割成相应的直馏汽油，煤油，轻柴油或重柴油馏分及各种润滑油馏分等。同时，也为原油的二次加工提供各种原料.在进一步提高轻质油的产率或改善产品的质量方面，都有着举足轻重的地位.考虑到常压塔在实际应用方面的价值和意义，如何实现这样一种最经济、最容易的分离手段，是本次毕业设计选题的重要依据。

近年来，由于石油、化工企业不断向大型化的生产发展，因此塔设备的单台规模也随之增大。例如：有的板式塔的直径可达10m以上，塔的总高度可达到80m，而填料塔更有直径为15m ,塔高为100m的大塔已经投产。应当指出，设备大型化后，必须保证它在全负荷下运转，否则经济损失将是非常巨大的。对于大型设备的设计、制造、操作和维修等，应提出更高、更严格的要求。

常压塔的研究也趋向于结构材料的探索，提高设备的使用周期，主要体现在所选择材料的防腐性和一些防腐材料的研究，同时也着眼于设备的安去性和环保性，以上这些都成为了当今常压塔研究的热门课题。

1.2 文献综述

本设计是以课程设计、化工设计为基础，以课程中指导老师给出的数据为

依据，参考《化工原理》、《化工设计》、《石油练制工艺学》；北京石油设计院编, 《石油化工工艺计算图表》, 烃加工出版社，1983年；石油化学工业部石油化工规划设计院编，《塔的工艺计算》，石油工业出版社， 1977年等资料。采用原油常减压蒸馏装置工艺设计以生产重整原油，煤油，轻柴油，重柴油，重油等产品。所采用的方法是目前国内外最实用，最普遍，最成熟的原油加工方法。适用国内大中小企业等使用。

1.3设计任务依据

所设计任务是以指导老师给出的原油数据为依据，以一些权威书籍为参考，设计处理量:630万吨/年,开工：8000小时/年的原油常减压装置

1.4 主要原材料

本设计主要的原材料主要有大港原油、水、电 。 大港原油，d20=0.8717；特性因数K=12.0 4

1.5其他

本设计应用在一些交通运输方便，市场需求大的附近。同时，生产过程中应与环境相给合，注重“三废”的处理，坚持国家可持续发展的战略，坚持和谐发展的道路，与时俱进。同时应注意到，废品只是一种放在待定时间与空间中的原材料，在另一些场所，它们又是一种原材料，因而，在生产过程中，应把“三废”综合利用。

二 工艺流程设计 2 . 1原油的一般性质

石油是一种主要由碳氢化合物组成的复杂混合物。大部分石油是暗色，通常呈黑色、褐色或浅黄色。在常温下多为流动或半流动的粘稠液体。相对密度在0.8~0.98之间。

大港原油，d20=0.8717；特性因数K=12.0 4

2.1.2 原油实沸点蒸馏数据

表1 原油实沸点蒸馏数据 2.1.3 原油平衡蒸发数据

表2 原油平衡蒸发数据

2.2.工艺流程

原油蒸馏中，常见的是三段汽化。现以目前燃料-润滑油型炼厂应用最为广泛的初馏-常压-减压三段汽化为例，对原油蒸馏工艺流程加以说明，装置的工艺原则流程图如下所示。

经过预处理的原油换热到230~240℃，进入初馏塔，从初馏塔塔顶分出轻汽油或催化重整原料油，其中一部分返回塔顶作顶回流。初馏塔侧线抽出组成与重汽油馏分相似的馏分，经换热后，一部分打入常压塔中段回流入口处，一部分送回初馏塔做循环回流。

初馏塔底油（拔头原油），经一系列换热后，再经常压炉加热到360~370℃进入常压塔。常压塔侧线分别抽出煤油、轻柴油、重柴油、等液相组分，经汽提塔提出轻组分，经泵升压，与原油换热，冷却送出装置。

常压塔底重油又称常压渣油，用泵抽出送至减压炉，加热至400℃左右后进入减压塔。塔顶分出不凝气和水蒸气，竟如大气冷凝器。减压塔一般设有4~5根侧线和对应汽提塔，经汽提后与原油换热并冷却至适当温度送出装置。

图2-2 原油常减压蒸馏装置的工艺原则流程图

2.3塔器结构

本装置的主要塔器包括脱盐罐，初馏塔，常压塔，常压炉、汽提塔，减压炉，减压塔等。.

2.4环保措施

(1)废水处理

a.工艺废水：采用封闭循环工艺，将生产系统的排放污水经过一定处理步骤后，重新送回系统，从而形成一个循环系统，使排放污水再次被利用。这种工艺不仅可以避免污染，还能减少或杜绝水资源的浪费。 (2) 废气处理

a.在正常操作条件下，各塔回流罐等容器由氮气密封，谨防气体向外泄漏。对于废气中有害气态物质，必须根据它们的物性或化性的不同而采用不同处理方法。

b.不断开发实用清洁能，改进生产设备，提高机泵设备和管道设备的密闭性；积极开展废气的回收和综合利用。

(3) 综合利用，回收有用产品，减少污染物

a.增加和完善轻烃回收工艺，对处顶、常顶、减顶的不凝气进行回收，减少加工损失，降低污染物排放；

第三章． 工艺计算

3.1 工艺参数计算

表2-3大港原油常压分馏产品产率及其性质

计算时，所用到的恩氏蒸馏数据未作裂化校正，工程上允许这样做。

3.1.1 油品的性质参数

（1）体积平均沸点，t(体)：

重整原料：t(体)=

87 93 99 106 1185

162 180 192 205 228

5

238 255 262 270 2885

324 329 331 342 359

5

= 100.6℃

= 193.4℃ =262.6℃ = 337.0℃

航空煤油：t(体)= 轻 柴 油：t(体)= 重 柴 油：t(体)=

（2）恩氏蒸馏90～10％斜率:

重整原料：航空煤油：轻 柴 油：重 柴 油：

118 8790 10228 162

0.3875℃/% 0.825℃/% 0.625℃/% 0.4375℃/%

90 10288 23890 10359 32490 10

（3）质量平均沸点，t(重)

查《石油化工工艺计算图表》（简称图表集）图2--1，可得质量平均沸点校正值，故：

重整原料： 校正值=0.8 t(重) t(体) 0.8 100.6 0.8 101.4 C

航空煤油： 校正值=1.8 t(重) t(体) 1.8 193.4 1.8 195.2℃ 轻 柴 油： 校正值=1.0 t(重) t(体) 1.0 262.6 1.0 263.6 C 重 柴 油： 校正值=0.3 t(重) t(体) 0.3 337.0 0.3 337.3℃

（4）实分子平均沸点，t(实)

由图表集图2-1-1可查得体积平均沸点校正值，故：

重整原料： 校正值=-3.8 t(实) t(体)-3.8 100.6-3.8 96.8 C 航空煤油： 校正值=-7.8 t(实) t(体)-7.8 193.4 7.8 185.6 C 轻 柴 油： 校正值=-4.9 t(实) t(体)-4.8 262.6 4.9 257.7 C 重 柴 油： 校正值=-3.0 t(实) t(体)-3.0 337.0 3.0 334.0 C

（5）立方平均沸点,t(立)

由图表集图2-1-1可查得体积平均沸点校正值，故：

重整原料： 校正值=-0.9 t(立) t(体)-0.9 100.6-0.9 99.7 C 航空煤油： 校正值=-1.8 t(立) t(体)-1.8 193.4 1.8 191.6 C 轻 柴 油： 校正值=-1.1 t(立) t(体)-1.1 262.6 1.1 261.5 C 重 柴 油： 校正值=-0.8 t(立) t(体)-0.8 337.0 0.8 336.2 C

（6）中平均沸点, t(中):

由图表集图2-1-1可查得中平均沸点校正值，故：

重整原料： 校正值=-2.0 t(中) t(体)-2.0 100.6-2.0 98.6 C 航空煤油： 校正值=-4.8 t(中) t(体)-4.8 193.4 4.8 188.6 C 轻 柴 油： 校正值=-3.2 t(中) t(体)-3.2 262.6 3.2 259.4 C 重 柴 油： 校正值=-1.2 t(中) t(体)-1.2 337.0 1.2 335.8 C （7）特性因数 K:

查《石油炼制工艺学》表2-18，可得油品相对密度校正值 d，故：

15.620

重整原料： d 0.0049 d15.6 d4 d 0.7342 0.0049 0.7391 15.620

航空煤油： d 0.0046 d15.6 d4 d 0.7909 0.0046 0.7955 15.620

轻 柴 油： d 0.0043 d15.6 d4 d 0.8406 0.0043 0.8449 15.620

重 柴 油： d 0.0043 d15.6 d4 d 0.8450 0.0043 0.8493 15.620

重 油： d 0.0039 d15.6 d4 d 0.9200 0.0039 0.9239

将此结果列于表3-1：

由图表集图2-1-2查得:

重整原料：11.82 航空煤油：11.87 轻柴油：11.65 重柴油：12.15 重油：12.0 （8）比重指数 API： 由图表集图2-1-2查得：

重整原料：60.2 航空煤油：46.1 轻柴油：36.1 重柴油：35.2 重油：21.5

（9）相对分子质量 M: 由图表集图2-1-2查得:

重整原料：96 航空煤油：158 轻柴油：208 重柴油：294 重油：470 （10）平衡蒸发温度： 重整原料恩氏蒸馏10～70%斜率=航空煤油恩氏蒸馏10～70%斜率=轻柴油恩氏蒸馏10～70%斜率=重柴油恩氏蒸馏10～70%斜率=由图表集图2-2-4查得：

重整原料： 平衡蒸发50%点-恩氏蒸馏50%点=-4 航空煤油： 平衡蒸发50%点-恩氏蒸馏50%点=-3 轻柴油： 平衡蒸发50%点-恩氏蒸馏50%点=7 重柴油： 平衡蒸发50%点-恩氏蒸馏50%点=17 由图表集图2-2-3可查得：

重整原料平衡蒸发100%温度为106.2℃。 航空煤油平衡蒸发0%温度为165℃。 轻柴油平衡蒸发0%温度为249.6℃。 重柴油平衡蒸发0%温度为341.9℃。 （11）临界温度：

查《石油炼制工艺学》图2-25知：

表3-2 产品的临界温度

106 8770 10

205 162

0.32 C/%

0.72 C/%

70 10270 23870 10

0.53 C/% 0.30 C/%

342 32470 10

产品名称

重整原料 航空煤油 轻 柴 油 重 柴 油

（12）临界压力：

真临界温度

℃ 281 385 455 510

假临界温度

℃ 278 382 442 502

由《石油炼制工艺学》图2-27和图2-28查得：

表3-3 产品的临界压力

产品名称

重整原料 航空煤油 轻 柴 油 重 柴 油

（13）焦点温度TF： 由图表集图2-2-19查得： 重整原料：312.0℃ 航空煤油：423.0℃ 轻 柴 油: 489.0℃ 重 柴 油: 520.5℃ （14）焦点压力PF： 由图表集图2-2-18查得： 重整原料：4.6869MPa 航空煤油：3.2724MPa 轻 柴 油：2.5659MPa 重 柴 油：1.6764MPa

表3-4 油品的有关性质参数计算汇总

真临界压力

MPa 3.182 2.222 2.071 1.434

假临界压力

MPa 3.150 2.273 1.868 1.363

3.1.2 产品收率及物料平衡

处理量为250 38 10 630万吨/年

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。由于不能取得实标生产数据, 可根据实沸点数据来确定。

重整原料（体积）：（4.2/0.7342）/（100/0.8717） 100%=4.99% 航空煤油（体积）

：（9.4/0.7342）/（100/0.8717） 100%=10.36% 轻 柴 油（体积）：（13.5/0.7342）/（100/0.8717） 100%=14.00% 重 柴 油（体积）：（5.7/0.7342）/（100/0.8717） 100%=5.88% 重油 （体积）：（67.2/0.7342）/（100/0.8717） 100%=63.72%

3.2操作条件的确定

3.2.1 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。

参考表4汽提蒸汽量如表5 表5 汽提水蒸汽用量 4.塔板型式和塔板数石油分馏塔

表7 国内某些炼油厂常压塔塔板塔板数主要靠经验选。

3.2.2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

550的压力如下: (塔顶压力450500

一线抽出板400

温度，0C

350二线抽出板三线抽出板汽化段压力200150

100

250

300

3.2.3 汽化段温度

馏出，%（体）

图3-1 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；（1）汽化段中进料的汽化率与过汽化率(原油相对密度d420 0.8717) 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

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787500 2.0%=15750kg/h, 要求进料在汽化段的汽化率为:

eF=(4.99+10.36+14.00+5.88+2.03)％=37.26％(体) ( 2）汽化段油气分压 汽化段中各物料的流量如下： 重整原料 344.5kmol/h 航空煤油 468.5kmol/h 轻 柴 油 511.1kmol/h 重 柴 油 152.7kmol/h 过汽化油

15750300

=52.5kmol/h(假定过汽化油分子量为300)

油汽量合计 1476.8kmol/h 水 蒸 汽 588kmol/h(塔底汽提) 由此计算得汽化段的油气分压为：

（3）汽化段温度的初步求定

0.1292MPa

分别根据表1如1476.8

588

0.1806

1476.8

下图所示。

汽化段温度应该是在汽化段油气分压0.1292MPa之下汽化37.26％(体)的温度,为此需要作出在0.1292MPa下的原油平衡汽化曲线, 见上图中的曲线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: 由上图中曲线1与曲线2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306℃。通过蒸气压图表3-1，将此交点温度换算成在0.1292MPa压力下的温度为318℃。过该交点作垂直于横座标的直线A, 在A线上找到318℃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0.1292MPa下的平衡汽化曲线。

由曲线4可查得当eF为37.26％(体)时的温度为353℃, 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。

（4）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=37.26％(体), tF=353℃, 按《石油化工工艺计算图表》图4-3-57 查得各油品的热焓,.进料在汽化段中的焓hF计算如表3-8所示。

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

8

压力0.2197MPa8.10 10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,

800000, 则应按炉出口处油气分压下的平衡汽化曲线计算。若原油中含有水分限定炉出

hF

1012.5kJ/kg

口温度不超过365℃, 由曲线3可读出在365℃时的汽化率eo为35.4％(体)。显然eo<eF,即在炉出口条件下,过汽化油和部分重柴油处于液相。根据此可算出进料在炉出口条件下的焓值ho，见表3-9。

表3-9 进料在炉出口处携带的热量(P=0.2197MPa, t=365℃)

核算结果表明ho略高于hF, 所以在设计的汽化段温度353℃之下,能保证所

8)。炉出口温度也不致超过充许限度。 需的拔出率(37.26％体8.12 10

hO

800000

1015kJ/kg

3.2.4塔底温度

取塔底温度比汽化段低7℃, 即: 353-7=346℃

3.2.5塔顶及各侧线温度的假设与回流热分配

（1）假设塔顶及各侧线温度

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 105℃ 煤油抽出板(第14层) 180℃ 轻柴油抽出板(第29层) 256℃ 重柴油抽出板(第42层) 315℃ 则列出全塔热平衡如表3-10所示。

（2）全塔回流热

全塔回流热：Q

(845.61 680.44) 10 165.17 10kJ/h

6

6

3）回流方式及回流热分配

塔顶采用二级冷凝冷却流程, 塔顶回流温度为60℃。采用两个中段循环回流和塔顶循环回流,一中在煤油侧线与轻柴油侧线之间(第17～19层), 二中位于轻柴油侧线与重柴油侧线之间(第32～34层)，塔顶循环回流则在第1～3层间。

表3-11回流方式及回流热分配

3.3.蒸馏塔各点温度的校核(校核应自下而上进行)

3.3.1重柴油抽出板(第42层)

由热平衡得: 826.77 106 808L 756.3 106 1003.3L 所以, 内回流 L 360829.49kg/h 或

360829.49

283

1275.02kmol/h

(假定内回流液的分子量为283)

重柴油抽出板上汽相总量为: 344.5 468.5 511.1 1275.02 588 3187.12kmol/h 重柴油蒸汽(即内回流)分压为:

0.1780

1275.023187.12

0.071MPa

由重柴油常压恩氏蒸馏数据换算在0.071MPa压力下平衡汽化0％点温度。 可以用《石油炼制工艺学》图5-12和图5-13先换算得常压下平衡汽化数据，再用图5-23换算成0.071MPa下的平衡汽化数据。其结果如下： 恩氏蒸馏/%（体） 0 10 30 50 馏出温度/℃ 307 324 329 331 恩氏蒸馏温差/℃ 17 5 2

℃很接轻柴油抽出板温度 256℃ 煤油抽出板温度 181℃

计算结果与假设值相符, 故认为假设是正确的。

3.3.3 塔顶温度

塔顶冷回流温度： to=60℃ ht0 163.3kJ/h 塔顶温度： t1=107℃ ht1 611kJ/h 故塔顶冷回流量Lo为: L0

Qht1 ht0

16.517 10

6

611 163.3

36893.0kg/h

塔顶油气量(汽油+内回流蒸汽)为：

塔顶水蒸汽流量为：塔顶油气分压为：

0.1571

713.96713.96 899.3

0.0695MPa1618818

33075 36893.0

98

713.96kmol/h

899.3kmol/h

塔顶温度应该是汽油在其油气分压下的露点温度, 由恩氏蒸馏数据换算得汽油常压露点温度为110℃。已知其焦点温度和压力依次为312.0℃和4.6869MPa。在平衡汽化座标纸上作出汽油平衡汽化100％点的p-t线, 如图所示, 得出在0.0695MPa压力下露点温度为106.2℃。考虑到不凝气的存在, 该温度乘以系数0.97,则塔顶温度为:106.2×0.97=103℃，与假设的105℃很接近, 故原假设温度正确。