常压精馏塔蒸发系统说明书.doc

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）摘 要 论文主要是从塔的工艺计算，水力计算，结构设计，强度校核 等4个方面展开的。在工艺计算部分对原料的基本参数，物料衡算，热量衡算，塔板数，塔板结构等方面进行设计，尤其重点对塔板数、塔板结构进行了详细的分析，对一些主要尺寸进行了明确是设计和给定，这方面设计的正确与否直接影响到整个设计。在水力计算部分对塔盘、浮阀、降液管等零部件的尺寸进行了确定，塔的结构及尺寸用插图来表示。强度校核部分是本次设计的重要的一部分，在这部分当中对塔的自振周期、风载荷、风弯矩、地脚螺栓、进行了设计和计算，并且对壳体强度、圆筒应力、裙座周向应力、防火层和保温层、吊柱等几个环节进行了校核。本次设计共用34块浮阀塔板，塔距0.6m，塔径3.6m，塔高31.3m. 关键词：原油；常压精馏塔；物料衡算；热量衡算； Abstract The paper mainly from the tower process calculation, hydraulic calculation and structure design, strength check on the four aspects.In the process of calculation for raw materials of basic parameters, and the material balance calculations, heat balance calculations, tower number plate, plate tower structure of the design,Especially focus on tower number, tower board structure plate are analyzed in detail, and some main dimensions of the clear is a design and given, this aspect of the design is correct or not directly affects the whole design.The hydraulic calculation in part of the tray and float valves, such as liquid pipe down the size of the parts were determined, and the structure and size tower with drawings to said.Strength check this design is an important part of the part, in this part of the tower of the natural vibration period, the wind load, wind bending moment, the anchor bolts, to carry on the design and calculation, and for shell strength, cylinder stress, skirt a week to stress, fire protection layer and thermal insulation layer, hanging column several links such as a check on.This design adopts 34 block floating valve trays. Tower distance is 0.6m. Tower diameter is 3.6m.Tower level is31.3m. Key words: Oil; Atmospheric distillation Tower; Material balance; Heat balance; 目录摘 要IAbstractII第 1 章 绪论1第2章工艺计算22.1 原料及产品的有关参数的计算22.1.1 体积平均沸点22.1.2 恩氏蒸馏9010%斜率22.1.3 立方平均沸点22.1.4 中平均沸点22.1.5 特性因数K32.1.6 分子量32.1.7 平均蒸发温度32.1.8 临界温度42.1.9 临界压力，大气压52.1.10 焦点压力，大气压52.1.11 焦点温度52.1.12 实沸点切割范围52.2 物料平衡82.3 决定塔板数、塔顶压力和塔板压力降82.3.1选定塔板数92.3.2决定塔板压力降92.4 计算各侧线及塔底的总汽提量92.5 常压精馏塔计算草图102.6 计算过汽化量122.7 计算汽化段温度和估计塔底温度122.7.1 计算汽化段温度122.7.2 求汽化段油品在353的热焓122.7.3按上述方法作出炉压力2.008Pa（绝压）下的平衡蒸发曲线并计算起热焓132.7.4 取塔底温度142.8 参考同类装置的操作数据，先假定塔顶及各抽出侧线的温度142.9 作全塔热平衡并计算回流热142.10 确定流程162.11 校核各侧线及塔顶温度162.11.1 重柴油抽出层（第27层）温度校核162.11.2 轻柴油抽出层（第18层）温度校核182.11.3 煤油抽出层（第9层）温度校核192.11.4 塔顶温度212.12 做全塔汽液负荷分布图222.12.1 第13层塔板下气、液相负荷22212.2 第22层塔板下气、液相负荷24212.3 第30层塔板下气、液相负荷252.12.4 煤油抽出层塔板下气、液相负荷272.12.5 轻柴油抽出层塔板下气、液相负荷272.12.6 重柴油抽出层塔板下气、液相负荷272.12.7各层塔板汽液负荷间表28212.8 画出本塔的气液负荷图（如下图）29第3章 塔的操作弹性计算303.1 浮阀类型303.2塔板间距的选择：303.3 塔径计算303.3.1 计算塔板汽相空间截面积上最大的允许气体速度303.3.2 适宜的气体操作速度303.3.3 计算气相空间截面面积313.3.4 计算降液管内液体流速Vd313.3.5 计算降液管面积Fd313.3.6 计算塔横截面积和塔径313.3.7 采用的塔径及设计的空塔气速323.4浮阀数及开孔率计算323.4.1计算浮阀孔的临界速度323.4.2计算塔板开孔率323.4.3 确定浮阀数333.5溢流堰及降液管的选择333.5.1 液体在塔板上的流动形式333.5.2 决定溢流堰、降液管3335.3 溢流堰高度及塔板上的清液层高度的选择3335.4 液体在降液管内的停留时间及流速3335.5降液管底缘距塔板高度3436水力学计算34361 塔板压降34362 雾沫夹带量34363 泄露量35364 淹塔情况36365 降液管负荷3637塔板的适宜操作区和负荷的上下限3637.1 雾沫夹带线3637.2 淹塔线3737.3 降液管超负荷界线3837.4 泄露线3837.5 做图汇总如下页图38第4章 强度计算404.1 塔体壁厚的确定404.2 塔器总高度404.2.1塔的总高度404.2.2封头高度HT414.2.3 选择塔体和裙座材料414.2.4水压试验414.3 人孔选用424.4 塔体重量计算434.5 自振周期计算454.6 地震载荷和地震弯矩计算454.7 风载荷与风弯矩计算454.8 筒体应力校核484.9 裙座应力校核494.9.1 裙座底截面的组合应力494.9.2 裙座检查孔和较大管线引出孔截面处组合应力494.9.3 裙座搭接焊缝处的校核50410 地脚螺栓设计514.11.1 基础环的内、外径514.11.2基础环面积A524.11.3基础环的截面系数Z524-12筋板设计与计算52第五章 侧线管线计算535.1 重油抽出管535.2重柴油抽出管535.3轻柴油抽出管535.4煤油抽出管545.5汽油抽出管545.6塔顶回流入口管545.7 煤油汽提管545.8 轻柴油汽提管545.9 重柴油汽提管555.10 塔底汽提管555.11 进料管直径55第6章 辅助装置及附件的选取556.1 除沫器的选取556.1.1丝网气速的选取556.1.2丝网的使用面积566.1.3丝网层厚度的确定566.1.4丝网除沫器的安装位置566.2 裙座566.2.1 裙座内径为3.0m,裙座厚度为16mm,基础环厚度为18mm566.2.2 裙座人孔直径为450mm,人孔个数为2个566.2.3采用带短管地脚螺栓座，地脚螺栓个数为24个，螺栓规格为M27×4.5566.2.4 塔体的保温延伸到裙座与塔釜封头的连接焊缝以下4倍保温层厚度的距离为止。566.2.5裙座的内外侧均应敷设防火层，防火材料为石棉水泥层，为便于绑扎铁丝网，可在壁上焊接M10的螺母或小方孔板。其具体结构尺寸见裙座的装配图。566.3 防火层与保温层56结 论58参 考 文 献59致 谢60 63齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 第 1 章 绪论 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。 第2章工艺计算2.1 原料及产品的有关参数的计算2.1.1 体积平均沸点汽油 =煤油 =轻柴油 =重柴油 =2.1.2 恩氏蒸馏9010%斜率汽油：（144-93）/（90-10）=0.6375煤油：41/80=0.5125轻柴油：（316-256）/80=0.75重柴油：（368-316）/80=0.652.1.3 立方平均沸点查石油化工工艺计算图表表2-1-1查得体积平均沸点校正值为 汽油 1.2oC 煤油 -1.1 oC 轻柴油 -0.8 oC 重柴油 -0.6oC 汽油 =121.2-1.2=120煤油 =190.2-1.1=189.1轻柴油=281-0.8=280.2重柴油=340.6-0.6=3402.1.4 中平均沸点查石油化工工艺计算图表表2-1-1得体积平均沸点校正值为汽油 2.4oC 煤油 2.1oC 轻柴油 -2.4oC 重柴油 -2.2oC汽油 =121.2-2.4=118煤油 =190.2-2.1=188.1轻柴油 =281-2.4=281.6 重柴油 =340.6-2.2=338.4 2.1.5 特性因数K查石油化工工艺计算图表表2-1-10或2-1-11得汽油 K=12.3煤油 K=12.08轻柴油K=12.24重柴油 K=12.25重油K=11.92.1.6 分子量查石油化工工艺计算图表图2-1-5或2-1-6得汽油 M=115恩氏蒸馏，(体) %恩氏蒸馏，oC恩氏蒸馏温差，oC平衡蒸发温差，oC平衡蒸发50%点温差，oC平衡蒸发温度，oC10%9330%11250%12370%13490%144100%16119 11 11 10 17 11.8 5.1 5.2 4.3 5.7123 8.2 = 114.884.8103.8114.8120124.3130煤油 M=155轻柴油 M=240重柴油 M=2952.1.7 平均蒸发温度查石油化工工艺计算图表图2-2-3经计算列表如下:表2-1汽油平衡蒸发温度 表2-2煤油平衡蒸发温度恩氏蒸馏，(体) %恩氏蒸馏，oC恩氏蒸馏温差，oC平衡蒸发温差，oC0%15410%17230%18050%18870%19890%213100%232 18 8 8 10 15 19 7.8 3.7 4.1 4.2 6.2 6.0平衡蒸发50%点温差，oC平衡蒸发温度，oC 188 -1.2 = 186.8156.7174.7182.7186.8192.9199.1205.1 表2-3轻柴油平衡蒸发温度恩氏蒸馏，(体) %恩氏蒸馏，oC恩氏蒸馏温差，oC平衡蒸发温差，oC平衡蒸发50%点温差，oC平衡蒸发温度，oC0%24210%25630%26550%27670%29290%316100%337 14 9 11 16 24 21 5.7 4.8 5.3 7.2 11.5 7.0 276+6.2=282.2266.2271.7276.7282.2291.2302.7309.7 表2-4重柴油平衡蒸发温度恩氏蒸馏，(体) %恩氏蒸馏，oC恩氏蒸馏温差，oC平衡蒸发温差，oC平衡蒸发50%点温差，oC平衡蒸发温度，oC0%28910%31630%32850%34170%35090%368100%376 27 12 13 9 18 8 12 6.3 6.2 4.0 8.0 2.0 341+18.2=359.2335.1346.8353359.2363.3371.3373.32.1.8 临界温度查石油化工工艺计算图表图2-3-4得汽油 T=173.8+121.2=295 煤油 T=178.8+190.2=369轻柴油 T=181+281=462重柴油 T=173+340.6=513.62.1.9 临界压力，大气压由石油化工工艺计算图表图2-3-5.查得：汽油 =26.2 Pa煤油 =20.8 Pa轻柴油=17.2 Pa重柴油=17.3 Pa2.1.10 焦点压力，大气压由石油化工工艺计算图表图2-2-19查得 汽油 13.4+26.2=39.6 煤油 6.4+20.8=27.2 轻柴油3.4+17.2=20.6 重柴油 2.3+17.3=19.62.1.11 焦点温度由石油化工工艺计算图表图2-2-19查得 汽油45+295=340煤油23+369=392轻柴油18+462=444 重柴油14+513.6=527.62.1.12 实沸点切割范围对塔顶汽油产品，只需查出实沸点100%点温度；塔底重油只须查出实沸点0%点温度，但因为塔底重油很重，很难由恩氏蒸馏数据准确转换，所以可由实验室直接提供，其它各侧线产品均应求出其0%及100%点的实沸点馏出温度：由石油化工工艺计算图表图2-2-1查得表2-1-5 汽油实沸点切割范围恩氏蒸馏， (体) %恩氏蒸馏，oC恩氏蒸馏温差，oC平衡蒸发温差，oC平衡蒸发50%点温差，oC平衡蒸发温度，oC50 12370 13490 144100 161 11 10 17 17.0 13.8 19 123+1.4=124.4 124.4 141.4 155.2 174.2 表2-1-6 煤油实沸点切割范围恩氏蒸馏， (体) %恩氏蒸馏，oC恩氏蒸馏温差，oC平衡蒸发温差，oC平衡蒸发50%点温差，oC平衡蒸发温度，oC0 154 10 17230 18050 18870 19890 213100 232 18 8 8 10 15 19 32 16 13.8 14.5 19.3 20.3 188+4.3=192.3130.7162.7178.7192.3206.8226.1245.1 表2-1-7 轻柴油实沸点切割范围恩氏蒸馏， (体) %恩氏蒸馏，oC恩氏蒸馏温差，oC平衡蒸发温差，oC平衡蒸发50%点温差，oC平衡蒸发温度，oC0 242 10 25630 26550 2767029290 316100 337 14 9 11 16 24 21 26.2 21 18.4 23 29.8 22.8 276+12=288228.4252.6270288310.8340.3364.7 表2-1-8 重柴油实沸点切割范围恩氏蒸馏， (体) %恩氏蒸馏，oC恩氏蒸馏温差，oC平衡蒸发温差，oC平衡蒸发50%点温差，oC平衡蒸发温度，oC0 289 10 3163032850 34170 35090 368100376 27 12 13 9 18 8 44 22.3 21 13.7 22.3 9.2 341+21=362274.4318.7341362348.3326316.8 表2-1-9 原料及产品的有关参数名称0%10%30%50%70%90%100%D比重指数汽油61931121231341441610.72961.3煤油1541721801881982132320.77849.1轻柴油2422562652762923163370.81441.34重柴油2893163283413503683760.83936.2常压重油0.897原油0.857名称体积平均沸点恩氏蒸馏9010%斜率立方均沸点，中平均沸点，特性因数K分子量M汽油121.20.6375120118.812.3115煤油190.20.5125189.1188.112.08155轻柴油281.00.75280.2281.612.24240重柴油340.60.65340338.412.25295常压重油11.9原料油名称平衡蒸发馏出温度，0% 10% 30% 50% 70% 90% 100%汽油52.884.8103.8114.8120124.3130温差1411.85.15.24.35.7煤油156.7174.7182.7186.8温差7.83.74.1轻柴油266.2271.7276.7 282.2温差 5.6 5 5.5 重柴油335.1346.8353 359.2温差 11.7 6.2 6.22.2 物料平衡物料平衡可由同一原油，同一产品方案的相同装置的常压塔的生产数据确定，确定后列物料平衡表.表2-2-1表2-2-1 物料平衡表（按每年开工300天计）物料体积产率（体）%重量产率（重）%年处理量万吨/年日处理量吨/日时处理量公斤/时分子流量公斤分子/时原油1204000166666.67汽油4.63.914.692156.46516.6756.67煤油6.65.997.188239.69983.3364.41轻柴油10.810.2612.312410.41710071.25重柴油87.839.396313.21305044.24重油7072.0186.4122880.4120016.672.3 决定塔板数、塔顶压力和塔板压力降2.3.1选定塔板数根据塔的工艺计算表1-3“国内某些炼油厂采用塔板数”表可决定本常压石油分馏塔的塔板数如下：汽油-煤油段： 9层煤油-轻柴油： 6层轻柴油-重柴油： 6层重柴油-汽化段： 3层塔底汽提段： 4层取两个中段循环回流，每个中段循环回流用3层换热塔板，所以全塔的换热塔板数共为6层，全塔塔板数34层。决定塔顶压力为: 1.5Pa（绝压），温度120。2.3.2决定塔板压力降采用浮阀塔板，根据塔的工艺计算表1-8、1-9推荐每块塔板的压力降为4毫米汞柱，各侧线抽出层及蒸发段、炉出口压力即可决定如下： 塔顶压力 1.5Pa（绝压） 一侧线抽出塔板上压力 1.542Pa（绝压） 二侧线抽出塔板上压力 1.59Pa（绝压） 三侧线抽出塔板上压力 1.637Pa（绝压） 汽化段压力 1.658Pa（绝压）炉出口压力 2.008Pa（绝压）2.4 计算各侧线及塔底的总汽提量根据塔的工艺计算表1-6取定汽提蒸汽量为： 一线煤油 3千克/100千克 （煤油） 二线轻柴油 2.5千克/100千克 （轻柴油） 三线重柴油 2.8千克/100千克 （重柴油） 塔底重油 3千克/100千克 （塔底重油）所以各侧线及塔底的总汽提蒸汽量为： 一线煤油 249.58千克/时 （煤油） 二线轻柴油 365.25千克/时 （轻柴油） 三线重柴油 304.5千克/时 （重柴油） 塔底重油 3000千克/时 （塔底重油）2.5 常压精馏塔计算草图汽油6516.671千克/小时蒸汽3311千克/小时压强1.5千克/平方厘米塔顶回流取热3875000千卡/小时第一中段回流1550000千卡/小时煤油9983.33千克/小时 压强1。59千克/平方厘米蒸汽641千克/小时压强300000帕轻柴油17100千克/小时 重柴油13050千克/小时第二中段回流，取热2350000千卡/小时进料166666.67千克/小时过汽化量3333.33千克/时蒸汽3000千克/小时蒸塔底重油120016.67千克/小时1201809，1013182022273034图1：常压分馏塔计算草图2.6 计算过汽化量 根据塔的工艺计算表1-7，过汽化量选定占进料重量的2%（体积为2.03%）即过汽化油量为3333.33千克/时。其中过汽化油量占进料体积占2.03%2.7 计算汽化段温度和估计塔底温度2.7.1 计算汽化段温度汽化段各组分千克分子数如下：汽油 57千克分子/时煤油 64千克分子/时轻柴油 71千克分子/时重柴油 44千克分子/时过汽化油 11.11千克分子/时（假设过汽化油分子量为300）水蒸气 156 千克分子/时汽化段油气和水蒸气的总千克分子为：57+64+71+44+11.11+1156=403 千克分子/时汽化段油气总千克分子数为： 57+64+71+44+11.11=247千克分子/时汽化段油气分子分数： 247/403=0.613汽化段油气分压为： 0. 6131.658=1.016 Pa根据塔的工艺计算图1-13查得在常压下汽化率31.62%（体）的温度为348，再按石油化工工艺计算图表图6-1-18换算为汽化段油气化油气分压为1.016Pa（绝）条件下的温度为353。2.7.2 求汽化段油品在353的热焓由石油化工工艺计算图表图4-3-57计算并列表如下：表2-1汽化段油品各馏分热焓名称相态热焓，千卡/千克热量，千卡/小时汽油气2801.82 煤油气2722.72轻柴油气2734.67重柴油气2703.52过汽化油气2670.890塔底重油液21225.44由石油化工工艺计算图表图4-3-57求得。=39.06千卡/千克2.7.3按上述方法作出炉压力2.008Pa（绝压）下的平衡蒸发曲线并计算起热焓根据塔的工艺计算表1-9，确定炉出口的最高温度为360根据塔的工艺计算图1-13纵坐标上找出360的点自此点做纵坐标的垂线与曲线 相交，此焦点所对应的横坐标馏出体积为26%。按石油化工工艺计算图表图4-3-57 查得各油品的热焓，从而可求炉出口的总热焓 （假设重柴油在炉出口条件未全部汽化） 表2-2各馏分在炉出口热焓名称相态 360的热焓，千卡/千克 热量, 千卡/小时汽油气2882.366煤油气2803.54轻柴油气2786.03重柴油气（70%）2733.21液（30%）2321.1765塔底重油液22534.2=33.17千卡/千克 < 所以在设计的汽化段条件下既能保证所需要的抽出率，又能保证炉出口不超温。2.7.4 取塔底温度取塔底温度比进料温度低7既为353-7=3462.8 参考同类装置的操作数据，先假定塔顶及各抽出侧线的温度塔顶 120 轻柴油抽出层（第18层） 254煤油抽出层（第9层） 180 重柴油抽出层（第27层） 3152.9 作全塔热平衡并计算回流热先判断是饱和还是过热水蒸气。再根据炼油厂设备加热炉设计手册LY-100-图2水蒸气的焓-熵图茶查水蒸汽的焓值并计算列表如下： 表2-3全塔热平衡表名称流量Kg/h比重D温度热焓 千卡/千克热量千卡/小时气液进塔热量进料34.82汽提蒸汽33114207913.14总计37.96出塔热量汽油6516.670.7291201460.95煤油9983.330.7781801061.06轻柴油171000.8142541552.65重柴油130500.8393151962.56塔底重油120016.670.89734720724.6蒸汽33111206482.12总计33.93回流热为（41.68-33.93）=6.522千卡/小时2.10 确定流程 塔顶使用二段冷凝冷却回流，塔顶回流油品温度定为60，使用两个中段循环回流，第一个在煤油抽出层下，第二个在轻柴油抽出层下。 回流热如下分配： 表2-4回流热如下分配回流热%热量，kcal/h塔顶503.875×106第一中段回流20 1.55×106第二中段回流302.325×1062.11 校核各侧线及塔顶温度2.11.1 重柴油抽出层（第27层）温度校核 按范围做27层以下的热平衡表 表2-5 27层以下的热平衡名称流量Kg/h比重D温度热焓 千卡/千克热量千卡/小时气液进塔热量进料39.06汽提蒸汽30004207922.376内回流 G0.825308.5190190G总计41.436+190G出塔热量汽油6516.670.7293152581.681煤油9983.330.7783152522.516轻柴油171000.8143152474.224重柴油130500.8393151962.558塔底重油120016.670.89734721025.2蒸汽30003157422.226内回流G0.840315245245G总计