原油蒸馏塔的操作特征（2）.pdf

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1、CH.5-3 原油蒸馏塔的操作特征原油蒸馏塔的操作特征(2) The Operating Characteristics of crude distillation tower 主要内容回顾主要内容回顾 一、原油蒸馏装置工艺流程一、原油蒸馏装置工艺流程 二、原油蒸馏塔的工艺特征二、原油蒸馏塔的工艺特征 1.1.原油常压塔的工艺特点原油常压塔的工艺特点7 7点点过气化率过气化率 2.2.分馏精确度分馏精确度2 2种表示方法种表示方法3 3个影响因素个影响因素 3.3.石油精馏塔气、液相负荷的分布规律石油精馏塔气、液相负荷的分布规律 3、石油精馏塔气、液相负荷的分布规律、石油精馏塔气、液相负荷的分

2、布规律 基本方法：基本方法：进行塔段进行塔段热平衡计算热平衡计算 选好隔离体系选好隔离体系入方热出方热入方热出方热 学习要求：学习要求：掌握推导方法和思路掌握推导方法和思路 重点分析重点分析有代表性塔段的气、液相负荷分布规律，介绍有代表性塔段的气、液相负荷分布规律，介绍 关键塔板气、液相负荷的计算方法。关键塔板气、液相负荷的计算方法。 二、原油蒸馏塔的工艺特征二、原油蒸馏塔的工艺特征 , , , FF VL FF tF t F te hh , , , S V SS t S t h , , W L WW t W th , , G L GG t G th , , M L MM t M th 00

3、00, , , L L t L t h , , D L DD t D th Q 0 LDS 0111 , , VVV L tD tS t hhh E-3 F,D, ,M, ,G, ,W分别为进料分别为进料、塔顶汽油塔顶汽油、 侧线煤油侧线煤油、柴油和塔底柴油和塔底 重油的流量重油的流量，kmol/h； tD, ,tM, ,tG, ,tW 分别为分别为D, ,M, ,G, ,W的温度的温度, , ； tF,t1分别为进料和塔顶的温度分别为进料和塔顶的温度，； L0塔顶冷回流量塔顶冷回流量，kmol/h； e进料汽化率进料汽化率，mol分率分率； S塔底汽提蒸汽用量塔底汽提蒸汽用量，kmol/h；

4、 tS汽提用过热水蒸气温度汽提用过热水蒸气温度，； h物流焓物流焓，kJkmol， 上角标上角标V代表气相代表气相，L表示液相表示液相 以常压塔为以常压塔为 例进行分析例进行分析 各符号说明见各符号说明见 教材教材P228 只有顶回流和侧线抽出，没有中段循环回流只有顶回流和侧线抽出，没有中段循环回流 选好如图所示的隔离体系，作全塔热平衡计算选好如图所示的隔离体系，作全塔热平衡计算 先不考虑塔顶回流先不考虑塔顶回流L L0 0: : （1 1）塔顶气、液相负荷）塔顶气、液相负荷 L L0 0、V V1 1 , /1 FFS VLV F tF tS t QkJ hFehFe hSh 入 1 , /

5、 SMGW VVLLL D tS tM tG tW t QkJ hDhShMhGhWh 出 Q Q是是为了达到全塔热平衡为了达到全塔热平衡必须由塔顶回流必须由塔顶回流L L0 0取走取走的热量的热量 亦即亦即全塔总回流取热，或称全塔剩余热量全塔总回流取热，或称全塔剩余热量。 令令Q = Q入 入- Q出出 知全塔剩余热量：知全塔剩余热量：Q = Q入 入- Q出出 （） Lkmol h Q hh L t v L t L 0 , 0100 / () （）/ 10 V kmol hLDS （1 1）塔顶气、液相负荷）塔顶气、液相负荷 L L0 0、V V1 1 故塔顶液相负荷：故塔顶液相负荷： 塔

6、顶气相负荷：塔顶气相负荷： Q kJ hLhh L tL t VL / 0, 0100 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） （2）汽化段汽化段(即进料段即进料段)的气、液相负荷的气、液相负荷 Ln、VF 若忽略过汽化量，则若忽略过汽化量，则 Ln= 0 但实际有但实际有Ln，此时此时Ln的计算方法同的计算方法同 (3) 若没有若没有Ln，则进料物流温度不可能由则进料物流温度不可能由tF降至降至tn VF= D + M + G + S + Ln 图图7-44 汽化段与精馏段隔离体系图汽化段与精馏段隔离体系图 FF G F ,tF G MDS II

7、I Ln-1 Lm-1 m-1,tm-1 m,tm n-1,tn-1 n,tn SW 作作隔离体系隔离体系热平热平 v tS v tG v tM v tDn nnnn ShGhMhDhhkJQ , )/( 出 （3）最低侧线抽出板下方的气、液相负荷）最低侧线抽出板下方的气、液相负荷 v tS v tG v tM v tDn FFFF ShGhMhDhhkJQ , )/( 入 Qn= Q入 入,n Q出 出, n 显然，显然，Qn要靠液相回流要靠液相回流 Ln-1在在n板上汽化取走板上汽化取走 称其为称其为n板上的回流热板上的回流热 因因tFtn，故，故Q Q入 入,n,n Q Q出 出, n,

8、 n， ，得隔离体系得隔离体系热量热量Q Qn n: : 先不计液相回流，则有：先不计液相回流，则有： 图图7-44 汽化段与精馏段隔离体系图汽化段与精馏段隔离体系图 FF G F ,tF G MDS II I Ln-1 Lm-1 m-1,tm-1 m,tm n-1,tn-1 n,tn SW 作作隔离体系隔离体系热平热平 （3）最低侧线抽出板下方的气、液相负荷）最低侧线抽出板下方的气、液相负荷 上式中上式中： Qn= Q入 入,n Q出 出, n Qn要靠液相回流要靠液相回流 Ln-1在在n板上汽化取走板上汽化取走 )( / 111 , 1 L tL v tL n n nnnn hh Q hk

9、molL ）（ 由第由第n-1板流至第板流至第n板的液相回流量为：板的液相回流量为： 第第n n板上的气相负荷为：板上的气相负荷为： 1 / nn Vkmol hDMGSL 图7-44 汽化段与精馏段隔离体系图 FF G F ,tF G MDS II I Ln-1 Lm-1 m-1,tm-1 m,tm n-1,tn-1 n,tn SW 作隔离体系作隔离体系 ，同理可知：，同理可知： )( / 111 , 1 L tL v tL m m mmmm hh Q hkmolL ）（ m板上的回流热板上的回流热Qm靠液相回流靠液相回流Lm-1气化取走气化取走 Qm= Q入 入,m Q出 出, m 由热平

10、计算可得：由热平计算可得： n v tS v tG v tM v tDm QShGhMhDhhkJQ FFFF 入，入 , )/( v tS v tG v tM v tDm mmmm ShGhMhDhhkJQ , )/( 出 自第自第m板上升的气相负荷板上升的气相负荷 1 / mm Vkmol hDMGSL )( / 111 , 1 L tL v tL m m mmmm hh Q hkmolL ）（ 以以Lm-1为例，分析液相回流量的影响因素：为例，分析液相回流量的影响因素： 分母项分析：分母项分析：液相回流液相回流Lm-1的焓差的焓差视为两部分组成视为两部分组成 一是一是液相回流液相回流L

11、Lm m- -1 1由由t tm m- -1 1升温至升温至t tm m，即，即显热显热变化。变化。 二是二是液相回流液相回流L Lm m- -1 1在在t tm m温度下气化，即温度下气化，即气化潜热气化潜热。 显然气化潜热对焓差的影响更大，故显然气化潜热对焓差的影响更大，故分母项大小与物料的气化潜热有关。分母项大小与物料的气化潜热有关。 分子项分子项Q Qm m为为m m板上的回流热，其板上的回流热，其大小与各物流的焓值大小有关大小与各物流的焓值大小有关； 烃类气化潜热变化规律烃类气化潜热变化规律 烃烃正己烷正己烷正十二烷正十二烷环己烷环己烷甲基环己烷甲基环己烷苯苯异丙苯异丙苯 相对分子质

12、量相对分子质量86.172170.3384.1698.1878.1120.19 常压沸点，常压沸点，68.7216.2880.74100.9380.10152.39 气化气化 潜热潜热 kJ/kg335230357323394312 104kJ/kmol2.88643.91763.00933.17353.07643.7541 烃类的摩尔气化潜热随相对分子质量和沸点的升高而增大烃类的摩尔气化潜热随相对分子质量和沸点的升高而增大 图7-44 汽化段与精馏段隔离体系图 FF G F ,tF G MDS II I Ln-1 Lm-1 m-1,tm-1 m,tm n-1,tn-1 n,tn SW 最低侧

13、线抽出板下方塔段气液相负荷变化规律分析最低侧线抽出板下方塔段气液相负荷变化规律分析 )( / 111 , 1 L tL v tL m m mmmm hh Q hkmolL ）（ )( / 111 , 1 L tL v tL n n nnnn hh Q hkmolL ）（ 由隔离体系由隔离体系、热平计算可得：热平计算可得： 分母项分析：分母项分析： 因烃类的摩尔气化潜热随着相对分子质量和沸点的因烃类的摩尔气化潜热随着相对分子质量和沸点的 降低而减小，且沿塔高上行，油料变轻。降低而减小，且沿塔高上行，油料变轻。 故故 L Lm m- -1 1的分母项的分母项 L Q出 出,m 分析得到：分析得到：

14、Qn Vn v tS v tG v tM v tDm mmmm ShGhMhDhhkJQ , )/( 出 沿石油精馏塔进料段自下而上沿石油精馏塔进料段自下而上，因油料逐板变轻，其，因油料逐板变轻，其 摩尔汽化潜热逐板减小、回流热逐板增大，故摩尔汽化潜热逐板减小、回流热逐板增大，故以摩尔流量以摩尔流量 (kmol/h)(kmol/h)表示表示的气液相负荷逐板增大。的气液相负荷逐板增大。 结论一：结论一：无侧线抽出、无循环回流塔段气液相负荷的分布规律无侧线抽出、无循环回流塔段气液相负荷的分布规律 （4）经过侧线抽出板时气液相负荷的变化）经过侧线抽出板时气液相负荷的变化 先不计液相回流，则有：先不计

15、液相回流，则有： 1 / ) mm QkJ hQQ 入，入，入，n （ )( )/( 111 111 , ,1, L tG v tG v tS v tG v tM v tDm mmm mmm hhGSh GhMhDhhkJQ 出 111 )/( mmm QQhkJQ 出，入， 抽出板上的回流热：抽出板上的回流热： 同理，同理，Qm-1需靠液相回流需靠液相回流Lm-2汽化取走汽化取走 )( / 2212 , 1 2 L tL v tL m m mmmm hh Q hkmolL ）（ 同理，作同理，作隔离体系隔离体系热平，热平，基准同隔离体系基准同隔离体系、。 G m板与板与m-1板液相负荷的比较

16、板液相负荷的比较 1 / ) mm QkJ hQQ 入，入，入，n （ )( / 111 , 1 L tL v tL m m mmmm hh Q hkmolL ）（ )( / 2212 , 1 2 L tL v tL m m mmmm hh Q hkmolL ）（ m板板 m-1板板 抽出板抽出板 分子项为回流热分子项为回流热Q =入方热入方热 出方热出方热 因选取隔离体系的基准一致因选取隔离体系的基准一致 故故m板和板和m-1板回流热的入方热相等，即：板回流热的入方热相等，即： G m板与板与m-1板液相负荷的比较板液相负荷的比较 )( )/( 111 111 , ,1, L tG v tG

17、 v tS v tG v tM v tDm mmm mmm hhGSh GhMhDhhkJQ 出 m板板 可见，因二者入方热相等，但出方热有明显差别，可见，因二者入方热相等，但出方热有明显差别， 故故(m-1)#抽出板的回流热比抽出板的回流热比m板会有明显变化板会有明显变化。 但出方热有明显不同：但出方热有明显不同： v tS v tG v tM v tDm mmmm ShGhMhDhhkJQ , )/( 出 m-1板板 抽出板抽出板 G )( 11 , 11111 L tG v tGmmmmm mm hhGQQQQQ 出，入，出，入， 经过侧线抽出板时回流热的变化经过侧线抽出板时回流热的变化

18、 公式公式(6-75) 侧线抽出板的回流热：侧线抽出板的回流热： 因抽出板的回流热有明显增量，故流至抽出板的液相回流量会明显增大。因抽出板的回流热有明显增量，故流至抽出板的液相回流量会明显增大。 nm v tS v tG v tM v tDm QQShGhMhDhhkJQ FFFF 入，入，入 ,1, )/( )( )()/( 11 111111 , 1 ,1, L tG v tGm L tG v tG v tS v tG v tM v tDm mm mmmmmm hhGQ hhGShGhMhDhhkJQ 出， 出 第第m板板上方上方：Vm= D + M + S + G+Lm-1 第第m-1抽

19、出板上方：抽出板上方：Vm-1= D + M + S + Lm-2 =D + M + S + G + Lm-1+L = Vm+L Lm-2 （4）经过侧线抽出板时气液相负荷的变化）经过侧线抽出板时气液相负荷的变化 渐增量渐增量 = Lm-1+L 正常温降所需的内回流量正常温降所需的内回流量 突增量突增量 = 侧线抽出量侧线抽出量 G 确保侧线馏分全部冷凝确保侧线馏分全部冷凝 液相负荷变化液相负荷变化 气相负荷变化气相负荷变化 可见，经过侧线抽出板时，气相负荷没有突增量，仍是缓慢增大。可见，经过侧线抽出板时，气相负荷没有突增量，仍是缓慢增大。 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资

20、料或关注桃报：奉献教育（店铺） 沿塔高上行，每经过一个侧线抽出板时，沿塔高上行，每经过一个侧线抽出板时，流至抽出板流至抽出板的液的液 相回流量（即液相负荷）有突增，但气相负荷仍然是平缓相回流量（即液相负荷）有突增，但气相负荷仍然是平缓 增大。增大。 结论二：结论二：经过侧线抽出板的气液相经过侧线抽出板的气液相负荷变化规律负荷变化规律 回流热回流热Q1 回流热回流热Q2 )( / 0010 , 1 0 L tL v tL hh Q hkmolL ）（ )( / 1121 , 2 1 L tL v tL hh Q hkmolL ， ）（ （5）塔顶第一、二层板之间的气、液相负荷塔顶第一、二层板之间

21、的气、液相负荷 同前：同前：1 1板回流热板回流热Q Q1 1需靠需靠 L L0 0汽化取走汽化取走 2 2板回流热板回流热Q Q2 2需靠需靠 L L1 1汽化取走汽化取走 液相回流量（即液相负荷）表达式如下：液相回流量（即液相负荷）表达式如下： 分析得到分析得到：L0 L1 )( / 0010 , 1 0 L tL v tL hh Q hkmolL ）（ )( / 1121 , 2 1 L tL v tL hh Q hkmolL ， ）（ （5）塔顶第一、二层板之间的气、液相负荷塔顶第一、二层板之间的气、液相负荷 液相负荷比较：液相负荷比较： 若不设循环回流，则相邻两板温差不大，为方便比较

22、若不设循环回流，则相邻两板温差不大，为方便比较 近似认为近似认为 Q1Q2，t1 t2 v tL h 21, v tL h 10, 但因但因t t0 0远低于远低于t t1 1，故有：，故有： L tL h 00, L tL h 11, 远小于远小于 因因L0 L1，故有：，故有：V1 V2 （5）塔顶第一、二层板之间的气、液相负荷塔顶第一、二层板之间的气、液相负荷 气相负荷比较：气相负荷比较： 01 )/(LSDhkmolV 12 )/(LSDhkmolV 沿石油精馏塔进料段自下而上，气液相负荷至沿石油精馏塔进料段自下而上，气液相负荷至第二层第二层 板达到最大板达到最大，进入第一层板后均有明

23、显降低。，进入第一层板后均有明显降低。 结论三：结论三：塔顶第一、二层板之间气液相负荷变化规律塔顶第一、二层板之间气液相负荷变化规律 采用中段回流前后气、液相负荷分布情况采用中段回流前后气、液相负荷分布情况 仅有塔顶冷回流仅有塔顶冷回流; ; 塔顶冷回流和两个中段循环回流塔顶冷回流和两个中段循环回流。 塔板对应点有意义，连线没有实际意义。塔板对应点有意义，连线没有实际意义。 几点说明：几点说明： 1 1、讨论气液相负荷变化规律时，、讨论气液相负荷变化规律时，均以均以kmoL/h kmoL/h 为单位为单位，才有才有 上述规律。上述规律。 2 2、塔板、塔板对应的数据点有实际意义对应的数据点有实

24、际意义，点间连线无任何意义。，点间连线无任何意义。 3 3、讨论仅涉及量的变化，但流经各塔板的气相和液相的、讨论仅涉及量的变化，但流经各塔板的气相和液相的组成组成 是逐板变化的。是逐板变化的。 目的目的: :利用利用塔内剩余热量塔内剩余热量 确保确保装置热量平衡装置热量平衡 降低降低装置能耗装置能耗 提高提高能量利用水平能量利用水平 4、回流方式回流方式 循环回流量循环回流量Lc计算公式：计算公式： L tL L tL c c cc hh Q hkgL 入塔出塔 , )/( Qc -循环回流热，循环回流热，kJ/h； h h焓值，焓值，kJ/kg。 塔顶塔顶冷回流冷回流塔顶塔顶二级冷凝冷却二级

25、冷凝冷却塔顶塔顶循环回流循环回流 依不同部位，回流方式分为：依不同部位，回流方式分为： 中段中段循环回流循环回流塔底塔底循环回流循环回流（见（见CH.8） 依不同部位，回流方式分为：依不同部位，回流方式分为： 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） CH.5-3 小小 结结 原油蒸馏装置工艺流程原油蒸馏装置工艺流程 装置基本构成装置基本构成原油原油直馏产品的工艺路线直馏产品的工艺路线燃料型、润滑油型、化工型蒸馏装置的区别燃料型、润滑油型、化工型蒸馏装置的区别 常压精馏塔的工艺特点常压精馏塔的工艺特点 多侧线产品、没有提馏段的不完整精馏塔多侧线产品、没

26、有提馏段的不完整精馏塔进料要求有适量的过汽化率进料要求有适量的过汽化率 回流比由全塔热平衡决定回流比由全塔热平衡决定恒分子回流假定不适用恒分子回流假定不适用 分馏精确度的确定方法分馏精确度的确定方法相邻两馏分的恩氏蒸馏数据或相邻两馏分的恩氏蒸馏数据或TBPTBP数据数据间歇间歇重叠重叠 石油精馏塔内气液相负荷分布规律石油精馏塔内气液相负荷分布规律 推导方法推导方法关键塔板或塔段气液相负荷变化特点关键塔板或塔段气液相负荷变化特点抽出板抽出板塔顶第塔顶第1 1、2 2层板层板有中段回流有中段回流 回流方式回流方式目的意义目的意义计算方法计算方法塔顶、中段、塔底三种回流方式塔顶、中段、塔底三种回流方式