1、 原油原油 产品产品 ？ 基本途径一般为：将原油先按不同产品的沸点要求，分基本途径一般为：将原油先按不同产品的沸点要求，分割成不同的直馏馏分油，然后按照产品的质量标准要求，除割成不同的直馏馏分油，然后按照产品的质量标准要求，除去这些馏分油中的非理想组分；或者通过化学反应转化，生去这些馏分油中的非理想组分；或者通过化学反应转化，生成所需要的组分，进而得到一系列合格的石油产品。成所需要的组分，进而得到一系列合格的石油产品。 炼油厂首先必须解决原油的分割和各种石油馏分在加工炼油厂首先必须解决原油的分割和各种石油馏分在加工过程中的分离问题。蒸馏正是一种常用的最经济和最容易实过程中的分离问题。蒸馏正是一
2、种常用的最经济和最容易实现的分离手段。现的分离手段。 几乎所有炼油厂中原油的第一个加工过程就是蒸馏（俗几乎所有炼油厂中原油的第一个加工过程就是蒸馏（俗称为龙头），例如拔顶蒸馏和常减压蒸馏等。所谓原油一次称为龙头），例如拔顶蒸馏和常减压蒸馏等。所谓原油一次加工，即指原油蒸馏而言。加工，即指原油蒸馏而言。 常减压装置常减压装置蒸馏蒸馏原理原理：按其组分按其组分沸点的不同沸点的不同而达到分离的目的而达到分离的目的蒸馏操作的三种基本蒸馏操作的三种基本类型类型: :q 闪蒸闪蒸平衡汽化平衡汽化q 简单蒸馏简单蒸馏渐次汽化渐次汽化q 精馏：连续式和间歇式精馏：连续式和间歇式蒸馏和精馏的理论基础：相平衡原理
3、、相蒸馏和精馏的理论基础：相平衡原理、相律、拉乌尔定律和道尔顿分压定律。律、拉乌尔定律和道尔顿分压定律。相平衡：相平衡： 置于密闭容器中的液体，在一定温度下，蒸发和冷凝同时存在，开始时蒸发速度大于冷凝速度，随着蒸发出的分子数增加，冷凝速度相应也增大，此过程进行到最后，蒸发速度等于冷凝速度，达到动态平衡，此状态即为气-液相平衡状态。气液相平衡的气液相平衡的汽液平衡关系式的表示方法汽液平衡关系式的表示方法 汽液两相平衡组成常用相平衡常数或相对挥发 的关系式来表达。Ki 表示 i 组分的相平衡常数，其定义为iiixyK式中：式中： yi 和和 xi 分别表示分别表示 i 组分在互为平衡的汽、液两相中
4、的摩尔分数组分在互为平衡的汽、液两相中的摩尔分数。 对于易挥发组分，对于易挥发组分，Ki 1，即，即 yi xi。Ki 值越大，组分在汽、液两相中的摩尔分数相差越大，分离也越容易值越大，组分在汽、液两相中的摩尔分数相差越大，分离也越容易。 泡点和露点泡点和露点 ：q 在一定压力下，加热原油，使其温度升高到某一数值时，原油刚刚开始气化，即原油刚刚出现第一个气泡并保持相平衡状态，此时的温度，称为泡点温度，或称为平衡气化0%温度 q 继续升高温度使原油不断气化，当原油刚刚全部气化并保持相平衡时的温度，称为露点温度，也称为平衡气化100%的温度。 q 处于泡点状态时的液体是饱和液体，而处于露点状态时的
5、气体是饱和气体。 q 纯物质，在一定压力下，其泡点温度与露点温度相等，也就是它的沸点。对于混合物，混合物的泡点温度低于露点温度。 q 高于露点温度的气体为过热气体，低于其泡点温度，称为过冷液体 将液体混合物加热，使其部分气化，然后将蒸气引出冷凝为冷凝液，这样就可以使液体混合物得到分离的过程称为蒸馏。蒸馏是炼油工业中最常用和最基本的一种分离混合物的方法，也是实验室常用方法。根据所用设备和操作方法的不同，蒸馏方式可分为以下几类：1 1闪蒸闪蒸平衡气化平衡气化q 在闪蒸过程中，气、液两相有足够的时间密切接触，达到了平衡状态，则称为平衡汽化 q 气相产物中含较多的低沸点组分，液相产物中含较多的高沸点组
6、分。但所有组分都同时存在于气、液相中 闪蒸操作流程：一定组成的料闪蒸操作流程：一定组成的料液被加热后经节流阀减压进入液被加热后经节流阀减压进入闪蒸罐，液体因沸点下降变为闪蒸罐，液体因沸点下降变为过热而骤然汽化，汽化耗热使过热而骤然汽化，汽化耗热使得液体温度下降，汽、液两相得液体温度下降，汽、液两相温度趋于一致，两相组成趋于温度趋于一致，两相组成趋于平衡。由闪蒸室塔顶和塔底引平衡。由闪蒸室塔顶和塔底引出的汽、液两相即为闪蒸产品出的汽、液两相即为闪蒸产品。 闪蒸罐塔顶产品yAxA加热器原料液 塔底产品 Q减压阀 在平衡汽化过程中，汽液两相总是处于平衡状态，因此可在平衡汽化过程中，汽液两相总是处于平
7、衡状态，因此可以利用相图或相平衡关系，依据相律，求定温度、压力、以利用相图或相平衡关系，依据相律，求定温度、压力、汽相组成、液相组成及气化率等参数中的未知量。汽相组成、液相组成及气化率等参数中的未知量。q 平衡气化的逆过程称为平衡冷凝 q 平衡气化和平衡冷凝时，气相产物中含有较多低沸组分，液相产物中含有较多高沸组分，因此都能使液体混合物得到一定程度的分离 q 在平衡状态下，所有组分都同时存在于气、液两相中，而两相中的每一个组分都处于平衡状态，因此这种分离是比较粗略的 2 2简单蒸馏简单蒸馏渐次气化渐次气化 液体混合物在蒸馏釜中被加热，在一定压力下，当温度达到混合物的泡点温度时，液体开始气化，生
8、成微量蒸气。生成的蒸气当即被引出并冷凝冷却后收集起来，同时液体继续加热，继续生成蒸气并被引出。这种蒸馏方式称作简单蒸馏或微分蒸馏 q 在整个简单蒸馏过程中，所产生的一系列微量蒸气的组成是不断变化的 q 从本质上看，简单蒸馏过程是由无数次平衡汽化所组成的，是渐次气化过程 q 简单蒸馏所剩下的残液是与最后一个轻组分含量不高的微量蒸气相平衡的液相，所得的液体中的轻组分含量会低于平衡汽化所得的液体的轻组分含量 q 简单蒸馏是一种间歇过程，基本上无精馏效果，分离程度也还不高，一般只是在实验室中使用 3 3精馏精馏p 精馏可分为连续式和间歇式精馏可分为连续式和间歇式两种两种 p 汽化段、精馏段、提馏段、汽
9、化段、精馏段、提馏段、塔顶冷凝冷却设备、再沸器、塔顶冷凝冷却设备、再沸器、塔板塔板p 塔顶冷回流：轻组分浓度高、塔顶冷回流：轻组分浓度高、温度低温度低p 塔底气相回流：轻组分浓度塔底气相回流：轻组分浓度低、温度高低、温度高l由于塔顶液相回流和塔底气相回流的作用，沿精馏塔高度建立由于塔顶液相回流和塔底气相回流的作用，沿精馏塔高度建立了两个梯度：了两个梯度： (1) (1) 自塔底至塔顶逐级下降的温度梯度自塔底至塔顶逐级下降的温度梯度 ；(2) (2) 气、液相中轻组分自塔底至塔顶逐级增大的气、液相中轻组分自塔底至塔顶逐级增大的 浓度梯度。浓度梯度。 精馏塔内沿塔高的温度梯度和浓度梯度的建立及接触
10、设施精馏塔内沿塔高的温度梯度和浓度梯度的建立及接触设施的存在是精馏过程得以进行的必要条件的存在是精馏过程得以进行的必要条件 由于两个梯度的存在，在塔中每一个气、液两相的接触级中，由由于两个梯度的存在，在塔中每一个气、液两相的接触级中，由下而上的较高温度和较低轻组分浓度的气相与由上而下的较低温度和下而上的较高温度和较低轻组分浓度的气相与由上而下的较低温度和较高轻组分部的液相存在相间差别，因此气、液两相在接触前处于不较高轻组分部的液相存在相间差别，因此气、液两相在接触前处于不平衡状态，形成相间推动力，使气、液两相在接触过程中进行相间的平衡状态，形成相间推动力，使气、液两相在接触过程中进行相间的传热
11、和扩散传质，最终使气相中的轻组分和液相中的重组分分别得到传热和扩散传质，最终使气相中的轻组分和液相中的重组分分别得到提纯。经过多次气、液相逆流接触，最后在塔顶得到较纯的轻组分，提纯。经过多次气、液相逆流接触，最后在塔顶得到较纯的轻组分，在塔底得到较纯的重组分。在塔底得到较纯的重组分。 精馏的实质精馏的实质气、液两相进行连续多次的平衡汽化和平衡冷凝气、液两相进行连续多次的平衡汽化和平衡冷凝精馏的分离效果要远远优于平衡汽化和简单蒸馏。精馏的分离效果要远远优于平衡汽化和简单蒸馏。石油及石油馏分的蒸馏曲线石油及石油馏分的蒸馏曲线恩式蒸馏（恩式蒸馏（ASTM)ASTM)曲线曲线实沸点蒸馏实沸点蒸馏(BT
12、P)(BTP)曲线曲线平衡气化平衡气化(EFV)(EFV)曲线曲线馏出温度和体积之间的关系曲线馏出温度和体积之间的关系曲线 恩氏蒸馏恩氏蒸馏(ASTM)(ASTM)实沸点蒸馏实沸点蒸馏(TBP)(TBP)平衡气化平衡气化(EFV)(EFV)本质本质简单蒸馏简单蒸馏间歇精馏间歇精馏平衡气化平衡气化测定测定条件条件规格化的仪器和规格化的仪器和在规定的实验条在规定的实验条件下件下规格化蒸馏设备规格化蒸馏设备(17(17块理论板块理论板) )中和中和规定条件下规定条件下在一定压力、温度在一定压力、温度下下分离分离效果效果基本无精馏作用，基本无精馏作用，不能显示各组分不能显示各组分的沸点的沸点分离效果好
13、，可大分离效果好，可大体反映各组分沸点体反映各组分沸点的变化的变化受气液相平衡限制受气液相平衡限制, ,分离效果差分离效果差, ,仅相仅相当于一块塔板的分当于一块塔板的分离能力离能力用途用途用于计算其它物用于计算其它物性参数性参数主要用于原油评价主要用于原油评价q 三种蒸馏曲线的比较三种蒸馏曲线的比较 三种方法的分离效果是三种方法的分离效果是TBPASTMEFVTBPASTMEFVq 恩式蒸馏：反映在一定条恩式蒸馏：反映在一定条件下的汽化性能件下的汽化性能q 实沸点蒸馏：大致反映油实沸点蒸馏：大致反映油品中各组分沸点变化的连品中各组分沸点变化的连续曲线续曲线q 平衡气化：在一定条件下，平衡气化
14、：在一定条件下，可以确定在不同汽化率时可以确定在不同汽化率时的温度或某一温度下的汽的温度或某一温度下的汽化率化率 要得到相同的气化率，实要得到相同的气化率，实沸点蒸馏所需温度最高，沸点蒸馏所需温度最高，恩式蒸馏居中，平衡气化恩式蒸馏居中，平衡气化最低最低 那就是在同样气化率的前那就是在同样气化率的前提下，平衡气化所需的温提下，平衡气化所需的温度最低，这样就减轻了加度最低，这样就减轻了加热设备的负荷热设备的负荷 蒸馏曲线的相互换算蒸馏曲线的相互换算 油品蒸馏所得三种蒸馏曲线的工作量有很大差别，平衡汽化的工作量最大，恩氏蒸馏最小 三种蒸馏曲线的换算主要求助于经验方法 使用这些经验图表时必须严格注意
15、它们的适用范围及可能的误差，尽量采用实测数据 换算图表一般都是以体积分数来表示收率 1 1常压蒸馏曲线的相互换算常压蒸馏曲线的相互换算 常压恩氏蒸馏曲线和实沸点蒸馏曲线的换算常压恩氏蒸馏曲线和实沸点蒸馏曲线的换算 常压恩氏蒸馏曲线和平衡汽化曲线的换算常压恩氏蒸馏曲线和平衡汽化曲线的换算 常压实沸点蒸馏曲线与平衡汽化曲线的换算常压实沸点蒸馏曲线与平衡汽化曲线的换算 2 2减压减压1.33kPa(1.33kPa(残压残压10mmHg)10mmHg)蒸馏曲线的相互换算蒸馏曲线的相互换算 3 3减压减压1.33kPa(1.33kPa(残压残压10mmHg)10mmHg)蒸馏曲线换算为常压蒸馏曲线蒸馏曲
16、线换算为常压蒸馏曲线减压实沸点蒸馏曲线换算成常压实沸点蒸馏曲线减压实沸点蒸馏曲线换算成常压实沸点蒸馏曲线 减压减压1.33kPa(1.33kPa(残压残压10mmHg)10mmHg)恩氏蒸馏曲线换算为常压实沸点恩氏蒸馏曲线换算为常压实沸点蒸馏曲线蒸馏曲线 1.33kPa(1.33kPa(残压残压10mmHg)10mmHg)恩氏蒸馏曲线恩氏蒸馏曲线1.33kPa1.33kPa实沸点蒸实沸点蒸馏曲线见图馏曲线见图7-187-18； 1.33kPa1.33kPa实沸点蒸馏曲线换算成常压实沸点蒸馏曲线，实沸点蒸馏曲线换算成常压实沸点蒸馏曲线，用本节用本节3 3方法方法 减压减压1.33kPa(1.33
17、kPa(残压残压10mmHg)10mmHg)恩氏蒸馏曲线换算为常压恩氏蒸恩氏蒸馏曲线换算为常压恩氏蒸馏曲线馏曲线 减压减压1.33kPa(1.33kPa(残压残压10mmHg)10mmHg)恩氏蒸馏曲线换算为常压实恩氏蒸馏曲线换算为常压实沸点蒸馏曲线，见本节沸点蒸馏曲线，见本节3 3； 常压实沸点蒸馏曲线换算成常压恩氏蒸馏曲线，见本常压实沸点蒸馏曲线换算成常压恩氏蒸馏曲线，见本节节1 1 4 4常压平衡汽化曲线换算为压力下平衡汽化曲线常压平衡汽化曲线换算为压力下平衡汽化曲线 不同的压力下相同汽化百分数的各点可以连成一条直线，而且不同汽化百分数连成的各P-T线都会聚于一点(焦点) 焦点并没有实际
18、意义，只是各条P-T线的会聚点 本法只适用于临界温度以下的温度 5 5常压与减压下平衡汽化曲线的换算常压与减压下平衡汽化曲线的换算 常压平衡汽化曲线与减压平衡汽化曲线的换算以及减压下不同压力平衡汽化曲线的换算用图7-26。由图查得所需残压下平衡汽化50%的温度(或30%温度)然后假设减压下平衡汽化曲线各线段温度差不随压力而变化，从而推算出其他各点温度。误差一般不超过14 油油- -水不互溶体系的气水不互溶体系的气- -液平衡液平衡 1. P-T-e相图的用途 有了石油馏分的有了石油馏分的P-T-eP-T-e相图，便可以相图，便可以从从P P，T T，e e三者中的三者中的两者求得第三者两者求得
19、第三者：若已知若已知P P，e e，求，求T T，可直接从图中查得，可直接从图中查得T T；若已知若已知T T，e e，求，求P P，也可直接从图中查得，也可直接从图中查得P P；若已知若已知P P，T T，求，求e e，需用，需用试差法试差法； 先假设先假设e e为某一数值为某一数值ee，求得对应压力，求得对应压力P Po o，然后由，然后由P Po o、Te”Te”，若，若e= e”e= e”，则假设即为所求；否则，重新，则假设即为所求；否则，重新假设，重复此过程，直至假设与所求相同为止假设，重复此过程，直至假设与所求相同为止2. 2. 过热水蒸气存在下油的汽化过热水蒸气存在下油的汽化 水
20、蒸气的作用水蒸气的作用 降低油气分压，使油在较低的温度下气化降低油气分压，使油在较低的温度下气化 水蒸气存在下体系的压力：水蒸气存在下体系的压力：P=PP=Po o+P+Ps s 过热水蒸气，就是指在整个过程中，水蒸气都过热水蒸气，就是指在整个过程中，水蒸气都不会冷凝，在体系中，它始终以气相形式存在不会冷凝，在体系中，它始终以气相形式存在 Ps PsPs Pso o 水蒸气存在下油的汽化水蒸气存在下油的汽化 气相气相A+S油相油相A此时有：此时有：P=PP=PA A+P+Ps s根据分压定律根据分压定律：100AOAAASASPPPPPPPNN由上式可以看出：由上式可以看出： P P一定，如要
21、求一定，如要求A A的汽化量也一定，则：的汽化量也一定，则：N NS S，P PA A，汽化温度，汽化温度； P P，T T一定，则一定，则(P/ P(P/ PA A-1)-1)不变，故不变，故N NS S/ / N NA A一定，则汽化一定，则汽化A A的量越大，水蒸气的量的量越大，水蒸气的量也越大也越大 3 3、 饱和水蒸气存在下油的汽化饱和水蒸气存在下油的汽化A+SAS 当气液两相达到平衡时：当气液两相达到平衡时： P PO O=P=PO O0 0：P PS S=P=PS S0 0 体系的总压力为：体系的总压力为： P=PP=PS S+P+PO O= P= PS S0 0+ P+ PO
22、O0 0 气相中的水蒸气与油气的摩尔数之比为气相中的水蒸气与油气的摩尔数之比为：0O0SOSOSPPPPNN含水原油在换热器中被加热：含水原油在换热器中被加热： TPTPS S0 0，P PO O0 0，但，但P PS S0 0+P+PO O0 0PP不汽化不汽化 到达某点，到达某点，P PS S0 0+P+PO O0 0=P=P，油水同时汽化，油水同时汽化 但但P PO O0 0PPS S0 0+P+PO O0 0PTPPTPS S0 0+P+PO O0 0=P=P进一步汽化进一步汽化重复上述过程重复上述过程水全部汽化水全部汽化过热水蒸气存在过热水蒸气存在下油的汽化下油的汽化 油水同时开始汽
23、化点O和汽化后油的汽化分率的计算：对于油水同时开始汽化点O的确定，采用猜算法： 假设同时开始汽化的温度为t0，由t0查图表得PS0和PO0，若两者之和PS0+PO0=P，则假设之t0正确，否则再假设t0，重复进行计算，直至PS0+PO0=P对于开始汽化后，油在不同温度下的汽化分率的计算： 由tPS0PO0=P-PS0查P-T-e相图得t时的汽化率e 对于水完全汽化时的温度的求法，可由前面的方法算得 4 4、油气-水蒸气混合物的冷凝 油气、水蒸气都处于过热状态，仅是单相冷却过程； 油气是饱和状态，水蒸气是过热状态； 油气、水蒸气都处于饱和状态； 油和水同时冷凝完毕； 油和水是单相的冷却过程例例：
24、某原油含水0.4%(w)，经一组换热器换热后进入初馏塔，测得初馏塔汽化段温度为250，压力为2.0atm，请计算初馏塔汽化段原油和水的汽化率。已知已知： 1atm下原油的平衡汽化数据： 汽化%(v) 0 10 20 30 40 汽化温度， 160 230 300 350 380 原油的焦点温度为450，焦点压力为45atm； 250时水的饱和蒸气压为41atm。为简化计算，可以假设： 原油的重量汽化分率与体积汽化分率相同； 令油气的分子量为100； 原油含水0.4%可以认为是100g原油外加0.4g水，而不是油水共100g。 解：汽化段的温度为250，压力是2.0atm，而250时水的饱和蒸气
25、压PS0=41 atm，由此我们可以得到： P= PS0+ PO0=2.0atm PS2.0atm，而PS0=41 atm PS0，馏分间有间隙，间隙越大，分离精确度越高n t0H-t100L0，馏分间有重叠，重叠越大，分馏精确度越差n 通常用t5H和t95L之间的差值来表示 用ASTM(595)间隙 = t5H-t95L 表示012345678911 . 522 . 533 . 544 . 555 . 56v %0123456711 . 522 . 533 . 544 . 555 . 56v %间隙：分馏效间隙：分馏效果好果好重叠：分馏效重叠：分馏效果差果差2、分馏精确度的决定因素分馏精确度
26、的决定因素 石油馏分的分馏精确度主要由物系中组分石油馏分的分馏精确度主要由物系中组分之间的分离难易程度、回流比和塔板数决定之间的分离难易程度、回流比和塔板数决定 分馏精确度与回流比、塔板数的关系：分馏精确度与回流比、塔板数的关系：回流比和塔板数一般是凭经验估算得到的回流比和塔板数一般是凭经验估算得到的 三、石油精馏塔的汽、液相负荷分布规律三、石油精馏塔的汽、液相负荷分布规律 精馏塔内汽、液相负荷分布规律的分析工具精馏塔内汽、液相负荷分布规律的分析工具是热平衡是热平衡 选择几个有代表性的截面，做适当的隔离体选择几个有代表性的截面，做适当的隔离体系，进行热平衡计算，求出塔板上汽液相负荷系，进行热平
27、衡计算，求出塔板上汽液相负荷 1 1塔顶汽、液相负荷塔顶汽、液相负荷F、D、M、G、W：分别代表进分别代表进料、塔顶汽油、侧线煤油、柴油料、塔顶汽油、侧线煤油、柴油和塔底重油的流量，和塔底重油的流量，Kmol/hrKmol/hrtD、tM、tG、tW：分别为分别为D D、M M、G G、W W的抽出温度的抽出温度t1、t0、 tG ：分别为塔顶抽出温分别为塔顶抽出温度、塔顶回流返塔温度和进料进度、塔顶回流返塔温度和进料进塔温度塔温度L0、e：分别为塔顶回流量和进料：分别为塔顶回流量和进料汽化率汽化率h：各物流的焓值，上角各物流的焓值，上角V V代表代表气相，气相，L L代表液相。代表液相。Vt
28、SLtWLtGLtMVtDSWGMDHSHWHGHMHDQ,出VtSLtFVtFSFFHSHeFHFQ,)1 (入出入QQHHLQLtLVtL)(0010,0LtLVtLHHQQL0010,0出入SDLV012 2汽化段至汽化段至G G抽出板下方各板的抽出板下方各板的V V、L L(1)汽化段的V、L 过汽化量为0时：Ln=0 Kmol/hr VF=D+M+G+S+Ln (2)第n板上的L、V VtSVtGVtMVtDnFFFFHSHGHMHDQ,入VtSVtGVtMVtDnnnnnHSHGHMHDQ,出LtLVtLnnnnnnHHQL111,11nnLSGMDV图7-44 汽化段与精馏段隔离
29、体系图FFGF ,tFGMDSIIILn-1Lm-1m-1,tm-1m,tmn-1,tn-1n,tnSW3 3第第m m板的板的L L、V(V(侧线抽出板下侧线抽出板下) )VtSVtGVtMVtDnmFFFFHSHGHMHDQQ,入入VtSVtGVtMVtDmmmmmHSHGHMHDQ,出LtLVtLmmmmmmHHQL111,11mmLSGMDV下面分析一下下面分析一下L Lm-1m-1和和L Ln-1n-1及及V Vm m与与V Vn n的大小：的大小：沿塔由低到高温度逐渐降低，沿塔由低到高温度逐渐降低，t tm mttn nQ Q出出,m,mQQQn n分析可得：分析可得：L Lm-1
30、m-1LLn-1n-1从而有：从而有：V Vm mVVn n 4 4经过侧线抽出板时的经过侧线抽出板时的L L、V V的变化的变化mnmQQQ,1,-入入入LtGVtSVtMVtDmmmmmHGHSHMHDQ1111,1,出)(111111,1,LtGVtGVtGVtSVtMVtDmmmmmmmHHGHGHSHMHDQ出1,1 -m,1mmQQQ出入LtLVtLmmmmmmHHQL2212,12112LnLLmm21mmLSGMDV5 5塔顶第一、二层塔板之间的塔顶第一、二层塔板之间的L L、V VLtLVtLHHQL0010,10LtLVtLHHQL1121,21Q Q1 1QQ2 2 H
31、HV VL1,t2L1,t2HHV VL0,t1L0,t1 H HL LL0,t0L0,t0 H HL LL1,t1L1,t1 L L0 0LL1 1 VV1 1=D+S+L=D+S+L0 0 V V2 2=D+S+L=D+S+L1 1VV1 1VV2 2 结论：沿塔高自下而结论：沿塔高自下而上，液相负荷先缓慢增加，上，液相负荷先缓慢增加，到抽出板，由一个突增，到抽出板，由一个突增，然后再缓慢增加，到抽出然后再缓慢增加，到抽出板又突增板又突增至塔顶第二至塔顶第二块板达最大，到第一块板块板达最大，到第一块板又突然减小；而汽相负荷又突然减小；而汽相负荷一直是缓慢增加的，到第一直是缓慢增加的，到第二
32、块板达最大，到第一块二块板达最大，到第一块板又突然减小板又突然减小 6 6有中段回流时气液相负荷的变化有中段回流时气液相负荷的变化 7 7汽提段的气液相负荷变化规律汽提段的气液相负荷变化规律 在汽提段，由上而下，液相和气相的负荷越来越小；在汽提段，由上而下，液相和气相的负荷越来越小；温度有所下降温度有所下降 四、回流方式四、回流方式采用各种回流的目的p 保证精馏塔具有精馏的作用p 取走塔内剩余热量p 控制和调节塔内各点温度p 保证塔内汽液相负荷分布均匀p 保证各产品质量1 1、塔顶冷回流、塔顶冷回流p部分过冷液体从塔顶返回塔内，用于控制塔顶温度，部分过冷液体从塔顶返回塔内，用于控制塔顶温度，提
33、供塔内精馏所需回流，并从塔顶取走剩余热量；提供塔内精馏所需回流，并从塔顶取走剩余热量；p当只采用塔顶冷回流时，冷回流的取热量应等于全当只采用塔顶冷回流时，冷回流的取热量应等于全塔总剩余热量；塔总剩余热量；p当回流热量一定时，冷回流的温度越低，冷回流的当回流热量一定时，冷回流的温度越低，冷回流的流量就越低；流量就越低；p一般常压塔的汽油冷回流温度为一般常压塔的汽油冷回流温度为303040402 2塔顶油气二级冷凝冷却塔顶油气二级冷凝冷却 冷却时分两次，它首先将塔顶油气冷到基本冷凝，仅把回流部分用泵送回塔顶，而降剩下的产品部分送到下一个冷却器冷却到所需的安全温度 n 在第一级油气和水蒸气基本上被冷
34、凝冷却，这里集中了绝大部分的热负荷，由于传热温差大，即热源比冷源的温度高得多，因此传热面积不会太大 n 在第二级冷凝冷却中，仅冷却产品部分，虽然传热温差小，但其热负荷占总热负荷的比例小，所以总起来看，二级冷凝冷却所需的总传热面积要比一级冷凝冷却小 n 缺点：返回塔顶的是热回流，也就是说返回温度比一级冷凝冷却时高，因而造成内回流量增大，另外流程也更复杂 n 塔顶馏出物温度低，带出的热量很难回收利 用，但却需要很大的冷凝冷却设备（如空冷、水冷等）n 造成塔内上下汽液相负荷分布不均匀，影响了塔的处理量n 采用循环回流与塔顶回流相结合可以上述不足 上述两种回流方式都是从塔顶取走回流热量，仅用这种回流取
35、热方式的不利因素：循环回流：是从塔内某个位置抽出部分液体，经换热冷却到一定温度后再返回塔内，物流在整个过程中处于液相，只是在塔内外循环流动，借助于换热器取走部分剩余热量循环回流：循环回流：n 塔顶循环回流塔顶循环回流p 中段循环回流中段循环回流LtLtCCHHQL213塔顶循环回流塔顶循环回流主要应用于以下情况：n 塔顶回流热量大，考虑回收这部分热量，以降低装置能耗 n 塔顶馏出物中含有较多的不凝气，使搭顶冷凝冷却器的传热系数降低 n 要求尽量降低塔顶馏出线及冷却系统的流动压力降，以保证塔顶压力不致过高，或保证塔内有尽可能高的真空度 4中段循环回流优点：n 使塔内汽、液相负荷分布均匀n 可以更
36、加合理地利用回流热量 不足： n 打入冷回流，需增加换热板 n 循环回流段以上内回流减少了，塔板效率降低 n 投资高，制造工艺复杂 设计塔：可以减小塔径正在生产的塔：可以提高处理量是原油换热的主要热源n 数量： 34个侧线：采用2个循环回流 12个侧线：采用1个循环回流n 进出塔温差： 80120n 取热比例： 40%60% （占全塔回流热）五、操作条件的确定1 1操作压力操作压力(1)(1)回流罐压力回流罐压力P P 回流罐的压力至少要大于产品在该温度下的泡点压回流罐的压力至少要大于产品在该温度下的泡点压力，即力，即PPPP泡泡，一般，一般P0.1P0.10.25MPa0.25MPa 压力(
37、2)(2)塔顶压力塔顶压力q 塔顶压力在数值上等于回流罐的压力再加上塔顶流塔顶压力在数值上等于回流罐的压力再加上塔顶流出物流经管线的压降和冷凝冷却设备的压降出物流经管线的压降和冷凝冷却设备的压降 P P顶顶=P=P回流罐回流罐+P+P管线管线+P+P冷冷q 在我国，塔顶压力一般在在我国，塔顶压力一般在1.31.31.6 atm1.6 atm之间之间 (3)(3)塔内各点的压力塔内各点的压力 塔内各点的压力可以由塔顶压力和塔板压降来确定塔内各点的压力可以由塔顶压力和塔板压降来确定 2操作温度操作温度塔顶温度为塔顶油气分压下产品的露点温度 各侧线抽出板温度为侧线板油气分压下产品的泡点温度汽化段温度
38、为在汽化段油气分压下，汽化率为eF时的温度 塔底温度为在塔底油气分压下塔底产品的泡点温度 计算各点温度需综合运用热平和相平两个工具采用试差法2022-3-27炼油工艺学85先假定一个温度先假定一个温度t t热平衡热平衡求得内回流量求得内回流量例汽油例汽油 油气分压油气分压平衡汽化曲线平衡汽化曲线(EFV)(EFV)tt%1ttt？试试 差差 法法如：塔顶查该油气分如：塔顶查该油气分压汽化率压汽化率100%100%的温度的温度 塔顶温度塔顶温度 塔顶温度是塔顶产品在其油气分压下的露点温度塔顶温度是塔顶产品在其油气分压下的露点温度 在确定塔顶温度时，应同时校核水蒸气在塔顶是否在确定塔顶温度时，应同
39、时校核水蒸气在塔顶是否会冷凝会冷凝 侧线温度侧线温度 通常是按经汽提后的侧线产品在该处油气分压下的通常是按经汽提后的侧线产品在该处油气分压下的泡点温度来计算泡点温度来计算 汽化段温度汽化段温度 汽化段温度是指进料的绝热闪蒸温度汽化段温度是指进料的绝热闪蒸温度 塔底温度塔底温度 轻馏分气化所需的热量，绝大部分由液相油料本身的显热提轻馏分气化所需的热量，绝大部分由液相油料本身的显热提供，油料的温度由上而下逐板下降，塔底温度比汽化段温度供，油料的温度由上而下逐板下降，塔底温度比汽化段温度低不少低不少 原油常、减压塔的塔底温度一般比汽化段温度低原油常、减压塔的塔底温度一般比汽化段温度低5 510 10
40、 侧线汽提塔底温度侧线汽提塔底温度 当用水蒸气汽提时，汽提塔底温度比侧线抽出温度约低当用水蒸气汽提时，汽提塔底温度比侧线抽出温度约低8 81010或更低或更低 当用再沸器提馏时，温度为塔底压力下侧线产品的泡点温度，当用再沸器提馏时，温度为塔底压力下侧线产品的泡点温度，此温度可高出侧线抽出温度十几度此温度可高出侧线抽出温度十几度 3汽提蒸汽用量 汽提蒸汽一般都是用温度为汽提蒸汽一般都是用温度为400400450450的过热水蒸气的过热水蒸气 目的目的 侧线汽提：驱除低沸点组分，提高产品闪点，改善分侧线汽提：驱除低沸点组分，提高产品闪点，改善分馏精确度；馏精确度； 常压塔底汽提：降低塔底重油中常压
41、塔底汽提：降低塔底重油中35020%时，设初馏塔 q 原油乳化现象比较严重，脱盐、脱水都不充分时 q 原油的含砷量高，又要出重整原料时q 适应原油性质变化需要q 原油含硫量高 Fe+H2SFeS+H2 FeS+2HClFeCl2+H2S3 3、炼厂蒸馏装置的工艺流程、炼厂蒸馏装置的工艺流程 燃料型燃料型 燃料-润滑油型 燃料-化工型第五节第五节 原油蒸馏的换热方案原油蒸馏的换热方案 及腐蚀与防腐及腐蚀与防腐 n 原油蒸馏流程主要考虑以下四个方面的问题：原油蒸馏流程主要考虑以下四个方面的问题：p 流程方案的制定流程方案的制定p 汽化段数的确定汽化段数的确定p 回流方式的选择回流方式的选择p 换热
42、方案的选择换热方案的选择n 常减压蒸馏装置的能耗在炼厂全厂能耗中占有重常减压蒸馏装置的能耗在炼厂全厂能耗中占有重要比重，其能耗约相当于加工原油量的要比重，其能耗约相当于加工原油量的2%2% 一、最优换热方案的判断标准一、最优换热方案的判断标准n 从理论上来说，可能的换热方案几乎是无限多个，因此在从理论上来说，可能的换热方案几乎是无限多个，因此在选择换热方案时涉及到最优化的问题选择换热方案时涉及到最优化的问题 n 一个换热方案是否合理，要做全面分析。一般认为能最大一个换热方案是否合理，要做全面分析。一般认为能最大限度节约投资和操作费用的换热方案是最优的限度节约投资和操作费用的换热方案是最优的 n
43、 一个完善的换热流程应当达到以下要求：充分利用各种余一个完善的换热流程应当达到以下要求：充分利用各种余热，使原油预热温度较高而且合理；换热器的换热强度较热，使原油预热温度较高而且合理；换热器的换热强度较大，可以使用较少的换热面积就能达到换热要求；原油流大，可以使用较少的换热面积就能达到换热要求；原油流动压降较小；操作和检修可靠、方便动压降较小；操作和检修可靠、方便 二、选择换热方案的原则二、选择换热方案的原则 n尽可能选择温度高、热量大尽可能选择温度高、热量大( (即温位高即温位高) )的油品做热源的油品做热源 n注意分析各线产品的换热价值注意分析各线产品的换热价值 n所选的换热流程即能充分回
44、收余热，又能尽量节省设所选的换热流程即能充分回收余热，又能尽量节省设备投资备投资 三、如何安排换热流程三、如何安排换热流程 n 原油要先与温度低的油品换热，再与温度较原油要先与温度低的油品换热，再与温度较高的油品换热高的油品换热n 原油通过换热器的压降不要太大原油通过换热器的压降不要太大 n 高温位热源的油品要进行多次换热，以充分高温位热源的油品要进行多次换热，以充分回收热量回收热量 四、蒸馏装置的腐蚀与防腐四、蒸馏装置的腐蚀与防腐常见的腐蚀常见的腐蚀 n 高温重油部位对金属的腐蚀高温重油部位对金属的腐蚀 常见于加热炉管、转油线、蒸馏塔底及热油泵叶轮等常见于加热炉管、转油线、蒸馏塔底及热油泵叶
45、轮等部位部位 主要原因是由活性硫和环烷酸引起主要原因是由活性硫和环烷酸引起 n 低温轻油部位对金属的腐蚀低温轻油部位对金属的腐蚀 p 常见于冷凝水出现的相变区常见于冷凝水出现的相变区p 主要原因是原油中的盐水解生成盐酸，属主要原因是原油中的盐水解生成盐酸，属HCl-HHCl-H2 2O O型腐蚀型腐蚀p 若原油中既含盐又含硫，则腐蚀更为严重，若原油中既含盐又含硫，则腐蚀更为严重，属属H H2 2S-HCl-HS-HCl-H2 2O O 型腐蚀型腐蚀防腐措施防腐措施n“一脱一脱”指原油的脱盐脱水指原油的脱盐脱水n“四注四注” 原油注碱原油注碱 塔顶馏出管线注氨塔顶馏出管线注氨 塔顶馏出管线注水塔顶馏出管线注水 塔顶馏出管线注缓蚀剂塔顶馏出管线注缓蚀剂 本 章 小 结n 蒸馏装置的腐蚀与防腐蒸馏装置的腐蚀与防腐
