第六章晉梅石油蒸餾

第六章晉梅石油蒸餾第1頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三基本途徑一般為：將原油先按不同產(chǎn)品的沸點要求，分割成不同的直餾餾分油，然后按照產(chǎn)品的質(zhì)量標準要求，除去這些餾分油中的非理想組分；或者通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化，生成所需要的組分，進而得到一系列合格的石油產(chǎn)品煉油廠首先必須解決原油的分割和各種石油餾分在加工過程中的分離問題。蒸餾分離技術(shù)是石油表征和石油加工最適宜的分離方法,也是一種常用的最經(jīng)濟和最容易實現(xiàn)的分離手段

原油

產(chǎn)品？

幾乎所有煉油廠中原油的第一個加工過程就是蒸餾（俗稱為龍頭），例如拔頂蒸餾和常減壓蒸餾等。所謂原油一次加工，即指原油蒸餾而言。

第2頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三①石油體系的特殊性石油體系是一個復(fù)雜體系，不能采用常規(guī)明確組分的方法描述，但主體屬于烴類體系，各餾分之間存在著顯著的沸點差，因此在石油加工過程中，采用各種條件性的蒸餾實驗數(shù)據(jù)來表征和評價石油餾分的構(gòu)成，例如TBP，ASTMD2886等；②石油產(chǎn)品的特殊性石油產(chǎn)品并非要求純組分，而是一個餾程范圍，也采用條件性的蒸餾實驗數(shù)據(jù)和各種油品指標進行控制，如ASTMD86，D1160等。需要注意：一般石油蒸餾過程的產(chǎn)品其要求主要為一個餾程范圍，產(chǎn)品的構(gòu)成只要處于這個范圍內(nèi)并能保證其它煉油指標就屬于合格產(chǎn)品，這一點與化工產(chǎn)品略有不同，同時也使得石油蒸餾過程具有更大的靈活性；③石油蒸餾的特殊性迄今為止蒸餾是技術(shù)成熟度和應(yīng)用成熟度最高的工業(yè)分離技術(shù)，具有相對堅實的理論基礎(chǔ)和工程經(jīng)驗積累。石油蒸餾過程及原理與常規(guī)多組分蒸餾完全相同，但不同的是其構(gòu)型上經(jīng)常是多種分離過程的耦合，主要是氣液物理分離過程的解吸或吸收過程，也涉及到水蒸氣汽提過程，這使得石油蒸餾過程具有自身的特點。第3頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三蒸餾原理：從中文字面上理解，“蒸”意為加熱蒸發(fā)，“餾”意味著將加熱氣化的氣相冷凝。由于體系間相對揮發(fā)度（或沸點）的差異，蒸發(fā)的氣相和未蒸發(fā)的液相間存在著組成的差異，從而使體系實現(xiàn)了分離。在煉油過程中，蒸餾技術(shù)應(yīng)用于石油評價、產(chǎn)品表征、加工過程各個環(huán)節(jié)，操作方式也多種多樣，但從蒸餾原理和操作方式上討論，可以把它們歸納為連續(xù)操作的閃蒸（平衡蒸餾）、間歇操作的簡單（間歇）蒸餾、精餾和水蒸氣蒸餾（汽提）。第4頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三

置于密閉容器中的液體，在一定溫度下，蒸發(fā)和冷凝同時存在，開始時蒸發(fā)速度大于冷凝速度，隨著蒸發(fā)出的分子數(shù)增加，冷凝速度相應(yīng)也增大，此過程進行到最后，蒸發(fā)速度等于冷凝速度，達到動態(tài)平衡，此狀態(tài)即為氣-液相平衡狀態(tài)。氣液相平衡的特征：氣相和液相溫度相等。處于氣-液相平衡狀態(tài)的氣體和液體分別稱為飽和蒸氣和飽和液體。飽和蒸氣具有的壓力稱為飽和蒸氣壓。氣相和液相中的組成保持穩(wěn)定，每一組分在汽液相中的化學(xué)位相等，不再變化?；旌衔锔鹘M成同時存在于氣-液兩相中，每一組分都處于平衡狀態(tài)不同的外界條件，可以建立不同的相平衡狀態(tài)

對于石油餾分，在一定的溫度和壓力下，保持石油餾分氣、液兩相共存，而且氣、液兩相的相對量（汽化率）和兩相中的各組分都不再發(fā)生變化，這時該石油餾分達到了氣、液平衡狀態(tài)第5頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三泡點和露點：在一定壓力下，加熱油品，當(dāng)其溫度升高到某一數(shù)值時，油品開始氣化，油品剛剛出現(xiàn)第一個氣泡并保持相平衡狀態(tài)時的溫度，稱為泡點溫度，或稱為平衡氣化0%溫度

繼續(xù)升高溫度使油品不斷氣化，當(dāng)油品剛剛?cè)繗饣⒈３窒嗥胶鈺r的溫度，稱為露點溫度，也稱為平衡氣化100%的溫度。

處于泡點狀態(tài)時的液體是飽和液體，而處于露點狀態(tài)時的氣體是飽和氣體。純物質(zhì)，在一定壓力下，泡點溫度與露點溫度相等，也就是它的沸點。對于混合物，混合物的泡點溫度低于露點溫度。

高于露點溫度的氣體為過熱氣體，低于其泡點溫度，稱為過冷液體第6頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三1．閃蒸—平衡氣化閃蒸過程的原料條件必須要保證原料進入閃蒸罐后形成氣、液混相區(qū)。在閃蒸過程中，氣、液兩相有足夠的空間和時間密切接觸，達到了平衡狀態(tài)，則稱為平衡汽化，由于傳質(zhì)過程大部分發(fā)生在氣液接觸的瞬間（對于粘度不高的體系在90％以上），因而閃蒸過程可以近似地按相平衡來處理。氣相產(chǎn)物中含較多的低沸點組分，液相產(chǎn)物中含較多的高沸點組分。但所有組分都同時存在于氣、液相中

第7頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三平衡氣化的逆過程稱為平衡冷凝

閃蒸過程最大的分離能力為熱力學(xué)一次相平衡，因此閃蒸過程的分離效果十分有限，并且氣相中輕組分的濃度與液相中之差隨著氣相的產(chǎn)量增加而降低。閃蒸過程的核心矛盾是分離效果與產(chǎn)率間的矛盾，控制不同的加（取）熱量就可以合理地控制產(chǎn)品的組成與產(chǎn)量間的關(guān)系。第8頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三2．簡單蒸餾—漸次氣化

液體混合物在蒸餾釜中被加熱，在一定壓力下，當(dāng)溫度達到混合物的泡點溫度時，液體開始氣化，生成微量蒸氣。生成的蒸氣當(dāng)即被引出并冷凝冷卻后收集起來，同時液體繼續(xù)加熱，繼續(xù)生成蒸氣并被引出。這種蒸餾方式稱作簡單蒸餾或微分蒸餾

第9頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三在整個簡單蒸餾過程中，所產(chǎn)生的一系列微量蒸氣的組成是不斷變化的，最初得到的蒸氣含輕組分最多，隨著加熱溫度的升高，相繼形成的蒸氣中輕組分的濃度逐漸降低，而殘存液相中重組分的濃度則不斷增大。

從本質(zhì)上看，簡單蒸餾過程是由無數(shù)次平衡汽化所組成的，是漸次氣化過程

簡單蒸餾的分離精確度要高于平衡汽化簡單蒸餾是一種間歇過程，基本上無精餾效果，分離程度也還不高，多用于實驗室或小型裝置濃縮物料或粗略分割油料的一種間歇操作蒸餾方法測定油品餾程的恩氏蒸餾就可以近似看作是簡單蒸餾第10頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三恩氏蒸餾中蒸發(fā)的氣相經(jīng)過蒸餾儀器空間需要一定的時間，不能在生成的一瞬間立即被引出，而且蒸餾瓶頸壁上也有少量蒸氣會冷凝而形成回流，因此，只能把它看作是近似的簡單蒸餾。

第11頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三3．精餾精餾可分為連續(xù)式和間歇式兩種沿精餾塔高度建立了兩個梯度：自塔底至塔頂逐級下降的溫度梯度氣、液相中輕組分自塔底至塔頂逐級增大的濃度梯度

精餾塔內(nèi)沿塔高的溫度梯度和濃度梯度的建立及接觸設(shè)施的存在是精餾過程得以進行的必要條件

第12頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三在第N塊塔板上相接觸的兩相：由第N+1塊塔板上升的氣相溫度要高于從第N-1塊塔板下來的液相溫度；由第N+1塊塔板上升的氣相中的輕組分濃度要低于從第N-1塊塔板下來的液相中的輕組分濃度。氣、液兩相在接觸前處于氣液兩相不平衡狀態(tài)，形成相間推動力n第13頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三

由于兩個梯度的存在，在塔中每一個氣、液兩相的接觸級中，由下而上的較高溫度和較低輕組分濃度的氣相與由上而下的較低溫度和較高輕組分部的液相存在相間差別，因此氣、液兩相在接觸前處于不平衡狀態(tài)，形成相間推動力，使氣、液兩相在接觸過程中進行相間的傳熱和擴散傳質(zhì)，最終使氣相中的輕組分和液相中的重組分分別得到提純。經(jīng)過多次氣、液相逆流接觸，最后在塔頂?shù)玫捷^純的氣相輕組分，在塔底得到較純的液相重組分。

精餾的分離效果要遠遠優(yōu)于平衡汽化和簡單蒸餾精餾的實質(zhì)：氣、液兩相進行連續(xù)多次的平衡汽化和平衡冷凝第14頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三再沸器的操作完全符合平衡氣化的條件，具有一個理論級的分離能力；塔頂冷凝器為全凝器時，相當(dāng)于泡點操作，無分離能力，而當(dāng)塔頂冷凝器在泡、露點之間操作時，有氣相和液相兩個產(chǎn)品，符合平衡冷凝操作的條件，計入一個理論級。進料條件和產(chǎn)品要求決定了精餾塔的全塔物料平衡，從而規(guī)定了塔頂和塔底的流量和組成。為了實現(xiàn)該過程，在確定的回流條件下，精餾段和提餾段所需的理論板數(shù)是確定的，其中回流的量越大所需的總理論板數(shù)越少，反之回流的量越小所需的總理論板數(shù)越多。因此設(shè)計的回流量大小是平衡精餾塔的操作投資和設(shè)備投資對總投資影響的關(guān)鍵變量，存在著一個最優(yōu)的操作回流量。

第15頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三

在前面的內(nèi)容中涉及到了蒸餾、精餾和分餾三個專業(yè)名詞，對于其區(qū)別特作如下說明。蒸餾是指廣義的概念，強調(diào)加熱和冷凝操作的分離過程，可以是半塔，可以是全塔,可以是連續(xù)操作，也可以是間歇操作等等，可以單級，也可以是多級；精餾強調(diào)多級，泛指可獲得高純產(chǎn)品的全塔，塔底必須有冷凝器，塔頂必須有再沸器，在漢語中，大多數(shù)情況下蒸餾與精餾可以混用，而分餾主要強調(diào)蒸餾過程的產(chǎn)品為一個餾程范圍，其中也有一些工程中的習(xí)慣用法，例如氣體分餾裝置，實際上該裝置中全部由精餾塔構(gòu)成。第16頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)石油及其餾分的氣--液平衡第17頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三18第一節(jié)石油及其餾分的氣一液平衡一、氣一液相平衡及相平衡常數(shù)

當(dāng)體系中氣、液兩相呈平衡時，整個相平衡體系的溫度和壓力都是均勻的。按熱力學(xué)第二定律有：式中

——氣相和液相中組分i的化學(xué)位。

對于非理想溶液，則組分的逸度應(yīng)當(dāng)代以活度來處理相平衡關(guān)系，在氣液傳質(zhì)過程中，氣液平衡時某組分在氣相中的濃度與其在液相中濃度的比值稱為相平衡常數(shù)。

第18頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三19平衡常數(shù)k值求法有幾種:P-T-K列線圖法:P-T-K列線圖反映了相平衡常數(shù)與壓力和溫度的關(guān)系。此法求得的相平衡常數(shù)值只是溫度和壓力的函數(shù)，而與混合物的組成無關(guān)。此法只適用于氣相和液相都是理想溶液的體系。此法的精確度雖然不是很高，但是對一般工程計算是適用的，而且方法簡捷。第19頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三如果是理想溶液，則A和B是兩條互不相關(guān)的直線，不會交匯。會聚壓法對于非理想溶液，混合物的組成對相平衡常數(shù)有影響。對于這個影響，在用熱力學(xué)參數(shù)計算的方法中是借助于活度系數(shù)來進行“校正”的。還有另一種解決辦法，就是引進一個新的參數(shù)——會聚壓。在高壓條件下，實際混合物必然是非理想溶液，表現(xiàn)出與理想溶液有明顯的差別：A、B兩條曲線互相趨近，最后于K=1.0處會聚于一點。對應(yīng)于這個會聚點的壓力就稱為混合物的會聚壓或收斂壓Pcv，如果所選的溫度條件正好是混合物的臨界溫度Tc，則此時的會聚壓就等于體系的臨界壓力PC。只要溫度不高于混合物中最重組分的臨界溫度，就會出現(xiàn)會聚現(xiàn)象第20頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三21K值的內(nèi)插和外延在缺乏所需相平衡常數(shù)資料的情況下，可以考慮根據(jù)已有的數(shù)據(jù)進行內(nèi)插和外延，但應(yīng)注意限度。同樣分子特征的化合物，如同系物，在溫度和壓力一定時，它們的logK與相對分子質(zhì)量M的關(guān)系是一條直線。已知幾個同系物的K值，可以用內(nèi)插法或在不大的范圍內(nèi)外延的辦法來求取其他同類化合物的K值。在恒溫下，將logK對總壓作圖，也可得一直線，在對比壓力Pr<0.4的范圍內(nèi)，可以延長直線以估定其他壓力下的K值。在恒壓下，將logK對溫度作圖所得的曲線，可外延到對比溫度Tr=0.5處，從而得到其他溫度下的K值。第21頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三22二、石油及石油餾分的蒸餾曲線恩氏蒸餾曲線:恩氏蒸餾是一種簡單蒸餾，它是以規(guī)格化的儀器和在規(guī)定的實驗條件下進行的，故是一種提條件性的試驗方法。將餾出溫度（氣相溫度）對餾出量（體積百分率）作圖，得到恩氏蒸餾曲線。恩氏蒸餾的本質(zhì)是漸次汽化，基本上沒有精餾作用，因而不能顯示油品中各組分的實際沸點，但能反映油品在一定條件下的汽化性能，簡單易行廣泛用作反映油品汽化性能的一種規(guī)格試驗。第22頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三23實沸點蒸餾曲線:實沸點蒸餾是一種實驗室間歇蒸餾。油品的實沸點蒸餾曲線大體上反映各組分沸點變遷情況的連續(xù)曲線。第23頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三24平衡汽化曲線:在實驗室平衡汽化設(shè)備中，將油品加熱汽化，使氣液兩相在恒定的壓力和溫度下密切接觸一段足夠長的時間迅即分離，即可得到油品在該條件下的平衡汽化率。在恒壓下選擇幾個合適的溫度（至少五個）進行試驗，就可得到恒壓下平衡汽化率與溫度的關(guān)系。以汽化溫度對汽化率作圖，即可得油品的平衡汽化曲線。根據(jù)平衡汽化曲線，可以確定油品在不同汽化率時的溫度（如精餾塔進料段的溫度），泡點溫度（如精餾塔側(cè)線溫度和塔底溫度），露點溫度（精餾塔頂溫度）等。第24頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三25三種蒸餾曲線的比較:同一種油品的三種蒸餾曲線，就曲線的斜率而言，平衡汽化曲線最平緩，恩氏蒸餾曲線比較陡，而實沸點蒸餾曲線的斜率最大。這種差別正是這三種蒸餾方式分離效率的差別的反映，即實沸點蒸餾的分離精確度最高，恩氏蒸餾次之，而平衡汽化最差。這是由三種蒸餾的本質(zhì)所決定。第25頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三恩氏蒸餾(ASTM)實沸點蒸餾(TBP)平衡氣化(EFV)本質(zhì)簡單蒸餾間歇精餾平衡氣化測定條件規(guī)格化的儀器和在規(guī)定的實驗條件下規(guī)格化蒸餾設(shè)備(17塊理論板)中和規(guī)定條件下在恒壓、不同溫度（至少5個）下分離效果基本無精餾作用，不能顯示各組分的沸點分離效果好，可大體反映各組分沸點的變化受氣液相平衡限制,分離效果差,僅相當(dāng)于一塊塔板的分離能力用途反映油品的汽化性能，用于計算其它物性參數(shù)，用于產(chǎn)品質(zhì)量等主要用于原油評價，反映石油組成的特征化可以確定在不同汽化率的溫度或某溫度的汽化率第26頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三

三種蒸餾曲線的比較三種方法的分離效果是TBP>ASTM>EFV恩式蒸餾：反映在一定條件下的汽化性能，是油品最基本的物性數(shù)據(jù)之一實沸點蒸餾：大致反映油品中各組分沸點變化的連續(xù)曲線平衡氣化：在一定條件下，可以確定在不同汽化率時的溫度或某一溫度下的汽化率TBP曲線EFV曲線ASTM曲線第27頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三要得到相同的氣化率，實沸點蒸餾所需溫度最高，恩式蒸餾居中，平衡氣化最低那就是在同樣氣化率的前提下，平衡氣化所需的溫度最低，這樣就減輕了加熱設(shè)備的負荷TBP曲線ASTM曲線EFV曲線第28頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三二、各種蒸餾曲線的相互換算油品蒸餾所得三種蒸餾曲線的工作量有很大差別，平衡汽化的工作量最大，恩氏蒸餾最小由于各種蒸餾曲線都是特定實驗條件下測試的結(jié)果和特殊的石油體系性質(zhì)，各種蒸餾曲線的換算不可能采用理論方法進行表征，普遍都采用經(jīng)驗和圖表的方法。

使用這些經(jīng)驗圖表時必須嚴格注意它們的適用范圍及可能的誤差，盡量采用實測數(shù)據(jù)

但在工藝過程的設(shè)計計算中常常會遇到平衡汽化的問題，例如：計算加熱爐爐管和轉(zhuǎn)油線中的汽化率，精餾塔的進料段溫度和側(cè)線抽出溫度的確定等，還會遇到不同壓力或減壓下的平衡汽化問題，這方面數(shù)據(jù)則更缺乏第29頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三各種蒸餾曲線的相互換算:1．常壓蒸餾曲線之間的相互換算2．減壓1.33kPa(殘壓10mmHg)蒸餾曲線之間的相互換算3．減壓1.33kPa(殘壓10mmHg)蒸餾曲線任何換算為常壓蒸餾曲線4．常壓平衡汽化曲線如何換算為不同壓力下平衡汽化曲線5．常壓與減壓下平衡汽化曲線之間的換算第30頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三1．常壓蒸餾曲線的相互換算(1)

常壓恩氏蒸餾曲線和實沸點蒸餾曲線的換算

適用范圍:K=11.8沸點低于427℃第31頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三第32頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三這種換算可利用圖7-12和圖7-13。適用于K=11.8，沸點低于427℃。計算溫度與實驗值相差約5.5℃。方法：圖7-12將一種蒸餾曲線的50%點溫度換算為另一種曲線的50%點溫度，再將該蒸餾曲線劃分為若干段(如0～10%、10～30%、50～70%、70～90%、90～100%)，用圖7-13將這些溫度段的溫差換算為另一種蒸餾曲線的各段溫差。最后以換算得的50%點為基點，向兩頭推算得曲線的其他溫度點。當(dāng)恩氏蒸餾數(shù)據(jù)不全時，可借助于圖7-14的坐標紙來補足所缺數(shù)據(jù)。該圖橫坐標為正態(tài)概率坐標，縱坐標為算術(shù)坐標。對于不太寬的餾分，繪出的恩氏蒸餾曲線十分接近于直線。商用軟件：式6-6第33頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三（2）常壓恩氏蒸餾曲線和平衡汽化曲線的換算這類換算可借助于圖6-10和圖6-11進行，適用范圍K=11.8，沸點低于427℃。計算值與實驗值之間的偏差在8.3℃以內(nèi)。使用方法與（1）相似，只是在換算50%點時要用到恩氏蒸餾曲線10～70%的斜率。第34頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三第35頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三

（3）常壓實沸點蒸餾曲線與平衡汽化曲線的換算

參考線是指通過實沸點蒸餾曲線或平衡汽化曲線10%點與70%點的直線第36頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三第37頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三換算步驟：計算實沸點蒸餾曲線的參考線斜率及各點溫度；計算平衡汽化參考線的斜率及各點溫度；計算實沸點蒸餾曲線的參考斜率及各點溫度溫差⊿Fi%；由比值和⊿Fi%求平衡汽化曲線各點和其參考線相應(yīng)各點的溫差⊿Ti%求平衡汽化曲線各點溫度，等于平衡汽化參考線相應(yīng)各點的溫度加上溫差⊿Ti%。建議：通過參考線換算的方法比較麻煩，而且偏差較大。建議盡量從恩氏蒸餾數(shù)據(jù)換算平衡汽化曲線更好第38頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三39（2）減壓1.33kPa（殘壓10mmHg）蒸餾曲線的互換殘壓1.33kPa（10mmHg）的各種蒸餾曲線的互相換算可以采用經(jīng)驗圖表：（3）減壓1.33kPa（殘壓10mmHg）蒸餾曲線換算為常壓蒸餾曲線（4）常壓平衡汽化曲線換算為壓力下平衡汽化曲線（5）常壓與減壓平衡汽化曲線的換算第39頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三關(guān)于各種蒸餾曲線換算需注意幾點:所以換算方法和圖表都是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)歸納得到，是經(jīng)驗性；使用時必須注意這些圖表和方法的適用范圍和可能帶來的誤差；經(jīng)驗圖表的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)大都來源于外國原油，有時會遇到不能反映我國某些原油性質(zhì)特點的情況；換算圖表一般都是以體積分數(shù)來表示收率在進行工藝計算時，應(yīng)力求采用實際的實驗數(shù)據(jù)，特別是對工藝計算全局有重要影響之處更應(yīng)如此。第40頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三41三、復(fù)雜體系汽—液平衡的“假多元組分”處理方法

假多元系法：把石油或石油餾分按沸程分為一系列窄餾分，每個窄餾分都被看作一個組分，稱為假組分或虛擬組分，同時以窄組分的平均沸點、密度、平均相對分子質(zhì)量等表征各假組分的性質(zhì)。這樣，石油餾分這一復(fù)雜混合物就可以看成是由一定數(shù)量假組分構(gòu)成的假多元系混合物，然后按多元系氣液平衡的處理方法進行計算。這種處理方法稱為假組分法或假多元系法。第41頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三42四、油一水不互溶體系的氣一液平衡

水在油中的溶解度很微小，一般情況下都把水和油的混合物看作是不互溶體系。至于氣相，則任何氣體都能均勻混合。因此，所謂不互溶只是指液相而言。在石油蒸餾塔中，常常吹入一定量的過熱水蒸氣以降低油氣分壓而幫助它汽化；塔頂?shù)臍庀囵s出物往往在水蒸氣的存在下冷凝冷卻等等。這些情況可歸納成三種類型，即：過熱水蒸氣存在下油的汽化；飽和水蒸氣存在下油的汽化；油氣—水蒸氣混合物的冷凝。第42頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三1、過熱水蒸氣存在下油的汽化①水蒸氣的作用過熱水蒸氣，就是指在整個過程中，體系的操作溫度始終高于水蒸氣分壓下水的沸點，水蒸氣一直處于過熱狀態(tài)，不會冷凝，在體系中，它始終以氣相形式存在過熱水蒸氣存在下時體系的壓力：P=Poo+Ps

降低油氣分壓，使油在較低的溫度下氣化第43頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三②水蒸氣存在下純物質(zhì)或油的汽化

由上式可以看出：P一定，如要求A的汽化量也一定，則：如果增加汽提水蒸氣的量(NS)，則NS/NA增加，PA°降低，汽化溫度下降，即可以在更低的溫度下汽化相同數(shù)量的NAP，T一定，則(P/PA°-1)不變，故NS/NA一定，則汽化A的量越大，水蒸氣的量也越大

如果體系中的物料不是純物質(zhì)而是石油餾分，上述的基本原理仍然適用

第44頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三對石油餾分—過熱水蒸氣體系：

其中，油的飽和蒸氣壓PO0在一定溫度下不是一個常數(shù)，它還與氣化率e有關(guān)，即PO0是T和e的函數(shù)。當(dāng)T一定時，PO0隨著e的增大（油變重）而降低。換言之，當(dāng)T一定時，NS／NO不是一個常數(shù)，而是隨著e的增大而增大。即隨著e的增大，氣化每一摩爾油所需的水蒸氣的物質(zhì)的量要增加。這需要依據(jù)石油餾分的P－T－e相圖才能作定量的計算。

第45頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三圖6-31石油餾分蒸氣壓與氣化率的關(guān)系第46頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三圖6-31是某石油餾分的P－T－e相圖。當(dāng)溫度為t1、氣化率為10％時，油品的飽和蒸氣壓是PO,10。若PO,10正好等于總壓P，則不需要水蒸氣的幫助，該油品在t1下就可以氣化10％。若PO,10

<p，就需要借助于水蒸氣，此時每氣化1摩爾油品所需過熱水蒸氣的物質(zhì)的量為，第47頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三如果溫度t1不變，要求氣化率為30％，則

式中PO,20為溫度t1下，氣化率為30%時油品的飽和蒸氣壓，顯然PO,20<PO,10，故第48頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三2.飽和水蒸氣存在下油的汽化當(dāng)氣液兩相達到平衡時：

PO=PO0：PS=PS0體系的總壓力為：

P=PS+PO=PS0+PO0氣相中的水蒸氣與油氣的摩爾數(shù)之比為：此式與過熱水蒸氣存在下的式的不同之處在于Ns／No還受制于水的飽和蒸氣壓。第49頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三含水原油在換熱器中被加熱汽化為例：T↗→PS0↗，PO0↗，但PS0+PO0<P→不汽化

到達某點To，PS0+PO0=P，油水同時汽化

隨汽化量增加，但如果溫度不變，則PO0↙→PS0+PO0<P→T↗→PS0+PO0=P→進一步汽化→重復(fù)上述過程→水全部汽化→過熱水蒸氣存在下油的汽化第50頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三3.油氣-水蒸氣混合物的冷凝①油氣、水蒸氣都處于過熱狀態(tài)，僅是單相冷卻過程；②油氣是飽和狀態(tài)，水蒸氣是過熱狀態(tài)；③油氣、水蒸氣都處于飽和狀態(tài)；④油和水同時冷凝完畢；⑤油和水是單相的冷卻過程第51頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)原油精餾塔第52頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三一、常減壓蒸餾工藝流程第53頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三第54頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三減壓渣油VR常壓渣油，AR280℃370℃400℃減壓渣油（VR）的加工方案和用途：生產(chǎn)瀝青生產(chǎn)殘渣潤滑油（溶劑脫瀝青）催化裂化原料焦化原料減粘裂化生產(chǎn)燃料油鍋爐燃料制氫原料拔頭原油第55頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三1、原油預(yù)處理

(1)原油預(yù)處理目的

原油含鹽含水對原油儲運、加工、產(chǎn)品質(zhì)量及設(shè)備等均造成很大危害，主要為：

增加儲運、加工設(shè)備（如油罐、油罐車或輸油管線、機泵、蒸餾塔、加熱爐、冷換設(shè)備等）的負荷，增加動力、熱能和冷卻水等的消耗。例如一座年處理量為250萬噸的常減壓蒸餾裝置，如果原油含水量增加1%，熱能耗將增加約7000MJ/h。影響常減壓蒸餾的正常操作。含水過多的原油，水分氣化，氣相體積大增，造成蒸餾塔內(nèi)壓降增加，氣速過大，易引起沖塔等操作事故。第56頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三原油中的鹽類，隨著水分蒸發(fā)，鹽分在換熱器和加熱爐管壁上形成鹽垢，降低傳熱效率，增大流動阻力，嚴重時導(dǎo)至堵塞管路，燒穿管壁、造成事故。腐蝕設(shè)備，縮短開工周期。CaCl2和MgCl2能水解生成具有強腐蝕性的HCl，特別是在低溫設(shè)備部分存在水分時，形成鹽酸，腐蝕更為嚴重。鹽類中的金屬進入重餾分油或渣油中，毒害催化劑、影響二次加工原料質(zhì)量及產(chǎn)品質(zhì)量。要求：含水量達到0.1%～0.2%。含鹽量<5mg/l第57頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三(2)原油脫鹽脫水的基本原理

原油中的鹽大部分溶于水中，所以脫水的同時，鹽也被脫除。常用的脫鹽脫水過程是向原油中注入部分含氯低的新鮮水，以溶解原油中的結(jié)晶鹽類，并稀釋原有鹽水，形成新的乳狀液，然后在一定溫度、壓力和破乳劑及高壓電場作用下，使微小的水滴，聚集成較大水滴，因密度差別，借助重力水滴從油中沉降、分離，達到脫鹽脫水的目的，稱為電化學(xué)脫鹽脫水，簡稱電脫鹽過程。第58頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三目的是溶解原油中的結(jié)晶鹽類和增大原油中含水量，以增加水滴的偶極聚結(jié)力。通常注水量一級為原油的5%～6%，二級為2%～3%。第59頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三60“一脫四注”“一脫”原油中含有鹽類，與水發(fā)生水解反應(yīng)生成鹽酸，有腐蝕性。煉油廠采用電脫鹽的方法，鹽類溶解在水中，脫鹽和脫水是同時進行的。第60頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三61“四注”注氨中和鹽酸和硫化氫，增強緩蝕劑的作用。注緩蝕劑使金屬不被腐蝕注水增加水滴的密度使使水滴更易聚結(jié)，溶解溶解懸浮在油中的鹽。注堿把油中的鹽轉(zhuǎn)化為不易水解的氯化鈉。第61頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三3、原油加工方案中設(shè)初餾塔的情況

原油中輕餾分多，一般輕餾分>20%時，設(shè)初餾塔原油乳化現(xiàn)象比較嚴重，脫鹽、脫水都不充分時原油的含砷量高，又要出重整原料時適應(yīng)原油性質(zhì)變化需要原油含硫量高

Fe+H2S→FeS+H2FeS+2HCl→FeCl2+H2S第62頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三原油加工方案中設(shè)初餾塔的主要作用降低加熱爐和常壓塔的負荷，有利于提高裝置的處理量降低原油換熱系統(tǒng)的操作壓力，從而節(jié)約裝置能耗和操作費用保證常壓塔的操作平穩(wěn)，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量減輕常壓塔頂?shù)摹s出管線和冷凝冷卻設(shè)備的腐蝕第63頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三4、煉廠蒸餾裝置的工藝流程方案①燃料型特點：常壓塔前一般設(shè)置初餾塔或閃蒸塔；常壓塔設(shè)3～4個側(cè)線，連同塔頂產(chǎn)品，生產(chǎn)汽油、溶劑油、煤油或噴氣燃料、輕柴油和重柴油等產(chǎn)品或調(diào)和組分；為了調(diào)整各側(cè)線產(chǎn)品的閃點和餾程范圍，各側(cè)線均設(shè)汽提塔；減壓塔側(cè)線出催化裂化或加氫裂化原料，餾分簡單，要求不高，一般設(shè)2～3個側(cè)線；減壓塔側(cè)線不設(shè)汽提塔；對減壓塔的操作應(yīng)以提高拔出率為主初餾塔和閃蒸塔的區(qū)別：初餾塔頂出產(chǎn)品，而閃蒸塔不出；初餾塔頂有冷凝冷卻設(shè)備，閃蒸塔沒有；閃蒸塔頂油氣進入常壓塔中部。第64頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三②燃料-潤滑油型減壓系統(tǒng)比燃料型復(fù)雜，一般設(shè)4～5個側(cè)線；為了調(diào)整減壓塔各側(cè)線產(chǎn)品的閃點、黏度和餾程范圍，各側(cè)線均設(shè)汽提塔，以滿足生產(chǎn)潤滑油的要求；減壓爐要嚴格控制加熱溫度，爐內(nèi)最高不大于395℃；減壓塔內(nèi)和減壓爐管內(nèi)均需注入水蒸氣，目的是改善爐管內(nèi)油流型式，避免局部過熱和降低油品在爐管內(nèi)的停留時間，降低減壓塔內(nèi)油氣分壓；減壓塔的進料段與最低側(cè)線抽出口之間，設(shè)洗滌段，改善潤滑油的質(zhì)量第65頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三③燃料-化工型特點：常壓塔前一般只設(shè)置閃蒸塔，閃蒸塔油氣進入常壓塔中部；常壓塔產(chǎn)品作為裂解原料，分離要求不高，因此塔板數(shù)可以減少；常壓塔側(cè)線一般設(shè)2～3個側(cè)線，不設(shè)汽提塔；減壓塔與燃料型相同第66頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三二、原油常壓精餾塔的工藝特征1．原料和產(chǎn)品都是復(fù)雜的混合物不能采用單組分的百分數(shù)表示進料組成和控制產(chǎn)品質(zhì)量，而只能控制餾程、抽出溫度等產(chǎn)品都滿足一定的質(zhì)量指標，但不能像二元或多元精餾塔一樣得到較純的化合物2.進塔原料一次汽化過程

石油常壓塔和減壓塔都采用了無再沸器和無提餾段的加熱爐加熱一次氣化工藝，相當(dāng)于原料從精餾塔塔底進入，因此常壓塔和減壓塔都是一個僅有精餾段及塔頂冷凝系統(tǒng)的不完整精餾塔。

第67頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三3．石油精餾塔是復(fù)合塔和不完全塔第68頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三69復(fù)合塔原油通過常壓蒸餾切割成汽油、煤油、輕柴、重柴和重油等四五種產(chǎn)品。在石油精餾中，各產(chǎn)品本身是一種復(fù)雜混合物，產(chǎn)品的分離精度并不要求很高，若采用多塔串聯(lián)，太不經(jīng)濟。實際上把幾個簡單精餾塔重疊起來，它的精餾段相當(dāng)于原來四個簡單塔的四個精餾段的組合，而其下段則相當(dāng)于第一個塔的提餾段，這樣的塔稱為復(fù)合塔或復(fù)雜塔。第69頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三70汽提塔和汽提段在復(fù)合塔內(nèi)，在汽油、煤油、柴油等產(chǎn)品之間只有精餾段而沒有提餾段，側(cè)線產(chǎn)品中必然含有相當(dāng)數(shù)量的輕餾分，這樣不僅影響側(cè)線產(chǎn)品的質(zhì)量（如輕柴油的閃點等），而且降低了較輕餾分的產(chǎn)率。在常壓塔的外側(cè)，為側(cè)線產(chǎn)品設(shè)汽提塔，在汽提塔低部吹入少量過熱水蒸氣以降低側(cè)線產(chǎn)品的油氣分壓，使混入產(chǎn)品中的較輕餾分汽化而返回常壓塔。這種汽提塔和精餾塔的提餾段在本質(zhì)上是不同的。第70頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三汽提蒸汽的作用

由塔底通入少量的過熱水蒸氣，以降低油氣分壓，有利于輕組分的汽化；側(cè)線汽提的目的是使混入產(chǎn)品中的較輕組分汽化再返回常壓塔，即保證了塔頂輕質(zhì)產(chǎn)品的收率，又保證了側(cè)線產(chǎn)品的質(zhì)量

第71頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三側(cè)線采用再沸器的原因：側(cè)線油品汽提時，產(chǎn)品中會溶解微量水分，影響產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是要求低凝點低結(jié)晶點的產(chǎn)品，如航煤等汽提水蒸氣的質(zhì)量分數(shù)雖?。?%～3%），但體積流量大使塔內(nèi)汽相負荷增加水蒸氣的冷凝潛熱很大，采用再沸器可以降低塔頂冷凝冷卻器的負荷采用再沸器提餾有利于減少蒸餾裝置的含油污水量第72頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三734.全塔熱平衡常壓塔塔底不設(shè)再沸器，熱量來源幾乎完全靠原油本身帶入，全塔熱平衡引出的結(jié)果如下：常壓塔進料應(yīng)有適當(dāng)?shù)倪^汽化率常壓塔的回流比是由全塔熱平衡決定的，變化的余地不大。

多元系精餾與原油精餾不同：多元系精餾的回流比是由分離精確度要求決定，全塔熱平衡是通過調(diào)節(jié)再沸器負荷來達到。常壓塔產(chǎn)品要求的分離精確度不高，只要塔板數(shù)選擇適當(dāng)，在一般情況下，由全塔熱平衡所確定的回流比已完全能滿足精餾的要求操作中，如回流比過大，則必然會引起塔的各點溫度下降，餾出產(chǎn)品變輕，拔出率降低。第73頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三74恒分子流的假定完全不適用石油是復(fù)雜的混合物，各組分之間的性質(zhì)有很大差別，它們的摩爾汽化潛熱相差很遠，沸點之間的差別甚至可相差幾百度，如常壓塔塔頂和塔底之間溫差可達250℃左右。顯然，以精餾塔上下溫差不大、塔內(nèi)各組分的摩爾汽化潛熱相近為基礎(chǔ)所作出的恒摩爾流假設(shè)對常壓塔完全不適用。第74頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三5．常壓塔的進料汽化率至少應(yīng)等于塔頂產(chǎn)品和側(cè)線產(chǎn)品產(chǎn)率之和，原油進塔要有適量的過汽化度

定義：過汽化量占進料的百分數(shù)稱為過汽化度目的：使進料段上最低一個側(cè)線下幾層塔板上有足夠的液相回流以保證最低側(cè)線產(chǎn)品的質(zhì)量

過汽化度一般為2～4%第75頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三7.常壓塔中，進料段溫度最高，塔頂最低6．熱量基本上全靠進料帶入，回流比是由全塔熱平衡決定的，調(diào)節(jié)余地很小8．沿塔高自下而上，液相負荷先緩慢增加，到抽出板，有一個突增，然后再緩慢增加，到抽出板又突增……至塔頂?shù)诙K板達最大，到第一塊板又突然減??；而汽相負荷一直是緩慢增加的，到第二塊板達最大，到第一塊板又突然減小第76頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三側(cè)線抽出第一、二板之間第77頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三三、分餾精確度的表示方法1．分餾精確度的表示方法

對于二元或多元系：

用組成來表示（A或B組分的含量表示）對于石油餾分分餾精確度的表示方法：用ASTM(0～100)間隙=t0H-t100L表示

t0H-t100L>0，餾分間有間隙，間隙越大，分離精確度越高t0H-t100L<0，餾分間有重疊，重疊越大，分餾精確度越差通常用t5H和t95L之間的差值來表示

用ASTM(5～95)間隙=t5H-t95L表示用餾分組成或蒸餾曲線的相互關(guān)系第78頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三間隙：分餾效果好重疊：分餾效果差第79頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三曲線2和3：t0H=t100L=tf表示分餾精確度好，達到理想分離效果曲線4和5：t0H<t100L（t0H<tf，t100L>tf)出現(xiàn)重疊，表示分餾精確度較差曲線6和7：t0H=t0L，t100L=t100H表示分餾精確度最差，相當(dāng)于平衡汽化第80頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三餾分恩氏蒸餾（5～95）間隙，℃輕汽油與重汽油（溶劑油）11～16.5汽油與煤油或輕柴油14～28煤油或輕柴油與重柴油0～5.5重柴油與常壓蠟油0～5.5常壓餾分分餾精確度推薦值第81頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三1－<150℃餾分；2－150～205℃餾分；3－205～302℃餾分；4－302～370℃餾分；5－370～413℃餾分圖常壓餾分實沸點蒸餾重疊與恩氏蒸餾間隙關(guān)系圖第82頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三2.分餾精確度與回流比、塔板數(shù)的關(guān)系(1)分餾精確度的決定因素石油餾分的分餾精確度主要由物系中組分之間的分離難易程度、回流比和塔板數(shù)決定分餾精確度與回流比、塔板數(shù)的關(guān)系回流比和塔板數(shù)一般是憑經(jīng)驗估算得到的第83頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三被分離的餾分推薦板數(shù)輕汽油與重汽油（溶劑油）6～8汽油與煤油或輕柴油6～8煤油或輕柴油與重柴油4～6進料與最低側(cè)線3～6*被分離的餾分D廠N廠S廠輕汽油與重汽油（溶劑油）8109汽油與輕柴油996輕柴油與重柴油746進料與最低側(cè)線443第84頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三

3、

TBP切割點與產(chǎn)品收率

由已知各產(chǎn)品所要求的恩氏蒸餾數(shù)據(jù)，要求確定實沸點切割點和產(chǎn)品收率。

將產(chǎn)品的恩氏蒸餾初餾點和終餾點換算為實沸點蒸餾的初餾點和終餾點。

取切割溫度（t0H+t100L）/2

方法a:蒸餾曲線換算確定

b:在原油的實沸點曲線上即可查得相應(yīng)的產(chǎn)品收率。第85頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三864.石油蒸餾過程蒸餾塔的板效率范圍

不同塔段有不同的操作特點和特征，板效率不同；參考板效率的范圍，見表6-12第86頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三四、石油精餾塔的汽、液相負荷分布規(guī)律

精餾塔內(nèi)汽、液相負荷分布規(guī)律是設(shè)計塔徑和塔板水力學(xué)計算的依據(jù)，對石油精餾塔來說恒摩爾（分子）回流的假定不成立，這就需要對石油精餾塔內(nèi)汽、液相負荷分布規(guī)律進行分析。分析工具是熱平衡選擇幾個有代表性的截面，做適當(dāng)?shù)母綦x體系，進行熱平衡計算，求出塔板上汽液相負荷

第87頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三F、D、M、G、W、S：分別代表進料、塔頂汽油、側(cè)線煤油、柴油、塔底重油和汽提蒸汽的流量，Kmol/hrtD、tM、tG、tW：分別為D、M、G、W的抽出溫度t1、t0、tF、ts：分別為塔頂抽出溫度、塔頂回流返塔溫度、進料進塔溫度和過熱蒸汽進塔溫度L0、e：分別為塔頂回流量(Kmol/hr)和進料汽化率h：各物流的焓值，上角V代表氣相，L代表液相(KJ/Kmol)。第88頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三1．塔頂汽、液相負荷e第89頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三2．汽化段至G抽出板下方各板的V、L(1)汽化段的V、L過汽化量為0時：Ln=0Kmol/hrVF=D+M+G+S+Ln

(2)第n板上的L、V

第90頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三圖7-44汽化段與精餾段隔離體系圖FFGF,tFGMDSIIILn-1Lm-1m-1,tm-1m,tmn-1,tn-1n,tnSWⅢ第91頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三3．第m板的L、V(側(cè)線抽出板下)下面分析一下Lm-1和Ln-1及Vm與Vn的大?。骸哐厮傻偷礁邷囟戎饾u降低，∴tm<tn∴Q出,m<Q出,n又∵Q入,m=Q入,n∴Qm>Qn分析可得：Lm-1>Ln-1從而有：Vm>Vn

第92頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三4．經(jīng)過側(cè)線抽出板時的L、V的變化-第93頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三5．塔頂?shù)谝?、二層塔板之間的L、VQ1≈Q2

HVL1,t2≈HVL0,t1

HLL0,t0<HLL1,t1

L0<L1

∵V1=D+S+L0

V2=D+S+L1∴V1<V2

第94頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三

結(jié)論：沿塔高自下而上，液相負荷先緩慢增加，到抽出板，由一個突增，然后再緩慢增加，到抽出板又突增……至塔頂?shù)诙K板達最大，到第一塊板又突然減??；而汽相負荷一直是緩慢增加的，到第二塊板達最大，到第一塊板又突然減小第95頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三6．有中段回流時氣液相負荷的變化

7．汽提段的氣液相負荷變化規(guī)律

在汽提段，由上而下，液相和氣相的負荷越來越??；溫度有所下降

第96頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三97精餾塔內(nèi)的氣、液相負荷分布規(guī)律可歸納如下(不考慮汽提水蒸氣)：原油進入汽化段后，其氣相部分進入精餾段。自下而上，由于溫度逐板下降引起液相回流量(kmol／h)逐漸增大，因而氣相負荷(kmol／h)也不斷增大。到塔頂?shù)谝?、二層塔板之間，氣相負荷達到最大值。經(jīng)過第一板后，氣相負荷顯著減小。從塔頂送入的冷回流，經(jīng)第一板后變成了熱回流(即處于飽和狀態(tài))，液相回流量有較大幅度的增加，達到最大值。在這以后自上而下，液相回流量逐板減小。每經(jīng)過一層側(cè)線抽出板，液相負荷均有突然的下降，其減少的量相當(dāng)于側(cè)線抽出量。到了汽化段，如果進料沒有過汽化量，則從精餾段末—層塔板流向汽化段的液相回流量等于零。通常原油入精餾塔時都有一定的過汽化度，則在汽化段會有少量液相回流，其數(shù)量與過汽化量相等。第97頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三98進料的液相部分向下流入汽提段。如果進料有過汽化度，則相當(dāng)于過汽化量的液相回流也一齊流入汽提段。由塔底吹入水蒸氣，自下而上地與下流的液相接觸，通過降低油汽分壓的作用，使液相中所攜帶的輕質(zhì)油料汽化。在汽提段，由上而下，液相和氣相負荷愈來愈小，其變化大小視流入的液相攜帶的輕組分的多寡而定。輕質(zhì)油料汽化所需的潛熱主要靠液相本身來提供，因此液體向下流動時溫度逐板有所下降。第98頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三五、回流方式采用各種回流的目的

保證精餾塔具有精餾的作用

取走塔內(nèi)剩余熱量控制和調(diào)節(jié)塔內(nèi)各點溫度保證塔內(nèi)汽液相負荷分布均勻保證各產(chǎn)品質(zhì)量第99頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三1、塔頂冷回流部分過冷液體從塔頂返回塔內(nèi)，用于控制塔頂溫度，控制產(chǎn)品質(zhì)量，提供塔內(nèi)精餾所需回流，并從塔頂取走剩余熱量；當(dāng)只采用塔頂冷回流時，冷回流的取熱量應(yīng)等于全塔總剩余熱量；當(dāng)回流熱量一定時，冷回流的溫度越低，冷回流的流量就越低；一般常壓塔的汽油冷回流溫度為30～40℃第100頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三2．塔頂油氣二級冷凝冷卻

冷卻時分兩次，它首先將塔頂油氣冷到基本冷凝，將回流部分用泵送回塔頂，把剩下的產(chǎn)品部分送到下一個冷卻器冷卻到所需的安全溫度

第101頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三在第一級油氣和水蒸氣基本上被冷凝冷卻，這里集中了絕大部分的熱負荷，由于傳熱溫差大，即熱源比冷源的溫度高得多，因此單位傳熱負荷的傳熱面積可以減少；

在第二級冷凝冷卻中，僅冷卻產(chǎn)品部分，雖然傳熱溫差小，但其熱負荷占總熱負荷的比例小，所以總起來看，二級冷凝冷卻所需的總傳熱面積要比一級冷凝冷卻??；缺點：返回塔頂?shù)氖菬峄亓鳎簿褪钦f返回溫度比一級冷凝冷卻時高，因而造成內(nèi)回流量增大，另外流程也更復(fù)雜第102頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三塔頂餾出物溫度低，帶出的熱量很難回收利用，但卻需要很大的冷凝冷卻設(shè)備（如空冷、水冷等）造成塔內(nèi)上下汽液相負荷分布不均勻，影響塔的處理量

上述兩種回流方式都是從塔頂取走回流熱量，僅用這種回流取熱方式的不利因素：循環(huán)回流：是從塔內(nèi)某個位置抽出部分液體，經(jīng)換熱冷卻到一定溫度后再返回塔內(nèi)，物流在整個過程中處于液相，只是在塔內(nèi)外循環(huán)流動，借助于換熱器取走部分剩余熱量第103頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三循環(huán)回流：塔頂循環(huán)回流中段循環(huán)回流第104頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三第105頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三3．塔頂循環(huán)回流塔頂循環(huán)回流主要應(yīng)用于以下情況：塔頂回流熱量大，考慮回收這部分熱量，以降低裝置能耗塔頂餾出物中含有較多的不凝氣，使搭頂冷凝冷卻器的傳熱系數(shù)降低要求盡量降低塔頂餾出線及冷卻系統(tǒng)的流動壓力降，以保證塔頂壓力不致過高，或保證塔內(nèi)有盡可能高的真空度第106頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三4．中段循環(huán)回流優(yōu)點：使塔內(nèi)汽、液相負荷分布均勻可以更加合理地利用回流熱量不足：打入冷回流，需增加換熱板循環(huán)回流段以上內(nèi)回流減少了，塔板效率降低投資高，制造工藝復(fù)雜設(shè)計塔：可以減小塔徑正在生產(chǎn)的塔：可以提高處理量是原油換熱的主要熱源第107頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三

數(shù)量：

3～4個側(cè)線：采用2個循環(huán)回流

1～2個側(cè)線：采用1個循環(huán)回流進出塔溫差：

80℃～120℃取熱比例：(占全塔回流熱）

中段循環(huán)回流：40%～60%塔頂：50%左右

第108頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三六、操作條件的確定1．操作壓力(1)回流罐壓力P

回流罐的壓力至少要大于產(chǎn)品在該溫度下的泡點壓力，即P≥P泡，一般P≥0.1～0.25MPa

壓力第109頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三(2)塔頂壓力塔頂壓力在數(shù)值上等于回流罐的壓力再加上塔頂流出物流經(jīng)管線的壓降和冷凝冷卻設(shè)備的壓降P頂=P回流罐+ΔP管線+ΔP冷在我國，塔頂壓力一般在1.3～1.6atm之間

(3)塔內(nèi)各點的壓力

塔內(nèi)各點的壓力可以由塔頂壓力和塔板壓降來確定

第110頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三2．操作溫度塔頂溫度為塔頂油氣分壓下產(chǎn)品的露點溫度各側(cè)線抽出板溫度為側(cè)線板油氣分壓下產(chǎn)品的泡點溫度汽化段溫度為在汽化段油氣分壓下，汽化率為eF時的溫度塔底溫度為在塔底油氣分壓下塔底產(chǎn)品的泡點溫度計算各點溫度需綜合運用熱平和相平兩個工具采用試差法第111頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三試差法如：塔頂查該油氣分壓汽化率100%的溫度先假定一個溫度t熱平衡求得內(nèi)回流量例汽油

油氣分壓平衡汽化曲線(EFV)t’？第112頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三①塔頂溫度塔頂溫度是塔頂產(chǎn)品在其油氣分壓下的露點溫度在確定塔頂溫度時，應(yīng)同時校核水蒸氣在塔頂是否會冷凝②側(cè)線溫度通常是按經(jīng)汽提后的側(cè)線產(chǎn)品在該處油氣分壓下的泡點溫度來計算；最好從最低側(cè)線開始猜算。③汽化段溫度汽化段溫度是指進料的絕熱閃蒸溫度指該塔板上的內(nèi)回流蒸汽的分壓第113頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三④塔底溫度輕餾分氣化所需的熱量，絕大部分由液相油料本身的顯熱提供，油料的溫度由上而下逐板下降，塔底溫度比汽化段溫度低不少

原油常、減壓塔的塔底溫度一般比汽化段溫度低5～10℃

⑤側(cè)線汽提塔底溫度當(dāng)用水蒸氣汽提時，汽提塔底溫度比側(cè)線抽出溫度約低8～10℃或更低當(dāng)用再沸器提餾時，溫度為塔底壓力下側(cè)線產(chǎn)品的泡點溫度，此溫度可高出側(cè)線抽出溫度十幾度

第114頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三3．汽提蒸汽用量

汽提蒸汽一般都是用溫度為400～450℃的過熱水蒸氣

用過熱蒸氣的主要原因是防止冷凝水帶入塔內(nèi)目的側(cè)線汽提：驅(qū)除低沸點組分，提高產(chǎn)品閃點，改善分餾精確度；常壓塔底汽提：降低塔底重油中<350℃的餾分含量，以提高輕質(zhì)油收率，同時也減輕了塔的負荷；減壓塔底汽提：降低汽化段的油氣分壓，盡量提高減壓塔的拔出率;用量

一般要占汽提油品重量的2～4%第115頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)原油精餾塔工藝計算第116頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三一、應(yīng)收集、整理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1、原料油性質(zhì)（包括實沸點蒸餾數(shù)據(jù)、密度、特性因數(shù)、相對分子質(zhì)量、粘度和平衡汽化數(shù)據(jù)等）2、裝置處理量（包括最大和最小可能的處理量）及正常生產(chǎn)時間（年開工天數(shù)或小時）3、產(chǎn)品方案、產(chǎn)品性質(zhì)（密度、ASTM數(shù)據(jù)）及產(chǎn)率4、汽提水蒸氣的溫度、壓力5、同類型裝置的操作數(shù)據(jù)上述基本數(shù)據(jù)通常由設(shè)計任務(wù)給定第117頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三二、工藝設(shè)計計算主要內(nèi)容及步驟

1、整理、計算原料油、各產(chǎn)品的常用性質(zhì)數(shù)據(jù)（有的需要通過計算或經(jīng)驗圖表求得）；2、根據(jù)原料油性質(zhì)及產(chǎn)品方案確定產(chǎn)品的收率，作出整個精餾塔的物料平衡；3、選擇合適的汽提方案及汽提蒸汽用量；4、選擇合適的塔板型式，并按經(jīng)驗數(shù)據(jù)定出各塔段的塔板數(shù)；5、畫出精餾塔草圖（包括進出物料位置、各側(cè)線位置及回流位置等）；6、確定各部位壓力和爐出口壓力；

第118頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三7、確定進料的過氣化率，計算汽化段溫度（根據(jù)不同壓力下的平衡汽化數(shù)據(jù)）；8、確定塔底溫度（比汽化段溫度低5～10℃）；9、根據(jù)經(jīng)驗假設(shè)塔頂、各側(cè)線抽出溫度，作出全塔熱平衡，算出全塔回流熱，選定回流方式及中段回流的數(shù)量和位置，并合理分配回流熱；10、校核塔頂、各側(cè)線抽出溫度，若與假設(shè)不符，應(yīng)重新假設(shè)和計算11、做出全塔氣液相負荷分布圖，并將上述工藝計算結(jié)果標注在草圖上；11、確定塔徑和塔高（根據(jù)最大氣相負荷和空塔氣速、板間距和塔板數(shù)）12、進行塔板水力學(xué)計算，決定塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸13、畫出委托工藝設(shè)計草圖第119頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三三、原油常壓精餾塔工藝設(shè)計計算實例設(shè)計計算任務(wù)：年處理量250萬噸/年的常壓精餾塔；原油的實沸點蒸餾數(shù)據(jù)及平衡汽化數(shù)據(jù)、基本物性數(shù)據(jù)由實驗室提供；產(chǎn)品方案及性質(zhì)見書。第120頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三工藝設(shè)計計算過程及結(jié)果：1.原油和產(chǎn)品性質(zhì)參數(shù)的計算和匯總，見表7-14；2.確定產(chǎn)品收率和物料平衡，見表7-15；確定各部位的汽提蒸汽用量，參考圖7-52和表7-12取汽提水蒸氣用量，見表7-16；選用塔板型式和塔板數(shù)，參考表7-7和7-8選定塔板數(shù)，采用兩個中段回流，每個設(shè)計3塊換熱塔板。全塔塔板數(shù)總計為34層；畫出精餾塔的計算草圖：將塔體、塔板、進料及產(chǎn)品出口、中段循環(huán)回流位置、汽提返塔位置、塔底汽提點等繪制成草圖，如圖7-54；第121頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三確定精餾塔各點的操作壓力：塔頂產(chǎn)品罐壓力為0.13MPa。確定汽化段溫度（該油氣分壓下的絕熱閃蒸溫度）；

（1）汽化段中進料的汽化率和過汽化度（2）計算汽化段的分壓，為0.112MPa，做原油平衡汽化曲線（3）汽化段溫度的初步求定（4）汽化段溫度的校核，目的是看爐出口溫度是否合理8.確定塔底溫度（取比汽化段溫度低7℃）第122頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三工藝設(shè)計計算過程及結(jié)果：塔頂及各側(cè)線溫度

（1）假設(shè)塔頂及各側(cè)線溫度（2）全塔回流熱，見表7-19（3）回流方式及回流熱分配側(cè)線及塔頂溫度的校核，應(yīng)自下而上繪制全塔氣液負荷分布圖確定塔徑和塔高（根據(jù)最大氣相負荷和空塔氣速、板間距和塔板數(shù)）塔板水力學(xué)計算第123頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)減壓蒸餾塔第124頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三減壓塔的基本要求：盡量提高拔出率，對餾分組成要求不是很嚴格提高拔出率的關(guān)鍵：提高減壓塔汽化段的真空度減壓蒸餾的核心設(shè)備是減壓精餾塔和它的抽真空系統(tǒng)

第125頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三1．減壓塔類型潤滑油型：為后續(xù)的加工過程提供潤滑油基礎(chǔ)油原料燃料油型：為FCC和加氫裂化提供原料2．側(cè)線產(chǎn)品(也稱之為餾分油)

潤滑油基礎(chǔ)油

裂化原料（催化裂化、加氫裂化）第126頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三3．塔底產(chǎn)品—減壓渣油

焦化原料經(jīng)加工后生產(chǎn)重質(zhì)潤滑油生產(chǎn)各種瀝青裂化原料或加氫處理第127頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三128一、減壓精餾塔的工藝特征對減壓塔的基本要求是在盡量避免油料發(fā)生分解反應(yīng)的條件下盡可能多地拔出減壓餾分油。做到這一點的關(guān)鍵在于提高汽化段的真空度為了提高汽化段的真空度，除了需要有一套良好的塔頂抽真空系統(tǒng)外，一般還采取以下幾種措施：第128頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三129降低從汽化段到塔頂?shù)牧鲃訅航颠@一點主要依靠減少塔板數(shù)和降低氣相通過每層塔板的壓降降低塔頂油氣流出管線的流動壓降現(xiàn)代減壓塔塔頂都不出產(chǎn)品，塔頂管線只供抽真空設(shè)備抽出不凝氣之用，采用塔頂循環(huán)回流而不采用塔頂冷回流一般的減壓塔塔底汽提蒸汽用量比常壓塔大，其主要目的是降低汽化段中的油氣分壓當(dāng)汽化段的真空度比較低時，要求塔底汽提蒸汽量較大少用或不用汽提蒸汽的干式減壓蒸餾技術(shù)第129頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三130減壓塔汽化段溫度并不是常壓重油在減壓蒸餾系統(tǒng)中所經(jīng)受的最高溫度，此最高溫度的部位是在減壓爐出口為了避免油品分解，對減壓爐出口溫度要加以限制，在生產(chǎn)潤滑油是不得超過395℃，在生產(chǎn)裂化原料是不超過400～420℃，同時在高溫爐管內(nèi)采用較高的油氣流速以減少停留時間?？s短渣油在減壓塔內(nèi)的停留時間塔底減壓渣油是最重的物料，如果在高溫下停留時間過長，則其分解、縮合等反應(yīng)會進行的比較顯著。其結(jié)果：一方面生成較多的不凝氣使減壓塔的真空度下降；另一方面會造成塔內(nèi)結(jié)焦。因此，減壓塔底部的直徑常?？s小以縮短渣油在塔內(nèi)的停留時間。第130頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三131

除了上述為滿足“避免分解、提高拔出率”這一基本要求而引出的工藝特征外，減壓塔還由于其中的油、氣的物性特點而反映出另一些特征。在減壓下，油氣、水蒸氣、不凝氣的比容大，比常壓塔中油氣的比容要高出十余倍。盡管減壓蒸餾時允許采用比常壓塔高的多（通常約兩倍）的空塔線速，減壓塔的直徑還是很大。減壓塔一般采用多個中段循環(huán)回流，常常是在每兩個側(cè)線之間都設(shè)中段循環(huán)回流。這樣做也有利于回收利用回流熱。減壓塔處理的油料比較重、粘度比較高，而且還可能含有一些表面活性物質(zhì)。加之塔內(nèi)的蒸氣速度又相當(dāng)高，因此蒸氣穿過塔板上的液層時形成泡沫的傾向比較嚴重。為了減少攜帶泡沫，減壓塔內(nèi)的板間距比常壓塔大。加大板間距同時也是為了減少塔板數(shù)。此外，在塔的進料段和塔頂都涉及了很大的氣相破沫空間，并設(shè)有破沫網(wǎng)等設(shè)施。從外形來看，減壓塔比常壓塔顯得粗而短。此外，減壓塔的底座較高，塔底液面與塔底油抽出泵入口之間的高差在10m左右，這主要是為了給熱油泵提供足夠的灌注頭第131頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三132潤滑油型減壓塔的工藝特征潤滑油型減壓塔為后續(xù)的加工過程提供潤滑油料，對潤滑油型減壓塔的分餾精確度的要求與原油常壓分餾塔差不多，故它的設(shè)計計算也與常壓塔大致相同。由于減壓下餾分之間的相對揮發(fā)度較大，而且減壓塔內(nèi)采用較大的板間距，故兩個側(cè)線餾分之間的塔板數(shù)比常壓塔少，一般3～5塊塔板即能滿足要求。有的減壓塔的側(cè)線抽出板采用升氣管式（或稱煙囪形）抽出板。這種抽出板形式對于集油和抽油操作比較好，但是它沒有精餾作用，其壓降約為0.13～0.26kPa。第132頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三133中段回流可以把中段回流抽出與側(cè)線抽出結(jié)合在一起，這樣可使塔板效率受循環(huán)回流的影響小些，以減少由于中段回流而加設(shè)的塔板的數(shù)目，有利于降低精餾段的總壓降。對減壓塔的溫度條件常按如下經(jīng)驗來求定：側(cè)線溫度：取抽出板上總壓的30～50%作為油氣分壓計算側(cè)線油品的泡點塔頂溫度：一般比塔頂循環(huán)回流進塔溫度高出28～40℃；塔底溫度—通常比汽化段溫度低5～10℃，也有多達攝氏十幾度者。第133頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三134燃料型減壓塔的工藝特征燃料型減壓塔的主要任務(wù)是為催化裂化和加氫裂化提供原料。對燃料型減壓塔的基本要求是在控制餾出油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和重金屬含量的前提下盡可能提高餾出油的拔出率。第134頁，共154頁，2023年，2月20日，星期三135為達到這個基本要求，燃料型減壓塔具有特點：可以大幅度地減少塔板數(shù)以降低從汽化段至塔頂?shù)膲航??？梢源蟠鬁p少內(nèi)回流量，在某些塔段，甚至可使內(nèi)回流量減少到零。通過塔頂循環(huán)回流和中段循環(huán)回流做到。為了降低餾出油的殘?zhí)贾岛椭亟饘俸?，在汽化段上面設(shè)有洗滌段。洗滌段中設(shè)有塔板和破沫網(wǎng)。所用的回流油可以是最下一個側(cè)線餾出油，也可以設(shè)循環(huán)回流。為了保證最低側(cè)線抽出板下有一定的回流量，通常應(yīng)用1%～2%的過汽化度。對裂化原料要求嚴格時，過汽化度可高達4%。一般來說，過汽化度不要過高。燃料型減壓塔的氣、液相負荷分布與常壓塔或潤滑油型減壓塔有很大的不同。在燃料型減壓塔內(nèi)，除了汽化段上面的幾層板上有內(nèi)回流以外，其余塔段里基本上沒有內(nèi)回流。它的氣、