毕业设计正文参考样本

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1、350万吨/年大庆原油常压塔工艺计算摘要本次设计主要完成了处理能力为 350万吨/年的大庆原油常压塔的设计和计算，其次为塔板的工艺设计和计算。在确定了主要和次要任务后，分别对常压塔和塔板进行设计和计算。常压塔的设计主要依据所给的原油实沸点蒸馏数据及产品的恩氏蒸馏数据，计算产品的各物性数据，找出切割点温度，确定原油的切割方案，计算产品收率。参考同类装置确定塔板数为 40层，进料在第 36 层板，侧线抽出位置分别为塔顶，假设各主要部分的操作温度及操作压力，对全塔进行热平衡计算，确定全塔回流热为 106 kJ/ h 。本次设计塔顶采用二级冷凝冷却回流，塔中采用两个中段循环回流，塔顶取热：第一中段回流

2、取热：第二中段回流取热为5 ：2 ：3 ，最后校核各主要部位操作温度都在允许的误差范围内。本次设计主要采用经验图表和经验公式进行计算，计算结果表明: 参数的核算结果均在误差允许范围内和经验值范围内。关键词：大庆原油；常压塔；塔板；设计；温度AbstractA atmospheric distillation column, which is able to treat crud oil 2MT a year, is designed mainly, and a type of tray and a atmospheric heater are secondary.The design of t

3、he atmospheric distillation column is based on the datum of true point distillation of the crude oil and of Engler distillation of the products. The calculation of products phsical property parameters and the cut comceptual and products yields are also based on the datum. The tray number is 40, the

4、feed tray is 36, and the side stream withdrawal tray are the 1th,10th,20th,30th.And they are determined by referring to the same kind unit. The following work is to assume the operating temperature and pressure of all the important points of the column and to make the energy balance calculation for

5、the whole column, and make sure heat of reflue is 94.74106 kJ/ h. A two-grade condenser is used on the overhead of the column, and two mid-pump around on the body. The ratio of the energy taken by the condensers from top to bottom is 5:2:3. Finally, the temperature assumed should be checked up. It i

6、s very important.A type of F1 valve tray, which weighs 33g a valve, is be chosen. Its maximum vapor load of the column is 2016.07 Kmol/h, and outside diamete is 4.8 m.The tray spacing 0.6 m. So the height of the column body is 24 m.In this section, the most important work is to calculate the hydrome

7、chanics performance and the operating flexibility of the tray is3.33. The tray should be operated in a proper area.A hollow cylindrical pipe furnace is chosen. In this section, the parameters of the radiant section and convection section is calculated with the empirical formulas. The design is mainl

8、y adopted empirical figures and empirical equations. The results show that the results are in the range permitted and in the range of empirical values. Keywords: Daqing crude oil ; atmospheric distillation column ; tray ; design ; temperature.目录摘要2Abstract31 文献综述51.1 概述51.2 常压塔的在线优化51.3 国内典型常减压装置介绍7

9、1.3.1 茂名石化公司常减压装置71.3.2 兰州石化公司炼油厂常减压装置81.4 常压塔的防腐与维护81.4.1 常压塔的腐蚀问题82 实验方法92.1 原油性质及评价92.2 产品性质92.3 常压塔设计的参数确定92.3.1 操作压力的确定92.3.2 操作温度的确定93 常压塔的工艺计算103.1 设计任务103.2 基础数据103.3 油品性质参数114 塔板的工艺计算124.1 塔板工艺尺寸计算124.1.1塔径124.1.2 溢流装置125 结论13致谢141 文献综述1.1 概述从世界范围看，石油加工能力过剩已是存在已久的问题，短时间内难以根本解决。所以，未来总体上原油加工能

10、力不会有大的增长。近几年，世界原油加工量、炼厂数和平均规模整体变化不大。1999年，世界常减压蒸馏加工量为4.070Mt/a，炼厂总数为756座，平均规模为5.39Mt/a；2002年，世界常减压蒸馏加工量为4.058Mt/a，炼厂总数为732座，平均规模为5.54Mt/a。世界原油总加工能力变化不大，但是炼油厂数目在持续减少，炼油厂平均规模继续提高（见表1.1），超过20.0Mt/a的炼厂数增加到17座1。表1.1 2000年后世界原油加工能力及炼油厂平均规模变化年份炼厂数原油加工能力（亿吨/年）炼油厂平均规模（万吨/年）2000年初75640.775392001年初74240.625482

11、002年初73240.585542003年初72240.94567我国2002年原油自产量为1.6887亿吨，比2001年增加了418万吨，增长了2.56%；原油出口量为721万吨，比2001年下降了4.5%；原油进口量由2001年的6026万吨增加到2002年的6941万吨，增长率为15.18%2。近几年来，常减压蒸馏运行中存在的问题依然受到重视，新的实用技术和高效设备依然得到不断的开发和应用。技术进展大多是在工艺加工流程、设备结构及优化操作等方面，从而在满足生产方案、产品质量的前提下获得高拔出率，低能耗的效果。1.2 常压塔的在线优化常压塔作为整个蒸馏装置得关键设备，负责完成原油一次加工的

12、主要过程。常压塔直接处理原油，将原油切割成各种不同馏分的产品，这些馏分产品或作为后续工段的进料，或经调和后作为成品油出售。常压塔生产水平的高低直接关系到企业对原油的使用效率和经济效益，由于原油蒸馏装置的处理量相当大，因此在线优化即使使过程的操作发生一点微小的变化，从中获得的经济回报也使相当可观的，因此原油常压蒸馏过程的先进控制与优化使近年来过程控制的热点之一。在线优化控制系统是指综合应用过程建模技术、优化技术、先进控制技术以及计算机技术，在满足生产安全要求及产品质量约束等条件下，不断计算并改变过程的操作条件，使得生产过程始终运行在“最优状态”。在线优化是比离线优化更为复杂和困难的技术，在线优化

13、所需的关键技术包括： 精确快速的过程模型； 能够保证平稳操作的高性能的控制系统； 合理的目标函数和高效的优化算法； 仪表可靠性检查和测量数据的校正技术； 模型的在线校正技术。同时，K. H. Pang指出，在某个企业的装置上实施在线优化，还必须具备以下四个客观条件： 具有集中管理的数据库系统，并且能够容易地访问数据； 过程是高度集中的； 过程通常运行在稳态状态下； 管理部门认同“在线优化”概念。在福建炼油化工有限公司常压塔上不仅实现了在线优化，而且采用了复杂的原油蒸馏模型。介绍了基于非平衡级模型的在线优化技术的实际应用情况，是近年来基于非平衡级模型在线优化技术的有益尝试。由于化工过程高度复杂，

14、高度非线性以及约束条件复杂，现代工业系统的优化问题都属于有约束的多变量非线性系统的优化问题。因此，优化算法的选取是优化问题的关键之一，必须采用有约束条件下的优化算法、不依赖于模型导数的算法和非线性算法。 常压蒸馏塔的优化问题可以描述为根据蒸馏塔工艺机理，在一定的产品质量和设备负荷等约束下，建立优化模型，求解并给出优化工况的关键操作变量的设定值，为操作人员提供指导或进行闭环优化控制。整体目标是在确保产品质量的前提下，极大地提高高品质产品的收率，同时使装置的能耗最小。为了达到这个目标，通常考虑将整个系统划分为物料平衡和能量平衡构成的两个相对独立的子系统，在考虑物料平衡的子系统中，主要完成确保质量和

15、提高收率两大任务：依能量平衡的子系统，则以降低装置能耗为主要目的。原油蒸馏过程在线优化的最大困难是如何获得优化模型，国内外一些学者对此做了专门的研究，胡山鹰等引用了基于人工神经网络建立的常压塔各侧线产品质量模型，对以轻油收率最大为目标的优化问题进行了研究，采用可行路径法求出满足质量要求条件下轻油收率最大的操作方案，实现了卡边生产；茂名石油化工公司炼油厂第一套常减压蒸馏装置应用模式识别理论的多重判别矢量方法进行了在线优化；大庆石化总厂炼油厂第三套常减压装置应用模式识别优化技术，不断对生产操作条件进行追踪寻优和指导，获得了可观的经济效益。虽然以上方法已经取得了一些成果，但优化模型的获取还有待于进一

16、步的突破。1.3 国内典型常减压装置介绍1.3.1 茂名石化公司常减压装置茂名石化公司地处南方沿海地区，如今己走过了40多年的发展历程。目前拥有70多套炼油生产装置，常减压装置加工能力1350万t/a，已成为可接炼原油品种最多的特大型炼油基地，是国内第一个超千万吨级的炼油企业，也是我国加工进口原油量较大的基地之一，进口原油的品种也较多。根据石化集团公司加工进口含硫原油（主要是中东原油）的战略安排，茂名石化公司加工进口原油的数量将逐年增加。1999年上半年公司加工原油3.72 Mt，其中进口原油已达2.72Mt，占73.08%，预计今后将以加工高含硫(包括重金属)的沙特、伊朗和阿曼原油为主。19

17、99年公司炼油改扩建工程全面完成以后加工高含硫原油的能力达到950万t/a。茂名石化公司原有三套常减压蒸馏装置(简称一、二、三蒸馏)，由于采取了一系列行之有效的防护措施，三套蒸馏装置目前均已实现了长周期运行，达到四年一修。（1）一蒸馏装置该装置是公司炼油系统的一套元老装置，于1963年3月建成投产。现设计加工能力300万t/a，主体设备均从原苏联引进。该装置开工初期，便炼制阿尔巴尼亚高硫原油，后来装置又先后加工埃及、大庆、伊拉克及阿尔及利亚原油。（2）二蒸馏装置该装置于1974年9月建成投产，原设计是以加工大庆原油为主的润滑油型装置，处理能力2.5Mt/a。经1978、1980年二次改造，处理

18、能力已达3.0Mt/a。加工原油品种也从原来的单一大庆油发展到炼国内外十余种高酸值及高含硫原油。二蒸馏近年来所加工的原油不乏高酸值、高含硫原油。针对该装置原设计材料抗腐蚀性能差的特点，对装置腐蚀敏感部位的设备材质升级，同时加强“一脱三注”工艺管理，对脱盐设备进行了改造，为装置长周期运行打下了基础。（3）三蒸馏装置该装置是为适应进口原油加工量大幅度增加的需要，于1989年自行设计建造的国内第一套按加工伊朗和伊拉克轻质高含硫原油设计的装置，设计原油加工能力为2.5Mt/a。根据伊朗和伊拉克轻质原油含硫量大(1.36%1.50%)、拔出率高(达77%以上)的特点，该装置与国内定型的2.5Mt/a常减

19、压蒸馏装置相比较有突出的特点：(1)常压系统大(常压塔上、中、下塔径为3800mm/4400mm/3800mm)，减压炉负荷较小(53.18GJ/)；(2)装置设计时，参考了国外加工两伊原油蒸馏装置的选材情况，再结合国内设计选材实际经验进行设备选材。自1990年9月建成投产以来，到1998年5月底已运行了8个周期，该装置累计加工原油14.23Mt，加工原油种类达47种(其中国内6种，国外41种)。1.3.2 兰州石化公司炼油厂常减压装置装置设计原油处理能力5Mt/a，采用“初馏常压蒸馏减压蒸馏”工艺流程，为燃料润滑油型常减压蒸馏装置。初馏塔、常压塔采用操作弹性大、效率高的导向浮阀塔盘；减压塔采

20、用全填料，以降低全塔压降，采用蒸汽与机械联合抽真空实现减压塔真空度。常压炉采用双室立管箱式炉，减压炉为卧管立式方箱炉，设立两炉单独的烟气回收系统。1.4 常压塔的防腐与维护1.4.1 常压塔的腐蚀问题常减压蒸馏又是原油炼制加工的第一道工序，采用蒸馏的方法将原油分割成不同的馏分及渣油，作为产品或下一工序的原料送出该装置。引起常减压装置设备腐蚀的基本原因是来自含硫原油中所夹杂的杂质（盐、无机盐、元素硫及有机硫化物、环烷酸）。2 实验方法本次设计以大庆原油为进料设计常压塔及塔板，下面对设计过程中的一些参数的确定加以说明。2.1 原油性质及评价按照关键馏分特性分类方法，大庆原油属于低硫石蜡基原油，其主

21、要特点是含蜡量高、凝点高、庚烷沥青质含量低、重金属含量低、硫含量低、氮含量低。2.2 产品性质（1）直馏汽油的辛烷值仅为37，应通过催化重整提高其辛烷值。（2）直馏航空煤油馏分的密度小，结晶点高，只能符合2#航空煤油的规格标准。（3）柴油馏分的十六烷值高、具有良好的燃烧性能，但其收率受凝点的限制。（4）减压渣油的硫含量低、沥青质和重金属含量低、饱和馏分含量高，可以掺入减压馏分油作为催化裂化原料，也可以经丙烷脱沥青及精制生产残渣润滑油。但由于渣油含沥青质和胶质较少，而蜡含量较高，难以生产高质量的沥青产品。2.3 常压塔设计的参数确定2.3.1 操作压力的确定原油常压精馏塔的最低操作压力最终是受制

22、于塔顶产品接受罐的温度下塔顶产品的泡点压力。塔顶产品是汽油馏分，用水作为冷却介质时，塔顶产品冷至40左右，产品接受罐在0.10.25MPa的压力操作时，塔顶产品能基本上全部冷凝，不凝气很少。为了克服塔顶馏出物流经管线和设备的流动阻力，常压塔顶的压力应稍高于产品接受罐的压力（或常压）。在确定塔顶产品接受罐或回流罐的操作压力后，加上塔顶馏出物流径管线、管件和冷凝冷却设备的压降即可计算得塔顶的操作压力。根据经验，通过冷凝器或换热器壳程的压力降一般约0.02MPa，使用空冷器时的压降可能稍低些。国内多数常压塔的塔顶压力大约在0.130.16MPa之间。2.3.2 操作温度的确定3 常压塔的工艺计算3.

23、1 设计任务处理能力为350万吨/年，按每年开工330d计，塔顶取热、第一中段回流取热、第二中段回流取热分配为5:2:3，依据所给的原油实沸点蒸馏数据及产品的恩氏蒸馏数据，计算产品的各物性数据决定切割方案，计算产品收率，进行全塔热平衡计算，绘制全塔汽、液相负荷分布图。3.2 基础数据原油相对密度=0.8615表3.1 大庆原油常压切割及产品性质产品相对密度恩氏蒸馏/HK10%30%50%70%90%KK常顶0.703547586.798.5108.2118136.5常一线0.7782139.2159.2177181205.2218.5225常二线0.8151238.3242.5249.2258

24、267.2276.5282.3常三线0.8280289305320334345350353常底0.9237340表3.2 大庆原油实沸点蒸馏数据如下序号沸点范围/占 原 油 质 量 %相对密度（）每 馏 分总 收 率1HK1122.982.980.710821121563.156.130.746131561953.229.350.769941952253.2512.60.795852252573.40160.809262572893.4619.460.816172893133.4422.90.817383133353.3726.270.825193353553.4529.720.8348103

25、553743.4333.150.8363113743943.3536.50.8396123944153.5540.050.8479134154353.3943.440.8536144254563.8847.320.8686154564754.0551.370.8732164755004.5255.890.8786175005254.1560.040.88321852539.961000.93573.3 油品性质参数根据原油实沸点蒸馏数据，如序号1，总收率占原油质量的2.98 %，相对密度d420=0.7108,原油密度为0.8615，则其转化为体积的%是:每馏分占原油体积V1%=2.98/0.

26、71080.8615=3.61总收率占原油体积V1%=2.98/0.71080.8615=3.61序号2 沸点范围为112156，馏分占原油质量的3.15%，总收率占原油质量的6.13%，相对密度=0.7461,原油密度为0.8615，则其转化为体积%是:每馏分占原油体积V2%=3.15/0.74610.8615=3.64总收率占原油体积V2% = 第一馏分收率占原油体积% + 第二馏分收率占原油体积% = 3.61+3.64=7.25同理，依此类推可以得到以下数据，如表3.3。建立原油的实沸点曲线，如图1的曲线14 塔板的工艺计算从全塔的汽、液相分布可以看出，第24层板上汽、液相负荷最大，所

27、以以此来设计塔径及塔板。由前可知:气相流量 VS=50777.81/3600=14.1(m3/s)；液相流量 LS=313.35/3600=0.0870(m3/s)；气相密度V=（16969.69+32348.48+23421.72+903.28+6738.38+262716.05）/50777.81=6.76(kg/ m3)；液相密度 L=262716.05/313.35=838.41 (kg/ m3)；操作条件 P=0.170MPa；t=242；物系表面张力=21mN/m；塔板选用F1型浮阀塔板，每阀质量为33克，标准孔径为do=39mm。4.1 塔板工艺尺寸计算4.1.1塔径欲求塔径应先

28、求出空塔气速u，而u =（安全系数）umax,根据式子:umax=C（L-）V/V0.5，式中C可由史密斯关联图查出，横坐标数值为LS/VS（LV）0.5=0.0764/15.5（836.2/6.18）0.5=0.057取板间距HT=0.6m，取板上液层高度hL=0.08m，则图中参考数值为HT-hL=0.6-0.08=0.52（m）根据以上数值，查图得C20=0.115，因物系表面张力=21mN/m,校正C值：C=C20（/20）0.2=0.115（21/20）0.2=0.116故 umax=c（LV）V1/20.116（838.416.76）6.761/21.29m/s取安全系数为0.6，

29、则空塔气速u=0.6umax=0.61.29=0.774m/s塔径 D=4 VS /(u)1/2=414.1/(3.140.81) 1/2=4.71m按标准塔径圆整为D=4.8m塔截面积AT=D2/4=(4.8) 2/4=18.09m2实际空塔气速u= VS /AT=14.1/18.09=0.779m/s4.1.2 溢流装置5 结论致谢本论文是在 老师的严格要求和悉心指导下完成的，从论文的选题、实验过程，到论文的最后修改，直至整个设计的定稿都是在 老师的精心指导下完成的。 老师孜孜不倦的治学精神、平易近人的待人态度都更令我敬佩。在此，谨向尊师表示诚挚的谢意！参考文献1 张其耀. 原油脱盐与蒸馏

30、防腐M. 北京: 中国石化出版社, 19922 张北屿, 冯宝林. 润滑油型常减压蒸馏装置得扩能改造J. 炼油技术与工程, 2003, 33 (1): 28-323 武劲松，陈建民，李和杰, 等. 四级蒸馏技术在常减压蒸馏装置扩能改造的应用J. 炼油技术与工程, 2003, 33 (6) : 35-38参考文献说明：（1） M代表你写的内容来自教材或其他书籍。（2） J代表你写的内容来自期刊。（3） 2003,33（6）：35-38 代表着2003年33卷第6期，从35页起始到38页终止。（4）参考文献数量是15篇以上，且有2篇是外文。（5）参考文献最好是最近5年的文章，最多不要超过10年前的。（6）参考文献中的标点符号都是半角的，且符号后面紧接着是一个空格。（7）宋体，5号。