第三章 石油蒸馏过程

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1、石油及其馏分蒸馏曲线
恩氏蒸馏(ASTM) 实沸点蒸馏(TBP) 平衡汽化(EFV) 本质 测定 条件 简单蒸馏 规格化的仪器和 在规定的实验条 件下 间歇精馏 规格化蒸馏设备 (17块理论板)中 和规定条件下 闪蒸 在一定压力、温 度下 受气液相平衡限 制,分离效果差, 仅相当于一块塔 板的分离能力 可以确定在不同 汽化率的温度或 某温度的汽化率
38 18.9 13 15.4 18.6 13
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③由Fig.7-12确定实沸点蒸馏50%点温度
得恩氏蒸馏50%温度与实沸点蒸馏50%温度差值为4℃
则实沸点蒸馏50%点温度＝278.4+4＝282.4℃ ④由实沸点蒸馏50%温度推算其它各点温度
30%点＝282.4－13＝269.4
10%点＝269.4－18.9＝250.5 0%点＝250.5－38＝212.5 70%＝282.4＋13.4＝295.8 90%＝295.8＋18.6＝314.4 100%＝314.4＋13＝327.4
C、由图7-13，将恩氏蒸馏曲线各段温差换算为实沸点蒸馏曲 线各段温差；
D、由图7-12，将恩氏蒸馏50%点温度换算为实沸点蒸馏50%点 温度; E、由实沸点蒸馏50%点为基点，求实沸点蒸馏曲线各点温度。
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【例1】某轻柴油馏分的常压恩氏蒸馏数据如下：
馏出，%(V) 0 10 30 50 70 90 100
入，n D ,t F M ,t F G ,t F S ,t v
V V V V Q出，n Dh D Mh Gh Sh M ,t n G ,t n S ,t n , KJ / h ,t
n
②第n块板液相负荷 在精馏过程中，沿塔自下而上有一温度梯度， ∴ tF ﹥ tn , ∴ Q入，n﹥Q出，n 令：Qn= Q入，n－Q出，n KJ/h
如果忽略过气化量，则气化段液相负荷（精馏段最低一 层塔板n流下的液相回流量）为：
Ln=0
气相负荷：
VF D M G S Ln , Kmol / h
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3、最低侧线抽出板下方的气、液负荷
如图7-44中隔离体系I，暂不计液相回流Ln-1。 (1)隔离体系I ①进出隔离体系 I的热量 Q Dh V Mh V GhV ShV , KJ / h
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如果体系中的物料不是纯物质A，而是石油馏分, Po0＝f(T,0)
当T一定时， Po0不是一个常数而是随着e的↗而↗，即e↗，汽 化每1mol油所需的水蒸汽mol数要↗。
P-T-e相图
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N s ,1
①若po0,1＝p 不需要水蒸汽的帮助。 ②若po0,1＜p 需要水蒸汽的帮助。 p＝po0,1+ps,1
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5.
油-水不互溶体系的气-液平衡
①进入装置的原油总是带有或多或少的水分； ②在石油蒸馏塔中，常常吹入一定量的过热水蒸汽以降 低油气分压，帮助它汽化； ③塔顶的汽相馏出物往往在水蒸汽的存在下冷却； ④侧线汽提塔中吹入过热水蒸气汽提。
这些情况可归纳成三种类型： ①过热水蒸汽存在下油的汽化； ②饱和水蒸汽存在下油的汽化； ③油气－水蒸汽混合物的冷凝
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二、常减压蒸馏流程
常减压工艺动态流程
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汽提塔 初馏塔 常压炉
常压塔
常减压工艺流程
减压炉
减压塔
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三、石油精馏塔的工艺特征
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需要n-1个精馏塔才能把原料分割成n个产品
1、复合塔结构 2、设置汽提段和汽提塔 过量的汽化百分率称为过汽化率 使化段内有一定的内回流，以保证 3、全塔热平衡 其分馏效果 (1)限定最高入口温度 (2)基本固定的供热量 (3)进料应有适当的过汽化率 (4)恒分子回流的假定完全不适用
必须进行温度校正
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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 常压实沸点蒸馏曲线与平衡汽化曲线的换 算
（1）．常压蒸馏曲线的相互换算 （2）．减压1.33kPa(残压10mmHg)蒸馏曲线的相互换 算 （3）．减压1.33kPa(残压10mmHg)蒸馏曲线换算为常 压蒸馏曲线 （4）．常压平衡汽化曲线换算为压力下平衡汽化曲线 （5）．常压与减压下平衡汽化曲线的换算
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1、过热水蒸汽存在下油的汽化
减压塔底、常压塔底吹入过 热水蒸气； 常、减压塔的侧线汽提塔和 某些溶剂回收过程所用汽提 塔均属此类。
特点：水蒸汽始终于过热状态，液相无水存在 作用：过热水蒸汽的作用在于降低油气分压以降低它的沸点。 P＝PA＋PS ∵ 只有A一个液相，且与汽相平衡， ∴ PA＝PAo P＝PAo＋PS ①如果体系P恒定，且无水蒸汽存在： 在PAo＝P时→A才沸腾
汽化段、精馏段、提馏 段、塔顶冷凝冷却设备、 再沸器、塔板或填料 塔顶冷回流：轻组分浓 度高、温度低 塔底气相回流：轻组分 浓度低、温度高
精馏过程顺利进行的必要条件
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二、石油及石油馏分的蒸馏曲线
恩氏蒸馏(ASTM)曲线 实沸点蒸馏(BTP)曲线 平衡气化(EFV)曲线
馏出温度和馏出 体积百分率的关 系曲线
汽化无法继续 汽化又能继续进行
过程一直持续到液相中的水全部汽化为止
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油气－水蒸气混合物的冷凝实际上就 是在水蒸气存在下油气化的逆过程
3、油气－水蒸气混合物的冷凝
若油气和水蒸气都处于过热状态： P0＋PS＝P；t=t1，Po＝Po0， 开始出现液相(油先冷凝) 当t＝t2时，PS0＝PS, 水汽开始冷凝
温度，℃
239
258
267
274
283
296
306
将其换算为常压下实沸点蒸馏数据。 解：①裂化校正，如10%馏出温度＞246℃，需校正。 lgD＝0.00852×258-1.691＝0.50716 t10＝ 258＋D＝258＋1g0.50716 ＝261.2 校正后恩氏蒸馏数据为：
馏出，%(V) 0 10 30 50 70 90 100
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1、过热水蒸汽存在下油的汽化
减压塔底、常压塔底吹入 过热水蒸气； 常、减压塔的侧线汽提塔 和某些溶剂回收过程所用 汽提塔均属此类。
特点：水蒸汽始终于过热状态，液相无水存在 作用：过热水蒸汽的作用在于降低油气分压以降低它的沸点。 P＝PA＋PS ∵ 只有A一个液相，且与汽相平衡， ∴ PA＝PAo P＝PAo＋PS ①如果体系P恒定，且无水蒸汽存在： 在PAo＝P时→A才沸腾
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则Qn就是液相回流Ln-1在第n板上气化取走的热量， 称为n板上的回流热，所以其回流量为：
Ln 1
V hL n 1, t n
Qn , Kmol / h L hLn 1,t n 1
分母实际上是该回流在温 度tn时的摩尔气化潜热和 回流由tn-1升温至tn时吸收 的显热所组成。
可见，即使在气化段处没有液相回流，气化段上方 的塔板上已有回流出现，使tF的上升蒸气在第n板上 降低到tn。
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3、实沸点切割点和产品收率
1 H L (t 0 t100 ) 2
在原油的实沸点曲线上即可查得相应的产品收率。
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五、石油精馏塔的汽液相负荷分布规律
(1) 沿塔高的温度分布：自下而上有一个递减的温度梯度， 随塔高度增加，需取走的回流热也增大。 (2) 物性变化：沿塔高上升油品的密度逐渐减小，其摩尔 汽化潜热也减小。 对热回流而言： 回流量＝回流热/油品
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1、塔顶气、液负荷
(1)进出体系的热量 先不考虑塔顶回流，则进入该隔离体的热量Q为 V l v Q入＝FehF F ( 1 e ) h Sh ,t f F ,t f s ,t s , kJ / h 离开隔离体系的热量 Q出为： V v
L Q出 ＝DhD ,tl Shs ,tl Mhm ,t M l L GhG ,t G Wh W ,tW , kJ / h
3
2．简单蒸馏—渐次气化
产生的微量蒸气的组成是不断变化的 釜底残液只与瞬时产生的汽相成平衡，
而不是与前面产生的全部汽相成平衡。
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
简单蒸馏的分离精确度要高于平衡汽化 只能用于分离要求不太严格的场合
4
3．精馏
建立起浓度梯度和温度梯度 + 接触设施
温度，℃
239
261.2
270.8
278.4
288.3
302.8
314.2
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②由恩氏蒸馏温差从Fig.7-13求实沸点温差
曲线段 0～10% 10～30% 30～50% 50～70% 70～90% 90～100% 恩氏蒸馏温差，℃ 22.2 9.6 7.6 9.9 14.5 11.4
实沸点蒸馏温差， ℃
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四、分馏精确度
1、表示方法
采用蒸馏曲线之间的间隔和重叠来表示
重叠值↗，分馏精 确度↙
间隙↗，分馏 精确度↗
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2、精确度与回流比、塔板数的关系
(1)分离难易程度的表示方法 ①对二元和多元物系： 分离的难易程度可以用组分间的相对挥发度来表示。 ②对石油馏分的精馏： 采用两馏分的恩氏蒸馏50%点温度之差△t50来表示。 (2)回流比和塔板数估算 图7-39和图7-40
N o,1

ps ,1
po,1

0 p po ,1
p
0 o ,1
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含水原油在换热器中加热气化
2、饱和水蒸汽存在下油的汽化
特点：①汽相为水蒸气和油气组成的均匀相；
②液相中则是不互溶的水相和油相； 当温度升高到t0时： Po0＋PS0＝P 油汽化,蒸气压↙, t0不变 Po0＋PS0＜P t↗ 油和水同时开始气化
分离 效果
基本无精馏作用， 分离效果好，可 不能显示各组分 大体反映各组分 的沸点 沸点的变化 反映油品的汽化 性能，用于计算 其它物性参数 主要用于原油评 价
用途
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TBP曲线 ASTM曲线
2、蒸馏曲线比较
曲线斜率：TBP>ASTM>EFV
蒸馏方式分离效率差别
EFV曲线
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TBP曲线
ASTM曲线
要得到相同汽化率
tTBP > tASTM > tEFV
EFV曲线 采用EFV减轻了加热设 备的负荷
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3、蒸馏曲线换算
计算加热炉炉管和转油线中的 汽化率；精馏塔的进料段温度 和侧线抽出温度的确定等，还 会遇到不同压力或减压下的平 衡汽化问题，这方面数据则更 油品蒸馏所得三种蒸馏曲线的工作量有很大差别，平 缺乏
(2)塔顶回流量 令：Q＝Q入－Q出，kJ/h.
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Q----全塔回流热
V L Q L0 (hL h L0 ,T0 ), KJ / h 0 ,T1
Q L0 V , Kmol / h L hL0 ,t1 hL0 ,T0
(3)塔顶气相负荷
V1＝L0＋D＋S，Kmol/h
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2、气化段气、液负荷
衡汽化的工作量最大，恩氏蒸馏最小
但在工艺过程的设计计算中常常会遇到平衡汽化的问题 三种蒸馏曲线的换算主要求助于经验方法
尽量采用实测数据 lg D=0.00852t-1.691 t实际=t+D 换算图表一般都是以体积分数来表示收率
使用这些经验图表时必须严格注意它们的适用范围及可能的误差，
油料在较高温度下有裂化现象，凡恩氏蒸馏温度高于246℃，
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(1)常压蒸馏曲线的相互换算
恩氏蒸馏曲线与实沸点蒸馏曲线的互换 常压下恩氏蒸馏曲线与实沸点曲线的互换可借助于图 7-12和图7-13。 这两张图适用于： 特性因数K＝11.8 沸点低于427℃的油品。
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换算步骤：
A、对恩氏蒸馏数据作裂化校正；
B、求恩氏蒸馏曲线各段温差(0～10%、10～30%、 …90～ 100%)；
第三章 石油蒸馏过程
Crude oil Distillation 辽宁石油化工大学 石油化工学院 赵德智
蒸馏原理：按其组分沸点的不同而达到分离的目的
一、蒸馏操作基本类型
炼厂蒸馏操作的三种基本类型:
闪蒸——平衡汽化 简单蒸馏——渐次汽化 精馏：连续式和间歇式
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1．闪蒸—平衡汽化
在闪蒸过程中，气、液两 相有足够的时间密切接触， 达到平衡状态，则称为平 衡汽化 气相产物中含较多的低沸 点组分，液相产物中含较 多的高沸点组分。但所有 组分都同时存在于气、液 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
油气和水气在同一时间冷凝完毕
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7.3 石油精馏塔
一、石油精馏过程的特点
1、复杂系精馏 2、产品也是复杂混合物
(1)原油是复杂的混合物 组成至今无法完全准确地测定，不可能按 组分要求来分离产品。 (2)精馏原料的沸程很宽 对原油而言，甚至在高真空条件下，还有许 多重组分不能汽化。
3、处理量大
4、严格要求安全可靠性 5、尽可能降低生产成本