化工原理课程设计

目录

一、设计任务书…………………………………………………

二、前言…………………………………………………………

三、确定设计方案………………………………………………

四、概述………………………………………………………

五、主要符号说明……………………………………………

六、设计计算…………………………………………………

七、参考文献…………………………………………………

八、设计自评…………………………………………………

九、附图………………………………………………………

一、设计任务书

一、题目: 某常减压蒸溜装置31.82万吨/年原油预热系统工艺设计

二、任务给定条件:

某炼油厂用柴油将原油预热。定性温度下柴油和原油的有关参数如下表。要求两侧流体的压降都不超过50KPa，试选用适当的列管式换热器（一台或多台）。

物料温度℃质量流量平均比热容平均密度导热系数粘度

入口出口Kg/h kJ/(kg.K) kg/m3W/(m.K) ×103Pa.s

30000 2.48 715 0.13 0.64 柴油175 T

2

原油70 110 40000 2.20 815 0.128 3.0

1、柴油质量流量30吨/小时，原油40吨/小时【以学号25号为基准，1-24(30/40－学号×0.1吨/小时）。26-50号（30/40＋学号×0.1吨/小时）。

2、换热设备可选择浮头式或U型管式换热器；换热器内外两侧的污垢热阻均可取

1.72×10-4m

2.℃/W；忽略管壁热阻。

3、节约成本核算参考：若采用4.855千克（力）/厘米2饱和水蒸气预热原油，饱

和水蒸气放热后出口为80℃水，水蒸气180元/吨，计算每年节省的费用。

三、设计说明书主要内容要求:

包括封面、目录、设计任务书、参考文献、符号说明和设计自评，其中正文包括下述内容：

a)前言（说明设计题目——31.82万吨/年，设计进程及自认达到的目的）

b)换热系统工艺流程设计和计算

冷却水用量，换热器进出口温度等热量衡算，包括根据换热流体的特性和操作参数决定流体走向（哪个走管程、哪个走壳程）；计算平均温差。

c)根据换热器工艺设计及计算的结果，对换热器选型

i.换热器管程、折流挡板间距、管子排列方式

ii.换热器接管尺寸确定

iii.管、壳层压降校验

iv.年节约成本核算参考：以饱和水蒸气的年消耗量计算

v.设计结果汇总与评价

四、附图(手绘3号图，1张)

1.换热器结构图

2.管板（包括管子排列方式）剖面图

3.管板与壳体连接局部放大图

4.列管与管板连接局部放大图

二、前言

本设计书是以柴油加热原油而设计的换热器，其设计条件是：某常减压蒸溜装置31.75万吨/年原油预热系统工艺设计。原油流量为44.10吨/h,每年产7200小时。设计进程如下1确定设计方案、2确定物性数据、3计算总的传热系数K、4确定工艺结构尺寸、5换热器核算、6核算换热面积、7核算换热器内的阻力压强降。柴油的流量为34.10吨/h，原油的流量为44.10吨/h。原油的入口温度为70度，出口温为110度。柴油的入口温度为175度，出口温度是129.1度。传热量为

Q=1080000J/S。取6m传热管，4管程单壳程浮头式换热器。实际传热面积是71.59平方米，所需的传热面积是61.32平方米。管内压降是4.218kPa，壳程压降为48.335kPa.传热面积和压降都符合条件。所以能达到目的。

三、确定设计方案

（一）、换热器类型的选择：

两流体温度变化的情况：热流体（柴油）进口温度175度，出口温度129.1度；冷流体（原油）进口温度70度，出口温度110度。浮头式特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。我们设计的换热器的该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，流体是油，易结垢，再根据可以完全消除热应力原则我们选用浮头式换热器。

（二）、管程安排

根据以下原则：

1、不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子；

2、腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和维修；

3、压强高的流体宜走管内，以免壳体受压；

4、被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果；

5、需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速

6、粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低

Re(Re>100)下即可达到端流，以提高对流传热系数。

综合来看，我们选择柴油走管程，原油走壳程。

四、概述

石油是一种主要由碳氢化合物组成的复杂混合物。石油中的烃类和非烃类化合物，相对分子质量从几十到几千，相应的沸点从常温到500度以上，分子结构也是多种多样。不同油区所产的原由在性质上差别较大，不同组成的原油表现出的物理性质不同，而不同的化学组成及物理性质对原油的使用价值、经济效益都有影响。

石油不能直接作汽车、飞机、轮船等交通运输工具发动机的燃料，必须经过各种加工过程，才能获得符合质量要求的各种石油产品。人们根据对所加工原油的性质、市场对产品的需求、加工技术的先进性和可靠性，以及经济效益等诸方面的分析、制订合理的加工方案。原油常减压蒸馏是常用基本的加工方案。

石油炼制工业生产汽油、煤油、柴油等燃料和化学工业原料，是国民经济最重要的支柱产业之一，关系国家的经济命脉和能源安全，在国民经济、国防和社会发展中具有极其重要的地位和作用。

石油炼制加工方案，主要根据其特性、市场需要、经济效益、投资力度等因素决定。石油炼制加工方案大体可以分为三种类型：

（1）燃料型主要产品是用燃料的石油产品。除了生产部分重油燃料油外，减压馏分油和减压渣油通过各种轻质化过程转化为各种轻质燃料。

（2）燃料－润滑油型除了生产燃料的石油产品外，部分或大部分减压馏分油和减压渣油还用于生产各种润滑油产品。

（3）燃料－化工型除了生产燃料产品外，还生产化工原料和化工产品。原油经过常压蒸馏可分馏出汽油、煤油、柴油馏分。因原油性质不同，这些馏分有的可直接作为产品，有的需要进行精制或加工。将常压塔底油进行减压蒸馏，等到的馏分视其原油性质或加工方案不同，可以作裂化（热裂化、催化裂化、加氢裂化等）原料或润滑油原料油原料，也可以作为乙烯裂解原料。减压塔底油可作为燃料油、沥青、焦化或其它渣油加工（溶剂脱沥青、渣油催化裂化、渣油加氢裂化等）的原料。

原油蒸馏在炼油厂是原油首先要通过的加工装置。一般包括预处理系统（原油

电脱盐）、常压分馏系统、减压分馏系统、注剂系统、轻烃回收系统（加工轻质原油且达到经济规模时一般设置轻烃回收系统）等。常压蒸馏就是在常压下对原油进行加热、气化、分馏和冷凝。如此得到各种不同沸点范围的石油馏分。常减压蒸馏是指在常压和减压条件下，根据原油中各组分的沸点不同，把原油“切割”成不同馏分的工艺过程。

一、文献综述：常减压蒸馏技术现状

①国外蒸馏装置技术现状及发展趋势

炼油传厂的大型化是提高其劳动生产率和经济效益，降低能耗和物耗的一项重要措施。按2004年一月底的统计，全世界共有717座炼油厂，总加工能力4103Mt/a。其中加工能力在10Mt/a以上的炼油厂126座，分散在34个国家和地区，有16座加工能力在20Mt/a以上。现在单套蒸馏装置一般都在5Mt/a以上，不少装置已达到10Mt/a。现在最大的单套蒸馏装置处理量为15Mt/a。

整体蒸馏装置将原油分为：常压渣油、含蜡馏分油、中间馏分油和石脑油组分。常压部分出常压渣油、中间馏分和石脑油以下的馏分。中间馏分在加氢脱硫分馏塔中分馏煤油、轻、重柴油，常压渣油进入高真空减压蒸馏，分馏出的蜡油作为催化裂化装置和加氢裂化装置的原料。整体蒸馏装置可以节省投资30％左右。

电脱盐方面：以Petrolite和Howe-Beaket二公司的专利技术较为先进。Howe-Beaket技术主要为低速脱盐，Petrolite已在低速脱盐的基础上开发了高速电脱盐。

塔内件方面：以Koch-Glitcsh、Sulzer和Norton为代表，拥有较先进的专利技术，公司开发出了SuperFRAC I.SuperFRACV高效塔盘和Gempak填料，Sulzer在原有Mellapak填料的基础上开发了Mllapakplus和Optiflow高效填料。

产品质量方面，国外蒸馏装置典型的产品分馏精度一般为：石脑油和煤油的脱空度ASTM D86(5%-95%)13℃；煤油和轻柴油的脱空度ASTM D86(5%-95%)-20℃；轻蜡油与重蜡油的脱空度ASTM D1160(5%-95%)5℃，润滑油基础油也基本满足窄馏分、浅颜色。

②国内蒸馏装置技术现状

我国蒸馏装置规模较小，大部分装置处理能力为2.5Mt/a，仅有几套装置的加工能力超国4.5Mt/a。我国蒸馏装置的总体技术水平与国外水平相比，在处理能力、产品质量和拨出率方面存在较大的差距。最近几年，随着我国炼油工业的发展，为缩短与世界先进炼油厂的差距，我国新建蒸馏装置正向大型化方向发展，陆续建成

了镇海、高桥8Mt/a及西太平洋10Mt/a等大型化的蒸馏装置等，其中高桥为润滑油型大型蒸馏装置，拟建的大型蒸馏装置也基本为燃料型。

我国蒸馏装置侧线产品分离精度差别较大，如中石化有些炼油厂常顶和常一线能够脱空，但尚有40%的装置常顶与常一线恩氏蒸馏馏程重叠超过10℃，最多重叠达86℃。多数装置常二线与常三线恩氏蒸馏馏程重叠15℃以上，实沸点重叠则超出25℃。润滑油馏分切割也同国外先进水平存在一定差距，主要表现在轻质润滑油馏分的发挥及中质润滑油馏分的残碳、颜色和安定性等方面存在差距较大。

二、节能措施：

炼油厂加工所消耗的能量占原油加工量的4%-8%，而常减压蒸馏装置又是耗能量大的生产装置。2001年中石化常减压蒸馏装置平均能耗为0.496GJ/t(不包括不开减压装置)，最低0.438 GJ/t，最高0.686 GJ/t，与国外常减压蒸馏装置相比，我国常减压蒸馏装置的能耗显然偏高，具有较大的节能潜力。常减压蒸馏装置能耗主要是工艺过程必须消耗的燃料、水蒸汽、电力、水等所产生的能量消耗。其中燃料能耗比例最大，达60%-85%；其次是电和蒸汽，均占总能耗的10%-15%；水的能耗的占总能耗的4%左右。因此，应从降低燃料消耗着手，节约能源。常减压蒸馏装置主要从五个方面着手：改进工艺流程、提高设备效率、优化操作、采用先进的自动控制流程、加强维修管理。降低燃料消耗，就是在保证产品收率和质量的条件下，减少加热炉有效热负荷和提高加热炉效率。加热炉负荷通常包括加热常压塔和减压塔进料及蒸汽所需热负荷。减少加热炉有效负荷的主要措施有：提高常压炉进料温度、降低加热炉出口温度、减少加热炉进料量（包括蒸汽）；提高加热炉热效率的主要措施有：回收烟气余热，降低排烟温度、提高燃烧器燃烧效率、优化及自动控制加热炉各操作参数（如烟气含氧量、炉膛负压，排烟温度等）、应用新型隔热材料，减少加热炉热损失。同时，节能措施的采用，不仅在技术上可行，而且必须经济合理。节能与投资的关系实质上是操作费用与投资的关系在节能领域的体现。

七、参考文献

1 唐孟海等．常减压蒸馏装置技术问答．北京：中国石化出版社2004

2 程丽华等．石油炼制工艺学．北京：中国石化出版社2006

3 北京石油设计院编．石油化工工艺计算图表．烃加工出版社1985

4 丁官果编．化工容器及设备设计．浙江大学出版社1996

5 韩冬冰编．化工工艺学．中国石化出版社2003

6 张映鹏编．炼油工艺学．石油工业出版社1982

7 陶刚编．化工工艺及安全．化学出版社2004

8 侯荚生编．石油炼制与化工．中国石化出版社,1995

9 韩冬冰李叙凤王文华编．化工工程设计．北京：学苑出版杜,1997

10 葛婉华等．化工计算．北京：化学工业出版社1995

11 彭秉璞．化工系统分析与模拟．北京：化学工业出版杜1990

12 李叔培编．石油加工工艺学(上、中、下册) ．中国石化出版社2003

13石油化学工业部石油化工规划设计院编．塔的工艺计算．石油工业出版社1979

八、设计自评

此次课程设计是我们毕业前为做毕业论文与设计的初练，更是我们所学的知识的一次大总结。

本次设计得到老师的各方面指导，经过本次历程为一个星期的课程设计,使我对原油常减压蒸馏装置和原油预热系统有了更深一层的理解.同时进一步巩固了所学的石油炼制工程的相关知识,我们通过老师的指导和同学之间的讨论,一步一个脚印地完成任务书所要求的.使我们对原油常减压蒸馏的过程及计算应用了有了较系统的理解.有助于我们将来在石油工业的认知.增加了我们的知识面.

就我个人而言,通过本次课程设计,我从中尝到,工作要一步到位,和细心的重要性,因为在整个过程中,我们需要反复的查表和验证,这样可以减少我们的工作量和提高工作效率.

通过自己的认真制作，终于得以完成，由于本人知识能力有限，设计水平还有待进一步的提高!

石油化工工业作为一个传统工业，它的工业工艺技术水平的提高需要各个国家大力合作、相关部门相互协作、政府机关有力支持等等!同时，作为当代大学生，特别是学习石油化工生产技术专业的我们，更加有责任为我国石油化工工业总体水平的提高贡献一份力量，因而我们要不断地学习，不停得去探索!我作为一名石油化工生产技术专业的学生，有信心也有能力去争取深造，也想把自己塑造成一名高素质高文化具备较高设计水平的工程技术人员。