石油蒸馏过程专题培训ppt课件.ppt

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1、2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程1 1基基本本途途径径一一般般为为：将将原原油油先先按按不不同同产产品品的的沸沸点点要要求求，分分割割成成不不同同的的直直馏馏馏馏分分油油，然然后后按按照照产产品品的的质质量量标标准准要要求求，除除去去这这些些馏馏分分油油中中的的非非理理想想组组分分；或或者者通通过过化化学学反反应应转转化化，生生成成所所需需要要的的组组分分，进进而而得得到到一一系系列列合合格格的的石石油油产产品品炼炼油油厂厂首首先先必必须须解解决决原原油油的的分分割割和和各各种种石石油油馏馏分分在在加加工工过过程程中中的的分分离离问问题题。蒸蒸馏馏分分离离技技术术是是石

2、石油油表表征征和和石石油油加加工工最最适适宜宜的的分分离离方方法法,也也是是一一种种常常用用的的最最经经济济和和最最容容易易实实现的分离手段现的分离手段 原油原油 产品产品？几几乎乎所所有有炼炼油油厂厂中中原原油油的的第第一一个个加加工工过过程程就就是是蒸蒸馏馏（俗俗称称为为龙龙头头），例例如如拔拔顶顶蒸蒸馏馏和和常常减减压压蒸蒸馏馏等等。所所谓谓原原油油一一次次加工，即指原油蒸馏而言。加工，即指原油蒸馏而言。石油体系的特殊性石油体系的特殊性 石石油油体体系系是是一一个个复复杂杂体体系系，不不能能采采用用常常规规明明确确组组分分的的方方法法描描述述，但但主主体体属属于于烃烃类类体体系系，各各馏

3、馏分分之之间间存存在在着着显显著著的的沸沸点点差差，因因此此在在石石油油加加工工过过程程中中，采采用用各各种种条条件件性性的的蒸蒸馏馏实实验验数数据据来来表表征征和和评评价价石石油油馏馏分分的构成的构成，例如，例如TBP，ASTM D2886等；等；石油产品的特殊性石油产品的特殊性 石石油油产产品品并并非非要要求求纯纯组组分分，而而是是一一个个馏馏程程范范围围，也也采采用用条条件件性性的的蒸蒸馏馏实实验验数数据据和和各各种种油油品品指指标标进进行行控控制制，如如ASTM D86，D1160等等。需需要要注注意意：一一般般石石油油蒸蒸馏馏过过程程的的产产品品其其要要求求主主要要为为一一个个馏馏程

4、程范范围围，产产品品的的构构成成只只要要处处于于这这个个范范围围内内并并能能保保证证其其它它炼炼油油指指标标就就属属于于合合格格产产品品，这这一一点点与与化化工工产产品品略略有有不不同同，同同时时也也使使得得石石油油蒸蒸馏馏过过程程具具有有更更大大的的灵灵活性；活性；石油蒸馏的特殊性石油蒸馏的特殊性 迄迄今今为为止止蒸蒸馏馏是是技技术术成成熟熟度度和和应应用用成成熟熟度度最最高高的的工工业业分分离离技技术术，具具有有相相对对坚坚实实的的理理论论基基础础和和工工程程经经验验积积累累。石石油油蒸蒸馏馏过过程程及及原原理理与与常常规规多多组组分分蒸蒸馏馏完完全全相相同同，但但不不同同的的是是其其构构

5、型型上上经经常常是是多多种种分分离离过过程程的的耦耦合合，主主要要是是气气液液物物理理分分离离过过程程的的解解吸吸或或吸吸收收过过程程，也也涉涉及及到到水水蒸蒸气气汽提汽提过程，这使得石油蒸馏过程具有自身的特点。过程，这使得石油蒸馏过程具有自身的特点。2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程2 22023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程3 3第一节第一节 蒸馏概述蒸馏概述蒸蒸馏馏原原理理：从从中中文文字字面面上上理理解解，“蒸蒸”意意为为加加热热蒸蒸发发，“馏馏”意意味味着着将将加加热热气气化化的的气气相相冷冷凝凝。由由于于体体系系间间相相对对挥挥发发度度（或或

6、沸沸点点）的的差差异异，蒸蒸发发的的气气相相和和未未蒸蒸发发的的液液相相间间存存在在着着组组成的差异成的差异，从而使体系实现了分离。，从而使体系实现了分离。在在炼炼油油过过程程中中，蒸蒸馏馏技技术术应应用用于于石石油油评评价价、产产品品表表征征、加加工工过过程程各各个个环环节节，操操作作方方式式也也多多种种多多样样，但但从从蒸蒸馏馏原原理理和和操操作作方方式式上上讨讨论论，可可以以把把它它们们归归纳纳为为连连续续操操作作的的闪闪蒸蒸（平平衡衡蒸蒸馏馏）、间间歇歇操操作作的的简简单单（间间歇歇）蒸蒸馏馏、精精馏馏和和水水蒸蒸气气蒸蒸馏馏（汽提）。（汽提）。2023/1/82023/1/8石油炼制

7、工程石油炼制工程4 4 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。2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程5 5气液相平衡的气液相平衡的特征：特征：特征：特征：q气相和液相温度相等。气相和液相温度相等。q处处于于气气-液液相相平平衡衡状状态态的的气气体体和和液液体体分分别别称称为为饱饱和和蒸蒸气气和和饱和液体。饱和蒸气具有的压力称为饱和蒸气压。饱和液体。饱和蒸气具有的压力称为饱和蒸气压。q气气相相和和液液相相中中

8、的的组组成成保保持持稳稳定定，每每一一组组分分在在汽汽液液相相中中的的化化学位相等，不再变化。学位相等，不再变化。q混混合合物物各各组组成成同同时时存存在在于于气气-液液两两相相中中，每每一一组组分分都都处处于于平衡状态平衡状态q不同的外界条件，可以建立不同的相平衡状态不同的外界条件，可以建立不同的相平衡状态 对于石油馏分，在一定的温度和压力下，保持石油馏分对于石油馏分，在一定的温度和压力下，保持石油馏分气、液两相共存，而且气、液两相的相对量（汽化率）和两气、液两相共存，而且气、液两相的相对量（汽化率）和两相中的各组分都不再发生变化，这时该石油馏分达到了气、相中的各组分都不再发生变化，这时该石

9、油馏分达到了气、液平衡状态液平衡状态泡点和露点泡点和露点：2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程6 6q在在一一定定压压力力下下，加加热热油油品品，当当其其温温度度升升高高到到某某一一数数值值时时，油油品品开开始始气气化化，油油品品刚刚刚刚出出现现第第一一个个气气泡泡并并保保持持相相平平衡衡状状态时的温度，称为态时的温度，称为泡点温度泡点温度，或称为，或称为平衡气化平衡气化0%温度温度 q继继续续升升高高温温度度使使油油品品不不断断气气化化，当当油油品品刚刚刚刚全全部部气气化化并并保保持持相相平平衡衡时时的的温温度度，称称为为露露点点温温度度，也也称称为为平平衡衡气气化化10

10、0%的温度的温度。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气处于泡点状态时的液体是饱和液体，而处于露点状态时的气体是饱和气体。体是饱和气体。q纯物质，在一定压力下，泡点温度与露点温度相等，也就是纯物质，在一定压力下，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。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，称为过冷液体冷液体 2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程7 71闪蒸闪蒸平衡气化平衡气化闪闪蒸蒸过过程程的的原原料料条

11、条件件必必须须要要保保证证原原料料进进入入闪蒸罐（塔）后形成气、液混相区。闪蒸罐（塔）后形成气、液混相区。在在闪闪蒸蒸过过程程中中，气气、液液两两相相有有足足够够的的空空间间和和时时间间密密切切接接触触，达达到到了了平平衡衡状状态态，则则称称为为平平衡衡汽汽化化，由由于于传传质质过过程程大大部部分分发发生生在在气气液液接接触触的的瞬瞬间间（对对于于粘粘度度不不高高的的体体系系在在90以以上上），因因而而闪闪蒸蒸过过程程可可以以近近似似地地按按相平衡来处理。相平衡来处理。闪闪蒸蒸是是连连续续操操作作的的一一次次气气化化过过程程，有有多多种种操操作作方方式式：减减压压闪闪蒸蒸、等等温温闪闪蒸蒸、等

12、等压压闪闪蒸、等焓闪蒸蒸、等焓闪蒸等。等。闪闪蒸蒸过过程程一一般般有有平平衡衡气气化化和和平平衡衡冷冷凝凝两两情情况况。前前者者进进料料为为液液相相，需需要要加加热热；而而后后者者进料为进料为气相气相，需要冷凝。，需要冷凝。气气相相产产物物中中含含较较多多的的低低沸沸点点组组分分，液液相相产产物物中中含含较较多多的的高高沸沸点点组组分分。但但所所有有组组分分都都同时存在于气、液相中同时存在于气、液相中 2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程8 8q闪闪蒸蒸过过程程最最大大的的分分离离能能力力为为热热力力学学一一次次相相平平衡衡，因因此此闪闪蒸蒸过过程程的的分分离离效效果果十十

13、分分有有限限，并并且且气气相相中中轻轻组组分分的的浓浓度度与与液液相相中之差随着气相的产量增加而降低中之差随着气相的产量增加而降低。q气气相相中中轻轻组组分分浓浓度度最最高高点点为为闪闪蒸蒸在在泡泡点点操操作作，浓浓度度最最低低点点为为露露点点操操作作。前前者者气气相相产产率率为为零零，而而后后者者气气相相产产率率与与进进料料量量相等，但浓度与进料相同，无分离效果。相等，但浓度与进料相同，无分离效果。q平平衡衡闪闪蒸蒸要要达达到到一一定定的的分分离离效效果果，其其操操作温度必须介于作温度必须介于泡点和露点之间泡点和露点之间。q闪闪蒸蒸过过程程的的核核心心矛矛盾盾是是分分离离效效果果与与产产率率

14、间间的的矛矛盾盾，控控制制不不同同的的加加（取取）热热量量就就可可以以合合理理地地控控制制产产品品的的组组成成与与产产量量间间的的关系。关系。2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程9 92简单蒸馏简单蒸馏渐次气化渐次气化 液液体体混混合合物物在在蒸蒸馏馏釜釜中中被被加加热热，在在一一定定压压力力下下，当当温温度度达达到到混混合合物物的的泡泡点点温温度度时时，液液体体开开始始气气化化，生生成成微微量量蒸蒸气气。生生成成的的蒸蒸气气当当即即被被引引出出并并冷冷凝凝冷冷却却后后收收集集起起来来，同同时时液液体体继继续续加加热热，继继续续生生成成蒸蒸气气并并被被引引出出。这这种种蒸蒸

15、馏馏方方式式称称作作简简单单蒸蒸馏馏或或微微分分蒸蒸馏馏 2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程1010q在在整整个个简简单单蒸蒸馏馏过过程程中中，所所产产生生的的一一系系列列微微量量蒸蒸气气的的组组成成是是不不断断变变化化的的，最最初初得得到到的的蒸蒸气气含含轻轻组组分分最最多多，随随着着加加热热温温度度的的升升高高，相相继继形形成成的的蒸蒸气气中轻组分的浓度逐渐降低，而残存液相中重组分的浓度则不断增大中轻组分的浓度逐渐降低，而残存液相中重组分的浓度则不断增大q从从本本质质上上看看，简简单单蒸蒸馏馏过过程程是是由由无无数数次次平平衡衡汽汽化化所所组组成成的的，是是渐渐次次气

16、气化化过程，简单蒸馏的过程，简单蒸馏的分离精确度分离精确度要高于平衡汽化。要高于平衡汽化。q在在相相同同的的蒸蒸馏馏终终温温（液液相相组组成成相相同同）下下，简简单单蒸蒸馏馏的的馏馏出出物物轻轻组组分分的的浓浓度度会较平衡蒸馏略高，但会较平衡蒸馏略高，但气相收率气相收率略低。略低。q简简单单蒸蒸馏馏是是一一种种间间歇歇过过程程，基基本本上上无无精精馏馏效效果果，分分离离程程度度也也不不高高，多多用用于实验室或小型装置浓缩物料或粗略分割油料的一种间歇操作蒸馏方法于实验室或小型装置浓缩物料或粗略分割油料的一种间歇操作蒸馏方法q测定油品馏程的测定油品馏程的恩氏蒸馏恩氏蒸馏就可以就可以近似近似看作是简

17、单蒸馏看作是简单蒸馏 2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程1111恩氏蒸馏中蒸发的气相经过蒸馏仪器空间需要一定的时间，恩氏蒸馏中蒸发的气相经过蒸馏仪器空间需要一定的时间，不能在生成的一瞬间立即被引出，而且蒸馏瓶颈壁上也有少不能在生成的一瞬间立即被引出，而且蒸馏瓶颈壁上也有少量蒸气会冷凝而形成回流，因此，只能把它看作是量蒸气会冷凝而形成回流，因此，只能把它看作是近似的简近似的简单蒸馏单蒸馏。2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程12123多级闪蒸及精馏多级闪蒸及精馏闪闪蒸蒸过过程程由由于于分分离离能能力力有有限限，不不能能满满足足绝绝大大多多数数工工业业过过

18、程程的的要要求求。为为了了达达到到更更高高的的分分离离要要求求，最最直直接接的的方方法法是是进进行行多多级闪蒸级闪蒸。对对第第一一级级闪闪蒸蒸出出的的气气相相部部分分冷冷凝凝，进进入入新新的的一一级级闪闪蒸蒸罐罐，就就可可以以获获得得轻轻组组分分浓浓度度更更高高的的馏馏出出液液产产品品；同同样样对对第第一一级级闪闪蒸蒸的的液液相相继继续续加加热热部部分分气气化化，进进入入新新的的一一级级闪闪蒸蒸罐罐，就就可可以以获获得得轻轻组组分分浓浓度度更更低低的的残残液液产产品品，依依次次类类推推，就就可可以以构构建建出出满足分离要求满足分离要求的的多级闪蒸过程多级闪蒸过程。多多级级闪闪蒸蒸的的优优点点在

19、在于于可可以以依依据据分分离离要要求求，通通过过增增加加级级数数，容容易易地地达达到到较较高高的的分分离离要要求求，但但缺缺点点是是每每增增加加一一级级必必定定增增加加一一个副产物个副产物，造成最终，造成最终产品收率的降低产品收率的降低。（1）多级闪蒸）多级闪蒸(a)多级闪蒸多级闪蒸 2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程1313解解决决多多级级闪闪蒸蒸产产品品收收率率低低的的问问题题，可可行行的的方方法法就就是是将将不不能能做做为为产产品品的的副副产产物物回回注注到到相相邻邻的的上上游游级级，构构成成多多级级回回流闪蒸流闪蒸，其中有其中有进料的级称为进料级进料的级称为进料级

20、多多级级回回流流闪闪蒸蒸，可可以以将将一一股股原原料料分分离离成成两两个个产产品品，而而无无其其它它副副产产物物，并并且且产产品品的的质质量量要要求求可可以以通通过过增增加加级级数数容容易达到；易达到；在在进进料料级级以以上上的的各各级级闪闪蒸蒸操操作作为为平平衡衡冷冷凝凝，每每级级间间需需要要一一个个冷冷凝凝器器；在在进进料料级级以以下下的的各各级级闪闪蒸蒸操操作作为为平平衡衡气气化化，每级间需要一个每级间需要一个加热器加热器。多多级级回回流流闪闪蒸蒸虽虽然然彻彻底底地地解解决决了了多多级级闪闪蒸蒸的的副副产产物物问问题题，将将一一股股进进料料分分成成了了两两个个产产品品，然然而而在在相相邻

21、邻级级间间大大量量物物料料回回流流循循环环，造造成成能能耗耗（加加热热和和冷冷凝凝两方面）的大幅度增加两方面）的大幅度增加。(b)多级回流闪蒸多级回流闪蒸 2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程1414对对于于需需要要级级数数较较少少的的分分离离过过程程，这这种种构构型型工工程程实实现现较较为为容容易易，如如果果需需要要的的级级数数极极多多时时，过过程程较较为为复复杂杂，并并且且投投资资高高、占占地地面面积积大大、控控制结点数极多，工程实现十分困难。制结点数极多，工程实现十分困难。要要提提高高回回流流闪闪蒸蒸过过程程的的技技术术经经济济性性，必必须须对对现现有有流流程程进进行

22、行深深度度简简化化。简简化化的的关关键键是是去去除除部部分分或或全全部部的的级级间间换换热热器器，采采用用两两相相直直接接接接触触换换热热，不不仅仅会会大大幅幅度度提提高高换换热热效效率率，减减少少设设备备投投资资，同同时时可可简简化化生生产产流程、减小占地面积。流程、减小占地面积。按按照照热热量量平平衡衡，对对于于确确定定的的分分离离体体系系，在在进进料料条条件件、产产品品要要求求和和级级数数确确定定的的情情况况下下，平平衡衡冷冷凝凝段段和和平平衡衡气气化化段段所所需需的的热热负负荷荷是是确确定定的的，并且两者间有固定的关系。并且两者间有固定的关系。在在平平衡衡冷冷凝凝段段，下下游游级级的的

23、温温度度较较相相邻邻上上游游级级低低，而而在在平平衡衡气气化化段段，下下游游级级的的温温度度较较上上游游级级更更高高，构构成成了了各各级级温温度度具具有有单单调调变变化化的的特特点点。若若提提高高某某下下游游级级的的液液相相（气气）回回流流量量，则则可可以以提提供供更更多多的的冷冷凝凝(加加热热)负荷，则可以抵消该级的进料冷凝（加热）器所需的热负荷。负荷，则可以抵消该级的进料冷凝（加热）器所需的热负荷。2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程1515提提供供热热负负荷荷的的方方式式可可以以在在任任何何级级分分别别进进行行，也也可可以以在在最最下下游游级级总总体体设设置置。前前者

24、者更更有有利利于于不不同同温温位位冷冷、热热公公用用工工程程资资源源的的利利用用，但但过过程程较为复杂。而后者即为常规的较为复杂。而后者即为常规的精馏精馏过程。过程。2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程1616（2）精）精 馏馏精馏可分为精馏可分为连续式连续式和和间歇式间歇式两种两种 沿精馏塔高度建立了沿精馏塔高度建立了两个梯度两个梯度：自塔底至塔顶逐级下降自塔底至塔顶逐级下降的的温温度梯度度梯度 气、液相中轻组分自塔底至气、液相中轻组分自塔底至塔顶逐级增大塔顶逐级增大的的浓度梯度浓度梯度 精馏塔内沿塔高的精馏塔内沿塔高的温度梯度和浓温度梯度和浓度梯度的建立度梯度的建立及及

25、接触设施接触设施的存在的存在是精馏过程得以进行的是精馏过程得以进行的必要条件必要条件 2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程1717在第在第N块塔板上相接触的两相块塔板上相接触的两相：p由由第第N+1块块塔塔板板上上升升的的气气相相温温度度要要高高于于从从第第N-1块块塔塔板板下来的下来的液相温度液相温度；p由由第第N+1块块塔塔板板上上升升的的气气相相中中的的轻轻组组分分浓浓度度要要低低于于从从第第N-1块块塔塔板板下下来来的的液液相相中中的的轻组分浓度轻组分浓度。p气气、液液两两相相在在接接触触前前处处于于气气液液两两相相不不平平衡衡状状态态，形形成成相相间推动力间推动力

26、n n 由由于于两两个个梯梯度度的的存存在在，在在塔塔中中每每一一个个气气、液液两两相相的的接接触触级级中中，由由下下而而上上的的较较高高温温度度和和较较低低轻轻组组分分浓浓度度的的气气相相与与由由上上而而下下的的较较低低温温度度和和较较高高轻轻组组分分浓浓度度的的液液相相存存在在相相间间差差别别，因因此此气气、液液两两相相在在接接触触前前处处于于不不平平衡衡状状态态，形形成成相相间间推推动动力力，使使气气、液液两两相相在在接接触触过过程程中中进进行行相相间间的的传传热热和和扩扩散散传传质质，最最终终使使气气相相中中的的轻轻组组分分和和液液相相中中的的重重组组分分分分别别得得到到提提纯纯。经经

27、过过多多次次气气、液液相相逆逆流流接接触触，最最后后在在塔塔顶顶得得到到较较纯纯的的气气相相轻轻组组分分，在塔底得到在塔底得到较纯的液相重组分较纯的液相重组分。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2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程1818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精馏馏过过程程由由两两段段构构成成，进进料料段段以以上上的的塔塔段段称称为为精精馏馏段段，属属于于平平衡衡冷冷凝凝过过程程，精精馏馏段段的的产产品品为为馏馏出出产产品品；进进料料段段

28、以以下下为为提提馏馏段段，属属于于平平衡衡气气化化过过程程，提提馏馏段段的的产产品品为为逐逐级蒸发后的级蒸发后的剩余物料剩余物料。精精馏馏段段和和提提馏馏段段内内，分分别别装装有有提提供供气气、液液两两相相接接触触、传传热热和和传传质质的的塔塔内内件件（替替代代多多级级回回流流闪闪蒸蒸的的闪闪蒸蒸罐罐），有有塔塔板板或或填填料料两两类类，前前者者温温度度和和浓浓度度随随塔塔高高离离散散变变化化，而而后后者者连连续续变变化化。塔塔内内件件是是精精馏馏塔塔沿沿塔塔高高建建立立温温度度梯梯度度和和浓浓度度梯梯度度的的接接触触设设施施，为为传传质质过过程程的的实实现现提提供供相相界界面面积积，是精馏过

29、程得以进行的是精馏过程得以进行的必要条件必要条件。2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程1919为为了了实实现现精精馏馏段段的的逐逐级级冷冷凝凝，在在精精馏馏段段的的塔塔顶顶必必须须设设有有冷冷凝凝器器，冷冷凝凝液液部部分分做做产产品品，剩剩余余部部分分全全部部作作为为回回流流，回回注注到到塔塔顶顶板板，为为精精馏馏段段的的分分离离提提供供冷冷源源，其其中中回回流流热热必须保证必须保证精馏段内精馏段内各级有各级有冷凝过程冷凝过程发生。发生。为为了了实实现现提提馏馏段段实实现现逐逐级级气气化化，在在提提馏馏段段底底部部必必须须设设置置一一个个加加热热器器，称称为为再再沸沸器器，

30、将将提提馏馏段段的的产产品品全全部部和和部部分分加加热热气气化化，产产生生的的气气相相回回注注到到精精馏馏塔塔塔塔底底板板下下部部，为为提提馏馏段段逐逐级级气气化化提提供供热热源源，同同样样，提提供供的的气气相相回回流流热热必必须须保证提馏段各级发生气化。保证提馏段各级发生气化。2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程2020回回流流热热包包含含着着回回流流温温度度和和回回流流量量两两方方面面。不不同同的的回回流流温温度度决决定定了了回回流流量量的的大大小小，采采用用何何种种回回流流温温度度取取决决于于工工艺艺要求和温度控制的难度等方面要求和温度控制的难度等方面 气气相相和和液

31、液相相回回流流量量都都属属于于工工艺艺条条件件。为为了了实实现现精精馏馏塔塔的的全全部部工工艺艺条条件件与与加加工工量量无无关关的的特特点点，精精馏馏塔塔的的气气相相和和液液相相回回流流的的量量分分别别用用回回流流比比和和再再沸沸比比来来表表示示，其其定定义义分分别别为为回流量与相应产品量之比回流量与相应产品量之比。精精馏馏塔塔塔塔顶顶的的温温度度为为塔塔顶顶气气相相组组成成和和压压力力下下的的露露点点温温度度，塔塔底底温温度度为为塔塔底底液液相相组组成成和和压压力力下下的的泡泡点点温温度度。由由于于塔塔顶顶和和塔塔底底组组成成分分别别为为最最轻轻和和最最重重、压压力力最最低低和和压压力力最最

32、高高，因而因而塔底温度高于塔顶温度塔底温度高于塔顶温度。2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程2121再再沸沸器器的的操操作作完完全全符符合合平平衡衡气气化化的的条条件件，具具有有一一个个理理论论级级的的分分离离能能力力；塔塔顶顶冷冷凝凝器器为为全全凝凝器器时时，相相当当于于泡泡点点操操作作，无无分分离离能能力力，而而当当塔塔顶顶冷冷凝凝器器在在泡泡、露露点点之之间间操操作作时时，有有气气相相和和液液相相两两个个产产品品，符符合合平平衡衡冷冷凝凝操操作作的的条条件件，计入计入一个理论级一个理论级。进进料料条条件件和和产产品品要要求求决决定定了了精精馏馏塔塔的的全全塔塔物物料料

33、平平衡衡，从从而而规规定定了了塔塔顶顶和和塔塔底底的的流流量量和和组组成成。为为了了实实现现该该过过程程，在在确确定定的的回回流流条条件件下下，精精馏馏段段和和提提馏馏段段所所需需的的理理论论板板数数是是确确定定的的，其其中中回回流流的的量量越越大大所所需需的的总总理理论论板板数数越越少少，反之反之回流的量越小回流的量越小所需的总理论板数越多。所需的总理论板数越多。2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程2222因因此此设设计计的的回回流流量量大大小小是是平平衡衡精精馏馏塔塔的的操操作作投投资资和和设设备备投投资资对对总总投投资资影影响响的的关关键键变变量量，存存在在着着一一个

34、个最最优优的的操操作作回流量回流量。受受全全塔塔热热平平衡衡的的限限制制，在在进进料料条条件件和和产产品品要要求求确确定定的的情情况况下下，精精馏馏塔塔的的回回流流比比和和再再沸沸比比有有一一个个固固定定的的关关系系，当当精精馏馏塔塔操操作作回回流流比比发发生生变变化化，再再沸沸比比相相应应也也需需要要相相应应变变化，因此精馏塔的设计仅化，因此精馏塔的设计仅需要考虑回流比需要考虑回流比。2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程2323 在在前前面面的的内内容容中中涉涉及及到到了了蒸蒸馏馏、精精馏馏和和分分馏馏三三个个专专业业名名词词，对对于于其其区区别别特特作作如如下下说说明明

35、。蒸蒸馏馏是是指指广广义义的的概概念念，强强调调加加热热和和冷冷凝凝操操作作的的分分离离过过程程，可可以以是是半半塔塔，可可以以是是全全塔塔,可可以以是是连连续续操操作作，也也可可以以是是间间歇歇操操作作等等等等，可可以以单单级级，也也可可以以是是多多级级；精精馏馏强强调调多多级级，泛泛指指可可获获得得高高纯纯产产品品的的全全塔塔，塔塔底底必必须须有有冷冷凝凝器器，塔塔顶顶必必须须有有再再沸沸器器，在在汉汉语语中中，大大多多数数情情况况下下蒸蒸馏馏与与精精馏馏可可以以混混用用，而而分分馏馏主主要要强强调调蒸蒸馏馏过过程程的的产产品品为为一一个个馏馏程程范范围围，其其中中也也有有一一些些工工程程

36、中中的的习习惯惯用用法法，例例如如气气体体分馏装置，实际上该装置中全部由精馏塔构成。分馏装置，实际上该装置中全部由精馏塔构成。2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程24242023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程2525第二节第二节 石油体系的表征及其气石油体系的表征及其气-液平衡液平衡 石石油油是是烃烃类类的的复复杂杂混混合合物物，所所含含组组分分众众多多，而而且且往往往往含含有有某某些些非非烃烃组组分分，测测定定其其准准确确组组成成极极为为困困难难，所所以以对对石石油油的的特特征征化化可可采采用用标标准准化化蒸蒸馏馏方方法法进进行行表表征征，目目前前国国际

37、际上上通通用用的的方方法法由由美美国国材材料料试试验验协协会会（ASTM）制定。制定。最最常常用用的的石石油油特特征征化化实实验验室室蒸蒸馏馏方方法法有有三三种种：恩恩氏氏蒸蒸馏馏（ASTM）、实实沸沸点点蒸蒸馏馏（TBP）和和平平衡衡气气化化（EFV），三三种种蒸蒸馏馏方方法法所所得得结结果果既既可可用用馏馏分分组组成成数数据据表表示示，也也可可用用蒸蒸馏馏曲曲线线（馏馏出出温温度度馏馏出出体体积积百百分分率率）表表示示。利利用用三三种种曲曲线线之之间间的的关关系系，得得出出石石油油的的泡泡点点、露露点点以以及及一一系系列列平平衡气化温度与馏出体积分数之间衡气化温度与馏出体积分数之间的关系，

38、从而为的关系，从而为工艺计算工艺计算提供基础数据提供基础数据。2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程26262023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程2727一、石油及石油馏分的蒸馏曲线一、石油及石油馏分的蒸馏曲线 1.恩氏蒸馏曲线恩氏蒸馏曲线恩氏蒸馏恩氏蒸馏(ASTM D86)是一种简单蒸馏，它是以是一种简单蒸馏，它是以规格化的规格化的仪器和在规定的试验条件下仪器和在规定的试验条件下进行的，因而是一种条件性的试进行的，因而是一种条件性的试验方法。将馏出温度（气相温度）对馏出量（体积百分率）验方法。将馏出温度（气相温度）对馏出量（体积百分率）作图，即得作图，即得

39、恩氏蒸馏曲线恩氏蒸馏曲线 恩氏蒸馏的本质是恩氏蒸馏的本质是渐次气化渐次气化的结果，因而不能表征油品中的结果，因而不能表征油品中各组分的各组分的实际沸点实际沸点，但它能反映油品在一定条件下的，但它能反映油品在一定条件下的气化性气化性能能，而且简便易得，而且简便易得，广泛用于计算油品的部分性质参数，也是油品最基本的物广泛用于计算油品的部分性质参数，也是油品最基本的物性数据之一。性数据之一。2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程2828 2.实沸点蒸馏曲线实沸点蒸馏曲线实实沸沸点点蒸蒸馏馏是是一一种种实实验验室室间间歇歇精精馏馏。如如果果一一个个间间歇歇精精馏馏设设备备的的分分离离

40、能能力力足足够够高高，则则可可以以得得到到混混合合物物中中各各个个组组分分的的量量及及对对应应的的沸沸点点，所所得得数数据据在在一一张张馏馏出温度一馏出百分率出温度一馏出百分率的图上标绘，可以得到一根的图上标绘，可以得到一根阶梯形曲线阶梯形曲线，但这不易做到；，但这不易做到；实实际际上上，实实沸沸点点蒸蒸馏馏设设备备是是一一种种规规格格化化的的蒸蒸馏馏设设备备，规规定定其其精精馏馏柱柱应应相相当当于于十七块理论板十七块理论板的分离能力，并在的分离能力，并在规定的试验条件下规定的试验条件下进行；进行；石石油油中中相相邻邻组组分分的的沸沸点点十十分分接接近近，而而每每个个组组分分的的含含量量又又很

41、很少少，故故所所得得石石油油或或油油品品的的实实沸沸点点蒸蒸馏馏曲曲线线是是一一条条连连续续曲曲线线，它它可可以以大大致致反反映映各各组组分分沸沸点点随随馏出量的变化情况馏出量的变化情况；实实沸沸点点蒸蒸馏馏主主要要用用于于原原油油评评价价，但但蒸蒸馏馏实实验验是是相相当当费费时时间间的的，为为了了节节省省实实验验时时间间，近近十十几几年年出出现现了了用用气气相相色色谱谱分分析析来来取取得得石石油油和和石石油油馏馏分分的的模模拟拟实实沸点数据沸点数据的方法（的方法（ASTM D2887，D5307）。）。2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程2929 3.平衡气化曲线平衡气化

42、曲线在在实实验验室室平平衡衡气气化化设设备备中中，将将油油品品加加热热气气化化，使使气气、液液两两相相在在恒恒定定压压力力和和温温度度下下密密切切接接触触一一段段足足够够长长的的时时间间后后迅迅速速分分离，即可测得油品在该条件下的离，即可测得油品在该条件下的平衡气化分率平衡气化分率。在在恒恒压压下下选选择择几几个个合合适适的的温温度度（一一般般至至少少要要五五个个）进进行行试试验，就可以得到恒压下验，就可以得到恒压下平衡气化率与温度平衡气化率与温度的关系的关系 根根据据平平衡衡气气化化曲曲线线，可可以以确确定定油油品品在在不不同同气气化化率率时时的的温温度度（如如精精馏馏塔塔进进料料段段温温度

43、度），泡泡点点温温度度（如如精精馏馏塔塔侧侧线线温温度度和和塔底温度），塔底温度），露点温度露点温度（如精馏塔顶温度）等。（如精馏塔顶温度）等。恩氏蒸馏恩氏蒸馏(ASTM)实沸点蒸馏实沸点蒸馏(TBP)平衡气化平衡气化(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规格格化化的的仪仪器器和和在在规规定定的的实实验验条条件件下下(ASTM D86)规规格格化化蒸蒸馏馏设设备备(17块块理理论论板板)中中和和规规定定条件下条件下在在恒恒压压、不不同同温温度度（至少（至少5个）下个）下分离分离效果效果基基本本无无精精馏馏作作用用，不不能能显显示示各各组组分分的的实

44、实际际沸沸点点,但但能能反反映映油品的汽化性能油品的汽化性能分分离离效效果果好好，可可大大体体反反映映各各组组分分沸沸点点的变化的变化受受气气液液相相平平衡衡限限制制,分分离离效效果果差差,仅仅相相当当于于一一块块塔塔板板的的分分离离能力能力用途用途用用于于计计算算其其它它物物性性参参数数，用用于于产产品品质质量等量等主主要要用用于于原原油油评评价价，反反映映石石油油组组成成的的特特征化征化可可以以确确定定在在不不同同汽汽化化率率下下的的温温度度或或某某温度下的温度下的汽化率汽化率。2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程30302023/1/82023/1/8石油炼制工程石油

45、炼制工程3131 右右图图是是同同一一种种油油品品的的三三种种不不同同的的蒸蒸馏馏曲曲线线。由由图图可可以以看看出出：就就曲曲线线的的斜斜率率而而言言，平平衡衡气气化化曲曲线线最最平平缓缓，恩恩氏氏蒸蒸馏馏曲曲线线比比较较陡陡一一些些，而而实沸点蒸馏曲线实沸点蒸馏曲线的斜率则最大。的斜率则最大。这这种种差差别别正正是是这这三三种种蒸蒸馏馏方方式式分分离离效效率率差差别别的的反反映映，即即实实沸沸点点蒸蒸馏馏的的分分离离精精确确度度最最高高，恩恩氏氏蒸蒸馏馏次次之之，而而平平衡衡气气化化则则最最差差。这这种种差差别别是由这三种蒸馏的本质所决定的。是由这三种蒸馏的本质所决定的。TBP曲线曲线EFV

46、曲线曲线ASTM曲线曲线4.三种蒸馏曲线的比较三种蒸馏曲线的比较2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程3232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那就是在同样气化率同样气化率的前的前提下，提下，平衡气化所需的温平衡气化所需的温度最低度最低，这样就减轻了加，这样就减轻了加热设备的负荷热设备的负荷 TBP曲线曲线ASTM曲线曲线EFV曲线曲线2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程33335.蒸馏曲线的外推和内插蒸馏曲线的外推和内插 （1）恩氏蒸馏和实沸

47、点数据的外推和内插）恩氏蒸馏和实沸点数据的外推和内插 对对于于ASTM D86数数据据的的内内插插和和外外推推有有两两种种基基本本方方法法：概概率率坐坐标标纸纸法法和和模型法模型法。对对于于不不太太宽宽的的馏馏分分油油，其其恩恩氏氏蒸蒸馏馏数数据据（ASTM D86）在在正正态态概概率率坐坐标标纸纸上上十十分分接接近近于于一一条条直直线线，正正态态概概率率坐坐标标纸纸的的横横坐坐标标为为正正态态概概率率坐标坐标，纵坐标为算术坐标纵坐标为算术坐标。因因此此，可可以以在在该该图图上上标标绘绘出出不不完完整整的的恩恩氏氏蒸蒸馏馏数数据据并并作作出出直直线线，从从而而内插和外推内插和外推，求出其他各点

48、的馏出温度，求出其他各点的馏出温度。由由于于实实沸沸点点蒸蒸馏馏数数据据与与恩恩氏氏蒸蒸馏馏数数据据趋趋势势上上的的一一致致性性，实实沸沸点点蒸蒸馏馏数据在数据在正态概率坐标纸正态概率坐标纸上也接近于一条直线，也可用于上也接近于一条直线，也可用于数据补缺数据补缺。2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程3434图图6-9 恩氏蒸馏曲线坐标纸恩氏蒸馏曲线坐标纸2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程3535另一种方法就是采用另一种方法就是采用恩氏蒸馏曲线的数学模型恩氏蒸馏曲线的数学模型：式式中中，a和和b 为为模模型型待待定定参参数数，t0点点表表示示初初馏馏点点

49、的的温温度度。通通过过不不少少于于2个个点点和和初初馏馏点点数数据据，应应用用该该模模型型就就可可以以回回归归出出待待定参数定参数 a 和和 b。若。若无初馏点，则需要无初馏点，则需要 3 个数据点个数据点。2023/1/82023/1/8石油炼制工程石油炼制工程3636（2）实沸点蒸馏曲线的扩展）实沸点蒸馏曲线的扩展 受受到到油油品品分分解解温温度度的的限限制制，原原油油的的常常规规实实沸沸点点（TBP）蒸蒸馏馏只只能能达到达到520左右，而蒸馏残液部分占石油的质量分率是较高的；左右，而蒸馏残液部分占石油的质量分率是较高的；在在石石油油相相平平衡衡计计算算中中，常常将将520以以后后的的残残

50、余余馏馏分分作作为为14个个假假组组分分进进行行计计算算，并并且且各各种种假假组组分分的的物物性性多多数数都都是是外外推推的的结结果果，精精度度很很差差，这这样样处处理理对对于于减减压压塔塔深深拔拔和和减减压压渣渣油油再再加加工工利利用用过过程程中中的的相平衡计算是不适宜的。相平衡计算是不适宜的。现现代代石石油油特特征征化化技技术术的的发发展展，形形成成了了高高真真空空实实沸沸点点蒸蒸馏馏（TBP，1mmHg）、分分子子蒸蒸馏馏 和和 气气相相色色谱谱模模拟拟蒸蒸馏馏等等诸诸多多新新技技术术，为为重重质质馏馏分分油油的的深深加加工工提提供供了了可可靠靠的的基基础础数数据据，但但仍仍不不能能进进