第二节石油蒸馏概述优秀课件.ppt

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1、第二节石油蒸馏概述第1页，本讲稿共31页 第二节第二节第二节第二节 石油体系的表及其气石油体系的表及其气石油体系的表及其气石油体系的表及其气-液相平衡相平衡液相平衡相平衡液相平衡相平衡液相平衡相平衡 一、石油及其馏分的蒸馏曲线一、石油及其馏分的蒸馏曲线 最常用的石油特征化实验室蒸馏方法有三种：恩式蒸馏（最常用的石油特征化实验室蒸馏方法有三种：恩式蒸馏（ASTM D86ASTM D86）、实沸点蒸）、实沸点蒸馏（馏（TBPTBP）和平衡汽化（）和平衡汽化（EFVEFV），三种蒸馏方法所得结果既可用馏分组成数据表示，也），三种蒸馏方法所得结果既可用馏分组成数据表示，也可用蒸馏曲线表示。利用三种曲线

2、的关系，可得出石油的泡点、露点以及一系列气化可用蒸馏曲线表示。利用三种曲线的关系，可得出石油的泡点、露点以及一系列气化温度和馏出体积分数之间的关系，从而进行工艺计算。温度和馏出体积分数之间的关系，从而进行工艺计算。第2页，本讲稿共31页 1 1、恩氏蒸馏曲线恩氏蒸馏曲线 恩氏蒸馏是一种简单蒸馏，它是以规格化的仪器和在规定的试验条件下进恩氏蒸馏是一种简单蒸馏，它是以规格化的仪器和在规定的试验条件下进行的。将馏出温度（汽相温度）对馏出量（体积百分率）作图，就得到恩氏蒸行的。将馏出温度（汽相温度）对馏出量（体积百分率）作图，就得到恩氏蒸馏曲线。馏曲线。第3页，本讲稿共31页 2 2、实沸点蒸馏曲线、

3、实沸点蒸馏曲线 石油中所含的组分极多，而且相邻组分的沸点十分接近，石油中所含的组分极多，而且相邻组分的沸点十分接近，而每个组分的含量很少。因此油品的实沸点曲线只是一根大而每个组分的含量很少。因此油品的实沸点曲线只是一根大体上反映各组分沸点变迁情况的连续曲线。体上反映各组分沸点变迁情况的连续曲线。第4页，本讲稿共31页实沸点蒸馏装置第5页，本讲稿共31页 实沸点蒸馏曲线以馏出温度为纵座标，以馏出体积分数为横座标。它比恩氏实沸点蒸馏曲线以馏出温度为纵座标，以馏出体积分数为横座标。它比恩氏蒸馏更细，可以做若干个窄馏分，同时也可以得到较多的窄馏分产品蒸馏更细，可以做若干个窄馏分，同时也可以得到较多的窄

4、馏分产品,它可以用作原它可以用作原油的评价油的评价.实沸点蒸馏的速度较慢，即分馏的时间较长。近十几年出现用气相色谱分析来实沸点蒸馏的速度较慢，即分馏的时间较长。近十几年出现用气相色谱分析来取得石油馏分的模拟实沸点数据的方法。这种方法可以节约大量试验时间，所用的取得石油馏分的模拟实沸点数据的方法。这种方法可以节约大量试验时间，所用的试样量也很少，但是此法不能同时得到一定数量的各窄馏分以供测定各窄馏分的性试样量也很少，但是此法不能同时得到一定数量的各窄馏分以供测定各窄馏分的性质之用。因此，在作原油评价时，气体色谱模拟法还不能完全代替实验室的实沸点质之用。因此，在作原油评价时，气体色谱模拟法还不能完

5、全代替实验室的实沸点蒸馏。蒸馏。第6页，本讲稿共31页 3 3、平衡汽化曲线、平衡汽化曲线 在实验室的设备中，将油品加热到汽化，使汽液两相在恒定的压力和温度下密在实验室的设备中，将油品加热到汽化，使汽液两相在恒定的压力和温度下密切接触一段足够长的时间后迅速分离，即可测得油品在该温度下的平衡汽化分率。切接触一段足够长的时间后迅速分离，即可测得油品在该温度下的平衡汽化分率。以汽化温度对汽化率作图，即可得油品的平衡汽化曲线（图以汽化温度对汽化率作图，即可得油品的平衡汽化曲线（图7-97-9）。）。根据平衡汽化曲线，可以确定油品在不同汽化率时的温度（如精馏塔进料段温根据平衡汽化曲线，可以确定油品在不同

6、汽化率时的温度（如精馏塔进料段温度），泡点温度（如精馏塔侧线温度和塔底温度），露点温度（如精馏塔顶温度）度），泡点温度（如精馏塔侧线温度和塔底温度），露点温度（如精馏塔顶温度）等。等。第7页，本讲稿共31页第8页，本讲稿共31页 2 2、三种曲线的比较、三种曲线的比较 图图7-10 7-10 和图和图7-11 7-11 是同一种油品的三种蒸馏曲线。其中图是同一种油品的三种蒸馏曲线。其中图7-10 7-10 用的是汽用的是汽相温度，图相温度，图7-117-11用的液相温度。从以上的图我们可以看出：用的液相温度。从以上的图我们可以看出：第9页，本讲稿共31页 就曲线的斜率而言，平衡汽化的最平缓，恩

7、氏蒸馏的比较陡一些，而实沸点的就曲线的斜率而言，平衡汽化的最平缓，恩氏蒸馏的比较陡一些，而实沸点的曲线斜率最大。这说明，实沸点的分离精度最高，恩氏蒸馏次之，而平衡汽化最差。曲线斜率最大。这说明，实沸点的分离精度最高，恩氏蒸馏次之，而平衡汽化最差。以液相温度为纵座标的图可见，得到同样的汽化率，平衡蒸发的温度最低，以液相温度为纵座标的图可见，得到同样的汽化率，平衡蒸发的温度最低，而实沸点最高。而实沸点最高。根据三种蒸馏曲线的比较，得到了它们的蒸馏特点，可根据不同的根据三种蒸馏曲线的比较，得到了它们的蒸馏特点，可根据不同的使用方式，采用蒸馏方式。使用方式，采用蒸馏方式。第10页，本讲稿共31页 3

8、3、三种蒸馏曲线的相互换算、三种蒸馏曲线的相互换算 欲取得三种蒸馏曲线数据所需花费的实验工作量有很大的差别，其中欲取得三种蒸馏曲线数据所需花费的实验工作量有很大的差别，其中平衡汽化的实验工作量最大，恩氏蒸馏的最小，而实沸点蒸馏的工作量则平衡汽化的实验工作量最大，恩氏蒸馏的最小，而实沸点蒸馏的工作量则居中。在工艺过程的设计计算中常常遇到平衡汽化的问题，因此，往往需居中。在工艺过程的设计计算中常常遇到平衡汽化的问题，因此，往往需要从较易获得的恩氏蒸馏或实沸点蒸馏曲线换算得平衡汽化数据。要从较易获得的恩氏蒸馏或实沸点蒸馏曲线换算得平衡汽化数据。在工业装置中并非是常温常压，还要涉及压力的换算问题。在工

9、业装置中并非是常温常压，还要涉及压力的换算问题。第11页，本讲稿共31页 下面介绍蒸馏曲线的换算：下面介绍蒸馏曲线的换算：（一）常压蒸馏曲线的相互换算（一）常压蒸馏曲线的相互换算 1 1、常压恩氏蒸馏曲线和实沸点蒸馏曲线的互换、常压恩氏蒸馏曲线和实沸点蒸馏曲线的互换第12页，本讲稿共31页 这种互换可以利用图这种互换可以利用图5 56 6和图和图5 57 7（石油炼制工艺学）。这张图适用于特性因数（石油炼制工艺学）。这张图适用于特性因数K K11.811.8，沸点低于，沸点低于427427的的 油品。计算的馏出温度与试验值相差油品。计算的馏出温度与试验值相差5.5 5.5，偏离将产生重大，偏离

10、将产生重大的误差。的误差。用图的方法：用图的方法：先用图先用图5-75-7将一种蒸馏曲线的将一种蒸馏曲线的5050点的温度换算成另一种蒸馏曲线的点的温度换算成另一种蒸馏曲线的5050点温度。再点温度。再将该蒸馏曲线分为若干线段（如将该蒸馏曲线分为若干线段（如0 01010，10103030，50507070，70709090和和9090100100），用图），用图5-85-8将这些曲线段的温差换算为另一种曲线的个段温差，最后以已经换将这些曲线段的温差换算为另一种曲线的个段温差，最后以已经换算得到的算得到的5050为基点，向两头推算出曲线的其他各点。为基点，向两头推算出曲线的其他各点。换算时，凡

11、是恩氏蒸馏温度低于换算时，凡是恩氏蒸馏温度低于246 246 者，考虑到裂化的影响，须用下式进行温度者，考虑到裂化的影响，须用下式进行温度校正：校正：lgD lgD0.00852t-1.6910.00852t-1.691 式中式中 D D温度校正值，温度校正值，t t 超过超过246 246 的恩氏蒸馏温度，的恩氏蒸馏温度，第13页，本讲稿共31页 例例5 51 1某轻柴油馏分的常压恩氏蒸馏数据如下：某轻柴油馏分的常压恩氏蒸馏数据如下：馏出体积分数，馏出体积分数，0 010103030505070709090100100温度，温度，2392392582582672672742742832832

12、96296306306解：作裂化校正，校正后的恩氏蒸馏数据为：馏出（体积分数），馏出（体积分数），0 010103030505070709090100100温度温度239239261261270270278278288288302302314314第14页，本讲稿共31页 用图用图5-65-6确定实沸点确定实沸点5050点，由图点，由图7 71212查得它与恩氏蒸馏查得它与恩氏蒸馏5050点之差值为点之差值为4.04.0故，故，实沸点蒸馏实沸点蒸馏5050点点278.4278.44.04.0282282（）用图用图5-65-6确定实沸点确定实沸点5050点，由图点，由图7 71212查得它与恩

13、氏蒸馏查得它与恩氏蒸馏5050点之点之差值为差值为4.04.0故，故，实沸点蒸馏实沸点蒸馏5050点点278.4278.44.04.0282.4282.4（）用图用图5-75-7查得实沸点蒸馏曲线各段温差：查得实沸点蒸馏曲线各段温差：第15页，本讲稿共31页曲线线段曲线线段恩氏蒸馏温差恩氏蒸馏温差实沸点蒸馏温实沸点蒸馏温差差0 0101022.222.23838101030309.69.618.918.9303050507.67.61313505070709.99.913.413.47070909014.514.518.618.69090100%100%11.411.41313第16页，本讲稿

14、共31页 由实沸点蒸馏由实沸点蒸馏5050（282.4282.4）推算其它实沸点温度）推算其它实沸点温度 30 30点点284.4284.41313269.4269.4（）10 10点点269.4269.418.918.9250.5 250.5（）0 0点点250.5250.538=212.5 38=212.5（）70%70%点点282.4282.413.413.4295.8 295.8（）90 90点点295.8295.818.618.6314.4 314.4（）100%100%点点314.4314.41313327.4 327.4（）将实沸点蒸馏数据换算为恩氏蒸馏数据时计算程序类似，只是将

15、实沸点蒸馏数据换算为恩氏蒸馏数据时计算程序类似，只是5050点需要用点需要用试查法。试查法。第17页，本讲稿共31页 作业题作业题 某轻柴油馏分的常压恩氏蒸馏数据如下，将其换算为实沸点蒸馏曲线。某轻柴油馏分的常压恩氏蒸馏数据如下，将其换算为实沸点蒸馏曲线。馏出体积分数，馏出体积分数，0 010103030505070709090100100温度，温度，241241256256265265271271280280293293305305第18页，本讲稿共31页 三、油水不互溶体系的气液平衡三、油水不互溶体系的气液平衡 在石油加工过程中经常会遇到油水共存体系的汽液平衡问题：进入炼厂加工装在石油加工

16、过程中经常会遇到油水共存体系的汽液平衡问题：进入炼厂加工装置的原油总是带有水分；在石油蒸馏塔中，常吹入一定量的过热水蒸汽以降低油汽分置的原油总是带有水分；在石油蒸馏塔中，常吹入一定量的过热水蒸汽以降低油汽分压而帮助它汽化；塔顶汽相馏出物往往在水蒸汽的存在下冷凝冷却等等。压而帮助它汽化；塔顶汽相馏出物往往在水蒸汽的存在下冷凝冷却等等。这些情况可归纳成三种类型，即：过热水蒸汽存在下油的汽化；饱这些情况可归纳成三种类型，即：过热水蒸汽存在下油的汽化；饱和水蒸汽存在下油的汽化；油汽水蒸汽混合物的冷凝。和水蒸汽存在下油的汽化；油汽水蒸汽混合物的冷凝。第19页，本讲稿共31页1 1、过热水蒸汽存在下油的汽

17、化、过热水蒸汽存在下油的汽化 在这种情况下，水蒸汽始终处于过热状态，即没有液相水的存在。过热水蒸汽在这种情况下，水蒸汽始终处于过热状态，即没有液相水的存在。过热水蒸汽的作用在于降低油汽分压以降低它的沸点。的作用在于降低油汽分压以降低它的沸点。以纯物质以纯物质A A代替石油馏分进行分析。代替石油馏分进行分析。在汽相中在汽相中 P=P P=PA AP PS S 式中式中 P P 体系总压体系总压 P PA A A A蒸汽的分压；蒸汽的分压；P PS S 水蒸汽的分压。水蒸汽的分压。由于只有由于只有A A一个液相，而且与汽相呈平衡，一个液相，而且与汽相呈平衡，所以所以 P PA A P PA AO

18、O 式中式中 P PA AO O 纯纯A A的饱和蒸气压。的饱和蒸气压。第20页，本讲稿共31页 （1 1）水蒸气纯物质）水蒸气纯物质）水蒸气纯物质）水蒸气纯物质A A的汽化影响的汽化影响的汽化影响的汽化影响 当体系总压一定时，而且没有水蒸汽存在，则液体当体系总压一定时，而且没有水蒸汽存在，则液体A A要在要在P PA AO OP P时才能沸时才能沸腾。腾。当有水蒸汽存在时，只要当有水蒸汽存在时，只要P PA AO O P P-P PS S，A A就能沸腾（过热水蒸汽的存在使就能沸腾（过热水蒸汽的存在使A A的的沸点下降了）。沸点下降了）。体系的组分数体系的组分数C C2 2，2 2，根据相律

19、，体系的自由度，根据相律，体系的自由度F F C+2 C+2，即必须同时规定两个独立变量才能确定体系的状态。即必须同时规定两个独立变量才能确定体系的状态。用过热水蒸汽来蒸馏或汽提，用过热水蒸汽来蒸馏或汽提，P P和和T T都是可以人为控制的。为了保证体系中的水保持都是可以人为控制的。为了保证体系中的水保持过热蒸汽状态，过热蒸汽状态，P PS S 必须必须 低于水在温度低于水在温度T T下的饱和蒸汽压下的饱和蒸汽压 P PS S0 0 ，否则体系中会出现液，否则体系中会出现液相水。相水。第21页，本讲稿共31页 过热水蒸汽的数量的影响过热水蒸汽的数量的影响,根据分压定律，在汽相中根据分压定律，在

20、汽相中:N N N NS S S S/N/N/N/NA A A A=P=P=P=PS S S S/P/P/P/PA A A A =(P-P =(P-P =(P-P =(P-PA A A A)/P)/P)/P)/PA A A A =(P-P =(P-P =(P-P =(P-PA A A AO O O O)/P)/P)/P)/PA A A AO O O O =(P/P =(P/P =(P/P =(P/PA A A AO O O O)-1)-1)-1)-1 式中，式中，N NS S和和N NA A分别为水蒸汽和分别为水蒸汽和A A蒸汽的摩尔数。由此式可见：蒸汽的摩尔数。由此式可见：当当P P一定、要

21、求一定、要求A A的汽化量的汽化量N N N NA A A A一定，则一定，则N NS S增大时，增大时，P P P PA A A AO O O O 可降低，即增加可降低，即增加N NS S，可以在更低的温度下得到相同数量的可以在更低的温度下得到相同数量的NA NA 。当当P P和和T T都一定时，方程式的右方为一常数，则增大都一定时，方程式的右方为一常数，则增大N NS S ，N N N NA A A A会按比例会按比例增大。增大。第22页，本讲稿共31页 （2 2）水蒸气对油品的汽化影响）水蒸气对油品的汽化影响 如果体系中的物料不是纯物质如果体系中的物料不是纯物质A A，而是石油馏分，而是

22、石油馏分O,O,上述的基本原理仍然适用，但上述的基本原理仍然适用，但是由于石油馏分不是纯物质而是一种混合物，在具体计算中会带来一些重差别。是由于石油馏分不是纯物质而是一种混合物，在具体计算中会带来一些重差别。对石油馏分过热水蒸汽体系对石油馏分过热水蒸汽体系 N NS S/N/No o=(PP=(PPo o)/P)/Po o=(P P=(P Po o0 0)/P)/Po o0 0 油的饱和蒸气压油的饱和蒸气压 P Po o0 0 在一定温度下不是一个常数，它还与汽化率在一定温度下不是一个常数，它还与汽化率e e有关，有关，即即P Po o0 0 是是T T和和e e的函数。当的函数。当T T一定

23、时，一定时，P Po o0 0 随着随着e e的增大而降低，即当的增大而降低，即当T T一定时，一定时，N NS S/N/No o 不是一个常数不是一个常数,而是随着而是随着e e的增大而增大，或者说，随着的增大而增大，或者说，随着e e的增大，汽化每一摩的增大，汽化每一摩尔油所需的水蒸汽摩尔数要增加。尔油所需的水蒸汽摩尔数要增加。第23页，本讲稿共31页 具体的结果计算，要借助于石油馏分的具体的结果计算，要借助于石油馏分的P-T-eP-T-e相图。图相图。图7-307-30是某石油馏分的是某石油馏分的P-T-eP-T-e相相图。图。第24页，本讲稿共31页 当温度为当温度为t1t1、汽化率为

24、、汽化率为1010时，油品的饱和蒸汽压是时，油品的饱和蒸汽压是P Po o0 0，1 1 。若。若P Po o0 0，1 1 正好正好等于总压等于总压P P，则不需要水蒸汽的帮助，该油品在，则不需要水蒸汽的帮助，该油品在t1t1下就可以汽化下就可以汽化1010。若。若P Po o0 0，1 1PP，就需要，就需要借助于水蒸汽，此时借助于水蒸汽，此时 P P P Po o0 0，1 1P Ps,1s,1 每汽化每汽化1 1摩尔油品所需过热水蒸汽摩尔数为摩尔油品所需过热水蒸汽摩尔数为 N Ns,1s,1/N/No,1o,1=P=Ps,1s,1/P/Po o0 0，1 1=(P-P=(P-Po o0

25、 0，1 1)/P)/Po o0 0，1 1 若温度若温度t1t1不变，要求汽化率为不变，要求汽化率为3030，则，则 N Ns,2s,2/N/No,2o,2=P=Ps,2s,2/P/Po o0 0，2 2=(P-P=(P-Po o0 0，2 2)/P)/Po o0 0，2 2 式中式中P Po o0 0，2 2 为温度为温度t1t1下汽化率为下汽化率为3030时油品的饱和蒸气压。显然，时油品的饱和蒸气压。显然，P Po o0 0，2 2 P N Ns,1s,1/N/No,1o,1。第25页，本讲稿共31页 2 2、饱和水蒸汽存在下油的汽化、饱和水蒸汽存在下油的汽化 对于这种情况，在汽相中是水

26、蒸汽和油汽组成的均匀相，在液相中则有不互溶的两相对于这种情况，在汽相中是水蒸汽和油汽组成的均匀相，在液相中则有不互溶的两相水相和油相。在平衡时水相和油相。在平衡时 P Po o=P=Po o0 0;P;Ps s=P=Ps s0 0 而且而且 P=P P=Po o+P+Ps s=P=Po o0 0 P Ps s0 0 因此因此 Ns/No=P Ns/No=Ps s/P/Po o=P Ps s0 0/P/Po o0 0 此式与过热水蒸汽存在下的式此式与过热水蒸汽存在下的式 N NS S/N/No o=(PP=(PPo o)/P)/Po o =(P P=(P Po o0 0)/P)/Po o0 0

27、不同之处在于不同之处在于Ns/NoNs/No还受制于还受制于水的饱和蒸汽压水的饱和蒸汽压。第26页，本讲稿共31页 以含水原油在换热器加热的过程为例：以含水原油在换热器加热的过程为例：随着加热温度的升高，原油和水的饱和蒸汽压也增大；随着加热温度的升高，原油和水的饱和蒸汽压也增大；当温度升高到某一值当温度升高到某一值t t0 0时，原油的泡点压力时，原油的泡点压力P Po o0 0 和饱和蒸汽压和饱和蒸汽压P PS S0 0 之和等之和等于体系总压于体系总压P P，油和水开始汽化。汽化了一点以后，油的蒸汽压下降，若温度仍为，油和水开始汽化。汽化了一点以后，油的蒸汽压下降，若温度仍为t t0 0，

28、则，则P Po o0 0 P PS S0 0 P P，汽化就不能继续下去。，汽化就不能继续下去。若继续加热升温，则油的蒸汽压与水的饱和蒸汽压之和又能继续保持与体若继续加热升温，则油的蒸汽压与水的饱和蒸汽压之和又能继续保持与体系总压相等，汽化量又增大。如此继续，油和水的饱和蒸汽压总能保持与体系的总系总压相等，汽化量又增大。如此继续，油和水的饱和蒸汽压总能保持与体系的总压相等。压相等。这个过程一直持续到液相中的水全部汽化为止。上述过程可用图这个过程一直持续到液相中的水全部汽化为止。上述过程可用图7-317-31表示。表示。第27页，本讲稿共31页第28页，本讲稿共31页 冷却后，一小部分油汽冷凝下

29、来，汽相中的冷却后，一小部分油汽冷凝下来，汽相中的p op o降低而降低而p sp s增大，增大，若体系温度不继续下降，则油汽的冷凝就停止；若体系温度不继续下降，则油汽的冷凝就停止；当体系的温度继续降低，油的饱和蒸汽压继续下降，又使当体系的温度继续降低，油的饱和蒸汽压继续下降，又使p op oPo0Po0，油汽，油汽才能继续冷凝；才能继续冷凝；当温度下降到某一温度当温度下降到某一温度t2t2时，在时，在t2t2下水的饱和蒸汽压也等于下水的饱和蒸汽压也等于p sp s时，则水开始冷时，则水开始冷凝。以后随着体系温度不断下降，油汽和水汽的冷凝分率不断增大，一直到油汽和水凝。以后随着体系温度不断下降

30、，油汽和水汽的冷凝分率不断增大，一直到油汽和水汽在同一时间冷凝完毕。汽在同一时间冷凝完毕。思考题：为什么会发生露点腐蚀？露点腐蚀的原理是什么？思考题：为什么会发生露点腐蚀？露点腐蚀的原理是什么？第29页，本讲稿共31页第30页，本讲稿共31页 第二节思考题第二节思考题 什么是石油蒸馏的三种蒸馏曲线？有什么区别？什么是石油蒸馏的三种蒸馏曲线？有什么区别？三种蒸馏曲线如何转换？不同压力下平衡汽化曲线如何转换？三种蒸馏曲线如何转换？不同压力下平衡汽化曲线如何转换？过热水蒸气存在下的油水不互溶体系的相平衡有什么特点？过热水蒸气存在下的油水不互溶体系的相平衡有什么特点？饱和水蒸汽存在下的油水不互溶体系的相平衡有什么特点？饱和水蒸汽存在下的油水不互溶体系的相平衡有什么特点？水及水蒸气对石油蒸馏有什么影响？石油蒸馏过程为什么要水及水蒸气对石油蒸馏有什么影响？石油蒸馏过程为什么要注入水蒸气？注入水蒸气？第31页，本讲稿共31页