年产15万吨润滑油白土精制基本工艺设计.doc

海南大学材料与化工学院化学工程与工艺专业设 计 说 明 书设计题目：年产150000吨润滑油白土精制工艺设计班 级： 05化工 学 生： 彭世雄 学 号： 0124014 指引教师： 张德拉 完毕日期： 5月20日 摘 要润滑油占所有润滑材料85%，种类牌号繁多，当前世界年用量约3800万吨。本设计课题为：年产150000吨润滑油白土精制工艺初步设计。通过对当今国内外“白土精制”重要采用办法比较，选取“接触法”作为本设计重要生产办法。此工艺技术比较成熟，应用面较广，工艺和设备均较简朴，生产周期较短，收益快。设计重要内容有：“白土精制”工艺流程设计与论证；物料衡算、热量衡算和设备设计选型；对“三废”解决和合理运用提出设想，最后对设计项目进行经济估算并做设计评价。年产150000吨润滑油白土精制工艺设计每天生产润滑精制油468.75t。经济核算表白，项目总投资为5538.97万元，投资收益率为49.8%，投资利税率为74.9%，投资回收期为2年。核心词：润滑油 白土精制 工艺设计AbstractTotal lubricants 85% of lubricating materials，the types of grades many years now the world with about 38 million tons. The design of the subject as：an annual output of 150,000 tons of refined oil clay preliminary design process. Today at home and abroad through the fine white clay, the main methods used to choose Contact Method as the design of the main production methods. This more mature technology，the application of far more，than a simple technology and equipment，shorter production cycles，faster gains. The main elements of design are：refined white clay, Design and verification process；material balance，heat balance design and equipment selection；of the three wastes treatment and rational use of ideas，and finally to design projects and has done economic estimates design evaluation. Annual production capacity of 150,000 tons of refined oil clay lubrication process design production of refined oil a day 468.75t. Economic accounting shows that the total project investment of 268,827,900 yuan，the investment yield of 49.8%，investment profit rate of 74.9%，investment recovery period is 2 years.Keyword：lubricating oil、clay treating process、echnological Design.目 录前言61.总论 61.1设计目和意义 61.2设计根据 71.3指引思想 71.4设计范畴 81.5设计重点 81.6生产规模及产品执行质量原则 81.7产量方案设计 92.生产办法拟定 92.1润滑油简介 92.2白土精制原理 102.3白土精制办法 123. 工艺流程设计 123.1接触法流程 123.2工艺流程阐明 133.3工艺操作条件拟定 144.白土精制工艺指标拟定15 4.1原料指标 15 4.2白土规格 16 4.3产品指标 16 4.4工艺控制指标 17 4.5重要操作条件 18 4.6动力和原料消耗指标 185.工艺计算 195.1重要生产环节195.2物料计算205.3热量衡算226.重要设备设计及选型24 6.1蒸发塔（T101）设计 24 6.2换热器（H104/2）设计 267.辅助设备设计及选型287.1泵设计 287.2油罐设计 297.3白土下料流量计 307.4设备选型汇总 308.非工艺项目设计 358.1水、气和电来源 358.2自动仪表 359. “三废”解决 369.1环保办法及综合运用369.2热能运用及冷却水回收3610. 生产车间设计3710.1车间设计原则 3710.2工艺设计平面布置 3710.3生产车间概貌 3810.4厂区概貌 3810.5总平面布置 3911. 效益经济估算3911.1全厂定员 3911.2基本数据 4011.3资金来源 4211.4固定资产折旧费和年维修费 4211.5总投资估算 4211.6产品成本估算 4211.7技术经济评价 4312. 设计评析与总结44致 谢 44参照文献 45附 表 46附CAD图纸 48前 言润滑油英文名称为lubricating oil，属于不挥发油状润滑剂。润滑油占所有润滑材料85%，种类牌号繁多，当前世界年用量约3800万吨。重要用于减少运动部件表面间摩擦，同步对机器设备具备冷却、密封、防腐、防锈、绝缘、功率传送、清洗杂质等作用。按其来源分动、植物油，石油润滑油和合成润滑油三大类。石油润滑油用量占总用量97以上，因而润滑油常指石油润滑油。重要以来自原油蒸馏装置减压直馏油馏分和渣油馏分为原料，通过溶剂脱沥青 、溶剂脱蜡、溶剂精制、加氢精制或酸碱精制、白土精制等工艺，除去或减少形成游离碳物质、低粘度指数物质、氧化安定性差物质、石蜡以及影响成品油颜色化学物质等组分，得到合格润滑油基本油，通过调合并加入添加剂后即成为润滑油产品。海南已建成年产800万吨炼油厂并已投产，每年从石油炼制中分离出来润滑油基本油将达几十万吨。本着充分运用本地资源优势，减少生产成本，做到因地制宜，合理运用资源，从而提高经济效益原则。本次设计课题为年产150000吨润滑油白土精制工艺设计，选用白土精制“接触法”工艺技术。其重要过程为：将白土和油混成浆状，通过加热炉加热到一定温度，并保持一定期间，然后滤出精制油。此工艺技术比较成熟，应用面较广，工艺和设备均较简朴，生产周期较短，收益快。本设计重要参照茂名石化润滑油生产车间白土精制工艺流程，根据课题设计任务书规定，完毕“年产150000吨润滑基本油”生产任务设计内容。1. 总 论1.1设计目和意义 毕业设计是对大学四年所学基本理论、专业知识和专业技能全面加强巩固和检查；使理论与实践更好联系，技能与应用更好地结合；进一步锻炼独立工作能力，不断提高综合分析问题能力与解决实际问题能力。以白土精制接触法生产精制油，是较为成熟技术。通过完毕本设计，能使本人基本掌握润滑油白土精制工艺流程设计，特别是混合、加热、蒸发、过滤四个工艺流程设计，掌握设计理论和设计技能，对通用工程设计有一种系统理解和整体把握，达到高等工类本科生应具备专业设计技能和设计能力。1.2设计根据1.2.1海南大学级毕业设计任务书-年产150000吨润滑油白土精制工艺初步设计，见附件。1.2.2 设计基本资料（1）设计项目：润滑油白土精制工艺初步设计（2）产品名称：润滑精制油（3）生产能力：150000吨年（4）工厂厂址：海南省洋浦开发区（5）原料油来源：海南炼化厂减压直馏油和渣油等。（6）生产天数：全年生产320天（全天候）本地气候条件：（来自海口市气象局资料 ）温 度 最高温温39 最低温度11 平均温度23.6湿 度 最高湿度92% 平均湿度89.7%水 温 河水（ 1米） 最高30 最低10自来（饮用）水 最高30 最低10深井水 平均18。风频率 年平均风速：3.4 m/s降水量 1592.7 mm/s风 向 东南风和东北风1.3设计指引思想以课题设计任务书为根据，通过文献检索、全面收集资料，参照成功经验和最新科研成果，在综合分析比较基本上，搏众家之长，选取适当设计方案。贯彻节约基建投资，充分注重技术先进，减少工程造价等思想，从节约能源和减少原料消耗，创较高经济效益等角度出发，以“工艺先进、技术可靠、系统科学、经济合理、安全环保”为设计原则，同步在“三废” 治理方面，充分注重环保防污、科学生产和提高社会效益为原则进行设计，尽量采用本地原料、定型设备、节约能耗方案，生产高产量高质量精制油。1.4 设计范畴 本课程设计重要内容为：（1）生产办法阐明，工艺流程设计及论证，（2）工艺技术参数设计论证；（3）物料衡算、热量衡算；（4）重要与设备设计与选型；（5）设计绘图；（6）“三废”治理和综合运用；（7）经济效益核算分析；1.5 设计重点 设计重点：白土精制工艺流程设计与论证；物料衡算、热量衡算；蒸发塔设计及选型。1.6 生产规模及产品执行质量原则 1.6.1 生产规模年产润滑精制油150000吨，按年320（全天候）工作日计，即每天生产468.75吨。1.6.2 产品执行质量原则产品：内燃机油精制油；产品质量执行原则按： 内燃机油粘度分类原则执行GB/T 14906-1994 见表1-1所示。表1-1 内燃机油粘度分类GB/T 14906-19941粘度级别号低温粘度，mPa.s边界泵送温度，运动粘度（100），mm2/s 0W3250(-30)-353.85W3500(-25)-303.810W3500(-20)-254.115W3500(-15)-205.620W4500(-10)-159.325W6000(-5)-105.6，不大于9.3209.3，不大于12.53012.5，不大于16.34016.3，不大于21.95021.9，不大于26.1601.6.3 生产车间组织本工艺实行车间、工段、班组三级组织。全天候生产，每日三班，每班8小时持续生产。1.6.4 工作制度全年生产320天（全天候），别的时间为设备维修检修、员工技能培训。1.7 产量方案设计本设计针对大规模高产量润滑油生产提出合乎科学又切实可行方案及详细办法，并对其做出科学论证。2.生产办法拟定2.1 润滑油简介润滑油普通由基本油和添加剂两某些构成。基本油是润滑油重要成分，决定着润滑油基本性质，添加剂则可弥补和改进基本油性能方面局限性，赋予某些新性能，是润滑油重要构成某些。 2.1.1 基本油润滑油基本油重要分矿物基本油及合成基本油两大类。矿物基本油应用广泛，用量很大（约95%以上），但有些应用场合则必要使用合成基本油调配产品，因而使合成基本油得到迅速发展。矿油基本油由原油提炼而成。润滑油基本油重要生产过程有：常减压蒸馏、溶剂脱沥青、溶剂精制、溶剂脱蜡、白土或加氢补充精制。1995年修订了国内现行润滑油基本油原则，重要修改了分类办法，并增长了低凝和深度精制两类专用基本油原则。矿物型润滑油生产，最重要是选用最佳原油。矿物基本油化学成分涉及高沸点、高分子量烃类和非烃类混合物。其构成普通为烷烃（直链、支链、多支链）、环烷烃（单环、双环、多环）、芳烃（单环芳烃、多环芳烃）、环烷基芳烃以及含氧、含氮、含硫有机化合物和胶质、沥青质等非烃类化合物（见附表）。2.1.2添加剂添加剂是近代高档润滑油精髓，对的选用合理加入，可改进其物理化学性质，对润滑油赋予新特殊性能，或加强其本来具备某种性能，满足更高规定。依照润滑油规定质量和性能，对添加剂精心选取，仔细平衡，进行合理调配，是保证润滑油质量核心。普通惯用添加剂有：粘度指数改进剂，倾点下降剂，抗氧化剂，清净分散剂，摩擦缓和剂，油性剂，极压剂，抗泡沫剂，金属钝化剂，乳化剂，防腐蚀剂，防锈剂，破乳化剂。润滑油白土补充精制装置是润滑油基本生产最后一道工序，它加工质量好坏直接影响到高档润滑油生产，也关系到润滑油生产经济效益，因此在润滑油系统中占有重要地位。白土补充精制在润滑油加工中作用重要是在一定温度和时间下，润滑油料同定量白土混合，解决各种溶剂精制和溶剂脱蜡润滑油料，以物理吸附方式脱除原料中少量胶质、沥青质、环烷酸、磺酸、氧氮硫化合物等极性物质、机械杂质等非抱负组分，然后白土与油过滤分离，得到高质量润滑油基本油。2.2 白土精制原理白土精制是一种物理吸附过程，白土作为吸附剂，它具备较强选取吸附性，依托它活性表面有选取地吸附油、蜡中极性物质（如胶质、沥青质等物质），而对油、蜡抱负组分则不吸附，从而达到除去油、蜡中不抱负物质目，使油、蜡得到精制。白土精制就是用活性白土在一定温度下解决油料，减少油品残值及酸值（或酸度），改进油品颜色及安定性。2.2.1白土构成白土是一种结晶或无定型物质，它具备许多微孔，形成很大表面积。白土有天然和活性两种。天然白土就是风化长石。活性白土是将白土用8%15%稀硫酸活化、水洗、干燥、粉碎而得。它比表面可达450/g，其活性比天然白土大410倍。因此工业上多采用活性白土。其重要化学成分是硅酸铝，化学理论式：H2Al2(SiO3)4nH2O。此外，尚有少量氧化铁、氧化镁等（见表2-1）。在白土精制条件下，白土对胶质和沥青质分子量越大，越容易被吸附。氧化物和硫酸酯也容易被吸附。在烃类中，吸附顺序是：芳香烃环烷烃烷烃。表2-1 白土化学构成1构成，%天然白土，%活性白土，%水分243068SiO254686263Al2O319251620Fe2O31.01.50.71.0CaO1.01.50.51.0MgO1.02.00.51.02.2.2白土性质活性白土重要指标是活性度、脱色率、水分和颗粒度。白土活性度是用中和100克白土试样所消耗0.1NaOH溶液毫升数来表达。它是判断白土对极性物质吸附能力一项重要指标。白土活性度越大，吸附能力越强。吸附能力越强，则对油品脱色能力也越好。白土水分也会影响到它吸附性能，白土含适量水分其吸附能力较强。过度干燥白土吸附能力很低，甚至完全丧失活性。由于在高温接触精制过程中水分蒸发，白土孔隙不再含水而有独特吸附性能。除次之外，高温接触精制过程中所生成水蒸汽，使脱蜡油与白土搅拌加强，从而增长白土与油接触机会，使精制效果加强。白土含水过多会导致白土贮运、输送、下料困难，严重时在精制过程中，吸附能力减少，导致白土沉降导致容器、管线堵塞。颗粒度是表达白土破碎限度，即在筛网上，每25毫米长度上筛孔数表达。当前装置所采用白土粒度为200目通过90%。当白土颗粒太大，每克白土表面积减少，吸附能力减少，且白土容易沉降，白土不能充分运用。但白土颗粒过小时，会导致过滤难度增长，同步废白土含油量增长，减少了产品收率。表2-2 白土重要指标1名称指标脱色率，%90游离酸，%0.2活性度（2025），0.1NaOHml/100g210粒度（通过200目筛），%90水分，%8.02.3 白土精制办法润滑油原料通过溶剂精制、溶剂脱蜡、和溶剂脱沥青工艺解决后，其质量已基本达到规定，但所得油品中还具有少量未分离掉溶剂，以及因回收溶剂被加热而生成大分子组合物、胶质等，这些杂质存在，影响油品安定性、颜色和残炭值等。为了除去这些杂质，需要对润滑油进行补充精制，白土精制是广泛采用一种精制办法。随着加氢补充精制技术发展，国外润滑油加工已大某些采用加氢精制，但加氢后精油存在光安定性差及凝固点回升问题，由于白土精制装置有投资少、精油光安定性好等长处，使白土精制装置仍有较强生命力。 白土精制办法有渗入法和接触法两种。渗入法把颗粒白土装在立式罐内，油慢慢渗入，当白土活性下降到一定限度后就切换到此外罐中。废白土可以烧去吸附物质再行使用。该法效率太低，一次投资太大，油料损失大，故大规模工业生产中已不见用。当前比较广泛使用白土精制办法是接触法。该法重要用于各种润滑油最后精制，工业上常称白土补充精制。它是将白土和油混成浆状，通过加热炉加热到一定温度，并保持一定期间，然后滤出精制油。这也是本次设计所采用白土精制办法。3.工艺流程设计3.1接触法流程 白土精制“接触法”工艺流程简图见图1所示：混合罐加热炉吹气白土抽真空二过滤蒸发塔一过滤精制油原料油图1 白土精制接触法工艺流程简图白土精制“接触法”工艺重要过程为：混合、加热、蒸发、过滤四个工序。3.2 工艺流程阐明润滑油原料换热升温至90后与白土进行搅拌混合并加热至180-260，进入蒸发塔负压蒸发，蒸发塔底油经换热至130后，进行二级过滤，所得成品油送至精制油罐区。详细工艺流程为：原料油灌泵301（302、304）换304/1（管程）换302（外管）容302/1泵305（306、304）炉301塔301泵307（308）换302（内管）换303（内管）机301/13容306泵309（311）机302/13塔302泵310/1.2换304/1（壳程）换304/2（内管）精制油灌参照CAD图纸：带控制点工艺流程图3.2.1真空系统T101顶部汽态物冷却后进入R103，R103顶部用水喷射真空泵抽真空，T102顶某些离水分、微量溶剂经R104/2底部流入废油罐R106。3.2.2辅助系统瓦斯自系统来瓦斯罐R112瓦斯控制阀加热炉各火嘴。新水经新水表一股去冷却器H103，一股进入泵房作机泵冷却水。空气自系统管架进入机泵、板机扫线，空气与蒸汽在楼上自动板框过滤机前互串。仪表用风自系统来，直接进入各仪表用风点。本工艺流程特点：工艺流程短，物料循环使用，生产效率高。3.3 工艺操作条件拟定白土精制重要操作条件为白土用量、精制温度、接触时间等。影响操作条件重要因素是原料和白土性质。如果原料在前几种加工过程中解决不当，精制深度不够，含溶剂太多等，这些都会增长白土精制困难。普通说，原料越重，粘度越大及产品质量规定越高，操作条件就越苛刻，而当白土活性高以及颗粒度和含水量恰当时，在同样操作条件下，产品质量会更好。3.3.1 白土用量原料和白土性质拟定后，普通白土用量越大产品质量就越好，但油品质量提高和白土用量并非成正比，即当白土用量提高到一定限度后，产品质量提高就不明显了。在保证精制深度前提下，白土用量要尽量少（见表3-1）。由于白土用量过多一则挥霍；二则对不加抗氧化添加剂普通产品会因精制过度而将天然抗氧化剂少量胶质、沥青质完全除掉，使油品安定性减少；三则减少润滑油收率。此外对操作也有影响，减少过滤速度，增长循环泵磨损，白土还会在加热炉管内沉降，堵塞管线，严重时还会使油局部过热裂化结焦。表3-1 润滑油白土补充精制时白土用量1原料油白土用量，%机械油24内燃机发动机油13变压器油35汽轮机油1015真空泵油1015残渣润滑油15253.3.2 精制温度为了使非抱负组分能不久地所有吸附在白土活性表面上，规定这些分子能迅速运动，以增长与白土活性表面接触机会，这就要提高精制温度。白土孔吸附润滑油中不良组分速度，决定于所精制润滑油粘度。润滑油粘度越大，则吸附速度越小。精制温度普通宜选在180320之间，解决重油品精制温度应偏于上限，超过320时，由于白土催化作用，油品易分解变质（见表3.2）。表3-2 白土精制接触温度1原料油接触温度，变压器油150160机械油200210内燃机发动机油230240残渣润滑油2702803.3.3 接触时间普通是指在高温下白土与油接触时间，即在蒸发塔内停留时间。为了使油品与白土能充分接触，必要保证有一定吸附和扩散时间，因此，在蒸发塔内停留时间普通为2040分钟。3.3.4 汽提蒸汽当常压或加压操作时，为蒸出润滑油因温度升高而产生分解物，以保证油品质量，在蒸汽塔底部吹入汽提蒸汽，以加速轻馏分等蒸发，所用汽提蒸汽量，视塔操作压力与温度来决定，减压操作时可少吹或不吹。4.白土精制工艺指标拟定参阅某石化公司润滑油白土精制工艺参数资料。详细数据为白土加入量2%6%，炉出口温度140240，白土蒸发塔操作压力-0.8MPa，操作温度200。年产150000吨，年开工日为320天，日产为468.75吨，建设期为1年。4.1原料指标如下表4-1、2、3、4、5、6、7数据重要参照茂名石化内部资料。原料指标见表4-1所示。表4-1 原料油规格原油品种项目常三轻白油减二减二深减三减三深减四轻脱运动黏度（40）mm2/g报告报告报告报告报告报告报告报告水分痕迹痕迹痕迹痕迹痕迹痕迹痕迹痕迹溶剂含量 % 0.20.10.10.10.10.10.10.1倾点 -9-1-5-9-5-9-5-5凝点 -11-11-7-11-7-11-7-7闪点 170190215215215220225255溶剂含量 %实测实测实测实测实测实测实测实测4.2 白土规格 活性白土指标见表4-2所示。名称指标脱色率，%90游离酸，%0.2活性度（2025），0.1NaOHml/100g210粒度（通过200目筛），%90水分，%8.0表4-2 活性白土规格4.3产品指标产品指标见表4-3所示。表4-3 产品指标产品品种项目常三轻白油减二减二深减三减三深减四轻脱色度 号 0.50.51.51.03.02.54.05.5机杂 %无无无无无无无无水分 % 无无无无无无无无残炭 % 0.250.6机械杂质 % 0.050.050.050.050.050.050.050.05抗乳化度min 108108透明度透明透明透明透明透明透明透明透明闪点(开口) 报告报告报告报告报告报告报告报告4.4工艺控制指标工艺控制指标见表4-4所示（注：*表达本次设计工艺控制点）。表4-4 工艺控制指标原料品种项目常三轻白油减二减二深减三减三深减四轻脱*白土加入量 %3624243624364646*炉出口温度 140160140160150170150170165185165185195215220240炉膛温度 650650650650650650650650过热蒸汽温度 420420420420420420420420蒸发塔顶温度 110150110150110150110150110150110150110150110150T101真空度 Mpa 0.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.040塔101吹气量 %0505050505050505H103出口温度 110145110145120145120145130145130145130145130145一次过滤温度 6510080130801308013080130901309013090130自动板框进料压力 Mpa 0.70.70.70.70.70.70.70.7容105真空度Mpa 0.0600.0600.0600.0600.0600.0600.0600.060*H104/2出口温度 9090909085858595废白土含油率 % 3030303030353535人工板框过滤机进料压力Mpa 0.20.20.40.40.50.50.60.84.5重要操作条件 重要操作条件见表4-5所示。表4-5 重要操作条件油品名称混合温度加 热 炉蒸 发 塔白土接触时间min二次过滤温度,精制油出口温度,备 注入口温度出口温度顶部温度底部温度顶部压力MPa吹汽量kg/h常三7570160180110150185-0.03100308512090轻白油7570180200110150185-0.03100308512090减二7570180200110150195-0.03100308512090减二深8570200220110150195-0.03120309513090减三8570200220110150195-0.03120309513085减三深8570600220110150195-0.03120309513085减四8570200220110150195-0.03120309513085轻脱8570220240110150195-0.031203095130954.6动力和原料消耗指标动力和原料消耗指标见表4-6、7所示。表4-6 动力指标项目循环水压力Mpa新鲜水压力Mpa燃料气压力Mpa净化风压力Mpa非净化风压力Mpa瓦斯压力 Mpa蒸汽压力Mpa电V指标0.30.30.30.30.40.20.8220/380表4-7 原料消耗指标项目滤纸 张/吨滤布 m/t循环水t/t新鲜水t/t燃料油(瓦斯)/t蒸汽 t/t非净化风m3/t电 kW.h/t能耗MJ/t指标0.120.030.60.25.61.06.91.6376.25.工艺计算5.1 重要生产环节该工艺有四个环节：混合、加热、蒸发、过滤。混合：R102/1内混合，混合温度150,操作压力0.1MPa加热：L101内加热，炉膛温度650 蒸发：T101内蒸发，操作温度100,操作压力-0.8MPa过滤：一过滤使用自动板框过滤机，二过滤使用人工板框过滤机。详细见图2所示。混合加热蒸发过滤原料油精制油白土白土渣水蒸发量图2 白土精制物料平衡图5.2 物料计算本次设计采用是白土精制接触法，白土精制是一种物理吸附过程，完全没有化学反映。采用倒推法，依照设计任务，白土精制年生产能力为150000吨/年。这样规模采用持续操作比较合理。全年365天，除去大、中修理及放假等共45天。则年工作日 = 36545 =320天每昼夜生产能力为：1500001000320 =468750 kg/d每昼夜24小时持续生产，则每小时生产能力为：46875024 =19531.25 kg/h以此作为物料衡算基准。5.2.1进出蒸发塔（T101）物料横算输入：白土和原料油混合液=1535181000320240.04+153518100032024kg/h=20788.89 kg/h输出：水蒸发量+白土和原料油混合液=1535181000320240.04+0.6100019.98932+7995.73kg/h=20788.89 kg/h由于：总输入量总输出量，因此，蒸发过程物料守恒。5.2.2整个系统总物料衡算总输入量 =原料油输入量=153518100032024=19989.32 kg/h总输出量=精制油输出量损失量=150122100032024+0.22153518100032024=19989.32kg/h由于：总输入量 =总输出量，因此，整个系统总物料守恒。5.2.3物料平衡汇总 各种油品加工量、精制油产率及收率、损失