Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
LỜI CẢM ƠN
Xin cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Văn Thông đã luôn tận tình hướng dẫn
và giúp đỡ nhóm chúng em trong thời gian làm đồ án, để có thể hoàn thành đồ án
chuyên ngành này.
Xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả thầy cô trong khoa Hóa học và Công
nghệ thực phẩm đã hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm hoàn thành đồ án
này.
Xin chân thành cảm ơn!
Trang 1
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, sản lượng tiêu thụ BTX được sản xuất từ than đá trên thế giới
ngày càng tăng. Trong quá trình cốc hóa than, không những thu được than cốc
cung cấp cho quá trình luyện kim, mà còn thu được nguồn khí cốc chứa: benzen,
toluen, xylen (BTX), NH
3
, khí than sạch,… có giá trị kinh tế cao.
Với xu hướng công nghiệp hóa – hiện đại hóa ngày càng phát triển, ngành
luyện kim càng đóng vai trò quan trọng đòi hỏi nguồn nguyên liệu cung cấp cho
luyện kim càng cao, chính vì thế nên nguồn khí cốc thu được càng nhiều sẽ là
điều kiện thuận lợi cho ngành công nghiệp sản xuất BTX.
Trong đồ án này, chúng tôi nghiên cứu về quy trình công nghệ sản xuất
BTX từ khí cốc và thiết bị thu hồi benzen thô (BTX) nhằm cho nâng cao năng
suất và giá trị kinh tế cao.
Trang 2
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Ý nghĩa kinh tế kỹ thuật của đồ án
Các quy trình công nghệ thu hồi benzen thô từ khí cốc đóng vai trò quan
trọng trong việc phát triển nền kinh tế và đang ngày càng được cải tiến, tối ưu

hóa các thiết bị trong quá trình sản xuất. Benzen, toluen, xylen (BTX) thu được
từ khí cốc là nguồn nguyên liệu tốt đáp ứng cho các lĩnh vực: sản xuất nông
nghiệp, công nghiệp, quốc phòng,…
Chính vì vậy, việc thu hồi BTX từ khí cốc (sản phẩm từ quá trình cốc hóa)
khá quan trọng và có ý nghĩa kinh tế rất lớn.
1.2. Nguyên liệu
1.2.1. Khí cốc
Khí cốc là khí ngưng thu được từ các lò luyện cốc than đá, là hỗn hợp
phức tạp của các chất khí và chất bay hơi.
Thành phần của khí cốc sau thu hồi gồm: 25% thể tích là methane (CH
4
),
60% thể tích là hydro (H
2
), phần còn lại là các khí như CO, CO
2
, NH
3
, N
2
, hơi
benzen, toluen, xylen,…
Khí cốc sau khi tách khỏi nhựa than đá, benzen thô và nước có nhiệt cháy
cao (khoảng 4000 kcal/m
3
), có thể được dùng làm khí đốt lò.
1.2.2. Dầu hấp thụ
Các chất hấp thụ thường là dầu than đá (phân đoạn chưng cất nhựa than đá
sôi ở 230 – 300
o

C) hoặc từ dầu thô (phân đoạn sôi 300 – 350
o
C).
1.3. Sản phẩm benzen thô (BTX)
Trang 3
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Benzen thô là một hợp chất phức tạp, phần lớn bay hơi ở 180
o
C.
Hàm lượng trung bình các cấu tử chính (%):
• Sunfocacbon và các hợp chất cacbon dễ sôi: 1,6 – 3,4
• Benzen: 59,5 – 78,3
• Đồng đẳng của benzen: 12 – 21
• Solven (hỗn hợp metylbenzen, etylbenzen,…): 1,6 – 3,4
Muốn tách riêng biệt các cấu tử của benzen thô phải dựa vào nhiệt độ sôi
khác nhau của chúng là dùng phương pháp chưng cất.
Bảng 1.1. Một số thông số tính chất kỹ thuật đặc trưng của BTX
Thông số Đơn vị Benzen Toluen o-Xylen m-Xylen p-Xylen
Khối lượng
phân tử
đvC 78,11 92,13 106,16 106,16 106,16
Tỷ trọng ở
20
o
C
0,879 0,867 0,876 0,86 0,857 0,867
Nhiệt độ nóng
chảy
o
C 5,53 -94,99 -25,2 -48 -13,3

Nhiệt độ sôi
o
C 80,1 110,6 144,4 139 138,4
Giới hạn nổ
trong không
khí
Dưới – Trên
o
C 1,4 – 7,1 1,3 – 6,8 1,1 – 6,4 1,1 – 6,4 1,1 – 6,6
Nhiệt độ chớp
cháy cốc kín
o
C -11 4,4 17,2 25 25
Tỷ trọng hơi
(không khí = 1)
2,77 3,14 3,7 3,7 3,7
Ứng dụng:
Trang 4
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
• Benzen được sử dụng chủ yếu cho quá trình alkyl hóa sản xuất etylbenzen;
nguyên liệu cho dehydro hóa sản xuất styren; tham gia tổng hợp xyclohexan,
tổng hợp nitrobenzen.
• Toluen có ứng dụng quan trọng nhất là nâng cấp chất lượng xăng do khả năng
làm tăng chỉ số octan của nó.
• Xylen được sử dụng làm chất cải thiện chỉ số octan của xăng; sản xuất
terephtalic và dimethyl trephtalat, sản xuất sợi và màng polyester, sản xuất nhựa,
sợi; tổng hợp chất dẻo.
1.4. Quá trình hấp thụ
1.4.1. Khái niệm
Hấp thụ là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch tán vào pha

lỏng hoặc rắn do sự tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng (rắn).
Mục đích: hòa tan một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một
dung dịch (hỗn hợp) các cấu tử trong chất lỏng (chất rắn).
Trong công nghiệp hóa chất – thực phẩm, quá trình hấp thụ dùng để:
• Thu hồi các cấu tử quý trong pha khí;
• Làm sạch, tách hỗn hợp;
Hấp thụ bao gồm quá trình hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học:
• Hấp thụ vật lý: có sự chuyển đổi trạng thái.
• Hấp thụ hóa học: có xảy ra phản ứng hóa học.
Quá trình lựa chọn dung môi thích hợp để hấp thụ đạt hiệu quả cao phụ
thuộc các yếu tố:
• Độ hòa tan tốt: có tính chọn lọc.
• Độ nhớt: độ nhớt bé để giảm trở lực.
• Nhiệt dung riêng bé sẽ tốn ít nhiệt cho quá trình hoàn nguyên.
Trang 5
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
• Nhiệt độ sôi khác xa nhiệt độ sôi chất hòa tan.
• Ít bay hơi để tránh tổn thất.
• Giá thành thấp, dễ kiếm, không gây ăn mòn thiết bị và không độc
hại đối với con người và môi trường.
Tuy nhiên, thực tế không có dung môi nào đặt được tất cả các tiêu chuẩn
đã nêu, vì vậy khi chọn dung môi ta phải dựa vào điều kiện cụ thể của quá trình
sản xuất.
1.4.2. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ
Hấp thụ dựa trên cở sở của quá trình truyền khối, nghĩa là phân chia hai
pha. Phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thụ trong pha
khí.
1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thụ
Nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng làm động lực trung bình giảm, số đĩa lý thuyết
tăng và chiều cao tháp sẽ tăng; tiêu tốn năng lượng.

Áp suất: việc tăng áp suất sẽ kéo theo sự tăng nhiệt độ; tăng áp suất còn
gây khó khăn trong việc chế tạo và vận hành thiết bị.
Các yếu tố khác: dung môi, dụng cụ đo, chế độ vận hành,…
1.4.4. Ưu – nhược điểm của quá trình hấp thụ
Ưu điểm
 Rẻ tiền;
 Có thể sử dụng hấp thụ hỗn hợp khí.
Nhược điểm
 Hiệu suất làm sạch không cao;
 Thiết bị cồng kềnh.
1.5. Quá trình hấp phụ
Trang 6
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
1.5.1. Khái niệm
Hấp phụ trong hóa học là quá trình xảy ra khi một chất khí hay lỏng bị hút
lên trên bề mặt của một chất rắn xốp. Chất khí hay hơi bị hút gọi là chất bị hấp
phụ; chất rắn xốp gọi là chất hấp phụ.
Có 2 quá trình hấp phụ: vật lý và hóa học.
• Hấp phụ vật lý: gây ra bởi lực hấp phụ có bản chất vật lý và không hình
thành liên kết hóa học (ví dụ: hấp phụ hơi nước trên bề mặt silicagen).
• Hấp phụ hóa học: gây ra bởi lực có bản chất hóa học, nhiệt hấp phụ
khoảng 80 – 400 kJ/mol.
1.5.2. Các chất hấp phụ
Các chất hấp phụ thường được sử dụng trong công nghiệp:
• Silicagen: dùng làm khô khí và hấp phụ các hydrocacbon nặng từ khí
thiên nhiên.
• Các Zeolite: dùng làm khô khí, tách khí, xúc tác cho các phản ứng,…
1.5.3. Ưu – nhược điểm của quá trình hấp phụ
Ưu điểm
 Hiệu suất cao.

Nhược điểm
 Chất hấp phụ phải thích hợp;
 Khó tái sinh chất hấp phụ, một
số không thể tái sinh;
 Phải kiểm soát chặt chẽ điều
kiện vận hành.
1.6. Ưu – nhược điểm của các tháp chưng cất
Ưu điểm Nhược điểm
Tháp chêm  Cấu tạo đơn giản;  Khó vận hành;
Trang 7
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
 Trở lực thấp;
 Làm việc được với
chất lỏng bẩn.
 Thiết kế khá nặng
nề.
Tháp mâm xuyên lỗ
 Trở lực tương đối
thấp;
 Hiệu suất khá cao;
 Kết cấu phức tạp.
Tháp mâm chóp
 Khá ổn định;
 Hiệu suất cao.
 Có trở lực lớn;
 Tiêu tốn nhiều vật
tự, kết cấu phức
tạp.
CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1. Sơ đồ công nghệ làm lạnh cuối khí cốc

2.1.1. Sơ đồ công nghệ làm lạnh cuối khí cốc (xem hình 2.1)
Khí cốc sau thùng bão hòa có nhiệt độ 60 – 70
o
C được đưa vào máy làm
lạnh cuối tác dụng trực tiếp.
Từ giàn làm lạnh 3, nước kỹ thuật được đưa vào từ đỉnh của tháp làm lạnh
(kiểu đệm khung gỗ). Khí qua máy làm lạnh cuối được giảm nhiệt độ xuống còn
25 – 30
o
C.
Trang 8
11
Khí cốc đã loại
Benzen
Nước kỹ thuật
Khí cốc (60 – 70
o
C)
9
Hơi nước
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Hình 2.1. Sơ đồ làm lạnh cuối khí cốc sau thùng bão hòa
1. Tháp làm lạnh khí lần cuối; 2. Thùng lắng cơ học tách naphtalen; 3. Giàn làm
lạnh; 4. Bơm ly tâm; 5. Thùng chứa naphtalen; 6. Ống dẫn vào xitec; 7. Xitec; 8.
Tháp benzen; 9. Khí cốc đã làm lạnh; 10. Naphtalen; 11. Dầu hấp thụ; 12. Dầu
đã hấp thụ bão hòa benzen thô.
Khí cốc vào tháp làm lạnh cuối từ giữa tháp và tiếp xúc trực tiếp với nước
làm lạnh từ trên xuống. Lúc này trong máy sẽ tách ra một lượng đáng kể
naphtalen có ở trong khí cốc dưới dạng tinh thể ra cùng với nước kỹ thuật sang
thùng lắng cơ học 2 để tách naphtalen. Phần naphtalen này được đưa về chứa

trong các xitec cho các mục đích sản xuất khác.
Nước kỹ thuật từ thùng lắng cơ học 2 sẽ tự chảy về giàn làm lạnh 3 và cứ
như thế tiếp tục chu trình làm lạnh.
2.1.2. Máy làm lạnh lần cuối (hình 2.2)
Trang 9
12
10
Hình 2.2. Máy làm lạnh lần cuối
Chú thích:
1. Bệ đỡ;
2. Vít cố định;
3. Ống dẫn nước đáy tháp;
4. Phễu hứng;
5. Ống dẫn nước ra;
6. Phễu hứng ở thân tháp;
7. Ống dẫn khí vào;
8. Đệm;
9. Vòi phun;
10. Ống dẫn khí ra.
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Máy làm lạnh lần cuối dùng để làm lạnh khí sau thùng bão hòa sunfat
amon. Nó là tháp hình trụ bằng thép (d = 4 – 4,5 m; h
chưng
= 35 m). Phần khí của
máy làm lạnh cuối được nâng cao 8 – 10 m nhằm đảm bảo sự tự chảy của nước
từ máy làm lạnh về thùng lắng tách naphtalen.
Máy làm lạnh lần cuối thường là loại đệm; để tránh tắc đệm do lắng đọng
naphtalen thì khoảng cách giữa các thanh đệm là 100 mm.
2.1.3. Thùng lắng tách naphtalen (hình 2.3)
Mục đích của thiết bị là để tách

liên tục naphtalen từ nước kỹ thuật sau
máy làm lạnh cuối cùng.
Máy có dạng hình trụ, đáy hình
nón (d = 12200 mm; h = 3500 mm) dung
tích của máy lắng naphtalen là 50 m
3
,
trọng lượng bằng 37 tấn.
Trang 10
Hình 2.3. Máy lắng cơ học tách naphtalen
Chú thích:
1. Thân máy; 8. Ống xoắn;
2. Máng hình tròn; 9. Động cơ điện;
3. Vách ngăn; 10. Bộ tạo chuyển động;
4. Trụ quay; 11. Ống dẫn naphtalen vào;
5. Cầu quan sát; 12. Ống dẫn naphtalen ra;
6. Dao gạt; 13. Hơi nóng thoát ra;
7. Vách ngăn; 14. Ống ruột gà.
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Chu vi của thân máy 1, có một máng hình tròn 2. Trên máng 2 có một
vành ngăn 3, qua đó nước kỹ thuật lắng naphtalen được đưa vào đó và đi ra ở
ống 12. Naphtalen được dao gạt 6 gạt vào ống xoắn 8. Phần nước kỹ thuật trong
thiết bị được tháo ra định kỳ.
Naphtalen tích dưới đáy, nhờ vào ống ruột gà 14, có hơi nước làm nóng
chảy, thoát ra ngoài qua cửa 13. Động cơ điện 9 và bộ chuyển động 10 tạo
chuyển động quay vòng.
Ưu điểm của máy này là tách naphtalen từ nước kỹ thuật tốt hơn, chi phí
thao tác không lớn.
2.2. Sơ đồ công nghệ hấp thụ benzen thô từ khí cốc
Sử dụng dầu than đá để thu hồi benzen thô.

Trang 11
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Để thu benzen thô thành sản phẩm tinh khiết, người ta dùng sơ đồ công
nghệ mới để tách hai loại benzen nhẹ và nặng. Do đó, người ta lắp thêm vào sơ
đồ tháp chưng cất phân đoạn.
 Tháp hấp thụ benzen (hình 2.4)
Khí cốc được làm lạnh trong máy làm lạnh cuối cùng đến 25 – 30
o
C được
đưa vào những tháp hấp thụ benzen lần lượt đi từ tháp này sang tháp khác, khí
cốc được thổi từ dưới lên và dầu hấp thụ được dội từ trên xuống.
Dầu hấp thụ có nhiệt độ 27 – 30
o
C được bơm ly tâm số 6 đưa lên đỉnh của
tháp hấp thụ, khi dòng dầu tiếp xúc với dòng khí thì quá trình hấp thụ xảy ra, sau
đó qua van thủy lực về bể chứa tiếp theo và từ đây được bơm bơm vào tháp hấp
thụ kế tiếp.
Dầu đã hấp thụ bão hòa benzen (đi đến tháp cuối) sẽ được bơm ly tâm đưa
vào tháp chưng cất benzen. Để tránh nước ngưng tụ vào trong dầu hấp thụ ở
trong tháp (đặc biệt là vào mùa đông), do đó việc ngưng tụ hơi nước từ khí cốc
cần thiết phải giữ cho nhiệt độ dầu trong tháp cao hơn 2 – 3
o
C.
Trang 12
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Hình 2.4. Sơ đồ công nghệ thu hồi benzen thô từ khí cốc
1. Thùng chứa dầu; 2, 3, 4, 5. Thùng chứa trung gian; 6, 7, 8, 9, 10. Bơm ly tâm;
I, II, III, IV. Tháp hấp thụ benzen
Hàm lượng benzen trong khí cốc sau tháp thu hồi benzen không vượt quá
2 g/m

3
tiêu chuẩn khí, dầu đi ra từ tháp hấp thụ có chứa 1,5 – 2,5 % hydro carbon
benzen và trong dầu đi vào tháp chứa 0,2 – 0,4 % benzen.
2.3. Sơ đồ công nghệ thu hồi benzen thô sau hấp thụ (hình 2.5)
Hình 2.5. Sơ đồ công nghệ thu hồi benzen thô
1. Dầu hấp thụ bão hòa benzen thô; 2. Dầu bão hòa nóng qua thiết bị gia
nhiệt 1; 3. Dầu bão hào nóng qua thiết bị gia nhiệt 3; 4. Dầu tái sinh; 5.
Hơi nước áp suất cao; 6. Nước; 7. Dầu hấp thụ; 8. Hơi nước áp suất cao;
9. Polyme; 10. Benzen thô; 11. Nước; 12. Benzen thô sau quá trình trao
đổi nhiệt; 13,15. Nước; 14. Hơi nước; 16. Benzen thô tinh khiết dạng
Trang 13
Dầu hấp
thụ
Khí cốc chứa Benzen thô
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
lỏng; 17. Khí thải; 18. Nước ngưng; 19. Dầu nhả hấp thụ; 20. Dầu hấp
thụ tinh khiết.
I. Hệ thống trao đổi nhiệt với sản phẩm đỉnh; II. Hệ thống trao đổi nhiệt
với sản phẩm đáy; III. Hệ thống trao đổi nhiệt; IV. Tháp chưng cất benzen
thô; V. Máy tái sinh; VI. Thiết bị ngưng tụ - làm lạnh; VII. Thiết bị phân
ly; VIII. Bồn chứa sản phẩm đáy (dầu hấp thụ); IX. Bơm; X. Hệ thống làm
mát dầu hấp thụ.
Dầu hấp thụ bão hòa benzen đi ra từ đáy tháp hấp thụ sẽ được bơm đến
thiết bị trao đổi nhiệt I. Thiết bị trao đổi nhiệt này được cấu tạo gồm các hệ
thống trao đổi nhiệt dạng ống chùm, tại đây nguồn nhiệt được sử dụng là sản
phẩm đỉnh của tháp chưng cất bao gồm hơi benzen (là chủ yếu), hơi nước và một
ít dầu hấp thụ bị lôi cuốn theo để tận dụng nhiệt của sản phẩm đỉnh – dầu bão
hòa benzen được trao đổi nhiệt đạt 70
o
C.

Từ thiết bị trao đổi nhiệt I, dầu bão hòa benzen đã được làm nóng theo
đường ống 2 vào máy trao đổi nhiệt ống chùm II để tận dụng nhiệt của phần sản
phẩm đáy là dầu hấp thụ đã khử benzen – lúc này dầu bão hòa benzen được gia
nhiệt đến 90
o
C.
Từ thiết bị trao đổi nhiệt dầu bão hòa sẽ đi vào hệ thống gia nhiệt III, tại
đây dầu bão hòa một lần nữa được đun nóng đến 135
o
C. Khi đó, hơi
hydrocacbon benzene được chia làm 2 pha, pha hơi được đưa vào phần cất của
tháp chưng cất và phần lỏng được đưa vào phần chưng của tháp chưng cất
benzene IV.
Dầu bão hòa chảy trong các đĩa từ trên xuống và dòng hơi đi ngược từ
dưới lên sẽ thổi các hydrocacbon benzen ra khỏi dầu và lôi cuốn nó lên phần trên
của tháp.
Trang 14
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Theo đường ống 4, dầu hấp thụ từ tháp benzen với lượng từ 1 – 1,5% liên
tục được lấy ra đưa vào máy tái sinh bằng hơi V. Đây là thiết bị hình trụ đứng, ở
phần dưới của máy, người ta đặt một máy gia nhiệt bằng hơi nằm ngang có bề
mặt nung nóng tổng cộng 36 – 50 m
2
. Hơi nước trực tiếp liên tục được đưa vào,
đi qua dầu cần tái sinh. Ngoài ra, người ta còn đưa thêm hơi nước gián tiếp áp
suất 10 atm vào máy gia nhiệt sao cho nhiệt độ gia nhiệt của dầu hấp thụ đem tái
sinh đạt 170 – 180
o
C.
Khi đưa hơi trực tiếp vào máy tái sinh sẽ bốc hơi khoảng 80 – 90% lượng

dầu. Hỗn hợp hơi nước và dầu sẽ đi theo ống 7 vào tháp chưng cất benzen ở
phần chưng. Một phần hơi có thể vào tháp chưng cất benzen qua ống dẫn hơi 8
cần thiết để điều chỉnh tốc độ chưng của benzen khỏi dầu ở trong tháp.
Polyme (nhựa) ở trong máy tái sinh hỗn hợp với một ít dầu và antrasen, kể
cả hydrocacbon vòng cao phân tử khác theo ống số 9 ra khỏi máy tái sinh bằng
hơi một các liên tục hoặc gián đoạn.
Hơi hydrocacbon benzen hỗn hợp với hơi nước từ phần hồi lưu phía trên
của tháp chưng cất benzen theo ống 10 đi vào thiết bị gia nhiệt I. Tại bộ phận
trên cùng là hệ thống ngưng tụ, hơi benzen sẽ được ngưng tụ phân đoạn đi từ
dưới lên trên vào khoảng không gian giữa các ống của các ngăn ống chùm trong
thiết bị gia nhiệt. Trong ngăn ống chùm trên cùng của thiết bị hồi lưu, hơi được
làm lạnh bằng nước kỹ thuật đưa vào bằng ống 11. Nước ngưng từ máy hồi lưu
là hỗn hợp của dầu và nước đưa vào máy phân ly đặt dưới máy hồi lưu. Trong
máy phân ly sẽ phân thành 2 lớp theo khối lượng riêng. Dầu sau khi lắng sẽ đưa
ra khỏi máy phân ly theo ống 19, một lần nữa được đưa vào chu trình để tái sử
Trang 15
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
dụng cùng với dầu hấp thụ sau tháp, còn lại nước sẽ theo ống 18 sang thùng chứa
khác.
Nhiệt độ của hơi hydrocacbon benzen đi ra từ thiết bị hồi lưu được khống
chế bằng cách điều chỉnh lượng nước kỹ thuật ở ngăn trên của thiết bị hồi lưu.
Từ thiết bị hồi lưu hỗn hợp của hydrocacbon benzen và nước ở nhiệt độ 92
– 95
o
C theo đường ống 12 đi vào tháp ngưng tụ VI, tại đây diễn ra quá trình làm
lạnh hơi benzen thô, dầu và nước, nhiệt độ tỏa ra được nước kỹ thuật lấy đi.
Tách benzen ra khỏi nước ngưng tụ được tiến hành ở trong thùng phân ly
ở dưới thiết bị hồi lưu. Nước ngưng tụ từ đây liên tục được đưa đi theo đường
ống 15. Còn benzen thô theo đường ống 16 đưa vào các thùng đong, từ đó được
bơm đưa vào kho. Khí không ngưng tụ theo đường ống 17 thải ra ngoài. Dầu

than đá sau khi được nhả hấp thụ hơi benzen thô từ tháp chưng cất IV đi qua van
thủy lực đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt 2, tại đây nó được làm mát bằng dòng dầu
bão hòa đi ngược lại từ thiết bị hồi lưu và đi ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt có
nhiệt độ từ 18 – 115
o
C (tùy theo sơ đồ trao đổi nhiệt mà ta sử dụng). Sau đó dầu
hấp thụ qua thùng chứa VIII, ở đây nó được tách nước ra khỏi thùng hấp thụ. Từ
thùng chứa VIII, dầu hấp thụ được bơm IX đưa vào thiết bị làm lạnh kiểu lưới X
để làm lạnh dầu đến 30
o
C. Dầu hấp thụ sẽ được đưa vào các ống ở phía dưới của
thiết bị rồi đi theo ống chùm đi lên và làm lạnh bằng nước kỹ thuật ở bên ngoài
ống, theo đường ống 20 dầu hấp thụ sẽ được đưa về lại tháp hấp thụ benzen.
Trang 16
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH
3.1. Tính toán máy làm lạnh khí cốc lần cuối
Dựa vào máy cân bằng vật chất của khí cốc ở nhiệt độ 65
o
C và áp suất là
860 mmHg nhiệt độ điểm sương của khí cốc là 45
o
C.
Bảng 3.1. Lượng khí vào máy lạnh
Lượng khí đi vào kg/h m
3
/h
Khí cốc khô 18425 38386
Hơi nước 2325 2912
Hydrocacbon benzene 1199 316

H
2
S 584 386
Tổng cộng 22534 42000
Nhiệt độ ra khỏi máy làm lạnh là 30
o
C, áp suất 860 mmHg.
Thể tích nước được xác định:
Trang 17
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Trong đó, : áp suất hơi nước ở 30
o
C  = 31,87 mmHg (trang 317 –
[1])
P: áp suất khí cốc ra khỏi tháp.
Vậy: (m
3
/h)
Tính theo trọng lượng là
(kg/h)
Như vậy lượng nước đã ngưng tụ:
G
nt
= 2325 – 1209 = 1116 (kg/h)
Bảng 3.2. Lượng khí ra khỏi máy
Lượng khí ra khỏi máy làm lạnh kg/h m
3
/h
Khí cốc khô 18425 38386
Hơi nước 1290 1504

Hydrocacbon benzen 1199 316
H
2
S 584 386
Tổng cộng 21498 40592
3.1.1. Tính toán nhiệt độ mang vào
Nhiệt mang vào bởi hơi nước:
Trong đó, : khối lượng nước đưa vào, kg/h
R: ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở 65
o
C.
: nhiệt dung riêng của hơi nước.
Trang 18
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
 (kcal/h)
Ta có: q = G
i
.C
i
.t
Trong đó, G
i
: khối lượng vật chất mang vào, kg/h.
C
i
: nhiệt dung riêng của chất mang vào tại nhiệt độ 65
o
C.
t: nhiệt độ của dòng vật chất vào (t = 65
o

C).
Nhiệt mang vào của khí cốc khô:
(kcal/h)
Nhiệt mang vào bởi hydrobenzen:
(kcal/h)
Nhiệt mang vào bởi hydrosunfua
(kcal/h)
Nhiệt mang vào khí cốc:
(kcal/h)
Nhiệt mang vào bởi nước làm lạnh ở 25
0
C là:
Trong đó: W: lượng nước làm lạnh thêm vào.
: nhiệt dung riêng của nước, = 1 kcal/kg.độ
t: nhiệt độ vào của nước làm lạnh.
Q
2
= 25W
Tổng nhiệt vào là:
Q
v
= 2316112 + 25 W
Trang 19
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
3.1.2. Tính toán nhiệt mang ra, lượng tiêu hao nước, cân bằng vật chất
• Tổng nhiệt mang ra bởi khí cốc:
Nhiệt ra bởi khí cốc ở 30
o
C.
Nhiệt ra bởi hơi nước là:

(kcal/h)
Nhiệt ra bởi khí cốc khô là:
(kcal/h)
Nhiệt ra bởi hydrocacbon benzene là:
(kcal/h)
Nhiệt ra bởi H
2
S là:
(kcal/h)
Vậy tổng nhiệt mang ra bởi khí cốc là:
Q
3
= 1184444 (kcal/h)
• Lượng tiêu hao nước:
Nhiệt ra bởi nước làm lạnh và nước ngưng tụ ở 40
o
C:
(kcal/h)
Tổng nhiệt lượng ra là:
(kcal/h)
• Cân bằng vật chất:
Q
vào
= Q
ra
 2316112 + 25 W = 1229084 + 40W
Trang 20
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
 (kg)  72,4 (m
3

/h).
3.3. Tính kích thước của tháp làm lạnh
Chọn vận tốc khí qua đệm: v = 1 m/s.
Khi đó, tiết diện tưới cần thiết của đệm là:
Trong đó, V: thể tích trung bình của khí.
Thể tích lúc vào: (m
3
/h).
Thể tích lúc ra: (m
3
/h).
 Thể tích trung bình:
(m
3
/h).
Bề mặt tưới:
Thừa nhận khung gỗ có bề dày a = 10 mm, khoảng cách b = 100 mm,
chiều cao của thanh là 100 mm.
Tiết diện chung:
Đường kính của thiết bị làm lạnh:
Vậy tiết diện đệm chiếm:
Chiều dài của các thanh trong vòng:
Trang 21
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Bề mặt của 1 vòng đệm là:
Hệ số truyền nhiệt được xác định từ phương trình:
Trong đó, C: hệ số phụ thuộc mật độ tưới.
Đường kính tương đương của đệm:
Khối lượng riêng trung bình của khí:
Độ nhớt của khí cốc ở nhiệt độ trung bình kg/m.s.

Khi khối lượng riêng trung bình của khí là kcal/kg.h và hệ số
dẫn nhiệt là: λ = 0,11 kgcal/m.h.
0
C.
Vì lượng nước đưa vào làm lạnh là 72,4 m
3
/h nên mật độ tưới:
(m
3
/m
2
.h)
Trang 22
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Với mật độ tưới như vậy thì đại lượng mật độ tưới C = 0,193 khi đó chuẩn
số K
i
là [3]:
K
i
= 0,193.10896
0,76
.0,307
0,33
= 153
Hệ số truyền nhiệt độ
Hệ số nhiệt trung bình logarit:

Bề mặt nhiệt cần thiết là:
Vì bề mặt 1 vòng đệm là 23 m

2
nên số vòng đệm là:
vòng
Đặt chúng trong 6 khoang, mỗi khoang đặt 9 vòng đệm, khoảng cách giữa
các khoang là 0,5 m và chiều cao thanh đỡ là 0,12 m. Vậy chiều cao tổng của
tháp có chứa đệm là:
H
làm mát
= 6.9.0,12 + 5.0,5 = 9 m
0,12: chiều cao thanh đỡ.
0,5: khoảng cách giữa các ngăn.
Trang 23
30
o
C60
o
C
Khí
Nước
40
o
C 25
o
C
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Khoảng cách từ đệm trên cùng đến nắp là 3 m khoảng cách từ đáy tới đệm
là 3 m vậy tổng cộng của tháp là 15 m nếu không kể chân đế.
Cấu tạo của tháp là hình trụ bên trong có gắn các thanh đỡ để đặt các vòng
đệm lên trên nó.
3.2. Tính toán tháp hấp thụ thu hồi benzen

3.2.1. Cân bằng vật chất
Bảng 3.3. Lượng khí đưa vào tháp
Lượng khí vào tháp kg/h m
3
/h
Khí cốc khô 18425 38386
Hơi nước 1290 1504
Hydrocacbon benzen 1199 316
H
2
S 584 386
Tổng cộng 21498 40592
Nhiệt độ khí vào là 30
o
C, áp suất là 860 mmHg.
Mất mát hydrobenzen theo khí đi ra là 2 g/m
3
khí khô.
Hàm lượng benzene trong khí cốc khô đi vào là:
Mức độ thu hồi hydrobenzen là:
Lượng các hydrobenzen đã bị hấp thụ là:
Trang 24
Đồ án công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Lượng hydrobenzen còn lại trong khí tính theo thể tích là 20 m
3
, theo khối
lượng là 78 kg.
Bảng 3.4. Lượng khí đi ra khỏi tháp
Lượng khí ra khỏi tháp kg/h m
3

/h
Khí cốc khô 18425 38386
Hơi nước 1290 1504
Hydrocacbon benzen 78 20
H
2
S 584 386
Tổng cộng 20377 40296
Hàm lượng thực tế của hydrobenzen của khí vào là:
Trong đó: M
1
: khối lượng hydrocacbonbenzen trong khí vào tháp hấp
thụ, kg/h.
V
1
: tổng thể tích của khí vào tháp hấp thụ, m
3
/h.
P: áp suất khí vào tháp hấp thụ, mmHg.
P
o
, T
o
: áp suất, nhiệt độ tiêu chuẩn ở 760mmHg, T
o
=273K.
Và khí đi ra là:
Trong đó: M
2
: khối lượng hydrocacbonbenzen trong khí vào tháp hấp

thụ, kg/h.
V
2
: tổng thể tích của khí vào tháp hấp thụ, m
3
/h.
P: áp suất khí vào tháp hấp thụ, mmHg.
Hàm lượng cực đại của các hydrocacbon benzene trong dầu đưa vào được
xác định gần đúng là:
Trang 25