Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, khi nguồn dầu mỏ cạn kiệt, người tiêu dùng sẽ quay sang những
nguồn cung cấp mới, khi đó, nguồn nguyên liệu hóa thạch truyền thống vẫn là một
giải pháp đầy tiềm năng. Ngày nay, sản lượng BTX được tiêu thụ trên thế giới được
sản xuất từ than đá ngày càng tăng. Trong quá trình cốc hóa than, không những thu
được than cốc cung cấp cho công nghiệp luyện kim và các sản phẩm hóa học như
benzene, toluene, xylene; ngoài ra còn thu được phenol, naphtalen, NH
3
, khí than
sạch,… có giá trị kinh tế cao.
Trong đồ án này, nhóm chúng em nhận nhiệm vụ tính toán thiết bị thu hồi
benzen, toluene, xylene, metyl benzene, naphtalen… và với năng xuất 42000 m
3
khí/giờ.
Nội dung tính toán bao gồm:
1 Máy gia nhiệt dầu hấp thụ;
2 Tháp chưng cất benzene;
3 Máy tái sinh dầu hấp thụ bằng hơi nước;
4 Thiết bị hồi lưu;
5 Thiết bị ngưng tụ.
Lớp DH11H1 Trang 1
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Chương 1
TỔNG QUAN
Khí cốc là khí ngưng tụ thu được từ các lò luyện cốc than đá, là hỗn hợp
phức tạp các chất khí và chất bay hơi như nước ngưng, amoniac, nhựa than đá, các
hidrocacbon benzene…
Khí cốc có thành phần gồm 25% thể tích là metan (CH
4
), 60% là thể tích

hydro(H
2
), phần còn lại là các khí như CO, CO
2,
NH
3
, N
2
… là nhiên liệu quý cho
công nghiệp.
Sau khi tách khỏi nhựa than đá, benzen thô và nước, khí cốc có nhiệt cháy
cao, khoảng 4000kcal/m
3
.
Benzene thô là hợp chất phức tạp, phần lớn bay hơi ở 180
0
C. Hàm lượng
trung bình của các cấu tử chính (%):
Sunfuacacbon và các hydrocarbon dễ sôi: 1,6-3,4;
Benzene: 59,5-78,3;
Đồng đẳng benzne 12-21;
Solvent (hỗn hợp trimetylbenzene, ethyl-metyl benzene,…): 3-10.
Benzen có vai trò quan trọng trong thực tế, là nguyên liệu sử dung 5 cho quá
trình ankyl hóa sản xuất etylbenzen, nguyên liệu dehydro hóa để sản xuất stryren,
sản xuất cumen, nguyên liệu sản xuất phenol và axetol….sản xuất các loại thuốc trừ
sâu, thuốc kháng sinh , chất kích thích tăng trưởng và vô số các ứng dụng khác
trong đời sống, người ta sử dụng benzen sản xuất nước hoa, phẩm nhuộm , keo
dán
Toluen chủ yếu được dùng làm tang chỉ số octan xăng, dùng để chuyển hóa
thành benzene, dùng làm dung môi hòa tan nhiều loại vật liệu như sơn, chất kết

dính…
Lớp DH11H1 Trang 2
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Xylene là chất cải thiện chỉ số octan của xăng, là dung môi rất quan trọng
cho thuốc trừ sâu, chất béo, parafin, nhựa tự nhiên và nhựa tổng hợp. Xylene còn
dùng làm dung môi, chất pha loãng cho sơn, men, vecni và được sử dụng rộng rãi
trong sản xuất mực in, keo dán.
Vì vậy cần thu hồi benzene, toluene, xylene để đáp ứng nhu cầu trong công
nghiệp.
Để thu hồi benzene thô bằng phương pháp hấp thụ, ta dùng tháp hấp thụ ở
20-25
0
C. Chất hấp thụ thường là dầu than đá ở phân đoạn chưng cất nhựa than đá
có nhiệt độ sôi 230-300
0
C hoặc dầu sôla ở phân đoạn sôi 300-350
0
C.
Dựa vào sự khác nhau về nhiệt độ sôi, sau khi hấp thụ ta tiến hành chưng cất
để tách benzene thô ra khỏi dầu hấp thụ bão hòa benzene.
Tiếp sau đó là quá trình tách benzene thô thành hai loại benzene.
So sánh các loại tháp chưng cất được trình bày trong bảng 1.
Bảng 1: Bảng so sánh các loại tháp chưng cất.
Tháp đệm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp chóp
Ưu
điểm
Cấu tạo khá đơn giản;
Trở lực thấp;
Làm việc được với chất
lỏng bẩn.

Trở lực tương đối thấp;
Hiệu suất khá cao;
Khá ổn định;
Hiệu suất cao.
Nhượ
c điểm
Hiệu suất truyền khối
thấp;
Độ ổn định không cao;
Khó vận hành;
Thiết bị khá nặng nề.
Không vận hành được
với chất lỏng bẩn;
Kết cấu khá phức tạp.
Trở lực lớn;
Kết cấu phức tạp.
Qua tham khảo các tài liệu và phân tích các số liệu đầu vào đã đi đến chọn
tháp đĩa chóp để chưng cất benzen từ dầu hấp thụ.
Nhiệm vụ của đồ án: thiết kế hệ thống thu hồi hai loại benzene từ dầu hấp thụ nhằm
mang lại hiệu quả về mặt kinh tế bằng phương pháp chưng cất tháp chóp.
Lớp DH11H1 Trang 3
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Chương 2
SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ THU HỒI HAI BENZEN
Trong hình 1 mô tả sơ đồ công nghệ quá trình thu hồi bezene bằng phương
pháp dầu hấp thụ nhằm thu được hai loại benzen : loại nhẹ có nhiệt độ sôi 150
0
C,
loại nặng có nhiệt độ sôi khoảng 140 – 220
0

C. Theo sơ đồ dầu hấp thụ bão hòa
benzen được đưa vào thiết bị hồi lưu (4) bao gồm 4 chùm ống nằm ngang đặt cái
nọ chồng lên trên cái kia. Dầu bão hòa benzene được chuyển động bên trong các
ống của chùm ống trên cùng rồi lần lượt đi qua các chùm ống dưới. Dầu được gia
nhiệt ở trong thiết bị hồi lưu đến 70-75
0
C đi tiếp vào máy gia nhiệt hơi nước số (3)
để đun nóng đến 135-140
0
. Tại đây dầu chuyển động trong ống còn hơi nước có áp
suất từ 6 đến 8 atm đi vào khoảng không gian giữa các ống. Từ máy gia nhiệt số
(3) dầu bão hòa nóng được đưa vào tháp chưng cất (1). Ở phần dưới đáy tháp người
ta đưa hơi nước trực tiếp áp suất 3 – 4 atm nhằm chưng cất hydrocacbon benzen ra
khỏi dầu. Từ phần dưới của tháp dầu đã được khử benzen đưa vào thùng chứa trung
gian rồi từ đây nó được bơm đưa đi đến giàn tưới để làm lạnh tới 25 - 30
0
. Tái sinh
dầu hấp thụ được tiến hành ở trong máy tái sinh. Dầu hấp thụ lấy ra từ 1 trong
những đĩa trên cùng của tháp benzen với số lượng từ 1 - 1,5% được đưa vào ở máy
tái sinh, người ta thổi vào đây 1 lượng lớn hơi nước, để dầu hấp thụ vào benzene
thô hoàn toàn bốc hơi cùng với hơi nước tái sinh. Nhiệt độ trong tháp tái sinh đạt
khoảng 180
0
C. Các hợp chất không no trong dầu và các phần nặng của dầu như
asphalten sẽ bị trùng hợp hóa được tháo ra ở đáy tháp tái sinh vào thùng chứa
polime. Hiệu suất của dầu khi tái sinh dao động từ 80 - 90% (tùy thuộc vào chất
lượng của dầu).
Hỗn hợp của hơi hydrocacbon benzen, dầu và nước đi ra từ phần trên của
tháp chưng đưa vào không gian giửa các chùm ống dưới của máy hồi lưu (4). Ở đây
nó sẽ được làm lạnh và nó sẽ gia nhiệt cho dầu bão hòa benzen đi ở trong ống theo

chiều ngược lại. Hồi lưu tạo thành khi làm lạnh hơi là nước ngưng của solven -
napthalene, dầu hấp thụ và nước chảy ra từ chùm ống của máy hồi lưu (4) đi vào
thùng phân ly để tách nước ra khỏi hồi lưu. Sau khi tách nước hồi lưu sẽ đưa vào
vòng tuần hoàn của dầu hấp thụ. Nước đưa vào thùng lắng đặc biệt, tại đây diễn ra
tách lần chót nước ra khỏi dầu.
Lớp DH11H1 Trang 4
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Hỗn hợp benzen và hơi nước từ máy hồi lưu (4) được đưa vào cột chưng cất
(5) đễ phân chia hỗn hợp hydrocacbon benzen thành 2 loại: nặng, nhẹ. Cột phân
đoạn bao gồm 2 phần: dưới là phần bốc hơi, trên là phần chưng luyện. Ở phần dưới
của cột có 3 máy gia nhiệt bằng hơi gián tiếp để đun nóng bezen nặng, phần trên
của tháp chưng luyện bao gồm 12 đĩa chóp. Nước ngưng thu được ở những đĩa trên
của phần bốc hơi bao gồm hỗn hợp benzen nặng và nước được đưa vào thùng phân
ly (7). Benzen nặng tách ra khỏi nước được đưa lại phần bốc hơi của cột. Tại đây
người ta đưa hơi gián tiếp để chưng những phần nhẹ ra khỏi phần nặng.
Benzen nặng từ phần dưới của cột 5 đưa vào máy làm lạnh (12), từ đây bằng
bơm số (13) đưa vào kho. Hơi benzen nhẹ và hơi nước từ phần trên của cột phân
chia 5 đưa vào máy ngưng tụ (8) cấu tạo từ 4 chùm ống nằm ngang tương tự máy
hồi lưu.
Trong máy ngưng tụ diễn ra sự ngưng tụ của benzen thô và nước. Hơi đưa
vào khoảng không gian giửa các ống, đi từ trên xuống lần lượt qua cả 4 chùm ống.
Phần nước làm lạnh đi trong ống theo hướng ngược lại từ chùm ống dưới của máy
làm lạnh lên chùm ống trên và đi ra với nhiệt độ từ 45 - 50
o
C. Benzen nhẹ và nước
từ máy ngưng (8) đưa vào thùng phân ly (9) và từ đây sau khi tách khỏi nước
benzen nhẹ vào thùng chứa (10), thùng đong (11) sau đó vào kho. Một phần benzen
nhẹ dùng làm hồi lưu từ thùng (10) được bơm (13) đưa lên đĩa trên cùng của cột
phân đoạn 5. Máy phân ly (6) dùng để tách hồi lưu khỏi nước. Nước sẽ được ngưng
tụ ở các đĩa trên cùng của cột phân đoạn khi làm lạnh hơi nước.

Máy trao đổi nhiệt dầu trở thành một phần không thể thiếu trong sơ đồ công
nghệ thu hồi 1 loại hay 2 loại benzen.
Hình 1: Sơ đồ công nghệ thu hồi 2 benzen
Lớp DH11H1 Trang 5
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Chương 3
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
3.1 Tính toán cân bằng vật chất ban đầu
Dựa vào cân bằng vật chất của khí cốc ở nhiệt độ 60
0
C và áp suất là 860
mmHg, nhiệt độ điểm sương của khí cốc là - 45
0
C.
Lượng khí cốc vào máy lạnh được trình bày trong bảng 2:
Bảng 2. Lượng khí cốc vào máy lạnh
Lượng khí đi vào kg/h Nm
3
/h
khí cốc khô 18127 37764
hơi nước 2795 3525
hydrocacbon benzene 1208 318
H
2
S 595 393
Tổng cộng 22725 42000
Nhiệt độ ra khỏi máy làm lạnh là 27
0
C, áp suất là 855mmHg.
Mất mát hydrobenzen theo khí đi ra là 2 g/ m

3
khí khô.
Thể tích nước được xác định là:
2
855
H O CT
p
V V
p
=
−
Áp suất bảo hòa hơi nước ở 27
0
là p = 26,74 mmHg.
Vậy:
2
3
26,74
(42000 3525) 1242 /
855 26,74
H O
V m h= − =
−
Tính theo trọng lượng là 994 kg/h.
Như vậy lượng nước đã ngưng tụ:
2795 – 994 = 1801 kg/h
Lượng khí ra khỏi máy lạnh được trình bày trong bảng 3
Bảng 3. Lượng khí ra khỏi máy lạnh
Lượng khí đi vào kg/h Nm
3

/h
khí cốc khô 18127 37764
hơi nước 994 1242
Lớp DH11H1 Trang 6
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
hydrocacbon benzene 1208 318
H
2
S 595 393
Tổng cộng 20924 39717
3.1.2 Cân bằng vật chất
Hàm lượng huydrocacbon benzen trong khí cốc khô đi vào là:
3
1208.1000
32 /
37764
g m=
Mức độ thu hồi là:
2
1 0,9375 93,75%
32
η
= − = ⇔
Lượng bị hấp thụ là:

37764.(32 2)
1133 /
1000
G kg h
−

= =
Lượng hydrobenzen còn lại trong khí tính theo thể tích là 20 m
3
theo khối
lượng là 75 kg.
Lượng khí đi vào tháp hấp thụ được trình bày trong bảng 4
Bảng 4. Lượng khí đi vào tháp hấp thụ
Lượng khí đi vào kg/h Nm
3
/h
khí cốc khô 18127 37764
hơi nước 994 1242
hydrocacbon benzene 75 20
H
2
S 595 393
Tổng cộng 19791 39719
Hàm lượng thực tế hydrobenzen của khí vào là:
3
1
1208.1000.273.855
31,14 /
39717.300.760
a g m= =
Và của khí đi ra là:
3
2
75.1000.273.825
1,87 /
39717.300.760

a g m= =
Lớp DH11H1 Trang 7
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Hàm lượng cực đại của các hydrocacbon benzene trong dầu đưa vào được
xác định gần đúng là:
2 2
1
2,24.
Max
h ht
a P
C
P M
=
α
2
: hàm lượng hydrobenzen trong khí đi ra g/m
3
.
P
2
: áp suất của khí ra khỏi tháp (mmHg).
M
td
: khối lượng phân tử của dầu hấp thụ.
P
h
: áp suất hơi của hydrobenzen ở dầu đưa vào.
Áp suất khi ra khỏi tháp thừa nhận là: 825 mmHg.
Dầu hấp thụ là dầu than đá có khối lượng phân tử M

td
=170.
Xác định áp suất hơi của hydrobenzen trên dầu thừa nhận thành phần như
sau:
Benzene: 73%, toluene: 21%, xylen: 4%, solven: 2%
Áp suất hơi của những cấu tử đó ở 30
0
C.
Benzene………………………… 118,4
Toluene……………………………39,5
Xylen………………………………23,5
Solven…………………………… 5
Khối lượng phân tử trung bình của benzen thô là:
83
120
2
106
4
92
21
78
73
100
=
+++
=
tp
M
Trong đó 78, 92, 106, 120 là các khối lượng phân tử của các cấu tử benzene,
toluene, xylen, solven.

Phần cấu tử ở trong trọng lượng phân tử trung bình của benzene thô như sau:
Khối lượng của benzene là:
73.83
0,775
78.100
benzene
m = =
Khối lượng của toluen là:

21.83
0,175
92.100
Toluen
m = =
Lớp DH11H1 Trang 8
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Khối lượng của xylen là:
4.83
0.033
106.100
Xylen
m = =
Khối lượng của solven là:
2.83
0,017
120.100
Solven
m
= =
Khi đó áp suất hơi của hydrobenzen ở 30

0
C là:
P
tp
= m
B
p
B
+ m
T
p
T
+ m
X
p
X
+ m
s
p
s
= 0,775.118,4 + 0,175.39,5 + 0,033.23,5 + 0,017.5
P
tp
= 99 mmHg.
Hàm lượng cực đại của hydrobenzen đưa vào:
2,24.825.1,87
0,21%
99.170
Max
C = =

Hàm lượng thực tế C
1
< hàm lượng cân bằng (hàm lượng cực đại) tính bằng:
n
C
C
max
1
=
n: hệ số chuyển dịch cân bằng,từ 1,1-1,2 ta thừa nhận n =1,1
1
0,21
0,19%
1,1
C = =
Lượng dầu tối thiểu đòi hỏi để hấp thụ:
∞
=
η
η
1
4,22 P
VMp
L
dB
Min
p
B
: áp suất hơi của benzen nguyên chất (mmHg).
V: thể tích của khí cho vào m

3
/h (ở đktc không tính thể tích của
hydrobenzen).
η
: mức độ thu hồi thực tế của hydrobenzen.
η
∞
: mức độ thu hồi hidro benzen thô từ khí cốc ở điều kiện cân bằng trên
đỉnh tháp hoặc khi bề mặt hấp thụ vô cùng lớn.
P
1
: áp suất khí vào, mmHg.
M
d
: khối lượng phân tử của dầu hấp thụ.
Lớp DH11H1 Trang 9
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Đại lượng:
V = 39717 m
3

η = 0,9375
p
B
=118,4 mmHg
P
1
= 855 mmHg
M
d

= 170
Mức độ hấp thụ khi bề mặt vô cùng lớn xác định theo:
2
1
1
1,1.
a
a
η
∞
= −
1,87
1 0,9499 94,99%
1,1.32
η
∞
= − ⇔
Khi đó lượng dầu hấp thụ tối thiểu:
118,4.39717.0,9375.170
41196 /
22,4.855.0,9499
Min
L kg h= =
Hàm lượng cực đại:
2 1
100
Min
C
C C
L

= +
2
1133
0,19 100 2,94%
41196
C = + =
Lượng dầu thực tế cần lớn hơn lượng dầu tối thiểu xác định theo phương
trình:
L
tt
= m.L
Min
m: hệ số dư, xác định trong khoảng từ 1,4-1,5 ta thừa nhận m =1,45. Vậy:
L
tt
= 41196.1,45 = 59734 kg/h
Tính cho 1m
3
khí là:
59734
1,58 /
37717
kg h=
Hàm lượng thực tế của hydro benzen thô trong dầu ra tháp tính theo phần
trăm:
Lớp DH11H1 Trang 10
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
2 1
100
G

C C
L
= +
Vậy:
2
100.1133
0,19 2,09%
59734
C = + =
Lượng benzene thô trong dầu đi vào:

0,19.59734
114 /
100
kg h=
Lượng benzene thô trong dầu đi ra:
2,09.59734
1248 /
100
kg h
=
Lượng benzene thô được dầu hấp thụ trong 1 h là: 1248 – 114 =1134 kg
Cân bằng vật chất của tháp hấp thụ được trình bày trong bảng 5
Bảng 5. Cân bằng vật chất của tháp hấp thụ
Đi vào (kg/h) Đi ra (kg/h)
Khí cốc 20924 Khí cốc 19791
Dầu hấp thụ
Dầu: 59734
Dầu hấp thụ
Dầu: 59734

Benzene thô: 114 Benzene thô:1248
Tổng 80772 Tổng 80773
3.2. Máy gia nhiệt dầu bão hòa benzen
3.2.1. Ý nghĩa và cấu tạo
Máy gia nhiệt dùng để gia nhiệt dầu trước khi đưa vào tháp chưng benzen.
Trong quá trình gia nhiệt, nhiệt độ của dầu sẽ tăng từ 90 đến 135 - 140
o
C. Ở trong
máy gia nhiệt diễn ra sự bốc hơi một phần hydrocacbon benzen hòa tan vào trong
dầu hấp thụ (với lượng khoảng 25% lượng chung của nó trong dầu hấp thụ), còn
Lớp DH11H1 Trang 11
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
diễn ra quá trình bốc hơi nước (nước của dầu), cũng như chuyển sang dạng hơi
trong một phần dầu hấp thụ (khoảng 1%).
Cấu tạo máy gia nhiệt dầu hấp thụ là một chùm ống thông thường đặt trên bệ
đỡ bằng gang. Dầu hấp thụ có nhiệt khoảng 90
o
C sau máy trao đổi nhiệt đưa vào
cửa dưới của chùm ống và đi ở trong ống rồi sau vào buồng trên tại đây sẽ tách pha
hơi ra khỏi pha lỏng. Hơi dưới áp suất khoảng 6 – 8 atm đưa vào khoảng không
gian giữa ống và cấp nhiệt cho dầu cần đun nóng.
Nước ngưng tụ từ chùm ống sẽ đưa qua cốc ngưng tụ. Sản phẩm hơi tách ra
từ dầu hấp phụ được đưa qua cửa đặt ở phần trên để vào tháp benzen. Người ta đưa
vào đây còn có dầu đã được đun nóng.
Hiện nay người ta đã nghiên cứu loại máy gia nhiệt hấp phụ có hệ số truyền
nhiệt cao bằng cách tăng tốc độ chuyển động của dầu trong ống nhờ vào việc tăng
số ngăn trong máy ống chùm.
3.2.2. Tính toán thiết bị gia nhiệt
3.2.2.1 Cân bằng vật chất máy gia nhiệt
Đưa vào máy gia nhiệt bằng hơi có dầu hấp thụ đã bão hòa benzen từ máy

trao đổi nhiệt với lượng như sau (kg/h):
Dầu hấp thụ 59734
Hydrocacbon benzen 1248
Tổng: 60982
Thừa nhận hàm lượng nước đưa vào bằng 1% tồng lượng dầu, tương ứng
609,82 kg/h.
Như vậy, tổng lượng dầu, nước, hydrocacbon benzen là: 61591 kg/h.
Thành phần benzen thô: benzen – 73%; toluen – 21%; xylen – 4%; solven –
2%.
Vậy khi chưng 1148 kg hydrocacbon benzen từ dầu sẽ tách ra (kg/h):
Benzen 1148 . 0, 73 = 838
Lớp DH11H1 Trang 12
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Toluen 1148 . 0, 21 = 241
Xylen 1148 . 0, 04 = 46
Solven 1148 . 0, 02 = 23
Tổng: 1148
Thừa nhận thành phần hydrocacbon benzen ở trong dầu đã khử benzen là:
benzene – 2,5%; toluen – 19%; xylen – 31% và solven – 47,5%. Khi hàm lượng
còn lại tổng cộng của hydrocacbon benzen trong dầu 114 kg/h thì hàm lượng từng
cấu tử còn lại sẽ là (kg/h):
Benzen 114 . 0, 025 = 3
Toluen 114 . 0, 19 = 22
Xylen 114 . 0, 31 = 35
Solven 114 . 0, 475 = 54
Tổng: 114
Như vậy, lượng cấu tử riêng biệt đưa vào máy gia nhiệt (kg/h):
Benzen 841
Toluen 263
Xylen 81

Solven 77
Tổng: 1262
Đưa vào máy gia nhiệt lượng chất sau đây:
kg/h mol/h
Dầu hấp thụ 59734 351,38
Benzen 841 10,78
Lớp DH11H1 Trang 13
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Toluen 263 2,86
Xylen 81 0,76
Solven 77 0,64
Nước 609,82 33,88
Tổng: 61605,82 400,3
Để xác định lượng sản phẩm chưng cất ở trong máy gia nhiệt khi đun nóng
dầu ta thừa nhận nhiệt độ gia nhiệt đến 135
0
C; áp suất hơi khi ra khỏi máy gia nhiệt
là 830 mmHg; toàn bộ nước được chưng khỏi dầu.
Kí hiệu
b
ϕ
,
t
ϕ
,
x
ϕ
,
s
ϕ

,
d
ϕ
,
n
ϕ
là phần benzen, toluen, xylen, solven, dầu
và nước, còn lại ở trong dầu. Những giá trị đó có thể xác định được từ hệ phương
trình sau đây:
(1 )
b b
t
b b b t
p
p p
ϕ
ϕ
ϕ ϕ
=
+ −
;
(1 )
b b
x
b b b x
p
p p
ϕ
ϕ
ϕ ϕ

=
+ −
(1 )
b b
s
b b b s
p
p p
ϕ
ϕ
ϕ ϕ
=
+ −
;
(1 )
b b
d
b b b d
p
p p
ϕ
ϕ
ϕ ϕ
=
+ −
0
n
ϕ
=
;

i
i
i i i
i i
G
M
A P
G G
M M
ϕ
ϕ
=
−
∑
∑ ∑

Và
b
b
A
A p
ϕ
=
+
Trong đó:
b
ϕ
,
t
ϕ

,
x
ϕ
,
s
ϕ
,
d
ϕ
,
n
ϕ
- Áp suất hơi của các cấu tử, mmHg.
Lớp DH11H1 Trang 14
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
P - Áp suất chung của hơi khi ra khỏi máy gia nhiệt, mmHg.
G
i
- Lượng cấu tử đưa vào máy gia nhiệt, kg.
M
i
- Khối lượng phân tử của cấu tử.
Để xác định
i
ϕ
cần thiết phải cho trước giá trị
b
ϕ
sau đó ta tính được
t

ϕ
,
x
ϕ
,
s
ϕ
,
d
ϕ
tiếp theo xác định A và kiểm tra
b
ϕ
theo công thức sau:

b
b
A
A p
ϕ
=
+

Áp suất hơi của các cấu tử ở 135
0
C, tính bằng mmHg;
b
p
= 3160;
t

p
= 1600;
x
p
= 720;
s
p
= 346;
d
p
= 78.
Chọn
0,7
b
ϕ
=
; khi đó:
0,7.3160
0,822
0,7.3160 0,3.1600
t
ϕ
= =
+
0,7.3160
0,91
0,7.3160 0,3.720
x
ϕ
= =

+
0,7.3160
0,955
0,7.3160 0,3.346
s
ϕ
= =
+
0,7.3160
0,989
0,7.3160 0,3.78
d
ϕ
= =
+
Lớp DH11H1 Trang 15
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
395,19
i
i
G
M
=
∑
i i
i
G
M
ϕ
∑

10,78.0,7 2,86.0,822 0,76.0,91 0,64.0,955 351,38.0,989
= + + + +

358,71=
358,71
.830 7158
400,3 358,71
A = =
−
.
Kiểm tra:
7158
0,7
7158 3160
b
ϕ
= =
+
.
Như vậy trong pha lỏng còn lại:
mol kg/h
Dầu hấp thụ 351,38 . 0,989 = 347,51 59077
Benzen 10,87 . 0,7 = 7,61 594
Toluen 2,86 . 0,822 = 2,35 216
Xylen 0,76 . 0,91 = 0,69 73
Solven 0,64 . 0,955 = 0,61 73
Tổng: 358,77 60033
Thành phần pha hơi:

mol kg/h

Lớp DH11H1 Trang 16
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Dầu hấp thụ 351,38 – 347,51 = 3,87 658
Benzen 10,87 – 7,61 = 3,26 254
Toluen 2,86 – 2,35 = 0,51 47
Xylen 0,76 – 0,69 = 0,07 8
Solven 0,64 – 0,61 = 0,03 4
Hơi nước 33,88 610
Tổng: 41,62 1581
Hàm lượng hydrocacbon benzen trong pha lỏng sau máy gia nhiệt là:
594 216 73 73
.100 1,62%
59077
+ + +
=
của dầu nguyên chất.
Cân bằng vật chất trong máy gia nhiệt được trình bày trong bảng 6
Bảng 6. Cân bằng vật chất trong máy gia nhiệt
Cấu tử
Vào
Còn lại trong pha
lỏng
Chuyển vào pha hơi
kg/h mol/h kg/h mol/h kg/h mol/h
Dầu hấp thụ
Benzen
Toluen
Xylen
Solven
Nước

59734
841
263
81
77
609,82
351,38
10,78
2,86
0,76
0,64
33,88
59077
594
216
73
73
-
347,51
7,61
2,35
0,69
0,61
-
658
254
47
8
4
610

3,87
3,26
0,51
0,07
0,03
33,88
Tổng
61605,8
2
400,3 60033 358,77 1581 41,62
3.2.2.2.Tính toán nhiệt của máy gia nhiệt
 Nhiệt vào
Lớp DH11H1 Trang 17
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Nhiệt dộ dầu hấp thụ mang vào ở 90
0
C:
Q
1
= 59734. 0,463. 90 = 2489116 kcal/h.
Trong đó tỉ nhiệt của dầu hấp thụ là:
(0,403 0,00081. ) (0,403 0,00081.90)
0,463
1,06
d
d
t
C
γ
+ +

= = =
kcal/kg.độ
Nhiệt mang vào bởi hydrocacbon benzen:
Q
2
= 1248 . 0,470 . 90 = 52790 kcal/h .
Trong đó tỉ nhiệt của benzen thô:
C = 0,383 + 0,001043 .t = 0,838 + 0,001043 .90 = 0,47 kcal/kg.độ.
Nhiệt mang vào bởi nước có ở trong dầu:
Q
3
= 609.82 .1.90 = 54884 kcal/h.
Nhiệt do hơi nước cung cấp – Q
4
Tổng cộng nhiệt mang vào:
Q
vào
= Q
1
+ Q
2
+ Q
3
+Q
4
Q
vào
= 2596790 + Q
4
.

Nhiệt tiêu hao
Nhiệt mang ra bởi dầu lỏng ở 135
0
C:
Q
5
= 59077. 0,498. 135 = 3971747 kcal/h,
Trong đó:
1
(0,403 0,00081.135) 0,498
1,06
C = + =
kcal/h.độ.
Nhiệt mang ra bởi hydrocacbon benzen ở trong dầu:
Lớp DH11H1 Trang 18
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Q
6
= 956. 0,52. 135 = 67111 kcal/h,
Trong đó:
C = 0,383+0,001043.135 = 0,52 kcal/h.độ.
Tổng cộng nhiệt mang ra bởi pha lỏng : 4038858 kcal/h.
Nhiệt mang ra bởi hơi dầu hấp thụ:
Q
7
= 649. 116,7 = 76789 kcal/h,
Trong đó hàm nhiệt của hơi dầu ở 135
0
C:
i

= 62,2+ 0,403.t = 62,6+0,403.135 =116,7 kcal/kg.
Nhiệt dộ hơi hydrocacbon benzen mang ra:
Q
8
= 313. 142,4 = 44571 kcal/h,
Trong đó hàm nhiệt của hơi hydrocacbon benzen:
i
= 103+ C.t kcal/kg,
20,7 0,026.t
C
M
+
=
kcal/kg.độ.
Hay:
20,7 0,026.135
0,292
83
C
+
= =
kcal/kg.độ,
Khi đó:

i
= 103+0,292.135 = 142,4 kcal/kg.

Nhiệt mang ra bởi hơi nước bốc hơi từ dầu:
Lớp DH11H1 Trang 19
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông

Q
9
= 609,82. 656 = 400041 kcal/h,
Trong đó:
656 – hàm nhiệt của hơi nước, kcal/kg.
Tổng cộng nhiệt mang ra bởi pha hơi là :521401 kcal/h.
Tổng cộng nhiệt mang ra bởi pha lỏng và pha hơi là: 4560259 kcal/h.
Thừa nhận mất mát nhiệt mang ra môi trường xung quanh bằng 0,5% lượng
nhiệt do hơi cung cấp, nghĩa là:
10 4
0,005Q Q
=
Tổng tiêu hao nhiệt:
Q
ra
= 4560259 + 0,005Q
4
Cân bằng nhiệt vào và ra ta sẽ thu được lượng nhiệt do hơi nước cung cấp:
2596790 + Q
4
= 4560259 + 0,005Q
4
Ta thu được:
Q
4
= 1973336 kcal/h
Mất mát nhiệt:
Q
10
= 0,005.1941900 = 9867 kcal/h

Tiêu hao hơi cho quá trình gia nhiệt không kể đến sử dụng nhiệt của nước
ngưng:
4
h
Q
G
λ
=
Trong đó
λ
- nhiệt ngưng tụ hơi, kcal/kg.
Lớp DH11H1 Trang 20
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Thừa nhận hơi bão hòa có áp suất p = 6 atm, nhiệt độ 158,1
0
C,
λ
= 499,9
kcal/kg. Ta được:
h
G
=
1973336
499,9
= 3947 kg/h.

Cân bằng nhiệt của máy gia nhiệt được trình bày trong bảng 7
Bảng 7. Cân bằng nhiệt của máy gia nhiệt
Nhiệt vào kcal/h Nhiệt ra kcal/h
Nhiệt do dầu mang vào 2596790 Nhiệt mang ra bởi pha lỏng 4038858

Nhiệt do hơi đốt cung cấp 1973336 Nhiệt mang ra bởi pha hơi 521401
Mất mát nhiệt 9747
Tổng 4570126 Tổng 457006
Xác định bề mặt truyền nhiệt và kích thước của máy gia nhiệt
Để chế tạo máy gia nhiệt ta dùng ống có đường kính 21/25 mm.
Tốc độ chuyển động của dầu trong các ống 0,9 m/s.
Độ nhớt của dầu ở nhiệt độ trung bình 112,5
o
C bằng 0,37 cp.
Khối lượng riêng của dầu trung bình ở 112,5
0
C:
15
1 0,000402.(112,5 15)
γ
γ
=
+ −
=
1060
1 0,000402.(112,5 15)+ −
=1020 kg/m
3
.
Thiết diện cần thiết của ống:
3600.
d
t
V
S

υ
=
,
Lớp DH11H1 Trang 21
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Trong đó V
d
– Thể tích của dầu hấp thụ
61605,82
1020
= 60,4 m
3
/h;
2
60,4
0,0186
3600.0,9
t
S m= =

Lượng ống cần thiết cho một ngăn là:
2 2
0,0186
54
0,785 0,785.0,021
t
S
n
d
= = =

Thừa nhận máy gia nhiệt có 8 ngăn, như vậy số ống trong máy gia nhiệt
54.8 = 432.
Xếp trong 11 hình lục giác, thì phải có 439 ống.( V.11 [2] - trang 48).
Khi đó tiết diện tổng cộng:

2 2
0,785. . 0,785.0,021 .439 0,152
t
S d n= = =
m
2
.
Tốc độ thực tế của dầu:
60,4.8
0,88
3600 3600.0,152
d
t
V
S
υ
= = =
m/s.
Chuẩn số Reynol:
Re = 1000
d
z
υ γ
= 1000.
0,88.0,021.1020

0,37
= 51000.
Chuẩn số Pr:
Pr =
3,6Cz
λ
,
Lớp DH11H1 Trang 22
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Trong đó:
z
= 0,37 cp, là độ nhớt của dầu;
C – Tỉ nhiệt của dầu ở 112,5
0
C tính bằng được tính theo công
thức :
C =
1
1,06
(0,403 + 0,00081.112,5) = 0,48 kcal/kg.độ;
Trong đó : khối lương riêng của dầu là 1,06 kg/cm
3
λ
- hệ số dẫn nhiệt của dầu ở 112,5
0
C;

λ
= 360(0,000311 + 0,00000342.112,5) = 0,25 kcal/m.h.độ.
Khi đó:


0,48.0,37.3,6
Pr 2,56
0,25
= =
Hệ số cấp nhiệt từ tường cho đến dầu ứng với chuyển động xoáy được xác
định theo phương trình:
2
α
= Nu
d
λ
,
Trong đó:
Nu = 0,023 Re
0,8
Pr
0,4
,
Hay:
Nu = 0,023.51000
0,8
.2,56
0,4
= 196.
Suy ra:
Lớp DH11H1 Trang 23
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
2
α

= Nu
d
λ
=
196.0,25
0,021
=2330 kcal/m
2
.h.độ.
Hệ số cấp nhiệt riêng phần từ hơi đến thành ống thừa nhận:
1
α
= 10000 kcal/m
2
.h.độ.
Hệ số truyền nhiệt tổng cộng từ hơi đến dầu K bằng:
K =
1 2
1
1 1
δ
α λ α
+ +
kcal/m
2
.h.độ.
Hệ số truyền nhiệt tổng cộng có kể đến lớp cặn dày 2 mm và độ dẫn nhiệt là
1 kcal/m.h.độ, khi đó hệ số truyền nhiệt K tổng cộng là:
K =
1

1 0,002 1
10000 1 2330
+ +
= 396 kcal/m
2
.h.độ.
Hiệu số nhiệt trung bình logarit giữa hơi và dầu là:
158,1
0
C hơi 158,1
0
C
Dầu
90
0
C 135
0
C
0
68,1 23,1
41,6
68,1
2,3lg
23,1
tb
t C
−
∆ = =
Bề mặt truyền nhiệt cần thiết:
F =

4
0,995 0,995.1973336
396.41,6
tb
Q
K t
=
∆
= 120m
2
.
Lớp DH11H1 Trang 24
Đồ án chuyên ngành hóa dầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông
Chiều dài ống cần thiết khi đường kính trong là 21 mm:
1
120
4,15
3,14.0,021.439
F
l
d n
π
= = =
m.
Vậy đường kính của máy gia nhiệt là:
D = 2
'
( )xt t+
Hay:
D = 2 (11. 35 + 35) = 840 mm.

3.3. Tính toán tháp chưng cất benzen thô từ đầu
3.3.1. Nguyên tắc hoạt động và cấu tạo
Trong nhà máy cốc hóa học mới hiện đại chưng cất hydrocacbon benzen ra
khỏi dầu hấp thụ người ta dùng cột chưng cất công suất từ 80 đến 180 m
3
dầu trong
1 giờ. Tháp và một loạt những thiết bị khác như (máy tái sinh, gia nhiệt, hồi lưu,
trao đổi nhiệt) thì đặt ở ngoài trời. Chưng cất hydrocacbon ra khỏi dầu hấp thụ
trong tháp bằng hơi trực tiếp áp suất 3 – 4 atm (hơi thải ở tuabin hơi).
Nguyên tắc hoạt động của tháp benzen (Hình 2. Tháp chưng cất benzen).
Dầu hấp thụ đã bão hòa hydrocacbon benzen, sau khi gia nhiệt ở trong máy
gia nhiệt được liên tục đưa vào phần trên tháp.
Quá trình chưng cất hydrocacbon benzen trong tháp được thực hiện sao cho
dầu chảy trong các đĩa từ trên xuống và dòng hơi đi ngược lại sẽ thổi hydrocacbon
benzen ra khỏi dầu và cuốn nó lên phần trên của tháp. Đưa vào đây còn có hơi từ
máy gia nhiệt.
Do đó phần dưới của tháp dùng để giải phóng dầu ra khỏi benzen nên được
gọi là phần chưng của tháp.
Phần trên (phần hồi lưu) tiến hành ngưng tụ hơi dầu và sau đó tách hơi dầu ra
khỏi hydrocacbon nhẹ.
Lớp DH11H1 Trang 25