BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ……………………….

Đồ án Thiết kế phân xưởng THDA
sản xuất Benzen

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen
Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 1
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU 7
Phần I
TỔNG QUAN
A. N
guyên liệu và sản phẩm của quá trình hydrodealkyl hóa toluen
I. N
guyên liệu hydro 9
1. T
ính chất vật lý 9
2. T
ính chất hóa học 9
3. Ứ

ơ sở lý thuyết 22
II. C
ác phản ứng trong quá trình hydrodealkyl hóa 23
1. P
hản ứng chính 23
2. C
ác phản ứng phụ quan trọng 23
III. N
hiệt động học của phản ứng 23
IV. C
ác công nghệ hydrodealkyl hóa 24
1. Q
uá trình hydrodealkyl hóa có xúc tác 24
1.1. Đ
iều kiện phản ứng 24
1.2. X
úc tác 25
1.2.1. G
iới thiệu các loại xúc tác phổ biến 25
1.2.2. Đ
iều kiện làm việc của xúc tác 25
1.2.3. Đ
ặc tính xúc tác 25
1.2.4. T
ổng hợp xúc tác 27
2. Q
uá trình hydrodealkyl hóa nhiệt 28
2.1. Đ
iều kiện làm việc 28
2.2. S

ác yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính xúc tác 37
4. C
ông nghệ reforming xúc tác 37
4.1. C
ông nghệ bán tái sinh 37
4.2. T
ái sinh liên tục 38
II. P
hản ứng bất phân bố toluen để sản xuất benzen và xylen 38
1.
Nguyên lý chung của phƣơng pháp 38
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen
Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 4
2. C
ác phản ứng 40
3. C
ông nghệ sản xuất 40
4. C
ông nghệ tatoray – sản xuất benzen điển hình trong công nghiệp 41
III. X
ăng nhiệt phân 42
1. C
ơ sở của quá trình 42
2. Đ
iều kiện của quá trình 43
3. C
ông nghệ xử lý xăng nhiệt phân bằng hydro 43
3.1. G
iai đoạn hydrodedien hóa 43
3.2. G

ính lƣợng biphenyl 54
2.2. T
ính lƣợng khí metan sau quá trình phản ứng 54
2.3. T
ính lƣợng toluen 55
2.4. T
ính lƣợng khí hydro cần tiêu thụ cho phản ứng 55
2.5. C
ân bằng vật chất lò phản ứng R – 101 56
IV. X
ây dựng sơ đồ mô phỏng trên Hysys 56
1. C
ác ký hiệu trong Hysys 56
2. M
ột số nguyên tắc khi làm việc trong Hysys 57
3. X
ây dựng sơ đồ 57
V. N
hập số liệu vào sơ đồ Hysys 57
VI. Đ
iều chỉnh thông số trong Hysys 58
1. T
hay đổi thành phần dòng nguyên liệu 58
2. T
hay đổi tỉ lệ chia tại TEE – 100 59
3. T
hay đổi điều kiện chƣng cất tại tháp T – 101 59
4. T
hay đổi điều kiện chƣng cất tại tháp T – 102 60
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen

I. P
hân tích địa điểm xây dựng nhà máy 77
1. C
ác yêu cầu chung 77
2. C
ác yêu cầu về khu đất xây dựng 79
3. C
ác yêu cầu về vệ sinh công nghiệp 79
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen
Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 7
II. P
hân tích thiết kế mặt bằng nhà máy 79
1. N
guyên tác phân vùng 79
2. Ƣ
u nhƣợc điểm của nguyên tác phân vùng 80
3. C
ác hạng mục công trình 80
3.1. B
ảng thống kê các hạng mục 80
3.2. C
ác dữ liệu kinh tế kỹ thuật 81
III. T
hiết kế mặt bằng 83
1. Y
êu cầu đặt ra đối với nhà máy 83
2. T
ổ hợp sản xuất hydrocacbon của UOP 83
3. G
iải pháp thiết kế xây dựng 84

2. C
hi phí đầu tƣ khai thác 90
2.1. C
hi phí nguyên vật liệu 90
2.2. C
hi phí cho điện nƣớc 90
2.3. T
ổng chi phí cho công nhân 91
2.4. C
hi phí bảo dƣỡng 91
2.5. C
hi phí cho những vấn đề về sự cố ngừng hoạt động 92
3. V
ốn đầu tƣ lƣu động 92
4. T
ính khấu hao phân xƣởng 92
5. T
ổng chi phí sản xuất chung 92
6. C
hi phí quả lý doanh nghiệp 93
Phần V
TỰ ĐỘNG HÓA
I. K
hái niệm 95
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen
Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 9
II. M
ục đích và ý nghĩa của tự động hóa trong sản xuất 95
III. M
ột số dạng tự động 95

2. N
guyên nhân do tổ chức 103
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen
Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 10
3. N
guyên nhân do vệ sinh 104
II. C
ông tác đảm bảo an toàn lao động 104
1. C
ông tác giáo dục tƣ tƣởng 104
2. T
rang bị phòng hộ lao động 104
3. C
ác biện pháp kỹ thuật 104
4. C
ông tác vệ sinh 105
5. Y
êu cầu vệ sinh đối với mặt bằng nhà máy 105
III. Y
êu cầu về phong chống cháy nổ trong nhà máy 106
1. P
hòng chống cháy 107
2. N
găn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn gây cháy 107
3. N
găn ngừa khả năng xuất hiện những nguồn cháy 107
4. N
hững biện pháp tổ chức để đảm bảo an toàn cháy nổ 108
IV. C
ác yêu cầu về an toàn giao thông trong nhà máy 109

thế benzen. Hiện nay
. [2]
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen
Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 12
Benzen có thể thu đƣợc từ một số quá trình quan trọng trong lọc hóa dầu, nhƣ
quá trình reforming xúc tác, cracking xúc tác, Cracking hơi. Mặc dù trong các
quá trình này, benzen chỉ là sản phẩm phụ, song sản lƣợng là đáng kể. Trong
quá trình reforming xúc tác, với nguồn nguyên liệu naphta đã cung cấp lƣợng
benzen và sản phẩm BTX chủ yếu.
Quá trình cracking xúc tác lại chuyển hóa phân đọan dầu thô í
. Song
cũng là những nguồn thu BTX quan trọng trong công nghiệp.
Một số quá trình mới cho t
. Hay quá trình Hydrodealkyl hóa
trực tiếp toluen để cho sản phẩm benzen với độ chuyển hóa rất cao. Quá trình
này có thể thực hiện dễ dàng nhờ xúc tác hydrodealkyl hóa toluen_HDA hay
dƣới tác dụng của nhiệt độ thermal hydrodealkyl of toluen_THDA.
.
Trong đồ án này, có sự phân tích rõ ràng về sơ đồ công nghệ, cũng nhƣ các
điều kiện tối ƣu để phát huy hết công suất mỗi sơ đồ. Và sau đó là sự lựa chọn,
tính toán một sơ đồ sao cho công nghệ đó không chỉ đáp ứng yêu cầu về năng
suất, chất lƣợng benzen mà còn thỏa mãn điều kiện về kinh tế nhƣ chi phí đầu
tƣ, giá thành sản phẩm, xây dựng…

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen
Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 13

Phần I
TỔNG QUAN
A. Nguyên liệu và sản phẩm

0.016
0.0001
- Hydro có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy thấp.
T
nc
= - 259,1
0
C
T
s
= - 252,6
0
C
- Hydro tồn tại ở dạng đơn chất (H
2
) và hợp chất (H
2
,
dầu mỏ,…)
- Hydro chủ yếu tồn tại trong vũ trụ ( Chiếm ½ trọng lƣợng mặt trời), hydro
hầu nhƣ không có mặt trong khí quyển.
2. Tính chất hóa học
Tính bền
Do mỗi nguyên tử H
2
đã đạt đến cấu hình khí hiếm nên phân tử H
2
rất bền.
Đến 2000
0

không tồn tại ở trạng thái tự do, mà luôn kết hợp với các nguyên tử
hay phân tử khác.
- Phản ứng với các phi kim :
0
0
22
2 2 2
tC
H +X 2HX
1
550 C
H + O H O
2

- H
2
khử đƣợc 1 số oxit KL về KL. (Điều chế KL bằng phƣơng pháp nhiệt
luyện)
0
22
tC
H +CuO Cu+H O

- No hóa các hợp chất chƣa no :
2 4 2 2 6
xt
C H +H C H

Tính OXH.
Khi tác dụng với 1 số KL hoạt động nhƣ KL kiềm, hay kiềm thổ thì tạo ra H

4.
, chất dẻo và các sản phẩm dầu khí. Nó có thể đƣợc vận
chuyển đến ngƣời dùng cuối thông qua đƣờng ống dẫn - đó là phƣơng pháp rẻ
nhất - nhƣng có những đƣờng ống hiện có tƣơng đối ít so với các hệ thống khí
đốt tự nhiên. 300$ và 600$
cho mỗi km.
Nén khí hydro
, đặc biệt là khoảng cách dài.
Hydrogen lỏng -253 º C.
,
t
.
, làm mát chất lỏng
khí hydro.
II. Nguyên liệu Toluen
1. Tính chất vật lý của toluen [4].
Toluen là một chất lỏng không màu, có mùi hăng, nhƣng không sốc
bằng benzen.
.
Bảng 2: Tính chất vật lý của Toluen [4].
Tính chất
Giá trị
(đvC)
92.13
Nhiệt độ sôi,
o
C
110,625
Nhiệt độ đông đặc,
o

Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 16
, atm
40
Tỷ trọng tới hạn, g/ml
0,29
PV/RT tới hạn
0,26
Nhiệt hoá hơi h
v
, Kcal/mol ở 20
o
C
ở 25
o
C
9,08
8,00
Nhiệt nóng chảy H, Kcal/mol
1,582
Hằng số nghiệm lạnh, mol/K A
B
0,02508
0,0019
Nhiệt tạo thành H
F
, Kcal/mol Khí
Lỏng
11,950
2,867
Entropy, S

10
6,36
300
80,56
20
18,38
400
89,84
30
26,03
500
96,52
40
31,76
600
102,51
50
36,394
700
107,57
60
40,308
800
112,40
80
46,733
900
116,84
100
51,940

vậy khi thế lần hai thì vị trí nhóm thế mới sẽ vào vị trí octo và para.
b. Phản ứng của nhánh bên.
Ngoài phản ứng thế của vòng benzen, Toluen còn tham gia phản ứng khác của
nhánh.
- Phản ứng tạo diphenyl trong điều kiện nhiệt độ thích hợp.
2C
6
H
5
CH
3
+ 0,5O
2
C
6
H
5
-CH
2
-CH
2
-C
6
H
5
+ H
2
O
- .
2C

-CH
2
Cl + H
2
O
- Đặc biệt toluen còn tham gia phản ứng oxi hoá bằng oxi không khí với
điều kiện nhiệt độ, xúc tác thích hợp cho Benzaldehit hoặc cũng có thể tạo axit
benzoic và các sản phẩm khác:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen
Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 18
C
6
H
5
CH
3
+ O
2
C
6
H
5
CHO hoặc C
6
H
5
COOH
- Phản ứng hyđro hoá tạo naphten, metylcyclohecxan.
C
6

, ô tô.
III. Sản phẩm Benzen
1. Tìm hiểu về benzen [6,7]
Benzen đƣợc nhà vật lý Anh Farađây (M.Faraday) phát hiện ra năm 1825.
Năm 1833, nhà hoá lý Đức Mitselic (E. Mitcherlich) đã điều chế đƣợc benzen
khi chƣng khô muối canxi của axit benzoic, cho nên benzen mang tên nhƣ vậy.
Benzen - C
6
H
6
là hidrocacbon vòng thơm đơn giản nhất. Trong benzen có chứa
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen
Nguyễn Xuân Dũng – HD1001 19
một tập hợp vòng gồm sáu nguyên tử cacbon. Đó là nhân benzen. Năm 1865,
nhà hoá học Đức Kekule (A.Kekule) đã đƣa ra công thức dạng khép vòng của
benzen với các liên kết đơn và đôi luân phiên nhau. Theo các giả thuyết hiện đại,
sáu electron π của ba liên kết đôi trong benzen ở trạng thái liên hợp, tạo thành
một hệ electron thống nhất.

.
Nhiều tác giả đã đề nghị các công thức cấu tạo của vòng benzen, trong đó có
công thức Kekule đƣợc sử dụng nhiều hơn cả. Mặc dù vậy, công thức Kekule
không phản ánh đƣợc đầy đủ các tính chất của benzen [7].
Theo quan điểm hiện đại: Benzen có cấu tạo vòng 6 cạnh phẳng. Các nguyên
tử cacbon trong vòng đều ở trạng thái lai hóa sp
2
. Mỗi nguyên tử cacbon còn
một electron p chƣa lai hóa. Sáu electron p của 6 nguyên tử cacbon không xen
phủ đều cả hai bên tạo ra đám mây electron p phân bố đều trên cả 6 nguyên tử
cacbon của vòng và đƣợc biểu diễn bằng công thức sau [7]:

tử benzen có mật độ electron p phân bố đều, phân tử hoàn toàn đối xứng, bền, vì
thế mà khó cộng hợp, khó oxi hóa. Nó chỉ dễ phá vỡ cấu trúc bền của vòng.
2. Tính chất vật lý của benzen [6,2]
Benzen là một hydrocacbon thơm, có công thức hóa học là C
6
H
6,
khối lƣợng
phân tử 78,11, ở trạng thái lỏng, không màu, linh động, có mùi thơm đặc biệt.
.
. Benzen không
tan trong nƣớc, tạo thành với nƣớc một hỗn hợp sôi ở nhiệt độ 69,25
o
C
. Benzen hòa
tan đƣợc nhiều chất nhựa, mỡ, lƣu huỳnh và nhiều chất khác, không tan trong
nƣớc. Do đó benzen là một dung môi rất thông dụng.
4: Các thông số vật lý của benzen [8]:
Điểm nóng chảy
5,533
0
C
Điểm sôi
80,1
0
C
Khối lƣợng riêng ở 25
o
C:
879 kg/m

Nhiệt độ tự bốc cháy trong không khí
538
o
C
Nhiệt độ tới hạn
289.45
o
C
Độ hoà tan trong nƣớc ở 25
o
C
0.18g/100g H
2
0
Áp suất tới hạn
48.6 atm
Nhiệt nóng chảy
30,1 kcal/kmol
Độ hoà tan của nƣớc trong benzen
0.05g/100g C
6
H
6

Nhiệt lƣợng nóng chảy
2,351 kcal/mol
Tỷ trọng tới hạn
0,3 g/ml

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng THDA sản xuất Benzen

3Cl
2
T, P
as
Cl
Cl
Cl
ClCl
Cl

b. Phản ứng oxi hóa : Rất khó thực hiện.
Các chất oxi hóa thông thƣờng nhƣ KMNO
4
,K
2
Cr
2
O
7
/ H
2
SO
4
không có khả
năng oxi hóa nhân benzen. Ơ nhiệt độ cao, benzen bị oxi hóa bởi oxi tạo
anhydric maleic với sự có mặt của xúc tác V
2
O
5
:

2
FeX
3
( X = Cl, Br )
X
HX

- Phản ứng nitro hóa :
HNO
3
H
2
SO
4
NO
2
H
2
O
55 - 60
0
C

- Phản ƣng sulfo hóa :
H
2
SO
4
SO
3

- Không khi nào mà cuộc sống con ngƣời lại không có sự xuất hiện của
benszen , những chất nhƣ long não , thuốc paracetamol , thuốc từ sâu 666 ( đã bị
ngăm cấm, song mở đầu cho ứng dụng thuốc trừ sau trong nông nghiêp ) , kháng
sinh pi các loại , thuốc trừ cỏ DDT , thuốc kích thich đột biến tứ bội cinciline ,
thuốc cảm aspirin
- Trong phòng thí nghiệm, benzen đƣợc sử dụng rộng rãi làm dung môi
- Sử dụng chế tạo tơ nhân tạo , nilon , thủy tinh tổng họp hữu cơ , đồ chống
cháy có nhiều vài trò trong cuộc sống
- Benzen là nguồn nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp phẩm nhuộm
anilin, dƣợc phẩm, trong việc sản xuất chất phụ để nâng cao chỉ số octan đối với
nhiên liệu động cơ ôtô và máy bay
5. Độc tính [9].

, urephenolfomandehit dùng làm
chất dẻo, chất kết dính, Chất diệt nấm
mốc: nitrophenol, chất diệt cỏ: 2,4-
D(2,4-diclophenoxiaxetic)
Trinitro toluen

Anilin
Styren
phenol
Phenol
Formandehit
Toluen
Nitro
benzen

giữ tại các nhà máy công nghiệp theo quy định đƣợc quy định bởi Cơ quan Bảo
vệ môi trƣờng và các cơ quan khác của chính phủ về quản lý.
Sau đây là một số lƣu ý khi tồn trữ Benzen [9]:
- Tồn trữ benzen trong thùng kín, tại khu vực đƣợc thông gió tốt.
- Nhãn in trên container, thùng chứa phải có nội dung xác định và rõ ràng.
- Duy trì nhiệt độ kho tồn trữ trên 8
0
C để ngăn chặn benzen tự đóng băng
- Cài đặt miếng đệm sƣởi ấm hoặc làm nóng dạng cuộn trong và xung
quanh bể nếu nhiệt độ trong khu vực lƣu giữ benzen giảm xuống dƣới 8 độ.
- Sử dụng các biện pháp cách nhiệt cho thùng chứa để nhiệt độ giữa bên
trong thùng chứa và môi trƣờng dao động càng ít càng tốt.