1. Tính toán cân bằng vật chất
Năng suất của cyclohexan là G = 17000 tấn/năm
Năng suất trung bình theo mỗi ngày làm việc:
− Số ngày trong một năm: 365 ngày.
− Số ngày sửa chữa nhỏ: 5 ngày.
− Số ngày sửa chữa lớn: 10 ngày.
− Số ngày nghỉ lễ tết: 10 ngày.
Như vậy: Tổng số ngày làm việc trong một năm là:
365 - (10 + 10 + 5) = 340 ngày
Năng suất tính trong 1 giờ:
2. Tính toán sơ bộ vế lượng benzen sử dụng
Sản phẩm cuối có độ tinh khiết là 99,5%. Vậy khối lượng cyclohexan
trong sản phẩm cuối là:
Số mol của cyclohexan trong sản phẩm cuối
Theo phản ứng
Lượng benzen cần cho quá trình sẽ bằng với lượng cyclohexan sản phẩm
tính theo mol:
Benzen sử dụng trong quá trình là benzen thương mại với độ tinh khiết
99,8% với hiệu suất của các quá trình khá cao nên có thể coi lượng benzen đủ
cho quá trình là:
3. Tính toán cân bằng vật chất của quá trình
3H
2
Dựa vào kết quả được tính toán sơ bộ ở trên ta lựa chọn nguyên liệu như sau:
Loại nguyên liệu Benzen thương phẩm
Thành phần
Benzen 99,8% khối lượng
Tạp chất (thiophen, lưu huỳnh tự do) 0,2% khối lượng
Lưu lượng tổng 2400 kg/h
Bng 1: Thành phần nguyên liệu Benzne
Khí hydro sử dụng trong quá trình là khí hydro kỹ thuật lấy từ quá trình

12
0,01 72 135,98
Tổng 1 1200
Bng 2: Thành phần nguyên liệu khí Hydro kỹ thuật
3.1. Cụm thiết bị phản ứng
Để duy trì nhiệt độ ở các dòng sản phẩm ra khỏi mỗi tháp phản ứng là ổn
định và duy trì tỷ lệ số mol H
2
:C
6
H
6
trong khoảng từ 9:1 đến 13:1 (giúp tăng
hiệu suất chuyển hóa của benzen) ta chia dòng benzen ban đầu thành 3 dòng G
1
,
G
2
, G
3
lần lượt đi vào các thiết bị phản ứng 1, 2, 3.
Với G
1
= G
2
=

950 kg/h, G
3
= 500 kg/h.

Sau thiết bị 1, benzen và hydro bị giảm đi do phản ứng xảy ra.
Ta có cân bằng vật chất tại thiết bị 1 như sau:
Đi vào thiết bị Ra khỏi thiết bị
Lưu lượng
(kg/h)
% khối
lượng
Lưu lượng
(kg/h)
% khối
lượng
C
6
H
6
947,95 44,09 142,19 6,61
3H
2
4H
2
H
2
S
H
2
328,08 15,26 265,52 12,35
CH
4
114,69 5,33 114,69 5,33
C

3.1.2. Thiết bị phản ứng 2
− Lượng benzen được bổ sung vào từ bể chứa 1 lưọng G
2
= 950 kg/h
để duy trì nhiệt độ phản ứng và tỷ lệ H
2
:C
6
H
6
− Điều kiện phản ứng: 210
0
C; 33 at.
− Hiệu suất 88%.
Lượng benzen sau khi được trộn với dòng bổ sung có lưu lượng
Tính toán tương tự thiết bị phản ứng 1 với nguyên liệu vào là hỗn hợp ra
từ thiết bị phản ứng 2. Số mol benzen phản ứng:
12,3.10
3
3. 12, 3.10
3
12,3.10
3
mol
Phản ứng phụ xảy ra trong quá trình:
S
thiophene
Lượng thiophen phản ứng trong thiết bị 2 là:
Suy ra số mol n-butan được tạo thành thêm và hydro phản ứng hết:
3H

6
271,55 8,76 271,55 8,76
C
3
H
8
240,59 7,76 240,59 7,76
C
4
H
10
110,55 3,57 111,98 3,61
C
5
H
12
135,74 4,38 135,74 4,38
C
6
H
12
868,15 28,00 1901,76 61,35
Thiophen 2,35 0,08 0,28 0,01
H
2
S 0,70 0,02 1,54 0,05
Tổng 3100,00 100,00 3100,00 100,00
Bng 4: Cân bằng vật chất tại thiết bị phn ứng thứ hai
3.1.3. Thiết bị phản ứng 3
− Tiếp tục bổ sung lượng benzen G

Đi vào thiết bị Ra khỏi thiết bị
Lưu lượng
(kg/h)
% khối
lượng
Lưu lượng
(kg/h)
% khối
lượng
C
6
H
6
629,74 17,49 56,68 1,57
H
2
191,04 5,31 146,55 4,07
CH
4
114,69 3,19 114,69 3,19
C
2
H
6
271,55 7,54 271,55 7,54
C
3
H
8
240,59 6,68 240,59 6,68

H
6
, C
3
H
8,
C
4
H
10
, H
2
S ra khỏi
hỗn hợp sau phản ứng.
Hiệu suất tách ở thiết bị là 93%.
Xét pha khí, các chất khí thoát ra từ hỗn hợp phản ứng chiếm 93% thể tích
của khí đó trong hỗn hợp phản ứng, phần còn lại 7% còn lại trong dòng lỏng ra
khỏi tháp tách pha.
Tương tự, 1 phần dòng lỏng cũng bị cuốn ra khỏi thiết bị theo dòng khí.
Qua đó ta tính toán được lưu lượng các dòng ở trong 2 pha là như sau:
Có cân bằng vật chất của tháp:
Đi vào thiết bị Pha khí Pha lỏng
Lưu
lượng
(kg/h)
% khối
lượng
Lưu
lượng
(kg/h)

H
10
112,84 3,13 104,94 10,33 7,90 0,31
C
5
H
12
135,74 3,77 9,50 0,94 126,24 4,89
C
6
H
12
2519,20 69,98 176,34 17,36 2342,85 90,66
Thiophen 0,12 0,00 0,01 0,00 0,11 0,00
H
2
S 2,04 0,06 1,90 0,19 0,14 0,01
Tổng 3600,00 100,00 1015,91 100,00 2584,09 100,00
Cân bằng 3600 (kg/h) 3600 (kg/h)
Bng 6: Cân bằng vật chất tại thiết bị tách pha lỏng - khí
3.2.2. Thiết bị chưng ổn định
Thiết bị chưng ổn định tách các khí còn lại trong phần lỏng dưới áp suất
cao 5 – 6 at.
Hiệu suất của tháp là 94%.
Vì hiệu suất của tháp chỉ đạt 94% nên các khí như H
2
, CH
4
, C
2

lượng
(kg/h)
% khối
lượng
Lưu
lượng
(kg/h)
% khối
lượng
Lưu
lượng
(kg/h)
% khối
lượng
C
6
H
6
52,71 2,04 3,16 1,51 49,55 2,09
H
2
10,26 0,40 9,64 4,60 0,62 0,03
CH
4
8,03 0,31 7,55 3,60 0,48 0,02
C
2
H
6
19,01 0,74 17,87 8,52 1,14 0,05

với độ tinh khiết yêu cầu.
Thiết bị này thực chất là tháp chưng, với phần đỉnh là các khí nhẹ cùng
với cấu tử có nhiệt độ sôi nhỏ hơn cyclohexan là C
6
H
6
và C
5
H
12
.
Còn phần đáy thu được là sản phẩm cyclohexan (94,5%). Bên cạnh đó, do
thiophene có nhiệt độ sôi cao hơn các thành phần khác nên cũng lẫn vào sản
phẩm thu được.
Cân bằng vật chất ở thiết bị chưng tinh chế:
Đi vào thiết bị Sản phẩm đỉnh Sản phẩm đáy
Lưu
lượng
(kg/h)
% khối
lượng
Lưu
lượng
(kg/h)
% khối
lượng
Lưu
lượng
(kg/h)
% khối

12
118,67 5,00 112,14 39,54 6,53 0,31
C
6
H
12
2202,28 92,75 121,13 42,71 2081,16 99,54
Thiophen 0,11 0,00 0,01 0,00 0,10 0,00
H
2
S 0,01 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00
Tổng 2374,33 100,00 283,62 100,00 2090,71 100,00
Cân bằng 2374,33 (kg/h) 2374,33 (kg/h)
Bng 8: Cân bằng vật chất tại thiết bị chưng tinh chế thu sn phẩm
Năng suất của quá trình trong năm là:
Ta thấy có có sự sai khác giữa yêu cầu là 17000 tấn/năm với năng suất
tính toán được, nên cần hệ số hiệu chỉnh ε
Cần hiệu chỉnh thay đổi lưu lượng nguyên liệu ban đầu để có thể thu được
năng suất sản phẩm theo yêu cầu.
Ta thu được sơ đồ cân bằng vật chất cho toàn bộ quá trình
Thiết bị
phản ứng
thứ nhất
Thiết bị
phản ứng
thứ hai
Thiết bị
phản ứng
thứ ba
Thiết bị

V
2
1195,78
Dòng
Lưu lượng
(kg/h)
R
3
282,62
Dòng Lưu lượng
(kg/h)
R
4
2083,36
Dòng
Lưu
lượng
(kg/h)
R
2
209,02
Dòng
Lưu lượng
(kg/h)
R
1
1012,34
Sau khi nhân với hệ số hiệu chỉnh, ta có bảng cân bằng vật chất của cả quá trình
như sau:


5
H
12
6,51
C
6
H
12
2073,84
Thiophe
n
0,10
H
2
S 0,00
Tổng 2083,36
Bng 10: Thành phần khối lượng của sn phẩm cuối
Vậy độ tính khiết của sản phẩm là:
Năng suất của quá trình là:
Bng 9: Cân bằng vật chất c quá trình
Tổng dòng vào Tổng dòng ra
V
1
946,66 R
1
1012,34
V
2
1195,78 R
2