MÔN HỌC
NGUYÊN LÝ HÓA CÔNG NGHIỆP
30 tiết (15 LT + 7,5 BT + 7,5 TH)
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. J.P. MOULIN, Génie des procédés, tập 1 & 2, Technip, 1999.
2. Đỗ Văn Đài - Nguyễn Trọng Khuôn - Trần Quang Thảo - Võ Thị Ngọc Tươi
- Trần Xoa, Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hóa học, Tập 1 & 2,
Nhà xuất bản Đại Học và Trung học chuyên nghiệp
3. P. TRAMBOUZE - H. VAN LANDEGHEM - J.P. WAUQUIER, Les
réacteurs chimiques, Technip, 1984.
4. Vũ Bá Minh, Kỹ thuật phản ứng, Trường Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí
Minh, 1999.
5. R.E TREYBAL, Mass transfer operations, 1980.
Nguyên lý hóa công nghiệp
Chương I:
Chương II:
Chương III:
Chương IV:
Chương V:
NỘI DUNG MÔN HỌC
Lý thuyết và bài tập
Mở đầu
Chưng luyện
Trích ly
Thiết bị phản ứng – Bài tập áp dụng
Thiết bị trao đổi nhiệt
2
Thực hành
Vận dụng phần mềm PROII để mô phỏng một số sơ đồ trong công
nghiệp hóa học
Nguyên lý hóa công nghiệp 3

2.5.6. Xác định số đĩa thực tế N
TT
19
THỰC HÀNH
VẬN DỤNG PHẦN MỀM PROII ĐỂ MÔ PHỎNG MỘT SỐ SƠ ĐỒ TRONG CÔNG
NGHIỆP HÓA HỌC
I- GIớI THIệU TổNG QUAN 21
1- M
ụC ĐÍCH
,
VAI TRÒ CủA THIếT Kế MÔ PHỏNG
21
2- C
ÁC PHầN MềM MÔ PHỏNG TRONG CÔNG NGHệ HÓA HọC
22
II- PHầN MềM PRO/II 22
1- L
ĨNH VựC Sử DụNG
22
2- Q
UÁ TRÌNH MÔ PHỏNG BằNG PHầN MềM
PRO/II 23
III- LÝ THUYếT NHIệT ĐộNG HọC 24
IV- CƠ Sở LựA CHọN MÔ HÌNH NHIệT ĐộNG 25
V- CÁC PHầN CƠ BảN CủA PROII 28
1- G
IAO DIệN CủA
PROII- Q
UI ƯớC BAN ĐầU
28

b- Ghi một file mô phỏng với một tên khác 31
4- X
ÓA MộT CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỏNG
(D
ELETING A
S
IMULATION
) 31
5- S
AO CHÉP MộT CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỏNG
(C
OPY A
S
IMULATION
) 31
Nguyên lý hóa công nghiệp 4
6- T
HAY ĐổI DạNG ĐƯờNG VIềN CÁC DÒNG
(M
ODIFYING THE
F
LOWSHEET
S
TREAM
B
ORDER
S
TYLE
) 32
7- H

PRO/II K
EYWORD
I
NPUT
F
ILE
) 34
11- X
ÁC ĐịNH CÁC TÍNH CHấT Về CÂN BằNG LỏNG
-
HƠI CủA CÁC Hệ
2
CấU Tử
(D
ISPLAY
BVLE) 34
VII- BÀI TẬP ÁP DỤNG 36
B
ÀI TOÁN
1: M
Ô PHỏNG SƠ Đồ CÔNG NGHệ CủA PHÂN XƯởNG TÁCH
M
ÉTHANE
36
B
ÀI TOÁN
2: M
Ô PHỏNG THIếT Bị TÁCH KHÍ
-
LỏNG

46
S
Ơ Đồ
46
Ứ
NG DụNG
46
CHƯƠNG 4: THIẾT BỊ PHẢN ỨNG 47
4.1. ĐẠI CƯƠNG 47
4.1.1. PHÂN LOẠI THIẾT BỊ PHẢN ỨNG 47
a- Theo pha của hệ 47
b- Điều kiện tiến hành quá trình 47
c- Theo điều kiện thủy động 47
4.1.2. PHÂN LOẠI CÁC THIẾT BỊ PHẢN ỨNG THEO PHƯƠNG THỨC LÀM VIỆC 48
a- Thiết bị phản ứng gián đoạn : 48
b- Thiết bị phản ứng liên tục : 49
c- Thiết bị phản ứng bán liên tục : 50
4.1.3. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHẢN ỨNG 50
4.2. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NHIỆT TỔNG QUÁT 51
4.2.4. Cân bằng vật chất 51
4.2.5. Cân bằng nhiệt 51
4.3. MÔ TẢ MỘT SỐ DẠNG THIẾT BỊ PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ CƠ BẢN 52
Thiết bị phản ứng liên tục 52
a- Thiết bị phản ứng dạng ống : 52
b- Thiết bị phản ứng dạng khuấy trộn lý tưởng 55
c- Thiết bị phản ứng nhiều ngăn (étagé) 59
4.4. ÁP DỤNG PHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ 60
4.4.7. SO SÁNH CÁC THIẾT BỊ PHẢN ỨNG ĐƠN 60
4.4.8. HỆ NHIỀU THIẾT BỊ PHẢN ỨNG 67
Nguyên lý hóa công nghiệp

Tuỳ theo đặc trưng của sự di chuyển vật chất và tính chất của 2 pha → phân loại:
- Chưng: là quá trình tách các hỗn hợp lỏng thành các cấu tử riêng biệt, trong đó
vật chất di chuyển từ pha lỏng vào pha hơi và ngược lại. Đây là quá trình rất phổ
biến (quá trình chưng cất cồn, chưng cất dầu thô, …)
- Hấp thụ: là quá trình vật chất di chuyển từ pha khí vào pha lỏng (điều chế oléum
bằng cách cho H
2
SO
4
đậm đặc hấp thụ khí SO
2
; tách khí acide bằng dung dịch
alkanolamine);
- Hấp phụ: là quá trình vật chất di chuyển từ pha khí vào pha rắn (tách khí acide
ra khỏi hỗn hợp khí tự nhiên hay khí đồng hành bằng rây phân tử);
- Trích ly: là quá trình tách hoàn toàn hay một phần chất hòa tan trong chất lỏng
hay chất rắn bằng một chất lỏng khác;
- Kết tinh: là quá trình tách chất rắn trong dung dịch, trong đó vật chất di chuyển
từ pha lỏng vào pha rắn (kết tinh đường, kết tinh phân lân, …);
- Sấy khô: là quá trình tách nước ra khỏi vật chất ẩm, trong đó vật chất (hơi nước)
di chuyển từ pha lỏng hay pha rắn vào pha khí (sấy nông sản thực phẩm);
- Hòa tan: là quá trình vật chất di chuyển từ pha rắn vào pha lỏng (hòa tan muối
hoặc đường vào nước);
Nguyên lý hóa công nghiệp
CHƯƠNG 2:
CHƯNG LUYỆN
7
2.1. ĐỊNH NGHĨA CHƯNG
- Là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng cũng như các hỗn hợp khí
lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử

1. Dung dịch lý tưởng:
- là dung dịch mà trong đó lực liên kết giữa các phân tử cùng loại và lực liên kết
giữa các phân tử khác loại bằng nhau.
- Khi đó các cấu tử hòa tan vào nhau theo bất cứ tỷ lệ nào. cân bằng lỏng-hơi hoàn
toàn tuân theo định luật Raout;
2. Dung dịch thực:
- Là những dung dịch hoàn toàn không tuân theo định luật Raout;
- Sự sai lệch với định luật Raout là dương nếu lực liên kết giữa các phân tử khác
loại < lực liên kết giữa các phân tử cùng loại;
- Sự sai lệch với định luật Raout là âm nếu lực liên kết giữa các phân tử khác loại
> lực liên kết giữa các phân tử cùng loại;
- Trường hợp lực liên kết giữa các phân tử khác loại << lực liên kết giữa các phân
tử cùng loại → dung dịch sẽ phân lớp.
Nguyên lý hóa công nghiệp
⇒ Ta xét trường hợp phổ biến nhất:
chất lỏng hòa tan vào nhau theo bất
cứ tỷ lệ nào
Hình 2-1: Quan hệ giữa áp suất và
thành phần của dung dịch 2 cấu tử
2
1
9
1.
2.
3.
Tuân theo định luật Raout;
Sai lệch dương
Sai lệch âm
3
2.4. CÂN BẰNG LỎNG HƠI CỦA HỖN HỢP 2 CẤU TỬ

: thành phần của cấu tử A trong pha lỏng và pha hơi ở nhiệt độ T và áp suất
P
M
→ Thành phần của cấu tử B trong pha lỏng và pha hơi ở nhiệt độ T và áp suất P
M
là: 1-x
M
, 1-y
M
⇒ Biểu đồ này ít sử dụng vì trong thực tế P rất ít thay đổi
⇒ Sử dụng biểu đồ T-x-y
2.4.4. Giản đồ đẳng áp T-x-y
T
P = const
T
0B
Hơi
Lỏng - Hơi
T
M
Lỏng
T
0A
B
x
M
y
M
A
Trong đó:

Tháp chưng luyện gồm có 2 đoạn :
− Đoạn luyện : Là phần trên, gồm từ
đĩa tiếp liệu trở lên đỉnh ;
− Đoạn chưng : Là phần dưới, gồm
từ đĩa tiếp liệu trở xuống dưới;
Tháp chưng luyện gồm có nhiều đĩa
⇒ Trên mỗi đĩa xảy ra quá trình
chuyển khối giữa pha lỏng và pha hơi.
Pha hơi đi từ dưới lên qua các lỗ của
đĩa xuyên qua pha lỏng đi từ trên
xuống theo các ống (vách) chảy
chuyền.
⇒ Vì nhiệt độ trong tháp càng lên cao càng giảm nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới
lên, các cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ ngưng tụ lại và cuối cùng ở trên đỉnh tháp, ta
sẽ thu được hỗn hợp sản phẩm gồm hầu hết là các cấu tử nhẹ (dễ bay hơi). Hơi này
sẽ đi vào thiết bị ngưng tụ (condenser) (một phần hoặc hoàn toàn) ở đỉnh tháp để
hồi lưu lỏng ngưng tụ được về lại tháp và lấy ra làm sản phẩm đỉnh.
Ngược lại, pha lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có
nhiệt độ
cao hơn, một phần cấu tử
có nhiệt độ sôi thấp sẽ bốc hơi ⇒ nồng độ của cấu tử nặng (khó bay hơi) trong pha
lỏng sẽ càng tăng và cuối cùng ở đáy tháp, ta sẽ thu được hỗn hợp sản phẩm gồm
hầu hết là các cấu tử nặng. Một phần sản phẩm đáy sẽ đi vào thiết bị đun sôi lại
(reboiler) ở đáy tháp để tạo một lượng hơi đưa vào từ đáy tháp, đảm bảo trong tháp
luôn luôn có sự tiếp xúc giữa 2 pha lỏng và hơi.
Säú âéa lyï thuyãút N
LT
Nguyên lý hóa công nghiệp 13
⇒ Quá trình bốc hơi và ngưng tụ lặp
lại nhiều lần ở các đĩa

Håi
a- Dạng Partial
Loíng
Loín
b- Dạng Bubble
Distillate vapor Distillate mixe
2.5.3. Thiết bị đun sôi đáy tháp (Reboiler)
có 4 dạng Reboiler :
- Thermosiphon without baffles và with baffles
- Dạng Kettle : được mặc định (qui chuẩn)
- Dạng “one through”
- Dạng lò
Nguyên lý hóa công nghiệp 15
Trong đó, loại Thermosiphon gồm 2 loại: without baffles và with baffles.
Để đạt được chất lượng sản phẩm đáy cao hơn, người ta đã thiết kế loại
Thermosiphon with baffles có cấu tạo như sau:
Nguyên lý hóa công nghiệp
?
?
210
16
?
?
300
50
2.5.4. Cân bằng vật chất
Nếu gọi :
F - Lượng hỗn hợp nguyên liệu đi vào tháp, kg/h
P - Lượng sản phẩm đỉnh, kg/h
W - Lượng sản phẩm đáy, kg/h

W
⇒
W=F–P
Hỗn hợpNồng độ %
khối lượngNồng độ phần
molLưu lượng khối
lượng, kg/hLưu lượng
mol, kg/hNguyên liệua
F
x
F
F
F
M
F
Sản phẩm đỉnha
P
x
P
P
P
M
P
Sản phẩm đáya
W
x
W
W
W
M

B
x
W
=
a W
M A
M
A
+
M
B
Với M
A
, M
B
: khối lượng mol của cấu tử nhẹ và cấu tử nặng
Tính khối lượng mol trung bình của:
− hỗn hợp nguyên liệu: M
F
= x
F
.M
A
+(1-x
F
).M
B
− sản phẩm đỉnh:
− sản phẩm đáy:
M

min
, ta thực hiện theo
những bước sau:
b…………r
f
BN
LT
N
LT
(r
f
+ 1)
=
*
Nguyên lý hóa công nghiệp
1- Xác định r
f min
:
r
f min
x

P

−

y

*F
y

) với giao điểm của đường làm
việc của đoạn luyện với đường x = x
F
(nếu hỗn hợp nguyên liệu vào ở điểm sôi)
5- Xác định số bậc thay đổi nồng độ N
LT
bằng cách vẽ các đường thẳng song song
với trục hoành và trục tung bắt đầu từ điểm x
P
cho đến khi quá điểm x
W
. N
LT
thông
thường không phải là số nguyên.
6- Giá trị thích hợp của chỉ số hồi lưu r
f
và số đĩa lý thuyết tối thiểu N
min
tương ứng
với giá trị cực tiểu
của
N
LT
(r
f
+ 1)
Nguyên lý hóa công nghiệp
B = x
P


tb
=
3
x
F
x
P
Với : 
P
, 
F
, 
W
- hiệu suất của đĩa đầu tiên ở đỉnh tháp, của đĩa nạp liệu và của đĩa
cuối cùng ở đáy tháp.
Hiệu suất đĩa là một hàm của độ bay hơi tương đối 〈 và độ nhớt ∝ của chất lỏng:
 = f
(
〈, ∝
)
Nguyên lý hóa công nghiệp
Trong đó : 〈 - độ bay hơi tương đối của hỗn hợp
∝ - độ nhớt của hỗn hợp lỏng, N.s/m
2
Độ bay hơi tương đối
của
các hỗn hợp thực được xác định theo công thức:
20
〈 =

• Thiết kế mô phỏng thường được sử dụng để :
- Thiết kế (Designing) một quá trình mới
- Thử lại, kiểm tra lại (Retrofitting) các quá trình đang tồn tại
- Hiệu chỉnh (Troubleshooting) các quá trình đang vận hành
- Tối ưu hóa (Optimizing) các quá trình vận hành
• Để xây dựng một mô hình mô phỏng hiệu quả, chúng ta phải xác định đúng mục
tiêu. Bước đầu tiên trong bất cứ một quá trình mô phỏng nào là lượng hóa các
mục tiêu càng nhiều càng tốt. Các kết quả đạt được thường phụ thuộc vào các
Nguyên lý hóa công nghiệp 22
yêu cầu đặt ra. Như vậy, trước khi mô phỏng một quá trình nên đặt ra các câu
hỏi sau :
- Mục đích sử dụng công cụ mô phỏng trong trường hợp này để làm gì ?
- Quá trình mô phỏng sẽ thực hiện những việc gì ?
- Sự phức tạp có cần thiết không ?
- Cần thiết phải tìm ra các kết quả nào từ quá trình mô phỏng ?
• Cần nhớ rằng các giá trị thu được từ kết quả mô phỏng phụ thuộc rất nhiều vào
những lựa chọn ban đầu mà chúng ta đã nhập vào.
2- Các phần mềm mô phỏng trong công nghệ hóa học
• Trong công nghệ hóa học, người ta sử dụng rất nhiều các phần mềm mô phỏng :
- DESIGN II (WINSIM) : sử dụng trong công nghiệp hóa học nói chung
- PRO/II (SIMSCI) : sử dụng trong công nghiệp hóa học, công nghiệp lọc -
hóa dầu
- PROSIM : sử dụng trong công nghiệp hóa học
- HYSIM (HYSYS) : sử dụng trong công nghiệp chế biến khí
• Trong các phần mềm kể trên, phần mềm PRO/II là phần mềm nổi tiếng nhất,
được sử dụng rộng rãi nhất trong nhiều lĩnh vực công nghiệp.
II- Phần mềm PRO/II
1- Lĩnh vực sử dụng
• Phần mềm PRO/II là phần mềm tính toán chuyên dụng trong các lĩnh vực công
nghệ hóa học nói chung, đặc biệt trong lĩnh vực lọc dầu, hóa dầu, polymer, hóa

thái nhiệt của các dòng;
- Xác định các dữ liệu về thiết bị và điều kiện vận hành cho các thiết bị.
• Hơn nữa, trong nhiều trường hợp chúng ta phải thay đổi sơ đồ công nghệ thực tế
sang mục đích mô phỏng. Mặc dù có sự tương ứng giữa sơ đồ công nghệ thực tế
và sơ đồ mô phỏng nhưng vẫn có những sự khác biệt cần chú ý.
• Vì công cụ mô phỏng chỉ mô tả trạng thái dừng nên trong sơ đồ mô phỏng
không nên bố trí các thiết bị điều khiển, kiểm tra.
•
PRO/II mặc định Condenser được xem là 1 bậc thay đổi nồng độ (1 đĩa lý
thuyết) và Reboiler cũng được xem là một bậc thay đổi nồng độ và dạng Kettle
được mặc định sử dụng.
III- Lý thuyết nhiệt động học
Các tính chất nhiệt động là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất cho việc tính toán quá
trình phân tách toàn hệ thống.
Có nhiều phương pháp tính toán các tính chất này, trong đó, quan trọng nhất là 2
phương pháp :
- Phương pháp tương quan : API và Rackett
- Phương pháp phương trình trạng thái : phương trình bậc ba tổng quát, công
thức Alpha, các qui luật hỗn hợp, phương trình SRK, phương trình PR,
phương trình SRKP, SRKM, SRKS,
Phương pháp API và Rackett tính toán khá chính xác tỉ trọng của pha lỏng, còn
các tính chất nhiệt động khác như : enthalpie, entropie lỏng và hơi, tỉ trọng pha hơi,
thì được tính toán rất chính xác bằng các phương trình trạng thái như : SRK,
SRKM,
Nguyên lý hóa công nghiệp 25
IV- Cơ sở lựa chọn mô hình nhiệt động
• Lựa chọn mô hình nhiệt động thích hợp cho một ứng dụng cụ thể đóng một vai
trò rất quan trọng, ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của kết quả mô phỏng
• Mỗi phương pháp nhiệt động cho phép tính các thông số sau :
- Hằng số cân bằng pha K : thể hiện sự phân bố cấu tử giữa các pha ở điều