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

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

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.

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

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

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

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

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

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

(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

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

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

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