Tính toán thiết bị hấp thụ benzen thô từ khí cốc bằng dầu than đá

Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

Trang


Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

LỜI CẢM ƠN
Được sự quan tâm và sự phân công của Khoa Hóa học và Công nghệ thực
phẩm, nhóm sinh viên chúng em có cơ hội tìm hiểu và thiết kế đồ án công nghệ
“Tính toán thiết bị hấp thụ benzen thô từ khí cốc bằng dầu than đá”.Qua đó, nhóm
chúng em đã được vận dụng các kiến thức chuyên ngành mà các thầy cô truyền đạt
ở trên lớp, áp dụng vào đồ án chuyên ngành. Bên cạnh đó, nhóm chúng em còn
nâng cao kỹ năng sử dụng thành thạo trong việc thiết kế dây chuyền công nghệ với
sự hỗ trợ của phần mềm Autocad, hiện nay đang rất cần thiết đối với các kỹ sư.
Đặc biệt, xin được gửi lời cám ơn đến PGS.TS. Nguyễn Văn Thông, người
đã luôn tận tình hướng dẫn và giúp đỡ nhóm chúng em trong thời gian làm đồ án để
có thể hoàn thành tốt đồ án chuyên ngành này.
Xin được gửi lời cám ơn đến tất cả các thầy cô trong khoa Hóa học và Công
nghệ thực phẩm, đã hỗ trợ cho nhóm sinh viên chúng em những kiến thức bổ trợ,
tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nghiên cứu đồ án này. Xin chân thành cảm ơn!

i


Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

LỜI MỞ ĐẦU
Trong công nghiệp, nguồn cung cấp benzene, toluene, xylen (BTX) chủ yếu
là sản phẩm của quá trình reforming xúc tác Naptha, Cracking xúc tác. Một quá
trình mới khác cũng được xem như một nguồn cung cấp BTX quan trọng, đó là quá
trình Cyclar. Nguyên liệu của quá trình này là khí dầu mỏ hóa lỏng (chứa chủ yếu
C3 và C4). Xúc tác của quá trình là dạng zeolite có khả năng xúc tiến phản ứng
dehydro hóa nguyên liệu, polyme hóa sản phẩm mới hình thành để tạo nên các
oligomer không no, và tiếp tục dehydro vòng hóa các oligomer này tạo thành các
hydrocacbon thơm. Hiệu suất Benzen từ quá trình Cycler thường lớn hơn các quá
trình reforming xúc tác.
Tuy nhiên người ta cho rằng, trong tương lai không xa, khi nguồn dầu mỏ
cạn kiệt, người tiêu dùng sẽ quay sang những nguồn cung cấp mới, khi đó, nguồn
nguyên liệu hóa thạch phi truyền thống sẽ 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 nhu cầu luyện kim, thu được các sản phẩm hóa học như: phenol,
naphtalen, … mà còn thu được nguồn khí cốc chứa: benzene, toluene, xylen (BTX),
NH3, khí than sạch,…có giá trị kinh tế cao.
Trong giai đoạn Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa, ngành luyện kim đã, đang
và sẽ đóng vai trò ngày càng then chốt và phát triển mạnh mẽ qua các giai đoạn
trong những năm tiếp theo. Do đó, nguồn khí cốc thu được là hết sức dồi dào, tạo
điều kiện thuận lợi để cho ngành công nghiệp sản xuất BTX từ khí cốc phát triển và
ngày càng cải tiến công nghệ công nghệ, thu được năng suất cao.
Trong đồ án này, nhóm chúng em xin được nghiên cứu về quy trình công
nghệ sản xuất BTX từ khí cốc và thiết kế thiết bị hấp thụ Benzen thô (BTX) bằng
dầu than đá trong tháp hấp thụ kiểu đệm nhằm cho năng suất và giá trị kinh tế cao.
ii

Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

ii


Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

Ý NGHĨA KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỒ ÁN
Các quy trình công nghệ thu hồi Benzene từ khí cốc đóng vai trò to lớn trong
việc phát triển nền kinh tế, đang ngày càng được nghiên cứu sâu và tối ưu hóa các
thiết bị trong quá trình sản xuất. Đất nước ta có nền kinh tế công nghiệp ngày càng
phát triển mạnh và ngày càng có nhiều ngành công nghiệp khác đang định hình và
phát triển, đòi hỏi có những dây chuyền công nghệ và những phương pháp xử lý
chế biến mang tính khoa học kỹ thuật và hiện đại, sao cho mang lại hiệu quả cao
nhất tiết kiệm nhất. Hiện nay, khi nguồn dầu mỏ ngày càng cạn kiệt, hơn nữa, phần
lớn các nguồn dầu mỏ lại tập trung ở một số ít vùng bất ổn định trên thế giới,
những lo ngại này đang tác động lên giá dầu thế giới. Do đó, ngoài việc tìm tòi,
khai thác những nguồn năng lượng trong tự nhiên và tạo ra nguồn nguyên liệu thay
thế thì việc thu hồi lại và tận dụng một cách triệt để nguồn năng lượng đã khai thác
là rất cần thiết và ngày càng trở nên phổ biến.
Chính vì thế mà việc thu hồi Benzene thô từ khí cốc ( sản phẩm từ quá trình cốc
hóa, cung cấp than cốc cho ngành luyện kim) hầu như đã trở nên rất quan trọng. Nó
góp phần tạo ra những sản phẩm có chất lượng và có giá trị cho nền kinh tế nước
nhà. Góp phần đẩy mạnh công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước và tiến lên để trở
thành nước công nghiệp hiện đại. Phương pháp hấp thụ là phương pháp đơn giản,

chi phí đầu tư thấp, dễ vận hành bảo trì, mang lại hiệu quả kinh tế và dễ áp dụng
nhất đối với các nước đang phát triển như nước ta.

iii


Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

MỤC LỤC


Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Nguyên liệu
1.1.1. Khí cốc
Khí cốc là khí ngưng thu được từ các lò luyện cốc than đá, là hỗn hợp phức
tạp các chất khí và chất bay hơi (nước ngưng, ammoniac, nhựa than đá, các
hidrocacbon, benzen).
Khí cốc có thành phần gồm 25% thể tích là Metan (CH 4), 60% là thể tích
Hydro (H2), phần còn lại là các khí như CO,CO 2, NH3, N2, hơi Benzen, toluene,
xylen…
Khí cốc sau khi tách khỏi nhựa than đá, benzen thô và nước có nhiệt cháy
cao, khoảng 4000 kcal/m3.
1.1.2. Dầu than đá
Để thu hồi benzene thô, ta hấp thụ chúng bằng các dầu than đá, được hấp thụ

ở 20-250C trong các thiết bị truyền khối. Các chất hấp thụ thường là dầu than đá
(phân đoạn chưng cất nhựa than đá sôi ở 230-300 0C) hoặc là dầu thô ( phân đoạn
sôi ở 300-3500C).
1.2. Sản phẩm Benzen thô (BTX)
Benzen thô là hợp chất phức tạp, phần lớn là bay hơi ở 1800C
Hàm lượng trung bình của 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
Xolven( hỗn hợp metylbenzen, etylbenzen,...): 1.6 – 3.4

Muốn tách các cấu tử riêng biệt của bezen thô phải dựa vào nhiệt độ sôi khác
nhau của chúng là dùng phương pháp chưng cất.

Bảng 1: Một số thông số tính chất kỹ thuật đặc trưng của BTX
Chương 1: Tổng quan

Trang 7


Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

Thông số

Đơn vị

Toluen

o- Xylen

m-Xylen

p-Xylen

đvC

Benze
n
78,11

Khối lượng phân
tử
Tỷ trọng ở 200C
Nhiệt độ nóng
chảy
Nhiệt độ sôi
Giới hạn nổ
trong không khí
Dưới
Trên
Nhiệt độ chớp
cháy cốc kín
Tỷ trọng hơi

(không khí = 1)
Giới hạn tiếp
xúc (ppm; giờ)

92,13

106,16

106,16

106,16

0,879
0
C

0,867
5,53

0,876
-94,99

0,86
-25,2

0,857
-48

0,867
-13,3

80,1

110,6

144,4

139

138,4

1,4
7,1
-110C

1,3
6,8
4,4

1,1
6,4
17,2

1,1
6,4
25

1,1
6,6
25

2,77

3,14

3,7

3,7

3,7

5; 8

50; 8

100; 8

100; 8

100;8

0

C
% thể
tích
0

C

Ứng dụng:
•

Benzen được sử dụng chủ yếu cho quá trình alkyl hóa sản xuất
etulbenzen, nguyên liệu cho dehydro hóa để sản xuất styrene. Bênh cạnh
đó còn sản xuất phenol và aceton, tham gia phản ứng hydro hóa tổng hợp
xyclohexan, nguyên liệu quan trọng cho quá trình sản xuất axit adipic,
caprolactam và hexametylen diamin, tổng hợp nitrobenzene, hợp chất

•

trung gian cho quá trình sản xuất anilin phục vụ công nghiệp nhuộm.
Ứng dụng quan trọng nhất của Toluen là nâng cấp chất lượng xăng nhờ
khả năng là tăng chỉ số octan của nó. Trong công nghiệp hóa chất, 54%
tổng sản lượng toluene của thế giới được sử dụng để chuyển hóa thành
benzene, khoảng 16% được dùng làm dung môi. Các ứng dụng khác của

•

toluene là sản xuất caprolactam, phenol, phụ gia cho xăng,…
Với các xylen, con đường tiêu thụ lớn nhất đó là làm chất cải thiện chỉ số
octan của xăng. Các ứng dụng trong công nghiệp hóa chất của các đồng
phân xylen chủ yếu là sản xuất nhựa, sợi. Trong số các đồng phân, p-

Chương 1: Tổng quan

Trang 8


Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

xylen là loại quan trọng nhất được sử dụng trong công nghiệp sản xuất
terephtalic và dimethyl terephtalat, các nguyên liệu đầu cho sản xuất sợi
và màng polyester. Với o-xylen, hầu như toàn bộ đồng phân này được
ứng dụng trong sản xuất anhydrite phtalic, nguyên liệu cho tổng hợp chất
dẻo, nhựa alkyt và nhựa polyester. m- xylen là đồng phân ít quan trọng
nhất và chỉ những lượng nhỏ được sử dụng cho sản xuất axit isophtalic,
ứng dụng trong sản xuất chất dẻo.
1.3.Quá trình hấp thụ
1.3.1. Khái niệm
Hấp thụ là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch tán vào pha
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) . Các quá trình xảy
ra do sự tiếp xúc pha giữa khí và lỏng (rắn). Quá trình này cần sự truyền vật
chất từ pha khí vào pha lỏng (rắn). Nếu quá trình xảy ra ngược lại, nghĩa là
cần sự truyền vật chất từ pha lỏng (rắn) vào pha hơi, ta có quá trình nhả khí.
Nguyên lý của cả hai quá trình là giống nhau .
•

Hấp thụ vật lý: về thực chất chỉ là sự hòa tan các chất bị hấp thụ vào trong
dung môi hấp thụ, chất khí hòa tan không tạo ra hợp chất hóa học với dung
môi, nó chỉ thay đổi trạng thái vật lý từ thể khí biến thành dung dịch lỏng
(quá trình hòa tan đơn thuần của chất khí trong chất lỏng).

•

Hấp thụ hóa học: trong quá trình này chất bị hấp thụ sẽ tham gia vào một số
phản ứng hóa học với dung môi hấp thụ. Chất khí độc hại sẽ biến đổi về bản
chất hóa học và trở thành chất khác.

•

Quá trình hấp thụ mạnh hay yếu là tùy thuộc vào bản chất hóa học của dung
môi và các chất ô nhiễm trong khí thải. Như vậy để hấp thụ được một số chất
nào đó ta phải dựa vào độ hòa tan chọn lọc của chất khí trong dung môi để
chọn lọc dung môi cho thích hợp hoặc chọn dung dịch thích hợp (trong

Chương 1: Tổng quan

Trang 9


Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

trường hợp hấp thụ hóa học). Quá trình hấp thụ được thực hiện tốt hay xấu
phần lớn là do tính chất dung môi quyết định.
1.3.2. Cơ sở thiết bị
1.3.2.1. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thụ
Hấp thụ là quá trình quan trọng để xử lý khí và được ứng dụng trong rất
nhiều quá trình khác . Hấp thụ trên cơ 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.
1.3.2.2. Phương trình cân bằng vật chất của quá trình hấp thụ

Trong đó:
M: lượng chất bị hấp thụ, kg/s
: theo thứ tự là suất lượng cấu tử trơ trong pha khí và pha lỏng,
kg/s
,

: nồng độ của dung chất trong pha khí ở đáy và đỉnh của tháp hấp
thụ, kg/kg khí trơ.
,

: nồng độ của chất bị hấp thụ trong pha lỏng ở đáy và đỉnh của
tháp, kg/kg dung môi.

1.3.2.3. Phương trình cân bằng nhiệt lượng của quá trình hấp thụ
Gđ Iđ + Lđ Cđ Tđ +Qs = Gc Ic +Lc Cc Tc + Q0
Trong đó:
Gđ, Gc: hỗn hợp khí đầu và cuối (kg/h)
Lđ, Lc: lượng dung dịch đầu và cuối (kg/h)
Tđ, Tc: nhiệt độ khí ban đầu và cuối (0C)
Iđ, Ic: entapi hỗn hợp khí đầu và cuối (kJ/kg)
Chương 1: Tổng quan

Trang 10


Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

Qo: nhiệt mất mát (kJ/h)

Qs: nhiệt phát sinh do hấp thụ khí (kJ/h)
Cđ, Cc: tỷ nhiệt của dung dịch đầu và cuối (kJ/kg.độ)
1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thụ
1.3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Khi các điều kiện khác không đổi mà nhiệt độ tháp tăng thì hệ số Henri sẽ
tăng. Kết quả là ảnh hưởng đường cân bằng dịch chuyển về phía trục tung . Nếu
các đường làm việc không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm , số đĩa lý thuyêt sẽ
tăng và chiều cao của thiết bị sẽ tăng . Thậm chí có khi tháp không làm việc được
vì nhiệt độ tăng quá so với yêu cầu kỹ thuật. Nhưng nhiệt độ tăng cũng có lợi là
làm cho độ nhớt cả hai pha khí và lỏng tăng.
1.3.3.2. Ảnh hưởng của áp suất
Nếu các điều kiện khác giữ nguyên mà chỉ tăng áp suất trong tháp thì hệ số
cân bằng sẽ tăng và cân bằng sẽ dịch chuyển về phía trục hoành.
Khi đường làm việc không đổi thì động lực trung bình sẽ tăng quá trình
chuyển khối sẽ tốt hơn và số đĩa lý thuyết sẽ giảm làm chiều cao của tháp sẽ thấp
hơn.
Tuy nhiên, việc tăng áp suất thường kèm theo sự tăng nhiệt độ. Mặt khác, sự
tăng áp suất cũng gây khó khăn trong việc chế tạo và vân hành của tháp hấp thụ
1.3.3.3. Các yếu tố khác
Tính chất của dung môi , loại thiết bị và cấu tạo thiết bị độ chính xác của
dụng cụ đo, chế độ vận hành tháp… đều có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất hấp thu.
1.3.4. Ưu - Nhược điểm của quá trình hấp thụ

+

Ưu điểm
Rẻ tiền, nhất là khi sử dụng H2O làm dung môi hấp thụ các hợp chất
khí, có thể được xử lí rất tốt với phương pháp này với dung môi nước
và các dung môi thích hợp.

Chương 1: Tổng quan

Trang 11


Đồ án công nghệ
+

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

Có thể sử dụng kết hợp khi cần rửa khí làm sạch bụi, khi trong khí
thải có chứa cả bụi lẫn các khí độc hại mà các chất khí có khả năng
hòa tan tốt trong nước rửa.

•
+

Nhược điểm
Hiệu suất làm sạch không cao, hệ số làm sạch giảm khi nhiệt độ dòng
khí cao nên không thể dùng xử lí các dòng khí thải có nhiệt độ cao,
quá trình hấp thụ là quá trình tỏa nhiệt nên khi thiết kế, xây dựng và
vận hành hệ thống thiết bị hấp thụ xử lí khí thải nhiều trường hợp ta
phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làm
nguội thiết bị, tăng hiệu quả của quá trình xử lí. Như vậy, thiết bị sẽ
trở nên cồng kềnh, vận hành phức tạp.

+

Khi làm việc, hiện tượng “sặc” rất dễ xảy ra khi ta khống chế, điều
chỉnh mật độ tưới của pha lỏng không tốt, đặc biệt khi dòng khí thải

có hàm lượng bụi lớn.

+

Việc lựa chọn dung môi thích hợp sẽ rất khó khăn, khi chất khí cần xử
lí không có khả năng hòa tan trong nước. Lựa chọn dung môi hữu cơ
sẽ nảy sinh vấn đề: các dung môi này có độc hại cho người sử dụng và
môi trường hay không? Việc lựa chọn dung môi thích hợp là bài toán
hóc búa mang tính kinh tế và kĩ thuật, giá thành dung môi quyết định
lớn đến giá thành xử lý và hiệu quả xử lý.

+

Phải tái sinh dung môi (dòng chất thải thứ cấp ) khi xử dụng dung
môi đắt tiền. Chất thải gây ô nhiễm nguồn nước hệ thống càng trở nên
cồng kềnh phức tạp.

1.3.5. Thiết bị hấp thụ

 Tháp đệm
•

Cấu tạo gồm: Thân tháp rỗng bên trong đổ đầy đệm làm từ vật liệu
khác nhau ( gỗ nhựa, kim loại, gôm, …) với những hình dạng khá

Chương 1: Tổng quan

Trang 12

Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

nhau ( trụ, cầu, tấm, yên ngựa, lò xo …) , lưới đỡ đệm, ống dẫn khí và
lỏng ra vào.

•

Để phân phối đều chất lỏng lên khối đệm chứa trong tháp , người ta
dùng bộ phận phân phối dạng : lưới phân phối ( lỏng đi trong ống –
khí ngoài ống ; lỏng và khí trong cùng ống ); màng phân phối , vòi
phun hoa sen (dạng trụ , bán cầu , khe …); bánh xe quay ( ống có lỗ,
phun quay , ổ đỡ …)

•

Các phần tử đệm được đặc trưng bằng dường kính d, chiều cao h , bề
dày δ . khối đệm được đặc trưng bằng các kích thước : bề mặt riêng a ,
thể tích tự do, đường kính tương đương , tiết diện tự do S .

•

Khi chọn đệm cần lưu ý : thấm ướt tốt chất lỏng ; trở lực nhỏ , thể tích
tự do và tiết diện ngang lớn ; có thể làm việc với tải trọng lớn của lỏng
và khí , khối lượng riêng nhỏ ; phân phối đều chất lỏng ; có tính chịu
ăn mòn cao; rẻ tiền; dễ kiếm…

Nguyên lý hoạt động: Chất lỏng chảy trong tháp theo đệm dưới dạng máng
nên bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt thấm ướt của đệm .

Ưu – nhược điểm - ứng dụng
•

Ưu: cấu tạo đơn giản; trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ
màng/quá độ) nhỏ.

Chương 1: Tổng quan

Trang 13


Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

Nhược: hoạt động kém ổn định, hiệu suất thấp; dễ bị sặc; khó tách
nhiệt, khó thấm ướt.
Ứng dụng
•

Dùng trong các trường hợp năng suất thấp: tháp hấp thụ khí, tháp
chưng cất,...

•

Dùng trong các hệ thống trở lực nhỏ (như hệ thống hút chân không,...)

Chương 1: Tổng quan

Trang 14

Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1. Thuyết minh sơ đồ công nghệ.
Khí cốc sau khi đi ra từ thùng bão hòa ở nhiệt độ cao, trước khi được hấp thụ
để tách benzene thô, phải được làm nguội trong tháp làm nguội (XVI). Tại đây, khí
cốc được đưa từ dưới lên và tiếp xúc ngược chiều với dòng nước lạnh đi từ trên
xuống, làm tăng khả năng tiếp xúc giữa hai pha. Khí cốc sau khi được làm nguội sẽ
được được đưa vào tháp hấp thụ ( XV) bằng dầu than đá, phần nước làm nguội sẽ
được đưa ra khỏi tháp làm nguội. Trong quá trình làm nguội khí cốc, một phần hơi
napthalen sẽ bị ngưng tụ và đi ra cùng với nước làm mát, xuống thùng chứa. Tại
đây, napthalen được tách ra, đưa vào bồn chứa riêng và được bơm vào Xitec. Phần
nước làm mát sau khi được tách napthalen, sẽ được đưa vào tháp giải nhiệt ( XIII)
và bơm tuần hoàn trở lại tháp làm nguội khí cốc.
Tháp hấp thụ hoạt động trong khoảng 300C, tại đây xảy ra quá trình truyền
khối. Khí cốc sẽ được đi lên từ đáy tháp và tiếp xúc với dầu than đá được đi từ trên
đỉnh tháp xuống, các khí benzene thô (BTX) được hấp thụ trong dầu than đá, các
khí còn lại sẽ được đưa ra từ đỉnh tháp theo đường ống 27.
Dầu hấp thụ bão hòa benzen đi ra từ đáy tháp hấp thụ sẽ được bơm đến thiết
bị hồi lưu (I). Thiết bị hồi lưu được cấu tạo gồm các thiết bị tra đổi nhiệt ống chùm,
tao đổi nhiệt lượng của dầu bão hòa với hơi benzene, nhằm tách hơi benzene khỏi
dầu và nước. Dầu bão hòa được đi trong khoảng không gian của các ống , khi đó sẽ
được đun nóng nhờ nhiệt vật lí của hơi ngưng tụ của dầu và nước từ 30 – 700C.
Từ máy hồi lưu, dầu bão hòa đã được đun nóng theo đường ống 2 đưa vào
các máy trao đổi nhiệt ống chùm (II) để tận dụng nhiệt của phần dầu hấp thụ đã
khử benzen đi ra khỏi tháp chưng cất. Ở đây dầu bão hòa được gia nhiệt đến 900C.

Từ máy trao đổi nhiệt dầu bão hòa sẽ đưa vào máy gia nhiệt (III), tại đây nó
được đun nóng đến 1350C nhờ nhiệt ngưng tụ của hơi đi ở khoảng không gian giữa
các ống. Hơi hydrocacbon benzen, dầu và nước thoát ra ở trong máy gia nhiệt, với

Chương 2: Quy trình công nghệ


Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

số lượng là 20 – 30% so với hàm lượng chung của nó trong dầu hấp thụ, theo
đường ống 3 mà đi lên phần trên của tháp.
Từ máy gia nhiệt (III) dầu đã được đun nóng, sẽ đưa vào phần luyện của
tháp chưng cất benzen (IV). Tháp chưng cất là dạng tháp đĩa, dầu bão hòa chảy
trong các đĩa từ trên xuống và dòng hơi đi ngược lại, sẽ thổi hydrocacbon benzene
ra khỏi dầu và cuốn nó lên phần trên của tháp.
Theo đường ống 4 dầu hấp thụ từ tháp benzen với số 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 m2. Hơi nước trực tiếp liên tục được đưa vào, đi qua
dầu cần tái sinh. Ngoài hơi nước trực tiếp đưa vào máy tái sinh còn đưa thêm hơi
nước gián tiếp, áp suất 10 atm được đưa vào máy gia nhiệt 6, sao cho nhiệt độ gia
nhiệt của dầu hấp thụ đem tái sinh đạt khoảng 170 – 1800C.
Khi đưa hơi trực tiếp vào máy tái sinh sẽ bốc hơi khoảng 80 – 90% lượng
dầu. Hỗn hợp hơi nước và dầu sẽ đi theo ống 7 vào tháp benzen ở phần chưng. Một
phần hơi có thể vào tháp benzen qua ống dẫn hơi 8 cần thiết để điều chỉnh tốc độ
chưng của benzen khỏi dầu ở trong tháp.
Polyme ở trong máy tái sinh (nhựa) hỗn hợp với một ít dầu và ăngtraxen kể
cả hydrocacbon vòng cao phân tử khác theo ống 9 đưa ra khỏi máy tái sinh bằng

hơi một cách liên tục hoặc gián đoạn.
Hơi hydrocacbon benzen hỗn hợp với hơi nước từ phần hồi lưu phía trên của
tháp benzen theo đường ống 10 đi vào thiết bị hồi lưu (I). Tại đây, hơi benzene sẽ
được được ngưng tụ phân đoạn đi từ dưới lên phía trên vào khoảng không gian giữa
các ống của các ngăn ống chùm trong thiết bị hồi lưu. Trong ngăn ống chùm trên
cùng của thiết bị hồi lưu, hơi được làm lạnh bằng nước kỹ thuật đưa vào bằng ống
11. Nước ngưn từ máy hồi lưu là hỗn hợp của dầu và nước đưa vào máy phân ly đặt
dưới máy hồi lưu. Trong máy phân ly sẽ phân ly thành 2 lớp theo khối lượng riêng.
Dầu sau khi lắng sẽ đưa ra khỏi máy phân ly theo ống 19, một lần nữa sẽ đưa vào
Chương 2: Quy trình công nghệ


Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

chu trình để tái sử dụng cùng với dầu hấp thụ sau tháp, còn nước sẽ theo ống 18
đưa sang thùng chứa khác.
Nhiệt độ của hơi hydrocacbon benzen đi ra từ thiết bị hồi lưu được khống
chế bằng cách điều chỉnh lượng nước kỹ thuật ở ngăn trên của thiết bị hồi lưu.
Từ thiết bị hồi lưu hỗn hợp của hydrocacbon benzen và nước ở nhiệt độ 92 –
950C theo đường ống 12 đi vào tháp ngưng tụ (VI), tại đây diễn ra quá trình làm
lạnh hơi benzen thô, dầu và nước, nhiệt độ tỏa ra được nước kỹ thuật lấy đi.
Tách benzen ra khỏi nước ngưng tụ tiến hành ở trong thùng phân ly ở dưới
thiết bị hồi lưu. Nước ngưng tụ từ đây liên tục được đưa đi theo đường ống 15. Còn
benzen thô theo đường ống 16 đưa vào các thùng đong, từ đó được bơm đưa vào
kho. Khí không ngưng tụ theo đường ống 17 thải ra ngoài môi trường.
Dầu than đá sau khi được nhả hấp thụ hơi benzene thô từ tháp chưng cất (IV)
đi qua van thủy lực đưa vào máy gia nhiệt 2, tại đây nó được làm lạnh 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 – 1150C (tùy theo sơ đồ trao đổi nhiệt mà ta sử dụng). Sau đó dầu
hấp thụ đi qua thùng chứa VIII, tại đây nó sẽ tách nước ra khỏi thùng hấp thụ. Từ
thùng chứa (VIII), dầu hấp thụ nhờ bơm ly tâm (IV) đưa vào thiết bị làm lạnh kiểu
tưới (X) để làm lạnh dầu đến 300C. 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 đã được làm lạnh được đưa vào tháp để
thu hồi benzen thô từ khí cốc.
2.2. Sơ đồ công nghệ.
Hình 1: Sơ đồ công nghệ thu benzen thô từ khí cốc ( xem bản vẽ )

Chương 2: Quy trình công nghệ


Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

Trong sơ đồ này các dòng, thiết bị được kí hiệu như sau:
Các thiêt bị:
Ký hiệu Tên thiết bị
I
Trao trao đổi nhiệt
II
Thiết bị làm nguội
III
Gia nhiệt bằng hơi nước
IV
Tháp chưng cất dầu than đá bão hòa benzen thô
V
Máy tái sinh

VI
Ngưng tụ làm lạnh
VII
Thiết bị phân ly
VIII
Bồn chứa
IX
Bơm
X
Thiết bị làm lạnh kiều tưới
XI
Xitec
XII
Thiết bị tách napthalen
XIII
Thiết bị giải nhiệt
XIV
Tháp làm nguội khí cốc
XV
Tháp hấp thụ benzene thô

Chương 2: Quy trình công nghệ

Trang 18


Đồ án công nghệ

Các dòng:
Ký hiệu

1,2,3
4
5,8
6,14,15,18,26
7,20
9
10,12
13
16

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

Tên dòng
Dầu bão hòa
Dầu tái sinh
Hơi áp suất cao
Nước
Dầu hấp thụ
Polyme
Hơi BTX
Nước lạnh
BTX lỏng

Chương 2: Quy trình công nghệ

Ký hiệu
17
19
21
22

23
24
25
26
27

Tên dòng
Khí thải
Nước lạnh
Hơi nước
Napthalen nóng chảy
Nước và Napthalen
Khí cốc
Khí cốc làm nguội
Nước làm nguội khí cốc
Khí sau khi hấp thụ benzen thô

Trang 19


Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ
3.1. Thiết bị làm lạnh.
Dựa vào máy cân bằng vật chất của khí cốc ở nhiệt độ 60 0C và áp suất là 860
mmHg nhiệt độ điểm sương cũa khí cốc là 450C.
Lượng khí vào máy lạnh theo bảng sau:
Lượng khí đi vào

Kg/h
Nm3/h
Khí cốc khô
19200
40000
Hơi nước
1900
2379
Hydrocacbon benzene
1220
321
H2S
590
390
Tổng cộng
22910
43090
Nhiệt độ ra khỏi máy làm lạnh là 270C, áp suất là 855mmHg.
Thể tích nước được xác định là:

Áp suất bảo hòa hơi nước ở 270 là p = 26,74 mmHg.

Vậy:
Tính theo trọng lượng là 986 kg/h.
Như vậy lượng nước đã ngưng tụ:
1900 – 986 = 914 kg/h
Lượng khí ra khỏi máy lạnh theo bảng sau:
Lượng khí ra khỏi máy làm lạnh
Khí cốc khô
Hơi nước

Hydrocacbon benzene
H2S
Tổng cộng
3.1.1.

(m3/h)

Kg/h
19200
986
1220
590
21996

Nm3/h
40000
1235
321
390
41946

Tính toán nhiệt độ mang vào.
Nhiệt mang vào bởi khí cốc khô
q1 = 19200.0,7.60 = 806400 kcal/h
Nhiệt mang vào bởi hơi nước
q2 = 1900.(595+0,438.60) = 1180432 kcal/h
Nhiệt mang vào bởi Hydrocacbon
q3 = 1220.0,246.60 = 18007 kcal/h
Chương 3: Tính toán công nghệ

Trang 20


Đồ án công nghệ

3.1.2.

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

Nhiệt mang vào bởi H2S
q4 = 590.0,238.60 = 8425 kcal/h
Nhiệt mang vào khí cốc từ thùng bảo hòa theo tính toán là:
Q1 = 2013264 kcal/h
Nhiệt mang vào bởi nước làm lạnh ở 250 C là:
Q2 = 25 W
Tổng nhiệt vào là:
Qv = 2013264 + 25 W
Tính toán nhiệt mang ra, lượng tiêu hao nước và cân bằng vật chất.
Tổng nhiệt mang ra bởi khí cốc.
Nhiệt ra bởi khí cốc ở 270C.
Nhiệt ra bởi khí cốc khô là:
q1 = 19200.0,7.27 = 362880 kcal/h
Nhiệt ra bởi hơi nước là:
q2= 986 (595+0,438.27) = 598330 kcal/h
Nhiệt ra bởi hydrocacbon benzene là:
q3 = 1220.0,246.27 = 8103 kcal/h
Nhiệt ra bởi H2S là:
q4 = 590.0,238.27 = 3791 kcal/h
Vậy tổng nhiệt mang ra bởi khí cốc là:
Q3 = 973104 kcal/h

Lượng tiêu hao nước.
Nhiệt ra bởi nước làm lạnh và nước ngưng tụ ở 400C.
Q4 = 40 (W+1805) kcal/h
Tổng nhiệt tiêu hao là:
Qpacx = 1024000+40 W
Cân bằng vật chất.
Cân bằng nhiệt vào ra ta tính được tiêu hao nước là:

Tính kích thước của tháp làm lạnh của đệm.
Tốc độ khí qua đệm là 1 m/s (vk=1 m/s).
Khi đó tiết diện tưới cần thiết của đệm là:

3.1.3.

Chương 3: Tính toán công nghệ

Trang 21


Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

V: Thể tích trung bình của khí.
Thể tích lúc vào:

Thể tích lúc ra:

Vậy thể tích trung bình là:

Bề mặt tưới là:

Thừa nhận đệm khung gỗ có bề dày a = 10 mm, khoảng cách b = 100 mm,
chiều cao (c) của thanh là 100 mm.
Tiết diện chung:

Đường kính của thiết bị làm lạnh là:

Vậy tiết diện đệm chiếm:
SH = S0 – D= 9,35 – 8,37 = 0,98 (m2)
Chiều dài của các thanh trong vòng là:

Bề mặt của 1 vòng đệm là:
F = 2.l.c =2.98.0,1=19,6 (m2)
Hệ số truyền nhiệt được xác định từ phương trình:

C: hệ số phụ thuộc mật độ tưới.
Chương 3: Tính toán công nghệ

Trang 22


Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

Đường kính tương đương của đệm:
de=2.b= 2.0,1 =0,2 (m)
Khối lượng riêng trung bình của khí:

Độ nhớt ( µ) của khí cốc ở nhiệt độ trung bình và hàm ẩm trung bình bằng
0,0134.
Khi đó:

Khi khối lượng riêng trung bình của khí (ρk) là 0,7 kcal/kg.h và hệ số dẫn nhiệt
là :
λ = 0,11 (kgcal/m.h.0C)

Vì rằng lượng nước đưa vào làm lạnh 73,3m3/h nên mật độ tưới:

Với mật độ tưới như vậy thì đại lượng mật độ tưới C= 0,193 khi đó chuẩn số Ki
là:

Ki = 0,193.77250,76. 0,3070,33 = 118
Hệ số truyền nhiệt độ

Hệ số nhiệt trung bình logarit:
600

khí

400

nước

Chương 3: Tính toán công nghệ

27

250

Trang 23


Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

Bề mặt nhiệt cần thiết là:

Vì bề mặt 1 vòng đệm là 23 m2 nên số vòng đệm là:

N=
Đặt chúng trong 10 khoang có 13 vòng. Chiều cao tổng của tháp có chứa đệm
là:
Ht = 10.13.0,12 + 5.0,5 = 18 m
0,12: chiều cao thanh đỡ.
0,5: khoảng cách giữa các ngăn.
Khoảng cách từ đệm trên cùng đến nắp là 3 m khoảng cách từ đáy tới đệm là
3m vậy tổng cộng của tháp là 24 m nếu không kể chân đế.
Cấu tạo của tháp là hình trụ bên trong có gắn các thanh đỡ để đặt các vòng đệm
lên trên nó.
3.2. Tính toán tháp hấp thụ thu hồi benzene.
3.2.1 Cân bằng vật chất.
Lượng khí đưa vào tháp:
Đưa vào tháp
Khí cốc khô
Hơi nước
Hydrocacbon benzen
H2S
Tổng cộng

kg/h
19200
986
1220
590
21996

Nm3/h
40000
1235
316
390
41946

Nhiệt độ khí vào là 270C, áp suất là 855 mmHg.
Mất mát Hydrobenzen theo khí đi ra là 2 g/ m3 khí khô.
Hàm lượng trong khí cốc khô đi vào là:

Chương 3: Tính toán công nghệ

Trang 24


Đồ án công nghệ

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

Mức độ thu hồi hydrobenzene là:

Lượng các Hydrobenzen đã bị hấp thụ là:

Lượng Hydrobenzen còn lại trong khí tính theo thể tích là 20 m 3 theo khối
lượng là 75 kg.
Lượng khí đi ra:
Khí đi ra
kg/h
Nm3/h
Khí cốc khô
19200
40000
Hơi nước
986
1235
Hydrocacbon benzen
75
20
H2S
590
390
Tổng cộng
20851
41645
Hàm lượng thực tế cũa hydrobenzen của khí vào là:

Và khí đi ra là:

Hàm lượng cực đại của các hydrocacbon benzene trong dầu đưa vào được xác
định gần đúng là:

α2: hàm lượng hydrobenzen trong khí đi ra g/m3 .
P2: áp suất của khí ra khỏi tháp (mmHg).
Mht: khối lượng phân tử của dầu hấp thụ.
Ph: 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 Mtd =170.
Xác định áp suất hơi của hydrobenzen trên dầu thừa nhận thành phần như sau:
Benzene: 73%, Toluene: 21%, Xylen: 4%, Xolven: 2%
Chương 3: Tính toán công nghệ

Trang 25