Đường tổ hợp (Composite Curve) được xây dựng nhờ phương trình cân bằng vật chất và năng lượng cho phép xác định năng lượng tối thiểu cần cung cấp cho quá trình. Như vậy bằng cách thay đổi phương trình cân bằng vật chất và năng lượng (tức là thay đổi hình dáng đường tổ hợp) có thể làm giảm hoặc tăng tiêu tốn năng lượng.
Năng lượng tiêu thụ của một phân xưởng thường bị ảnh hưởng, tác động qua lại lẫn nhau của nhiều thông số vận hành nên rất khó có thể biểu diễn mối quan hệ giữa chúng bằng các phương trình toán học thuần tuý. Vì vậy, chúng ta rất khó có thể dự đoán được chi phí năng lượng cho quá trình sẽ thay đổi như thế nào khi thay đổi các thông số vận hành. Ví dụ như một quá trình chưng cất khí quyển dầu thô, có nhiều thông số ảnh hưởng như áp suất làm việc, nhiệt độ và thành phần hơi của nguyên liệu, lưu lượng dòng Pumparound, tỉ số hồi lưu R… Việc điều chỉnh thông số nào để làm giảm tiêu hao năng lượng là một điều không dễ dàng.
Nguyên tắc “tăng - giảm” (+/-) của Pinch cho phép chúng ta thực hiện việc lựa chọn các thông số vận hành cần thay đổi một cách dễ dàng và khoa học trong các quá trình thiết kế cải tiến các hệ thông thu hồi nhiệt sẵn có.
1.5.1 Nguyên tắc “tăng – giảm”
Như đã biết, cân bằng vật chất thay đổi kéo theo sự thay đổi hình dạng đường tổ hợp, do vậy:
Giảm lượng tiêu dùng tác nhân đun nóng nếu:
Tăng năng suất nhiệt của dòng nóng ơ phía Sink Giảm năng suất nhiệt của dòng nguội ở phía Sink
Giảm lượng tiêu dùng tác nhân làm nguội nếu:
• Giảm Năng suất nhiệt của dòng nóng ở phía Source
• Tăng năng suất nhiệt của dòng nguội ở phía Source Nguyên tắc “+/-“ được thể hiện như trên hình 1.30 dưới đây.
Sự thay đổi dễ nhìn thấy nhất và thể hiện trực tiếp ảnh hưởng lên năng suất nhiệt mà không làm thay đổi cân bằng vật chất của hệ thống là sự thay đổi nhiệt độ của các dòng. Tuy nhiên chúng ta chỉ có thể làm giảm lượng nhiệt tiêu thụ khi mà sự thay đổi này kéo theo sự truyền nhiệt qua Pinch (cross Pinch) hay nói cách khác là có sự dịch chuyển một lượng nhiệt ở phía trên Pinch sang phần dưới Pinch như hình 1.30
Trên hình 1.30, chúng ta thay đổi (giảm) áp suất nạp liệu thì phần năng lượng giành cho hóa hơi nguyên liệu sẽ chuyển từ phần Sink sang phần Source và kết quả thấy rõ trên hình 1.30 là lượng tác nhân nóng và nguội đều giảm.
T C P in c h + - - + ∆Η ΚW
Hình 1.30: Nguyên tắc tăng giảm của Pinch
T C
FV
FV
∆H KW
sau:
Hình 1.31: Giảm lượng phụ trợ dùng bằng cách thay đổi áp suất nạp liệu
Như vậy, sự dịch chuyển nhiệt độ của các dòng công nghệ được thể hiện như
- Dịch chuyển dòng nóng từ phía dưới Pinch lên phía trên Pinch
- Dịch chuyển dòng nguội từ phía trên Pinch xuống phía dưới Pinch o
Sự thay đổi năng suất nhiệt và một số tính chất của các dòng công nghệ thường được áp dụng cho tháp chưng cất vì sự tiêu hao năng lượng của nó tương đối lơn so vơi các quá trình khác, bên cạnh đó các thông số của tháp có thể thay đổi trong phạm vi nhất định mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm thu hồi.