MỤC
LỤC
LỜI NỚI
ĐẦU
8
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT PINCH
10
1.1 Khái niệm và nguyên tắc của kỷ thuật Pinch
10
1.1.1 Khái niệm Pinch
10
1.1.2 Xây dựng đường tổ hợp cho các dòng nóng,
nguội
10
1.1.3 Khái niệm DTmin và Pinch
Point
12
1.1.3.1 DTmin (Dtmin hay
∆Τ
min)
12
1.1.3.2 Pinch Point (Process Pinch)
13
1.1.4 Nguyên tắc
Pinch
14
23
1.2.2.5 Không trích xuất dữ liệu của các dòng phụ trợ thuần
túy24
1.2.2.6 Nhận dạng dữ liệu “mềm” khi trích
xuất
24
1.3 Sử dụng nhiều tác nhân cho quá trình đun nóng và làm
nguội
24
1.3.1 Biểu diễn trên giản đồ đường tổ hợp (composite
curve)
24
1.3.2 Biểu diễn trên giản đồ đường tổ hợp Grand (Grand Composite
Curve)25
1.4 Cân bằng giữa chi phí năng lượng và đầu tư ban
đầu
27
1.4.1 Quá trình thiết kế mới
HEN
27
1.4.1.1 Xác định bề mặt truyền
nhiệt
28
1.5.1 Nguyên tắc “tăng – giảm”
35
1.5.2 Thay đổi các thông số công nghệ của tháp chưng
cất
37
1.5.3 Áp dụng kỹ thuật Pinch phân tích tháp chưng cất
37
1.5.3.1 Đường tổ hợp Grand của tháp chưng cất
(CGCC)
37
1.5.3.2 Sử dụng giản đồ CGCC cho việc phân tích kỹ thuật
Pinch
38
1.5.3.3 Kết hợp tháp và phần còn lại của sơ đồ công nghệ (background
process)
40
1.6 Ứng dựng kỹ thuật Pinch phân tích “bơm nhiệt” và “máy
nhiệt”42
1.6.1 Ứng dụng kỹ thuật Pinch phân tích “máy
nhiệt”
43
1.6.2 Ứng dụng kỹ thuật Pinch phân tích bơm nhiệt
45
1.7 Thiết kế hệ thống trao đổi nhiệt (HEN) bằng phương pháp
52
1.7.3.5 Thiết kế HEN với mục tiêu chi phí vận hành nhỏ
nhất
52
1.7.3.6 Chia dòng (phân nhánh) phục vụ cho quá trình thiết
kế54
1.7.3.7 Đánh giá HEN vừa thiết kế
55
1.7.4 Thiết kế cải tiến
HEN
56
Đồ án tốt
nghiệp
Khoa Hóa – Trường Đại Học Bách
Khoa
GVHD: TS. Nguyễn Đình
Lâm
Trang 1 SVTH: Nguyễn Thanh
Sang
1.7.4.1 Phương pháp Pinch dùng khi thiết kế cải
tiến
56
1.7.4.2 Hiệu chỉnh thiết bị trao đổi nhiệt Cross
Pinch
56
Pinch
61
2.2.1 Trích xuất dữ liệu từ sơ đồ PFD và
P&ID
62
2.2.2 Mô phỏng phân xưởng CDU bằng phần mềm
Hysys
62
2.2.3 Phân tích quá trình thu hồi nhiệt bằng kỹ thuật
Pinch
63
2.2.4 Xác lập chế độ vận hành cho
HEN64
2.3 Kết quả mô phỏng và phân tích
Pinch65
2.4 So sánh quá trình mô phỏng và phân tích tối
ưu72
2.5 Kết quả tính toán HEN và các dòng công nghệ ở chế độ vận
hành
73
KẾT
nguội 18
Bảng 1.6: Các hệ số a, b,
c
29
Bảng 1.7: Một số giá trị DTmin sử dụng cho thiết kế cải tiến trong nhà máy lọc
dầu[1]
34
Bảng 1.8: Các dòng nóng và nguội của tháp chưng
cất 37
Bảng 1.9: Các trường hợp xảy ra khi kết hợp tháp vào sơ đồ công nghệ
[2]40
Bảng 1.10: Dữ liệu thiết kế
HEN
52
Bảng2.1: Các số liệu khai thác được từ quá trình mô phỏng
CDU
65
Bảng 2.2: Tác nhân phụ trợ dùng cho quá
trình 66
Bảng 2.3a: Process Pinch và Utility Pinch
67
Bảng 2.3b: Các kết quả tính toán HEN với DTmin =
13 67
Bảng 2.4: Một số giá trị CA, OC, TAC khi DTmin = [6, 7]
nguội 11
Hình 1.2: Bề mặt trao đổi nhiệt và lượng nhiệt cung cấp cho quá trình
11
Hình 1.3: Quan hệ giữa DTmin và chi phí đầu tư ban đầu
13
Hình 1.4: Sink và
Source
14
Hình 1.5: Vi phạm
Pinch
15
Hình 1.6: Sơ đồ công
nghệ 15
Hình 1.7: Sơ đồ công nghệ thu
gọn
16
Hình 1.8: Dòng nóng 1 và 2
17
Hình 1.9: Đường tổ hợp
nóng 17
Hình 1.10: Đường tổ hợp
nguội 18
Hình 1.11: Đường tổ hợp của 4 dòng công
nghệ18
23
Hình 1.18: Sử dụng nhiều tác nhân đun nóng
25
Hình1.19: Giản đồ đường dịch chuyển (Shifted Composite
Curve)
25
Hình 1.20: Đường tổ hợp Grand (Grand Composite
Curve) 26
Hình 1.21: Lượng nước làm mát và hơi cần cung
cấp26
Hình 1.22: Giản đồ Grand và điểm
Pinch 27
Hình 1.23: Bề mặt truyền nhiệt của hệ thống
28
Hình 1.24: Chi phí cho HEN
30
Hình 1.25: Cân bằng năng lượng và diện tích cho thiết kế lại
31
Hình 1.26: Thiết kế cải tiến dựa trên hệ số
α
32
Hình 1.27: Thiết kế cải tiến dựa trên sự thay đổi
DTmin
33
42
Hình 1.34d: Mô hình kết hợp thực giữa tháp chưng và background
process
42
Hình 1.35: Tích hợp máy nhiệt vào trong sơ đồ công
nghệ44
Hình 1.36a: Kết hợp tuabin hơi vào quá trình công nghệ bằng giản đồ
Grand
45
Hình 1.36b: Tích hợp tuabin khí vào quá trình công
nghệ45
Hình 1.37: Đặt bơm nhiệt vào trong quá trình công nghệ để phân tích bằng kỹ thuật Pinch
46
Hình 1.38: Ứng dụng giản đồ Grand để phân tích bơm nhiệt bằng kỹ thuật
Pinch47
Hình 1.39: Các bước tiến hành thiết kế hệ thống trao đổi nhiệt bằng phương pháp Pinch
48
Hình 1.40: Sơ đồ lưới trong phương pháp thiết kế
Pinch 49
62
Hình 2.2: Trích xuất dữ liệu từ
PFD
62
Hình 2.3: Quá trình mô phỏng phân xưởng CDU phục vụ cho kỹ thuật
Pinch63
Hình 2.4 : Các bước tiến hành phân tích
Pinch
64
Hình 2.5 : Đường tổ hợp của các dòng nóng và nguội ứng với DTmin =
13
o
C
66
Hình 2.6 : Đường tổ hợp Grand của quá trình ứng với DTmin =
13
o
C66
Hình 2.7: Mối quan hệ giữa DTmin và Q
H
,
Q
C
ích Đơ
n v
ị
COND Thiết bị ngưng tụ đỉnh
tháp
REB Thiết bị đun sôi đáy
tháp
H Thiết bị gia nhiệt
C Thiết bị làm lạnh
R1, R2 Thiết bị phản
ứng C1 Tháp chưng
cất
DTmin (Dtmin,
∆Τ
min) Chênh lệch nhiệt độ nhỏ nhất giữa đường tổ hợp nóng và nguội
o
C
HX
HEN
Thiết bị trao đổi nhiệt
Hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt (Heat Exchanger Network)
XP Lượng nhiệt truyền qua Pinch KW
OC Chi phí vận hành (Operation Cost) $/s
CC Chi phí đầu tư ban đầu của một HX (Capital Cost)
$
CC
Net
N
mv
Số lượng thiết bị trao đổi nhiệt hiện có trên sơ đồ lưới
N
t
s
Số lượng các dòng công nghệ và phụ trợ
Q
H (h)
,
Q
h,u
Lượng nhiệt cấp thêm vào quá trình KW
Q
C (c)
,
Q
c,u
Lượng nhiệt do tác nhân lạnh lấy đi KW
U
c,u
Chi phí của tác nhân lạnh $/s
U
h,u
Chi phí của tác nhân đun nóng $/s
Air Không khí làm mát
MER Năng lượng tối đa thu hồi được (Maximum Energy Recovery) KW
T
h
Diện tích bề mặt cho quá trình thiết kế mới ứng với năng lượng tiêu thụ
E
ex
m
2
A
2
Diện tích bề mặt mới
m
2
E
ret
Năng lượng tiêu thụ của HEN mới KW
A
1
Diện tích bề mặt cho quá trình thiết kế mới ứng với năng lượng tiêu thụ
E
ret
m
2
α Hệ số bề mặt hiệu quả
β Độ dốc đường cong thiết kế cải tiến
W Công sinh ra KW
Q
C
T
s-c
Nhiệt độ cuối tính toán được ở chế độ vận hành
o
C
∆
H
A
1-1
Biến thiên Enthalpy
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt theo kiểu ngược chiều
KW
m
2
A
1-2
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt dạng tube-shell
m
2
N
s
Số lượng Shell
DT
h,mi
n
= (T
đầu
-
t
Q
Ex –
VH
Lượng nhiệt trao đổi tại mỗi thiết bị khi thiết kế
Lượng nhiệt trao đổi tại mỗi thiết bị khi vận hành
KW
KW
ε
T
Sai số của nhiệt độ cuối của các dòng khi thiết kế và vận hành %
ε
Q
Sai số của lượng nhiệt trao đổi của các thiết bị khi thiết kế và vận hành %
ε
A
Sai số của diện tích của các thiết bị khi thiết kế và vận hành %
Α
TK
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt thiết kế
m
2
Α
VH
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt vận hành
m
2
LỜI NÓI
ĐẦU
Các quá trình trong công nghệ hóa học như: Chưng cất, phản ứng hóa
học,
dụng được vẫn còn rất hạn chế và chưa triệt
để.
Hiện nay, người ta dùng kỹ thuật Pinch technology để thiết kế hệ thống trao
đổi
nhiệt, nhằm tận dụng tối đa lượng nhiệt có thể thu hồi được từ quá trình qua đó
làm
giảm chi phí cho quá trình đun nóng và làm lạnh, tiến đến làm giảm chi phí tổng
của
quá
trình.
Kỹ thuật Pinch technology cung cấp cho người thiết kế một công cụ thuận
tiện
để phân tích quá trình thu hồi nhiệt tại các nhà máy hóa chất, hóa dầu và đặt biệt
là
trong lĩnh vực lọc dầu. Bằng cách xây dựng đường tổ hợp (Composite curve và
Grand
composite curve) cho các dòng công nghệ nóng và nguội trong quá trình, kỹ
thuật
Pinch technology giúp chúng ta tính toán lượng nhiệt cần cấp thêm vào hay lấy bớt
ra
khỏi quá trình một cách dễ dàng thông qua lựa chọn giá trị Dtmin thích hợp của
hệ
thống trao đổi
nhiệt.
Đề tài của tôi là: “Nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật Pinch technology vào
tối
ưu hoá hệ thống thu hồi nhiệt của phân xưởng chưng cất tại nhà máy lọc dầu
Dung
Quất”, trên cơ sở kiến thức cơ bản của kỹ thuật Pinch, ứng dụng phần mềm
Aspen
g 1
: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT
PINCH
1.1 Khái niệm và nguyên tắc của kỷ thuật
Pinch
1.1.1 Khái niệm Pinch
[1]
Pinch là kỹ thuật phân tích hệ thống để đưa ra phương pháp tiết kiệm
năng
lượng trong một cụm hay toàn bộ quá trình công
nghệ.
Pinch dựa trên phương trình cân bằng vật chất và năng lượng. Sau khi cân
bằng
vật chất và năng lượng được thiết lập, Pinch sẽ phân tích và tính toán tổng lượng
nhiệt
tối đa có thể thu hồi, chi phí cho các quá trình đun nóng và làm nguội cũng như chi
phí
đầu tư ban đầu cho hệ thống trao đổi nhiệt qua đó lựa chọn những giá trị thích
hợp
bằng cách cân bằng giữa chi phí năng lượng và chi phí đầu tư ban
đầu.
Kỹ thuật Pinch áp dụng vào hệ thống trao đổi nhiệt được bắt đầu bằng việc
xây
dựng giản đồ (đường) tổ hợp của các dòng nòng và dòng
nguội.
KW.
- Đường tổ hợp (composite curve) được phân thành 2 loại bao gồm
:
+ Đường tổ hợp nóng (hot composite curve): Tổng của các dòng
công
nghệ nóng trong quá
trình
+ Đường tổ hợp nguội (cold composite curve): Tổng của các dòng
công
nghệ nguội trong quá
trình
- Xây dựng đường tổ hợp: Đường tổ hợp được xây dựng dựa trên phương
trình
cân bằng vật chất và năng lượng. Giản đồ đường tổ hợp nóng và nguội trên đồ thị T
–
H có dạng như
sau:
GVHD: TS. Nguyễn Đình
Lâm
Trang
1212
SVTH: Nguyễn Thanh
Sang
T
o
C
Đường tổ hợp
nóng
Đường tổ hợp
nguội
H,
KW
Hình 1.2: Bề mặt trao đổi nhiệt và lượng nhiệt cung cấp cho quá
trình
Việc xây dựng và phân tích các đường tổ hợp cho phép chúng ta xác định
được:
• Lượng nhiệt cần cung cấp thêm hay lấy bớt khỏi quá
trình.
Q
Hmin
:
Lượng nhiệt cần bổ sung thêm vào (quá trình đun
nóng).
Q
Cmin
: Lượng nhiệt cần lấy bớt khỏi quá trình (quá trình làm
nguội).
• Bề mặt truyền nhiệt và số lượng thiết bị trao đổi
nhiệt
• Giá trị DTmin của hệ thống, đây là một trong những giá trị quan
trọng
cho phép tối ưu hệ thống trao đổi
nhiệt.
1.1.3 Khái niệm DTmin và Pinch
Point
1.1.3.1 DTmin (Dtmin hay
∆Τmin)
- Khái niệm: DTmin là chênh lệch nhiệt độ nhỏ nhất giữa 2 đường tổ hợp
nóng
và nguội (cũng là chênh lệch nhiệt độ nhỏ nhất trong hệ thống trao đổi nhiệt) hình
Lọc
dầu
20 –
40
Hệ số trao đổi
nhiệt
thấp, hai đường tổ
hợp
gần song song nhau,
có
sự đóng cặn trong
HEN
2
Hóa
dầu
10 –
20
Hệ số trao đổi nhiệt
cao
và ít đóng
cặn
3
Hóa
học
10 –
20
Hệ số trao đổi nhiệt
cao
và ít đóng
cặn
+
DTmin tối ưu (optimal DTmin): Ứng với mỗi giá trị DTmin ta xác
định
được bề mặt tổng (A), chi phí năng lượng và chi phí đầu tư ban đầu. Xây dựng đồ
thị
phụ thuộc giữa các thông số trên cho để tìm được giá trị DTmin tối ưu. Đồ thị quan
hệ
thực nghiệm giữa các đại lượng trên có dạng như
sau:
Chi
phí
Chi phí
tổng
Chi phí năng
lượng
Chi phí đầu tư ban
đầu
DTmin tối
ưu
Hình 1.3: Quan hệ giữa DTmin và chi phí đầu tư ban
đầu
Sau khi xác định được DTmin tối ưu của quá trình, chúng ta đã tính toán
được
hết những giá trị tối ưu của HEN. Tuy nhiên để đưa những phân tích ở trên vào
quá
trình thiết kế HEN, chúng ta phải xác định được điểm Pinch và tuân theo một
số
nguyên tắt của Pinch khi thiết kế HEN để đạt được những giá trị khi tính toán tối
ưu.
Bảng
40
0
C
Hệ số cấp nhiệt của
khói
lò
thấp
4
Sản xuất hơi nước bằng khói
lò
25 – 40
0
C
Hệ số trao đổi nhiệt
phía
hơi nước
lớn
5
Gia nhiệt không khí bằng khói
lò
50
0
C
Lượng nhiệt cung cấp
phụ
thuộc vào điểm sương
của
khói lò (Ăn
mòn)
6
[1]
Hình 1.4: Sink và
Source
Giả sử có một lượng nhiệt α truyền từ phần Sink sang phần Source
(Across
Pinch) như vậy ta cần cung cấp thêm một lượng nhiệt đúng bằng α từ bên ngoài
vào
phần Sink để đảm bảo quá trình đun nóng. Phần Source sẽ nhận được lượng nhiệt
bằng
α
từ phần sink nên cũng cần thêm tác nhân làm nguội để lấy đi lượng nhiệt
α
do
phần
Sink cung cấp. Như vậy cần phải cung cấp thêm tác nhân nóng và nguội cho quá
trình.
Nếu cung cấp cho phần Source một lượng nhiệt β và lấy bớt ở phần Sink một
lượng
nhiệt bằng γ, như vậy cũng đồng nghĩa ta phải thêm tác nhân nóng để cấp nhiệt
cho
phần Sink và tác nhân nguội để làm nguội phần
Source.
Tóm lại, Nếu các quá trình trên xảy ra đồng thời thì lượng nhiệt mà phần
Sink
cần bổ sung thêm và lượng nhiệt mà phần Source nhận được là
α + β + γ.
Nếu xét về mặt kinh tế thì các quá trình này xảy ra làm giảm đi tính kinh tế
của
quá trình, nếu xét về mặt năng lượng thì chúng ta đang lãng phí, chưa tận dụng
hết
S in k
α
Q
C
m in
+
α+β
γ
∆
H
K
W
Hình 1.5: Vi phạm
Pinch
1.2 Khai thác dữ liệu từ sơ đồ công nghệ để áp dụng và kỹ thuật
Pinch
1.2.1 Ví dụ mở
đầu
Giả sử ta có sơ đồ công nghệ như hình vẽ
1.11:
C
h ú
0
C
C1
COND
60
0
C
HX
H
180
0
C
R2
120
0
C
100
0
C
R1
130
0
C
REB
HX C
30
0
C
120
0
.
3
: Các số liệu từ sơ đồ công
nghệ
STT Dòng
T
ban
đầu
0
C
T
cuối
0
C
Lưu
lượng
m
(kg/h)
Cp
(kj/kg.
o
C)
CP = m x
Cp
(KW/
0
C)
Ghi
hợp
−
Xây dựng đường tổ hợp cho 2 dòng nóng 1 và 2: Biểu diễn dòng 1 và 2
trên
đồ thị T – H, sau đó cộng 2 đường này lại như sau: Khoảng nhiệt độ từ 40
0
C đến
80
0
C chỉ có dòng 2 được biểu diễn CP
nóng
= CP
2
= 40, khoảng nhiệt độ từ 80
0
C đến
130
0
C cả 2 dòng được biểu diễn và CP
∑nóng
= CP
1
+ CP
2
= 20 + 40 = 60, khoảng nhiệt
độ
từ 130
0
C đến 180
0
(KW)
1 Nóng 180 80 60 6000
2 Nóng 130 40 120 10800
Hai dòng nóng 1 và 2 được biểu diễn như hình 1.8 bên dưới và đường tổ hợp được
mô
tả trên hình
1.9.
Hot Composite
Curve
200
180
200
160
140
150
120
100
50
0
1
2
0 5000 10000
15000
H
100
80
40
20
0
0 5000 10000 15000
T
T
− Xây dựng đường tổ hợp nguội cho hai dòng nguội 3 và 4: Tiến hành
tương
tự, khoảng nhiệt độ 30 đến 60 chỉ có dòng 4 được biểu diễn CP
nguội
= 36, khoảng
nhiệt
độ từ 60 đến 100 đường tổng của 3 và 4 được thể hiện CP
∑nguội
= CP
3
+ CP
4
= 80 +
36
= 116, khoảng nhiệt độ từ 100 đến 120 chỉ có dòng 4 được biểu diễn CP
nguội
= CP
4
=
36.
Bản
g
1
.
5
120
100
80
60
40
20
0
Đường tổ hợp
lạnh
140
120
100
3
80
4
60
40
20
0
(CP4)
(3) +
(4)
(CP4)
(4)
0 5000 10000 15000 20000
25000
H
0 5000
10000 15000 20000 25000
H
0
5000 10000 15000 20000
25000
∆
H
KW
Hình 1.11: Đường tổ hợp của 4 dòng công
nghệ
T
T
Hot Composite Curve
Cold Composite
Cur
DTmin =
10
Với ví dụ trên, chúng ta bước đầu đã tạo dựng được công cụ phục vụ cho
việc
phân tích Pinch, tuy nhiên để quá trình phân tích bằng kỹ thuật Pinch đạt hiệu quả
cao
và kinh tế nhất thì cần phải tuân thủ một số nguyên tắc được đưa ra dưới
đây.
1.2.2 Nguyên tắc khai thác dữ liệu từ sơ đồ công
nghệ
Tất cả những dữ liệu của các dòng công nghệ nóng, nguội và các dòng phụ
trợ,
các thông tin về chi phí của các dòng phụ trợ phải được khai thác đầy đủ và chính
xác.
Dữ liệu của các dòng công nghệ và phụ trợ bao gồm những thông tin về lưu
lượng,
nhiệt độ, độ nhớt, hệ số dẫn nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng là
− Giả sử ta có mô hình công nghệ như hình
1.12:
Trong
đó:
+ Reactor 1,2: thiết bị phản ứng 1,
2.
+ : Năng lượng,
KW
Máy
nén
o
100
o
C
o
200 C
o
o
Reactor 1
250
o
1000
50 C
200 C
Nguyên liệu
4000
Reactor 2
o
250 C
100
Như vậy, chúng ta mặc nhiên khẳng định rằng mô hình HEN sẵn có là tối ưu và
chúng
ta không hề áp dụng kỹ thuật phân tích Pinch trong mô hình này, mô hình này
không
tính đến việc cải thiện thu hồi năng
lượng.
+ Phương pháp xấp xỉ: Bằng kinh nghiệm và những hiểu biết cặn kẽ
tính
chất của các dòng công nghệ, chúng ta hoàn toàn có thể gộp các dòng có cùng
tính
chất lại với nhau thành một và đơn giản hóa được mô hình thiết kế như hình
1.14.
Ba dòng nguội (cần gia nhiệt) được gộp lại thành một dòng duy nhất thể
hiển
đầy đủ tính chất của cả ba dòng, bên cạnh đó ba dòng nóng cũng được gộp lại
thành
một dòng duy nhất với đầy đủ những thông tin của cả ba
dòng.
o
250
C
o
250
C
∆H =
1000
∆H =
1000
o
200
∆H =
6000
o
100
C
∆H =
1000
o
50
C
o
100
C
o
50
C
o
100
C
∆H =
1000
o
50
C
o
100
C
∆H =
1000
o
nóng)
− Các thiết bị gia nhiệt được thể hiện bằng một vòng tròn và có dấu
mũi
tên
− Các thiết bị trao đổi nhiệt được thể hiện bằng 2 vòng tròn và có
đường
thảng nối ở
giữa.
Mô hình xấp xỉ đơn giản hơn mô hình cũ rất nhiều và dựa vào mô hình
này
chúng ta có thể áp dụng kỹ thuật phân tích của Pinch nhằm tối đa lượng nhiệt thu
hồi
GVHD: TS. Nguyễn Đình
Lâm
Trang
2222
SVTH: Nguyễn Thanh
Sang
và để tìm ra một giá trị rất quan trọng là DTmin, bằng cách xây dựng mối quan hệ
giữa
DTmin và chi phí đầu tư cũng như chi phí vận hành như trên hình
1.4.
o
250
C
∆H =
8000
o
50
C
Trên sơ đồ công nghệ, các dòng công nghệ được phân ra và tổ hợp lại ở
các
nhiệt độ khác nhau là khá phổ biến. Nhưng chính điều này gây ra những khó khăn
cho
người thiết kế khi lọc dữ liệu để áp dụng kỹ thuật
Pinch.
Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy rằng khi hai dòng có nhiệt độ khác nhau
T
1
và T
2
(giả sử T
2
> T
1
) được gộp lại thành một dòng duy nhất có nhiệt độ T thì có
một
quá trình tất yếu xảy ra là có sự truyền nhiệt từ dòng có nhiệt độ lớn hơn (T
2
)
sang
dòng có nhiệt độ nhỏ hơn (T
1
). Như vậy chúng ta hoàn toàn có thể xem như là có
một
thiết bị trao đổi nhiệt giả định giữa 2 dòng đó [1], quá trình này được mô tả trên
hình
1.15.
Giả sử ta chọn điểm Pinch của dòng nóng là 100
o
20
112
o
Cross Pinch
o
1
o
(a)
112
o
o
56
20
o
20
56
(b)
90
o
Hình 1.15: Thiết bị trao đổi nhiệt giả
định
Để tránh Cross Pinch khi tổ hợp hai hay nhiều dòng công nghệ chúng ta
cần
phải tổ hợp các dòng này ở cùng nhiệt độ như hình 1.15c dưới
đây:
o
o
20
o
nữa.
1.2.2.3 Khai thác dữ liệu tại các nhiệt độ “có hiệu quả” của các dòng công
nghệ
Khi lọc dữ liệu từ sơ đồ công nghệ để áp dụng kỹ thuật Pinch, nhiệt độ
“hiệu
quả” của các dòng mới là giá trị quan trọng chứ không phải là nhiệt độ thực của
các
dòng.
[1]
Nhiệt độ thực của dòng công nghệ: Nhiệt độ thực của dòng công nghệ là
nhiệt
độ tại đầu vào và đầu ra ở mỗi thiết bị trao đổi
nhiệt.
Nhiệt độ “có hiệu quả”
[1]:
− Đối với dòng nóng: Nhiệt độ hiệu quả là nhiệt độ ứng với lượng
nhiệt
thực mà dòng nóng truyền cho dòng
nguội
− Đối với dòng nguội: Nhiệt độ hiệu quả là nhiệt độ ứng với lượng
nhiệt
cần thêm vào để nó đạt được nhiệt độ cần
thiết.
Ví dụ chúng ta có sản phẩm của một phản ứng cracking được lấy ra ở 1000
o
C
và được làm nguội đến 500
o
C lượng nhiệt mà nó mất đi được dùng để sản xuất
hơi
o
C
Hình 1.16: Nhiệt độ có hiệu
quả
1.2.2.4 Đảm bảo tính chính xác của dữ liệu khi trích
xuất
Chúng ta biết rằng biến thiên ∆H thường là không tuyến tính trong các quá
trình
thực tế, đặc biệt là trong các quá trình có sự hóa hơi và ngưng tụ của các dòng
công nghệ.
Biến thiên ∆H phụ thuộc vào Cp, trong khi đó Cp lại là một hàm của nhiệt
độ,
Cp (T) = A + BT + CT
2
+ DT
3
, vì thế trong suốt quá trình trao đổi nhiệt của hai
dòng
công nghệ, Cp sẽ thay đổi theo. Do vậy, để kết quả tính toán không bị sai lệch
nhiều,
chúng ta phải chia dòng ra thành nhiều khoảng nhiệt độ khác nhau và xác định Cp
cho
từng đoạn để xây dựng đường cong đun nóng và làm nguội giả định. Chúng ta
cũng
cần chú ý rằng vị trí của đường cong giả định so với đường cong thực cũng là một
yếu
tố rất quan trọng và tuân theo quy tắc sau (hình
1.17):
T
e
m
p
os
ite
c
ur
ve
e
xtra
c
ted
co
ld
c
om
po
site
c
u
rv
e
ac
nhiệt
mà dòng giả định mang theo là lớn hơn so với dòng thực và ngược lại nếu ở cùng
một
elthalpy thì nhiệt độ của dòng thực lại lớn hơn dòng giả (định đối với dòng nóng)
và
o
o
Copyright: Tài liệu đại học ©