Nghiên cứu thiết kế chế tạo thực nghiệm thiết bị chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời dạng bậc thang
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.65 MB, 104 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
LÊ XUÂN PHONG
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM
THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI DẠNG BẬC THANG
Chuyên Ngành : KỸ THUẬT NHIỆT
Mã Số
: 60520115
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. NGUYỄN THẾ BẢO
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 :
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 :
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM
Ngày... Tháng... Năm 2015
Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ bao gồm:
1. Chủ tịch:
2. Thư ký :
3. ủy viên - Phản biện 1:
4. ủy viên - Phản biện 2:
5. ủy viên:
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận vãn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Họ tên và chữ ký)
TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ
(Họ tên và chữ ký)
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
Tp. HCM, Ngày tháng năm 2015
NHỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: LÊ XUÂN PHONG
MSHV: 7140355
Ngày, tháng, năm sinh: 06/07/1989
Nơi sinh: Khánh Hòa
Chuyên nghành: KỸ THUẬT NHỆT
Mã số: 60520115
I. TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM THIẾT BỊ
CHƯNG CẤT NƯỚC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DẠNG BẬC
THANG
II.
NHỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
-
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết liên quan đến chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt
trời ở điều kiện thời tiết Việt Nam, dựa trên các công trình nghiên cứu trên thế giới.
-
Chế tạo mô hình thực nghiệm thiết bị chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời
dạng bậc thang.
-
Thực nghiệm thiết bị chưng cất, đo đạc thông số nhiệt độ các điểm nút, sản lượng
nước và xử lý số liệu thành dạng bảng, biểu đồ so sánh.
-
Thực nghiệm và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sản lượng của thiết bị chưng
cất nước sử dụng năng lượng mặt trời dạng bậc thang.
-
So sánh các yếu tố kỹ thuật của thiết bị chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời
dạng bậc thang với các dạng thiết bị chưng cất khác.
-
Tính khả thi về mặt kinh tế khi đầu tư thiết bị vào sử dụng trong thực tế.
-
Rút ra kết luận và kiến nghị.
III. NGÀY GIAO NHỆM VỤ : 06/07/2015
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHỆM vụ : 04/12/2015
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 : TS. NGUYỄN THẾ BẢO
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)
TS. NGUYỄN THẾ BẢO
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)
GS.TS. LÊ CHÍ HIỆP
TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ
(Họ tên và chữ ký)
LỜI CẢM ƠN
Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:
> Cán bộ hướng dẫn: TS. NGUYỄN THẾ BẢO , đã đưa ra định hướng cho học viên
tiếp cận đề tài về ứng dụng năng lượng mặt trời trong chưng cất nước. Trong quá trình
thực hiện luận vãn, thầy đã quan tâm, chia sẻ, sửa chữa, đóng góp ý kiến kịp thời và
giúp đỡ học viên hoàn thành các nội dung nghiên cứu ừong luận văn.
> Xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong bộ môn Công nghệ nhiệt lạnh - Trường
Đại học Bách Khoa Tp.HCM đã tận tâm truyền đạt kiên thức cũng như kinh nghiệm
ừong suốt quá trình học viên bước vào giảng đường cao học đến nay.
> Gia đình đã tạo điều kiện thuận lợi về thời gian, vật chất, chia sẻ, động viên học viên
ttong suốt thời gian qua.
> Các bạn bè thân thiết và đặc biệt là gia đình của bạn Hoàng Vãn Viết đã tạo điều kiện
về cơ sở hạ tầng để học viên hoàn thành mô hình thực nghiệm ừong luận văn.
Học viên
LÊ XUÂN PHONG
TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
Luận văn “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thực nghiệm thiết bị chưng cất nước sử
dụng năng lượng mặt trời dạng bậc thang” sẽ bao gồm những nội dung như sau:
> Tổng quan về lịch sử phát triển, tình hình nghiên cứu, ứng dụng chưng cất nước tại
Việt Nam và hên thế giới.
> Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến thiết bị chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt
ười.
> Thiết ke và che tạo thiết bị chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt ười dạng bậc
thang
> Mô phỏng các mô hình thiết bị dựa ưên kết cấu đã chế tạo để tìm độ sâu hay khối
lượng lớp nước tốt nhất cho thiết bị.
> Tiến hành đo đạc thực nghiệm các mô hình thiết bị để kiểm chứng với lý thuyết mô
phỏng.
> Phân tích kinh tế
> Rút ra kết luận và kiến nghị
ABSTRACT
The thesis “Study on design, manufacturing and experiment of stepped solar
still”
> Overview of developed history, study situation and present condition for water
distillation in Vietnam as well as in the world.
> Analysis of factors affecting productivity and efficiency of solar still.
> Design drawing and manufacture of stepped solar still.
> Modelling for devices based on manufactured structure to find optimum depth of
water.
> Experiment of devices to verify with modelling.
> Economic analysis
> Result and petition
LỜI CAM ĐOAN
Học viên xỉn cam đoan rằng những nội dung kiến thức và các sổ liệu thực nghiệm
được trình bày trong luận văn này là do học viên tìm hiểu, nghiên cứu và đo đạc được
trên mô hĩnh thực nghiệm của học viên.
Trong quá trình làm luận văn, học viên có sử dụng một số nguồn tài liệu của cấc
tấc giả khấc ở Việt Nam cũng như trên thể giới, nhưng có trích dẫn nguồn gốc rõ ràng.
Học viên
Lê Xuân Phong
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU, HÌNH ẢNH VÀ BẢNG ĐƯỢC SỬ
DỤNG TRONG LUẬN VĂN
1. Danh mục chữ viết tắt
NLMT: Năng lượng mặt trời
BXMT: Bức xạ mặt ười
PA: Phương án
TN: Thí nghiệm
RO: Reverse Osmosis
MSF: Multi Stage Flash
MED: Multi Effect Distillation
NT: Ngưng tụ
BNTP: Bộ ngưng tụ phụ
NPV: Net present value
IRR: Internal rate of Return
2. Danh mục kí hiệu, ý nghĩa và do n vị
Ký hiệu
Ý nghĩa
Đơn vị
Is(t)
Bức xạ mặt ười ưên mặt phẳng nghiêng
(W/m2)
àsỉs(ị)
Mật độ dòng nhiệt kính phủ hấp thụ
(W/m2)
cự/o
Mật độ dòng nhiệt nước biển hấp thụ
(W/m2)
ajwZí ơ)
Mật độ dòng nhiệt tấm truyền nhiệt (phần tiếp xúc
(W/m2)
với nước) hấp thụ
Qcw-h
Nhiệt lượng truyền bằng đối lưu giữa bề mặt nước
(W)
biển và humid-aừ
Qew-h
Nhiệt lượng truyền bằng bốc hơi giữa bề mặt nước
biển và humid-aữ
(W)
Qrw-g
Nhiệt lượng truyền bằng bức xạ giữa bề mặt nước
(W)
biển và kính phủ
Qch_g
Nhiệt lượng truyền bằng đối lưu giữa Humid- aữ và kính phủ (W)
Qch-g
Nhiệt lượng truyền bằng ngưng tụ giữa Humid-aữ và
(W)
kính phủ
Qci-dh
Nhiệt lượng truyền bằng đối lưu giữa Dehumid-aữ và
(W)
lớp cách nhiệt
Qri-co
Nhiệt lượng truyền bằng bức xạ giữa lớp cách nhiệt và
(W)
bề mặt BNTP
Qcdh-co
Nhiệt lượng truyền bằng ngưng tụ giữa Dehumid-aừ
(W)
và bề mặt BNTP
Qcdh-co
Nhiệt lượng truyền bằng đối lưu giữa Dehumid-aữ và
(W)
bề mặt BNTP
Qc, b-sw
Nhiệt lượng truyền bằng đối lưu giữa tấm truyền nhiệt
(W)
(phần tiếp xúc với nước) và nước biển (W)
Q1; o-a
Nhiệt lượng tổn thất bằng đối lưu và bức xạ từ bề mặt
(W)
ngoài của kính phủ ra môi trường
Qico, o-a
Nhiệt lượng tổn thất bằng đối lưu và bức xạ từ bề mặt
(W)
của BNTN ra môi trường
(phần tiếp xúc với nước) và nước biển
hc>bw.w
Hệ số truyền nhiệt bằng đối lưu giữa tấm truyền nhiệt
(W/m2 °C)
hch-g
Hệ số truyền nhiệt bằng đối lưu giữa Humid-aữ và kính phủ (W/m2 °C)
hch-g
Hệ số truyền nhiệt bằng ngưng tụ giữa Humid-air và kính phủ(W/m2 °C)
hkg
Hệ số truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt giữa bề mặt trong với
(W/m2 °C)
bề mặt ngoài của kính phủ
htg,o-a
Hệ số tổn thất bằng đối lưu và bức xạ từ bề mặt ngoài của (W/m2 °C)
kính phủ ra môi trường
hki
Hệ số truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt giữa tấm truyền nhiệt và (W/m2 °C)
lớp cách nhiệt
hcw-h
Hệ số truyền nhiệt bằng đối lưu giữa bề mặt nước biển và (W/m2 °C)
humid-aữ
hew-h
Hệ số truyền nhiệt bằng bốc hơi giữa bề mặt nước biển và (W/m2 °C)
humid-aữ
hcdh-co
Hệ số truyền nhiệt bằng đối lưu giữa Dehumid-air và bề
(W/m2 °C)
mặt BNTP
hcdh-co
Hệ số truyền nhiệt bằng ngưng tụ giữa Dehumid-air và bề (W/m2 °C)
mặt BNTP
hci-dh
Hệ số truyền nhiệt bằng đối lưu giữa Dehumid-air và lớp (W/m2 °C)
cách nhiệt
hri-co
Hệ số truyền nhiệt bức xạ giữa lớp cách nhiệt và bề mặt
(W/m2 °C)
BNTP
hcdh-g
Hệ số tổn thất bằng đối lưu và bức xạ từ bề mặt ngoài kính (W/m2 °C)
dTw
dt
phủ ra môi trường
Sự thay đổi nhiệt độ của nước theo thời gian
°c/s
dt
Khoảng thời gian
s
Ag
Diện tích kính phủ
m2
Aw
Diện tích bề mặt nước
m2
cw
Nhiệt dung riêng đẳng áp của nước
J/kg°C
Pw
Khối lượng riêng của nước
kg/m3
Hệ số dẫn nhiệt của nước
w/m°c
Độ nhớt động lực học của nước
Ns/m2
p„
Hệ số giãn nở của nước
l/°c
V.
Độ nhớt động học của nước
m2/s
V
Vận tốc gió
m/s
T
Nhiệt độ môi trường
°C
Nhiệt độ bề mặt của kính phủ
°C
Nhiệt độ nước biển
°C
Teo
Nhiệt độ bề mặt tấm ngưng tụ phụ
°C
Tb
Nhiệt độ tấm truyền nhiệt
°C
Kw
A
a
T
T
T
A
g
w
Aí
Thời gian từ 0 đến t
s
X
Bề dày lớp nước
m
lg
Bề dày của kính phủ
m
k
Hệ số dẫn nhiệt của kính phủ
m
li
Be dày của lớp cách nhiệt
m
ki
Hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt
m
à'
Khả năng hấp thụ của kính phủ
g
Khả năng hấp thụ của nước
àb
Khả năng hấp thụ của tấm truyền nhiệt
T
Hệ số xuyên qua
h
Humiddification
dh
Dehumidification
w
Water
g
Glass
b
Basin liner
i
Insulation
co
Condenser
r
Radiant
e
Evaporation
c
Convection
a
Aữ
0
Output
sỉd
Side
Re
Trị số Reynol
Nu
Trị số Nusselt
Gr
Tri so Grashof
Pr
Trị số Prandal
3. Danh mục hình ảnh
Hình 1.1 : Trạm chưng cất nước bằng NLMT tại bãi biển osw Deytone, Florida
Hình 1.2 : Nhà máy chưng cất nước bằng NLMT trên các đảo Symi (Hy Lạp)
Hình 1.3: Thiết bị chưng cất nước NLMT dạng Double Basin
Hình 1.4: Thiết bị chưng cất nươc NLMT dạng Single Basin
Hình 1.5: Thiết bị chưng cất nước dạng Duoble Basin kết hợp ống thủy tinh chân không
Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị chưng cất nước bằng NLMT kết hợp bộ
thu tấm phang
Hình 1.7: Sơ đồ bố trí hệ thống thực nghiệm
Hình 1.8: So sánh sản lượng nước một số ngày thực nghiệm
Hình 1.9: Thiết bị chưng cất nước năng lượng mặt ười dạng bậc thang kết hợp với màng
nước giải nhiệt trên kính phủ
Hình 1.10: Sơ đồ bố ưí thực nghiệm
Hình 1.11: Biểu đồ so sánh thiết bị chưng cất nước dạng bậc thang kết hợp vơi bộ
ngưng tụ ngoài và dạng truyền thống
Hình 1.12: Sơ đồ đường dẫn nước chảy ưên tấm hấp thụ
Hình 1.13: Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống
Hình 1.14: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sản xuất nước cất
Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lý thiết bị
Hình 1.16: Sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị
Hình 1.17: Mô hình thí nghiệm thực tế
Hình 1.18: Mô hình thí nghiệm thực tế
Hình 1.19 : Dự đoán sự tăng trưởng công suất lắp đặt các nhà máy chưng cất nước ưên
toàn thế giới
Hình 1.20: Biểu đồ hiện ttạng chưng cất nước ưên thế giới với các loại nước khác nhau
Hình 1.21 : Biểu đồ thể hiện công suất chưng cất nước ưên toàn cầu (m3/ngày)
Hình 1.22: Các công nghệ chưng cất nước phổ biến hiện nay
Hình 1.23: Lắp đặt thiết bị chưng cất nước tại Thừa Thiên Huế
Hình 1.24: Thử nghiệm thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT tại Trường Sa
Hình 1.25: Hình ảnh tấm Carocell tại Cà Mau
Hình 1.26: Hình ảnh tấm Carocell ừên nóc nhà của trường Hoàng Văn Thụ
Hình 1.27: Hình ảnh tấm Carocel ttên nóc nhà của trường tiểu học Tân Huề 1
Hình 1.28: Hình ảnh tấm Carocell ttên nóc nhà của trường Tân Huề 2
Hình 1.29: Hình ảnh tấm Carocell ttên nóc nhà của trường tiểu học Mỹ Xương
Hình 1.30: Thượng tá Lê Hồng Thủy uống thử nước chưng cất từ tấm Carocell
Hình 1.31: Thiết bị chưng cất dạng bể phẳng truyền thống
Hình 1.32: Thiết bị chưng cất dạng bể phẳng hai cấp
Hình 1.33: Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT có lắp boô ngưng tụ ngoài
Hình 1.34: Thiết bị chưng cất nước dùng NLMT sử dụng bấc nhiều lớp
Hình 1.35: Sơ đồ thiết bị chưng cất nước dạng bậc thang
Hình 1.36: Thiết bị chưng cất nước kết hợp với Collector tấm phẳng gia nhiệt nước gián
tiếp thống qua dàn hao đổi nhiệt
Hình 1.37: Thiết bị chưng cất dạng chủ động kết họp với màng nước làm lạnh bề mặt
kính phủ
Hình 1.38: Hệ thống chưng cất nước dạng chủ động có bố trí thêm bình tích trữ nước
nóng
Hình 1.39 : Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại chủ động ngưng tụ ngoài
Hình 2.1: Các yếu tố ảnh hưởng đến thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT
Hình 2.2: Ảnh hưởng của tốc độ gió đến nhiệt độ kính phủ và sản lượng nước chưng cất
Hình 2.3: Ảnh hưởng của việc phun nước giải nhiệt kính phủ đến sản lượng nước chưng
cất
Hình 2.4: Thiết bị chưng cất nước NLMT có các dạng tấm phủ khác nhau
Hình 2.5: Ảnh hưởng của mực nước đến sản lượng nước chưng cất
Hình 2.6: Ảnh hưởng của khoảng cách giữa bộ bốc hơi và ngưng tụ đối với sản lượng
nước (ô là khoảng cách giữ bộ bốc hơi và ngưng tụ)
Hình 2.7: Ảnh hưởng của lớp cách nhiệt đến sản lượng nước chưng cất
Hình 2.8: Ảnh hưởng của việc tạo đối lưu cưỡng bức trong thiết bị đến sản lượng nước
chưng cất
Hình 2.9: Tổng thể thiết bị
Hình 2.10: Modul phần thân của thiết bị
Hình 2.11: Modul phần bậc thang của thiết bị
Hình 2.12: Modul phần khung đỡ của thiết bị
Hình 2.13: Gia công phần thân thiết bị
Hình 2.14: Gia công phần bậc thang thiết bị (mặt trong được sơn đen hấp thụ - mặt đáy
được bọc cách nhiệt)
Hình 2.15: Gia công các chi tiết phần khung thiết bị
Hình 2.16: Chi tiết các bộ phận được đặt gói gọn trong phần thân thiết bị
Hình 2.17: Mô hình thực tế hoàn chỉnh
Hình 2.18: Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị
Hình 3.1: Nguyên lý quá trình chưng cất nước bằng NLMT
Hình 3.2: Ket cấu tấm phang ngưng màng và ngưng giọt
Hình 3.3: Dòng nhiệt ừong thiết bị chưng cất dạng bậc thang kết hợp bộ ngưng tụ phụ
Hình 3.4: Sơ đồ khối các bước mô phỏng Matlab
Hình 3.5: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ môi trường và vận tốc gió đo đạc được trong ngày
2/10/2015
Hình 3.6: Biểu đồ biễu diễn kết quả mô phỏng nhiệt độ tại các điểm đặc trưng của thiết
bị ngày 2/10/2015
Hình 3.7: Biểu đồ biểu diễn lượng bức xạ đo đạc được và sản lượng nước mô phỏng
được ngày 2/10/2015
Hình 4.1: Các thiết bị đo được sử dụng trong thực nghiệm
Hình 4.2: Vị trí đặt thiết bị
Hình 4.3: Vị trí đặt đầu dò nhiệt độ ở thiết bị
Hình 4.4: Vị trí đặt đầu dò nhiệt độ ở thiết bị hên thực tế
Hình 4.5: Thực nghiệm song song hai thiết bị với độ nghiêng PA1 (30°) và PA2 (20°)
Hình 4.6: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ môi trường và vân tốc gió ngày 30/9/2015
Hình 4.7: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ tại các điểm đặc trưng và sản lượng nước của PA1
đo thực nghiệm ngày 30/9/2015
Hình 4.8: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ tại các điểm đặc trưng và sản lượng nước của PA2
đo thực nghiệm ngày 30/9/2015
Hình 4.9: Biểu đồ so sánh tổng lượng bức xạ và sản lượng nước của 2 PA đo thực
nghiệm ngày 30/9/2015
Hình 4.10: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ môi trường và vân tốc gió ngày 2/10/2015
Hình 4.11: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ tại các điểm đặc trưng và sản lượng nước của
PA2 đo thực nghiệm ngày 2/10/2015
Hình 4.12 : Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ tại các điểm đặc trưng và sản lượng nước của
PA3 đo thực nghiệm ngày 2/10/2015
Hình 4.13: Biểu đồ so sánh tổng lượng bức xạ và sản lượng nước của 2 PA đo thực
nghiệm ngày 2/10/2015
Hình 4.14: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ môi trường và vân tốc gió ngày 13/11/2015
Hình 4.15: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ tại các điểm đặc trưng và sản lượng nước của
PA3 đo thực nghiệm ngày 13/11/2015
Hình 4.16: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ tại các điểm đặc trưng và sản lượng nước của
PA4 đo thực nghiệm ngày 13/11/2015
Hình 4.17: Biểu đồ so sánh tổng lượng bức xạ và sản lượng nước của 2 PA đo thực
nghiệm ngày 13/11/2015
Hình 4.18: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ môi trường và vân tốc gió ngày 15/11/2015
Hình 4.19: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ tại các điểm đặc trưng và sản lượng nước của
PA3 đo thực nghiệm ngày 15/11/2015
Hình 4.20: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ tại các điểm đặc trưng và sản lượng nước của
PA5 đo thực nghiệm ngày 15/11/2015
Hình 4.21: Biểu đồ so sánh tổng lượng bức xạ và sản lượng nước của 2 PA đo thực
nghiệm ngày 15/11/2015
Hình 4.22: Biểu đồ so sánh nhiệt độ tại các điểm đặc trưng giữa kết quả MP và TN ứng
với ngày 2/10/2015
Hình 4.23: Biểu đồ so sánh sản lượng nước chưng cất giữa kết quả MP và TN ứng với
ngày 2/10/2015
Hình 4.23: Bố trí thí nghiệm thiết bị chưng cất dạng bậc thang không có tuần hoàn hơi
Hình 4.25: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ môi trường và vân tốc gió ngày 15/10/2015
Hình 4.26: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ tại các điểm đặc trưng và sản lượng nước của
PA6 đo thực nghiệm ngày 15/10/2015
Hình 4.27: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ tại các điểm đặc trưng và sản lượng nước của
PA7 đo thực nghiệm ngày 15/10/2015
Hình 4.28: Biểu đồ so sánh tổng lượng bức xạ và sản lượng nước của 2 PA đo thực
nghiệm ngày 15/10/2015
Hình 4.29: Cách bố trí thí nghiệm giải nhiệt nước bề mặt kính phủ trcn thực tế
Hình 4.30: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ môi trường và vân tốc gió ngày 29/10/2015
Hình 4.31: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ tại các điểm đặc trưng và sản lượng nước của
PA8 đo thực nghiệm ngày 29/10/2015
Hình 4.32: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ tại các điểm đặc trưng và sản lượng nước của
PA9 đo thực nghiệm ngày 29/10/2015
Hình 4.33: Biểu đồ so sánh tổng lượng bức xạ và sản lượng nước của 2 PA đo thực
nghiệm ngày 29/10/2015
Hình 4.34 : Bố trí thí nghiệm so sánh song song hai thiết bị chưng cất dạng truyền thống
và dạng bậc thang
Hình 4.35: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ môi trường và vân tốc gió ngày 1/11/2015
Hình 4.36: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ tại các điểm đặc trung và sản luợng nuớc của
PA10 đo thực nghiệm ngày 1/11/2015
Hình 4.37: Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ tại các điểm đặc trưng và sản lượng nước của
PA10 đo thực nghiệm ngày 1/11/2015
Hình 4.38: Biểu đồ so sánh tổng lượng bức xạ và sản lượng nước của 2 PA đo thực
nghiệm ngày 1/11/2015
Hình 5.1: Bảng số liệu tính toán NPV và IRR của dự án
4. Danh mục bảng
Bảng 1.1: Công suất chưng cất nước một số Quốc Gia/Khu vực trcn the giới
Bảng 2.1: Thông số thiết kế các thiết bị thí nghiệm
Bảng 2.2: Kết quả đo đạc bong ngày nắng tốt
Bảng 2.3: Một số nghiên cứu về bề dày lớp cách nhiệt
Bảng 2.4: Một số loại vật liệu được sử dụng trong việc chế tạo bể chưng cất
Bảng 2.5: Một số loại tấm phủ sử dụng trong các thiết bị chưng cất nước sử dụng
NLMT
Bảng 3.1: Giá ừị của nhân tố tỉ ừọng Ạ và hệ số hấp thụ rij của nước
Bảng 4.1: Ket quả kiểm ừa mẫu nước máy thành phố
Bảng 4.2: Thông số thiết bị đo
Bảng 5.1: Các chi phí đầu tư cơ bản cho thiết bị chưng cất dạng bậc thang diện tích lm2
Bảng 5.2: Thông số kinh tế của phương án.
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................................. 2
3. Đối tượng và Phạm vi nghiên cứu ............................................................................ 3
4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................... 3
5. Ý nghĩa khoa học và Ý nghĩa thực tiễn của đề tài .................................................... 3
6. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................ 4
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN .......................................................................................... 5
1.1. Lịch sử phát triển chưng cất nước ........................................................................ 5
1.2. .....................................................................................................................
Tình hình nghiên cứu chưng cất nước trên thế giới và tại Việt Nam ............................ 7
1.2.1.
Tình hình nghiên cứu trên thế giới ................................................................. 7
1.2.2.
Tình hình nghiên cứu ương nước ................................................................. 13
1.3. Hiện trạng ứng dụng chưng cất nước trên thế giới và tại Việt Nam .................... 17
1.3.1.
Hiện trạng ứng dụng chưng cất nước trên thế giới ....................................... 17
1.3.2.
Hiện ưạng ứng dụng chưng cất nước tại Việt Nam ...................................... 19
1.4. Phân loại các thiết bị chưng cất nước dùng năng lượng mặt trời ........................ 23
1.4.1.
Hệ thống chưng cất nước bằng NLMT dạng bị động ................................... 23
1.4.2.
Thiết bị chưng cất nước dùng NLMT dạng chủ động .................................. 28
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC sử DỤNG
NLMT DẠNG BẬC THANG ....................................................................................... 33
2.1. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến thiết bị chưng cất nước bằng NLMT ......... 33
2.1.1.
Anh hưởng của bức xạ mặt trời .................................................................... 34
2.1.2.
Ảnh hưởng của tốc độ gió ............................................................................ 34
2.1.3.
Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường xung quanh......................................... 35
2.1.4.
Ảnh hưởng của mây mù và bụi bẩn .............................................................. 35
2.1.5.
Ảnh hưởng của độ nghiêng kính phủ ........................................................... 35
2.1.7.
Ảnh hưởng của tỷ lệ diện tích bốc hơi và ngưng tụ ..................................... 37
2.1.8.
Ảnh hưởng của độ sâu lớp nước ................................................................... 39
2.1.9.
Ảnh hưởng của khoảng cách giữa mực nước và kính phủ ........................... 40
2.1.10. Ảnh hưởng của bề dày lớp cách nhiệt .......................................................... 40
2.1.11. Ảnh hưởng của việc tạo đối lưu cưỡng bức bên trong thiết bị ..................... 42
3.1.12. Ảnh hưởng của nguyên vật liệu đến việc chế tạo ......................................... 44
2.2.
Thiết kế thiết bị .................................................................................................... 48
2.3.
Chế tạo và lắp ráp thiết bị .................................................................................... 52
2.3.1.
Chế tạo thiết bị .............................................................................................. 52
2.3.2.
Qui trình lắp ráp thiết bị ............................................................................... 54
CHƯƠNG 3 - MÔ PHỎNG THIẾT BỊ ......................................................................... 57
3.1.
Nguyên lý chung trong thiết bị chưng cất sử dụng NLMT ................................. 57
3.1.1.
Nguyên lý cơ bản ......................................................................................... 57
3.1.2.
Nguyên lý quá trình ngưng hơi .................................................................... 58
3.2.
Mô phỏng thiết bị chưng cất nước dạng bậc thang kết hợp bộ ngưng tụ phụ .... 59
3.2.1.
Phương trình cân bằng nhiệt tại kính phủ ................................................... 61
3.2.2.
Phương trình cân bằng nhiệt tại tấm truyền nhiệt....................................... 63
3.2.3.
Phương trình cân bằng nhiệt cho khối nước biển ....................................... 65
3.2.4.
Phương trình cân bằng nhiệt cho BNTP ..................................................... 67
3.2.5.
Phương trình cân bằng nhiệt cho lớp cách nhiệt ........................................ 67
3.2.6.
Phương trình cân bằng nhiệt cho Humid-air .............................................. 70
3.2.7.
Phương trình cân bằng nhiệt cho Dehumid-air........................................... 71
3.2.8.
Sản lượng nước chưng cất ............................................................................ 76
3.3.
Kết quả mô phỏng ................................................................................................ 76
CHƯƠNG 4 - THU THẬP SỐ LỆU VÀ KIÊM CHÚNG KẾT QUẢ THựC
NGHỆM ......................................................................................................................... 81
4.1.
Nguồn nước sử dụng cho quá trình thực nghiệm ................................................ 81
4.2.
Các thiết bị đo ...................................................................................................... 82
4.3.
Mô tả thí nghiệm .................................................................................................. 83
4.4.
Nội dung thực nghiệm ......................................................................................... 85
4.5.
Kết quả thí nghiệm và kiểm chứng với kết quả mô phỏng................................ 85
4.5.1 Thí nghiệm 1- so sánh độ nghiêng .................................................................. 85
4.5.2.
Thí nghiệm 2 - so sánh giữa có tuần hoàn hơi và không có tuần hoàn hơi 100
4.5.3.
Thí nghiệm 3 - so sánh giữa tuần hoàn hơi và có màng nước giải nhiệt trên
bề mặt kính phủ ........................................................................................................ 103
4.5.4.
Thí nghiệm 4 - so sánh hiệu suất giữa thiết bị chưng cất nước dạng bậc thang
và dạng truyền thống ................................................................................................ 108
CHƯƠNG 5 - PHÂN TÍCH KINH TẾ VÀ KỸ THUẬT ........................................... 113
5.1.
Phân tích kỹ thuật .............................................................................................. 113
5.1.1.
Ưu điểm ...................................................................................................... 113
5.1.2.
Nhược điểm ................................................................................................ 114
5.1.3.
So sánh với thiết bị chưng cất dạng bậc thang với thiết bị chưng cất dạng
truyền thống và Carocell .......................................................................................... 114
5.2.
Phân tích kinh tế ................................................................................................ 116
5.2.1. ............................................................................................................ Các
chi phí đầu tư cơ bản .................................................................................................... 116
5.2.2.
Phân tích tính khả thi của phương án ......................................................... 117
CHƯƠNG 6- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................. 122
6.1.
Kết luận ............................................................................................................ 122
6.2.
Hướng phát triển đề tài .................................................................................... 123
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ ........................ 124
TÀI LỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 128
PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG CHO THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC
DẠNG BẬC THANG ................................................................................................ 132
PHỤ LỤC 2: BẢNG THÔNG SỐ ĐO ĐẠC THựC NGHỆM VÀ MÔ PHỎNG .... 138
LUẬN VĂN THẠC sĩ
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cũng giống như không khí, nước là một thành phần thiết yếu để duy trì cuộc sống.
Con người, cây cối, thú vật đều cần nước để tồn tại. Nó là nhân tố quan ttọng tác động
trực tiếp hoặc gián tiếp lên hầu hết các lĩnh vực kinh tế, xã hội, từ nông nghiệp, công
nghiệp, du lịch đến các vấn đề về sức khỏe. Nhu cầu về nước sạch, nước tinh khiết để
uống của con người ngày càng tăng cao, đặc biệt là những vùng khan hiếm nguồn nước
như vùng sâu, vùng xa, biên giới và hải đảo, những nơi khô cằn, hoặc nguồn nước bị ô
nhiễm, bị nhiễm mặn...
Khi đời sống xã hội tăng cao, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp, sự
tác động của biến đổi khí hậu đến môi trường, nguồn nước, con người, đời sống kinh tế
xã hội... thì nguồn nước sạch vốn đã khan hiếm nay lại ngày càng thiếu ừầm ttọng hơn,
con người đang thực sự đối mặt với việc thiếu nước sạch để sử dụng và ngày nay vẫn
chưa có biện pháp hữu hiệu để giải quyết.
Tình trạng ô nhiễm nước ở các đô thị, nông thôn, nước thải, rác thải sinh hoạt
không có hệ thống xử lý tập trung mà trực tiếp xả ra nguồn nước như sông, hồ, kênh,
mương làm ô nhiễm trầm trọng nguồn nước sạch. Tình trạng thiếu hụt năng lượng, nguồn
năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt.
Nhìn vào thực tế Việt Nam, tại nhiều khu vực vùng miền, người dân đang từng
ngày gánh chịu nỗi khổ khi thiếu nguồn nước sạch để uống. Ngay cả thành phố lớn như
TPHCM, người dân vẫn sống chung với tình ttạng thiếu nước ừầm ừọng từ năm này qua
năm khác. Một số nơi ở ngoại thành TPHCM, nước máy chưa tới nơi nên người dân phải
sử dụng nước giếng khoan chưa qua xử lý hay chờ nguồn nước từ những cơn mưa. Bên
cạnh đó, việc khai thác nước ngầm một cách bừa bãi của người dân gây ảnh hưởng đến
chất lượng nước ngầm, làm tăng cao hàm lượng sắt, man gan ương nước.
Chất lượng nước sông Sài Gòn đang xuống cấp gây ảnh hưởng cho việc xử lý nguồn
nước cấp. Sự biến đổi khí hậu ừong những năm vừa qua làm cho mực nước biển dâng
cao. Tình ttạng ngập mặn do nước biển dâng cao gây bất lợi cho hoạt động của các
HVTH: LÊ XUÂN PHONG I 1
