Nghiên cứu xác định một số thông số đặc tính của quá trình khử muối nước biển bằng phương pháp phun tách ẩm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VÕ KIẾN QUỐC

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẶC TÍNH
CỦA Q TRÌNH KHỬ MUỐI NƯỚC BIỂN
BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHUN – TÁCH ẨM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VÕ KIẾN QUỐC

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẶC TÍNH
CỦA Q TRÌNH KHỬ MUỐI NƯỚC BIỂN
BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHUN – TÁCH ẨM

Chuyên ngành: Công nghệ và thiết bị nhiệt
Mã số chuyên ngành: 62 52 80 01

Phản biện độc lập 1: PGS.TS. NGUYỄN NGUYÊN AN
Phản biện độc lập 2: PGS.TS. TRẦN VĂN VANG

Phản biện 1: PGS.TS. HOÀNG AN QUỐC
Phản biện 2: PGS.TS. LÊ ANH ĐỨC

Phản biện 3: PGS.TS. HỒNG ĐÌNH TÍN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. GS.TS. LÊ CHÍ HIỆP
2. TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất
kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu
(nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận án

Võ Kiến Quốc

i


TĨM TẮT LUẬN ÁN
Luận án trình bày kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về hệ thống khử muối
bằng phương pháp phun – tách ẩm. Dựa trên các phân tích lý thuyết truyền nhiệt,
truyền chất trong hệ thống kết hợp với ứng dụng công nghệ Pinch trong thu hồi nhiệt,
chương trình mơ phỏng đã được xây dựng để xác định tỷ số lưu lượng khối lượng tối
ưu giữa nước phun và khơng khí theo nhiệt độ nước phun, nhiệt độ nước cấp và chênh
lệch nhiệt độ tối thiểu tại điểm Pinch (Tmin). Kết quả cho thấy nhiệt độ nước phun
càng cao thì tỷ lệ lưu lượng khối lượng tối ưu giữa nước phun và khơng khí càng cao,
nhiệt độ nước cấp càng thấp thì tỷ lệ lưu lượng khối lượng tối ưu giữa nước phun và
khơng khí càng thấp. Nếu chênh lệch nhiệt độ tối thiểu tại điểm Pinch trong thiết bị

phun ẩm và thiết bị tách ẩm bằng nhau thì tỷ tỷ lệ lưu lượng khối lượng tối ưu giữa
nước phun và khơng khí chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ nước phun và nhiệt độ nước cấp.
Từ kết quả mơ phỏng phương trình hồi quy đã được xây dựng để xác định tỷ lệ lưu
lượng tối ưu giữa nước phun và khơng khí theo nhiệt độ nước phun và nhiệt độ nước
cấp.
Từ các kết quả mô phỏng, tỷ lệ thu hồi nhiệt và hệ số năng suất GOR tối ưu về mặt kỹ
thuật của hệ thống cũng được xác định theo chênh lệch nhiệt độ tối thiểu Tmin. Từ đó
xác định được nhiệt độ nước phun hợp lý cho hệ thống. Nếu Tmin càng cao thì nhiệt
độ nước phun hợp lý càng cao và ngược lại. Với chênh lệch nhiệt độ tối thiểu
Tmin=5oC thì nhiệt độ nước phun hợp lý là 70-75oC.
Dựa trên việc phân tích quá trình trao đổi nhiệt và chất trong thiết bị phun ẩm, luận án
đã trình bày 2 phương pháp phân tích quá trình trao đổi nhiệt và chất trong thiết bị
phun ẩm theo phương pháp Merkel và phương pháp Poppe. Từ đó, chương trình mơ
phỏng q trình truyền nhiệt và truyền chất trong thiết bị phun ẩm đã được xây dựng
để đánh giá ảnh hưởng của các thông số đầu vào (nhiệt độ nước phun, nhiệt độ khơng
khí, số Me và tỷ lệ lưu lượng khối lượng giữa nước phun và khơng khí) đến các thơng
số đầu ra thiết bị phun ẩm (nhiệt độ khơng khí, nhiệt độ nước). Từ kết quả mô phỏng,
giá trị hợp lý của số Me khi thiết kế thiết bị phun ẩm đã được xác định là Me1,2.

ii


Sau khi phân tích lý thuyết và mơ phỏng hệ thống, luận án trình bày kết quả nghiên
cứu thực nghiệm quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất trong thiết bị phun ẩm. Bằng
cách thay đổi các thông số đầu vào bao gồm nhiệt độ nước phun, nhiệt độ khơng khí
vào, chiều cao lớp đệm và tỷ lệ lưu lượng khối lượng giữa nước phun và khơng khí thì
nhiệt độ khơng khí và nước ra khỏi thiết bị phun ẩm sẽ được xác định. Kết hợp với mô
phỏng lý thuyết đã thực hiện trước đó, phương trình hồi quy thể hiện mối quan hệ của
số Me với chiều cao lớp đệm, nhiệt độ nước phun và tỷ lệ lưu lượng khối lượng giữa
nước phun và khơng khí đã được xác định. Kết quả thực nghiệm cho thấy nhiệt độ

không khí vào thiết bị phun ẩm khơng ảnh hưởng đến số Me trong khoảng nhiệt độ
34-38oC. Ngoài ra, bằng phương pháp thực nghiệm mật độ xối tưới trong thiết bị phun
ẩm cũng được xác định là 0,3kg/(m s) ≤ M ≤ 0,75kg/(m s). So sánh với kết quả
mô phỏng lý thuyết thì kết quả thực nghiệm có sai số khoảng 4%. Điều này cho thấy
sự phù hợp của mơ hình thực nghiệm và mơ hình tốn học.
Để đánh giá năng suất của hệ thống khử muối phun – tách ẩm cấp nhiệt bằng năng
lượng mặt trời, luận án trình bày kết quả thực nghiệm của các loại bộ thu mới trong
điều kiện thời tiết tại Tp.HCM. Kết quả thực nghiệm cho thấy bộ thu tập trung dạng
máng trụ không phù hợp để cấp nhiệt cho hệ thống khử muối phun – tách ẩm vì hiệu
suất của loại bộ thu này là rất thấp. Đối với bộ thu ống dầu thì hiệu suất của nó rất tốt
cho nên loại bộ thu này rất phù hợp để cấp nhiệt cho hệ thống khử muối phun – tách
ẩm. Ngồi ra, với mục đích thiết kế một loại bộ thu phù hợp với điều kiện kinh tế - kỹ
thuật trong điều kiện Việt Nam, bộ thu ống nhiệt trọng trường tách dòng độc lập đã
được chế tạo và thực nghiệm. Kết quả thực nghiệm cho thấy môi chất nạp phù hợp
trong ống nhiệt là nước và tỷ lệ nạp hợp lý là 42%-62% và hiệu suất nhiệt của ống
nhiệt trọng trường tách dòng độc lập là 45%-60%. Dựa trên dữ liệu cường độ bức xạ
mặt trời tại Tp.HCM, năng suất của hệ thống khử muối phun – tách ẩm cấp nhiệt bằng
năng lượng mặt trời đã được đánh giá. Bằng phương pháp ước lượng, năng suất của hệ
thống khử muối phun – tách ẩm sử dụng năng lượng mặt trời có năng suất trung bình
từ 4-5,4kg/(m2ngày) đối với bộ thu ống nhiệt trọng trường tách dòng độc lập và từ
4,3-5,9kg/(m2ngày) đối với bộ thu ống dầu.

iii


Mọi ý kiến đóng góp và trao đổi, xin vui lịng liên hệ
Bộ mơn Cơng nghệ Nhiệt lạnh, Khoa Cơ Khí, Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Nhà B5, 268 Lý Thường Kiệt, Q.10, TP.HCM
ĐT: (08) 3864-7256 Ext 5897

iv


ABSTRACT
The study results on theoretical and experimental problems of humidification –
dehumidification desalination systems are presented in the thesis. Based on the heat
and mass transfer analysis and the Pinch technology, the modeling program has been
done in order to determine the optimum mass flow rate between sprayed water and air
in relationship with temperature of sprayed water, temperature of cooling water and
minimum temperature difference at the Pinch point (Tmin). The done results show
that the higher sprayed water temperature, the higher optimum mass flow rate between
sprayed water and air, the lower cooling water temperature, the lower optimum mass
flow rare between sprayed water and air. If Tmin of the humidifier equals with Tmin
of the dehumidifier, the optimum mass flow rate between sprayed water and air
depends only on temperature of sprayed water and temperature of cooling water.
Based on the simulation results, it is concluded that the heat recovery rate and the
technical optimum gain output ratio of the system, and then the suitable water
temperature for the system, can be determined by the minimum temperature difference
Tmin. It is clear that, the higher Tmin, the higher suitable water temperature. With
minimum temperature difference Tmin = 5oC, the suitable water temperature is 7075oC.
Based on the analysis of the heat and mass transfers in the humidifier, two methods of
analyzing the heat and mass transfers in the humidifier done by using Merkel method
and Poppe method have been presented. Hence, the simulation program for heat and
mass transfers in the humidifier has been developed to evaluate the effect of input
parameters such as water temperature, air temperature, Me number and mass flow rate
between sprayed water and air to output parameters of the humidifier such as air
temperature and water temperature. The simulation results show that the suitable value
of Me number used to design the humidifier should be higher than 1.2
Besides theoretical study, experimental study on heat and mass transfers in the
humidifier has been also carried out by varying the input parameters such as water

temperature, air temperature, packing bed height and mass flow rate between sprayed

v


water and air in order to determine the most appropriate values of air temperature and
water temperature at the output of the humidifier. Combined with the previous
theoretical simulations, the regression equations showing the relationships of the Me
number, the packing bed height, the sprayed water temperature and the mass flow rate
between sprayed water and air have been determined. Experimental results show that
the air temperature at the input of the humidifier does not affect the Me number in the
range of 34-38oC. In addition, the experimental results show that the density of
irrigation M in the humidifier should be from 0.3kg/(m2s) to 0.75kg/(m2s) which are
nearly 4%-error compared with theoretical simulation results.
To evaluate the production of the desalination systems heated by solar energy, some
solar collectors have been added and tested in weather conditions of HCMC.
Experimental results show that concentrating solar collector is not suitable for heating
the desalination system because its total efficiency is very low. For oil tube solar
collector, its performance is very good so this collector is very suitable for heating the
desalination system. In addition, for the purpose of designing a new type of solar
collector that is suitable with economic and technical conditions in Vietnam, a new
model working based on heat pipe principle has been developed and tested. In this
prototype, experimental results show that the most suitable working fluid should be
pure water and the suitable filling ratio is from 42% to 62%, the thermal efficiency of
the prototype is 45%-60%. Based on the measured solar radiation of HCMC, the
capacity of the solar thermal humidifier-dehumidifier desalination systems has been
evaluated. By the estimation method, the capacities of the solar thermal humidifierdehumidifier desalination systems connected with the new model and oil pipe collector
are from 4 to 5.4 kg/(m2day) and from 4.3 to 5.9 kg/(m2day), respectively.

vi

LỜI CÁM ƠN
Trước tiên, tôi xin trân trọng cám ơn GS.TS. Lê Chí Hiệp và TS. Nguyễn Văn Tuyên
đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian
thực hiện luận án.
Tiếp theo, tôi xin chân thành cảm ơn đến Thầy Nguyễn Nhựt, Thầy Lê Chí Hiệp và
Cơng ty Châu Hiệp Phát đã tài trợ một phần kinh phí và thiết bị cho mơ hình thực
nghiệm và dụng cụ đo.
Sau cùng, tơi xin cám ơn các đồng nghiệp tại Bộ môn Công nghệ nhiệt lạnh đã đóng
góp ý kiến và hỗ trợ trong việc tìm kiếm các bài báo khoa học có liên quan đến đề tài
Luận án Tiến sĩ này.

vii


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ................................................................................ xii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... xv
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................... xvi
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ xviii
CHƯƠNG 1
1.1

TỔNG QUAN ................................................................................... 1

Kỹ thuật khử muối truyền thống ..................................................................... 1

1.1.1

Phương pháp khử muối bay hơi nhiều tầng .............................................. 1

1.1.2

Phương pháp khử muối đa hiệu ứng ......................................................... 2

1.1.3

Phương pháp khử muối sử dụng máy nén hơi ........................................... 3

1.1.4

Phương pháp thẩm thấu ngược ................................................................. 4

1.1.5

Phương pháp điện phân ............................................................................ 4

1.1.6

Nhược điểm của các phương pháp khử muối truyền thống ....................... 5

1.1.7

Phương pháp chưng cất bằng năng lượng mặt trời .................................... 6

1.2

Khử muối bằng phương pháp phun – tách ẩm ................................................. 7

1.2.1

Giới thiệu về phương pháp phun – tách ẩm .............................................. 7

1.2.2

Phạm vi ứng dụng của phương pháp phun – tách ẩm ................................ 8

1.2.3

Phân loại hệ thống khử muối phun – tách ẩm ........................................... 8

1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng khử muối nước biển ở Việt Nam và thế
giới ....................................................................................................................... 9
1.3.1

Tình hình Việt Nam ................................................................................. 9

1.3.2

Tình hình thế giới ................................................................................... 11

1.4

Tổng quan về phương pháp phun – tách ẩm .................................................. 12

1.4.1

Các thông số dùng để đánh giá trong hệ thống khử muối phun – tách ẩm ...
............................................................................................................... 12

1.4.2 Chu trình khơng khí tuần hồn kín - nước hở, gia nhiệt nước (Close air,
open water, water heated CAOW-WH) .............................................................. 14
1.4.3 Chu trình nước tuần hồn kín, khơng khí hở, gia nhiệt nước (Close water,
open air, water heated CWOA-WH)................................................................... 17
1.4.4 Chu trình khơng khí tuần kín, nước hở, gia nhiệt khơng khí (Close air,
open water, air heated CAOW-AH) ................................................................... 20

viii


1.4.5
1.5

Các nghiên cứu khác về phương pháp phun – tách ẩm ........................... 24

Tổng quan về các thành phần trong hệ thống khử muối phun – tách ẩm ........ 29

1.5.1

Thiết bị phun ẩm .................................................................................... 29

1.5.2

Thiết bị tách ẩm ..................................................................................... 31

1.6

Kết luận ........................................................................................................ 32

1.7

Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 35

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................... 37

2.1

Tóm tắt ......................................................................................................... 37

2.2

Thu hồi nhiệt trong hệ thống khử muối phun – tách ẩm ................................ 37

2.2.1

Nhiệt tỏa ra do khơng khí nóng bão hịa trong thiết bị tách ẩm ............... 37

2.2.2

Nhiệt tỏa ra do nước ngưng ở thiết bị tách ẩm ........................................ 39

2.2.3

Nhiệt tỏa ra do nước thải sau khi phun ở thiết bị phun ẩm ...................... 39

2.2.4

Các thông số ảnh hưởng đến khả năng thu hồi nhiệt trong hệ thống ....... 40

2.2.5

Tối ưu hóa thu hồi nhiệt bằng công nghệ Pinch ...................................... 42

2.2.6

Trao đổi nhiệt ở thiết bị phun ẩm ........................................................... 50

2.2.7

Trao đổi nhiệt ở thiết bị tách ẩm ............................................................. 53

2.3

Phân tích q trình truyền nhiệt và truyền chất trong hệ thống ...................... 56

2.3.1

Cân bằng nhiệt và chất trong thiết bị phun ẩm ....................................... 56

2.3.2

Cân bằng nhiệt và chất thiết bị tách ẩm .................................................. 63

2.4

Kết luận ........................................................................................................ 63

CHƯƠNG 3
MƠ PHỎNG Q TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ TRAO ĐỔI
CHẤT TRONG HỆ THỐNG KHỬ MUỐI PHUN – TÁCH ẨM ............................... 64
3.1

Tóm tắt ......................................................................................................... 64

3.2

Mơ phỏng q trình trao đổi nhiệt trong hệ thống ......................................... 64

3.2.1

Thuật toán và giao diện của chương trình mơ phỏng .............................. 65

3.2.2

Kết quả mơ phỏng .................................................................................. 67

3.2.3

Phân tích hồi quy ................................................................................... 76

3.3

Mơ phỏng q trình trao đổi nhiệt và chất trong thiết bị phun ẩm ................. 77

3.3.1

Giải bài toán truyền nhiệt và truyền chất ................................................ 77

3.3.2

Kết quả mơ phỏng .................................................................................. 78

3.3.3

Phân tích hồi quy ................................................................................... 84

3.4

Kết luận ........................................................................................................ 85
ix


CHƯƠNG 4

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM .................................................... 87

4.1

Tóm tắt ......................................................................................................... 87

4.2

Mơ tả kết cấu của mơ hình thực nghiệm........................................................ 88

4.2.1

Kết cấu của thiết bị phun ẩm .................................................................. 89

4.2.2

Thiết bị tách ẩm ..................................................................................... 91

4.3

Quy hoạch thực nghiệm ................................................................................ 92

4.3.1

Phân tích các thơng số ............................................................................ 92

4.3.2

Kết quả quy hoạch thực nghiệm ............................................................. 94

4.4

Dụng cụ đo và phương pháp đo .................................................................... 95

4.4.1

Dụng cụ đo............................................................................................. 95

4.4.2

Phương pháp thu thập số liệu ................................................................. 97

4.4.3

Các lưu ý khi tiến hành thí nghiệm ......................................................... 98

4.4.4 Phương pháp điều chỉnh tỷ lệ lưu lượng khối lượng giữa nước phun và
khơng khí ........................................................................................................... 99
4.4.5
4.5

Thực nghiệm nước biển và nước thủy cục .............................................. 99

Kết quả thực nghiệm ................................................................................... 100

4.5.1

Ảnh hưởng của lưu lượng nước phun trong thiết bị phun ẩm ................ 100

4.5.2 Ảnh hưởng của các thông số làm việc đến quá trình trao đổi nhiệt và trao
đổi chất ............................................................................................................ 105
4.5.3

Kiểm chứng kết quả thực nghiệm và mô phỏng lý thuyết ..................... 117

4.5.4

Đánh giá sai số ..................................................................................... 121

4.5.5

Năng lượng tiêu thụ của hệ thống ......................................................... 121

4.6

Kết luận ...................................................................................................... 127

CHƯƠNG 5
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẤP NHIỆT BẰNG NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN VẬN HÀNH ........................................ 128
5.1

Tóm tắt ....................................................................................................... 128

5.2
ẩm

Các nguồn năng lượng có thể cấp nhiệt cho hệ thống khử muối phun – tách
................................................................................................................... 128

5.2.1 Nhiệt độ làm việc tối ưu của hệ thống khử muối phun – tách ẩm cấp nhiệt
bằng năng lượng mặt trời ................................................................................. 129
5.2.2

Các loại bộ thu dùng để cấp nhiệt cho hệ thống khử muối phun – tách ẩm .
............................................................................................................. 129

x


5.3 Chế độ vận hành của hệ thống khử muối phun – tách ẩm cấp nhiệt bằng năng
lượng mặt trời ...................................................................................................... 130
5.4

Đánh giá khả năng cấp nhiệt bằng năng lượng mặt trời ............................... 131

5.4.1

Bộ thu tập trung dạng máng trụ ............................................................ 132

5.4.2

Bộ thu ống nhiệt ................................................................................... 135

5.5 Đánh giá năng suất của hệ thống khử muối phun – tách ẩm cấp nhiệt bằng
năng lượng mặt trời trong điều kiện Việt Nam ..................................................... 144
5.6

Phạm vi năng suất ....................................................................................... 147

5.7

So sánh với các phương pháp khử muối bằng năng lượng mặt trời khác ..... 148

5.8

Kết luận ...................................................................................................... 149

CHƯƠNG 6

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .......................................................... 150

6.1

Những đóng góp mới của luận án ............................................................... 150

6.2

Kết luận ...................................................................................................... 151

6.3

Kiến nghị .................................................................................................... 152

TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 156
PHỤ LỤC 1: CÁC PHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH THƠNG SỐ NHIỆT ĐỘNG
NƯỚC BIỂN ........................................................................................................... 161
PHỤ LỤC 2: HỆ SỐ NĂNG SUẤT CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG .............................. 162
PHỤ LỤC 3: CÁC BƯỚC GIẢI BÀI TOÁN TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ CHẤT TRONG
THIẾT BỊ PHUN ẨM.............................................................................................. 164
PHỤ LỤC 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ CHẤT TRONG
THIẾT BỊ PHUN ẨM.............................................................................................. 171
PHỤ LỤC 5: NHIỆT ĐỘ NƯỚC BIỂN CÁC TỈNH NAM TRUNG BỘ ................. 189
PHỤ LỤC 6: TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ TÁCH ẨM ................................ 192
PHỤ LỤC 7: CODE CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG ............................................ 203
PHỤ LỤC 8: HÌNH ẢNH TỔ CHỨC THỰC NGHIỆM .......................................... 213

xi


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Sơ đồ ngun lý phương pháp khử muối bay hơi nhiều tầng [7] ................... 2
Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý phương pháp khử muối đa hiệu ứng [7] ............................. 3

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý phương pháp khử muối sử dụng máy nén hơi [7] ............... 3
Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống khử muối bằng phương pháp thẩm thấu ngược .... 4
Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý khử muối bằng phương pháp điện phân [7] ........................ 5
Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý quá trình khử muối bằng phương pháp bay hơi ngưng tụ ... 7
Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp phun – tách ẩm ....................................... 7
Hình 1.8: Phân loại phương pháp khử muối phun – tách ẩm ........................................ 9
Hình 1.9: Đồ thị t-w biểu diễn quá trình nhiệt động của khơng khí trong hệ thống khử
muối phun – tách ẩm CAOW-WH ............................................................................. 14
Hình 1.10: Chu trình khử muối phun tách ẩm CWOA-WH ........................................ 18
Hình 1.11: Đồ thị t-w biểu diễn q trình nhiệt động của khơng khí trong hệ thống khử
muối phun – tách ẩm CWOA-WH ............................................................................. 18
Hình 1.12: Chu trình khử muối phun tách ẩm CAOW-AH ......................................... 20
Hình 1.13: Đồ thị biểu diễn quá trình nhiệt động của khơng khí trong hệ thống khử
muối phun – tách ẩm CAOW-AH .............................................................................. 21
Hình 1.14: Đồ thị biểu diễn quá trình nhiệt động của khơng khí trong hệ thống khử
muối phun – tách ẩm CAOW-AH nhiều tầng ............................................................. 21
Hình 2.1: Đồ thị t-F của thiết bị trao đổi nhiệt............................................................ 46
Hình 2.2: Quan hệ giữa chi phí năng lượng, chi phí thiết bị và Tmin [63] .................. 48
Hình 2.3: Đồ thị t-i của nước trong thiết bị phun ẩm ở nhiệt độ t3=80oC .................... 51
Hình 2.4: Đồ thị t-i của khơng khí tuần hồn trong hệ thống ...................................... 51
Hình 2.5: Đồ thị t-i tổ hợp của nước phun và khơng khí ở = 3 .............................. 52
Hình 2.6: Đồ thị t-i xác định điểm Pinch giữa nước phun và khơng khí ở = 3 ....... 53
Hình 2.7: Đồ thị t-i xác định điểm Pinch và nhiệt độ ra của nước và khơng khí trong
thiết bị phun ẩm và tách ẩm ở = 3 và t3=80oC ....................................................... 54
Hình 2.8: Phân tích Pinch cho hệ thống khử muối phun – tách ẩm khi = 3 ở nhiệt
độ nước phun là 80oC và nhiệt độ nước cấp là 30oC ................................................... 55
Hình 2.9: Cân bằng nhiệt và chất trong hệ thống khử muối phun – tách ẩm ............... 57
Hình 3.1: Lưu đồ thuật tốn của chương trình mơ phỏng ........................................... 65
Hình 3.2: Giao diện chương trình mơ phỏng .............................................................. 67
Hình 3.3: Ảnh hưởng của đến các thơng số làm việc của hệ thống ở nhiệt độ nước

phun t3=85oC, Tmin=5oC và nhiệt độ nước cấp là 30oC ............................................. 68
Hình 3.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ nước phun t3 và Tmin đến tối ưu ở t1= 30oC .... 69
Hình 3.5: Ảnh hưởng của đến tỷ lệ thu hồi nhiệt ở t1=30oC ................................... 70
Hình 3.6: Ảnh hưởng của nhiệt độ nước phun t3 đến tỷ lệ thu hồi nhiệt ở t1=30oC ..... 70

xii


Hình 3.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ nước phun t3 và đến nhiệt độ khơng khí ra khỏi
thiết bị phun ẩm t6 ở nhiệt độ nước cấp t1=30oC và Tmin=5oC .................................. 71
Hình 3.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ nước phun t3 và đến nhiệt độ nước cấp ra khỏi
thiết bị tách ẩm t2 ở nhiệt độ nước cấp t1=30oC và Tmin=5oC .................................... 71
Hình 3.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ nước phun t3 và đến nhiệt độ nước thải sau khi
phun ở thiết bị phun ẩm t4 ở nhiệt độ nước cấp t1=30oC và Tmin=5oC ....................... 72
Hình 3.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ nước cấp t1 và
đến tỷ lệ thu hồi nhiệt ở nhiệt độ
o
o
nước phun t3=85 C và Tmin=5 C .............................................................................. 72
Hình 3.11: Ảnh hưởng của nhiệt độ nước cấp t1 đến tỷ lệ lưu lượng tối ưu giữa nước
phun và khơng khí ở nhiệt độ nước phun t3=85oC và Tmin=5oC ................................ 73
Hình 3.12: Ảnh hưởng của đến hệ số GOR ở nhiệt độ nước phun t3=70oC và nhiệt
độ nước cấp t1=30oC .................................................................................................. 73
Hình 3.13: Ảnh hưởng của t3 và đến hệ số GOR ở nhiệt độ nước cấp t1=30oC ....... 74
Hình 3.14: Ảnh hưởng của Tmin đến hệ số GOR tối ưu ............................................ 75
Hình 3.15: Ảnh hưởng của nhiệt độ nước phun t3 và nước cấp t1 đến tối ưu........... 76
Hình 3.16: Ảnh hưởng của t5 đến t4 ở số Me=1,2 và t3=65oC ..................................... 79
Hình 3.17: Ảnh hưởng của t5 đến t6 ở số Me=1,2 và t3=65oC ..................................... 79
Hình 3.18: Ảnh hưởng của tỷ lệ lưu lượng khối lượng đến t4 ở t3=65oC và t5=35oC.
.................................................................................................................................. 80

Hình 3.19: Ảnh hưởng của tỷ lệ lưu lượng khối lượng đến t6 ở t3=65oC và t5=35oC.
.................................................................................................................................. 81
Hình 3.20: Ảnh hưởng của tỷ lệ lưu lượng khối lượng đến t6 và t4 ở số Me=1,2 và
t5=38oC. ..................................................................................................................... 81
Hình 3.21: Ảnh hưởng của số Me đến t4 ở t3=65oC và t5=35oC .................................. 82
Hình 3.22: Ảnh hưởng của số Me đến t6 ở t3=65oC và t5=35oC .................................. 82
Hình 3.23: Ảnh hưởng của số Me đến t4 và t6 ở = 3 và t5=35oC............................. 83
Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm.......................................................................... 88
Hình 4.2: Bản vẽ chế tạo thiết bị tách ẩm ................................................................... 91
Hình 4.3: Sơ đồ bố trí dụng cụ đo .............................................................................. 97
Hình 4.4: Sơ đồ vị trí đo lưu lượng khơng khí và sơ đồ bố trí vịi phun ...................... 98
Hình 4.5: Kết quả thử nghiệm với nước biển ........................................................... 100
Hình 4.6: Ảnh hưởng của mật độ nước phun đến t4 .................................................. 104
Hình 4.7: Ảnh hưởng của mật độ nước phun đến t6 .................................................. 104
Hình 4.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ khơng khí vào đến nhiệt độ nước và khơng khí ra
khỏi thiết bị phun ẩm ............................................................................................... 107
Hình 4.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ nước phun đến số Me ở L=1,2m ........................ 108
Hình 4.10: Ảnh hưởng của đến số Me ở nhiệt độ nước phun 80oC ....................... 109
Hình 4.11: Ảnh hưởng của đến số Me ở nhiệt độ nước phun 75oC ....................... 110
Hình 4.12: Ảnh hưởng của đến số Me ở nhiệt độ nước phun 70oC ....................... 110
Hình 4.13: Ảnh hưởng của đến số Me ở nhiệt độ nước phun 65oC ....................... 110
xiii


Hình 4.14: Kết quả phân tích hồi quy ở nhiệt độ nước phun là 80oC và L=0,9m ...... 111
Hình 4.15: Ảnh hưởng của chiều cao lớp đệm đến số Me ở nhiệt độ nước phun 80oC
................................................................................................................................ 113
Hình 4.16: Ảnh hưởng của chiều cao lớp đệm đến số Me ở nhiệt độ nước phun 75oC
................................................................................................................................ 113
Hình 4.17: Ảnh hưởng của chiều cao lớp đệm đến số Me ở nhiệt độ nước phun 70oC

................................................................................................................................ 113
Hình 4.18: Ảnh hưởng của chiều cao lớp đệm đến số Me ở nhiệt độ nước phun 65oC
................................................................................................................................ 114
Hình 4.19: Kết quả phân tích hồi quy ở nhiệt độ nước phun là 65oC ........................ 115
Hình 4.20: Kết quả phân tích hồi quy của hằng số C theo nhiệt độ........................... 116
Hình 4.21: Đồ thị xác định Tmin của thiết bị phun ẩm và tách ẩm ........................... 118
Hình 4.22: So sánh nhiệt độ đo đạc thực nghiệm và lý thuyết .................................. 120
Hình 5.1: Mơ hình thực nghiệm bộ thu tập trung dạng máng trụ .............................. 132
Hình 5.2: Bản vẽ 3D bộ thu ống nhiệt trọng trường tách dòng độc lập ..................... 136
Hình 5.3: Mơ hình thực nghiệm mẫu 1 và mẫu đối chứng ........................................ 137
Hình 5.4: Mơ hình thực nghiệm mẫu 2 và mẫu đối chứng ........................................ 138
Hình 5.5: Nhiệt độ nước nóng của mẫu đối chứng và mẫu thử nghiệm với khối lượng
nạp là 0,8kg nước thực hiện ngày 26/3/2015 ............................................................ 139
Hình 5.6: Nhiệt độ nước nóng của mẫu đối chứng và mẫu thử nghiệm với khối lượng
nạp là 1kg nước thực hiện ngày 25/3/2015 ............................................................... 139
Hình 5.7: Nhiệt độ nước nóng của mẫu đối chứng và mẫu thử nghiệm với khối lượng
nạp là 1,2kg nước thực hiện ngày 27/3/2015 ............................................................ 139
Hình 5.8: Nhiệt độ nước nóng của mẫu đối chứng và mẫu thử nghiệm với khối lượng
nạp là 1,5kg nước thực hiện ngày 11/3/2015 ............................................................ 140
Hình 5.9: Nhiệt độ nước nóng của mẫu đối chứng và mẫu thử nghiệm với khối lượng
nạp là 3kg nước thực hiện ngày 13/3/2015 ............................................................... 140
Hình 5.10: Nhiệt độ nước nóng của mẫu đối chứng và mẫu thử nghiệm với khối lượng
nạp là 3,5kg nước thực hiện ngày 23/3/2015 ............................................................ 140
Hình 5.11: Nhiệt độ nước nóng của mẫu đối chứng và mẫu thử nghiệm với khối lượng
nạp là 1,2kg cồn thực hiện ngày 31/3/2015 .............................................................. 141
Hình 5.12: Cường độ bức xạ mặt trời trung bình từ 8h ............................................. 144
Hình 5.13: Cường độ bức xạ mặt trời theo thời gian của ngày 21/4/2012 đến 15h của
các tháng trong năm 2012 ........................................................................................ 145
Hình 5.14: Năng suất khử muối cấp nhiệt bằng bộ thu ống nhiệt trọng trường tách
dịng độc lập ............................................................................................................ 145

Hình 5.15: Năng suất khử muối cấp nhiệt bằng bộ thu ống dầu ................................ 146
Hình 5.16: Năng suất phương pháp bay hơi ngưng tụ truyền thống .......................... 146

xiv


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Phân loại các phương pháp khử muối truyền thống ...................................... 1
Bảng 1.2: Tổng năng suất khử mặn nước biển của các quốc gia trên thế giới (2004) .. 11
Bảng 1.3: Tổng kết các kết quả nghiên cứu khử muối phun – tách ẩm CAOW-WH ... 15
Bảng 1.4: Tổng kết các kết quả nghiên cứu khử muối phun – tách ẩm CWOA - WH . 19
Bảng 1.5: Tổng kết các kết quả nghiên cứu khử muối phun – tách ẩm CAOW - AH .. 22
Bảng 1.6: Tổng kết các loại vật liệu được sử dụng làm vật liệu đệm .......................... 30
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của Tmin đến m tối ưu ở nhiệt độ t3=70oC và t1=30oC ............. 69
Bảng 4.1: Tỷ lệ lưu lượng khối lượng tối ưu theo nhiệt độ nước phun và giải nhiệt ... 95
Bảng 4.2: Danh sách dụng cụ đo trong nghiên cứu thực nghiệm ................................ 96
Bảng 4.3: Kết quả phân tích hồi quy theo ............................................................ 112
Bảng 4.4: Kết quả phân tích hồi quy theo và L .................................................... 115
Bảng 4.5: Kết quả đo đạc để đánh giá tính phù hợp của mơ hình thực nghiệm ......... 118
Bảng 4.6: So sánh kết quả thực nghiệm và lý thuyết. ............................................... 119
Bảng 4.7: Kết quả đánh giá sai số ............................................................................ 121
Bảng 4.8: Tiêu hao năng lượng nhiệt ở chế độ làm việc tối ưu ................................. 122
Bảng 4.9: Tiêu hao năng lượng nhiệt thực tế ............................................................ 123
Bảng 4.10: Cột áp của khơng khí ở đầu vào và ra thiết bị phun ẩm [Pa] ................... 125
Bảng 5.1: Các loại bộ thu cấp nhiệt trong hệ thống khử muối phun – tách ẩm. ......... 130
Bảng 5.2: Kết quả đo ngày 24/03/2014 ứng với thể tích nước là 40 lít ..................... 133
Bảng 5.3: Thông số kỹ thuật của bộ thu ống nhiệt trọng trường tách dòng độc lập ... 136
Bảng 5.4: Thông số kỹ thuật của bộ thu ống dầu ...................................................... 137

xv

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu
A
a
CP
Cp
Cpm
d
F:
GOR
i
K
KM
L
Le
̇:
m:
M
Me:
Q:
r:
RR:
S:
s:
t:
T:
V:
w:

Tên gọi
Diện tích truyền chất
Mật độ diện tích trên một đơn vị thể tích lớp đệm
Nhiệt dung lưu lượng
Nhiệt dung riêng
Nhiệt dung riêng trung bình
Đường kính
Diện tích truyền nhiệt
Hệ số năng suất
Entanpi
Hệ số truyền nhiệt
Hệ số truyền chất
Chiều cao lớp đệm, chiều dài ống
Số Lewis
Lưu lượng khối lượng
Tỷ lệ lưu lượng khối lượng
Mật độ xối tưới
Số Merkel
Nhiệt lượng
Ẩn nhiệt ngưng tụ
Hệ số thu hồi
Độ mặn nước biển
Entropi
Nhiệt độ bách phân
Nhiệt độ tuyệt đối
Thể tích lớp đệm
Độ chứa hơi

Đơn vị

[m2]
[m2/m3]
[kW/K]
[kJ/(kg.K)]
[kJ/(kg.K)]
[m]
[m2]
[-]
[kJ/kg]
[W/(m2.K)]
[kg/(m2.s)]
[m]
[-]
[kg/s]
[-]
[kg/m2s]
[-]
[kJ]
[kJ/kg]
[%]
[mg/l]
[kJ/(kg.K)]
[oC]
[K]
[m3]
[kghn/kgkkk]

Các ký hiệu chữ Hy Lạp
Ký hiệu







P
Tmax
Tmin
∆t

Tên gọi
Hệ số tỏa nhiệt đối lưu
Hệ số ma sát
Vận tốc
Khối lượng riêng
Sai số
Hệ số trở lực cục bộ
Tổn thất áp suất
Chênh lệch nhiệt độ tối đa
Chênh lệch nhiệt độ tối thiểu
Chênh lệch nhiệt độ trung bình logarith

xvi

Thứ nguyên
[W/(m2.K)]
[-]
[m/s]
[kg/m3]
[%]

[-]
[Pa]
[oC]
[oC]
[oC]


Các ký hiệu chân
Ký hiệu
a:
add:
i:
o
opt
pw:
rec
sa
ssa
SW:
sw:
v:
w:
1
2
3
4
5
6

Tên gọi

Khơng khí
Cấp vào để sản xuất 1 kg nước sạch
Đi vào
Đi ra
Tối ưu
Nước sạch
Thu hồi
Không khí bão hịa
Khơng khí q bão hịa
Nước biển
Khơng khí bão hòa với nhiệt độ nước phun
Hơi nước
nước
Nước cấp đi vào thiết bị tách ẩm
Nước cấp ra khỏi thiết bị tách ẩm
Nước vào thiết bị phun ẩm
Nước ra khỏi thiết bị phun ẩm
Khơng khí vào thiết bị phun ẩm
Khơng khí ra khỏi thiết bị phun ẩm

Các từ viết tắt
CAOW
CWOA
AH
WH

Khơng khí tuần hồn kín, nước tuần hồn hở
Nước tuần hồn kín, khơng khí tuần hồn hở
Gia nhiệt khơng khí
Gia nhiệt nước

xvii


MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của vấn đề nghiên cứu
Khan hiếm nước sạch và biến đổi khí hậu là hai vấn đề đang đe dọa đến sự sống của
nhân loại. Dân số thế giới ngày càng tăng nhanh cộng với tốc độ đơ thị hóa và cơng
nghiệp hóa ở các quốc gia đã làm cho nguồn nước trở nên ô nhiễm và ngày càng cạn
kiệt. Theo báo cáo của tổ chức phát triển nguồn nước của Liên Hiệp Quốc năm 2016
thì có hơn 1,8 tỷ người thiếu nước uống trên toàn thế giới [1]. Hầu hết tập trung ở
những quốc gia có mức thu nhập thấp.
Nước là nguồn gốc của sự sống, là nhân tố quyết định sự tồn tại, phát triển bền vững
của nhân loại. Mặt khác, nước cũng có thể gây ra tai họa cho con người và mơi trường.
Theo báo cáo tồn cầu của Tổ chức Y tế thế giới (WHO) công bố năm 2010 cho thấy,
mỗi năm Việt Nam có hơn 20.000 người tử vong do điều kiện nước sạch và vệ sinh
nghèo nàn và thấp kém. Còn theo thống kê của Bộ Y tế, hơn 80% các bệnh truyền
nhiễm ở nước ta liên quan đến nguồn nước. Người dân ở cả nông thôn và thành thị
đang phải đối mặt với nguy cơ mắc bệnh do môi trường nước đang ngày một ô nhiễm
trầm trọng
Hầu hết nước mà con người sử dụng đều là nước sạch. Ở các nước phát triển, tài
ngun nước đóng vai trị vô cùng quan trọng và được đặt lên hàng đầu trong việc khai
thác, sử dụng và quản lý với quy mô lớn. Ngược lại, đối với những quốc gia chậm phát
triển hoặc các nước đang phát triển, vai trò của nước vẫn chưa được nhận thức rõ ràng,
song hành với điều đó là việc sử dụng lãng phí và ít có động thái để bảo tồn và sử
dụng hiệu quả nguồn tài nguyên quý báu này.
Tài nguyên nước mặt ở nước ta phân bố khơng đồng đều trên tồn bộ lãnh thổ và thay
đổi theo các mùa trong năm. Những khu vực thường xuyên thiếu nước sạch là vùng
núi cao, vùng ven biển và hải đảo. Do đó việc khai thác nước ngầm tại những khu vực
này khơng hợp lí có thể gây ra tình trạng sụt lún đất, và nguồn nước ngầm có thể bị

nhiễm mặn tại các khu vực ven biển. Bên cạnh đó việc biến đổi khí hậu cũng gây ảnh
hưởng không nhỏ đến việc cung cấp nước sạch, nước biển dâng cao làm cho vùng ven

xviii


biển nhiễm mặn, hoạt động nông nghiệp cũng bị ảnh hưởng đáng kể và hàng loạt các
ảnh hưởng khác. Năm 2016 đồng bằng sông Cửu Long trãi qua một đợt hạn hán kéo
dài đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống và thiệt hại nặng nề về kinh tế của
người dân. Để giải quyết tình trạng thiếu nước sạch tại các vùng duyên hải như hiện
nay mà không gây tác hại đối với sinh thái của khu vực này thì nước biển là nguồn tài
nguyên phong phú nhất.
Khử muối nước biển để cung cấp nước sạch là một trong những phương pháp tiên
phong mà con người đã thực hiện để sản xuất nước sạch và cho đến ngày nay phương
pháp này vẫn là một trong những phương pháp chủ đạo trong việc cung cấp nước sạch
cho nhân loại.
Các phương pháp khử muối truyền thống tiêu thụ một lượng lớn năng lượng dưới dạng
nhiệt năng hoặc điện năng. Các nguồn năng lượng cấp vào cho các quá trình khử muối
truyền thống hầu hết có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch. Do đó những hệ thống này
gián tiếp hoặc trực tiếp thải ra mơi trường một lượng lớn khí CO2 và xa hơn có thể đẩy
giá thành của các nhiên liệu hóa thạch lên cao do nhiên liệu hóa thạch chỉ có giới hạn
và đang cạn kiệt dần.
Trong quá khứ, khử muối nước biển để sản xuất nước sạch là phương pháp tốn kém
nhất do chi phí đầu tư ban đầu rất cao và chi phí tiêu hao cho năng lượng cũng rất lớn
[2-4]. Tuy nhiên cho đến ngày nay thì cũng khơng có phương pháp nào khác tối ưu
hơn phương pháp này. Cho nên phương pháp khử muối nước biển để lấy nước sạch
được xem là phương pháp khả thi nhất để đáp ứng nhu cầu nước sạch ngày càng tăng
của nhân loại [5]. Theo dự báo của chương trình mơi trường Liên Hiệp Quốc thì đến
năm 2025 khoảng 70% dân số thế giới sẽ đối mặt với vấn đề thiếu nước, trong đó 50%
dân số sống cách bờ biển 200km. Việt Nam là nước có bờ biển dọc theo chiều dài của

đất nước và khoảng cách từ bờ biển đến đường biên giới là không xa cho nên trong
tương lai toàn bộ lãnh thổ nước ta phải đối mặt với tình trạng thiếu nước. Tính đến
tháng 6 năm 2015 thì trên tồn thế giới có 18426 nhà máy khử muối nước biển phân
bố ở 150 quốc gia với tổng công suất đạt trên 86 triệu m3/ngày đêm. Theo ước tính
một nhà máy có cơng suất 1 triệu m3/(ngày đêm) thì mỗi năm tiêu thụ một lượng nhiên
liệu tương đương với 8,78 triệu tấn dầu. Điều này cho thấy năng lượng tiêu thụ của các
xix


nhà máy khử muối nước biển hiện nay là rất lớn. Do đó cần phải tìm ra một giải pháp
thích hợp để thay thế nguồn năng lượng cung cấp cho các hệ thống khử muối hiện nay.
Biện pháp thay thế đó là sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt
trời, năng lượng gió, năng lượng địa nhiệt,… Đặc biệt là những khu vực vùng sâu
vùng xa, hải đảo nơi mà nhiên liệu hóa thạch và điện là một hàng hóa khan hiếm và
giá thành cao do việc vận chuyển và truyền tải khó khăn.
Có thể nói trong các dạng năng lượng tái tạo thì năng lượng mặt trời là nguồn năng
lượng có ưu thế hơn các dạng năng lượng tái tạo khác trong việc cung cấp năng lượng
cho các phương pháp khử muối. So với các dạng năng lượng tái tạo khác thì năng
lượng mặt trời có ưu điểm là một nguồn nhiệt năng có thể sử dụng trực tiếp, hiện diện
khắp mọi nơi trên trái đất và những khu vực khan hiếm nước sạch là những khu vực có
cường độ bức xạ mặt trời dồi dào nhất. Do đó năng lượng mặt trời là một sự lựa chọn
tối ưu trong các dạng năng lượng tạo để cung cấp nhiệt cho hệ thống khử muối.
Ngoài ra, các nguồn nhiệt thải cũng rất thích hợp để cấp nhiệt cho hệ thống khử muối.
Hiện nay các khu vực vùng sâu, vùng xa ở nước ta thì việc tiếp cận điện lưới quốc gia
cịn rất khó khăn. Cho nên ở những khu vực này vẫn đang sử dụng điện năng từ các
máy phát điện chạy bằng dầu Diesel. Nguồn nhiệt thải từ các động cơ này là rất lớn,
nếu thải bỏ ra mơi trường thì rất lãng phí. Vì vậy, việc sử dụng nguồn nhiệt thải này để
cấp nhiệt cho hệ thống khử muối nước biển là một việc làm rất có ý nghĩa.
Trong số các phương pháp khử muối hiện nay thì khử muối bằng phương pháp phun –
tách ẩm được đánh giá là rất thích hợp để cung cấp nước sạch cho các khu vực không

tập trung dân cư và là phương pháp khử muối tốt nhất bằng năng lượng mặt trời. Tuy
nhiên, việc ứng dụng phương pháp khử muối phun tách ẩm còn rất hạn chế. Nguyên
nhân của vấn đề này là phương pháp khử muối phun tách ẩm vẫn chưa được hoàn
thiện. Trên thế giới hiện nay thì phương pháp khử muối phun tách ẩm vẫn còn đang
được tiếp tục nghiên cứu. Mục tiêu của các nghiên cứu là đạt được năng suất cao nhất
với tiêu hao năng lượng nhỏ nhất. Để đạt được mục tiêu này thì các thơng số đặc tính
ảnh hưởng đến năng suất và hiệu suất hệ thống phải được xác định. Tuy nhiên, trong
các nghiên cứu trước đây về hệ thống khử muối phun tách ẩm thì vẫn chưa có nghiên
cứu nào về các thơng số đặc tính của hệ thống. Vì vậy tác giả chọn đề tài “nghiên cứu
xx


xác định một số thơng số đặc tính của q trình khử muối nước biển bằng phương
pháp phun – tách ẩm” là đề tài nghiên cứu của luận án này.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của luận án là xác định được ảnh hưởng của các thông số đầu vào
đến các thông số đầu ra trong hệ thống khử muối phun tách ẩm. Từ đó xác định được
giá trị tối ưu của các thơng số đặc tính trong hệ thống khử muối phun tách ẩm.
Để đạt được mục tiêu này, luận án sẽ tập trung giải quyết các mục tiêu cụ thể như sau:
(i) Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nước phun, nhiệt độ nước cấp và chênh lệch
nhiệt độ tối thiểu Tmin đến tỷ lệ thu hồi nhiệt. Từ đó xác định tỷ lệ lưu lượng
khối lượng tối ưu giữa nước phun và khơng khí.
(ii) Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nước phun và chênh lệch nhiệt độ tối thiểu
Tmin đến tỷ lệ thu hồi nhiệt và hệ số năng suất GOR. Từ đó xác định nhiệt độ
nước phun hợp lý theo Tmin.
(iii) Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ khơng khí và nước vào thiết bị phun ẩm đến
nhiệt độ nước và khơng khí ra khỏi thiết bị phun ẩm. Từ đó xác định số Me hợp
lý trong thiết bị phun ẩm.
(iv) Xác định mối liên hệ giữa chiều cao lớp đệm, nhiệt độ nước phun và tỷ lệ lưu
lượng khối lượng giữa nước phun và khơng khí đến số Me của thiết bị phun ẩm.

(v) Đánh giá khả năng cấp nhiệt của năng lượng mặt trời cho hệ thống khử muối
phun tách ẩm.
3. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu trong luận án là hệ thống khử muối nước biển bằng phương
pháp phun – tách ẩm loại khơng khí tuần hồn kín, nước tuần hoàn hở, gia nhiệt nước
với vật liệu đệm trong thiết bị phun ẩm là giấy cooling pad và vòi phun áp lực thấp.
4. Phạm vi nghiên cứu
Luận án tập trung nghiên cứu quá trình truyền nhiệt và truyền chất trong hệ thống khử
muối bằng phương pháp phun – tách ẩm. Từ đó xác định các thơng số đặc tính tối ưu
của hệ thống.
xxi


5. Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu này thì phương pháp nghiên cứu của luận án là kết hợp giữa
nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu
Ý nghĩa về mặt khoa học:
 Xây dựng hoàn chỉnh chương trình mơ phỏng q trình trao đổi nhiệt giữa nước và
khơng khí trong hệ thống.
 Định lượng được mối quan hệ giữa tỷ lệ lưu lượng khối lượng tối ưu giữa nước
phun và khơng khí với nhiệt độ nước phun và nhiệt độ nước cấp. Định lượng được
mối quan hệ giữa nhiệt độ nước và khơng khí ra khỏi thiết bị phun ẩm theo số Me
và tỷ lệ lưu lượng khối lượng tối ưu giữa nước phun và khơng khí. Định lượng được
mối quan hệ giữa chiều cao lớp đệm, nhiệt độ nước phun và tỷ lệ lưu lượng khối
lượng giữa nước phun và khơng khí theo số Me.
 Xác định được phạm vi tối ưu của nhiệt độ nước phun theo ΔTmin, số Me trong
thiết bị phun ẩm, mật độ xối tưới tối đa trên một đơn vị bề mặt lớp đệm trong thiết
bị phun ẩm.
 Đã phát minh và thử nghiệm thành công loại bộ thu ống nhiệt mới, có hiệu suất cao

để cấp nhiệt cho hệ thống.
Ý nghĩa về mặt thực tiễn:
 Chương trình mơ phỏng sẽ là một công cụ hỗ trợ đắc lực cho kỹ sư thiết kế trong
việc khảo sát ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến các thông số đầu ra trong hệ
thống khử muối phun – tách ẩm. Từ đó, người thiết kế có thể lựa chọn được các giá
trị đầu vào hợp lý cho hệ thống.
 Từ các phương trình hồi quy, những kỹ sư thiết kế có thể xác định các thơng số làm
việc tối ưu. Từ đó có thể tính tốn kích thước và kết cấu của hệ thống khử muối một
cách dễ dàng.

xxii


 Bộ thu ống nhiệt trọng trường tách dòng độc lập được chế tạo có tuổi thọ cao và giá
thành thấp có thể được ứng dụng rộng rãi để thay thế các loại bộ thu trên thị trường
hiện nay.

xxiii