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

 Ứng với giá trị nhiệt độ nước phun nhiệt độ nước giải nhiệt tồn MỞ ĐẦU tỷ lệ lưu lượng khối lượng tối ưu nước phun khơng khí Ở Tmin=5oC nhiệt độ nước phun hợp lý cho hệ thống khử muối phun Sự cần thiết vấn đề nghiên cứu tách ẩm cấp nhiệt lượng mặt trời từ 70oC đến 75oC Khan nước biến đổi khí hậu hai vấn đề đe dọa đến sống  Khi thiết kế thiết bị phun ẩm số Me hợp lý từ 1,2 đến nhân loại Dân số giới ngày tăng nhanh cộng với tốc độ thị hóa  Mật độ xối tưới tối đa đơn vị diện tích lớp đệm thiết bị phun cơng nghiệp hóa quốc gia làm cho nguồn nước trở nên ô nhiễm   ẩm 0,75kg/(m s) ngày cạn kiệt Theo báo cáo tổ chức phát triển nguồn nước Liên Bộ thu tập trung khơng thích hợp để cấp nhiệt cho hệ thống khử muối phun Hiệp Quốc năm 2016 có 1,8 tỷ người thiếu nước uống tồn giới tách ẩm nói riêng cung cấp nước nóng nói chung điều kiện Tp Hồ [1] Hầu hết tập trung quốc gia có mức thu nhập thấp Chí Minh  Nước nguồn gốc sống, nhân tố định tồn tại, phát triển bền Năng lượng nhiệt cung cấp để sản xuất 1kg nước thực nghiệm từ 1684kJ đến 1875kJ nhiệt độ nước phun tương ứng 70oC 75oC  Hệ số suất GOR hệ thống làm việc Tmin=5oC từ 1,5 đến 1,7 Kết tương đồng với kết nghiên cứu All-Halaj [16] Nawayseh [21]  vững nhân loại Mặt khác, nước gây tai họa cho người môi trường Theo báo cáo toàn cầu Tổ chức Y tế giới (WHO) công bố năm 2010 cho thấy, năm Việt Nam có 20.000 người tử vong điều kiện nước vệ sinh nghèo nàn thấp Còn theo thống kê Bộ Y tế, 80% bệnh truyền nhiễm nước ta liên quan đến nguồn nước Người dân nông thôn thành thị phải đối mặt với nguy mắc bệnh Năng suất tính tốn trung bình hệ thống khử muối phun tách ẩm làm môi trường nước ngày ô nhiễm trầm trọng việc từ 8h đến 15h điều kiện thời tiết Tp Hồ Chí Minh 4Hầu mà người sử dụng nước Ở nước phát triển, 5,9kg/(m2ngày) 6.3 tài ngun nước đóng vai trò vơ quan trọng đặt lên hàng đầu Kiến nghị việc khai thác, sử dụng quản lý với quy mô lớn Ngược lại, Hướng mở rộng luận án: quốc gia chậm phát triển nước phát triển, vai trò nước  Tiếp tục nghiên cứu trình trao đổi nhiệt trao đổi chất thiết bị phun ẩm với loại vật liệu đệm khác thực tế để lựa chọn loại vật liệu đệm có hiệu suất cao phù hợp với điều kiện Việt Nam chưa nhận thức rõ ràng, song hành với điều việc sử dụng lãng  Cần phải tiến hành nghiên cứu tiếp tục với loại đầu phun khác báu  Cần tiến hành thêm nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ không khí đến q trình trao đổi nhiệt trao đổi chất thiết bị phun ẩm Tài nguyên nước mặt nước ta phân bố khơng đồng tồn lãnh thổ  Cần phải nghiên cứu thêm loại môi chất dung ống nhiệt trọng trường để lựa chọn loại mơi chất thích hợp.õQ vùng núi cao, vùng ven biển hải đảo Do việc khai thác nước phí có động thái để bảo tồn sử dụng hiệu nguồn khoáng sản quý thay đổi theo mùa năm Những khu vực thường xuyên thiếu nước ngầm khu vực khơng hợp lí gây tình trạng sụt lún đất, nguồn nước ngầm bị nhiễm mặn khu vực ven biển Bên cạnh 36 việc biến đổi khí hậu gây ảnh hưởng khơng nhỏ đến việc cung cấp Kết tính tốn cho thấy suất hệ thống khử muối phun tách ẩm cấp nước sạch, nước biển dâng cao làm cho vùng ven biển nhiễm mặn, hoạt động nhiệt thu ống nhiệt trọng trường tách dòng độc lập thay đổi tương ứng nông nghiệp bị ảnh hưởng đáng kể hàng loạt ảnh hưởng khác Năm với hiệu suất thu khoảng 4-5,4kg/(m2.ngày) Đối với thu cấp nhiệt 2016 đồng sông Cửu Long trãi qua đợt hạn hán kéo dài gây ảnh ống dầu suất đạt cao hơn, suất thay đổi khoảng từ hưởng nghiêm trọng đến đời sống thiệt hại nặng nề kinh tế người dân 4,3-5,9kg/(m2.ngày) Để giải tình trạng thiếu nước vùng duyên hải mà không gây tác hại sinh thái khu vực nước biển nguồn CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT tài nguyên phong phú 6.1 Khử muối nước biển để cung cấp nước phương pháp Từ việc nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm hệ thống khử muối phương pháp phun – tách ẩm, luận án đạt kết sau: tiên phong mà người thực để sản xuất nước ngày Những đóng góp luận án (i) Xây dựng chương trình mơ q trình trao đổi nhiệt nước khơng khí hệ thống dựa kỹ thuật Pinch (ii) Xây dựng phương trình thể mối quan hệ tỷ lệ lưu lượng tối ưu nước phun khơng khí theo nhiệt độ nước phun nhiệt độ nước giải nhiệt dạng nhiệt điện Các nguồn lượng cấp vào cho (iii) Xác định khoảng giá trị nhiệt độ nước phun tối ưu theo Tmin q trình khử muối truyền thống hầu hết có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch (iv) Xây dựng chương trình mơ q trình truyền nhiệt, truyền chất nước phun khơng khí thiết bị phun ẩm (v) Xây dựng phương trình xác định nhiệt độ nước phun nhiệt độ khơng khí khỏi thiết bị phun ẩm theo số Me tỷ lệ lưu lượng khối lượng tối ưu nước phun khơng khí Trong q khứ, khử muối nước biển để sản xuất nước phương pháp tốn (vi) Xác định số Me hợp lý thiết bị phun ẩm chi phí đầu tư ban đầu cao chi phí tiêu hao cho lượng (vii) Xác định mật độ xối tưới tối đa đơn vị bề mặt lớp đệm thiết bị phun ẩm phương pháp phương pháp chủ đạo việc cung cấp nước cho nhân loại Các phương pháp khử muối truyền thống tiêu thụ lượng lớn lượng Do hệ thống gián tiếp trực tiếp thải mơi trường lượng lớn khí CO2 xa đẩy giá thành nhiên liệu hóa thạch lên cao nhiên liệu hóa thạch có giới hạn cạn kiệt dần lớn [2-4] Tuy nhiên ngày khơng có phương pháp khác tối ưu phương pháp Cho nên phương pháp khử muối nước biển để lấy nước xem phương pháp khả thi để đáp ứng nhu (viii) Xác định nhiệt độ khơng khí vào thiết bị phun ẩm không ảnh hưởng đến số Me khoảng nhiệt độ từ 35oC đến 38oC cầu nước ngày tăng nhân loại [5] Theo dự báo chương trình (ix) Xây dựng mối quan hệ chiều cao lớp đệm lưu lượng nước phun đến số Me phương pháp thực nghiệm (x) Phát minh thu ống nhiệt trọng trường tách dòng độc lập để cấp nhiệt cho hệ thống mơi trường Liên Hiệp Quốc đến năm 2025 khoảng 70% dân số giới đối mặt với vấn đề thiếu nước, 50% dân số sống cách bờ biển 200km Việt Nam nước có bờ biển dọc theo chiều dài đất nước khoảng cách từ bờ biển đến đường biên giới khơng xa tương lai tồn lãnh 6.2 Kết luận thổ nước ta phải đối mặt với tình trạng thiếu nước Tính đến tháng năm 2015 Dựa kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm hệ thống khử muối phun tách ẩm, luận án rút kết luận sau đây: 35 Khi thay đổi khối lượng môi chất nạp vào ống nhiệt trọng trường tách tồn giới có 18426 nhà máy khử muối nước biển phân bố 150 dòng độc lập hiệu làm việc ống nhiệt thay đổi theo Với quốc gia với tổng công suất đạt 86 triệu m3/ngày đêm Theo ước tính kết thực nghiệm nhận thấy khối lượng nước nạp vào nhà máy có cơng suất triệu m3/(ngày đêm) năm tiêu thụ lượng mẫu thực nghiệm hợp lý nằm khoảng từ kg đến 1,5kg Với thể tích nhiên liệu tương đương với 8,78 triệu dầu Điều cho thấy lượng bề mặt nhận nhiệt bay mẫu thực nghiệm 2,4 lít tỷ lệ nạp hợp tiêu thụ nhà máy khử muối nước biển lớn Do cần lý 42%-62% phải tìm giải pháp thích hợp để thay nguồn lượng cung cấp cho Dựa số liệu xạ mặt trời đo song song với trình thực nghiệm thu ống nhiệt trọng trường tách dòng độc lập, chúng tơi xác định hiệu suất trung bình thu ống nhiệt trọng trường tách dòng độc lập tỷ lệ lượng tái tạo lượng mặt trời, lượng gió, lượng địa nhiệt,… Đặc biệt khu vực vùng sâu vùng xa, hải đảo nơi mà nhiên liệu hóa thạch điện hàng hóa khan giá thành cao việc vận nạp hợp lý từ 45%-60% 5.4 hệ thống khử muối Biện pháp thay sử dụng nguồn Đánh giá suất hệ thống khử muối phun tách ẩm cấp nhiệt lượng mặt trời điều kiện Việt Nam chuyển truyền tải khó khăn Có thể nói dạng lượng tái tạo lượng mặt trời nguồn Với cường độ xạ trung bình năm Tp.HCM có hiệu suất trung bình lượng có ưu dạng lượng tái tạo khác việc cung cấp thu xác định, kết hợp với lượng nhiệt cần thiết để sản xuất lượng cho phương pháp khử muối So với dạng lượng tái tạo 1kg nước xác định với mơ hình thực nghiệm chương khác lượng mặt trời có ưu điểm nguồn nhiệt sử suất nước trung bình thu từ hệ thống khử muối phun tách ẩm theo dụng trực tiếp, diện khắp nơi trái đất khu vực khan nước khu vực có cường độ xạ mặt trời dồi Do lượng mặt trời lựa chọn tối ưu dạng lượng tạo để cung cấp nhiệt cho hệ thống khử muối Ngoài ra, nguồn nhiệt thải thích hợp để cấp nhiệt cho hệ thống khử muối Hiện khu vực vùng sâu, vùng xa nước ta việc tiếp cận điện lưới quốc gia khó khăn Cho nên khu vực sử dụng điện từ máy phát điện chạy dầu Diesel Nguồn nhiệt thải từ động lớn, thải bỏ môi trường lãng phí Vì vậy, việc sử dụng nguồn nhiệt thải để cấp nhiệt cho hệ thống khử muối nước tháng năm xác định cách quy đổi sau: Hình 5.1: Năng suất phương phun tách ẩm cấp nhiệt thu ống nhiệt trọng trường tách dòng độc lập biển việc làm có ý nghĩa Trong số phương pháp khử muối khử muối phương pháp phun – tách ẩm đánh giá thích hợp để cung cấp nước cho khu vực không tập trung dân cư phương pháp khử muối tốt 34 lượng mặt trời Tuy nhiên, việc ứng dụng phương pháp khử muối phun đối cao ổn định suốt thời gian thực nghiệm Hiệu suất trung bình tách ẩm hạn chế Nguyên nhân vấn đề phương pháp khử mẫu đối chứng thay đổi khoảng từ 55%-65% Ưu điểm bật mẫu muối phun tách ẩm chưa hoàn thiện Trên giới đối chứng khả làm việc tốt điều kiện thời tiết xấu phương pháp khử muối phun tách ẩm tiếp tục nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu đạt suất cao với tiêu hao lượng nhỏ Để đạt mục tiêu thơng số đặc tính ảnh hưởng đến suất hiệu suất hệ thống phải xác định Tuy nhiên, nghiên cứu trước hệ thống khử muối phun tách ẩm chưa có nghiên cứu thơng số đặc tính hệ thống Vì tác giả chọn đề tài “nghiên cứu xác định số thơng số đặc tính q trình khử muối nước biển phương pháp phun – tách ẩm” đề tài nghiên cứu luận án Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu luận án xác định ảnh hưởng thông số xác định giá trị tối ưu thơng số đặc tính hệ thống khử muối phun tách ẩm Để đạt mục tiêu này, luận án tập trung giải mục tiêu cụ thể sau: (i) Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nước phun, nhiệt độ nước cấp chênh lệch nhiệt độ tối thiểu Tmin đến tỷ lệ thu hồi nhiệt Từ xác định tỷ lệ lưu lượng khối lượng tối ưu nước phun khơng khí (ii) Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nước phun chênh lệch nhiệt độ tối thiểu Tmin đến tỷ lệ thu hồi nhiệt hệ số suất GOR Từ xác định nhiệt độ nước phun hợp lý theo Tmin Hình 5.2: Bản vẽ 3D thu ống nhiệt trọng trường tách dòng độc lập Nhiệt độ nước nóng [oC] đầu vào đến thơng số đầu hệ thống khử muối phun tách ẩm Từ 80 60 Vị trí Vị trí Vị trí a 40 20 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 Thời gian Hình 5.7: Kết thực nghiệm ống nhiệt trọng trường tỷ lệ nạp 50% mẫu đối chứng (iii) Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ không khí nước vào thiết bị phun Từ kết nghiên cứu thực nghiệm nhận thấy nước môi ẩm đến nhiệt độ nước không khí khỏi thiết bị phun ẩm Từ xác chất làm việc tốt ống nhiệt trọng trường loại tách dòng độc lập So với định số Me hợp lý thiết bị phun ẩm loại môi chất khác nước có ưu điểm bật sau: (i) Rẻ tiền, (2) (iv) Xác định mối liên hệ chiều cao lớp đệm, nhiệt độ nước phun tỷ thân thiện với môi trường, (iii) ẩn nhiệt hóa cao 33 phun Khi nhiệt độ nước phun thay đổi tỷ lệ lưu lượng khối lượng tối ưu lệ lưu lượng khối lượng nước phun khơng khí đến số Me nước phun khơng khí thay đổi theo Do cần phải điều chỉnh tỷ lệ thiết bị phun ẩm cho phù hợp với nhiệt độ nước phun cách thay đổi lưu lượng nước phun cho tỷ lệ lượng khối lượng nước phun khơng khí đạt giá trị tối ưu 5.3 5.3.1 (v) Đánh giá khả cấp nhiệt lượng mặt trời cho hệ thống khử muối phun tách ẩm Đối tượng nghiên cứu Đánh giá khả cấp nhiệt lượng mặt trời Bộ thu tập trung dạng máng trụ Đối tượng nghiên cứu luận án hệ thống khử muối nước biển phương pháp phun – tách ẩm loại khơng khí tuần hồn kín, nước tuần hoàn hở, Để đánh giá khả cấp nhiệt thu tập trung dạng máng trụ điều gia nhiệt nước với vật liệu đệm thiết bị phun ẩm giấy cooling pad kiện Việt Nam luận án tiến hành chế tạo thử nghiệm thu tập trung vòi phun áp lực thấp dạng máng trụ môn Công nghệ nhiệt lạnh, trường đại học Bách Khoa Phạm vi nghiên cứu Tp.HCM Luận án tập trung nghiên cứu trình truyền nhiệt truyền chất hệ Kết thực nghiệm cho thấy với điều kiện thời tiết Tp HCM thu tập trung dạng máng trụ làm việc khoảng thời gian từ tháng thống khử muối phương pháp phun – tách ẩm Từ xác định thơng số đặc tính tối ưu hệ thống đến tháng Trong khoảng thời gian mùa nắng bầu trời tương đối tốt, cường độ trực xạ tương đối ổn định Khoảng thời gian lại từ tháng 5 Phương pháp nghiên cứu đến tháng 12 mùa mưa bầu trời thường xuyên âm u, nhiều mây, Để đạt mục tiêu phương pháp nghiên cứu luận án kết hợp cường độ trực xạ thấp khơng Vì thu tập trung dạng máng nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm parabol làm việc 5.3.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn vấn đề nghiên cứu Đánh giá khả cấp nhiệt thu ống nhiệt Ý nghĩa mặt khoa học: Với mục đích nghiên cứu, thiết kế chế tạo thu cấp nhiệt cho hệ thống khử muối phun tách ẩm có hiệu suất cao, tuổi thọ cao giá thành thấp, phù hợp với điều kiện kinh tế kỹ thuật Việt Nam luận án đề xuất thử nghiệm thu ống nhiệt để cung cấp nhiệt cho hệ thống Để đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật mơ hình thực nghiệm, luận án tiến hành thử nghiệm với mẫu đối chứng bày bán thị trường Kết thực nghiệm cho thấy, với mẫu đối chứng nhiệt độ nước vị trí a vị trí b gần Nhiệt độ nước nóng mẫu đối chứng tăng theo thời gian có dao động Hiệu suất mẫu đối chứng tương 32  Xây dựng hồn chỉnh chương trình mơ q trình trao đổi nhiệt nước khơng khí hệ thống  Định lượng mối quan hệ tỷ lệ lưu lượng khối lượng tối ưu nước phun khơng khí với nhiệt độ nước phun nhiệt độ nước cấp Định lượng mối quan hệ nhiệt độ nước khơng khí khỏi thiết bị phun ẩm theo số Me tỷ lệ lưu lượng khối lượng tối ưu nước phun khơng khí Định lượng mối quan hệ chiều cao lớp đệm, nhiệt độ nước phun tỷ lệ lưu lượng khối lượng nước phun khơng khí theo nguồn nhiệt có nhiệt thấp, vận hành đơn giản phù hợp dãy suất số Me trung bình 10-100m3/ngày Năng lượng mặt trời nguồn nhiệt dồi  Xác định phạm vi tối ưu nhiệt độ nước phun theo ΔTmin, số Me khu vực ven biển hải đảo Ngoài ra, nhiệt thải từ máy phát điện diesel nguồn lượng có tiềm lớn để cấp nhiệt cho hệ thống thiết bị phun ẩm, mật độ xối tưới tối đa đơn vị bề mặt lớp khử muối phun – tách ẩm đệm thiết bị phun ẩm 5.2 Chế độ vận hành hệ thống khử muối phun – tách ẩm cấp nhiệt lượng mặt trời  Đã phát minh thử nghiệm thành công loại thu ống nhiệt mới, có hiệu Kết mơ thực chương cho thấy giá trị nhiệt suất cao để cấp nhiệt cho hệ thống độ nước phun có tỷ lệ lưu lượng nước phun tối ưu để hệ số suất hệ thống khử muối phun – tách ẩm cao Cho nên để hệ thống làm Ý nghĩa mặt thực tiễn:  Chương trình mơ công cụ hỗ trợ đắc lực cho kỹ sư thiết kế việc khảo sát ảnh hưởng thông số đầu vào đến thông số việc hiệu nhiệt độ nước phun phải ổn định Tuy nhiên nguồn nhiệt cung cấp cho hệ thống lượng mặt trời nhiệt độ nước phun khơng ổn định cường độ xạ mặt trời thay đổi liên tục Để hệ thống khử muối phun đầu hệ thống khử muối phun – tách ẩm Từ đó, người thiết kế – tách ẩm làm việc ổn định đạt hiệu suất cao luận lựa chọn giá trị đầu vào hợp lý cho hệ thống án đề xuất phương án sau:  Từ phương trình hồi quy, kỹ sư thiết kế xác định thông  Phương án – Nhiệt độ nước phun ổn định: Để trì nhiệt độ số làm việc tối ưu Từ tính tốn kích thước kết cấu hệ thống nước phun ngồi lượng mặt trời cần phải sử dụng thêm nguồn khử muối cách dễ dàng lượng bổ sung Phương án giúp hệ thống hoạt động ổn định đồng thời rút ngắn thời gian khởi động tăng thời gian hoạt động Năng lượng bổ  Bộ thu ống nhiệt trọng trường tách dòng độc lập chế tạo có tuổi thọ cao giá thành thấp ứng dụng rộng rãi để thay loại thu thị trường sung cho hệ thống nguồn nhiệt thải từ động máy phát điện diesel, nguồn nhiệt rẻ tiền như: biogas, nhiên liệu sinh khối,…Đặc điểm hệ thống khử muối phun – tách ẩm thích hợp để cung cấp nước cho khu vực không tập trung dân cư Ở khu vực Cấu trúc luận án Nội dung luận án bao gồm chương, đó: nguồn lượng nêu dồi dào, việc ứng dụng phương pháp phun – tách ẩm trở nên dễ dàng - Chương trình bày tổng quan kỹ thuật khử muối phun tách - ẩm - Chương trình bày sở lý thuyết hệ thống khử muối phun – tách ẩm  Phương án – Nhiệt độ nước phun không ổn định: Trong trường hợp khơng có nguồn nhiệt bổ sung phải sử dụng bơm định lượng để điều chỉnh lưu lượng nước phun theo tỷ lệ lưu lượng tối ưu với nhiệt độ nước 31 Ngoài luận án xây dựng mối quan hệ nhiệt độ nước phun, tỷ lệ lưu lượng khối lượng nước phun khơng khí, chiều cao lớp đệm với số Me Sau luận án kiểm chứng kết mô lý thuyết thực - Chương trình bày kết mơ q trình trao đổi nhiệt chất hệ thống khử muối phun – tách ẩm - Chương trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm nghiệm, kết cho thấy sai số tuyệt đối lớn 4,14% Năng lượng để vận hành bơm quạt hệ thống khử muối 4,29W/(1kg nước sạch) - Chương trình bày phương án vận hành đánh giá khả cấp nhiệt lượng mặt trời CHƯƠNG : ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẤP NHIỆT BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN VẬN HÀNH - Chương trình bày kết luận kiến nghị Trong phương pháp khử muối lượng mặt trời phương pháp CHƯƠNG phun – tách ẩm đánh giá phương pháp khử muối phù hợp dãy suất 10-100m3/ngày Năng lượng mặt trời hồn tồn miễn phí diện khắp nơi trái đất, nhiên cường độ xạ mặt trời không ổn định theo vị trí địa lý thời gian Cho nên việc ứng dụng lượng mặt trời để cấp nhiệt cho hệ thống khử muối phun – tách ẩm gặp nhiều khó khăn hiệu suất hệ thống phụ thuộc vào nhiệt độ nước phun Kết mô chương cho thấy ứng với giá trị nhiệt độ nước phun có tỷ lệ lưu lượng khối lượng tối ưu nước phun không khí để hệ số suất hệ thống khử muối phun – tách ẩm cao Vì nhiệt độ nước phun khơng ổn định ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống Để việc vận hành hệ thống khử muối phun – tách ẩm cấp nhiệt lượng mặt trời hiệu quả, chương luận án đưa giải pháp cấp nhiệt cho hệ thống lượng mặt trời Ngoài với mục tiêu sáng chế loại thu có khả cấp nhiệt cho hệ thống khử muối phun – tách ẩm điều kiện Việt Nam, luận án tiến hành nghiên cứu chế tạo thử nghiệm thu ống nhiệt trọng trường tách dòng độc lập loại thu khác để đánh giá khả cấp nhiệt cho hệ thống khử muối phun – tách ẩm 5.1 Các nguồn lượng cấp nhiệt cho hệ thống khử muối phun – tách ẩm Ưu điểm hệ thống khử muối phun – tách ẩm thích hợp với khu vực không tập trung đông dân cư khu vực ven biển hải đảo, làm việc với 30 : TỔNG QUAN Để khử muối nước biển có nhiều phương pháp thực hiện, chương luận án giới thiệu phương pháp khử muối phổ biến sử dụng giới Khử muối phương pháp phun tách - ẩm đánh giá phương pháp khử muối tốt lượng mặt trời Kết nghiên cứu tổng quan hệ thống khử muối phun – tách ẩm cho thấy mục tiêu nghiên cứu hệ thống khử muối phun – tách ẩm tập trung vào giải vấn đề sau đây: chi phí sản xuất nước, trao đổi nhiệt trao đổi chất thiết bị tách ẩm hiệu suất hệ thống Ngồi có nghiên cứu cải tiến kết cấu hệ thống khử muối phun – tách ẩm Các kết đạt dừng lại nghiên cứu lý thuyết bản, việc tối ưu hóa thơng số đặc tính vấn đề truyền truyền chất hệ thống chưa nghiên cứu chuyên sâu thực nghiệm chi tiết Các nghiên cứu chưa thấy đưa quy luật, quan hệ thơng số đặc tính đến suất hệ thống Bên cạnh vấn đề nghiên cứu, luận án nhận thấy hệ thống khử muối phun – tách ẩm nhiều vấn đề cần phải nghiên cứu để nâng cao hiệu suất hệ thống Từ đó, luận án đề mục tiêu cần phải tiếp tục nghiên cứu CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT Sau nghiên cứu tổng quan phương pháp khử muối phun – tách ẩm, luận án xác định đối tượng nghiên cứu chu trình khơng khí tuần hồn kín, nước tuần hồn hở, gia nhiệt nước CAOW-WH Mục tiêu luận án 4.3.3 xác định số thơng số đặc tính q trình khử muối phun tách ẩm Để đạt Dựa vào kết thực nghiệm lý thuyết trình bày hình 4.22 cho mục tiêu phương pháp nghiên cứu luận án kết hợp thấy nhiệt độ nước khỏi thiết bị phun ẩm nhiệt độ khơng khí khỏi nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm Do việc làm mà luận án phải thiết bị tách ẩm thực nghiệm thấp so với lý thuyết Kết lý thuyết giải nghiên cứu lý thuyết hệ thống khử muối phun – tách ẩm Vấn thực tế có chênh lệch khơng đáng kể đề hệ thống khử muối phun tách ẩm truyền nhiệt truyền chất 4.3.4 Hệ số suất hệ thống phụ thuộc vào khả thu hồi nhiệt hiệu trình trao đổi nhiệt chất Cho nên chương luận án tiến hành phân tích lý thuyết truyền nhiệt truyền chất hệ thống khử muối phun – tách ẩm Từ xây dựng tốn truyền nhiệt truyền chất nước phun khơng khí theo phương pháp Merkel phương pháp Poppe 2.1 Thu hồi nhiệt hệ thống khử muối phun – tách ẩm Kiểm chứng kết thực nghiệm mô lý thuyết Đánh giá sai số Kết đánh giá sai số thực nghiệm lý thuyết thực cho thấy kết thực nghiệm có sai lệch khơng đáng kể so với lý thuyết Sai số tương đối lớn 2,63% Năng suất hệ số suất hệ thống khử muối phun – tách ẩm phụ thuộc sai số tuyệt đối lớn vào khả thu hồi nhiệt hệ thống Trong hệ thống khử muối phun – tách 4,14% Điều cho thấy ẩm khơng khí tuần hồn kín, nước tuần hồn hở có nguồn nhiệt cần thu kết mà luận án thực hồi là: (i) nhiệt thải từ khơng khí nóng bão hòa có nhiệt độ cao thiết bị lý thuyết trước đáng tách ẩm, (ii) nhiệt thải nước ngưng nhả thiết bị tách ẩm (iii) nhiệt tin cậy lượng nước phun thải thiết bị phun ẩm Hình 4.22: So sánh nhiệt độ đo đạc thực nghiệm lý thuyết Thông Bảng 4.7: Kết đánh giá sai số Sai số tương đối Sai số tuyệt đối lớn Sai số tuyệt đối nhỏ số trung bình Trong thơng số ảnh hưởng đến tỷ lệ thu hồi nhiệt hệ thống khử muối t2 0,84 2,1 0,34 phương pháp phun – tách ẩm loại nước tuần hồn hở, khơng khí tuần hồn t4 2,63 4,14 1,52 kín nói tỷ lệ lưu lượng khối lượng nước phun khơng khí tuần hồn = ̇ ⁄ ̇ thông số ảnh hưởng nhiều Hệ số ảnh hưởng t5 0,82 1,04 0,64 t6 1,84 3,6 0,77 đến nhiệt độ nước thải sau phun thiết bị phun ẩm, đồng thời ảnh 4.4 2.1.1 2.1.1.1 Các thông số ảnh hưởng đến khả thu hồi nhiệt hệ thống Tỷ số lưu lượng khối lượng nước phun khơng khí tuần hồn hưởng đến nhiệt độ nước giải nhiệt khơng khí khỏi thiết bị tách ẩm 2.1.1.2 Nhiệt độ nước phun (%) (%) (%) Kết luận Từ việc nghiên cứu thực nghiệm hệ thống khử muối phun – tách ẩm, luận án xác định mật độ xối tưới tối đa đơn vị diện tích lớp đệm Thơng số thứ hai ảnh hưởng đến khả thu hồi nhiệt thải hệ thống khử 0,75kg/(m2.s) Kết thực nghiệm cho thấy khơng khí vào thiết bị phun muối phun – tách ẩm nhiệt độ nước phun Tốc độ bay nước vào ẩm không ảnh hưởng đến giá trị số Me khoảng nhiệt độ 35-38oC 29 ẩm không ảnh hưởng đến trình truyền nhiệt, truyền chất thiết bị o o phun ẩm khoảng nhiệt độ 35 C-38 C khơng khí phụ thuộc vào nhiệt độ nước phun 2.1.1.3 Kết hình 4.9 cho thấy với giá trị nhiệt độ nước phun khác Nhiệt độ nước giải nhiệt Nhiệt độ nước giải nhiệt thấp nhiệt lượng nước giải nhiệt thu hồi số Me khác Nhiệt độ nước phun tăng số Me từ khơng khí tuần hoàn thiết bị tách ẩm cao ngược lại thấp ngược lại Sự biến đổi số Me theo nhiệt độ nước phun khơng tuyến 2.1.2 tính mà đường cong phi tuyến Sự thay đổi giá trị số Me theo nhiệt độ nước phun giảm nhanh khoảng nhiệt độ từ 65-75oC Khi nhiệt độ nước phun cao 75oC độ dốc số Me theo nhiệt độ thấp Với nhiệt độ nước phun số Me nghịch biến với Khi giá trị tăng lên số Me giảm xuống, thay đổi khơng tuyến tính Độ dốc số Me giảm tăng 2.1.2.1 Tối ưu hóa thu hồi nhiệt cơng nghệ Pinch Mục tiêu phân tích Pinch Phân tích Pinch sử dụng để xác định chi phí lượng, chi phí đầu tư ban đầu hệ thống trao đổi nhiệt xác định điểm Pinch 2.1.2.2 Các bước phân tích Pinch  Xác định dòng nhiệt nóng, dòng nhiệt lạnh dòng phụ trợ quy trình  Thu thập liệu nhiệt cho dòng quy trình dòng phụ trợ  Lựa chọn giá trị Tmin ban đầu  Xây dựng đường cong tổ hợp đường cong tổ hợp tổng  Xác định lượng bổ sung tối thiểu, lượng thu hồi lượng thải bỏ Hình 4.10: Ảnh hưởng m đến số Me nhiệt độ nước phun 80oC Hình 4.15: Ảnh hưởng chiều cao lớp đệm đến số Me nhiệt độ nước phun 80oC Kết thực nghiệm hình 4.10 4.15 cho thấy với chiều cao lớp đệm tăng lên số Me giảm Sự thay đổi số Me  Xác định dòng nhiệt nóng, dòng nhiệt lạnh dòng phụ trợ quy trình 2.1.3 Trao đổi nhiệt thiết bị phun ẩm Tại thiết bị phun ẩm, nước nóng phun từ vòi phun lên lớp đệm nhả nhiệt cho khơng khí chuyển động theo hướng ngược lại Một phần nước bị bay không tuyến tính mà đường cong có dạng hàm mũ vào khơng khí làm cho độ chứa khơng khí tăng lên Khơng Với kết đạt được, luận án tìm quan hệ số Me với nhiệt độ nước phun, ṁ L sau: = (0,0012 khí vào thiết bị phun ẩm khơng khí ẩm bão hòa từ thiết bị tách ẩm Khơng khí khỏi thiết bị phun ẩm khơng khí ẩm bão hòa Nước nóng − 0,2174 + 11,933) , ( , , , ) (4.6) sau qua lớp đệm nhả nhiệt cho khơng khí nhiệt độ giảm xuống Phương trình (4.6) áp dụng cho dãy nhiệt độ nước phun từ 65oC đến 80oC ṁ thải bỏ khoảng từ 2,5 đến 2.1.4 Trao đổi nhiệt thiết bị tách ẩm Khơng khí ẩm bão hòa khỏi thiết bị phun ẩm có nhiệt độ cao vào thiết bị tách ẩm nhả nhiệt cho nước giải nhiệt nước không khí bị tách 28 Trong thiết bị tách trao đổi chất tốt mà nước phun bị theo khơng khí Nếu giảm ẩm nước giải nhiệt lưu lượng nước phun nhiệt độ khơng khí khỏi thiết bị phun ẩm tăng lên khơng khí bão hòa nhiệt độ nước khỏi thiết bị phun ẩm giảm xuống Tuy nhiên lưu lượng ngược chiều Đầu nước phun thấp khơng khí khỏi thiết bị phun ẩm không đạt đến vào nước giải nhiệt nhiệt độ bão hòa ứng với nhiệt độ nước khỏi thiết bị phun ẩm Dựa kết đầu khơng khí thực nghiệm chúng tơi nhận thấy lưu lượng nước phun thấp ngược lại Nhiệt độ 0,3kg/m2s khơng khí khỏi thiết bị phun ẩm khơng bão hòa lưu khơng khí đầu cao lượng nước phun cao 0,75kg/m2s khơng khí khỏi thiết bị phun ẩm nhiệt độ nước giải theo nước Vì chúng tơi kết luận lưu lượng nước phun hợp lý đơn vị diện tích lớp đệm 0,3kg/m s < ṁ < 0,75kg/m s nhiệt vào nhiệt độ đầu nước giải nhiệt thấp nhiệt độ Hình 2.8: Phân tích Pinch m = 3, nhiệt độ nước phun t3= 80oC nhiệt độ nước cấp t1=30oC 4.3.2 Ảnh hưởng thơng số làm việc đến q trình trao đổi nhiệt trao đổi chất đầu vào khơng khí Q trình khơng khí thiết bị tách ẩm ngược Kết thực nghiệm hình lại với trình khơng khí thiết bị phun ẩm Nhiệt lượng khơng khí 4.8 cho thấy nhiệt độ khơng nhả cho nước giải nhiệt thiết bị tách ẩm bao gồm nhiệt nhiệt ẩn khí đầu vào thiết bị phun ẩm 2.2 tăng nhiệt độ khơng khí Cân nhiệt chất hệ thống Sau xác định thông số đầu hệ thống khử muối phun – tách nước khỏi thiết bị phun ẩm ẩm CAOW-WH công nghệ Pinch bước xác định kích tăng theo Sự thay đổi thước thiết bị phun ẩm tách ẩm để đạt giá trị Tmin mong nhiệt độ nước khỏi thiết bị muốn Đây vấn đề khó khăn trình trao đổi nhiệt trao đổi phun ẩm tuyến tính theo nhiệt chất nước khơng khí diễn phức tạp Để giải vấn đề độ khơng khí vào Sự thay đổi phải giải tốn truyền nhiệt truyền chất hệ thống nhiệt độ khơng khí khỏi 2.2.1 Cân nhiệt chất thiết bị phun ẩm Hình 4.8: Ảnh hưởng t5 đến t4 t6 thiết bị phun ẩm theo nhiệt độ khơng khí vào Kết Để đơn giản hóa cho tốn trao đổi nhiệt trao đổi chất thiết bị phun tính tốn cho thấy số Me khơng ẩm luận án đưa giả thiết sau: thay đổi theo nhiệt độ khơng khí    Bỏ qua tổn thất nhiệt vách bao che thiết bị phun ẩm với môi vào Từ kết trường kết luận hệ thống khử Xem hệ số truyền chất thiết bị phun ẩm số khơng đổi muối phun tách ẩm khơng khí theo chiều cao lớp đệm tuần hồn kín nước tuần hồn hở nhiệt độ khơng khí đầu vào thiết bị phun Hình 4.9: Ảnh hưởng t3 đến số Me Số Lewis phụ thuộc vào hệ số truyền nhiệt truyền chất 10 27 4.2 Các thông số đo đạc  Nhiệt độ nước phun  Nhiệt độ nước thải  Nhiệt độ khơng khí vào thiết bị phun ẩm  Lưu lượng nước phun  Lưu lượng khơng khí tuần hồn  Nhiệt độ nước giải nhiệt vào thiết bị tách ẩm  Lưu lượng nước ngưng  Độ ẩm khơng khí vào thiết bị phun ẩm  Tổn thất áp suất khơng khí qua thiết bị phun ẩm tách ẩm  Đo lượng tiêu thụ hệ thống 4.3  Diện tích mặt cắt lớp đệm thiết bị phun ẩm đồng   Áp suất không khí thiết bị phun ẩm số Xem độ ẩm tương đối khơng khí hệ thống =100% Kết thực nghiệm 4.3.1 Ảnh hưởng lưu lượng nước phun thiết bị phun ẩm Hình 2.9: Cân nhiệt chất hệ thống khử muối phun – tách ẩm 2.2.1.1 Phân tích tốn trao đổi nhiệt trao đổi chất theo phương pháp Merkel Theo phương pháp Merkel ảnh hưởng lượng nước bị bay vào Hình 4.6: Ảnh hưởng mật độ nước phun đến t4 Hình 4.7: Ảnh hưởng mật độ nước phun đến t6 Kết thực nghiệm hình 4.6 4.7 cho thấy tăng lưu lượng nước phun nhiệt độ khơng khí khỏi thiết bị phun ẩm giảm xuống nhiệt độ nước khỏi thiết bị phun ẩm tăng lên Sự thay đổi nhiệt độ nước khơng khí khơng khí bỏ qua phương trình cân lượng lấy hệ số Lewis = ̇ 2.2.1.2 =∫ (2.28) khỏi thiết bị phun ẩm theo lưu lượng nước phun gần tuyến tính Sự Phân tích tốn trao đổi nhiệt trao đổi chất theo phương pháp Poppe thay đổi bé cho thấy ảnh hưởng lưu lượng nước phun q trình Dựa việc phân tích truyền nhiệt, truyền chất nước phun khơng khí trao đổi nhiệt trao đổi chất không đáng kể Tuy nhiên tăng lưu lượng thiết bị phun ẩm theo phương pháp Poppe, quan hệ thông số đầu nước phun vượt giới hạn nhiệt độ khơng khí khỏi thiết bị phun ẩm số Me với nhiệt độ nước phun xây dựng sau: tăng lên Nhiệt độ khí tăng lên khơng phải q trình trao đổi nhiệt 26 11 ̇ = ( ̇ ( ) +( − ̇ = ̇ −( − ) − ) +( ( 1+ +( − − +( − truyền nhiệt nước phun khơng khí lại phụ thuộc vào nhiều thông − ) − ) − − 1) − 1) số bao gồm: tốc độ khơng khí, tốc độ màng nước, chiều cao tháp phun ẩm, vật (2.49) liệu đệm,…Bên cạnh mối tương quan chung hệ số truyền chất với tính − chất vật lý thông số kỹ thuật lớp vật liệu đệm chưa xác định Vì khơng thể xác định số Me theo hệ số truyền chất mà phải xác định ) +( − ) − +( ) − thông qua thực nghiệm (2.50) = ( 2.2.2 − − ) +( +( − 1) − − −( ) − ) + hơn, nội dung chương trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm trình (2.51) Cân nhiệt chất thiết bị tách ẩm Phương trình cân khối lượng: ṁ dw = dṁ Phương trình cân lượng → ṁ di = ṁ C dt + dṁ C Với mục tiêu giúp cho việc tính tốn, thiết kế thiết bị phun ẩm dễ dàng trao đổi nhiệt chất thiết bị phun ẩm Từ xây dựng mối liên hệ số Me thông số đầu vào thiết bị phun ẩm 4.1 Mơ tả kết cấu mơ hình thực nghiệm (2.53) t (2.55) CHƯƠNG : MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ TRAO ĐỔI CHẤT TRONG HỆ THỐNG KHỬ MUỐI PHUN – TÁCH ẨM Kết phân tích lý thuyết truyền nhiệt truyền chất thực chương cho thấy hiệu suất hệ thống khử muối phun – tách ẩm phụ thuộc vào thông số làm việc hệ thống Do việc xác định thơng số đặc tính để hiệu suất hệ thống cao mục tiêu mà luận án nhắm đến Dựa kết đạt chương 2, chương luận án tiến hành mô trình trao đổi nhiệt trao đổi chất hệ thống khử muối phun – tách ẩm để khảo sát ảnh hưởng thơng số đặc tính đến tỷ lệ thu hồi nhiệt, hệ số suất hiệu trao đổi nhiệt, trao đổi chất hệ thống Từ xác định thơng số làm việc tối ưu hệ thống 1-Bình chứa nước cấp, 2-Thiết bị tách ẩm, 3-Dàn ngưng tụ, 4-Thiết bị gia xây dựng phương trình quan hệ thơng số làm việc đến tỷ lệ lưu nhiệt, 5-Thiết bị ổn định nhiệt độ, 6-Bơm, 7-Nước ngưng, 8-Quạt, 9-Nước lượng khối lượng tối ưu hiệu trao đổi nhiệt, trao đổi chất hệ thống thải, 10-Lớp đệm, 11-Tháp phun ẩm, 12-Vòi phun Hình 4.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 12 25 3.1 nhiệt độ tối thiểu Tmin hệ thống  Đã xác định nhiệt độ nước phun hợp lý cho hệ thống khử muối Đã xây dựng mối quan hệ chương 2, chương trình mô tối ưu với nhiệt độ nước phun nhiệt độ nước giải nhiệt thơng qua phương trình hồi quy (3.1)  Dựa bước phân tích Pinch thực phun – tách ẩm theo Tmin hệ thống  Mơ q trình trao đổi nhiệt hệ thống Đã xác định số Me hợp lý thiết kế thiết bị phun ẩm hệ thống khử muối phương pháp phun – tách ẩm số Me1,2 xây dựng phần mềm Visual Basic để khảo ảnh hưởng thông số làm việc đến tỷ lệ thu hồi nhiệt Các thông số đầu vào Đã xác định quan hệ nhiệt độ nước phun, nhiệt độ khơng khí chương trình mơ vào thiết bị phun ẩm số Me với nhiệt độ nước khơng khí khỏi thiết bị bao gồm: nhiệt độ nước phun,  phun ẩm thể phương trình hồi quy (3.21) (3.22) nhiệt độ nước cấp, tỷ lệ lưu lượng khối lượng nước CHƯƠNG : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM phun khơng khí độ chênh lệch nhiệt độ tối thiểu Hiệu suất hệ thống khử muối phun – tách ẩm phụ thuộc nhiều vào Tmin điểm Pinch thiết trình truyền nhiệt, truyền chất thiết bị phun ẩm Do đó, việc nghiên cứu bị phun ẩm tách ẩm Các thực nghiệm trình truyền nhiệt, truyền chất thiết bị phun ẩm thông số đầu chương việc làm cần thiết tính tốn, thiết kế tối ưu hệ thống khử muối Q trình mơ bao gồm: trình truyền nhiệt, truyền chất thiết bị phun ẩm phụ thuộc nhiều vào nhiệt nhiệt độ nước khơng khí độ nước phun Ngồi ra, kết cấu thiết bị phun ẩm ảnh hưởng khỏi thiết bị phun ẩm tách lớn đến trình trao đổi nhiệt trao đổi chất Các thông số đặc trưng cho ẩm, nhiệt lượng thu hồi, nhiệt kết cấu thiết bị phun ẩm bao gồm: tiết diện, loại vật liệu đệm, diện tích lượng bổ sung, nhiệt lượng truyền nhiệt, truyền chất đơn vị thể tích chiều cao lớp đệm tổn thất, tỷ lệ thu hồi nhiệt Một thơng số đặc trưng cho q trình truyền nhiệt, truyền chất số hệ số suất GOR Me Số Me hàm số tỷ lệ thuận với hệ số truyền chất, diện tích bề mặt 3.1.1 lớp đệm tỷ lệ nghịch với lưu lượng nước phun Ở điều kiện làm Gọi ta nhiệt độ khơng khí, tw nhiệt độ nước, i chênh lệch entanpi việc loại vật liệu đệm khác có hệ số truyền chất khác Để nước khơng khí nhiệt độ thiết bị phun ẩm Quy trình mô xác định hệ số truyền chất thiết bị phun ẩm phải xác định hệ số trình bày sơ đồ thuật tốn hình 3.1 Hình 3.1: Lưu đồ thuật tốn chương trình mơ Thuật tốn giao diện chương trình mơ truyền nhiệt khơng khí nước thiết bị phun ẩm Tuy nhiên hệ số 24 13 3.1.2 3.1.2.1 Kết mô độ nước phun Ta có phương trình xác định nhiệt độ khơng khí nước khỏi Ảnh hưởng tỷ lệ lưu lượng khối lượng nước phun khơng khí thiết bị phun ẩm sau: Kết phân tích Pinch hình 3.3 cho thấy tăng m nhiệt độ khơng khí khỏi thiết bị phun ẩm t6 tăng, nhiệt độ khơng khí =( + ) + + =( + ) + + ) + +( ) + + + + ) +( + (3.21) + + ) +( + = −35,4740000342812 = 80,1934147057093 khỏi thiết bị tách ẩm t2 = 1,49357036468559 = −2,54783239091415 = −0,0111441438285706 = 0,0152899041714277 = 24,0441385243688 = −44,5706555311411 theo m Sự tăng giảm t2 + (3.22) xuống Đối với nhiệt độ nước phun t4 có tăng giảm + Trong đó: khỏi thiết bị tách ẩm t5 giảm nhiệt độ nước thải sau +( + Hình 3.3: Ảnh hưởng đến thông số làm việc hệ thống t3=85oC, Tmin=5oC t1=30oC = −0,946247240171358 = 1,37794449594281 t4 theo m trái ngược nhau, = 0,00690016233714239 = −0,00798546691428539 t2 tăng t4 giảm ngược lại Cả nhiệt độ có cực trị giá = −5,29616944522806 = 8,77956351662819 trị m Khi t2 đạt giá trị cao t4 nhỏ Vì lưu lượng nước thiết = 0,202744979928558 = −0,268538661088561 bị phun ẩm tách ẩm lượng thu hồi hệ thống = −0,00146269240285705 = 0,00152326840285707 cao nhiệt độ nước cấp t1 nhiệt độ nước phun t3 nhiệt độ nước khỏi thiết bị tách ẩm t cao nhiệt độ nước khỏi thiết bị phun ẩm t4 thấp Như giá trị m mà nhiệt độ nước khỏi thiết bị phun ẩm tách ẩm đạt cực trị tỷ lệ thu hồi cao Giá trị m gọi m = 15,8269526983994 = −8,02974675171393 = 0,250743746032137 = 1,51302487051428 = 0,00415987301587036 = −0,0079285033714285 tối ưu Vì nhiệt độ nước khỏi thiết bị phun ẩm tách ẩm có Phạm vi áp dụng: công thức áp dụng cho nhiệt độ nước phun cực trị ứng với giá trị nhiệt độ nước cấp t1 nhiệt độ nước phun t3 khoảng từ 65-85oC với có giá trị m tối ưu khoảng từ 0,4 đến nhiệt độ khơng khí vào 38oC 3.1.2.2 3.3 Ảnh hưởng Tmin tối ưu ứng với nhiệt độ nước phun, giá trị số Me Kết luận Bảng 3.1 trình bày kết xác định m tối ưu nhiệt độ nước phun t3=70oC Từ kết mơ q trình trao đổi nhiệt trao đổi chất hệ thống khử nhiệt độ nước cấp t1=30oC Giá trị Tmin hàng ngang thiết bị phun ẩm, muối phương pháp phun – tách ẩm, luận án đạt kết giá trị Tmin cột thẳng đứng thiết bị tách ẩm Kết mô sau: bảng 3.1 cho thấy Tmin thiết bị phun ẩm lớn Tmin thiết bị  tách ẩm nhiều m tối ưu thấp ngược lại Với nhiệt độ nước 14 Đã xác định tỷ lệ lưu lượng khối lượng tối ưu nước phun khơng khí theo nhiệt độ nước phun, nhiệt độ nước giải nhiệt chênh lệch 23 phun ẩm tăng Tuy nhiên phun t3 nhiệt độ nước cấp t1 giá trị m tối ưu thay đổi Tmin thiết thay đổi nhiệt độ khơng khí bị phun ẩm thiết bị tách ẩm thay đổi Tuy nhiên, Tmin thiết bị phun khỏi thiết bị phun ẩm ẩm thiết bị tách ẩm tỷ lệ lưu lượng khối lượng tối ưu không tuyến tính nhiệt độ nước phun khơng khí không thay đổi Tmin thay đổi Như nước mà đường Tmin thiết bị phun ẩm Tmin thiết bị tách ẩm m tối ưu cong đồng dạng với phụ thuộc vào nhiệt độ nước phun t3 nhiệt độ nước cấp t1 Ngoài Điều cho thấy trình trao đổi nhiệt thiết bị phun ẩm khơng khí bao chênh lệch Tmin thiết bị phun ẩm thiết bị tách ẩm m tối Hình 3.19: Ảnh hưởng tỷ lệ lưu lượng khối lượng m đến t6 t3=65oC t5=35oC ưu không thay đổi Bảng 3.1: Ảnh hưởng Tmin đến m tối ưu nhiệt độ t3=70oC t1=30oC gồm nhiệt nhiệt ẩn 3.2.2.3 Tmin Ảnh hưởng số Me Kết mơ hình 3.23 cho thấy nhiệt độ nước khỏi thiết bị phun ẩm giảm số 3,04 3,12 3,2 3,29 2,96 3,04 3,12 3,2 2,88 2,96 3,04 3,12 2,81 2,88 2,96 3,04 Me tăng lên Nhiệt độ khơng 3.1.2.3 khí khỏi thiết bị phun ẩm Kết mơ hình 3.5 cho thấy nhiệt độ nước phun t3 cao giá tăng số Me tăng lên Nhiệt trị m tối ưu cao ngược lại So sánh với kết nghiên cứu trước độ khơng khí nước khỏi Hou [9] điều kiện làm việc nhiệt độ nước phun t1=80oC nhiệt thiết bị phun ẩm thay đổi khơng tuyến tính với số Me Với giá trị Hình 3.23: Ảnh hưởng số Me đến t4 t6 = t5=35oC Ảnh hưởng nhiệt độ nước phun độ nước cấp t1=30oC giá trị tối ưu (m=4) Điều cho thấy kết mô đáng tin cậy cố định, giá trị số Me tăng giá trị nhiệt độ nước khỏi thiết bị phun ẩm hội tụ Tuy nhiên số Me>1,2 tốc độ tăng giảm nhiệt độ khơng khí nước khỏi thiết bị phun ẩm thay đổi Từ kết kết luận giá trị số Me phù hợp thiết kế thiết bị phun ẩm hệ thống khử muối phương pháp phun tách ẩm Me1,2 3.2.3 Phân tích hồi quy Sử dụng phần mềm thống kê IBM SPSS để phân tích hồi quy kết mơ nhiệt độ khơng khí nước khỏi thiết bị phun ẩm theo số Me nhiệt độ nước phun Kết phân tích hồi quy cho thấy nhiệt độ khơng khí nước Hình 3.5: Ảnh hưởng đến tỷ lệ thu hồi nhiệt t1=30oC khỏi thiết bị phun ẩm có quan hệ bậc với số Me có quan hệ bậc với nhiệt 22 15 Kết mô hình 3.6 cho thấy giá trị Tmin nhiệt độ nước phun t3 3.2.2 thấp tỷ lệ thu hồi nhiệt cao Ở giá trị Tmin=3oC tỷ lệ thu hồi 3.2.2.1 tối đa đạt 72% khoảng nhiệt độ nước phun tối ưu để tỷ lệ thu hồi tối Kết mô hình 3.16 cho thấy nhiệt độ khơng khí vào đa từ 60-80oC Tmin cao nhiệt độ nước phun hợp lý để tỷ lệ thu hồi thiết bị phun ẩm tăng lên nhiệt độ nước khỏi thiết bị phun ẩm tăng nhiệt tối đa cao Ở giá trị Tmin=5oC nhiệt độ nước phun hợp lý theo Tỷ lệ lưu lượng khối lượng nước phun không khí cao o o o 65 C trở lên Ở giá trị Tmin=7 C nhiệt độ nước phun hợp lý 85 C trở lên Kết mơ Ảnh hưởng nhiệt độ khơng khí vào thiết bị phun ẩm nhiệt độ nước khỏi thiết bị phun ẩm cao Nhiệt độ nước phun tăng nhiệt độ nước khỏi thiết bị phun ẩm tăng theo Tuy nhiên số Me>1,2 chênh lệch nhiệt độ nước khỏi thiết bị phun ẩm theo nhiệt độ nước phun khơng nhiều Hình 3.6: Ảnh hưởng nhiệt độ nước phun t3 đến tỷ lệ thu hồi nhiệt t1=30oC 3.1.2.4 Hình 3.16: Ảnh hưởng t5 đến t4 số Me=1,2 t3=65oC Hình 3.17: Ảnh hưởng t5 đến t6 số Me=1,2 t3=65oC Ảnh hưởng nhiệt độ nước giải nhiệt Kết hình 3.10 3.11 cho thấy ứng với nhiệt độ nước phun t3=85oC Tương tự nước đầu thiết bị phun ẩm, kết hình 3.17 cho m, thay đổi nhiệt độ nước cấp tỷ lệ thu hồi nhiệt thay đổi thấy nhiệt độ khơng khí khỏi thiết bị phun ẩm tăng theo nhiệt độ khơng khí vào, nhiệt độ nước phun Sự thay đổi nhiệt độ khơng khí khỏi thiết bị phun ẩm tuyến tính theo nhiệt độ khơng khí vào Tuy nhiên độ dốc khơng khí đầu thấp độ dốc nước khỏi thiết bị phun ẩm Khi >3,5 nhiệt độ khơng khí khỏi thiết bị phun ẩm gần khơng thay đổi theo nhiệt độ khơng khí vào 3.2.2.2 Hình 3.10: Ảnh hưởng nhiệt độ nước cấp t1 m đến tỷ lệ thu hồi nhiệt nhiệt độ nước phun t3=85oC Tmin=5oC 16 Hình 3.11: Ảnh hưởng nhiệt độ nước cấp t1 đến tỷ lệ lưu lượng tối ưu nước phun khơng khí nhiệt độ nước phun t3=85oC Tmin=5oC Ảnh hưởng tỷ lệ lưu lượng khối lượng Kết hình 3.19 cho thấy tăng nhiệt độ nước khỏi thiết bị phun ẩm tăng theo Sự thay đổi nhiệt độ nước khỏi thiết bị phun ẩm theo gần tuyến tính Điều cho thấy trình truyền nhiệt nước chủ yếu trao đổi nhiệt Khi tăng nhiệt độ khơng khí khỏi thiết bị 21 ( , , ) (3.41) = ( , , ) (3.42) nhiệt độ nước cấp thấp giá trị m thấp ngược lại Nhiệt độ nước = ( , , ) (3.43) cấp thấp tỷ lệ thu hồi nhiệt vùng có m thấp nhiều ngược lại Theo phương pháp Runge-Kutta giá trị thông số khoảng thời gian xác định theo công thức sau: ( ( = ) ) ( = ) ( ) + ( ) = + ( ) ( , ) ( + +2 , ) ( +2 , ) , ) +2 ( ( , ) +2 ( ( +2 , )+ ( , ) /6 (3.45) , )+ ( , ) /6 (3.46) , )+ ( , ) /6 (3.47) , ) +2 ( ( ( , ) =∆ ( , ) =∆ ( ), , ) =∆ ( ), ( , ) =∆ ( ) =∆ ( ), ( ), ( , ) ( ) =∆ ( ) + ( , ) =∆ ( ) + ( , ) =∆ ( ) , ) =∆ ( ) + ( , ) =∆ ( ) ( , ) =∆ =∆ ( ) ( ) , ∆ ∆ ∆ + ( , ) ∆ + , ) ( ) ( ) ( ), + , 3.1.2.5 Ảnh hưởng đến hệ số GOR Kết hình 3.12 cho thấy hệ số GOR thay đổi theo tỷ lệ lưu lượng khối lượng chênh lệch nhiệt độ điểm Pinch Tmin thấp hệ số GOR cao Tương tự hiệu suất + ( ) ( ) + , ) ( , , ) ( ) , ( + ( + ( ) , ) (3.50) cực đại Điều củng cố (3.51) , ) (3.52) + ( , ) , ( ) + ( , ) (3.53) , ( ) + ( , ) , ( ) + ( , ) (3.54) , ( ) + ( ) + +∆ , ( ) + +∆ , , ( ) ( ) + + 20 ( ( , ) , ) ( ( ( , , , ), , ), , ), ( ) ( + ( ) + ( ) ( ) ( ) + + + , ) ( ( ( lại kết luận ứng với giá Hình 3.12: Ảnh hưởng đến hệ số GOR nhiệt độ nước phun t3=70oC nhiệt độ nước cấp t1=30oC trị nhiệt độ nước phun có tỷ lệ lưu lượng tối ưu để hiệu suất thu hồi nhiệt hệ số GOR lớn 3.1.2.6 Ảnh hưởng nhiệt độ nước phun Tmin đến hệ số GOR Kết mơ hình 3.13 cho thấy hệ số GOR phụ thuộc vào nhiệt , ) ( phun khơng khí tối ưu hệ số GOR đạt giá trị ( ) , +∆ ( lượng khối lượng nước (3.49) , ∆ ∆ (3.48) ( ) ( ), ( ( giá trị m tối ưu Giá trị m tối ưu thay đổi theo nhiệt độ nước cấp t1, thu hồi nhiệt tỷ lệ lưu Trong đó: ( Với giá trị nhiệt độ nước cấp t1 khác có tỷ lệ thu hồi tối đa = (3.55) (3.56) , ) , ) , ) (3.57) (3.58) (3.59) độ nước phun t3 Ở giá trị Tmin nhiệt độ nước phun thay đổi hệ số GOR thay đổi Tuy nhiên thay đổi hệ số GOR theo nhiệt độ không giống Tmin thay đổi Ở giá trị Tmin=5oC nhiệt độ nước phun t3 khoảng 70-75oC hệ số GOR tốt Khi nhiệt độ nước phun nằm vùng 70-75oC hệ số GOR giảm xuống Như xét phương diện hiệu lượng nhiệt độ nước phun hợp lý Tmin=5oC 70-75oC Ở giá trị Tmin=4oC nhiệt độ nước phun t3=70oC hệ số GOR cao nhiệt độ nước phun lớn nhỏ giá trị hệ số GOR giảm Khi giá trị Tmin3oC hệ số GOR lớn nhiệt độ nước phun t3=65oC Như 17 ta nhận thấy quy luật giá trị Tmin giảm nhiệt độ nước phun tối ưu giảm để hệ số GOR đạt giá trị cao = 2,171583508 = −1,52178 10 = −56,130665 10 = 769,1 10 = 40,87823 10 = −2,64002267572474.10 = −577,98932 10 = 1,62731759370208.10 = 25,9473 10 Công thức (3.1) áp dụng khoảng nhiệt độ: nước giải nhiệt tw1=20÷35oC nước phun tw3=50÷85oC Hình 3.13: Ảnh hưởng t3 m đến hệ số GOR nhiệt độ nước cấp t1=30oC Hình 3.15: Ảnh hưởng nhiệt độ nước phun t3 nước cấp t1 đến m tối ưu 3.2 3.1.3 Phân tích hồi quy 3.2.1 Từ kết phân tích Pinch luận án xác định quan hệ nhiệt độ nước phun nhiệt độ nước cấp đến tối ưu Kết mơ hình 3.15 cho thấy quan hệ nhiệt độ nước phun t3 nhiệt độ nước cấp t1 với m tối Mô trình trao đổi nhiệt chất thiết bị phun ẩm Giải toán trao đổi nhiệt trao đổi chất Sử dụng phương pháp Runge-Kutta bậc để giải phương trình (2.49), (2.50) (2.51) ưu đường cong phi tuyến Sử dụng phần mềm thống kê SPSS tác giả Quan hệ thông số đầu hàm số theo nhiệt độ nước phun, phân tích hồi quy quan hệ nhiệt độ nước phun, nhiệt độ nước giải nhiệt entanpi độ chứa khơng khí m tối ưu Từ kết phân tích hồi quy tác giả xác định phương trình xác định m tối ưu theo nhiệt độ nước phun nước giải nhiệt sau: ̇ = + + +( + + ) ) +( + + (3.1) 18 19 ... nghiên cứu xác định số thông số đặc tính q trình khử muối nước biển phương pháp phun – tách ẩm đề tài nghiên cứu luận án Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu luận án xác định ảnh hưởng thông. .. dụng phương pháp phun – tách ẩm trở nên dễ dàng - Chương trình bày tổng quan kỹ thuật khử muối phun tách - ẩm - Chương trình bày sở lý thuyết hệ thống khử muối phun – tách ẩm  Phương án – Nhiệt... QUAN Để khử muối nước biển có nhiều phương pháp thực hiện, chương luận án giới thiệu phương pháp khử muối phổ biến sử dụng giới Khử muối phương pháp phun tách - ẩm đánh giá phương pháp khử muối