Nghiên cứu thiết kế chế tạo thực nghiệm thiết bị chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời dạng bậc thang

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

Trang 1

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

Trang 3

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

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)

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

Trang 4

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp HCM, Ngày tháng năm 2015

NHỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

- 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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Trang 5

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 : TS NGUYỄN THẾ BẢO

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

Trang 6

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

Trang 7

về cơ sở hạ tầng để học viên hoàn thành mô hình thực nghiệm ừong luận văn

Học viên

LÊ XUÂN PHONG

Trang 8

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

Trang 9

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

Trang 10

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU, HÌNH ẢNH VÀ BẢNG ĐƯỢC SỬ

DỤNG TRONG LUẬN VĂN

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

Trang 11

hc>bw.w Hệ số truyền nhiệt bằng đối lưu giữa tấm truyền nhiệt (W/m2 °C)

Qrw-g Nhiệt lượng truyền bằng bức xạ giữa bề mặt nước (W)

biển và kính phủ

Qch-g Nhiệt lượng truyền bằng ngưng tụ giữa Humid-aữ và (W)

Qc, b-sw Nhiệt lượng truyền bằng đối lưu giữa tấm truyền nhiệt (W)

(phần tiếp xúc với nước) và nước biển (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

Trang 12

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)

Trang 13

phủ ra môi trường

dT w

Trang 14

Khả năng hấp thụ của nước

Trang 15

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 1.22: 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

Trang 16

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

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

Trang 17

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

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

Trang 18

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 4.14: 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 4.18: 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 4.22: 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

Trang 19

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 4.29: Cách bố trí thí nghiệm giải nhiệt nước bề mặt kính phủ trcn thực tế

Hình 4.34 : Bố trí thí nghiệm so sánh song song hai thiết bị chưng cất dạng truyền thống

và dạng bậc thang

Hình 4.36: 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 5.1: Bảng số liệu tính toán NPV và IRR của dự án

Trang 20

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 5.2: Thông số kinh tế của phương án

Trang 21

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

Trang 22

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

Trang 23

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

Trang 24

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

Trang 25

LUẬN VĂN THẠC sĩ GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO

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

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

Trang 26

công ty cấp nước, dẫn đen tình trạng thiếu nước ngọt của TPHCM thiếu sẽ càng thêm thiếu

Ở phường Hiệp Bình Phước quận Thủ Đức, đường Bình Lợi quận Bình Thạnh, quận

6, 7, 8, 9, Thủ Đức, Bình Tân nước máy vẫn chưa tới hay tình trạng thiếu hụt nước xảy ra thường xuyên làm cho người dân rất khốn đốn, phải chạy đi mua từng thùng nước để phục

vụ cho việc sinh hoạt Tại nhiều tuyến đường ở quận 7, Nhà Bè như Phạm Hữu Lầu, khu Nam Long, Huỳnh Tấn Phát, thường xuyên cúp nước

Từ nhiều năm nay, hàng nghìn hộ gia đình ở phường Tân Chánh Hiệp (Q.12) phải mua bình nước sạch để sử dụng vì nước giếng khoan bị nhiễm bẩn Nhiều hộ dân tại các xã

Bà Điểm, Xuân Thới Sơn, Đông Thạnh của huyện Hóc Môn đang phải sử dụng nước giếng khoan bị nhiễm phèn mà chưa có cách khắc phục

Tại một số phường của quận Gò vấp khảo sát cho thấy lượng nitơ trong nước rất cao, nguyên nhân là do giếng của người dân đặt không đúng chỗ, thường gần những khu vực dễ

bị thấm nước bẩn Ngoài ra, hệ thống thoát nước tại khu vực ngoại thành không được liên hoàn, không có hệ thống thoát nước mặt và nước thải riêng

Vì vậy, việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo (năng lượng mặt trời) có sẵn trong tự nhiên để sản xuất nước sạch nhằm tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường rất được nhà nước ta quan tâm và khuyến khích

Tuy nhiên, điều quan trọng của vấn đề này là tính hiệu quả về kinh tế, kỹ thuật của thiết bị chưng cất nước dùng năng lượng mặt trời (NLMT) Hiện nay, đã có nhiều đề tài nghiên cứu về chưng cất nước Tuy nhiên, chúng chưa được ứng dụng rộng rãi trong thực

tế Chính vì những lý do trên đã thúc đẩy tác giả tìm hiểu, nghiên cứu, chế tạo thiết bị chưng cất nước dạng bậc thang kết hợp với bộ ngưng tụ phụ nhằm giải quyết được các yếu tố trên

đó chính là sự đơn giản, gọn nhẹ, nâng cao hiệu suất và chi phí thấp

2 Mục đích nghiên cứu

- Thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, dễ chế tạo và lắp ráp, chi phí thấp

- Nâng cao sản lượng nước chưng cất

Trang 27

- Có khả năng đưa vào sử dụng trong thực te cao

3 Đối tuợng và Phạm vi nghiên cứu

- Thiết bị chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt ười

- Dạng bậc thang kết hợp với bộ ngưng tụ phụ

- Trong điều kiện khí hậu Việt Nam

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: tổng hợp, phân tích, đánh giá và kế thừa các kết quả nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam đã đạt được Xây dựng cơ sở lý thuyết để tính toán thiết bị

+ Thiết kế mô hình hệ thống chưng cất

+ Mô phỏng Matlab sản lượng nước trên lý thuyết để so sánh với thực nghiệm

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: xây dựng và chế tạo mô hình thực nghiệm, thu thập số liệu đo đạc thực nghiệm Tổng hợp số liệu kết quả nghiên cứu đạt được

để phân tích, đánh giá và so sánh với các nghiên cứu khác

5 Ỷ nghĩa khoa học và Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Nâng cao sản lượng nước chưng cất góp phần giải quyết tình trạng khan hiếm nguồn sạch để nước uống và sinh hoạt cho người dân nước ta Đặc biệt 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

Trang 28

GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO

LUẬN VĂN THẠC sĩ

6 Tính cấp thiết của đề tài

Giải quyết tình ttạng khan hiếm nguồn nước uống, sinh hoạt cho người dân hiện đang được chính phủ và nhân dân quan tâm rất nhiều Việc nghiên cứu và chế tạo ra một thiết bị chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt hời có thể nâng cao được sản lượng nước chưng cất, sản phẩm đơn giản, dễ che tạo, chi phí thấp v.v Nó mang một ý nghĩa rất lớn đối với người dân nước ta, đặc biệt là ở vùng sâu, vùng xa, vùng ngập mặn, miền biển

Trang 29

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN

Ngay từ thế kỷ thứ tư trước công nguyên (384-322), Aristotle [37] đã mô tả một cách đáng ngạc nhiên về nguồn gốc và tính chất của phưong pháp chưng cất, làm bay hơi nước không tinh khiết và sau đó ngưng tụ nó để sử dụng trong sinh hoạt Tuy nhiên, việc ghi chép các phương pháp chưng cất bằng NLMT sớm nhất được ghi nhận, là của các nhà giả kim thuật Ả Rập ương thế kỷ 16 Sau đó ương thời Phục Hưng, Giovani Batista Della Porta (1535-1615), một hong những nhà khoa học quan họng nhất của thời đại ông đã viết nhiều cuốn sách về chưng cất nước bằng NLMT

Từ thời điểm Della Porta cho đến thế kỷ 19, không có các ứng dụng nào quan trọng trong việc chưng cất nước bằng NLMT

Năm 1870, bằng sáng chế đầu tiên của Mỹ về thiết bị chưng cất nước bằng NLMT

đã được cấp cho Wheeler và Evans [37] Các nhà phát minh đã mô tả hiệu ứng nhà kính, phân tích chi tiết sự bốc hơi và ngưng tự bề mặt Bàn luận về sự hấp thụ NLMT ở bề mặt vật liệu có màu tối và các vấn đề về ăn mòn thiết bị Năm 1872, một kỹ sư từ Thụy Điển, Carlos Wilson, đã thiết kế và xây dựng nhà máy chưng cất nước bằng NLMT hiện đại đầu tiên ở Las Salinas, Chile Các máng chưng cất làm bằng gỗ sơn đen, được bao phủ lớp kính

gặp nhiều trở ngại trong quá trình xây dựng nhà máy, đến hơn 40 năm sau nó mới bắt đầu

đi vào hoạt động

Vào những năm 1950, việc chưng cất nước bằng NLMT đã được quan tâm, hồi sinh

Và trong hầu hết các trường hợp, mục tiêu chính là phát hiển các nhà máy chưng cất tập trung Tại California, người ta phát triển các nhà máy có khả năng sản xuất 1 triệu gallon

nghiên cứu trên thế giới đã kết luận rằng các nhà máy chưng cất bằng NLMT lớn có chi phí quá đắt, khó có thể cạnh tranh được với các nhà máy lọc nước sử dụng nhiên liệu đốt truyền thống Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang nghiên cứu ứng dụng chưng cất nước bằng NLMT cho các nhà máy có công suất nhỏ

LUẬN VĂN THẠC sĩ

Trang 30

Trong những năm 1960 và 1970, có 38 nhà máy chung cất nước bằng NLMT được xây dựng tại 14 quốc gia, với sản lượng từ vài trăm đen vài ngàn lít nước mỗi ngày Trong

số này, có khoảng một phần ba nhà máy đã bị tháo dỡ hoặc bỏ hoang không đi vào sử dụng do các lỗi kỹ thuật khác nhau [38]

Hình 1.2 : Nhà máy chưng cất

nước bằng NLMT trên các đảo Symi (Hy

Lạp) [37]

Mặc dù các nhà máy chưng cất

nước bằng NLMT hiện nay, không thể

cạnh hanh được với các nhà máy sử dụng

các nguồn năng lượng khác để chưng cất

nước, cả về giá thành và sản lượng nước chưng cất Nhưng chắc chắn, nó sẽ trở thành công nghệ khả thi trong vòng 100 năm tới, khi mà nguồn cung nhiên liệu hóa thạch dần cạn kiệt Khi ngày đó đến, câu hỏi chính được đặt ra sẽ là, “ những phương pháp chưng cất nước bằng NLMT nào là tốt nhất? ”, Ngày nay, các thiết bị chưng cất nước bằng NLMT qui mô gia đinh đã và đang được phát triển, ứng dụng ngày càng rộng rãi trong cuộc sống

Hình 1.1 : Trạm chưng cất nước bằng NLMT tại bãi biển OSW Deytone, Florida [37]

Trang 31

Tới thời điểm này, các đề tài nghiên cứu chưng cất nước bằng NLMT vẫn còn là một

đề tài hấp dẫn và tiếp tục được phát hiển trong tương lai Các nhà khoa học hên thế giới vẫn không ngừng nghiên cứu, cải tiến phương pháp nhằm tạo ra các thiết bị chưng cất nước có hiệu suất và sản lượng cao nhất, đi đôi với đó là chi phí đầu tư thấp nhất có thể Dẩn đầu trong lĩnh vực này, phải kể đến các nhà nghiên cứu thuộc các nước như: Ãn Độ, Mỹ, Australia và các nước trung Đông v.v Vì vây, ttong giới hạn của luận vãn này, học viên chỉ liệt kê một số nghiên cứu có liên quan đến đề tài

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Hình 1.3: Thiết bị chưng cất nước

NLMT dạng Double Basin

Trang 32

Hình 1.4: Thiết bị chưng cất nươc NLMT dạng Single Basin

- Tác giả: Hitesh N.Panchal, Mechanical Engineering Department, Gujarat Power Engineering & Research Institute, Mehsana, Gujarat, India, 15 June 2013

không

Trang 33

thu tấm phẳng.[29]

- Tác giả: Assistant Profesor Hitesh N Panchal, Mechenical Enginerring Department

LC, Institute of Technology, Meshana Gujarat, Feb 2011

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị chưng cất nước bằng NLMT kết hợp bộ

thu tấm phang

cất nước dạng bậc thang và truyền thống [25]

- Tác giả: A.E.Kabeel, A Khalil, Z.M Omara, M.M Younes, Desalination 289 (2012)

- Sản lượng nước:

Trang 34

nwi tfw

hlrnn; W|nn Thltl LinwiforjJ 21 Swpydili

Hình 1.8: So sánh sản lượng nước một số ngày thực nghiệm

giải nhiệt hên kính phủ [31]

- Tác giả: Y.A.F El-Samadony, A.E Kabeel, Mechanical Power Engineering

Department, Faculty of Engineering Tanta University, Tanta, 21 January 2014

Bồn chứa nước mãn

VI

Trang 35

Hình 1.9: Thiết bị chưng cất nước năng

lượng mặt ười dạng bậc thang kết hợp với

màng nước giải nhiệt ưên kính phủ

chưng cất nước năng lượng mặt

ười dạng bậc thang tích họp với

gương phản xạ và bộ ngưng tụ ngoài [32]

- Tác giả: Y A F El-Samadony, A s Abdullah and z M Omara, Mechanical Power Engineering Department, Faculty of Engineering, Tanta University, Tanta

(2015)

Bữc xạ Màng ĩiuóc

Trang 36

T MHQ, h

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

[36]

- Tác giả: Farshad Farshchi Tabrizi, Mohammad Dashtban, Hamid Moghaddam, Department of Chemical Engineering, University of Sistan and Baluchestan,

Zahedan, Iran, 14 March 2010

Hình 1.12: Sơ đồ đường dẫn nước chảy trên tấm hấp thụ

Trang 37

LUẬN VĂN THẠC sĩ

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

- Luận văn thạc sĩ - Đại học Bách Khoa Tp.HCM năm 2011

- HVTH: Võ Long Hải

- GVHD: GS.TS Lê Chí Hiệp

- Sản lượng nước: 0,85 lít/kWh

Hình 1.13: Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống

Trang 38

Hình 1.14: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sản xuất nước cất

lượng mặt ttời với chi phí thấp phù hợp điều kiện khí hậu Việt Nam [8]

- Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2009-73/-Tp.HCM, Đại học Sư phạm

Kỹ thuật

- Tác giả: Ths Nguyễn Lê Hồng Sơn, TS Hoàng An Quốc

Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lý thiết bị

Binh cliứ^

□ưtrc cát

Trang 39

- Tác giả: Ths Nguyễn Đắc Lực, Lê Thanh Hoàng, Lê Xuân Khoa

3: Van điện từ 6: Nhiệt ừở 9: Đầu dò mực nước

Hình 1.16: Sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị

Trang 40

Định dạng
Số trang	104
Dung lượng	2,65 MB
File đính kèm	123.rar (14 MB)