Thiết kế, chế tạo và thực nghiệm thiết bị chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời dạng máng kết hợp ống thủy tinh chân không và bộ ngưng tụ ngoài

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH HOÀNG VĂN VIẾT THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DẠNG MÁNG KẾT HỢP

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

HOÀNG VĂN VIẾT

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM THIẾT BỊ CHƯNG CẤT NƯỚC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DẠNG MÁNG KẾT HỢP ỐNG THỦY TINH CHÂN KHÔNG VÀ BỘ

Mục Lục

CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Đối tượng và Phạm vi nghiên cứu 1

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 2

6 Tính cấp thiết của đề tài 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Hiện trạng ngọt hóa nước trên thế giới 4

1.2 Hiện trạng ngọt hóa nước ở Việt Nam 7

1.3 Phân loại thiết bị chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời 12

1.3.1 Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT dạng bị động 14

1.3.2 Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT dạng chủ động 21

1.3.3 Hệ thống chưng cất nước sử dụng NLMT dạng làm ẩm – khử ẩm 27

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 29

2.1 Chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời 29

2.1.1 Nguyên lý 29

2.1.2 Cơ cấu quá trình ngưng hơi 29

2.1.3 Truyền nhiệt ở thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT 31

2.1.4 Sản lượng nước chưng cất được trong một giờ 36

2.1.5 Hiệu suất tức thời của thiết bị 36

2.2 Ống thủy tinh chân không 37

2.2.1 Cấu tạo và đặc tính 37

2.2.2 Hiệu suất tức thời của OTTCK 40

2.2.3 Lưu lượng nước tuần hoàn tự nhiên trong OTTCK 41

2.3 Bộ ngưng tụ ngoài 42

NLMT DẠNG MÁNG KẾT HỢP OTTCK VÀ BỘ NGƯNG TỤ NGOÀI 46

3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sản lượng nước chưng cất 47

3.1.1 Bức xạ mặt trời 47

3.1.2 Tốc độ gió 48

3.1.3 Nhiệt độ môi trường 48

3.1.4 Bụi và mây che 49

3.1.5 Độ nghiêng của tấm phủ 49

3.1.6 Nhiệt độ tấm phủ 49

3.1.7 Thu hồi ẩn nhiệt hóa hơi 50

3.1.8 Tỷ lệ diện tích ngưng tụ và diện tích bốc hơi 50

3.1.9 Bề dày lớp bảo ôn (bọc cách nhiệt) 50

3.1.10 Khoảng cách giữa mặt nước với tấm phủ 51

3.1.11 Độ sâu lớp nước trong thiết bị 51

3.1.12 Bố trí bộ ngưng tụ ngoài 53

3.1.13 Tạo đối lưu cưỡng bức trong thiết bị 53

3.1.14 Nhiệt độ nước hoạt động trong thiết bị 55

3.2 Thiết kế thiết bị 55

3.2.1 SBSS kết hợp OTTCK 56

3.2.2 SBSS kết hợp OTTCK và BNTN 57

3.2.3 DBSS kết hợp OTTCK 59

3.3 Chế tạo thiết bị 61

3.4 Nguyên lý hoạt động của thiết bị 64

3.4.1 Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại SBSS kết hợp OTTCK 64

3.4.2 Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại SBSS kết hợp OTTCK và BNTN 65

3.4.3 Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại DBSS kết hợp OTTCK 66

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG THIẾT BỊ 67

68

4.1.1 Phương trình cân bằng nhiệt tại bề mặt trong của kính phủ 69

4.1.2 Phương trình cân bằng nhiệt cho bề mặt ngoài của kính phủ 69

4.1.3 Phương trình cân bằng nhiệt tại tấm truyền nhiệt (Basin Liner) 70

4.1.4 Phương trình cân bằng nhiệt cho khối nước biển 71

4.1.5 Phương trình cân bằng nhiệt cho khối nước ngọt trong MCC 72

4.1.6 Phương trình cân bằng nhiệt cho khối nước ngọt trong OTTCK 73

4.1.7 Sản lượng nước chưng cất [11] 76

4.1.8 Hiệu suất tức thời của thiết bị [11] 77

4.2 Mô phỏng thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại SBSS kết hợp OTTCK và BNTN 82

4.2.1 Phương trình cân bằng nhiệt tại bề mặt trong của kính phủ 83

4.2.2 Phương trình cân bằng nhiệt cho bề mặt ngoài của kính phủ 83

4.2.3 Phương trình cân bằng nhiệt cho bề mặt trong của BNTN 83

4.2.4 Phương trình cân bằng nhiệt cho bề mặt ngoài của BNTN 84

4.2.5 Phương trình cân bằng nhiệt tại tấm truyền nhiệt (Basin Liner) 84

4.2.6 Phương trình cân bằng nhiệt cho khối nước biển 85

4.2.7 Phương trình cân bằng nhiệt cho khối nước ngọt trong MCC 86

4.2.8 Phương trình cân bằng nhiệt cho khối nước ngọt trong OTTCK 86

4.2.9 Sản lượng nước chưng cất 89

4.2.10 Hiệu suất tức thời của thiết bị 89

4.3 Mô phỏng thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại Double Basin kết hợp OTTCK 95

4.3.1 Phương trình cân bằng nhiệt tại bề mặt trong của kính phủ tầng trên 96

4.3.2 Phương trình cân bằng nhiệt tại bề mặt ngoài của kính phủ tầng trên 97

4.3.3 Phương trình cân bằng nhiệt cho bề mặt trong của kính phủ tầng dưới 97

4.3.4 Phương trình cân bằng nhiệt tại bề mặt ngoài của kính phủ tầng dưới 98

4.3.5 Phương trình cân bằng nhiệt cho khối nước biển tầng trên 99

4.3.7 Phương trình cân bằng nhiệt cho khối nước biển tầng dưới 101

4.3.8 Phương trình cân bằng nhiệt cho khối nước ngọt trong MCC 102

4.3.9 Phương trình cân bằng nhiệt cho khối nước ngọt trong OTTCK 103

4.3.11 Hiệu suất tức thời của hệ thống [11][35] 109

CHƯƠNG 5: THU THẬP SỐ LIỆU VÀ KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 113

5.1 Nguồn nước sử dụng cho quá trình thực nghiệm 113

5.2 Các thiết bị đo 113

5.3 Mô tả thí nghiệm 115

5.4 Nội dung thực nghiệm 119

5.5 Kết quả thí nghiệm và kiểm chứng với kết quả mô phỏng 120

5.5.1 Thí nghiệm 1 120

5.5.2 Thí nghiệm 2: 125

5.5.2 Thí nghiệm 3: 131

5.6 Kết luận 134

CHƯƠNG 6: PHÂN TÍCH KINH TẾ 136

6.1 Chi phí đầu tư cơ bản 136

6.2 Phân tích tính khả thi của các thiết bị 137

CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN 141

7.1 Kết luận 141

7.2 Hướng phát triển của đề tài 142

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ 143

TÀI LIỆU THAM KHẢO 144

PHỤ LỤC 148

Vấn đề ôi nhiễm môi trường và cạn kiệt nguồn năng lượng đang trực tiếp đe dọa

sự sống của con người Vì vậy, sử dụng nguồn năng lượng sạch (năng lượng mặt trời)

có sẵn trong tự nhiên để sản xuất nước cất vừa tiết kiệm năng lượng, vừa bảo vệ môi trường đang tạo ra hiệu ứng tích cực và được quan tâm hiện nay

Với tất cả những lý do trên cùng với sự quan sát và nhận thấy, các thiết bị chưng cất nước truyền thống sử dụng năng lượng mặt trời hiện nay còn đơn giản và hiệu quả chưa cao Điều đó đã thôi thúc học viên tìm hiểu và nghiên cứu chế tạo thiết bị chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời dạng máng kết hợp ống thủy tinh chân không và

bộ ngưng tụ ngoài để nâng cao sản lượng nước chưng cất Đây là vấn đề được học viên đặc biệt quan tâm và lựa chọn nghiên cứu

2 Mục đích nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu của đề tài phải đáp ứng những yêu cầu:

- Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo

- Nâng cao sản lượng nước chưng cất

- Tính ứng dụng và đưa vào sản xuất thực tế cao

3 Đối tượng và Phạm vi nghiên cứu

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

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 2 | 182

+ Dạng Single Basin Single Slope kết hợp ống thủy tinh chân không

+ Dạng Double Basin Single Slope kết hợp ống thủy tinh chân không

+ Dạng Single Basin Single Slope kết hợp ống thủy tinh chân không và bộ ngưng

tụ ngoài

- Trong điều kiện khí hậu Tp.HCM, Việt Nam

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: tổng hợp và phân tích các kết quả nghiên

cứu trên thế giới và Việt Nam, xây dựng cơ sở lý thuyết để tính toán, mô phỏng

thiết bị

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: xây dựng mô hình thực nghiệm, so sánh

và tổng hợp các kết quả nghiên cứu đạt được

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

để tiết kiệm năng lượng, giảm ô nhiễm môi trường và nâng cao hiệu quả kinh tế đang rất được khuyến khích và ủng hộ

Nâng cao sản lượng nước chưng cất góp phần giải quyết tình trạng khan hiếm nguồn nước uống, sinh hoạt cho người dân, đặc biệt là ở vùng sâu, vùng xa, biên giới và hải đảo, những vùng miền thiếu nước sạch hoặc nguồn nước bị ô nhiễm ở những quốc gia như Việt Nam mang nhiều ý nghĩa

6 Tính cấp thiết của đề tài

Giải quyết tình trạng khan hiếm nguồn nước uống, sinh hoạt cho người dân hiện đang được chính phủ và nhân dân quan tâm rất nhiều Việc chế tạo ra một thiết bị chưng

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 3 | 182

cất nước sử dụng năng lượng mặt trời có thể nâng cao được sản lượng nước chưng cất mang ý nghĩa lớn đối với người dân, đặc biệt là ở vùng sâu, vùng xa, vùng ngập mặn, miền biển…

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 4 | 182

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Hiện trạng ngọt hóa nước trên thế giới

Tính đến năm 2012 công suất ngọt hóa nước trên thế giới đạt 74,8 triệu m3/ngày Trong đó ngọt hóa từ nguồn nước biển chiếm 59%, nước lợ 21%, nước sông 9%, nước thải 6%, nước sạch 5% [36]

Hình 1.1: Biểu đồ hiện trạng ngọt hóa nước trên thế giới với các loại nước khác nhau

[36]

Hình 1.2: Biểu đồ thể hiện tỉ lệ sản lượng nước được ngọt hóa trên thế giới tính đến

cuối năm 2010 [6]

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 5 | 182

Hình 1.3: Biểu đồ thể hiện công suất ngọt hóa nước của 10 quốc gia hàng đầu thế giới

[39]

Hình 1.4: Biểu đồ thể hiện công suất ngọt hóa nước ở hiện tại và tiềm năng phát triển

trong tương lai [39]

- Biểu đồ hình 1.2 và 1.3 không khỏi làm chúng ta bất ngờ vì Mỹ lại là quốc gia có

tỉ lệ sản lượng và công suất ngọt hóa nước xếp thứ 2 thế giới, chỉ xếp sau trung đông Nước Mỹ thời gian gần đây đang phải đối mặt mặt với nạn hạn hán kéo dài [6]

- Biểu đồ hình 1.5 thể hiện công nghiệ ngọt hóa nước phổ biến nhất trên thế giới hiện nay là công nghệ thẩm thấu ngược RO (Reverse Osmosis) Công nghệ RO hoạt động theo nguyên tắc, nước biển với nồng độ muối cao khi di chuyển qua màng bán thấm, sẽ chuyển thành dung dịch muối loãng vì muối cùng các hợp chất

có phân tử lớn bị giữ lại, chỉ phân tử nước được đi qua Hệ thống sử dụng điện lấy từ pin NLMT hoặc từ tuabin gió…để cấp cho bơm

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 7 | 182

1.2 Hiện trạng ngọt hóa nước ở Việt Nam

Ở Việt nam hiện đang từng bước hòa nhập với lĩnh vực ngọt hóa nước, các nhà khoa học vẫn đang thực hiện việc nghiên cứu thí nghiệm và cũng đã có một số mô hình tham gia triển lãm tại các hội thảo khoa học Tuy nhiên, chỉ một số ít thiết bị được đưa

ra ứng dụng thực tế, chủ yếu là các thiết bị chưng cất nước truyền thống, sử dụng trực tiếp NLMT, các thiết bị vẫn còn thô sơ và cho ra sản lượng chưa cao nhưng nó thực sự

có ý nghĩa trong nhiệm vụ giải quyết tình trạng khan hiếm nguồn nước sạch ở các vùng biển đảo và vùng ngập mặn, vùng nước nhiễm phèn…

Học viên có tìm hiểu và sưu tầm được một số dự án chưng cất nước và lọc nước đang được áp dụng tại Việt Nam, như:

Dự án thiết bị chưng cất nước biển cho Trường Sa – TS Bùi Bá Xuân, Trung tâm nhiệt đới Việt Nga

Hình 1.6: Các chiến sĩ Trường Sa bên cạnh thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT

Trung tâm đã bàn giao 5 bộ thiết bị chưng cất nước biển thành nước ngọt bằng NLMT, tặng các hộ dân đang sinh sống tại huyện đảo Trường sa (Khánh Hòa) Thiết bị này rất hữu dụng vì giá thành rẻ, dễ chế tạo, người dân dễ sử dụng, phù hợp với điều kiện môi trường, thời tiết khí hậu biển, đảo Việt Nam Thiết bị rất chắc chắn, đơn giản, không cần phải bảo dưỡng, sửa chữa trong quá trình sử dụng Thiết bị có dạng hình hộp kín bằng các tấm kính ghép lại; tiết diện đáy 1m2, mặt trên nghiêng 45 độ để hứng nước bay hơi ngưng tụ lại và chảy xuống các máng sau đó chảy ra bể chứa nước sạch Vật liệu

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 8 | 182

bằng gương kính nên không bị han rỉ, lão hóa Thiết bị được đặt trên giá đỡ bằng inox,

có thể tháo lắp linh hoạt, thuận lợi cho việc vận chuyển ra vùng hải đảo cách xa đất liền

Hình 1.7: Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT của dự án

Nguyên lý hoạt động của thiết bị dựa trên phương pháp chưng cất nước truyền thống, nhưng hoàn toàn dùng NLMT, không tốn chi phí năng lượng, không phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính Nước ngọt tạo ra không phải lọc lại mà sử dụng được ngay Thiết

bị cho năng suất trung bình từ 3-5 lít/m2/ngày, tuy hiệu suất lọc nước của thiết bị còn thấp, vì thời gian có nắng trong ngày chỉ từ 6-9 tiếng, nhưng bù lại, chi phí vật liệu, vật

tư thấp và chế tạo đơn giản, dễ sử dụng Trong điều kiện trời mưa, thiết bị đồng thời có thể tận thu được nước mưa trên mặt kính

Hệ thống lọc nước biển sử dụng công nghệ RO với điện lấy từ tuabin gió ở Trường Sa

Đầu tháng 01/2014, Bộ Tư lệnh Hải quân, tập đoàn dầu khí Việt Nam bàn giao cho quân, dân đảo Song Tử Tây (huyện đảo Trường Sa, Khánh Hòa) đưa vào sử dụng sau một năm thử nghiệm Song Tử Tây là đảo đầu tiên được chọn thí điểm hệ thống này trước khi triển khai cho quần đảo Trường Sa và các nhà giàn

Hệ thống lọc nước gồm 4 máy, mỗi ngày cung cấp cho đảo khoảng 18 m3 nước sạch Công suất mỗi máy lọc được thiết kế khác nhau như có máy lọc khoảng 250 lít/1 giờ hoặc 236 lít/1 giờ Để vận hành, hệ thống lọc dựa vào nguồn điện từ gió, NLMT được lắp đặt trước đó trên đảo Mức tiêu thụ năng lượng khoảng 5 Kwh/m3

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 9 | 182

Hệ thống chưng cất nước biển sử dụng NLMT cho đảo Cam Ranh- Khánh Hoà

Hình 1.8: Hình ảnh 50 mô đun được lắp đặt tại đảo Cam Ranh – Khánh Hòa

Thiết bị chưng cất nước biển sử dụng NLMT có kết cấu đơn giản, sử dụng nguồn nước đầu vào là nước biển, nước lợ… bằng bơm hoặc tự chảy vào từ bể chứa đặt cao hơn, với công suất trung bình đạt hơn 4 lít/m2/ngày Thiết bị này được chế tạo từ composite nên có độ bền cao, có khả năng tháo lắp linh hoạt và lắp ghép thành hệ thống lớn từ các mô đun đơn lẻ tùy theo nhu cầu sử dụng

Bên cạnh đó, học viên cũng có cơ hội đi thực tế cùng công ty TNHH Kim Hồng, xuống một số dự án ở các tỉnh miền Tây, nơi đã và đang được công ty triển khai tấm chưng cất nước sử dụng NLMT của hãng Carocell Một số dự án sử dụng Carocell như:

Dự án lắp đặt tấm Carocell cho trường tiểu học Mỹ Xương, huyện Cao Lãnh – Đồng Tháp

Hình 1.9: Hình ảnh tấm Carocell trên nóc nhà của trường tiểu học Mỹ Xương

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 10 | 182

Số tấm Carocell lắp đặt: 8 tấm (4 tấm loại 3 m2 và 4 tấm loại 2 m2)

Sản lượng nước trung bình ngày: 110 lít

Dự án lắp đặt tấm Carocell cho trường tiểu học Tân Huề 1, huyện Thanh Bình – Đồng Tháp

Hình 1.10: Hình ảnh tấm Carocel trên nóc nhà của trường tiểu học Tân Huề 1

Số tấm Carocell lắp đặt: 8 tấm (loại 2 m2)

Sản lượng nước trung bình ngày: 80 lít

Dự án lắp đặt tấm Carocell cho trường tiểu học Tân Huề 2, huyện Thanh Bình – Đồng Tháp

Hình 1.11: Hình ảnh tấm Carocell trên nóc nhà của trường Tân Huề 2

Số tấm Carocell lắp đặt: 14 tấm (loại 2 m2)

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 11 | 182

Sản lượng nước trung bình ngày: 140 lít

Công trình nước uống Trường TH Hoàng Văn Thụ huyện Đồng Xuân, tỉnh Phú Yên

Hình 1.12: Hình ảnh tấm Carocell trên nóc nhà của trường Hoàng Văn Thụ

Số tấm Carocell: 10 tấm (loại 2m2)

Sản lượng trung bình ngày: 100 lít

Thời gian lắp đặt và vận hành: 8/2013

Carocell tại đảo Đá Tây A (Trường Sa, Khánh Hòa)

Hình 1.13: Thượng tá Lê Hồng Thủy dùng nước sau chưng cất từ Carocell

Số tấm Carocell: 8 tấm (loại 2 m2)

Sản lượng trung bình ngày: 100 lít

Thời gian lắp đặt và vận hành: 5/2014

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 12 | 182

1.3 Phân loại thiết bị chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời

Ứng dụng NLMT vào lĩnh vực ngọt hóa nước được phát hiện sớm nhất vào thế kỉ thứ IV trước công nguyên bởi Aristotle, ông mô tả môt phương pháp để làm bay hơi nước không tinh khiết và sau đó ngưng tụ nó để sử dụng cho sinh hoạt Tuy nhiên, theo lịch sử ghi chép lại, việc ngọt hóa nước bằng NLMT được công bố đầu tiên bởi nhà giả kim Ả Rập trong thế kỷ XVI (mouchot, 1868) [17] Đến thời điểm hiện tại, các nhà nghiên cứu đã phát triển lĩnh vực ngọt hóa nước nói chung và chưng cất nước sử dụng NLMT nói riêng lên một tầm cao mới, quy mô lớn hơn, công nghệ hiện đại hơn…

Từ lịch sử nghiên cứu, ứng dụng NLMT vào lĩnh vực ngọt hóa nước, có nhiều trường phái với nhiều cách phân loại khác nhau nhưng nhìn chung, xét về phương thức tận dụng có hai loại cơ bản:

- Loại thứ nhất (trực tiếp): Lợi dụng nhiệt năng trực tiếp từ bức xạ mặt trời để

tác động đến quá trình biến đổi pha của nước

- Loại thứ hai (gián tiếp): Ứng dụng năng lượng mặt trời để phát điện sau đó

thông qua nhiều khâu kết hợp để tiến hành ngọt hóa nước

Từ quan điểm nhiệt động học thì loại thứ nhất sử dụng năng lượng cấp thấp còn loại thứ hai sử dụng năng lượng cấp cao [13]

Trong khuôn khổ của đề tài, học viên sẽ đi vào phân loại thiết bị ngọt hóa nước loại thứ nhất (trực tiếp), đặc biệt đi sâu vào phân loại thiết bị chưng cất dạng bị động và chủ động Dạng làm ẩm – khử ẩm học viên chỉ tản mạn đôi nét

Hệ thống chưng cất nước bằng năng lượng mặt trời dạng bị động:

Trong hệ thống thiết bị này, bộ phận hấp thụ NLMT có nhiệm vụ biến quang năng thành nhiệt năng và bộ phận ngưng tụ được bố trí chung thành một khối để thực hiện hai chức năng trong cùng một thiết bị Ví dụ thiết bị chưng cất dạng bể phẳng một cấp một

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 14 | 182

mái truyển thống (Single Basin Single Slope), phần đáy sơn đen có chức năng chính là hấp thu NLMT để gia nhiệt và và bốc hơi cho lớp nước, còn tấm phủ (lớp kính) vừa có chức năng cho bức xạ mặt trời xuyên qua tạo hiệu ứng nhà kính, hạn chế tổn thất đối lưu đồng thời là bộ ngưng tụ Thiết bị loại này có kết cấu đơn giản, vật liệu sử dụng rẻ nên giá thành thấp Loại thiết bị này còn tồn tại vấn đề là các quá trình truyền nhiệt và truyền chất xảy ra trong cùng một thiết bị nên khó khắc phục các nhược điểm, do đó sản lượng

và hiệu suất thấp [4]

Hệ thống chưng cất nước bằng năng lượng mặt trời dạng chủ động:

Trong hệ thống thiết bị này, hai chức năng được tách riêng ra: bộ phận thứ nhất là collector có nhiệm vụ hấp thu NLMT để biến quang năng thành nhiệt năng gia nhiệt cho nước, bộ phận thứ hai là thiết bị ngưng tụ hoạt động tách ra Hai bộ phận ghép chung thành một hệ thống gọi là hệ thống chưng cất nước bằng NLMT loại chủ động Nhờ tách

ra nên dễ dàng khắc phục một số nhược điểm dẫn đến hiệu suất được nâng cao hơn [4]

Hệ thống ngọt hóa nước bằng năng lượng mặt trời dạng làm ẩm – khử ẩm:

Trong hệ thống thiết bị này gồm 2 bộ phận, bộ phận thứ nhất là collector hấp thụ NLMT, có tác dụng làm nóng nước để cấp vào bộ phận thứ hai Bộ phận thứ hai lại bao gồm 2 thành phần, là bộ bốc hơi và bộ ngưng tụ Nguyên lý làm việc sẽ được trình bày chi tiết hơn ở phần sau

1.3.1 Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT dạng bị động

1.3.1.1 Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại bể phẳng một cấp truyền thống

Về mặt cấu tạo thiết bị chưng cất loại này khá đơn giản, có thể là loại bể phẳng truyền thống 01 cấp 01 mái (Single Basin Single Slope (SBSS)) (hình 1.15) hoặc 01 cấp

02 mái (Single Basin Double Slope (SBDS)) (hình 1.16)

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 15 | 182

Hình 1.15: Sơ đồ thiết bị chưng cất nước loại SBSS [13]

Hình 1.16: Sơ đồ thiết bị chưng cất nước loại SBDS

(http://www.samsamwater.com/news/?author=2) Thiết bị là một bể phẳng, đáy được sơn một lớp vật liệu hấp thụ bức xạ mặt trời, phía trên lớp sơn được choán kín bởi lớp nước có chiều dày nhất định, khoảng vài cm Phía trên có tấm phủ thông thường là kính (cũng có thể là plastic có hệ số xuyên qua lớn), phía dưới kính có máng hứng nước ngọt sau khi chưng cất

Về nguyên lý làm việc, khi bức xạ mặt trời chiếu đến kính phủ, một phần nhỏ bị phản xạ, phần lớn (trên 80%) xuyên qua kính và lớp nước mỏng chiếu vào đáy bể, tất nhiên một phần NLMT cũng được lớp nước hấp thu Bề mặt đáy thiết bị được sơn đen

để hấp thu bức xạ mặt trời, biến quang năng thành nhiệt năng để gia nhiệt lớp nước làm nước bốc hơi (bề mặt nước có nhiệt độ cao Tw sẽ bức xạ ngược trở lại tấm kính với quang phổ bước sóng dài nên bị kính hấp thụ) Hơi nước bay lên tiếp xúc với bề mặt kính có

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 16 | 182

nhiệt độ Tg < Tw, hơi nhả ẩn nhiệt hóa hơi và ngưng tụ thành nước, theo độ nghiêng của kính phủ sẽ rớt xuống máng hứng nước và được lấy ra ngoài [4]

1.3.1.2 Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại bể phẳng nhiều cấp

Để tận dụng ẩn nhiệt hóa hơi của nước trong quá trình ngưng tụ, các nhà nghiên cứu đã đưa ra một số dạng mô hình mẫu và tiến hành thí nghiệm và xác minh về tính hiệu quả của thiết bị

(a) (b)

Hình 1.17: Sơ đồ Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại bể phẳng 02 cấp

(Double Basin), loại 01 mái (Single Slope) (a) và loại 2 mái (Double Slope) (b) [8]

Hình 1.18: Sơ đồ thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT dạng bể phẳng 03 cấp loại 01

mái (Triple Basin Single Slope) [18]

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 17 | 182

Khi số cấp ngưng tụ tăng lên thì sản lượng nước tăng lên nhưng từ cấp thứ 3 trở lên thì hiệu quả không đáng kể, do đó thiết bị loại này chỉ nên chọn tối đa là 3 cấp Điều này có thể giải thích là ở các cấp sau, độ chênh lệch t quá nhỏ, quá trình truyền nhiệt truyền chất không còn tác dụng nhiều, mặt khác dòng bức xạ mặt trời xuyên qua các lớp kính (có cả màng nước làm mở đục) chiếu đến bề mặt hấp thụ ở đáy cũng bị giảm nhiều Hơn nữa loại bể phẳng chưng cất nhiều tầng có hiệu quả cao hơn loại 01 tầng nhưng việc chế tạo cũng đắt tiền và phức tạp hơn Một vấn đề nữa cần xem xét trong quá trình vận hành là sự bám bẩn và hình thành rong rêu trên bề mặt kính tương đối khó làm vệ sinh,

do đó khi thiết kế, chế tạo cần cân nhắc vấn đề này

Theo kết quả của tác giả Kumar (1990) cho thấy, kết quả chưng cất của thiết bị DBSS như hình 1.17b, sản lượng nước tăng gấp đôi so với SBSS [4]

1.3.1.3 Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại SBSS kết hợp bộ ngưng tụ ngoài (BNTN)

Nước bốc hơi trong không khí ẩm có quan hệ với sự chênh lệch áp suất hơi nước tồn tại trong không khí ẩm Nếu phân áp suất của hơi nước trong không khí ẩm nhỏ hơn phân áp suất bão hòa của hơi nước sát trên bề mặt nước thì quá trình bốc hơi có thể phát sinh, phân áp suất hơi nước trong không khí ẩm càng nhỏ, quá trình bốc hơi càng mạnh [4]

Hình 1.19: Sơ đồ thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại SBSS kết hợp với

BNTN [19]

(a) BNTN không tuần hoàn hơi, (b) BNTN có tuần hoàn hơi

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 19 | 182

Hình 1.22: Bản vẽ chi tiết kích thước của BNTN có tuần hoàn hơi [16]

Hình 1.23: Biểu đồ sản lượng nước chưng cất của thiết bị [16]

Theo công bố của Husham M.Ahmed (2012) sản lượng nước chưng cất của thiết

bị chưng cất nước sử dụng NLMT dạng SBSS kết hợp với BNTN không tuần hoàn hơi tăng từ 15-16,6% so với thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT dạng SBSS và thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT dạng SBSS kết hợp với BNTN có tuần hoàn hơi tăng từ 30,54-35,8% so với thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT dạng SBSS [16]

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 20 | 182

= > BNTN rất có ý nghĩa để làm tăng sản lượng nước chưng cất, kết cấu đơn giản, dễ thực hiện Vì vậy học viện sẽ áp dụng BNTN có tuần hoàn hơi vào đề tài nghiên cứu của mình để đánh giá tiềm năng cũng như hiệu quả của thiết bị

1.3.1.4 Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại SBSS sử dụng bấc nhiều lớp Trong thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại SBSS, dung lượng nước chứa ở đáy nhiều nên dung lượng nhiệt lớn, hấp thụ nhiệt và làm tăng nhiệt độ nước chậm nên thời gian bắt đầu sản xuất nước chậm [4] Để khắc phục hiện tượng này các nhà nghiên cứu đưa ra thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại bể phẳng sử dụng bấc nhiều lớp

Hình 1.24: Sơ đồ thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT dùng bấc thẩm thấu [20]

Lớp bấc mỏng khoảng 2 – 5 mm đóng vai trò thầm thấu nước và hấp thụ bức xạ mặt trời, vì dung lượng nhiệt nhỏ nên khi nhận nhiệt bức xạ mặt trời nước nóng lên nhanh hơn, quá trình bốc hơi diễn ra nhanh hơn nên có thể thu được nước chưng cất ngay từ sáng sớm

Tuy nhiên để chế tạo được bấc thẩm thấu loại này là việc rất khó khăn, yêu cầu đặt

ra là bấc phải có hệ số hập thụ bức xạ mặt trời lớn nên vật liệu phải ở dạng sợi có pha lẫn kim loại và có màu đen như sản phầm Carocell Về yếu tố vận hành, màng nước phải thấm ướt đều trên toàn bề mặt và chảy thành lớp mỏng nên phải cân chỉnh thiết bị rất kỹ lưỡng Nếu nước không phủ đều bề mặt bấc, những mảng bấc không có nước lâu ngày

sẽ bị hư hỏng do bức xạ mặt trời lớn, điều đó làm giảm hiệu suất thiết bị…

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 21 | 182

Thực nghiệm của các nhà nghiên cứu chứng minh rằng, so với SBSS, sản lượng nước chưng cất ứng với 1 m2 có thể tăng từ 16-50%, hiệu suất thiết bị có thể tăng khoảng 6,5-18,9% [4]

1.3.1.5 Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại nghiêng nhiều bậc

Hình 1.25: Sơ đồ thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại nghiêng nhiều bậc [21]

Mặt phẳng nghiêng nhận bức xạ lớn hơn mặt phẳng ngang, nhưng nếu mặt phẳng nghiêng trơn, nhẵn thì nước rất khó phân bố mỏng và đều Vì vậy thiết bị chưng cất nước

sử dụng NLMT loại bậc thang giúp duy trì lớp nước mỏng, diện tích hấp thụ tăng, tạo được độ nghiêng thích hợp Nhưng cũng như nhược điểm của thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT dùng bấc thẩm thấu, muốn nước mỏng và phân bố đều, cần phản cân chỉnh thăng bằng cho thiết bị kỹ lưỡng

Theo kết quả nghiên cứu cho thấy, nếu chiều dày lớp nước trên các bậc thang duy trì khoảng 1,27 cm thì việc sản xuất nước có thể xảy ra từ sáng sớm, khi tổng lượng bức

xạ trong ngày đạt 2300 kJ/m2 thì sản lượng nước có thể đạt 4,8 kg/m2ngày [4]

1.3.2 Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT dạng chủ động

Về nguyên lý, thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT dạng chủ động cũng gần giống như thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT dạng bị động, nghĩa là tuân thủ đúng tuần tự gia nhiệt cho nước bằng năng lượng mặt trời, nước bốc hơi và ngưng tụ trên bề mặt kính phủ

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 22 | 182

Về cấu tạo, thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT dạng chủ động khác thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT dạng bị động ở chỗ, không chỉ sử dụng bề mặt hấp thụ

ở đáy máng chưng cất để hấp thu bức xạ mặt trời gia nhiệt cho nước, mà còn lấy nhiệt

từ collector hấp thu NLMT, các collector có thể lắp độc lập hoặc trực tiếp vào máng chưng cất Do có thêm collector (tấm phẳng, ống TTCK, chảo parabol…) nên nước có nhiệt độ cao hơn, thúc đẩy tốc độ bốc hơi bên trong máng chưng cất Quá trình bốc hơi diễn ra nhanh, từ đó sản lượng và hiệu suất thiết bị cao hơn

Về giá thành, do thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT dạng chủ động có kết cấu

và vận hành phức tạp nên chi phí đầu tư khá tốn kém so với thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT dạng bị động

1.3.2.1 Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại SBSS, DBSS kết hợp với collector tấm phẳng (flat plate collector)

Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại SBSS kết hợp với collector tấm phẳng hoạt động ở nhiệt độ cao Thiết bị hoạt động theo phương thức đối lưu cưỡng bức bằng bơm hoặc đối lưu tự nhiên giữa dòng nước có nhiệt độ cao sinh ra ở collector tấm phẳng với nước có nhiệt độ thấp hơn bên trong máng chưng cất

Có 2 dạng kết cấu cho sự kết hợp giữa collector tấm phẳng và SBSS là:

+ Không có dàn trao đổi nhiệt (TĐN) bên trong máng chưng cất (hình 1.26)

+ Có dàn TĐN bên trong bể chưng cất (hình 1.27)

Hình 1.26: Sơ đồ thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại SBSS kết hợp với collector tấm phẳng (không có dàn trao đổi nhiệt trong bể chưng cất) [22]

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 23 | 182

Hình 1.27: Sơ đồ thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại SBSS kết hợp với

collector tấm phẳng (có dàn trao đổi nhiệt trong bể chưng cất) [13]

Hình 1.28: Sơ đồ thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại DBSS kết hợp với collector tấm phẳng (không có dàn trao đổi nhiệt trong bể chưng cất) [23]

Dàn trao đổi nhiệt bên trong bể chưng cất làm tăng tính linh hoạt của thiết bị, máng chưng cất có thể làm việc với nhiều loại nước khác nhau (nước lợ, nước phèn, nước biển…) mà không cần lo lắng về cáu cặn bám trong ống dàn TĐN vì nước chảy trong

OTTCK được tích hợp vào thiết bị chưng cất nước theo 2 kiểu:

- Gắn trực tiếp vào máng chưng cất, trao đổi nhiệt giữa nước trong OTTCK với nước trong máng chưng cất ở dạng đối lưu tự nhiên (hình 1.29)

- Đặt tách biệt ra khỏi máng chưng cất, có đường ống kết nối giữa collector OTTCK

và máng chưng cất, nước chuyển động theo kiểu cưỡng bức bằng bơm (hình 1.30)

Hình 1.29: Sơ đồ thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại bể phẳng hai cấp kết

hợp với OTTCK [7]

=> Trong đề tài của mình học viên sẽ bố trí thêm tấm truyền nhiệt có tác dụng như màng ngăn cách giữa nước sạch chảy trong OTTCK và nước cần chưng cất (nước lợ, nước phèn, nước biển…) để tăng tính linh động của thiết bị

1.3.2.3 Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại SBSS, DBSS kết hợp với collector tập trung (Concetrator Collector)

Hình 1.31: Sơ đồ thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại SBSS kết hợp với

collector tập trung kiểu parabol [25]

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 26 | 182

Chú thích:

1: Collector tập trung kiểu parabol

2: Ống chân không hứng NLMT từ collector

3: Van cổng

4: SBSS

5: Dàn ống TĐN

6: Bơm

Hình 1.32: Sơ đồ thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT loại DBSS kết hợp với

collector tập trung kiểu parabol [10]

Hình 1.32 cho ta thấy một kiểu mới về DBSS Thay vì nước chứa trong máng cấp

02 ở dạng tĩnh thì ở đây, nước được chảy thành màng mỏng trên lớp kính phủ dưới, nhờ vậy không những tận dụng tốt ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước nhả ra trong quá trình ngưng

tụ ở tầng dưới, mà còn có thể bốc hơi nhanh do màng nước mỏng, dung lượng nhiệt bé, quán tính nhiệt nhỏ Nhưng để tạo màng nước mỏng là điều rất khó khăn, như đã phân tích ở trên

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 27 | 182

Hình 1.33: Biểu đồ so sánh sản lượng của các thiết bị chưng cất nước có kết hợp với

các kiểu collector [26]

1.3.3 Hệ thống chưng cất nước sử dụng NLMT dạng làm ẩm – khử ẩm

Định nghĩa làm ẩm (Humidification) và khử ẩm (Dehumidification) ta hiểu là làm

ẩm không khí có độ ẩm thấp (không khí chứa ít hơi nước) và khử ẩm trong không khí có

độ ẩm cao (không khí chứa nhiều hơi nước)

Hình 1.34: Sơ đồ hệ thống chưng cất nước sử dụng NLMT dạng làm ẩm – khử ẩm

[27]

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 28 | 182

Hệ thống hoạt động theo nguyên lý sau, nước nóng sau khi ra khỏi collector được phun tán sương vào bộ bốc hơi, do được phun tán sương nên các phân tử nước có nhiệt

độ cao sẽ thâm nhập vào bộ phận không khí làm cho bộ phận không khí này bị gia nhiệt

và tăng ẩm, kết thúc quá trình làm ẩm Không khí sau khi được làm ẩm có nhiệt độ tăng, enthalpy tăng, dung ẩm tăng sẽ di chuyển qua bộ ngưng tụ nhờ đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức bằng quạt Nước lạnh được bơm đẩy tới bộ ngưng tụ sẽ lấy ẩn nhiệt hóa hơi của không khí ẩm trong quá trình ngưng tụ, vì vậy nước lạnh sẽ nóng lên một phần và sau đó đi vào collector để tiếp tục gia nhiệt lên nhiệt độ cao Hơi nước ngưng tụ là nước cất và được đưa ra ngoài, còn lượng nước phun tán sương mà không tham gia vào quá trình làm ẩm không khí sẽ rớt xuống, gọi tắt là nước thải, nước thải cũng được đưa ra bể chứa và chờ tới vòng tuần hoàn tiếp theo

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý chưng cất nước sử dụng NLMT

Hệ thống chưng cất nước sẽ tiếp nhận bức xạ mặt trời và chuyển hóa thành nhiệt năng để làm bốc hơi nước cần chưng cất Hơi nước sẽ được ngưng tụ tại bề mặt có nhiệt

độ thấp To và được đưa ra ngoài, còn lượng nước chưa được bốc hơi (có nồng độ cao)

sẽ tiếp tục được gia nhiệt để bốc hơi Hệ thống có thể có sự tham gia của một số thiết bị tiêu tốn công hay điện năng…như bơm tuần hoàn, quạt cưỡng bức

2.1.2 Cơ cấu quá trình ngưng hơi

Ngưng hơi là quá trình quá độ biến trạng thái hơi thành trạng thái lỏng, quá trình này gắn liền với hiện tượng biến đổi pha Vùng xảy ra các quá trình ngưng hơi có thể ở trong thể tích khối hơi khi nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ bão hòa ở áp suất tương ứng hoặc cũng có thể xảy ra trên bề mặt vật được làm lạnh Nếu hơi ở trạng thái dưới điểm ba thể, quá trình hóa lỏng hơi chỉ xảy ra khi hơi được nén lên áp suất cao Trên thực tế, hiện tượng ngưng hơi thường gặp ở các bình ngưng của tuabin trong nhà máy nhiệt điện,

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 30 | 182

ngưng hơi trong thiết bị chưng cất nước, ngưng hơi lãnh chất trong thiết bị lạnh, hiện tượng đọng sương của không khí ẩm…

Muốn xảy ra quá trình ngưng hơi trên bề mặt vật rắn, cần phải có hai điều kiện:

- Rút nhiệt từ hơi ngưng (ẩn nhiệt hóa hơi) qua bề mặt vật rắn, muốn vậy nhiệt độ

bề mặt vật rắn phải thấp hơn nhiệt độ bão hòa của hơi ở áp suất tương ứng

- Trên bề mặt vật rắn phải có các tâm ngưng tụ, ví dụ những hạt bụi, những bọt khí hoặc chính độ nhám của bề mặt

Tùy theo trạng thái của bề mặt làm lạnh và tính dính ướt của chất lỏng mà có thể xảy ra hai quá trình ngưng tụ:

- Ngưng thành màng chất lỏng, còn gọi là ngưng màng

- Ngưng thành giọt chất lỏng gọi là ngưng giọt

Hình 2.2: Màng nước và giọt nước [13]

Đối với chất lỏng dính ướt bề mặt như nước trong hệ thống chưng cất thì ngưng màng là phổ biến Ngưng hơi thường có hai trường hợp:

Ngưng hơi thuần khiết nghĩa là hơi ngưng tụ không tồn tại các khí không ngưng (hoặc rất ít) Quá trình này thường xảy ra trong thiết bị như khi ngưng hơi lãnh chất trong bình ngưng, hoặc ngưng hơi nước trong một số thiết bị khác ở điều kiện áp suất lớn hơn áp suất khí trời Hơi nước trước tiên nhả ẩn nhiệt hóa hơi cho bề mặt vách lạnh để ngưng tụ thành lỏng, màng nước ngưng hình thành trên bề mặt vách lạnh và theo trọng lực chảy xuống Hơi tiếp theo muốn ngưng tụ phải được dẫn nhiệt qua màng nước ngưng rồi mới truyền nhiệt cho vách lạnh Do đó nhiệt trở màng nước ngưng là nhiệt trở

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 31 | 182

chủ yếu trong quá trình ngưng tụ hơi, tùy theo bề dày nước ngưng mà nhiệt trở khác

nhau Trong thiết bị chưng cất nước, cần thiết kế vách ngưng có độ nghiêng phù hợp để màng nước càng mỏng càng tốt

Ngưng hơi không thuần khiết là ngưng tụ có tồn tại các khí không ngưng, điều này lý giải là do khi ngưng hơi trong điều kiện áp suất thấp hơn áp suất khí trời, thường có không khí lọt vào (là khí không ngưng), hoặc do quá trình phản ứng hóa học giải phóng ra một số khí không ngưng Ví dụ ngưng tụ hơi lãnh chất trong bình ngưng thiết bị kết đông, ngưng hơi nước trong bình ngưng nhà máy nhiệt điện

Từ định luật Dalton, ta có:

po = pkk + pv (2.1) Trong đó:

- pkk: Áp suất riêng phần không khí khô

- pv : Áp suất riêng phần của hơi nước

- po: Áp suất của hỗn hợp

Ở vùng gần bề mặt màng nước ngưng, áp suất pv giảm xuống do hơi bị ngưng còn pkk tăng lên do khí này không ngưng tụ, vì vậy sẽ tạo một màng không khí mỏng ngoài lớp nước ngưng cản trở sự khuếch tán của các phân tử hơi tiếp xúc với màng nước tạo nên thêm một nhiệt trở phụ, ảnh hưởng này không nhỏ Để khắc phục nhược điểm này trong các thiết bị ngưng hơi người ta bố trí thiết bị hút khí không ngưng, có thể dùng

ejector hoặc bơm chân không [4]

2.1.3 Truyền nhiệt ở thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT

Để hiểu một cách cơ bản về truyền nhiệt trong thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT, ta xét thiết bị SBSS Truyền nhiệt trong thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT được phân loại thành truyền nhiệt bên trong và bên ngoài, được miêu tả tổng quan bằng hình 2.3

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 32 | 182

Hình 2.3: Truyền nhiệt tại thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT

2.1.3.1 Truyền nhiệt bên trong

Truyền nhiệt xảy ra bên trong thiết bị là sự tương tác giữa bề mặt nước và bề mặt trong của lớp kính phủ Có 3 nhân tố truyền nhiệt đó là truyền nhiệt bằng bốc hơi (nhân

tố chính), truyền nhiệt bằng đối lưu và truyền nhiệt bằng bức xạ Trong đó truyền nhiệt bằng bốc hơi và đối lưu diễn ra đồng thời và độc lập với truyền nhiệt bằng bức xạ [26]

a Truyền nhiệt bằng bức xạ

Một vật ở bất kỳ nhiệt độ nào (lớn hơn 0 K) luôn có sự biến đổi một phần nội năng của vật thành năng lượng sóng điện từ truyền đi trong không gian theo mọi phương Khi chiếu lên bề mặt vật khác, nó bị bề mặt vật hấp thụ và biến thành nhiệt năng Như vậy, các vật trong không gian luôn xảy ra quá trình trao đổi nhiệt bức xạ [4]

Theo [26] nhiệt lượng truyền bằng bức xạ từ bề mặt nước đến mặt trong của kính phủ có giá trị:

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 33 | 182

2 w

- Nhiệt độ của bề mặt nước Tw (oC)

- Nhiệt độ bề mặt trong của kính phủ Tgi (oC)

b Truyền nhiệt bằng đối lưu

Ở giữa bề mặt nước và kính phủ tồn tại dòng đối lưu tự nhiên của không khí ẩm tuần hoàn liên tục do sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt nước và mặt trong của kính phủ

Theo [26] nhiệt lượng truyền bằng đối lưu giữa bề mặt nước với mặt trong của kính phủ có giá trị:

H V T H : H O À N G V Ă N V I Ế T 34 | 182

2 w

w

5144exp 25,317 ( / ) (2.8)

c,b-w w c,b-w.( b w) (W) (2.9)

Q  A h T T

Trong đó:

- Nhiệt độ basin liner Tb (oC)

- Hệ số truyền nhiệt nhiệt bằng đối lưu giữa basin liner và nước:

c,b-w w w

2 w

w w w

o Chiều dày của nước Xw (m)

o Khối lượng riêng của nước theo nhiệt độ (kg/m3) [11]

o T = (Tb + Tw)/2 (oC) nhiệt độ trung bình của basin liner và nước

 Nước chuyển động đối lưu tự nhiên với basin liner nên C = 0,54 và n = 0,25

c Truyền nhiệt bằng bốc hơi

Truyền nhiệt xảy ra bên ngoài của thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT có sự tham gia của truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ Chi tiết như sau:

a Tổn thất nhiệt tại bề mặt ngoài của kính phủ

Bề mặt ngoài của kính phủ có nhiệt độ lớn hơn và được tiếp xúc trực tiếp với môi trường nên giữa bề mặt ngoài của kính phủ và môi trường diễn ra quá trình trao đổi nhiệt bằng đối lưu và bức xạ

Nhiệt lương tổn thất từ bề mặt ngoài của kính phủ tới môi trường do đối lưu và bức xạ