Nghiên cứu phát triển thiết bị tách dầu khỏi nước bằng phương pháp ly tâm

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Một số nguồn gây ra lẫn dầu vào trong nước

1.1.1. Ô nhiễm biển do khai thác tàu chở dầu

1.1.2. Ô nhiễm biển từ các chất thải dàn khoan dầu, khí trên biển

1.1.3. Ô nhiễm biển do bơm xả nước dằn tàu ra biển

1.1.4. Dầu lẫn vào trong nước tại các cơ sở sản xuất trên bờ

1.2. Một số giải pháp tách dầu ra khỏi hỗn hợp dầu nước

1.2.1. Xử lý dầu nhờ chất phân tán

1.2.2. Xử lý dầu bằng phương pháp từ tính

1.2.3. Xử lý dầu bằng vật liệu hấp phụ dầu

1.2.4. Xử lý dầu bằng vải lọc

1.2.5. Xử lý dầu bằng phương pháp lắng đọng tự nhiên

1.2.6. Xử lý dầu bằng phương pháp ly tâm

1.2.7. So sánh các giải pháp tách dầu ra khỏi hỗn hợp dầu nước

1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài

1.3.1. Nghiên cứu thiết bị tách dầu nước ly tâm hình nón

1.3.2. Nghiên cứu thiết bị tách dầu nước sử dụng ống tạo xoáy

1.3.3. Nghiên cứu thiết bị tách dầu nước sử dụng cánh tạo xoáy đặt cố định

1.3.4. Nghiên cứu thiết bị tách dầu nước sử dụng cánh tạo xoáy chuyển động quay

1.4. Hướng nghiên cứu của luận án

1.5. Kết luận chương 1

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ NGHIÊN CỨU

2.1. Mô hình nghiên cứu thiết bị tách dầu

2.2. Cơ sở xác định các kích thước thủy lực cơ bản của thiết bị tách dầu

2.2.1. Xác định đường kính ống quay

2.2.2. Xác định chiều dài ống quay

2.2.3. Xác định số vòng quay của ống quay

2.2.4. Xác định số vòng quay đặc trưng

2.2.5. Xác định tỷ số đường kính bầu

2.2.6. Xác định số vòng quay cho phép của ống quay

2.2.7. Xác định số cánh

2.2.8. Xác định bước cánh

2.2.9. Xác định chiều dài cánh

2.2.10. Ống thu dầu bẩn

2.2.11. Xác định biên dạng cánh

2.2.12. Xác định biên dạng bầu

2.3. Xây dựng chương trình tính toán một số thông số thủy lực cơ bản

2.4. Cơ sở lý thuyết tính toán mô phỏng số

2.4.1. Một số phương pháp tính toán mô phỏng số

2.4.2. Cơ sở toán học của kỹ thuật mô phỏng số

2.4.3. Mô phỏng số quá trình tách dầu trong ống quay ly tâm

2.5. Kết luận chương 2

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA VÒNG QUAY, ĐƯỜNG KÍNH BẦU, SỐ CÁNH, GÓC ĐẶT CÁNH ĐẾN QUÁ TRÌNH TÁCH DẦU BẰNG MÔ PHỎNG SỐ

3.1. Kết quả tính toán kích thước ống quay, biên dạng bầu và cánh

3.1.1. Thông số cho trước

3.1.2. Kết quả tính toán thông số thủy lực và lựa chọn thiết bị

3.2. Tính toán, kết quả và đánh giá ảnh hưởng của vòng quay, đường kính bầu, số cánh, góc đặt cánh và tỷ lệ dầu nước tại đầu vào thiết bị đến quá trình tách dầu bằng mô phỏng số

3.2.1. Mục đích tính toán mô phỏng số

3.2.2. Tiêu chí đánh giá thiết bị tách dầu bằng mô phỏng số

3.2.3. Tạo biên dạng ống quay, bầu và cánh

3.2.4. Mô phỏng quá trình tách dầu nước bằng phần mềm Fluent - Ansys

3.2.5. Kết quả tính toán mô phỏng số ảnh hưởng của vòng quay, đường kính bầu, số cánh, góc đặt cánh và tỷ lệ dầu nước tại đầu vào thiết bị đến quá trình tách dầu

3.2.6. Đánh giá kết quả tính toán mô phỏng số ảnh hưởng của vòng quay, đường kính bầu, số cánh, góc đặt cánh và tỷ lệ dầu nước tại đầu vào thiết bị đến quá trình tách dầu

3.3. Kết luận chương 3

4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

4.1. Giới thiệu hệ thống thiết bị thử nghiệm

4.2. Sơ đồ lắp đặt thiết bị thử nghiệm

4.3. Thiết bị tham gia thử nghiệm

4.4. Mục tiêu và phạm vi thử nghiệm

4.4.1. Mục tiêu thử nghiệm

4.4.2. Phạm vi thử nghiệm

4.5. Một số yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm

4.6. Xây dựng quy trình thử nghiệm

4.7. Tổng hợp kết quả thử nghiệm

4.8. Đánh giá thiết bị tách dầu ra khỏi nước bằng phương pháp ly tâm

4.9. So sánh kết quả tính toán mô phỏng và kết quả thử nghiệm

4.10. Đánh giá thiết bị tách dầu

4.11. Xây dựng quy trình tháo lắp thiết bị tách dầu

4.12. Kết luận chương 4

KẾT LUẬN

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC 1: TẠO BIÊN DẠNG CÁNH

PHỤ LỤC 2: MIỀN KHÔNG GIAN TÍNH TOÁN, CHIA LƯỚI VÀ ĐIỀU KIỆN BIÊN

PHỤ LỤC 3: CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM ANSYS FLUENT

PHỤ LỤC 4: BẢN VẼ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

PHỤ LỤC 5: MỘT SỐ THIẾT BỊ CHẾ TẠO VÀ LẮP GHÉP

I. Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương này trình bày tổng quan về các nguồn gây ô nhiễm dầu trong nước, bao gồm sự cố tràn dầu từ tàu biển, dàn khoan, và nước dằn tàu. Các phương pháp xử lý nước nhiễm dầu hiện có được phân tích, bao gồm xử lý dầu bằng phương pháp từ tính, vật liệu hấp phụ dầu, và phương pháp lắng đọng tự nhiên. Phương pháp ly tâm được đánh giá là hiệu quả nhất trong việc xử lý lượng lớn dầu tràn. Luận án cũng đề cập đến các nghiên cứu trong và ngoài nước về thiết bị tách dầu bằng ly tâm, từ đó xác định hướng nghiên cứu chính là phát triển thiết bị ly tâm công nghiệp dạng ống quay.

1.1. Nguồn gây ô nhiễm dầu trong nước

Các nguồn chính gây ô nhiễm dầu bao gồm sự cố tràn dầu từ tàu biển, dàn khoan, và nước dằn tàu. Sự cố tràn dầu thường xảy ra ngoài khơi, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và kinh tế. Việc xử lý dầu tràn đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật hiệu quả và nhanh chóng.

1.2. Phương pháp xử lý dầu trong nước

Các phương pháp xử lý dầu hiện có bao gồm sử dụng chất phân tán, từ tính, vật liệu hấp phụ, vải lọc, và lắng đọng tự nhiên. Phương pháp ly tâm được đánh giá là hiệu quả nhất trong việc xử lý lượng lớn dầu tràn, đặc biệt trong điều kiện khai thác ngoài khơi.

II. Cơ sở nghiên cứu

Chương này tập trung vào cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu để phát triển thiết bị tách dầu bằng ly tâm. Các thông số thủy lực cơ bản của thiết bị được xác định, bao gồm đường kính ống quay, chiều dài ống, và số vòng quay. Luận án cũng trình bày cơ sở toán học để mô phỏng quá trình tách dầu trong ống quay ly tâm, sử dụng phương pháp CFD (Computational Fluid Dynamics). Kết quả mô phỏng số sẽ được sử dụng để đánh giá hiệu quả của thiết bị.

2.1. Xác định thông số thủy lực

Các thông số thủy lực cơ bản của thiết bị được xác định, bao gồm đường kính ống quay, chiều dài ống, và số vòng quay. Các thông số này được tính toán dựa trên lý thuyết thủy lực và động lực học chất lỏng.

2.2. Mô phỏng số quá trình tách dầu

Phương pháp CFD được sử dụng để mô phỏng quá trình tách dầu trong ống quay ly tâm. Kết quả mô phỏng số sẽ giúp đánh giá hiệu quả của thiết bị và tối ưu hóa các thông số kỹ thuật.

III. Kết quả tính toán và đánh giá

Chương này trình bày kết quả tính toán và mô phỏng số để đánh giá ảnh hưởng của các thông số như vòng quay, đường kính bầu, số cánh, và góc đặt cánh đến quá trình tách dầu. Kết quả cho thấy thiết bị ly tâm công nghiệp với đường kính ống quay 100 mm, chiều dài 2.000 mm, và số vòng quay 5.500-6.000 vòng/phút đạt hiệu quả tách dầu cao nhất. Các kết quả này được kiểm chứng bằng thực nghiệm trong phòng thí nghiệm.

3.1. Ảnh hưởng của vòng quay

Kết quả mô phỏng số cho thấy vòng quay của ống quay ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả tách dầu. Vòng quay từ 5.500 đến 6.000 vòng/phút đạt hiệu quả tối ưu.

3.2. Ảnh hưởng của đường kính bầu

Đường kính bầu 80 mm được xác định là thông số tối ưu, giúp tăng hiệu quả tách dầu trong thiết bị ly tâm.

IV. Nghiên cứu thực nghiệm

Chương này trình bày quá trình thực nghiệm để kiểm chứng kết quả tính toán và mô phỏng số. Thiết bị tách dầu bằng ly tâm được chế tạo và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm với các mẫu dầu có nồng độ 300 ppm và 600 ppm. Kết quả thực nghiệm cho thấy thiết bị đạt hiệu quả tách dầu cao, phù hợp với kết quả mô phỏng số. Luận án cũng đề xuất quy trình tháo lắp và bảo trì thiết bị để đảm bảo hiệu quả hoạt động lâu dài.

4.1. Thiết kế và chế tạo thiết bị

Thiết bị tách dầu bằng ly tâm được chế tạo dựa trên kết quả tính toán và mô phỏng số. Thiết bị bao gồm ống quay, bầu, và cánh tạo xoáy, được thiết kế để tối ưu hóa hiệu quả tách dầu.

4.2. Kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm với mẫu dầu 300 ppm và 600 ppm cho thấy thiết bị đạt hiệu quả tách dầu cao, phù hợp với kết quả mô phỏng số. Thiết bị có thể ứng dụng trong xử lý nước nhiễm dầu tại các cảng biển.

Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu phát triển thiết bị tách dầu khỏi nước bằng phương pháp ly tâm