Giáo trình Kiến thức chung về sản xuất muối biển - Nghề: Sản xuất muối biển

Nội dung text: Giáo trình Kiến thức chung về sản xuất muối biển - Nghề: Sản xuất muối biển

1. 10 ĐƠN VỊ SẢN XUẤT MUỐI BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHƠI CÁT SÂN SÂN SÂN SÂN SÂN KẾT KẾT KẾT KẾT KẾT TINH TINH TINH TINH TINH SÂN SÂN SÂN SÂN SÂN KẾT KẾT KẾT KẾT KẾT TINH TINH TINH TINH TINH BỂ BỂ CHỨA XỬ LÝ Cát dự trữ CHẠT CHẠT RUỘNG PHƠI CÁT Rãnh tập trung nƣớc chạt nƣớc trung tập Rãnh Chạt lọc cát mặn. Cát luân phiên Hình 1.4: Đơn vị sản xuất muối phơi cát
2. 12 Hình 1.5: Đồng muối phơi cát
3. 13 1.2. Sản xuất muối biển bằng phƣơng pháp phơi nƣớc Trong thực tế có nhiều vùng điều kiện bay hơi nƣớc ngọt của tự nhiên thuận lợi và ổn định trong thời gian dài, ở những vùng này để sản xuất muối biển ngƣời ta chỉ việc đƣa nƣớc biển vào phơi ở các ô ruộng đã đƣợc xử lý về độ thấm nƣớc của nền ô ruộng. Quá trình phơi nƣớc biển tại ô ruộng sẽ làm nƣớc biển tăng dần nồng độ (hàm lƣợng NaCl tăng dần). Nƣớc biển dần đạt trạng thái bão hòa rồi quá bão hòa thì muối ăn đƣợc tách ra dƣới dạng rắn. Đầu tiên là những mầm tinh thể muối ăn đƣợc hình thành từ nƣớc chạt quá bão hòa rồi những mầm tinh thể muối ăn lớn dần do quá trình phơi vẫn tiếp tục nên tinh thể muối đƣợc hình thành từ những mầm tinh thể muối ăn lớn dần đến độ trƣởng thành. Nhiều tinh thể muối đƣợc hình thành sẽ tạo nên lớp muối, độ dày của lớp muối phụ thuộc vào thời gian kết tinh muối dài hay ngắn (chu kỳ kết tinh muối dài hay ngắn). NƢỚC CỐNG NGHÊNH, HỒ KHU BIỂN CHỨA BAY HƠI TRẠM BƠM KHU KẾT TINH MUỐI KHU KẾT TINH MUỐI KHU KẾT TINH CÔNG ĐOẠN II CÔNG ĐOẠN 1 THẠCH CAO NƢỚC SẢN PHẨM NaCl SẢN PHẨM NaCl SẢN PHẨM ÓT LOẠI II LOẠI I CaSO4.2H2O Hình 1.6: Mô hình chung của đồng muối phơi nước
4. 14 Hình 1.7: Đồng muối phơi nước Để lấy nƣớc biển vào đồng muối, các đồng muối phơi nƣớc thƣờng tận dụng chiều cao thủy triều để lấy nƣớc tự lƣu qua cống nghênh (cống đón nƣớc thủy triều), trƣờng hợp nƣớc tự lƣu qua cống nghênh thiếu sẽ đƣợc bổ sung bằng nguồn nƣớc động lực (sử dụng bơm). Hình 1.8: Cống, trạm bơm lấy nước biển phục vụ sản xuất muối Quy trình sản xuất muối biển bằng phƣơng pháp phơi nƣớc: Tại hồ chứa, trong khi “chờ đợi” để đi vào dây chuyền sản xuất chính, nƣớc biển cũng bay hơi nƣớc ngọt để tăng nồng độ.
5. 15 Nƣớc biển ở hồ chứa đƣợc cung cấp dần dần cho các bƣớc 1 của khu bay hơi. Tại khu bay hơi nƣớc biển (dần dần trở thành nƣớc chạt) đƣợc luân chuyển dần từ các bƣớc 1 đến các bƣớc cuối cùng, trong quá trình luân chuyển đó nƣớc chạt liên tục bay hơi nƣớc ngọt để tăng nồng độ, ra khỏi khu bay hơi nƣớc chạt đạt 14oBé. Nƣớc chạt ra khỏi khu bay hơi đƣợc đƣa vào các bƣớc 1 của khu kết tinh thạch cao. Tại khu kết tinh thạch cao nƣớc chạt đƣợc luân chuyển dần từ các bƣớc 1 đến các bƣớc cuối cùng, trong quá trình luân chuyển đó nƣớc chạt liên tục bay hơi nƣớc ngọt để tiếp tục tăng nồng độ và kết tinh thạch cao (CaSO4.2H2O), ra khỏi khu kết tinh thạch cao nƣớc chạt đạt 25oBé. Nƣớc chạt ra khỏi khu kết tinh thạch cao đƣợc đƣa vào các công đoạn 1 của khu kết tinh muối. Tại các công đoạn 1 của khu kết tinh muối nƣớc chạt tiếp tục bay hơi nƣớc ngọt để tăng nồng độ và kết tinh muối NaCl, sản phẩm NaCl của công đoạn 1 là sản phẩm có chất lƣợng cao nhất (sản phẩm loại 1). Khi nƣớc chạt ở công đoạn 1 đạt nồng độ quy định thì đƣợc chuyển sang công đoạn tiếp theo (công đoạn 2). Tại công đoạn tiếp theo (công đoạn 2) của khu kết tinh muối, nƣớc chạt tiếp tục bay hơi nƣớc ngọt để tăng nồng độ và kết tinh muối NaCl, sản phẩm NaCl của công đoạn 2 là sản phẩm có chất lƣợng thấp hơn sản phẩm NaCl của công đoạn 1 (công đoạn trƣớc). Tại công đoạn cuối cùng của khu kết tinh muối nƣớc chạt tiếp tục bay hơi nƣớc ngọt để tăng nồng độ và kết tinh muối NaCl, sản phẩm NaCl của công đoạn cuối cùng của khu kết tinh muối là sản phẩm có chất lƣợng thấp nhất. Khi dịch lỏng (nƣớc ót) ở công đoạn cuối cùng đạt nồng độ quy định thì đƣợc chuyển sang khu vực tập trung nƣớc ót. Sản xuất muối biển bằng phƣơng pháp phơi nƣớc có thể tạo ra nhiều sản phẩm muối biển có hàm lƣợng NaCl khác nhau bằng cách phân đoạn kết tinh. Sản xuất muối biển bằng phƣơng pháp phơi nƣớc có khả năng cho sản lƣợng lớn và chất lƣợng sản phẩm muối biển cao (thỏa mãn yêu cầu về chất lƣợng muối của sản xuất công nghiệp). Bảng 1.1. Xác định phẩm cấp của sản phẩm
6. 16 Nồng độ đầu Nồng độ cuối NaCl tách ra Tạp chất tách ra Sản phẩm đạt (oBé) (oBé) (gam) (gam) % 25 26.25 3.26 0.06 98.2 25 27 12.91 0.26 98.0 25 28.5 20.81 0.47 97.8 25 30.2 23.43 0.56 97.7 25 32.4 25.70 0.66 97.5 25 35 27.10 1.29 95.5 26.25 27 9.65 0.20 98.0 26.25 28.5 17.55 0.41 97.7 26.25 30.2 20.17 0.50 97.6 26.25 32.4 22.44 0.60 97.4 26.25 35 23.84 1.23 95.1 27 28.5 7.90 0.21 97.4 27 30.2 10.52 0.30 97.2 27 32.4 12.79 0.40 97.0 27 35 14.19 1.03 93.2 28.5 30.2 2.62 0.09 96.7 28.5 32.4 4.89 0.19 96.3 28.5 35 6.29 0.82 88.5 30.2 32.4 2.27 0.10 95.8 30.2 35 3.67 0.73 83.4 32.4 35 1.40 0.63 69.0 (Sản phẩm bôi nền tối màu là sản phẩm không đủ chất lƣợng phục vụ các ngành công nghiệp) Hiện tại, trong sản xuất muối phơi nƣớc ở nƣớc ta ngƣời ta it chia làm nhiều giai đoạn vì việc chuyển nƣớc, bảo quản sản phẩm phức tạp. Nhƣ vậy, đặc điểm nhận dạng của phƣơng pháp sản xuất muối biển bằng phƣơng pháp phơi nƣớc là: Ruộng phơi nƣớc, cống phai và mƣơng chuyển nƣớc. 2. Sản xuất muối biển bằng phƣơng pháp bay hơi cƣỡng bức Sản xuất muối biển bằng phƣơng pháp bay hơi cƣỡng bức nghĩa là sử dụng nguồn năng lƣợng nhân tạo để làm bay hơi nƣớc ngọt kết tinh muối. Thực tế „Sản xuất muối biển bằng phƣơng pháp bay hơi cƣỡng bức‟ cũng chỉ „cƣỡng bức bay hơi nƣớc ngọt‟ trong giai đoạn kết tinh muối. Nghĩa là: nƣớc chạt gần bão hòa hoặc bão hòa muối NaCl đƣợc đƣa vào thiết bị cô đặc để kết tinh muối. Thiết bị cô đặc để kết tinh muối có nhiều loại, nếu căn cứ vào chỉ tiêu thiết bị cô đặc làm việc ở áp suất nào thì sản xuất muối biển bằng phƣơng pháp bay hơi cƣỡng bức đƣợc chia ra: - Sản xuất muối biển bằng phƣơng pháp cô đặc nồi hở nếu thiết bị cô đặc làm việc ở áp suất thƣờng.
7. 17 - Sản xuất muối biển bằng phƣơng pháp cô đặc chân không nếu thiết bị cô đặc làm việc ở áp suất âm (áp suất làm việc của thiết bị nhỏ hơn áp suất thƣờng). 2.1. Sản xuất muối biển bằng phƣơng pháp cô đặc nồi hở Theo phƣơng pháp sản xuất này nƣớc chạt gần bão hòa hoặc bão hòa muối NaCl đƣợc đƣa vào thiết bị cô đặc (còn gọi là nồi nấu muối, nồi nấu muối ở nƣớc ta thƣờng đƣợc gò bằng tôn), nguồn năng lƣợng cung cấp cho thiết bị cô đặc này để làm bay hơi nƣớc ngọt ở nƣớc ta thƣờng là than. Quá trình cô đặc kết tinh muối mỗi mẻ thƣờng diễn ra trong nhiều giờ tùy theo lƣợng nƣớc chạt mà nồi chứa đƣợc nhiều hay ít. Trong mỗi mẻ muối kết tinh đƣợc lấy ra dần dần tùy theo tốc độ kết tinh muối, mỗi mẻ kết thúc khi nồng độ của dung dịch đƣợc cô đặc đạt đến giá trị quy định. Sản xuất muối biển bằng phƣơng pháp cô đặc nồi hở có thể tạo đƣợc nhiều loại sản phẩm muối có phẩm cấp (chất lƣợng sản phẩm) khác nhau tùy thuộc nƣớc chạt nguyên liệu đƣợc xử lý (tách tạp chất) ở mức độ nào và khi vớt muối sản phẩm ra thì giá trị nồng độ của dịch lỏng trong nồi có giá trị là bao nhiêu (nồng độ của dịch lỏng trong nồi có giá trị càng nhỏ thì phẩm cấp của sản phẩm muối càng cao). - Ƣu điểm của phƣơng pháp sản xuất muối biển bằng phƣơng pháp cô đặc nồi hở: + Tạo đƣợc nhiều loại sản phẩm muối có phẩm cấp khác nhau + Chủ động trong sản xuất + Giải quyết đƣợc lƣợng muối kém chất lƣợng (muối chân đống, muối vét kho) + Không yêu cầu kỹ thuật cao - Nhƣợc điểm của phƣơng pháp sản xuất muối biển bằng phƣơng pháp cô đặc nồi hở: + Tốn năng lƣợng nhân tạo + Giá thành sản phẩm cao + Sản lƣợng thấp + Ít nhiều có ảnh hƣởng không tốt đối với môi trƣờng (đốt than nhiều) 2.2. Sản xuất muối biển bằng phƣơng pháp bay hơi chân không Theo phƣơng pháp sản xuất này nƣớc chạt gần bão hòa hoặc bão hòa muối NaCl đƣợc đƣa vào thiết bị cô đặc (còn gọi là nồi nấu muối), nguồn năng lƣợng cung cấp cho thiết bị cô đặc này để làm bay hơi nƣớc ngọt là hơi nƣớc bão hòa. Quá trình cô đặc kết tinh muối có thể diễn ra liên tục hoặc gián đoạn.
8. 18 Quá trình cô đặc kết tinh muối có thể thực hiện bằng một nồi hoặc hệ thống cô đặc nhiều nồi. H¬i n•íc N•íc ch¹t Tho¸t khÝ H¬i n•íc nguyªn H¬i ®èt ( h¬i ®èt ) N•íc ng•ng tô Muèi t•¬ng Hình 1.9: Dạng nồi nấu muối chân không Nƣớc ngƣng Hình 1.10: Dạng nồi nấu muối chân không - Ƣu điểm của phƣơng pháp sản xuất muối biển bằng phƣơng pháp bay hơi chân không: + Tạo đƣợc nhiều loại sản phẩm muối có phẩm cấp khác nhau + Chủ động trong sản xuất + Giải quyết đƣợc lƣợng muối kém chất lƣợng - Nhƣợc điểm của phƣơng pháp sản xuất muối biển bằng phƣơng pháp cô đặc nồi hở: + Yêu cầu kỹ thuật cao + Tốn năng lƣợng nhân tạo
9. 19 + Giá thành sản phẩm cao + Sản lƣợng thấp B. Câu hỏi và bài tập thực hành - Câu hỏi kiểm tra: 1. Sản xuất muối biển bằng □ Đúng phƣơng pháp bay hơi mặt bằng □ Không đúng nghĩa là phơi nƣớc biển để kết tinh muối? □ Gần đúng 2. Sản xuất muối biển bằng □ Gần đúng phƣơng pháp bay hơi mặt bằng □ Không đúng nghĩa là sản xuất muối biển bằng phƣơng pháp phơi cát? □ Đúng 3. Sản xuất muối biển bằng □ Gần đúng phƣơng pháp bay hơi cƣỡng bức □ Không đúng chỉ sản xuất đƣợc một loại sản phẩm muối? □ Đúng 4. Sản xuất muối biển bằng □ Gần đúng phƣơng pháp bay hơi cƣỡng bức □ Không đúng sẽ chủ động đƣợc quá trình sản xuất? □ Đúng C. Ghi nhớ: - Có nhiều phƣơng pháp sản xuất muối từ nƣớc biển. - Sản phẩm muối phơi cát có thành phần NaCl không cao. Chƣơng 2: Các yếu tố khí tƣợng có ảnh hƣởng lớn đến sản xuất muối biển Mục tiêu: - Chỉ ra đƣợc ảnh hƣởng của các yếu tố thời tiết cụ thể đến sản xuất muối - Đo đƣợc yếu tố thời tiết cơ bản - Tuân thủ quy định rèn luyện tác phong khoa học, thận trọng, tỷ mỷ, chính xác A. Nội dung: 1. Bức xạ mặt trời Mặt trời là một quả cầu lửa khổng lồ có đƣờng kính khoảng 1.392.000 km, thể tích 1,41.1018 km3. Cấu tạo chủ yếu gồm hyđrô, heli và ôxy ở trạng thái
10. 20 plasma. Trong hệ mặt trời gồm có một ngôi sao là mặt trời đứng ở vị trí trung tâm (định tinh) là vật duy nhất phát sáng và 9 hành tinh khác không phát sáng quay xung quanh mặt trời. Mặt trời có cấu trúc phức tạp, ở tâm của mặt trời là nhân hoặc lõi tiếp đến là vùng bức xạ, ở khoảng cách cách tâm chừng 0,7÷0,8 bán kính mặt trời là vùng đối lƣu, ngoài cùng là bề mặt mặt trời. Ở nhân mặt trời nơi xảy ra phản ứng hạt nhân nhiệt độ lên tới 15 triệu độ. Nhiệt độ bề mặt của mặt trời ở phần quang cầu vào khoảng 6000oK, ở phần sắc cầu khoảng 20.000oK, ở phần nhật hoa vào khoảng 2.000.000oK (tính theo động năng trung bình của các phân tử). X uân phân (21/III) 152.106 km (5/VII) 147.106 km (3/I) H ạ chí Đông chí Thu phân ( 22/VI) (22/XII) (23/IX) Hình 2.1: Sơ đồ Hệ m ặt trời - trái đất Trái đất của chúng ta chuyển động xung quanh mặt trời theo quỹ đạo elíp (hình 2.1) do vậy khoảng cách từ mặt trời đến trái đất luôn thay đổi tuỳ thuộc vào vị trí của nó trên quỹ đạo. Khoảng cách trung bình từ mặt trời đến trái đất vào khoảng 149,6 triệu km, khoảng cách này gọi là 1 đơn vị thiên văn (đvtv). Khoảng cách ngắn nhất 147 triệu km (ngày 3 tháng 1) bằng 0,983 đơn vị thiên văn, khoảng cách dài nhất khoảng 152 triệu km (ngày 5 tháng 7) bằng 1,017 đơn vị thiên văn (hình 2.1). Cứ mỗi giây mặt trời tiêu hao trên 4 tấn hyđrô để tạo ra năng lƣợng. Trong lòng mặt trời có nhiệt độ rất cao vì thế tại đó luôn luôn xảy ra phản ứng nhiệt hạch còn gọi là phản ứng tổng hợp hạt nhân biến hiđrô (H2) thành hêli (He) và giải phóng một năng lƣợng vô cùng lớn. Công suất bức xạ mặt trời là năng lƣợng toàn phần của mặt trời chiếu trên diện tích mặt cầu có tâm là mặt trời, bán kính (d/2) là 1 đơn vị thiên văn trong 1
11. 21 2 26 26 giây. Nếu hằng số mặt trời là I0 thì W = I0.4πd /60 = 3,86.10 W (tức 3,86.10 J/s) nói cách khác cứ mỗi phút mặt trời phát vào không gian xung quanh một lƣợng năng lƣợng vào khoảng 5,5.1024 Kcal nhƣng trái đất chỉ nhận đƣợc một phần rất nhỏ năng lƣợng đó (khoảng 0,5 phần tỉ công suất bức xạ năng lƣợng toàn phần của mặt trời). Năng lƣợng bức xạ mặt trời là nguồn năng lƣợng đầu tiên của mọi quá trình chuyển hoá năng lƣợng trên bề mặt trái đất. Năng lƣợng bức xạ mặt trời chiếu tới trái đất có thể chuyển sang các dạng khác nhƣ nhiệt năng và công năng tạo ra các quá trình vật lý trên bề mặt trái đất, các hiện tƣợng thời tiết, khí hậu. đặc biệt, bức xạ mặt trời là nguồn năng lƣợng gần nhƣ duy nhất đƣợc thế giới thực vật sử dụng trong quá trình quang hợp biến các chất vô cơ (CO2, H2O) thành chất hữu cơ đầu tiên, đó là glucoza. Từ glucoza có thể tổng hợp hàng loạt các chất tạo thành một thế giới hữu cơ phong phú. 1.1. Cƣờng độ bức xạ mặt trời, hằng số mặt trời Cƣờng độ bức xạ mặt trời ký hiệu là I. Cƣờng độ bức xạ mặt trời là năng lƣợng bức xạ chiếu tới một đơn vị diện tích đặt vuông góc với nó trong một đơn vị thời gian. Nhƣ vậy, đơn vị đo cƣờng độ bức xạ mặt trời là: calo/cm2/phút, calo/cm2/ngày, Kcal/cm2/tháng, Kcal/cm2/năm. Hằng số mặt trời ký hiệu là I0. Hằng số mặt trời là năng lƣợng bức xạ toàn phần của mặt trời truyền thẳng góc đến diện tích 1 cm2 trong 1 phút ở khoảng cách trung bình từ mặt trời tới trái đất (1 đơn vị thiên văn). Tại giới hạn trên của khí quyển cƣờng độ bức xạ mặt trời tƣơng đối ổn định đƣợc gọi là hằng số mặt trời (Solar constant). Do khoảng cách từ mặt trời đến trái đất thay đổi theo thời gian trong năm nên hằng số mặt trời cũng có sự thay đổi ít nhiều theo thời gian trong năm (từ 1308 W/m2 đến 1398 W/m2, dao động khoảng 3,5%). Những lần đo gần đây bằng thiết bị đặt trên vệ tinh địa tĩnh thì hằng số mặt trời là 1,95 cal/cm2/phút. 1.2. Sự suy yếu của bức xạ mặt trời trong khí quyển Khí quyển bao bọc xung quanh quả địa cầu gồm các thành phần tạo nên nhƣ nitơ, oxy, acgôn, hơi nƣớc, ôzôn, bụi (sol khí), Bức xạ mặt trời đi qua khí quyển bị suy yếu đi do một số nguyên nhân sau: - Một phần bức xạ mặt trời bị một số chất nhƣ ôxy, ôzon, cacbonic, hơi nƣớc, bụi, hấp thụ có chọn lọc, nghĩa là mỗi chất chỉ hấp thụ những tia bức xạ có bƣớc sóng nhất định. Đối với oxy (O2): Oxy có các dải hấp thụ trong khoảng phổ nhìn thấy và cực tím. Trong phổ nhìn thấy, dải hấp thụ ở bƣớc sóng 0,69÷0,76µ. Mức độ hấp thụ các tia bức xạ trong dải này không lớn nên sự suy giảm bức xạ do oxy hấp thụ không đáng kể. Oxy hấp thụ các tia cực tím với bƣớc sóng nhỏ hơn
12. 22 0,2µ khá mạnh. Sự hấp thụ các tia cực tím ở các lớp khí quyển trên cao dẫn đến sự phân ly phân tử oxy để tạo thành ozôn. Đối với ozôn (O3): Dải hấp thụ bức xạ quan trọng nhất của ozôn có bƣớc sóng λ = 0,2÷0,32µ. Các tia bức xạ trong dải sóng này khi đi qua lớp ozon bi suy giảm đi một nửa. Nhờ có lớp ozon hấp thụ các tia bức xạ cực tím của mặt trời mà sự sống trên trái đất đƣợc bảo vệ. Ngoài ra dải các tia bức xạ có bƣớc sóng λ = 0,43÷0,75µ cũng bị ozôn hấp thụ. Đối với khí cacbonic (CO2): Dải bức xạ bị hấp thụ mạnh nhất là bƣớc sóng khoảng 2,05÷2,7µ và 4,3µ, tuy nhiên quan trọng hơn cả là dải có bƣớc sóng từ 12,9÷17,1µ. Nhƣ vậy, khí cacbonic hấp thụ dải sóng dài nên nó có tác dụng làm nóng trái đất. Đối với hơi nƣớc (H2O): Hơi nƣớc có nhiều dải bức xạ hấp thụ nhƣ 0,58÷0,61µ, 0,68÷0,73µ, đặc biệt từ 4÷40µ. Tuy nhiên, dải bức xạ từ 8÷12µ đƣợc gọi là cửa sổ của khí quyển, không bị hơi nƣớc hấp thụ và lại là vùng phát xạ của mặt đất và khí quyển mạnh nhất, nhờ đó trái đất nguội nhanh do thoát nhiệt vào không gian vũ trụ. Đối với sol khí (bụi): Sự hấp thụ bức xạ rất phức tạp tuỳ thuộc vào bản chất, kích thƣớc, hàm lƣợng, của bụi. Tuy nhiên, bụi quá nhiều có thể làm giảm trực xạ. Khi cháy rừng trên diện rộng hoặc núi lửa hoạt động phun tro bụi vào khí quyển sẽ làm giảm cƣờng độ bức xạ mặt trời, nhiệt độ không khí cũng có thể đột ngột giảm xuống. - Một phần bức xạ mặt trời bị các phần tử không khí, hơi nƣớc, bụi và mây làm khuyếch tán do vậy bức xạ mặt trời khi đi qua khí quyển cũng bị suy yếu đi. Khi bức xạ mặt trời đi qua khí quyển đã gặp phải các phần tử gây khuyếch tán thì tạo ra các dao động cƣỡng bức. Sau đó chính các phần tử khuyếch tán lại trở thành nguồn phát sóng điện từ thứ cấp cùng tần số với bức xạ mặt trời. Do đó, bức xạ mặt trời đã bị mất đi một phần năng lƣợng. - Một phần bức xạ mặt trời bị ngăn cản bởi các đám mây hoặc bị phản xạ trở lại khí quyển nên bức xạ mặt trời bị suy yếu đi. Bức xạ mặt trời khi đi qua khí quyển do chịu tác dụng của các quá trình hấp thụ, khuyếch tán và phản xạ nên bức xạ mặt trời bị suy yếu đi. Đƣờng đi của tia bức xạ trong khí quyển càng dài thì ảnh hƣởng của các quá trình trên càng mạnh và sự suy yếu của bức xạ càng nhiều. 1.3. Các dạng bức xạ mặt trời Căn cứ vào hƣớng truyền bức xạ, đặc điểm của các tia bức xạ mặt trời trong khí quyển và ở mặt đất, bức xạ mặt trời đƣợc chia thành các dạng sau:
13. 23 1.3.1. Bức xạ mặt trời trực tiếp (S‟) Bức xạ mặt trời trực tiếp còn gọi là trực xạ. Trực xạ là phần năng lƣợng mặt trời chiếu trực tiếp xuống mặt đất dƣới dạng chùm tia song song. Vào những ngày trời nắng trong phần phổ nhìn thấy của bức xạ mặt trời, trực xạ chính là phần tạo ra vết sáng trên mặt đất (chỗ mặt đất đƣợc chiếu sáng). Cƣờng độ trực xạ (S‟) là năng lƣợng của chùm tia sáng trực tiếp chiếu đến một đơn vị diện tích bề mặt đặt vuông góc với tia tới trong một đơn vị thời gian. Bức xạ mặt trời trực tiếp là một chỉ tiêu quan trọng dùng để đánh giá đặc điểm khí hậu của mỗi vùng. Khí hậu đạt tiêu chuẩn nhiệt đới phải có cƣờng độ bức xạ trực tiếp trên 130Kcal/cm2/năm. Trong thực tiễn sản xuất muối từ nƣớc biển ta cần biết lƣợng bức xạ trực tiếp trên một bề mặt nào đó, chẳng hạn trên một ruộng phơi cát, trên một ruộng phơi nƣớc hoặc trên một ô kết tinh muối. S’ ho Sng Mặt nằm ngang Hình 2.2: Sơ đồ trực xạ trên bề mặt nằm ngang Trong đó: S‟ là cƣờng độ trực xạ [cal/cm2/phút] Sng là cƣờng độ bức xạ trên bề mặt nằm ngang hay nằm nghiêng [cal/cm2/phút]
14. 24 ho là độ cao mặt trời (góc tạo bởi tia bức xạ với mặt phẳng nằm ngang hay nằm nghiêng) Độ cao mặt trời: Là góc tạo bởi tia bức xạ với mặt phẳng nằm ngang Hàng ngày vào sáng sớm khi mặt trời mới mọc độ cao mặt trời nhỏ trực xạ đối với mặt phẳng nằm ngang nhỏ, sau đó độ cao mặt trời tăng dần trực xạ đối với mặt phẳng nằm ngang cũng tăng theo, đến buổi trƣa khi độ cao mặt trời lớn nhất trực xạ đối với mặt phẳng nằm ngang cũng lớn nhất. Trong một năm quy luật thay đổi của trực xạ theo độ cao mặt trời cũng tƣơng tự. Vào thời kỳ mặt trời ở thiên đỉnh thì trực xạ lớn nhất, còn vào thời kỳ mặt trời xa thiên đỉnh nhất thì trực xạ có giá trị nhỏ nhất. 1.3.2. Bức xạ khuyếch tán (D) Bức xạ khuyếch tán còn đƣợc gọi là tán xạ. Tán xạ là một phần năng lƣợng bức xạ mặt trời đƣợc khí quyển, mây, khuyếch tán từ bầu trời xuống mặt đất. Vào ban ngày khi đứng trong bóng dâm hoặc ngồi trong phòng mặc dù không đƣợc ánh sáng mặt trời trực tiếp chiếu vào nhƣng ta vẫn nhìn rõ mọi vật, phần bức xạ mặt trời giúp ta nhìn rõ mọi vật trong trƣờng hợp này chính là tán xạ. Cƣờng độ tán xạ là năng lƣợng tính bằng calo do bức xạ khuyếch tán từ bầu trời chiếu trên 1 cm2 bề mặt nằm ngang trong 1 phút (cal/cm2/phút). Giá trị cực đại của bức xạ khuyếch tán thƣờng thấp hơn nhiều so với bức xạ trực tiếp. Độ cao mặt trời, độ vẩn đục của khí quyển quyết định độ lớn của bức xạ khuyếch tán. Vào những ngày trời trong bức xạ khuyếch tán có thể đạt tới 0,10÷0,25cal/cm2/phút. Những ngày trời đầy mây bức xạ khuyếch tán chỉ đạt 0,08÷0,1cal/cm2/phút. 1.3.3. Tổng xạ (Q) Tổng xạ là lƣợng bức xạ mặt trời tổng cộng chiếu xuống mặt đất. Q = S + D Tổng xạ phụ thuộc vào các yếu tố chi phối là trực xạ và tán xạ. Tuy nhiên những yếu tố chính ảnh hƣởng tới tổng xạ là độ cao mặt trời, mây và độ trong suốt của khí quyển Hàng ngày, tổng xạ thƣờng có giá trị lớn nhất vào giữa trƣa. Khoảng 60% tổng xạ hàng ngày nhận đƣợc vào thời gian từ 10giờ đến 14giờ
15. 25 Hàng năm, bức xạ tổng cộng có giá trị lớn nhất vào thời kỳ mặt trời ở thiên đỉnh hoặc gần thiên đỉnh nhất. Tổng xạ có giá trị nhỏ nhất vào thời kỳ mặt trời ở xa thiên đỉnh nhất. Với các vùng ngoại chí tuyến biến trình hàng năm của tổng xạ là biến trình tuần hoàn một cực đại vào hạ chí và một cực tiểu vào đông chí. Với các vùng nội chí tuyến biến trình hàng năm của tổng xạ là biến trình tuần hoàn với 2 cực đại ứng với hai thời kỳ mặt trời ở thiên đỉnh, 2 cực tiểu ứng với 2 thời kỳ mặt trời ở chí tuyến Nam và Bắc. Mây làm cho tổng xạ bị suy yếu khá nhiều, nếu trời không mây tổng xạ bị giảm đi khoảng 20% so với tổng xạ ở giới hạn trên của khí quyển, khi trời có mây tổng xạ tiếp tục giảm thêm 20÷30% nữa. Do vậy tính trung bình mặt đất chỉ nhận đƣợc khoảng 50÷60% so với tổng xạ ở giới hạn trên của khí quyển. Nhìn chung bức xạ tổng cộng giảm dần từ xích đạo về cực. Tuy nhiên cũng có những khác biệt do đặc điểm địa lý địa phƣơng gây nên, chẳng hạn nhƣ cự ly cách biển, địa hình, thời tiết, Sự phân bố địa lý của tổng xạ năm khá phức tạp, tổng xạ năm lớn nhất quan sát thấy ở vùng áp cao cận chí tuyến Bắc và Nam bán cầu chứ không phải ở vùng xích đạo. Ở vùng cận chí tuyến lƣợng mây rất ít, thời gian chiếu sáng trong ngày lớn hơn so với vùng xích đạo. 1.3.4. Phản xạ (Rn) Bức xạ mặt trời chiếu xuống mặt đất phần lớn đƣợc hấp thu để biến thành nhiệt. Tuy nhiên một phần bức xạ sóng ngắn bị phản chiếu (phản xạ) trở lại khí quyển. Phản xạ (Rn) là phần của bức xạ mặt trời chiếu tới mặt đất bị phản xạ trở lại khí quyển. Mức độ phản xạ phụ thuộc vào tính chất của các bề mặt nhƣ màu sắc, độ gồ ghề, độ ẩm, loại đất, lớp phủ thực vật, và phụ thuộc vào góc tới của tia bức xạ. để biểu diễn khả năng phản xạ của các bề mặt khác nhau ngƣời ta dùng đại lƣợng gọi là suất phản xạ hay Albedo (A) của các bề mặt. Albedo là tỷ số giữa bức xạ phản chiếu và bức xạ tổng cộng (tổng xạ). 1.3.5. Bức xạ sóng dài của mặt đất và khí quyển Mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0oK đều có khả năng bức xạ, tức là khả năng phát ra năng lƣợng dƣới dạng các tia sóng điện từ.