AIR AND WATER GAP MULTISTAGE MEMBRANE DISTILLATION SYSTEM FOR WATER DESALINATION. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (MS Thesis) MS_Thesis-Suhaib_Ahmed.pdf - Submitted Version Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

عملية التقطير بالاغشية هي واحدة من التقنيات الواعدة لتحلية ومعالجة المياه. عملية التقطير بالاغشية هي عملية معالجة حرارية لفصل بخار الماء من المحلول الملحي. في عملية التقطير بالاغشية، يتم استخدام غشاء للفصل بين اثنين من السوائل احدهما ساخن ومالح وهو السائل المراد فصل الاملاح منه (معالجته) بينما الآخر بارد. تحدث عملية الفصل عن طريق انتقال البخارمن الجانب الساخن الى الجانب البارد من خلال الغشاء الرقيق الذي يسمح بمرور البخار ولا يسمح بمرور الماء. ويستند مبدأ التقطير بالاغشية على اختلاف ضغط البخار بين جانبي الغشاء. عملية التقطير بالاغشية لديها مزايا هامة على عمليات التحلية الأخرى ولكن واحدة اهم المميزات ان درجة الحرارة المطلوبة للتسخين تتراوح من 40 الى 90 درجة مئوية، ودرجة الحرارة هذه يمكن الحصول عليها بسهولة عن طريق الحرارة الناتجة عن حرق النفايات أو موارد الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية. في هذه الدراسة، تم التحقق من اداء منظومة فجوة الهواء متعددة المراحل ( MS-AGMD) و منظومة فجوة الماء متعددة المراحل ( (MS-WGMDوايضا مقارنة اداء المنظومتين. كما تم اختبار كفاءة استخدام توصيلات تدفق مختلفة لتيار التغذية وتيار المبرد لكلا المنظومتين (على التوالي، على التوازي، و على التوالي و التوازي معا). كما تم تطوير نموذج رياضي لانتقال الحرارة والكتلة للتنبؤ بمعدل السريان والأداء لمنظومة فجوة الماء احادية المرحلة. اضافة الى ذلك، تم تنفيذ الاختبار الأولي للمنظومة مع نظام الطاقة الشمسية لدراسة أداء المنظومة مع الإشعاع الشمسي المتغير لمدينة الظهران. معدل التدفق يزيد مع زيادة درجة حرارة ماء التغذية ومعدل التدفق لماء التغذية، ومع تناقص عرض الفجوة لكلا المنظومتين. و ايضا ينخفض معدل التدفق مع زيادة ملوحة ماء التغذية ودرجة حرارة سائل التبريد. وقد وجد ان المتغيرات الأخرى لها تأثير اقل على معدل التدفق. وقد وجد ان للتوصيل على التوازي اعلى معدل تدفق واقل استهلاك للطاقة. تم الحصول على درجة حرارة تصل ل 85 درجة مئوية، كما ان درجة حرارة الماء داخل خزان المجمع الشمسي تصل ل 101 درجة مئوية في شهر مايو. وبشكل عام، فان نتائج النموذج النظري متوافقة بشكل جيد مع انتائج التجربة.

English Abstract

Membrane distillation (MD) is one of the promising techniques for water desalination and treatment. It is a thermally driven membrane technique for separating water vapor from a saline solution where a micro-porous hydrophobic membrane is used to separate the water vapor from the hot feed water. The vapor permeation is driven by the vapor pressure difference across the membrane. The MD process is considered low energy consumption desalination technique with good productivity. The working temperature of the feed water ranges from 40oC to 90oC which can be easily secured by renewable energy or waste heat resource. In this study, the performances of Multistage Air Gap Membrane Distillation (MS-AGMD) and Multistage Water Gap Membrane Distillation (MS-WGMD) systems are experimentally investigated and compared. Different flow arrangements for the feed stream and coolant stream are investigated for both MS-AGMD and MS-WGMD configurations. Parallel, series, and combined parallel-series connections for feed and coolant are considered. A mathematical model based on the analysis of heat and mass transfer within the MD module has been developed to predict the performance of the single stage water gap membrane distillation system under variable operating conditions. Moreover, initial testing of the MD system combined with an outdoor solar system is carried out in the outdoor climate in the city of Dhahran. The permeate flux increases with increasing feed temperature and feed flow rate, and with decreasing the gap width for both air gap and water gap systems. However, it decreases with increasing feed salinity and coolant temperature. The system performance is mostly dominated by the effect of feed temperature and gap width. Other variables have relatively smaller effects on the output flux. The parallel flow arrangement is found to produce higher output flux and lower power consumption. The evacuated tube solar collector is able to provide feed water at 85⁰C for the MD system while the temperature of water inside the collector tank reaches 101⁰C in the month of May. The results of the theoretical model are in good agreement with the experimental data for the water gap MD system. The model is able to reflect the effects of different operating and design conditions on the MD system performance as validated by the experimental measurements.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Khalifa, Atia
Committee Members:	Antar, Mohammed and AL-Sulaiman, Fahad
Depositing User:	SUHAIB AHMED (g201402740)
Date Deposited:	09 Feb 2017 06:45
Last Modified:	31 Dec 2020 07:44
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140270