SOLAR POWERED MULTISTAGE DIRECT CONTACT MEMBRANE DISTILLATION SYSTEM. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (Master thesis) MASTER_THESIS-_10-9-2017.pdf Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

أحد أكثر الطرق الواعد لتحلية المياه عن طريق المعالجة الحرارية هي التحلية عن طريق التقطير بالغشاء. هذه الطريقة تعتبر كأحد الطرق الموفرة للطاقة لكونها تستطيع ان تعمل من 40 وحتى 90 درجة مئوية ويمكن الحصول على هذه الطاقة عن طريق الطاقة الشمسية كمثال او عن طريق النفايات الصناعية. وتتم من خلال فصل بخار الماء عن المحلول الملحي الساخن عن طريق غشاء فاصل بين اثنين من السوائل أحدهما ساخن والاخر بارد. هذا الغشاء يسمح بمرور البخار من الجانب الساخن ولا يسمح بمرور الماء ليتكثف مع الماء البارد في الجانب الاخر. وتتم هذه المعالجة استنادا الى مبدأ اختلاف ضغوط البخار على جانبي الغشاء. في هذه الدراسة سيتم اختبار منظومة التقطير بالغشاء متعدد المراحل ذو نوع التلامس المباشر [MS-DCMD] باستخدام مصدرين للطاقة هما مسخن الماء الكهربائي ومجمع الطاقة الشمسية. تم عمل نموذج رياضي للتنبؤ بأداء مجمع الطاقة الشمسية كمسخن للماء في أنظمة التقطير بالعشاء وتمت مقارنته بالتجارب العملية. وتم الاختبار العملي لمنظومة التقطير بالغشاء متعدد المراحل ذو نوع التلامس المباشر (على التوالي، على التوازي، وعلى التوالي والتوازي معا) تحت مختلف ظروف التشغيل. النموذج الرياضي تنبأ بأن مجمع الطاقة الشمسية قادر على تسخين درجة حرارة الماء الى درجات الحرارة التي تحتاجها منظومات التقطير بالغشاء فقد أوصل درجة حرارة الماء بداخله الى 90 درجة مئوية خلال شهور الصيف. اما التجارب العملية على منظومة التقطير بالغشاء متعدد المراحل ذو نوع التلامس المباشر أثبتت أن توصيل المنظومة على التوازي تحقق اعلى كمية لمعدل التدفق مقارنة بتوصيلات التوالي والتوصيلات المشتركة (على التوازي وعلى التوالي معا). استهلاك الطاقة للسخان الكهربائي كان كبيرا مقارنة باستهلاك المبرد الكهربائي نظرا لفرق درجات الحرارة العالي في دائرة الماء الساخن بين بداية الدائرة ونهايتها. التجارب العملية على منظومة التقطير عند توصيلها بمجمع الطاقة الشمسية أثبتت صعوبة المحافظة على درجات الحرارة لماء التغذية وسائل التبريد في حدود الدرجات المطلوبة بسبب المعدل العالي لانتقال الحرارة بينهما. معدل طرد الملوحة وصل ل 99.9%.

English Abstract

One of the most promising thermal-membrane technologies for water desalination is Membrane Distillation (MD). It’s considered as a low energy consumption desalination technique with good productivity as it operates at low feed temperatures (40 to 90ᵒC) such that solar collection systems and industrial waste energy can be used directly to produce distillate. A micro-porous hydrophobic membrane is used to separate the vapor from the hot feed water driven by the vapor pressure difference across the membrane. In this study, the performance of a Multi-Stage Direct Contact Membrane Distillation System (MS-DCMD) is investigated using two different energy sources. A laboratory scaled MS-DCMD system powered by an electric heater used as a heating source supply to feed water and a solar powered MS-DCMD system with an evacuated tube solar collector (ETSC) used to heat the feed water. A mathematical model is developed and validated to predict the performance of the evacuated tube solar collector in the city of Dhahran, KSA. Three flow arrangements (parallel, series, and mixed) for feed and permeate streams in the MS-DCMD are experimentally studied under different operating conditions. The theoretical model results showed that the evacuated tube solar collector is a suitable heating source for MD systems. It can provide feed water for different MD systems at 90ᵒC during the summer months. Moreover, the experimental investigations of different flow arrangements for the laboratory scaled MS-DCMD system showed that the productivity of the parallel flow arrangement is much higher than the mixed and series flow arrangements. Furthermore, the experimental study on the solar MS-DCMD system showed the difficulty of maintaining the feed and permeate temperatures at the required values due to the high conduction heat transfer between feed and permeate sides across the membrane; which is a design characteristic of the DCMD modules. A very high salt rejection factor (SRF) had been achieved around 99.9%.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Khalifa, Atia
Committee Members:	Antar, Mohammed and Al-Sulaiman, Fahad
Depositing User:	AHMED ABD ALMONEM (g201409420)
Date Deposited:	14 Sep 2017 05:39
Last Modified:	30 Dec 2020 12:25
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140460