Experimental and Theoretical Investigation of HDH Desalination Systems by Thermodynamic Balancing

Experimental and Theoretical Investigation of HDH Desalination Systems by Thermodynamic Balancing. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (M.S Thesis)
MSc.Thesis-Mohamed Elzayed.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 29 December 2020.
Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial Share Alike.

Download (4MB)

Arabic Abstract

تعتبر تقنية التحلية باستخدام الترطيب والتجفيف واحدة من الطرق التى تستخدم الفصل الحراراى فى التحلية والتى تمتاز بانها مناسبة اقتصاديا للتطبيقات ذات الاستهلاك المنخفص للمياه والاماكن النائية المعزولة عن شبكة الكهرباء والمرافق .تمتازعملية التحلية بالترطيب والتجفيف ايضا بانها لها القدرة على التعامل مع مياه تغذية ذات درجة ملوحة عالية لذا فهى خيار امثل لتحلية المياه المفصولة هيدروليكيا من ابار الغاز الطبيعى ولكن يعيب هذه التقنية انها ذات كفاءة حرارية منخفضة .من المعلوم ان الاتزان الثرموديناميكى للمبادلات الحرارة والكتلة يعظم الكفاءة الحراية لانه يؤدى الى تقليل الفقد فى الطاقة المتاحة . تنصب هذه الدراسة على تعظيم الكفاءة الحراية لتقنية الترطيب والتخفيف عن طريق تحقيق الاتزان الثرموديناميكى للمجفف نظريا وعمليا. يمكن تحقيق الاتزان الثرموديناميكى للمجفف اما بتغير نسبة مياه التغذية الى الهواء المار بالدورة او باستنزاف الهواء من المرطب الى المجفف فى اكثر من نقطة بطول المجفف والمرطب.تنقسم هذه الدراسة الى جزئين اساسين ، الجزء الاول يتعلق بنمذجة الأداء النظرى لتقنية الترطيب والتجفيف فى حالة تحقيق الاتزان الثرموديناميكى سواء باستنزاف هواء من المرطب الى المجفف او بدون استنزاف ، بينما الجزء الاخر يمثل دراسة تحقيق الاتزان الثرمودينامكى للمجفف عمليا مع تغير ظروف تشغيل .العوامل االتى يتم من خلالها الحكم على اداء تلك التقنية تتمثل فى الانتاجية لكل ساعة ونسبة المياه المحلاة الى مياة التغذية ونسبة المياه االملاحة فى صورة طاقة الى الطاقة المستهلكة. فى نهاية تلك الدراسة تم الوصول الى حالة الاتزان الثروموديناميكى للمجفف والتى اثبتت النتائج انها تعتبر نقطة التشغيل الامثل لتلك التقنية .

English Abstract

The Humidification dehumidification (HDH) desalination is one of the thermal desalination techniques that is suitable for the small scale and off-grid applications. The HDH has the advantage to deal with high salinity feedwater making it one of the best options to treat the produced water from the natural gas wells. The main disadvantage of the HDH technique is the low thermal efficiency leading to high water production cost. Thermodynamic balancing of the heat and mass exchangers improves energy efficiency by minimizing the total rate of exergy destroyed. The current study is mainly focused on how to improve the performance of the HDH cycle using the thermodynamic balancing approach both theoretically and experimentally. The balancing of the HDH cycle thermodynamically may be achieved by changing the mass flow rate ratio to reach the modified heat capacity ratio that is equal to unity or by using multiple extractions and injections between the humidifier and dehumidifier. The first part of this study is focused on using the temperature-enthalpy diagram model to investigate the enthalpy pinch, the bottom temperature, and top temperature effect on the performance of zero, single, and double extraction cycles. The second part is an experimental study to investigate the effect of operating conditions like the mass flow rate ratio and the input heat rate on the performance of the HDH cycle. The performance parameters are represented by the gain output ratio, recovery ratio, productivity, energy effectiveness, and enthalpy pinch. The experimental results in a laboratory environment showed that the optimum operating condition is the thermodynamically balanced dehumidifier case at which the modified heat capacity ratio is equal to unity.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Engineering
Mechanical
Divisions: College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Committee Advisor: Zubair, Syed
Committee Members: Antar, Mohammed and Khalifa, Atia
Depositing User: MOHAMED ELZAYED (g201535830)
Date Deposited: 06 Jan 2020 11:10
Last Modified: 06 Jan 2020 11:10
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141392