Solar-Powered Water Desalination using Multistage Circulating Water Gap Membrane Distillation System. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Master Thesis - Abdul Hafiz Hariri - 202110370.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 20 June 2024. Download (6MB)

Arabic Abstract

في السنوات األخيرة ، استلزم الطلب المتزايد على المياه العذبة تطوير تقنيات تحلية أكثر كفاءة واستدامة لتلبية الطلب المتزايد على المياه العذبة .لهذا السبب ، تم إجراء هذه الرسالة لتوفير حل مستدام لتحلية المياه من خالل تطوير وتحسين أداء تقطير غشاء متعدد المراحل يتخلل فجوة المياه مع دوران فجوة ب أقل تكلفة إنتاج مع توفير الطاقة الحرارية من الطاقة الشمسية .باستخدام النماذج النظرية والتجارب وتقنيات التحسين ، تعزز الدراسة أداء نظام التحلية هذا .تم تطوير نماذج مفصلة لعملية تقطير غشاء فجوة الماء (MD (مع دوران الفجوة ، ومجمع األلواح المسطحة الحرارية الشمسية (FPC (، ونموذج MD و FPC مدمج .تم تحليل أداء النظام ، مع األخذ في االعتبار تدفق المخرجات وكفاءة الطاقة والتكلفة ، في ظل ظروف مختلفة .بنا ًء على الظروف المثلى ، اقترحت الدراسة أي ًضا مبادئ توجيهية لوحدات تقطير الغشاء الشمسي صغيرة الحجم في المناطق الريفية .أظهر تصميم الجديد لفجوة المياه مع فجوة المياه المتداولة تحسًنا كبي ًرا في تدفق المخرجات وكفاءة الطاقة مقارنةً MD التقليدية . MD بعملية تم استخدام نماذج الشبكة العصبية االصطناعية (ANN (والتطور التفاضلي (DE (للتنبؤ وتحسين إنتاج المياه العذبة من نظام التحلية المقترح ، مما يدل على التأثير الكبير لمعدل دوران الفجوة المتزايد لتقليل تكلفة إنتاج المياه العذبة .تم فحص األساليب المحتملة الستعادة الطاقة في نظام تحلية المياه متعدد المراحل ، بهدف زيادة الكفاءة اإلجمالية .أخي ًرا ، تم اختبار فجوة مائية متداولة جديدة بشكل تجريبي ومقارنتها بـ WGMD التقليدي وتم تصميم وحدة MD أخرى متعددة المراحل مدمجة وذات كفاءة في استخدام الطاقة ، ليتم اختبارها للتشغيل المستمر

English Abstract

In recent years, the growing demand for freshwater has necessitated the development of more efficient and sustainable desalination technologies to satisfy the growing demand for freshwater. For this reason, this thesis is conducted to provide a sustainable desalination solution through developing and optimizing the performance of a multi-stage permeate water gap membrane distillation with gap circulation for the minimum production cost with providing its thermal power from solar energy. Using theoretical models, experiments, and optimization techniques, the study enhances the performance of this desalination system. Detailed models were developed for the water gap membrane distillation (MD) process with gap circulation, solar thermal Flat Plate Collector (FPC), and a combined MD and FPC model. The system's performance, considering output flux, energy efficiency, and cost, was analyzed under various conditions. Based on optimum conditions, the study also suggested guidelines for small�scale solar membrane distillation units in rural areas. The novel water gap MD design with circulated gap water showed significant improvement in output flux and energy efficiency compared to the conventional MD process. Artificial Neural Network (ANN) and Differential Evolution (DE) models were used to predict and xxx optimize freshwater production from the proposed desalination system, showing a great impact of the increased gap circulation rate to reduce the freshwater production cost. Potential approaches for energy recovery in the multi-stage desalination system were investigated, aiming to increase overall efficiency. Finally, a new circulating water gap is experimentally tested and compared to the conventional WGMD and another compact and energy-efficient circulating water gap multi-stage MD module was designed, manufactured to be tested for continuous operation

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Khalifa, Atia
Committee Members:	Antar, Mohamed and Mokheimer, Esmail
Depositing User:	ABDUL HAFI AL HARIRI (g202110370)
Date Deposited:	21 Jun 2023 07:03
Last Modified:	21 Jun 2023 07:03
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142446