Modelling and optimi zation of seawater desalination process using mechanical vapour compression

Abstract

In the conditions of global climate changes shortage of fresh water becomes an urgent problem for an increasing number of the countries. One of the most perspective technologies of a desalting of sea water is the mechanical vapour compre ssion (MVC) provid ing low energy consumption due to the principle of a heat pump. Aim : The aim of this research is to identify the reserves of efficiency increasing of the desalination systems based on mechanical vapour compression by optimization of the scheme and paramete rs of instal l a- tions with MVC. Materials and Methods : The new type of desalination installation is offered which main element is the heat exchanger of the latent heat. Sea water after preliminary heating in heat exchangers comes to the evaporator - condenser where receives the main amount of heat from the condensed steam. A part of sea water evaporates, and the strong solution of salt (brine) goes out of the evapor ator, and after cooling is dumped back in t he sea. The formed steam is compressed by the compressor and comes to the condenser. An essential singularity of this scheme is that condensation happens at higher temperature, than evaporation. Thanks to this the heat, which is comes out at devapor a- tion, is used for evaporation of sea water. Thereby, in this class of desalination installations the principle of a heat pump is im plemented. Results: For achievement of a goal the following tasks were solved: the mathematical model of installations with MVC is modified and supplemented; the scheme of heat exchangers switching is modified; influence of design data of desalination installation on t he cost of an inventory and the electric power is investigated. The detailed analysis of the main schemes of installat ion and mathematical model allowed defining ways of decrease in energy consumption and the possible merit value. Influence of two key parameters  a specific power of the compressor and a specific surface area of the evaporator - condenser  on a value of gi ven expenses of desalination installation is analyzed. The optimum ratio of these parameters is defined.

В умовах глобальних змін клімату нестача прісної води стає актуальною проблемою для все більшої кількості країн. Однією з найбільш перспективних технологій опріснення морської води є механічне стиснення пари (МСП), що забезпечує низьке ене ргоспоживання завдяки використанню принципу теплового насоса. Мета: Метою роботи є вия в- лення резервів підвищення ефективності опріснювальних систем, заснованих на механічному стисненні пари, шляхом оптимізації схеми і параметрів установок з МСП. Матеріали і методи: Запропоновано новий тип опріснювальної установки, головним елементом якої є теплообмінник прихованої теплоти. Морська вода після попереднього нагрівання в теплообмінниках надходить у випарник - конденсатор, де отримує основну кількість теплоти від пари, що конденсується. Частина морської води випаровується, а концентрований розчин солі (розсіл) виходить з випарника і після охолодження скидається назад в море. Пара, що утворюється, стискається за допомогою компресора і надходить у конденсатор. Су ттєвою особливістю даної схеми є те, що конденсація відбув а- ється при вищих температурах, ніж випаровування. Завдяки цьому теплота, що виділяється при конденсації пари, використовується для випаровування морської води. Результати: Було вирішено наступн і пит ання: модифікована і доповнена математична модель установок з МСП, модифіковано схему включення теплообмінників, досліджено вплив конструктивних параметрів установки на вартість обладнання і електроенергії. А наліз схем установки і математичної моделі дозво лив визначити шляхи зниження енерго - витрат. Проаналізовано вплив двох основних параметрів – питомої потужності компресора й питомої площі поверхні випарника - конденсатора – на величину приведених витрат опріснювальної установки. Визначено оптимальне співвід ношення цих параметрів.