مدل‌سازي فرآيند تغليظ چند مرحله‌اي اجباري شورابه

Simulation of a Forced Multiple Effect Brine Concentration Process

غليظ شورابه بدون تخليۀ پساب، فرآيندي جامع از نظر شبيه‌سازي عملكرد است و نقش موثري در كاهش آلودگي زيست محيطي پساب خروجي از آب شيرين‌كن‌ها دارد. در پژوهش حاضر معادلات حاكم بر اجزاي تغليظ‌‌كننده‌ي لايه ريزان چند مرحله‌اي شورابه، تحت جريان جابجايي اجباري، تغذيۀ پيشرو، تعداد مراحل دلخواه و فشرده‌سازي بخار حرارتي در نرم‌افزار متلب مدل‌سازي شده است. نتايج مدل‌سازي ترموديناميكي تغليظ‌كننده‌ي دو مرحله‌اي نشان داد كه از ton/hr 6/25 پساب با غلظت ppm90000،ton/hr 5 آب شيرين و ton/hr 1/25 شورابه با غلظت ppm450000 حاصل شده است. نسبت بازده‌ي خروجي اين واحد 2/63 و سطح مخصوص انتقال حرارت 74/3 است. همچنين با مدل‌سازي ترموهيدروليكي، جهت كنترل رسوب و با افت فشار و سرعت جريان مجاز، به ازاي طول‌ها، قطر‌ها و گذر‌هاي مختلف لوله‌ها، سطح انتقال حرارت و تعداد لوله‌هاي تبخيركنندۀ هر مرحله محاسبه شده است. در انتها تأثير پارامترهاي طراحي بر بازده و سطح مخصوص انتقال حرارت بررسي شد. مشاهده شد كه تعداد مراحل، دماي پساب تغذيه و دماي بخار راه‌انداز، سه پارامتر مهم در طراحي فرآيند است. افزودن يك مرحله، موجب افزايش 17 درصدي بازده و 23/5 درصدي سطح مخصوص انتقال حرارت، افزايش 1 درجه دماي خوراك باعث افزايش2/5 درصدي سطح مخصوص انتقال حرارت و افزودن 1 درجه دماي بخار راه‌انداز، سبب كاهش 3 درصدي سطح مخصوص انتقال حرارت شده در حالي كه اثر اين دو پارامتر بر بازده ناچيز است.

Brine Concentration is a comprehensive process and has an effective role in reducing environmental pollution due to desalination plant wastewater. In this study, the equations, for feed-forward forced convective falling film brine concentrators, with the desired number of effects and thermal vapor compression have been solved by MATLAB code. Thermodynamic modeling results of a two stage brine concentrator represented that 6.25 ton/hr feed with 90000 ppm concentration produces 5 ton/hr fresh water and 1.25 ton/hr wastewater with 450000 ppm concentration. The gained output ratio of plant is 2.63 and the specific heat transfer area is 74.3 m2s/kg. Also, by thermohydraulic modeling, to control the sediment rate with the limitations of allowable pressure drop and stream velocity in different tube lengths and diameters and evaporator number of passes, heat transfer area and the number of tubes have been calculated. Finally, the effects of design variables on gained output ratio and specific heat transfer area are investigated. The results represented that effects number, feed, and driving steam temperature are the three most important variables since increasing the effects number causes a 17% increase in gained output ratio and 23.5% increase in the specific heat transfer area. Increasing 1 ֯C in feed and motive vapor temperature lead to a 2.5% increase and 3% decrease in the specific heat transfer area. But these two don’t have any effect on gained output ratio.