Πρότυπη συσκευή αφαλάτωσης με επανασυμπίεση θερμού-υγρού αέρα

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει σαν σκοπό την υπολογιστική μελέτη της πρότυπης συσκευής αφαλάτωσης θαλασσινού νερού, καθώς και την πειραματική λειτουργία της, τον σχολιασμό των αποτελεσμάτων και την βελτιστοποίηση των συνθηκών λειτουργίας. Η λειτουργία της πρότυπης συσκευής αφαλάτωσης στηρίζεται στην ενσωμάτωση των βασικών αρχών της μηχανικής συμπίεσης ατμών (MVC- mechanical vapor compression), της εξάτμισης εκτόνωσης (flash evaporation) και της κλασματικής απόσταξης (rectification) σε μια πρωτότυπη συνεργία. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας, αρχικά γίνεται μια ανασκόπηση των διάφορων μεθόδων αφαλάτωσης που χρησιμοποιούνται σήμερα. Δίνεται κυρίως έμφαση στις θερμικές μεθόδους αφαλάτωσης, αλλά παρουσιάζεται και η μέθοδος της αντίστροφης όσμωσης. Ταυτόχρονα δίνονται και κάποια στοιχεία για το κόστος λειτουργίας των διάφορων μεθόδων όσον αφορά την κατανάλωση ενέργειας. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η αρχή λειτουργίας της πρότυπης συσκευής αφαλάτωσης μαζί με ένα σκαρίφημα της συσκευής όπου περιγράφεται ο τρόπος κατασκευής της: Με μια θερμοδυναμική ανάλυση που γίνεται υπολογίζεται η κατανάλωση ενέργειας στο στάδιο της συμπίεσης (αδιαβατική συμπίεση). Στη συνέχεια υπολογίζεται θερμοδυναμικά η απαιτούμενη επιφάνεια εναλλαγής για την πλήρη συμπύκνωση των υδρατμών. Η θερμοδυναμική αυτή ανάλυση έδειξε ότι η απαιτούμενη επιφάνεια εναλλαγής είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή που διαθέτουμε στη συσκευή. Στη συνέχεια περιγράφονται τα διάφορα τμήματα και η διαδικασία συναρμολόγησης της συσκευής. Αναλύονται οι μέθοδοι κατασκευής των τμημάτων της συσκευής και περιγράφονται τα όργανα μέτρησης και η αντιμετώπιση διάφορων προβλημάτων. Έπειτα ακολουθούν οι πειραματικές μετρήσεις και οι διάφορες διορθώσεις οι οποίες έγιναν για τη βελτίωση των συνθηκών λειτουργίας. Με το σχολιασμό των αποτελεσμάτων των διάφορων πειραμάτων που έγιναν, προέκυψαν τα ακόλουθα συμπεράσματα : Η συσκευή αρχικά είχε πολλές απώλειες, γεγονός που οδήγησε στο λύσιμο της συσκευής για τις απαραίτητες διορθώσεις. Η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί μια αναλογική αύξηση της ποσότητας του αποσταγμένου νερού που παράγεται. Όσο υψηλότερη είναι η στάθμη του νερού στη συσκευή, τόσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα του αποσταγμένου νερού που παράγεται. Έχουμε απώλειες θερμότητας προς το περιβάλλον. Όσο μειώνουμε αυτές τις απώλειες, τόσο αυξάνει η ποσότητα του γλυκού νερού που παίρνουμε. Η λειτουργία της συσκευής με αλμυρό νερό έδειξε ότι η ποσότητα γλυκού νερού που παίρνουμε είναι λίγο μικρότερη από αυτή που παίρνουμε όταν η συσκευή λειτουργεί με καθαρό νερό. Η απαιτούμενη επιφάνεια εναλλαγής θερμότητας ήταν πολύ μεγαλύτερη από αυτή που ήταν διαθέσιμη, γεγονός που οδήγησε ξανά στο λύσιμο της συσκευής και την προσθήκη ελασμάτων τα οποία αύξησαν την επιφάνεια εναλλαγής. Τέλος, ο συμπιεστής δεν μπορούσε να λειτουργήσει σε θερμοκρασίες άνω 70 °C, καθώς παρουσίαζε προβλήματα λειτουργίας. Η χρήση ενός καλύτερου συμπιεστού ίσως να έδινε καλύτερα αποτελέσματα. Στο τελευταίο τμήμα της διπλωματικής εργασίας παρουσιάζεται ο αναλυτικός υπολογισμός της απαιτούμενης επιφάνειας εναλλαγής και του συντελεστή απόδοσης σε kWh/m3 αποσταγμένου νερού.