اصلاح توربوشارژر هیدرولیکی واحد نمکزدایی به روش اسمز معکوس متناسب با تغییر شرایط فرآیندی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه فنی و مهندسی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

چکیده

تولید آب شیرین به روش اسمز معکوس، از گزینه‌‌‌‌های به صرفه در بسیاری از کشورها است. یکی از مشکلات این روش، کاهش مقدار آب تولیدی به دلیل تغییر شرایط فرآیندی و آب خام مصرفی است‌. در این مقاله، به روشی برای بازطراحی روتور توربوشارژر هیدرولیکی به عنوان اصلی‌ترین قطعه این تجهیز که نقش بازیافت کننده انرژی در واحدهای آب شیرین‌کن را دارد، پرداخته شده است. بدین منظور، ابتدا عملکرد یک واحد نمک‌زدایی در حال بهره برداری بررسی و سپس با استفاده از روابط تشابه در توربوماشین‌ها و دینامیک سیالات محاسباتی، دو روتور جدید برای توربوشارژر موجود طراحی و ساخته شدند تا برای دو حالتی که به دلیل تغییر شرایط، ممبران به فشار بالاتر یا پایین‌تر از طراحی اولیه نیاز دارد، جایگزین روتور موجود شوند. برای صحت سنجی، نتایج تست با پارامترهای طراحی مقایسه شده‌‌‌‌اند. نتایج نشان می‌دهد علی رغم اعمال تغییر در فشار ورودی ممبران، توربوشارژر با روتورهای جدید علاوه بر ثابت نگه‌‌‌‌داشتن درصد تولید آب، باعث شده است مقدار بازیافت انرژی ثابت بماند و راندمان کل نیز در حالت فشار بالا، از راندمان توربوشارژر اولیه بیش از 4درصد و بازیافت انرژی حدود 2درصد بیش‌تر شود که نشان می‌دهد از این روش می‌وان در شرایطی که تغییر فشار ممبران‌ها به صورت محسوسی از فشار طراحی اولیه بالاتر یا پایین‌تر است، استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Redesign of energy recovery device to keep the production recovery constant

نویسنده [English]

  • Abdollah Eskandari
Payame Noor University - Faculty of Engineering
چکیده [English]

One of the problems of producing fresh water by reverse osmosis is its sensitivity to process conditions. In this article, a method for redesigning the hydraulic turbocharger rotor as an energy Recovery device in desalination units has been discussed. For this purpose, firstly, the performance of a desalination unit in operation is investigated. Then, using turbomachinery similarity relations and CFD, two new rotors have been designed for two high- and low-pressure modes and replaced with the primary rotor. The validated results with the test show that despite changing membrane inlet pressure, the amount of produced water was not changed, the total efficiency has increased by more than 4% and the energy recovery has increased by about 2% in the high-pressure mode, which shows that this method can be used in situations where the pressure change of the membranes is noticeably higher or lower than the initial design pressure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Reverse Osmosis
  • Permeate Water
  • Energy Recovery
  • Hydraulic Turbocharger
  • CFD

مراجع

[1] A. Ali, R.A. Tufa, F. Macedonio, E. Curcio, E. Drioli, Membrane technology in renewable-energy-driven desalination, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81 (2018) 1-21.
[2] D. Zarzo, D. Prats, Desalination and energy consumption. What can we expect in the near future?, Desalination, 427 (2018) 1-9.
[3] T. Manth, M. Gabor, E. Oklejas Jr, Minimizing RO energy consumption under variable conditions of operation, Desalination, 157(1-3) (2003) 9-21.
[4] V.G. Gude, Energy consumption and recovery in reverse osmosis, Desalination and water treatment, 36(1-3) (2011) 239-260.
[5] C.R. Bartels, R. Franks, W. Bates, Design advantages for SWRO using advanced membrane technology, IDA Journal of Desalination and Water Reuse, 2(4) (2010) 21-25.
[6] A.E. Sani, Design and synchronizing of Pelton turbine with centrifugal pump in RO package, Energy, 172 (2019) 787-793.
[7] T.A. El-Sayed, A.A.A. Fatah, Performance of hydraulic turbocharger integrated with hydraulic energy management in SWRO desalination plants, Desalination, 379 (2016) 85-92.
[8] J. Lozier, E. Oklejas, M. Silbernagel, The hydraulic turbocharger™: A new type of device for the reduction of feed pump energy consumption in reverse osmosis systems, Desalination, 75 (1989) 71-83.
[9] A. Farooque, A. Jamaluddin, A. Al-Reweli, P. Jalaluddin, S. Al-Marwani, A. Al-Mobayed, A. Qasim, Parametric analyses of energy consumption and losses in SWCC SWRO plants utilizing energy recovery devices, Desalination, 219(1-3) (2008) 137-159.
[10] M. Wilf, C. Bartels, Optimization of seawater RO systems design, Desalination, 173(1) (2005) 1-12.
[11] C. Fritzmann, J. Löwenberg, T. Wintgens, T. Melin, State-of-the-art of reverse osmosis desalination, Desalination, 216(1-3) (2007) 1-76.
[12] M.J. Guirguis, Energy recovery devices in seawater reverse osmosis desalination plants with emphasis on efficiency and economical analysis of isobaric versus centrifugal devices, University of South Florida, 2011.
[13] C.F. Wan, T.-S. Chung, Energy recovery by pressure retarded osmosis (PRO) in SWRO–PRO integrated processes, Applied energy, 162 (2016) 687-698.
[14] S.A. Urrea, F.D. Reyes, B.P. Suárez, J.A. de la Fuente Bencomo, Technical review, evaluation and efficiency of energy recovery devices installed in the Canary Islands desalination plants, Desalination, 450 (2019) 54-63.
[15] A.T. Bouma, J. Swaminathan, J.H. Lienhard, Metrics matter: accurately defining energy efficiency in desalination, Journal of Heat Transfer, 142(12) (2020) 122101.
[16] A.J. Schunke, G.A. Hernandez Herrera, L. Padhye, T.-A. Berry, Energy recovery in SWRO desalination: current status and new possibilities, Frontiers in Sustainable Cities, 2 (2020) 9.
[17] J.F. Gülich, Pump hydraulics and physical concepts, Berlin: Springer,, 2010, 69–144.
[18] M. Lesieur, Turbulence in Fluids, Springer, 2008.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 56، شماره 5
1403
صفحه 651-678

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار