شبيه‌سازي عددي و مطالعه رفتار ترموهيدروليكي دسته‌لوله درسيستم‌هاي نمك‌زدايي تقطير چند مرحله‌اي جهت بررسي احتمال رسوب‌گذاري

Numerical simulation and thermohydraulic performance analysis of tube-bundle in Multi-effect distillation systems to investigate the risk of precipitation

تقطير چند مرحله‌اي، يكي از سيستم‌هاي آب شيرين‌‌‌‌‌‌كن حرارتي است كه امروزه به‌علت بهره‌وري انرژي و عملكرد بالا بيشتر مورد توجه قرار گرفته است. پيچيدگي فرآيند و ساز‌وكار‌هاي انتقال حرارت متفاوت، اين سيستم را از ديگر سيستم‌ها مانند تبخير ناگهاني متمايز كرده ‌است. وجود فيلم ريزشي روي رديف‌هاي افقي دسته‌لوله اگرچه موجب افزايش انتقال حرارت مي‌شود اما احتمال رسوب‌گذاري به‌ويژه دررديف‌هاي پاييني كه ضخامت فيلم كاهش مي‌يابد را بالا مي‌برد. تبخير فيلم ريزشي پديده‌اي خودافزا است زيرا كاهش ضخامت فيلم ريزشي و افزايش انتقال حرارت را در پي دارد كه آن نيز دوباره منجر به افزايش تبخير مي‌شود. در كار حاضر يك الگوريتم كاربردي براي طراحي ترموهيدروليكي و سطوح انتقال حرارت ارايه شده ‌است. براساس اين الگوريتم، توزيع جريان وانتقال حرارت در دسته‌لوله به‌صورت عددي شبيه‌سازي شده ‌است. نتايج حل عددي نشان مي‌دهد كه بيشترين ميزان تغليظ واحتمال رسوب‌گذاري، در پيرامون ناحيه ورودي لوله‌هاي رديف آخر رخ مي‌دهد. همچنين توزيع يكنواخت آب تغذيه روي دسته‌لوله منجر به توزيع غيريكنواخت توليد بخار در طول لوله‌ها مي‌شود. كيفيت بخار داخل لوله‌ها نيز از ورود تاخروج تقريبا به‌صورت خطي كاهش مي‌يابد درحالي‌كه سطح عمده هر مقطع از لوله ‌را بخار تشكيل مي‌دهد وفيلم مايع تقطير شده يك رژيم حلقوي را تجربه مي‌كند. همچنين كاهش كيفيت بخار و عدم توليد بخار يكنواخت، كارآيي حرارتي بخش‌هايي انتهايي لوله را كاهش مي‌دهد.

Multi-effect distillation is one of the thermal desalting systems. MEDs have recently come to notice more than other systems because of their high energy utilizing and performance. High complicity and possessing different heat transfer mechanisms have distinguished them from other desalination systems such as Multi-stage flash. In MEDs although formation of thin falling-film layer on horizontal rows of tube-bundle increases heat transfer, however the risk of precipitation will be high especially on lower rows where film thickness is the least. Falling-film evaporation is a self-compensation phenomenon; the more the evaporation, the thinner the film, and subsequently the more the evaporation. In present work, an applicable algorithm is proposed and applied for thermohydraulic design of tube bundle, and heat transfer surface. Flow and heat distribution on tube-bundle is numerically simulated with the advantage of given algorithm. Results show that more concentration and precipitation risk will occur on outer surfaces, near the entrance of last rows. Uniform distribution of feed on tubes will result in non-uniform vapor generation throughout the tube length. Steam quality increases almost linearly inside tubes, whereas its cross-section is occupied by gas phase predominantly; and condensate film will experience an annular regime. Steam quality reduction and non-uniform vapor generation decrease thermal performance of the last zone of the tube-bundle.