Thermodynamic analysis of thermal desalination system with humidification–dehumidification cycle

Abstract

Problems. Today desalination of seawaterprovides a worldwide fresh water productionof 24.5 million m 3 perday.One of the promising desalination methods is thermal humidification-dehumidification process. In spite of significant benefits this technology, it has a key drawback – high thermal energy consumption.The aim of the study. Determine the optimal thermodynamic parameters of working substances (air and water) in elements of desalination system with humidification–dehumidification cycleto obtain maximum performance with a minimum energy consumption.Methodology of implementation. Mathematical modeling of the humidification-dehumidification cycle at different input parameters.The thermodynamic model was createdusing equations of mass and energy balances of the desalination system.Research results. System Gain output ratio(GOR) increases with increasing salt watertemperature at the outlet of the dehumidifier.Maximum valuesof GORand recovery ratio (RR) are observed at the maximum temperature difference (maximum heating) of salt water in the dehumidifier. It is shown that values of GOR and RR increasewith increasing salt water temperature at the inlet to the humidifier. It is found that GOR value is independent of the temperature and humidity of the air at the inlet to the humidifier.Conclusions.The maximum valuesof GOR and RR for the humidification-dehumidification cycle with additional water heating are 3.75 and 6%, respectively. To obtain such results,the temperature of salt water at the inlet tothe system (dehumidifier) should be equal to 10 °C, and the temperature of salt water at the inlet to the humidifier – 70 °C. At the same time, temperature and humidity of the airсan have any values. The use of renewable energy for heating salt water in the heater will significantly increase system GOR

Highly Effective Direct Contact Humidifier for Thermal Desalination System

“…Далі хмари поступово конденсуються і у вигляді опадів випадає чиста вода [5]. Метод HDH має ряд переваг, зокрема помірну робочу температуру, атмосферний робочий тиск, просту конструкцію, низькі початкові та експлуатаційні витрати [6]. Однак, HDH система потребує значної кількості теплової енергії для видалення небажаних солей із морської води.…”

“…Останні десятиліття технологія HDH широко досліджувалась у різних наукових працях. Основна увага приділяється як термодинамічному і ексергетичному аналізам різних схем опріснювальних установок HDH, так і підвищенню ефективності теплообмінників HDH систем [6,7,8]. В складі установки є два теплообмінника -зволожувач і осушувач повітря (рис.…”

“…Установка має відкриті повітряний і водяний контури. Детальний опис роботи такої схеми опріснення наведено у [6,7]. Особливістю запропонованої конструкції є використання як зволожувача -контактного теплообмінника плівкового типу.…”

“…Покрокові методики розрахунку теплопередачі у плівковому зволожувачі та поверхневому осушувачі наведені у [16] та [17] відповідно. Припущення прийняті під час моделювання і детальний опис балансових рівнянь зволожувача і осушувача наведено у [6,7].…”

“…7, чим вища температура t3в, тим Gпв і GOR більші. Це зумовлено тим, що збільшення температури t3в дозволяє підвищити поглинальну здатність зволожувача і отримати більшу продуктивність осушувача [6].…”