-سیستمهای تهیه آب شیرین کن خورشیدی و دستگاههای تقطیر
کمبود آب یکی از مهمترین عوامل محدودکننده محیط زندگی و کشاورزی و عدم توسعه صنایع میباشد و در حقیقت بدون آب، زندگی و پیشرفت ممکن نیست. اقیانوسها یکی از بزرگترین منابع ذخیره آب بوده ولی با داشتن حدود 5/3% وزنی از املاح مختلف در آب، استفاده مستقیم از این آبها در بیشتر موارد امکانپذیر نمیباشد. درصد املاح محلول در اقیانوسها و دریاها نسبت به عمقهای مختلف متفاوت است. زیرا آب مصرفی در ساختمانهای مسکونی و صنعت و کشاورزی، هر یک مشخصات خاصی دارند که با مشخصات آب اقیانوسها و دریاها مطابقت نمیکند. لذا حذف قسمت اعظم املاح آب اقیانوسها و انجام پارهای تغییرات در ترکیبات آنها قبل از مصرف، حتمی و ضروری است. مثلاً آب آشامیدنی نباید بیش از 1000 میلیگرم در لیتر املاح داشته باشد و یا آبی که در کشاورزی مصرف میشود حداکثر املاح مجاز آن 500 میلیگرم است. در صنعت نیز آبهای سخت با املاح زیاد، علاوه بر خوردگی، با ایجاد رسوب در لولهها و دستگاهها، مشکلاتی در تأسیسات ایجاد کرده و سرمایههای هنگفتی را به هدر میدهند. به این ترتیب آب اقیانوسها و دریاها با داشتن 35 گرم در لیتر از مواد محلول، به هیچ عنوان نمیتواند مستقیما در صنعت کشاورزی و شرب مورد استفاده قرار گیرند. از مهمترین املاحی که از آب اقیانوسها برای شیرین کردن آنها باید گرفته شود کلروسدیم است که به SALINITY معروف بوده و مقدار متوسط آن 34 گرم در لیتر میباشد. همچنین مقادیری از املاح کلسیم و منیزیم نیز ممکن است در این آبها موجود باشند که بایستی حذف شوند ]1[.
در طراحی تأسیسات شیرین کردن آبهای شور، دو مسئله اساسی زیر بیش از سایر مسائل باید مورد توجه قرار گیرد:
1) در اختیار داشتن مقادیر زیادی انرژی ارزان قیمت.
2) سرمایهگذاری قابل توجه اولیه در صورت استفاده از انرژی خورشید.
برای تفهیم مطالب فوق، مقدار انرژی لازم برای تهیه هر مترمکعب آب شیرین در حدود یک کیلوواتساعت است. البته باید در نظر داشت که در حین عمل مقداری انرژی تلف میشود که جلوگیری از آن امکانپذیر نمیباشد و لذا مقدار بیشتری انرژی برای تولید آب شیرین لازم است. در تهیه آب شیرین از آب دریاها، مراعات نکات اقتصادی اهمیت بسیاری دارد. به ویژه در مورد بخش کشاورزی باید دقت شود که قیمت تهیه آب شیرین از قیمت محصولات بدست آمده کشاورزی بیشتر نباشد و یا محصولات کشاورزی بیش از اندازه گران تمام نشوند. همچنین در طراحی تأسیسات و دستگاههای تهیه آب شیرین در نظر گرفتن موقعیتهای محلی از نظر زمان و مکان و مصرف اهمیت فراوان دارد. موضوع شیرین کردن آب اقیانوسها و دریاها امروزه مورد توجه اکثر کشورها قرار گرفته و این به دلیل اهمیت آب شیرین در مصارف گوناگون میباشد. مثلاً در نقاط گرمسیری برای برداشت یک تن یونجه حدود 760 مترمکعب و برای یک تن گندم حدود 8000 مترمکعب آب لازم است. همچنین برای پرورش یک تن گوشت گاو 31000 مترمکعب، در صنایع برای تهیه هر تن فولاد حدود 200 مترمکعب، برای لاستیک حدود 2500 مترمکعب و برای تهیه یک تن بنزین حدود 20 مترمکعب آب لازم است.
مقدار آب لازم برای هر نفر در نقاط مختلف دنیا متفاوت میباشد و در کشورهای کشاورزی مانند ایران حدود 900 مترمکعب در سال و در کشورهای صنعتی این رقم به حدود 2700 مترمکعب در سال برای هر فرد میرسد. از این رقم مقدار ناچیزی برای شرب بوده و بقیه به مصرف خانگی وکشاورزی و صنعتی میرسد که قسمت اعظم آن آب شیرین (بدون نمک) میباشد.
در بعضی از مناطق و کشورها، انرژی خورشیدی تنها امید برای تهیه آب مناسب و ارزان قیمت بوده و جنبه حیاتی برای ساکنین منطقه دارد. در سال 1872 اولین بار در کشور شیلی، با استفاده از انرژی خورشیدی به میزان 20 مترمکعب در روز آب شیرین از آب دریا تهیه شد. اصول آب‌شیرین‌کن خورشیدی تقریباً مشابه تهیه آب شیرین در طبیعت میباشد که آبهای تبخیر شده از سطح دریاها و اقیانوسها، ابرها را بوجود میآورند. در این تبخیر و جابجایی طبیعی، مواد محلول از جمله نمکها تبخیر نشده و لذا بارش بصورت برف و باران به حالت آب شیرین نازل میشود. آب شیرین را از طریق انجماد آب شور نیز میتوان بدست آورد. زیرا در هنگام یخ بستن آب شور، نمک از آب جدا شده و پس از ذوب یخها آب شیرین حاصل میشود.
1-1-1-روشهای تهیه آب شیرین
مهمترین و مرسومترین روشهای تهیه آب شیرین عبارتند از ]1[:
1)روش تقطیری که خود به انواع تقطیر ساده (یک مرحلهای)، تقطیر چند مرحلهای، تقطیر ناگهانی، تقطیر فشاری، تقطیر به روش متراکم گریز از مرکز و ... تقسیمبندی میشود.
2)روش الکترو دیالیز
3)روش مبادلهکنندههای یونی
4)روش تبرید و انجماد
چهار روش فوق بنام روشهای اصلی آبشیرینکنها مرسوم بوده مطالعات و تحقیقات کافی بر روی آنها انجام شده و مورد بهره برداری قرار گرفتهاند. بعلاوه روشهای دیگری نیز برای شیرین کردن آب شور پیشنهاد شدهاند که بعضی مورد استفاده قرار گرفته و بعضی مراحل تحقیق را میگذرانند. عمدهترین این روشها عبارتند از:
5-روش استفاده از حلالها
6- روش تراوش معکوس[1] یا روش OSMIONS که از دو لغت OSMOSEو IONS تشکیل شده است.
7-روش تصفیه دقیق یا فرا پالایش[2]
8-روش تقطیر در فشار بحرانی
9- روش انجماد در خلاء[3]
باید توجه داشت که بعضی از مواقع برای اینکه آب شیرین بدست آمده ارزان تمام شود چند روش را با هم تلفیق مینمایند که در این صورت نه تنها قیمت تمام شده آب پایین میآید، بلکه تلفات انرژی را نیز بحداقل میرساند به عبارت دیگر با این روش، از انرژیهای تلف شده یک واحد، برای استفاده در واحدهای دیگر استفاده میشود.
نکته مهم دیگر این است که یکی از مهمترین و پردردسرترین اشکالات در دستگاههای تهیه آب شیرین، تشکیل رسوبات در جدار داخلی تأسیسات میباشد که بهتر است برای جلوگیری از افزایش انرژی لازم برای تهیه آب شیرین، و در نتیجه کاهش هزینهها، و ادامه کار دستگاهها با راندمان قبلی، از تشکیل رسوبات جلوگیری بعمل میآید. پیشنهادات مهم برای احتراز از تشکیل رسوبات در تأسیسات تهیه آب شیرین به قرار زیرند:
1- خارج ساختن املاحی که ایجاد رسوبات میکنند قبل از ورود آب خام به دستگاهها
2-طرح دستگاهها و انتخاب مواد متشکله آن، بطوریکه رسوبات مجال تشکیل شدن را نداشته باشند.
3- افزودن اسید به محیط عمل برای پایداری آب نسبت به رسوبات در دماهای بالا
4- افزودن موادی که مانع ایجاد رسوبات سخت شود مثل ترکیبات مختلف فسفات - نشاسته
5- کم کردن زمان توقف آب در سیستم، یعنی افزایش عمل سیرکولاسیون در سیستم
6-تهیه آب شیرین با استفاده از روش تقطیر
فهرست مطالب
سیستمهای تهیه آب شیرین خورشیدی، دستگاههای تقطیرکن و لولههای حرارتی... 1
1-1-سیستمهای تهیه آب‌شیرین‌کن خورشیدی و دستگاههای تقطیر. 2
1-1-1-روشهای تهیه آب شیرین.. 4
1-1-2-آب‌شیرین‌کن تقطیری چند مرحلهای.. 7
1-1-3-معرفی و مقایسه سایر انواع آبشیرینکنهای خورشیدی.. 8
1-2-1-نحوه کار لولههای حرارتی.. 14
1-2-2-انواع لولههای حرارتی.. 15
1-2-4-کاربرد لولههای حرارتی.. 26
1-2-5-محدودیتهای انتقال حرارت در لولههای گرمایی.. 28
1-2-6-مواد سازنده لولههای گرمایی و روشهای ساخت آن.. 31
1-2-7-پارامترهای مؤثر بر عملکرد لوله حرارتی نوسانی.. 32
1-3-مروری بر فصلهای پایان نامه. 45
1-4-ویژگی منحصر به فرد تحقیق.. 46
مروری بر کارهای انجام شده در زمینه آبشیرینکنهای خورشیدی... 47
2-3-آب‌شیرین‌کن فعال دما بالا. 48
2-3-1-آب‌شیرین‌کن متصل شده به کلکتور تخت... 49
2-3-2-آب‌شیرین‌کن خورشیدی همراه با متمرکزکننده سهموی.. 58
2-3-3-آب‌شیرین‌کن خورشیدی جفت شده با لوله خلاء 62
2-3-4-آب‌شیرین‌کن خورشیدی جفت شده با لوله گرمایی.. 64
2-3-5-دستگاه تقطیر خورشیدی کوپل شده با سیستم پی وی-تی هیبرید. 66
دستگاه آب‌شیرین‌کن خورشیدی نمونه آزمایشگاهی... 69
3-2- مدل آزمایشگاهی بکار رفته. 70
3-2-2- کلکتور با لولههای حرارتی نوسانی.. 71
4-4-تأثیر زاویه شیب کلکتور صفحه تخت... 82
4-5-تحلیل اقتصادی آب‌شیرین‌کن خورشیدی.. 83
نتیجهگیری و پیشنهادها برای ادامه کار. 88
5-2-پیشنهادها برای ادامه کار 90
پروژه / پایان نامه آماده: بررسی تجربی آب شیرین کن حرارتی با استفاده از لوله حرارتی و پارامترهای مختلف آنها (108 صفحه فایل ورد - word)
