مدل‌سازی فرآیند تبخیر آب در حوضچه‌های تبخیر خورشیدی و محاسبه سطح بهینه حوضچه تغلیظ

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشگاه صنعت نفت، پژوهشکده مهندسی توسعه، واحد مدلسازی و کنترل

2 پژوهشگاه صنعت نفت، پژوهشکده شیمی و پتروشیمی، واحد کودهای شیمیایی و مواد معدنی

چکیده

در این تحقیق یک مدل جامع ریاضی برای مدل‌سازی فرآیند تبخیر آب و تغلیظ تلخابه از حوضچه‌های تبخیر خورشیدی که به منظور تغلیظ تلخابه و استحصال نمک‌های معدنی با ارزش در پتروشیمی بندر امام مورد استفاده قرار می‌گیرد، توسعه داده شده است. در این مدل، تابش خورشیدی تنها منبع تامین انرژی حرارتی می‌باشد. علاوه بر انرژی رسیده به حوضچه تبخیر، همه راه‌های انتقال و اتلاف انرژی تابشی مانند انتقال حرارت از طریق هدایت به کف و دیواره استخر، انتقال حرارت تشعشی به فضای اطراف، انتقال حرارت جا به جایی با محیط اطراف و اتلاف حرارتی ناشی از تبخیر نیز در مدل جامع ریاضی لحاظ شده است. به منظور اطمینان از صحت مدل‌سازی انجام گرفته، پیش‌بینی‌های مدل در خصوص تغییر غلظت تلخابه با زمان با داده‌های اندازه‌گیری شده از واحد صنعتی مقایسه گردید که نتایج این مقایسه نشان‌دهنده دقت بالای مدل ریاضی ارائه شده در پیش‌بینی تغییرات خواص تلخابه در زمان‌های مختلف می‌باشد. پس از مدل‌سازی فرآیند تبخیر با در نظر گرفتن همه پارامترهای موثر، سطح بهینه حوضچه تبخیر با توجه به شرایط عملیاتی مانند حجم اولیه تلخابه و غلظت‌های ورودی و نهایی و همچنین محدودیت زمانی کارکرد حوضچه‌های تبخیر واحد کلر آلکالی پتروشیمی بندر امام محاسبه گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Mathematical Modeling of Water Evaporation Process in the Solar Pond and Calculation of the Optimum Area of the Pond

نویسندگان [English]

  • Maryam Sadi 1
  • Kobra Rahbar 2
  • Ebrahim Alaei 2
1 Mathematical Modeling and Process Control Group, Process Engineering Development Division, Research Institute of Petroleum Industry
2 Chemistry and Petrochemical Division, Research Institute of Petroleum Industry
چکیده [English]

In this study, a comprehensive mathematical model is developed to study the water evaporation process and brine concentration in a solar pond to recover the valuable salts in Bandar Imam Petrochemical Company. In this model, the energy source is just solar irradiation. The solar irradiation depends on the geographic characteristics of the location. The present model accounts for heat losses from (the surface of) the pond such as convection, conduction, radiation, and evaporation losses. Also, the wind effect and the variation of the brine physical properties with salinity are considered in the model. The mathematical results are also compared with experimental data. The results show that there are good agreement between the mathematical predictions and experimental data and the developed model can predict the variation of concentration and salt recovery accurately. Finally, by considering all important parameters, the developed model was applied to determine the optimum size of solar evaporation pond based on the concentration and initial volume of brine

کلیدواژه‌ها [English]

  • Solar Pond
  • Modeling
  • Solar Irradiation
  • Optimum Surface
  • Brine
مراجع

[1]. Stanley W.N., and Arnarin A.M., Start up of a large solar evaporation system for the production of carnallite from the dead sea brine, Kali 91, Second International Potash Conference, Hamburg, Germany, May, 1991.

[2]. Pereira M.C., Mendes J. F., and Horta P., Advanced solar dryer for salt recovery from brine effluent of desalination med plant, ISES Solar World Congress, Gutenberg, Sweden, June, 14-19, 2003.

[3]. Al-Shayji K.A., Modeling, simulation and optimization of large-scale commercial desalination plants, PhD. Dissertation, Blacksburg, Virginia, 1998.

[4]. Husain M., Patil P.S., Patil S.R., Samdarshi S.K., Optimum size of non-convective zone for improved thermal performance of salt gradient solar pond, Solar Energy, 74, 429-436, 2003.

[5]. Garman M.A. , Muntasser M.A. , “Sizing and thermal study of salinity gradient solar ponds connecting with the MED desalination unit”, Desalination 222, pp. 689–695, 2008.

[6]. Zhang Y.Z., Ge X.S., Li Y.F. and Li C.D., “Mathematical simulation of evaporating brine by solar radiation for the production of salt”, Journal of Thermal Science, 2, pp. 143-151, 1993.

[7]. Agha K.R., Abughres S.M., and Ramadan A.M., “Design methodology for a salt gradient solar pond coupled with an evaporation pond”, Solar Energy, 72, pp. 447-454, 2002.

[8]. Martinez J.M.M., Alvarez V.M, Gonzalez-Real M.M. and Baille A., “A simulation model for predicting hourly pan evaporation from meteorological data”, Journal of Hydrology, 318, pp. 250–261, 2006.

[9]. Tan S.B.K., Shuy E.B., and Chua L.H.C., “Modeling hourly and daily open-water evaporation rates in areas with an equatorial climate”, Hydrological Processes, 21, pp. 486–499, 2006.

[10]. Kokya B.A., and Kokya T.A., “Proposing a formula for the evaporation measurement from salt water resources”, Hydrological Processes, 22, pp. 2005-2012, 2008.

[11]. Akridge D.G., “Methods of calculating brine evaporation rates during salt production”, Journal of Archaeological Science, 35, pp. 1453-1462, 2008.

[12]. Duffie J. A., and Beckman W.A., Solar Energy Thermal Processes, John Wiley& Sons, 1974.

[13]. Cooper P.I., “The absorption of radiation in solar stills”, Solar Energy, 12, pp. 333-346, 1969.

[14]. Akpabio L.E. and S.E. Etuk, “Relationship between global solar radiation and sunshine duration for Onne, Nigeria”, Turkish Journal of Physics, 27, pp. 161-167, 2003.

[15]. Jafarzadeh M.R., “Thermal behavior of a large salinity-gradient solar pond in the city of Mashhad”, Iranian Journal of Science and Technology, Transaction B, Engineering, 29, pp. 219-229, 2005.

[16]. El Rafaee M.M., and Al Marfie A.M., “Numerical simulation of the performance of the experimental salt-gradient solar pond (KESGSP)”, Energy Sources, 15, pp. 145-158, 1993.

[17]. Kurt H., Halici F., and Binark A.K., “Solar pond conception-experimental and theoretical studies”, Energy Conversion & Management, 41, pp. 939-951, 2000.

[18]. Sweeney D.G., Nixon J.B., Cromar N.J., and Fallowfield H.J., “Profiling and modeling of thermal changes in a large waste stabilization pond”, Water Science& Technology, 51, pp. 163-172, 2005.

[19]. Robitu M., Inard C., Mussy M., and Groleau D., “Energy balance study of water ponds and its influence on building energy consumption”, 8th International IBPSA Conference, Eindhoven, Netherlands, Aug., pp. 11-14, 2003.

[20]. Chiasson A.D., Spitler J.D., Rees S.J., and Smith M.D., “A model for simulating the performance of a shallow pond as a supplemental heat reject with closed loop ground source heat pump systems”, ASHRAE Transactions, pp. 106, 107-121, 2000.