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dc.contributor.advisorScheffler, T.B.-
dc.contributor.authorLeão, António José-
dc.date.accessioned2021-09-01T11:19:52Z-
dc.date.available2021-09-01T11:19:52Z-
dc.date.issued2004-04-29-
dc.identifier.urihttp://www.repositorio.uem.mz/handle/258/362-
dc.description.abstractThe continuing improved of existing desalination process- bith distillation and menbrane- is contributing significantly to reducing the cost of desalted water, and to the rapid growth of the desalination industry. Thus the word capacity has more than doubled during the two years 2000-2001, and desalination of seawatwe is at present the major source of potable watwr in arid coastal regions such as the Arabian Gulf region. Conventional multi- effect distillation ( MED) and multi- stage flash (MSF)desalinators use cupro-nickel and /or titanium heat transfer surfaces. Polyolefins such as high density polyethylene ( HDPE) and polypropylene (pp) have better corrosion resistance than these, which permits much thinner walls. Depending on the internal & external convection coefficients, 20-50µ thick HDPE and PP film heat tranfer elements have from 60-105% of the U value of 1mm cupro- nickel tubes. Experience has shown then to last as well as -and in some high-scaling water re-use applications better than-titanium elements. But per unit area they cost only about 1% as much. In chapter 2 we show how the low cost permits the installation of much more thermal conductance (UA) than is econimically feasible with metal heat transfer surfaces. This leads to a lower temperature difference ∆T1, between the condensing and evaporing sides, and a lower specific energy consumption. This thesis further describes the design, building and testing of a simple saline film mechanical vapour compression (MVC) desalinator. With air mattress-shaped polyolefin film heat transfer elements. Designed for operation (under vacuum) at various temperatures in the range 50-65ºC, with a small temperature difference ∆T1, between the condesing and evaporating sides. In chapter 3 we determine the pressure drop of the condensing vapour for laminar flow inside a film tube, to obtain the ralation batween film diameter , lenght, U value, temperature and the ratio RT = ∆T1/∆T1f temperature difference , ∆T1 to frictional temperature drop ∆Tf. We also determine , for ∆T1= 1k and RT = 8 , the relation between tensile stress and temperature for the HDPE and pp films that we have used to fabricare HTE's. For 39µ HDPE film elements up to 60-65ºC, and for 50µ PP ones to 90 – 95ºC, the stress is below 0.4 Mpa – and in most cases well creep strength of the materials for a 10 year design life. In chapter 4 we discuss the welding of thin HDPE and PP films on specially developed apparatuses to produce air mattress-like heat transfer elements(HTE's). some of these were pressure tested ( up to several bars at room temperature )to determine the strength of the weld lines. Chapter 5 discusses the sucessful vapour inlet manifolding of the heat transfer elements into heat transfer units. Also the design, construction and testing a vacuum vessel and a turbo vapour compressor. And of the other auxiliaries ( feed water heater, vacuum pump with protecting pre-condenser, water pumps, instrumentation..). It also discusses problems encountered, and the merits of various possible remedies. Chapter 6 discusses suitable surface treatments to increase their tension and wettabilityof the air mattress-like heat transfer elements (HTE's). As these are of a nonpolar hydrophobic material , such treatment – aimed at creating charged, polar or polarizable sites – is essential for film evaporation. As our original process – oxyfluorination – was only partially successful after several year's work, we have started another surface treatment- sulfonation – which is in the earty stages of evaluation.en_US
dc.language.isoengen_US
dc.publisherUniversity of Pretoriaen_US
dc.subjectProdução de água mineralen_US
dc.subjectDessalinizaçãoen_US
dc.subjectPolímero de paredes finasen_US
dc.subjectTransferência de caloren_US
dc.titlePolymer film heat transfer elements for multi- effect and vapour compression desalinationen_US
dc.typethesisen_US
dc.embargo.termsopenAcessen_US
dc.description.resumoA melhoria contínua do processo de dessalinização existente - com destilação e menbrana - está contribuindo significativamente para a redução do custo da água dessalinizada e para o rápido crescimento da indústria de dessalinização. Assim, a capacidade da palavra mais do que dobrou durante os dois anos de 2000-2001, e a dessalinização de água do mar é atualmente a principal fonte de água potável em regiões costeiras áridas, como a região do Golfo Pérsico. Os dessalinizadores convencionais de destilação de múltiplos efeitos (MED) e flash de múltiplos estágios (MSF) usam superfícies de transferência de calor de cuproníquel e / ou titânio. Poliolefinas como o polietileno de alta densidade (HDPE) e o polipropileno (pp) têm melhor resistência à corrosão do que essas, o que permite paredes muito mais finas. Dependendo dos coeficientes de convecção interno e externo, os elementos de transferência de calor de filme de HDPE e PP de 20-50 µ de espessura têm de 60 a 105% do valor U dos tubos de cuproníquel de 1 mm. A experiência demonstrou então durar tão bem quanto - e em algumas aplicações de reutilização de água em grande escala - melhores do que os elementos de titânio. Mas, por unidade de área, eles custam apenas cerca de 1% mais caro. No capítulo 2, mostramos como o baixo custo permite a instalação de muito mais condutância térmica (UA) do que é economicamente viável com superfícies metálicas de transferência de calor. Isso leva a uma menor diferença de temperatura ∆T1, entre os lados de condensação e evaporação, e um menor consumo específico de energia. Esta tese descreve ainda o projeto, construção e teste de um dessalinizador de compressão mecânica de vapor de filme salino simples (MVC). Com elementos de transferência de calor de filme de poliolefina em forma de colchão de ar. Projetado para operação (sob vácuo) em várias temperaturas na faixa de 50-65ºC, com uma pequena diferença de temperatura ∆T1, entre os lados de condensação e evaporação. No capítulo 3 determinamos a queda de pressão do vapor de condensação para o fluxo laminar dentro de um tubo de filme, para obter a relação entre diâmetro do filme, comprimento, valor U, temperatura e a razão RT = diferença de temperatura ∆T1 / ∆T1f, ∆T1 a queda de temperatura por atrito ∆Tf. Também determinamos, para ∆T1 = 1k e RT = 8, a relação entre a tensão de tração e a temperatura para os filmes de HDPE e pp que usamos para fabricar HTEs. Para elementos de filme HDPE de 39µ até 60-65ºC e para elementos de 50µ PP até 90-95ºC, a tensão é inferior a 0,4 Mpa - e na maioria dos casos, a resistência à fluência dos materiais para uma vida útil de 10 anos. No capítulo 4, discutimos a soldagem de filmes finos de HDPE e PP em aparelhos especialmente desenvolvidos para produzir elementos de transferência de calor semelhantes a colchões de ar (HTEs). alguns deles foram testados sob pressão (até vários bares à temperatura ambiente) para determinar a resistência das linhas de solda. O Capítulo 5 discute o sucesso do coletor de admissão de vapor dos elementos de transferência de calor em unidades de transferência de calor. Também o projeto, construção e teste de um vaso de vácuo e um turbo compressor de vapor. E dos demais auxiliares (aquecedor de água de alimentação, bomba de vácuo com pré-condensador protetor, bombas de água, instrumentação ..). Também discute os problemas encontrados e os méritos de várias soluções possíveis. O Capítulo 6 discute os tratamentos de superfície adequados para aumentar a tensão e a molhabilidade dos elementos de transferência de calor semelhantes a colchões de ar (HTEs). Como se trata de um material hidrofóbico apolar, esse tratamento - voltado para a criação de sítios carregados, polares ou polarizáveis ​​- é essencial para a evaporação do filme. Como nosso processo original - oxifluoração - foi apenas parcialmente bem-sucedido após vários anos de trabalho, iniciamos outro tratamento de superfície - sulfonação - que está nos estágios iniciais de avaliação. (TRADUÇÃO NOSSA)en_US
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