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Désalinisation solaire

La désalinisation par conversion thermodynamique de l’énergie solaire.

changement de phase d’une solution d’eau salée. L’eau de mer, pour être évaporée, utilise des sources de chaleur à températures inférieures à 120°C. Ces techniques sont particulièrement bien adaptées à l’exploitation de la conversion thermique de l’énergie solaire.  La désalinisation thermique peut-être être réalisée principalement par soit le procédé de désalinisation à détentes étagées (Multi-Stage Flash désalinisation : MSF) ou le procédé de désalinisation à effets multiples (Multi-Effect désalinisation : MED) avec des variantes, mais toujours avec des tubes horizontaux.

Le désalinisation de l’eau de mer consiste à séparer l’eau pure de l’eau saumâtre. Le déssallement est un procédé de déminéralisation, il a pour finalité l’obtention d’une eau de salinité voisine de celle des eaux douces naturelles à partir d’eau salée. Tous les procédés de désalinisation ont en commun une prise d'eau de mer avec filtration, un pré-traitement avec une filtration plus fine, l'addition de composés biocides et de produits antitarte ainsi que la correction du pH de l’eau saline, le procédé de désallement lui-même, enfin la potabilisation de l’eau douce produite.
les processus thermiques de désalinisation  font intervenir un
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désalinisation par effets multiples (MED).

Ce système est constitué par plusieurs évaporateurs sous vide en série, dans lesquels règnent des pression et des températures décroissantes du premier (le plus chaud) au dernier (le plus froid), à faisceaux de tubes horizontaux arrosés ou encore à plaques, qui composent les différentes effets. Dans chacune des enceintes, a lieu l’évaporation et la condensation. Dans ce procédé, La chaleur de condensation de la vapeur de l’eau distillée de la première enceinte est le moteur de l’évaporateur de la suivante. L'évaporation de l'eau de mer se faisant par gravité  au contact de la surface d'échange de chaleur constituée par les tubes où s’écoulen de la vapeur d’eau qui se condense en  tranfèrant sa chaleur latente de condensation, il y a des risques  d’entartrage dû à la précipitation de sels. Afin de limiter ces risques, on réduit la température du 1er effet à moins de 70°C. La chaleur transférée au travers de la surface d’échange de la première enceinte peut provenir d'un système à conversion thermodynamique de l’énergie solaire.

Le procédé de désalinisation à effets multiples est basé sur le principe de l'évaporation dans une enceinte (effet) sous pression réduite, d'une partie de l'eau de mer préchauffée à une température initiale d’environ 70 °c. La vapeur d’eau distillée ainsi produite dans le 1er effet est condensée en eau douce dans le 2ème effet où règne une pression encore inférieure. Ainsi la chaleur de condensation qu'elle cède sert à évaporer une partie de l'eau de mer contenue dans le 2ème effet et ainsi de suite. Seule l'énergie nécessaire à l'évaporation dans le premier effet est d'origine externe au processus.

Les évaporateurs multiples à tubes horizontaux arrosés sont les appareils les plus courants. Dans ces appareils, le fluide moteur (vapeur d’eau distillée )s'écoule dans les tubes horizontaux tandis que l'eau de mer à évaporer est pulvérisée de façon à s'écouler sous forme de film le plus mince et uniforme possible sur la surface extérieure  des tubes dans une enceinte sous vide. La vapeur produite est ensuite transférée dans les tubes de l'effet suivant où elle cédera son énergie de condensation.

Dans une cellule n de désalinisation MED, de l'eau de mer ruisselle sur des tubes chauffés grâce à la chaleur latente de condensation de la vapeur d’eau de l’effet n-1, une partie de cette eau de mer est vaporisée. L’eau de mer non vaporisée s'accumulant au fond de l’enceinte n et est expédiée à la partie supérieure de l’effet n+1.

La vapeur d'eau distillée formée dans l’effet n est envoyée à l’intérieur des tubes de l'effet n+1, effet  où règnent une température et une pression encore plus basses que celles de l'effet n et l’eau de mer non transformée en vapeur est envoyée dans la cellule n+1 où elle sera pulvérisée sur les tubes échangeurs de chaleur.

La condensation de la vapeur d’eau à l’intérieur des tubes d’échange de l’effet n+1 libère suffisamment d'énergie thermique pour vaporiser en partie l'eau de mer qui ruisselle toujours sur les surfaces extérieures des tubes. La vapeur formée entre dans l’effet n+2 où le même processus se répète.

Des évaporateurs multiples effets à plaques sont disponibles aussi. L'eau de mer à évaporer s'écoule alors sous forme de film mince le long d'une mince plaque métallique chauffée par la vapeur provenant de l'effet précédent qui s'écoule le long de l'autre face de la plaque métallique. De nombreuses plaques entre lesquelles s'écoulent alternativement l'eau de mer et la vapeur de chauffage sont associées en parallèle pour constituer un effet. La vapeur produite est recueillie et est ensuite envoyée entre les plaques situées dans une enceinte qui constitue le deuxième effet et ainsi de suite. L'agencement de cellules élémentaires pour que chaque zone d'évaporation se situe entre deux zones de condensation de l'effet précédent permet d'obtenir un appareil compact.

Désalinisation par détente à étages successives ou procédé Multi Stages Flash (MSF).

Ce système de désalinisation à détentes successives est constitué par plusieurs évaporateurs tous sous vide sauf le premier, tous en série, dans lesquels règnent des pression et des températures décroissantes du premier (le plus chaud et ayant la pression relative la plus élevée) au dernier (le moins chaud et caractérisé par la dépression la plus faible). En haut de  chacune de ces enceintes, sont placés des tubes condenseurs horizontaux, transverses ou longitudinaux. L'eau de mer, pressérusée,  circule d'abord à rebours à l’intérieur de ces tubes condenseurs en commençant par le dernier étage pour atteindre le premier étage où elle est portée à sa température sa température maximale de saumure de 110 °C grâce à l’apport d’un système à énergie solaire. Le trajet à rebours du dernier jusqu’au premier étage trouvant sa raison dans la récupération, aussi modeste soit elle de la chaleur de condensation de la vapeur d'eau libérée sur la surface extérieure de ces mêmes tubes lors du trajet amont de l’eau salée qui se fera, cette fois ci, à l’extérieur des tubes. Une fois que l’eau a été ainsi chauffée, elle retourne par les mêmes sections en ordre inverse mais à l’extérieur des tubes.

Une fois portée à sa température maximale de saumure d’environ 110 °C, l’eau salée est introduite dans la première enceinte où règne une pression légèrement inférieure à celle de saturation de vapeur à la température considérée. le courant liquide se trouvant à une pression inférieure à la pression de vaporisation correspondante à sa propre température. En d’autre termes, à chacune des étapes, le liquide rencontre une pression inférieure à celle de l’équilibre et donc, une partie du liquide s’évapore en faisant descendre la température du liquide jusqu’à ce qu’elle corresponde à la température de saturation de l’étape. De ce fait, une première vaporisation instantanée par détente Flash a lieu. La vapeur produite par cette évaporation instantanée à chaque étape, se condense autour des tubes de condensation par lesquels circule comme liquide réfrigérant l’eau salée qui se chauffe au fur et à mesure qu’elle passe d’étape en étape. Une fraction de l'eau s'évapore, vapeur d'eau pure,  puis va se condenser sur les tubes condenseurs horizontaux, transverses ou longitudinaux placés en haut de l'enceinte, à l’intérieur desquels

de l'eau salée plus froide s'écoule, enfin  l'eau liquide est recueillie dans des contenairs placés en bas de ces tubes. la vapeur produite va se condenser sur la surface extérieure du condenseur. Le condensat de cette vapeur va se condenser sous le condenseur et forme la production d’eau douce de la 1ere chambre Le phénomène de flash est reproduit ensuite dans un deuxième étage pour L'eau de mer non vaporisée dans la première cellule qui est introduite où règne une pression et donc une température encore plus basses. La vaporisation de l’eau salée est ainsi réalisée par détentes successives dans une série d’étages où règnent des pressions et des températures de plus en plus décroissantes. L’eau saumâtre du premier module entre alors dans le module suivant où la pression est encore plus faible et le même procédé se répète tout au long des modules. d'où le nom de désalinisation multiflash. Le résultat obtenu dans les derniers modules dépend du type de débit dont dispose l'installation. Il existe deux principaux types de débit dans les installations MSF : passage unique ou à  remise en circulation.

Le procédé MSF est évolutivitf, fiabile et robuste et nécessite un pré-traitement minimal de l'eau salée.

L'avantage principal du procédé MSF est que l'évaporation de l'eau de mer ne se produit pas autour des tubes de chauffage (pas de contact nécessaire avec les échangeurs de chaleur), limitant les risques d'entartrage.

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