سیستم تقطیر چند مرحله ای   (MED ) Multi Effect Distillation)

واحد تقطیر چند مرحله‌ای، یک سیستم تبخیر کننده برای تولید آب شیرین از آب دریا است که معمولا از 1 تا 14 مخزن تبخیری تشکیل شده است. هر یک از المان‌ها در فشار پایین (نزدیک به خلاء) و دمای حدود 70 درجه سانتی‌گراد کار می‌کنند. آب شور ورودی (خوراک) بروی لوله‌های داغ بخار پاشیده شده و بدین صورت تبخیر می‌شود. بخار تولید شده در هر استیج به عنوان منبع گرما به المان (effect) بعدی وارد شده و پس از میعان شدن، جمع آوری می‌شود.

در مرحله آخر نیز، بخار تولیدی وارد کندانسور می‌گردد. آب شور ورودی می‌تواند به عنوان مایع سردکننده مورد استفاده قرار گیرد. استفاده از دمای پایین (زیر 70 درجه سانتی‌گراد) موجب کاهش تشکیل رسوب و خوردگی در لوله‌ها و مخزن می‌شود. آب تولیدی در این روش شوری بسیار پایینی (TDS= 5)  دارد    .

از آن‌جایی که تنها برای مرحله اول نیاز به بخار اولیه و منبع انرژی حرارتی داریم، با افزایش تعداد مراحل و استفاده از بخار تولیدی می‌توان بازده پلنت را افزایش داد و آب شیرین بیشتری به ازای مقدار ثابت بخار اولیه تولید کرد. می‌توان با استفاده از ترموکمپرسور و مکش مقداری از بخار تولیدی در المان آخر را خارج و به عنوان منبع گرما دوباره از آن استفاده کرد تا بازده حرارتی افزایش یابد.

شکل زیر به طور شماتیک یک واحد سه مرحله‌ای MED و بخش‌های مختلف آن‌ شامل آب دریای ورودی (خوراک)، مبدل حرارتی، المان‌ها، کندانسور و … را نشان می‌دهد.

 

فرآیند تقطیر چند مرحله ای:

یک تبخیر کننده به طور کلی دارای دو بخش تبخیرکننده  و میعان‌کننده (کندانسور) است. بخار درون لوله، آب شور ورودی را تبخیر کرده و با انتقال دادن انرژی گرمایی خوب به آب، میعان می‌گردد. یک فیلتر برای حذف قطرات آب در مسیر بخار نصب می‌شود. بخار تولیدی، جمع آوری شده و به کندانسور می‌رود. آب دریا به عنوان خنک کننده مورد استفاده قرار می‌گیرد. تا مقداری دمای آن نیز بالا رود و پیش گرم شود. مقداری از این آب ورودی، از سیستم خارج شده و بخشی از آن به عنوان خوراک وارد سیستم می‌گردد. آب شور تولیدی (brine) نیز به دریا باز می‌گردد. باید دقت شود برای داشتن بازده مناسب، به استفاده از بیش از یک المان (effect) است و استفاده از تنها یک المان، به صرفه نیست و اتلاف حرارتی زیادی دارد.

پارامتر های طراحی فرآیند تقطیر چند مرحله ای

جریان بخار

در این روش می‌توان از بخار با فشار کم، متوسط و زیاد استفاده کرد و نسبت به این موضوع دارای انعطاف است.

  • بخار اصلی

بخار تولید شده در بویلر، با مشخصه‌های ترمودینامیکی تعیین شده، وارد ترموکمپرسور می‌شود. ترموکمپروسور با مکش بخشی از بخار تولیدی در المان آخر و مخلوط کردن آن با بخار اصلی، موجب افزایش راندمان حرارتی بخار می‌شود. بخار پس از این مرحله وارد دسته لوله‌های اولین المان می‌شود.

  • بخار انژکتور

گازهای غیرقابل چگالش مانند هوا ،گازکربنیک و سایر گازهای محلول در آب دریا نیز در المان وجود دارند که قابلیت معیان شدن ندارند و موجب افزایش فشار محفظه و در نتیجه افزایش نقطه‌ی جوش آب می‌شوند. انژکتور‌ها با خارج کردن بخشی از این گازها از محفظه به کاهش فشار و افزایش راندمان کمک می‌کنند.

 

 

جریان خوراک (آب دریای ورودی)

آب دریا برای پیش تصفیه ابتدا از یک فیلتر عبور می‌کند تا ذرات معلق آن گردد همچنین باید از ورود موجودات زنده به پلنت جلوگیری شود. می‌توان برای از بین بردن میکروارگانیسم‌ها از کلر استفاده کرد. مقدار مجاز کلر تزریقی به خروجی پمپ های آبگیر  2 الی 3 میلی گرم در لیتر و مقدار کلر باقیمانده موجود در خوراک سیستم باید حدود 0.1 الی 0.2 میلی گرم در لیتر باشد .

جریان پساب (brine)

در هر المان، تنها حدود 30 درصد از خوراک ورودی تبخیر و به آب شیرین تبدیل می‌گردد و باقی آن از سیستم خارج می‌شود. برای داشتن عملکرد مناسب و افزایش طول عمر پلنت لازم است تا تشکیل رسوب و خوردگی در سیستم کنترل شود. به همین دلیل ضریب تغلیظ (Concentration Ratio) یعنی نسبت آب شور ورودی به المان (خوراک) به پساب خروجی یا نسبت املاح پساب به املاح خوراک، باید کمتر از 5/1 باشد. همچنین دمای پساب باید کمتر 70 درجه‌ سانتی‌گراد باشد. نتظیم پساب خروجی از هر مرحله به المان بعدی رفته، پس از جمع‌‌آوری از سیستم خارج می‌شود، باید دقت شود اگر غلظت نمک و یا دمای پسآب خروجی از حد مجاز بالاتر رود، تعادل اکوسیستم دریا را برهم زده و زندگی آبزیان را به خطر می‎اندازد. برای جلوگیری از آسیب به محیط‌زیست کنترل شوری آب خروجی (TDS)  و دمای آن کنترل شود.

 

مزایا و معایب روش MED:

مزایا:

  1. این روش به انرژی الکتریکی کمی (در حدود  1 ) نسبت به روش MSF و RO نیاز دارد.
  2. کارکرد پلنت در دمای پایین (حدود 70 درجه سانتی‌گراد) و غلظت پایین که تشکیل رسوب و خوردگی را کاهش می‌دهد.
  3. تولید آب شیرین با کیفیت بسیار بالا
  4. عدم نیاز به پیش‌تصفیه پیشرفته
  5. این روش بسیار مورد اعتماد بوده و کارکرد آن ساده است.
  6. نگهداری و تعمیرات آن هزینه کمی دارد.
  7. می‌تواند در کنار یک نیروگاه تخصصی تاسیس شود تا از بخار اضافی آن به عنوان منبع حرارتی استفاده کرد.
  8. برای تولید بخار می‌توان از منبع انرژی‌های مختلف استفاده کرد.
  9. می‌توان از این روش در کنار سایر روش‌های تولید آب شیرین بهره برد.

معایب:

  1. برای طراحی، نصب و اجرای این روش به دانش بالایی نیاز است.
  2. برای تولید بخار در بویلر، انرژی حرارتی زیادی استفاده می‌شود.
  3. بیش از نیمی از خوراک به عنوان brine از سیستم خارج می‌گردد این بدین معناست که خوراک بازیافت کمی دارد.
  4. ظرفیت این سیستم حداکثر 70-80 درصد است.
  5. لوله‌ها و مخزن دچار رسوب و خوردگی می‌شوند.

شکل زیر تفاوت پلنت‌های MED  و MSF را نشان می‌دهد.

تفاوت فرآیند MED وMSFرا به وضوح در شکل زیر مشاهده می کنید.

تقطیر چند مرحله ای