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

اساس کارسیستم تقطیر چند مرحله ای تبخیر در خلا است .در این روش با پاشیدن آب شور روی لوله هایی که بخار در آن جریان دارد ،مقداری از آب حاوی املاح ،تبدیل به بخار می شود .چون این عمل در خلاء انجام می شود آب در دمای پایین تری به بخار تبدیل شده و کارایی دستگاه بالا می رود .

از بخار تولید شده به عنوان تامین کننده انرژی حرارتی مرحله بعد استفاده می شود .از طرفی این بخار سرد شده و به محصول تبدیل میشود .بنابراین اصل دوم کارکرد این دستگاه چند مرحله ای بودن آن است .یعنی با افزایش مراحل می توان از مقدار بخار اولیه ثابت محصول بیشتری به دست آورد .

حال اگر این دستگاه مجهز به ترموکمپرسور باشد با مکش کردن مقداری از بخار مرحله آخر و استفاده مجدد از آن بازدهی دستگاه نسبت به روش های دیگر افزایش می یابد .مزیت دیگر آن دستگاه ها کارکرد در دمای زیر 70 درجه سانتی گراد که رسوب گذاری در دستگاه را بسیار کاهش می دهد.در این روش می توان از بخار ورودی به دستگاه (که می تواند بخار کم فشار یا فشار باشد) تا 8 برار محصول تولید کرد .آب تولیدی این روش آب مقطر با کیفیت زیر 5 میلی گرم در لیتر نمک محلول است .

یک دیاگرام شماتیک از سیستم تقطیر چند مرحله ای در شکل زیر  آورده شده است که در آن ورود آب دریا، مبدل حرارتی بخار ،طبقات مختلف تبخیر و کندانس و موارد دیگر به نمایش در آمده است .

فرآیند تقطیر چند مرحله ای:

یک تبخیر کننده یک مرحله ای از دو جز اصلی تبخیرکننده کندانسور و پیش گرمکن کندانسور تشکیل شده است .بخار ورودی در داخل لوله های تبخیر کننده ،کندانس شده و حرارت خود را  به جریان آب می دهد  و آن را تبخیر می کند .بخار تولیدی پس از عبور از قطره گیر وارد کندانسور می شود و جریان آب دریای ورودی را پیش گرم می کند .قسمتی از آب دریا گرم شده به دریا برمی گردد و بقیه آن به عنوان خوراک وارد تبخیرکننده می شود .جریان پساب خروجی از تبخیر کنننده نیز به دریا برمی گردد .از آن جاییکه در سیستم های تک مرحله ای انرژی زیادی از طریق پساب و آب دریای برگشتی به محیط پس داده می شود ،این سیستم به لحاظ مصرف انرژی مقرون به صرفه نیست .نسبت بازدهی سیستم تک مرحله ای کمتر از یک است .برای غلبه بر این مشکل سیستم تقطیر چند مرحله ای استفاده می شود ..

پارامتر های طراحی فرآیند تقطیر چند مرحله ای

هر یک از فرآیندهای حرارتی دارای ملاحظات و پارامترهای متفاوتی در طراحی هستند که بر عملکرد فرآیند واحد اثر می گذارند 

  • جریان بخار

فرآیند MED نسبت به تغییرات  بخار ورودی انعطاف پذیر است ،طوری که امکان استفاده از بخارهای با فشارهای کم ،متوسط و زیاد در آن وجود دارد .این بخار به دو بخش تقسیم می شود :

  • بخار اصلی

بخار اصلی با پارامتر های ترمودینامیکی معین وارد ترموکمپرسور می گردد .طراحی ترموکپرسور براساس بخار فوق اشباع انجام می شود .بخار ورودی به ترموکپرسور ،مکش بخشی از بخار تولیدی مرحله آخر را موجب شده که پس از اختلاط با بخار ورودی به محفظه بخار مرحله اول و نهایتا به داخل لوله های مرحله اول وارد می شود .

  • بخار اژکتور

بخار محرک اژکتور راه اندازی و اژکتور گازهای غیر قابل چگالش نیز بخشی از بخار ورودی به واحد آب شیرین کن است .اژکتور های اصلی گاز های غیر قابل چگالش را از سیستم تخلیه می کنند که در شرایط عادی بهره برداری مورد استفاده قرار می گیرند

  • جریان آب دریا

آب دریا پس از عبور از فیلتر دو قلو و حذف ذرات معلق وارد لوله های کندانسور آب شیرین کن می شود .آب ورودی باید عاری از هرگونه موجودات زنده باشد .در صورتی که برای از بین بردن موجودات زنده از کلر استفاده شود بایستی مقدار کلر تزریقی به خروجی پمپ های آبگیر به مقدار 2 الی 3 میلی گرم در لیتر و مقدار کلر باقیمانده موجود در آب دریا در ورود به سیستم نمک زدایی 0.1 الی 0.2 میلی گرم در لیتر باشد .

  • جریان پساب

تنها 33-30 در صد از کل آب دریای پاشیده شده روی لوله های مرحله ها تبخیر می شود و مابقی آن که 70-67 درصد آب پاشیده شده است به صورت پساب از هر مرحله خارج می شود .بهترین حالت عملکرد آب شیرین کن برای حداقل رساندن مقدار رسوب ،رعایت درصد های فوق الذکر جهت تبدیل آب شور به بخار و کاهش میزان پساب خروجی است .به عبارت دیگر در این آب شیرین کن که ضریب تغلیظ که نسبت آب شور پاشیده روی لوله ها به پساب خروجی یا به عبارتی نسبت املاح پساب به املاح آب تغذیه است نباید از5/1 تجاوز کند .پساب خارج شده از هر مرحله از طریق لوله های u شکل به مرحله بعد انتقال می یابد .

  • جریان گازهای غیرقابل چگالش

گازهای غیرقابل چگالش که شامل هوا ،گازکربنیک و سایر گازهای محلول در آب دریا هستند در حین تبخیر آب دریا درون تبخیرکننده ها جدا شده و از طریق محفظه هوا و اوریفیس مربوط از یک مرحله به مرحله بعد منتقل می شود .نهایتا گازهای غیرقابل چگالش خرجی مرحله آخر به کندانسور وارد شده ،در برخی از سیستم ها از کندانسور تخلیه می شوند و در برخی پس از مکش توسط ترمو کمپرسور همراه بخار ورودی وارد مرحله اول شده و سپس از طریق محفظه هوای مرحله اول توسط اژکتور ها تخلیه می شوند .

  • حداکثر دمای پساب :

به دلیل وجود املاح در سطح داخلی و خارجی لوله ها رسوب تشکیل می شود .این امر به کاهش انتقال حرارت موثر در لوله ها ،افزایش افت فشار در نتیجه انرژِی پمپ کردن ،افزایش مقاومت حرارتی ،کاهش بازده حرارتی و در نهایت تولید کمتر محصول می انجامد.به دلیل بروز مشکلات رسوب در طراحی واحدMED ،حداکثر دمای پساب معمولا کمتر از 70 درجه سانتی گراد در نظر گرفته می شود .

  • پارامتر Concentration Ratio

با افزایش CR نسبت TDS آب Brine به آب دریا افزایش می یابد و چون این آب Brine باید به دریا باز گردد. در صورتی که میزان غلظت نمک آن از حدی بالاتر رود باعث به هم ریختن تعادل غلظت نمک های موجود در دیا می شود که از لحاظ زیست محیطی بر زندگی آبزیان مشکلات زیادی را در بلند مدت به وجود می آورد.

مزایا و معایب روش MED:

مزایا:

  1. مصرف پایین انرژی الکتریکی (کمتر از یک کیلو وات ساعت در هر متر مکعب )در مقایسه با روش های دیگر مانند RO, MSF
  2. بهره برداری در مای پایین (کمتر از 70 در جه سانتی گراد ) که باعث کاهش رسوبات و خوردگی در سیستم نیز می گردد.
  3. تولید آب با خلوص بالا به طور یکنواخت
  4. هزینه پایین بهره برداری و تعمیرات و نگه داری
  5. مناسب برای استفاده ترکیبی در مجاورت نیروگاه های حرارتی
  6. قابلیت تطبیق با هر نوع منبع حرارتی برای تولید بخار
  7. بازده حرارتی بالا
  8. قابلیت ترکیب شدن با روش های دیگر آب شیرین کن

معایب:

  1. نیاز به دانش بالا برای طراحی و نصب و هزینه بالا آن
  2. نیاز به انرژی حراتی بالا برای تولید بخار در بویلر
  3. بازیافت آب پایین به طوری که هم زمان مقدار آب تولید شده با مقدار آب تغلیظ شده از سیستم خارج می گردد با هم برابر است.
  4. این سیستم با حداکثر 80-70 درصد ظرفیت کار می کند .
  5. وقتی غلظت آب خروجی پایین تر از50  باشد ،نیاز به مخلوط شدن با آب شور دارد .
  6. رسوب گرفتگی روی لوله ها و تیغه های بین افکت

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