التقطير الومضي متعدد المراحل

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

التقطير الومضي متعدد المراحل ( MSF ) هو عملية لتحلية المياه تقوم بتقطير مياه البحر عن طريق تحويل جزء من الماء إلى بخار في مراحل متعددة، وهي عبارة عن مبادلات حرارية تعمل بنظام التيار المعاكس . قد تحتوي محطات التقطير الومضي متعدد المراحل الحالية على ما يصل إلى 30 مرحلة. [ 1 ]

تنتج محطات التقطير السريع متعددة المراحل حوالي 26% من إجمالي المياه المحلاة في العالم. وتستخدم جميع محطات التحلية الجديدة تقريباً تقنية التناضح العكسي نظراً لانخفاض استهلاكها للطاقة بشكل كبير. [ 2 ]

مبدأ

رسم تخطيطي لجهاز تحلية مياه متعدد المراحل يعمل بنظام "المرور الواحد" بخمس مراحل. غالبًا ما تحتوي الأنظمة العملية على مراحل أكثر. أ - دخول البخار، ب - دخول مياه البحر، ج - خروج مياه الشرب، د - خروج المحلول الملحي (نفايات) ، هـ - خروج المكثفات، و - مبادل حراري، ز - تجميع المكثفات، ح - سخان المحلول الملحي
محطة تحلية المياه بتقنية التقطير متعدد الدرجات في محطة جبل علي جي، دبي

يحتوي المصنع على سلسلة من المساحات تُسمى المراحل، تحتوي كل منها على مبادل حراري ومجمع للمكثفات . يتكون التسلسل من طرف بارد وطرف ساخن، بينما تتميز المراحل الوسيطة بدرجات حرارة متوسطة. وتختلف الضغوط بين المراحل بما يتناسب مع درجات غليان الماء عند درجات حرارة كل مرحلة. بعد الطرف الساخن، يوجد خزان يُسمى سخان المحلول الملحي .

تمر العملية بالخطوات التالية:

  1. عندما تعمل المحطة في حالة مستقرة ، يتدفق ماء التغذية عند درجة حرارة المدخل الباردة، أو يتم ضخه، عبر المبادلات الحرارية على مراحل ويسخن.
  2. عندما يصل إلى سخان المحلول الملحي، يكون قد وصل بالفعل إلى درجة الحرارة القصوى تقريبًا؛ ويتم إضافة حرارة إضافية.
  3. بعد السخان، يتدفق الماء عبر الصمامات عائدًا إلى المراحل التي تتميز بضغط ودرجة حرارة أقل فأقل.
  4. يُطلق على الماء الذي يعود عبر المراحل اسم المحلول الملحي، تمييزًا له عن الماء الداخل. عند دخول المحلول الملحي إلى كل مرحلة، تكون درجة حرارته أعلى من نقطة الغليان عند ضغط تلك المرحلة، ويتبخر جزء صغير منه (يتحول إلى بخار) مما يُخفض درجة الحرارة حتى الوصول إلى حالة التوازن.
  5. البخار الناتج يكون أكثر سخونة بقليل من مياه التغذية في المبادل الحراري.
  6. يبرد البخار ويتكثف على أنابيب المبادل الحراري، مما يؤدي إلى تسخين مياه التغذية كما هو موضح سابقًا. [ 3 ]

تصل نسبة التبخر الكلية في جميع المراحل إلى حوالي 85% من الماء المتدفق عبر النظام، وذلك تبعًا لنطاق درجات الحرارة المستخدمة. ومع ارتفاع درجة الحرارة، تزداد صعوبة تكوّن الترسبات والتآكل؛  ويبدو أن 110-120 درجة مئوية هي الحد الأقصى، مع العلم أن تجنب الترسبات قد يتطلب درجات حرارة أقل من 70  درجة مئوية. [ 4 ]

يمتص ماء التغذية الحرارة الكامنة للبخار المتكثف، مما يحافظ على انخفاض درجة حرارة المرحلة. ويبقى الضغط في الحجرة ثابتًا، حيث تتولد كميات متساوية من البخار عند دخول محلول ملحي دافئ جديد إلى المرحلة، ويُزال البخار عند تكثفه على أنابيب المبادل الحراري. ويكون التوازن مستقرًا، لأنه إذا تشكل المزيد من البخار في مرحلة ما، يرتفع الضغط، مما يقلل التبخر ويزيد التكثف.

في المرحلة النهائية، تصل درجة حرارة المحلول الملحي والمكثف إلى درجة حرارة قريبة من درجة حرارة المدخل. ثم يُضخ المحلول الملحي والمكثف من الضغط المنخفض في هذه المرحلة إلى الضغط الجوي المحيط. ويحتفظ المحلول الملحي والمكثف بكمية ضئيلة من الحرارة تُفقد من النظام عند تصريفهما، إلا أن الحرارة المضافة في السخان تعوض هذا الفقد.

تأتي الحرارة المضافة إلى سخان المحلول الملحي عادةً على شكل بخار ساخن من عملية صناعية مجاورة لمحطة تحلية المياه. ويُسمح للبخار بالتكثف على أنابيب تحمل المحلول الملحي (على غرار المراحل).

تتواجد الطاقة اللازمة للتبخر في المحلول الملحي عند خروجه من السخان. والسبب في السماح للتبخر بالحدوث على مراحل متعددة بدلاً من مرحلة واحدة عند أدنى ضغط ودرجة حرارة، هو أنه في مرحلة واحدة، ستسخن مياه التغذية إلى درجة حرارة متوسطة فقط بين درجة حرارة المدخل ودرجة حرارة السخان، بينما لن يتكثف جزء كبير من البخار ولن تحافظ المرحلة على أدنى ضغط ودرجة حرارة.

يمكن أن تعمل هذه المحطات عند 23-27  كيلوواط ساعة/م 3 (حوالي 90  ميجا جول/م 3 ) من الماء المقطر. [ 5 ]

نظراً لأن الماء المالح البارد الداخل إلى العملية يتدفق عكسياً مع مياه الصرف المالحة/الماء المقطر، فإن كمية قليلة نسبياً من الطاقة الحرارية تخرج مع التدفق الخارج. يمتص الماء المالح البارد المتدفق نحو السخان معظم الحرارة، مما يؤدي إلى إعادة تدوير الطاقة.

غالبًا ما تُدمج محطات التقطير متعددة المراحل (MSF)، وخاصة الكبيرة منها، مع محطات توليد الطاقة في نظام توليد مشترك . تُستخدم الحرارة المهدرة من محطة توليد الطاقة لتسخين مياه البحر، مما يوفر التبريد لمحطة توليد الطاقة في الوقت نفسه. هذا يقلل الطاقة المطلوبة إلى النصف أو الثلثين، مما يُغير بشكل جذري الجدوى الاقتصادية للمحطة، حيث تُعد الطاقة أكبر تكلفة تشغيلية لمحطات التقطير متعددة المراحل. أما التناضح العكسي، المنافس الرئيسي للتقطير متعدد المراحل، فيتطلب معالجة مسبقة أكثر لمياه البحر وصيانة أكثر، بالإضافة إلى طاقة على شكل شغل (كهرباء، طاقة ميكانيكية) مقارنةً بالحرارة المهدرة منخفضة الجودة الأرخص ثمنًا. [ 6 ] [ 7 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ غارغ، مانوج تشاندرا (2019). "تقنية الأغشية التي تعمل بالطاقة المتجددة: تحليل التكلفة واستهلاك الطاقة". الاتجاهات الحالية والتطورات المستقبلية في الأغشية (الحيوية) . الصفحات 85-110 . doi : 10.1016/B978-0-12-813545-7.00004-0 . ISBN  978-0-12-813545-7.
  2. ↑ غفور، نور الدين؛ ميسيمر، توماس م.؛ آمي، غاري ل. (يناير 2013). "مراجعة فنية وتقييم اقتصاديات تحلية المياه: التحديات الحالية والمستقبلية لتحسين استدامة إمدادات المياه". التحلية . 309 : 197-207 . Bibcode : 2013Desal.309..197G . doi : 10.1016/j.desal.2012.10.015 . hdl : 10754/562573 .
  3. ↑ وارسنجر، ديفيد م.؛ ميستري، كاران هـ.؛ نايار، كيشور ج.؛ تشونغ، هيونغ وون؛ لينارد، ف.، جون هـ. (2015). "توليد الإنتروبيا في تحلية المياه باستخدام حرارة النفايات ذات درجة الحرارة المتغيرة" . إنتروبي . 17 (12): 7530-7566 . Bibcode : 2015Entrp..17.7530W . doi : 10.3390/e17117530 .
  4. ↑ بانابولوس، أرجيريس؛ هارالامبوس، كاثرين-جوان؛ لويزيدو، ماريا (25-11-2019). "طرق التخلص من المحلول الملحي الناتج عن تحلية المياه وتقنيات معالجته - مراجعة". مجلة علوم البيئة الشاملة . 693 133545. Bibcode : 2019ScTEn.69333545P . doi : 10.1016/j.scitotenv.2019.07.351 . PMID 31374511 . 
  5. ↑ "الرابط: أمن المياه والطاقة" . أمن الطاقة التابع لـ IAGS . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11-12-2008 .
  6. ↑ "محطة تحلية مياه الشعيبة" . تكنولوجيا المياه . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13-11-2006 .
  7. ↑ وينتر، تينيل؛ بانيل، ديفيد جيه؛ ماكان، لورا إم جيه؛ وينتر، تينيل؛ بانيل، ديفيد جيه؛ ماكان، لورا إم جيه (2002). اقتصاديات تحلية المياه وتطبيقها المحتمل في أستراليا (تقرير). doi : 10.22004/ag.econ.125611 .