تقطیر چندمرحله‌ای
تقطیر چندمرحله‌ای (به انگلیسی: Multiple-effect distillation) که با نام تقطیر چنداثره (MED) نیز شناخته می‌شود، یک فرایند تقطیر است که اغلب برای نمک‌زدایی آب دریا استفاده می‌شود. این فرایند شامل چندین مرحله یا «اثر» است. در هر مرحله، آب ورودی توسط بخار موجود در لوله‌ها گرم می‌شود که معمولاً با اسپری کردن آب شور بر روی آن‌ها انجام می‌گیرد. بخشی از آب تبخیر‌شده و این بخار به درون لوله‌های مرحله (اثر) بعدی جریان می‌یابد و باعث گرم شدن و تبخیر مقدار بیشتری از آب می‌شود. هر مرحله در اصل انرژی مرحله قبلی را بازیافت می‌کند و پس از هر مرحله، دما و فشار به‌طور متوالی کاهش می‌یابد. پیکربندی‌های مختلفی مانند تغذیه از جلو، تغذیه از عقب و غیره وجود دارد.[۱] علاوه بر این، بین مراحل، این بخار از مقداری گرما برای پیش‌گرم کردن آب شور ورودی استفاده می‌کند.[۲]
اصول عملیاتی
این کارخانه را می‌توان به صورت توالی فضاهای بسته‌ای در نظر گرفت که توسط دیواره‌های لوله از هم جدا شده‌اند و در یک انتها منبع گرما و در انتهای دیگر چاهک گرما قرار دارد. هر فضا از دو زیرفضای مرتبط تشکیل‌شده است: فضای بیرونی لوله‌های مرحله n و فضای داخلی لوله‌های مرحله n+1. هر فضا دارای دما و فشار پایین‌تری نسبت به فضای قبلی است و دیواره‌های لوله دمایی بین دمای سیالات در هر طرف دارند. فشار در یک فضا نمی‌تواند با دمای دیواره‌های هر دو زیرفضا در تعادل باشد. این فضا دارای فشار میانی است. در این حالت، فشار بیش از حد پایین یا دما بیش از حد بالا در زیرفضای اول است و آب تبخیر می‌شود. در زیرفضای دوم، فشار بیش از حد بالا یا دما بیش از حد پایین است و بخار میعان می‌شود. این امر انرژی تبخیر را از زیرفضای گرم‌تر اول به زیرفضای سردتر دوم منتقل می‌کند. در زیرفضای دوم، انرژی از طریق رسانش از دیواره‌های لوله به فضای سردتر بعدی جریان می‌یابد.
موازنه‌ها
هرچه فلز لوله‌ها نازک‌تر و لایه‌های مایع در دو طرف دیواره‌های لوله نازک‌تر باشند، انتقال انرژی از فضایی به فضای دیگر کارآمدتر است. افزودن مراحل بیشتر بین منبع گرما و چاهک گرما، اختلاف دما بین فضاها را کاهش داده و انتقال گرما به ازای هر واحد سطح لوله‌ها را به‌شدت کم می‌کند. انرژی تأمین‌شده برای تبخیر آب بیشتر، دفعات بیشتری بازیافت می‌شود، اما فرایند زمان بیشتری می‌برد. مقدار آب تقطیرشده در هر مرحله مستقیماً با مقدار انتقال انرژی متناسب است.[۳] اگر سرعت انتقال کاهش یابد، می‌توان سطح مقطع هر مرحله، یعنی تعداد و طول لوله‌ها را به قیمت افزایش هزینه نصب، افزایش داد.
آب شوری که در پایین هر مرحله جمع‌آوری می‌شود، می‌تواند روی لوله‌های مرحله بعدی اسپری شود، زیرا این آب دمایی مناسب و فشاری نزدیک یا کمی بالاتر از دمای عملیاتی و فشار مرحله بعدی دارد. بخشی از این آب هنگام ورود به مرحله بعدی با فشار کمتر از مرحله قبلی، به‌صورت ناگهانی به بخار تبدیل می‌شود.
مراحل اول و آخر به ترتیب به گرمایش و سرمایش خارجی نیاز دارند. مقدار گرمای حذف‌شده از مرحله آخر باید تقریباً با مقدار گرمای تأمین‌شده به مرحله اول برابر باشد. برای نمک‌زدایی آب دریا، حتی مرحله اول و گرم‌ترین مرحله معمولاً در دمایی زیر ۷۰ تا ۷۵ درجه سلسیوس کار می‌کند تا از تشکیل رسوب جلوگیری شود.[۴]
مراحل با فشار پایین‌تر به سطح مقطع نسبتاً بیشتری برای دستیابی به همان انتقال انرژی از طریق دیواره‌های لوله نیاز دارند. هزینه نصب این سطح مقطع، استفاده از فشارها و دماهای بسیار پایین در مراحل بعدی را محدود می‌کند. گازهای حل‌شده در آب ورودی ممکن است در صورت تجمع در مراحل، به کاهش اختلاف فشار کمک کنند.
آب ورودی خارجی باید به مرحله اول تأمین شود. لوله‌های مرحله اول با استفاده از منبع خارجی بخار یا هر منبع گرمایی دیگر گرم می‌شوند.
میعان (آب شیرین) از تمام لوله‌ها در تمام مراحل باید از فشارهای مربوط به هر مرحله به فشار محیط پمپاژ شود. آب‌نمک جمع‌آوری‌شده در پایین مرحله آخر باید پمپاژ شود، زیرا فشار آن به‌طور قابل‌توجهی کمتر از فشار محیط است.
مزایا
- مصرف انرژی پایین در مقایسه با سایر فرایندهای حرارتی[۲]
- کارکرد در دمای پایین (کمتر از ۷۰ درجه سلسیوس) و غلظت پایین (کمتر از ۱. ۵) برای جلوگیری از خوردگی و رسوب‌گذاری
- عدم نیاز به پیش‌تصفیه آب دریا و تحمل تغییرات در شرایط آب دریا
- بسیار قابل‌اطمینان و ساده در بهره‌برداری
- هزینه نگهداری پایین
- کارکرد مداوم ۲۴ ساعته با حداقل نظارت
- قابلیت انطباق با هر منبع گرمایی، از جمله آب داغ، گرمای زاید حاصل از تولید برق، فرایندهای صنعتی یا گرمایش خورشیدی
- تولید آب مقطر با خلوص بالا و پایدار
معایب
- ناسازگاری با منابع گرمایی با دمای بالاتر به دلیل مشکلات رسوب‌گذاری در حین تبخیر اسپری
- دشواری در کوچک‌سازی ابعاد به دلیل پیچیدگی و تعداد زیاد قطعات مورد نیاز
جستارهای وابسته
مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «[en:Multiple-effect distillation Multiple-effect distillation]». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی.
پانویس
- ↑ Panagopoulos, Argyris (2019). "Process simulation and techno-economic assessment of a zero liquid discharge/multi-effect desalination/thermal vapor compression (ZLD/MED/TVC) system". International Journal of Energy Research (in English). 44: 473–495. doi:10.1002/er.4948. ISSN 1099-114X.
- 1 2 Warsinger, David M.; Mistry, Karan H.; Nayar, Kishor G.; Chung, Hyung Won; Lienhard V, John H. (2015). "Entropy Generation of Desalination Powered by Variable Temperature Waste Heat". Entropy. 17 (11): 7530–7566. Bibcode:2015Entrp..17.7530W. doi:10.3390/e17117530. hdl:1721.1/100423.
- ↑ "Supporting United Nations SDG Goals: Helping Communities Across New Zealand and Pacific Islands". Bluemont NZ (in Australian English). 2025-10-14. Retrieved 2025-11-02.
- ↑ Panagopoulos, Argyris; Haralambous, Katherine-Joanne; Loizidou, Maria (2019-11-25). "Desalination brine disposal methods and treatment technologies – A review". Science of the Total Environment. 693: 133545. Bibcode:2019ScTEn.693m3545P. doi:10.1016/j.scitotenv.2019.07.351. ISSN 0048-9697. PMID 31374511. S2CID 199387639.
- نمک‌زدایی