Pressure Exchanger یا مبدل فشار: تحولی در صنعت تصفیه آب دریا
مبدل فشار (PX) در سیستم های تصفیه آب دریا به ویژه در فرآیندهای نمک زدایی مانند اسمز معکوس (RO)، در واقع یک دستگاه بازیابی انرژی پیشرفته است که برای بهبود قابل توجه بهره‌وری انرژی طراحی شده است. مزیت اصلی استفاده از Pressure Exchanger، کاهش قابل توجه مصرف انرژی است که می تواند بخش بزرگی از هزینه های عملیاتی در مصارف نمک زدایی و تصفیه آب دریا را به خود اختصاص دهد. در این مقاله کاربرد نوآورانه فناوری پرشر اکسچینجر را معرفی می‌کنیم و نقش این سیستم در افزایش عملکرد کلی مصارف آب شیرین کن اسمز معکوس (RO) را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
Pressure Exchanger یا مبدل فشار در دستگاه تصفیه آب چیست؟
مبدل های فشار به عنوان جایگزینی نوآورانه برای توربین معمولی برای بازیابی انرژی در مصارف تصفیه آب صنعتی و نمک زدایی آب دریا با اسمز معکوس (RO) عمل می‌کنند. این دستگاه ها انرژی هیدرولیک را از آب نمک پرفشار (کنسانتره) به طور مستقیم به آب ورودی کم فشار منتقل کرده و در نتیجه کارایی انرژی را به میزان قابل توجهی افزایش می دهند. فرآیند مورد استفاده در این روش شامل عدم اختلاط دو جریان است و یکپارچگی جریان فشار بالا را تضمین می کند.
مبدل فشار تصفیه آب دریا SW به ویژه در مصارفی که هزینه های انرژی سیستم یک نگرانی اصلی است، مانند اقامتگاه های دورافتاده، آبیاری کشاورزی و کاربرد های آب آشامیدنی در مناظق خاص، کاربرد زیادی دارد. این تجهیزات با کاهش قابل توجه مصرف انرژی، باعث صرفه جویی قابل توجهی در هزینه ها شده و مزایای عملیاتی هم در دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس دریایی دارند.
نحوه کار و عملکرد مبدل فشار یا پرشر اکسچینجر
مبدل فشار شامل دو مخزن تحت فشار است که به صورت همزمان کار می کنند. در یک سر مخازن، واحد شیر چک نصب شده و در سر دیگر شیر دوار قرار دارد. شیر دوار به لوله کشی کارخانه متصل است که آب نمک از طریق آن جریان می یابد؛ واحد شیر چک نیز به لوله کشی آب تغذیه متصل است. عملکرد مبدل فشار در چرخه هایی انجام می شود که هر چرخه با چرخش 180 درجه‌ای شیر دوار تعریف می شود. هر چرخه شامل یک فاز کم فشار است که در آن سیال از واحد شیر چک به شیر دوار جریان می یابد و یک فاز فشار بالا که در آن سیال از شیر دوار به واحد شیر چک جریان پیدا می کند. در فاز کم فشار، مخازن تحت فشار با آب دریا پر می شوند و در فاز فشار بالا، آب دریا به درون سیستم تصفیه آب پمپ می شود.
شیر دوار توسط یک سروموتور (گیربکس) هدایت می شود و فعال سازی شیر باعث تغییر فشار در مخازن و جهت جریان خواهد شد. در حین عملکرد متناوب مخازن تحت فشار، یکی از آن ها سیال کم فشار و دیگری سیال فشار بالا را منتقل می کند. مایعات موجود در مخازن همیشه در جهت های مخالف جریان دارند و هر مخزن تحت فشار ممکن است به پیستونی مجهز باشد که سیالات (آب دریا و آب نمک) را جدا می کند.
عملکرد یک مبدل فشار در دستگاه تصفیه آب صنعتی و سایر مصارف، با راندمان فرآیند انتقال انرژی و با درجه اختلاط بین جریان ها و مطابق با فرمول زیر اندازه‌گیری می شود:
در این فرمول، Q معادل جریان، P فشار، L جریان نشتی، HDP دیفرانسیل فشار بالا و LDP دیفرانسیل فشار پایین است. همچنین اندیس B به فشار پایین جریان ورودی دستگاه و اندیس G به فشار بالای جریان ورودی به دستگاه اشاره دارد. میزان اختلاط در واقع تابعی از غلظت گونه ها در جریان های ورودی و نسبت حجم جریان به دستگاه است.
مبدل فشار چگونه به تصفیه آب اسمز معکوس کمک می کند؟
در تصفیه آب صنعتی اسمز معکوس (RO)، مبدل فشار نقش مهمی در افزایش بهره وری انرژی و کاهش هزینه های عملیاتی دارد. معمولا برای شیرین کردن آب دریا فشارهای بین 50 تا 80 بار ضروری است. یک پمپ فشار بالا این فشار ورودی را برای فرآیند RO فراهم می کند. پس از نمک زدایی آب دریا در غشاهای RO، آب نمک غلیظ که با فشار بالا از غشاها خارج می شود، از طریق مبدل فشار جریان می یابد. مبدل فشار این فشار بالا را از آب نمک به طور مستقیم به آب ورودی دریا (آب تغذیه) منتقل می کند. فرآیند بهینه سازی انرژی در دستگاه های تصفیه آب دریا با مبدل فشار به طور موثر انرژی آب نمک را بازیابی و دوباره استفاده می کند که تاثیر زیادی در هدررفت انرژی دارد.
همچنین با انتقال فشار از آب نمک به آب تغذیه، مبدل فشار مقدار انرژی اضافی مورد نیاز پمپ فشار قوی را کاهش می دهد. این فرایند نیز به طور قابل توجهی مصرف انرژی کلی سیستم RO را بهینه سازی می کند. درنهایت، واحد کنترل مبدل فشار برای بهینه سازی کارکرد سیستم اسمز معکوس (RO)، تمام شرایط عملکردی آن را ضبط و پردازش خواهد کرد. کارکرد این واحد باعث می شود که فشار و شتاب ستون های آب در مخازن مبدل، به گونه ای تنظیم شود که عملکرد شیرهای دوار (روتاری ولو) مبدل باعث ایجاد نوسان نشود.
آینده تصفیه آب صنعتی و دریا با تکنولوژی PX یا مبدل فشار
به کارگیری گسترده مبدل های فشار باعث رشد در بازار جهانی نمک زدایی آب دریا شده می شود. از آنجایی که بهره وری انرژی و کاهش هزینه در مواجهه با افزایش قیمت انرژی و نگرانی های زیست محیطی اهمیت زیادی پیدا می کنند، مبدل های فشار به عنوان یک فناوری کارآمد در سیستم تصفیه آب دریا برای بحران کم آبی مورد استفاده قرار می گیرند.
توانایی این سیستم ها در کاهش قابل توجه مصرف انرژی، نمک زدایی را از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر کرده و سرمایه گذاری در پروژه های جدید نمک زدایی را فراهم می کند. این رشد به ویژه در مناطقی با کمبود شدید آب مواجه هستند، مانند خاورمیانه و شمال آفریقا که دولت ها و بخش های خصوصی به طور فزاینده ای به فناوری های پیشرفته نمک زدایی روی می آورند، امکان تولید منابع آب پایدار را تضمین می کند.
