التقطير متعدد التأثيرات

التقطير متعدد المراحل ( MED ) هو عملية تقطير شائعة الاستخدام في تحلية مياه البحر . يتكون من عدة مراحل. في كل مرحلة، تُسخّن المياه الداخلة بواسطة البخار في أنابيب، عادةً برشّها بماء مالح. يتبخر جزء من الماء، ويتدفق هذا البخار إلى أنابيب المرحلة التالية، مُسخّنًا ومُبخرًا المزيد من الماء. تُعيد كل مرحلة استخدام الطاقة من المرحلة السابقة، مع انخفاض تدريجي في درجات الحرارة والضغط بعد كل مرحلة. توجد تكوينات مختلفة، مثل التغذية الأمامية والتغذية الخلفية، وغيرها. ^{[ 1 ]} بالإضافة إلى ذلك، يستخدم هذا البخار جزءًا من حرارته بين المراحل لتسخين المياه المالحة الداخلة مسبقًا. ^{[ 2 ]}

يمكن اعتبار المحطة سلسلة من الفراغات المغلقة تفصلها جدران أنبوبية، مع وجود مصدر حرارة في أحد طرفيها ومشتت حراري في الطرف الآخر. يتكون كل فراغ من فراغين فرعيين متصلين: السطح الخارجي لأنابيب المرحلة n والسطح الداخلي لأنابيب المرحلة n +1. يتميز كل فراغ بدرجة حرارة وضغط أقل من الفراغ السابق، وتتراوح درجات حرارة جدران الأنابيب بين درجات حرارة السوائل على جانبيه. لا يمكن أن يكون الضغط في أي فراغ في حالة توازن مع درجات حرارة جدران كلا الفراغين الفرعيين، بل يكون الضغط متوسطًا. في هذه الحالة، يكون الضغط منخفضًا جدًا أو درجة الحرارة مرتفعة جدًا في الفراغ الفرعي الأول، فيتبخر الماء. وفي الفراغ الفرعي الثاني، يكون الضغط مرتفعًا جدًا أو درجة الحرارة منخفضة جدًا، فيتكثف البخار. ينقل هذا التكثف طاقة التبخر من الفراغ الفرعي الأول الأكثر دفئًا إلى الفراغ الفرعي الثاني الأكثر برودة. في الفراغ الفرعي الثاني، تنتقل الطاقة بالتوصيل عبر جدران الأنابيب إلى الفراغ التالي الأكثر برودة.

كلما قلّ سمك المعدن في الأنابيب، وكلما قلّت سماكة طبقات السائل على جانبي جدرانها، زادت كفاءة نقل الطاقة بين الفراغات. ويؤدي إدخال مراحل إضافية بين مصدر الحرارة والمشتت الحراري إلى تقليل فرق درجة الحرارة بين الفراغات، وبالتالي تقليل نقل الحرارة لكل وحدة مساحة من الأنابيب بشكل كبير. تُعاد استخدام الطاقة المُزوَّدة مرات أكثر لتبخير المزيد من الماء، لكن العملية تستغرق وقتًا أطول. تتناسب كمية الماء المُقطَّر في كل مرحلة تناسبًا طرديًا مع كمية الطاقة المنقولة. ^{[ 3 ]} إذا تباطأ النقل، يُمكن زيادة مساحة السطح لكل مرحلة، أي عدد الأنابيب وطولها، على حساب زيادة تكلفة التركيب.

يمكن رشّ الماء المالح المتجمع في قاع كل مرحلة على الأنابيب في المرحلة التالية، نظرًا لأن درجة حرارته وضغطه مناسبان، قريبان أو أعلى بقليل من درجة حرارة وضغط التشغيل في المرحلة التالية. سيتحول جزء من هذا الماء إلى بخار عند إطلاقه في المرحلة التالية بضغط أقل من ضغط المرحلة التي خرج منها.

تحتاج المرحلتان الأولى والأخيرة إلى تسخين وتبريد خارجيين على التوالي. يجب أن تساوي كمية الحرارة المُزالة من المرحلة الأخيرة تقريبًا كمية الحرارة المُزوَّدة للمرحلة الأولى. في تحلية مياه البحر، تُشغَّل المرحلة الأولى والأكثر سخونة عادةً عند درجة حرارة أقل من 70-75  درجة مئوية، لتجنب تكوّن الترسبات. ^{[ 4 ]}

تتطلب المراحل ذات الضغط الأدنى مساحة سطح أكبر نسبيًا لتحقيق نفس نقل الطاقة عبر جدران الأنابيب. وتحد تكلفة تركيب هذه المساحة السطحية من جدوى استخدام ضغوط ودرجات حرارة منخفضة جدًا في المراحل اللاحقة. وقد تُسهم الغازات المذابة في مياه التغذية في تقليل فروق الضغط إذا سُمح لها بالتراكم في المراحل.

يجب تزويد المرحلة الأولى بمياه تغذية خارجية. يتم تسخين أنابيب المرحلة الأولى باستخدام مصدر خارجي للبخار أو أي مصدر حرارة آخر.

يجب ضخ المكثفات (المياه العذبة) من جميع الأنابيب في جميع المراحل من ضغوطها الخاصة إلى الضغط المحيط. كما يجب ضخ المحلول الملحي المتجمع في قاع المرحلة الأخيرة، نظراً لانخفاض ضغطه بشكل ملحوظ عن الضغط المحيط.

• انخفاض استهلاك الطاقة مقارنة بالعمليات الحرارية الأخرى ^{[ 2 ]}
• يعمل في درجات حرارة منخفضة (أقل من 70  درجة مئوية) وبتركيز منخفض (أقل من 1.5) لتجنب التآكل والترسبات.
• لا يحتاج إلى معالجة مسبقة لمياه البحر ويتحمل التغيرات في ظروف مياه البحر
• موثوقية عالية وسهولة في التشغيل
• تكلفة صيانة منخفضة
• تشغيل مستمر على مدار 24 ساعة يوميًا بأقل قدر من الإشراف
• يمكن تكييفه مع أي مصدر حرارة، بما في ذلك الماء الساخن، والحرارة المهدرة من توليد الطاقة، والعمليات الصناعية، أو التسخين الشمسي.
• إنتاج مقطر عالي النقاء باستمرار.

• غير متوافق مع مصادر الحرارة ذات درجات الحرارة العالية بسبب مشاكل الترسّب أثناء تبخر الرذاذ.
• يصعب تصغير حجمها بسبب تعقيدها وكثرة أجزائها المطلوبة.

• مبخر متعدد التأثير
• التقطير الومضي متعدد المراحل