ما هي أنواع أجهزة التبخير والتبلور للمحلول الملحي المركز؟

تتوفر أجهزة تبخير وتبلور المحلول الملحي المركز بأنواع مختلفة، يمكن تصنيفها وفقًا لأربعة أبعاد: "نوع المبخر"، "طريقة التبلور"، "طريقة استخدام البخار"، و"ما إذا كانت تقنية الأغشية مقترنة". تُلخص الأنواع الرئيسية المتوفرة حاليًا في السوق المحلية، والمجدية تجاريًا، والمتوقع أن تعمل بثبات حوالي عام ٢٠٢٥، على النحو التالي:

I. التصنيف حسب بنية المبخر

١. مُبخِّر أحادي التأثير:  أبسط هيكل، يستخدم بخارًا نقيًا في تمريرة واحدة، ويستهلك حوالي طن واحد من الماء. مناسب لكميات المياه الصغيرة (≤ ٣ أطنان/ساعة) أو في الحالات التي تمتلك فيها الشركات حرارة مهدرة منخفضة التكلفة/بخارًا مهدرًا منخفض الضغط.

٢. مُبخِّر متعدد التأثيرات:  ٣-٨ مُبخِّرات متصلة على التوالي، مع استخدام المُبخِّرات اللاحقة للبخار الثانوي الناتج عن المُبخِّرات السابقة، مما يُنتج ٠.٢٥-٠.٣٥ طن من البخار لكل طن من الماء. استثمار مُعتدل، واستقرار تشغيلي عالٍ، وجهاز أساسي للمشاريع المُبكرة الخالية من الانبعاثات.

٣. مُبخِّر MVR:  تُسخِّن ضواغط الطرد المركزي/روتس البخار الثانوي إلى درجة حرارة تتراوح بين ١٨ و٢٥ درجة مئوية لإعادة استخدامه، مستهلكةً ٢٥-٣٥ كيلوواط/ساعة فقط من الكهرباء لكل طن من الماء، ولا تحتاج تقريبًا إلى بخار نقي. سعات التبخير التي تتراوح بين ١ و١٥٠ طن/ساعة هي وحدات معيارية، مما يجعلها الحل الأمثل لتوفير الطاقة للسعات التي تزيد عن ٥ أطنان/ساعة.

4. مُبخِّر الغشاء المتساقط/الصاعد:  يُشكِّل سائل التغذية غشاءً داخل أنبوب رأسي، مما يُنتج معامل نقل حرارة عالٍ ومساحة صغيرة. عند اقترانه بمُبخِّر غشاء مائي (MVR)، يُمكن تقليل استهلاك الطاقة لكل طن من الماء بنسبة 10-15%. مُناسب للمحلول الملحي المُركَّز منخفض اللزوجة وغير المُكوِّن للتكلس، مثل مياه الصرف الصحي المُنتَجة من نوع كلوريد الصوديوم (NaCl).

5. مبخر الدورة القسرية:  تغسل سرعة التدفق العالية (2-4 م/ث) سطح التسخين، مما يوفر قدرة قوية مضادة للتكلس؛ وغالبًا ما يتم دمجه مع MVR ومبلور للمواد الصلبة العالية، مما يسهل تبلور كبريتات الصوديوم ومياه الصرف الصحي الحمضية الفوسفورية.

II. التصنيف حسب نوع مقطع التبلور

1. جهاز التبلور DTB (أنبوب السحب والحاجز):  أنبوب توجيه مدمج + منطقة ترسيب حلقية، حجم جسيم قابل للتعديل 0.6–1.2 مم، سعة عالية، مناسب للتبلور الجزئي لكلوريد الصوديوم وكبريتات الصوديوم.

٢. مُبلور كسور SL (كريستال):  تنمو البلورات مُعلقةً داخل أرجل التجزئة، مما يُؤدي إلى انخفاض تشبع السائل الأم وزيادة اتساق حجم جزيئات المنتج. يُستخدم عادةً في الأملاح الصناعية عالية النقاء.

3. جهاز التبلور السريع بالدوران القسري:  تبريد سريع + تسخين بالدوران الخارجي، مناسب للمواد الحساسة للحرارة أو الأنظمة التي تتطلب تبلورًا على مرحلتين (على سبيل المثال، MgS₄·7H₂).

٤. مُبلور تبريد سطحي/تبريد بالتفريغ:  تُزال الحرارة عبر مبادلات حرارية تفريغية أو صفائحية. لا يحتوي على قسم تبخير؛ ويمكن توصيله على التوالي بوحدة تبخير لتقليل حجم السائل الأم النهائي.

III. التصنيف حسب طريقة استخدام مصدر البخار/الحرارة

1. جهاز التبلور متعدد التأثيرات بالبخار الطازج:  يعمل بالبخار المرجل، ويستهلك طاقة عالية ولكنه لا يحتاج إلى محرك عالي الطاقة، وهو مناسب للمتنزهات الصناعية الشمالية ذات أسعار الكهرباء المرتفعة وأسعار البخار المنخفضة.

2. نوع الضغط الكهربائي MVR (السائد):  محرك كهربائي بالكامل، يمكن ربطه بالطاقة الشمسية، والكهرباء خارج أوقات الذروة، وتوليد الطاقة الحرارية المهدرة داخل المصنع، مع أدنى تكلفة تشغيل وأصغر بصمة.

3. إعادة ضغط البخار الحراري (TVR) + النوع الهجين متعدد التأثيرات:  يستخدم بخارًا طازجًا عالي الضغط لتحفيز البخار الثانوي، مع استهلاك طاقة أقل من إعادة ضغط البخار الحراري (MVR)، ولكنه لا يزال يتطلب حوالي 30% من البخار الطازج. مناسب للمحطات ذات ضغط البخار ≥ 0.6 ميجا باسكال.

٤. جهاز اقتران تقطير وتبلور الغشاء بمصدر حرارة منخفض الحرارة:  ماء ساخن/حرارة مهدرة (٤٠-٧٠ درجة مئوية) + غشاء دقيق المسام كاره للماء. يُجرى تركيز تقطير الغشاء أولاً، يليه ترسيب الملح في جهاز التبلور. يتراوح استهلاك الطاقة بين ٨ و١٥ كيلوواط/ساعة لكل طن من الماء. حاليًا، لا يزال هذا الجهاز في مرحلة العرض التجريبي.

رابعًا: التصنيف باستخدام عملية "التبلور الغشائي والتبخير" المتكاملة

1. فصل الأملاح بتقنية NF (الترشيح النانوي) + التبلور بالتبخير بتقنية MVR:  أولاً يتم فصل الأملاح ثنائية التكافؤ/أحادية التكافؤ، ثم يتم إدخالها بشكل منفصل إلى المبخر، للحصول على NaCl وNa₂S₄ بنقاء > 97% ومعدل أملاح متنوعة < 5%.

2. التركيز النهائي R/DTR عالي الضغط + التبلور بالتبخر:  يركز TDS من 50000 مجم/لتر إلى 180000-220000 مجم/لتر، بنسبة انخفاض 70%، قبل إدخاله في المبخر، مما يقلل بشكل كبير من استثمار التبخر.

٣. التناضح الأمامي (F) + التقطير الغشائي (MD) + التبلور:  يُركّز TDS عند درجة حرارة وضغط محيطيين باستخدام F، ثم يُستعاد السائل المُحرّك باستخدام MD ويتبلور. مناسب لمياه الصرف الصحي الدوائية الحساسة للحرارة أو عالية التركيز.

الأجهزة المتخصصة للسيناريوهات الخاصة

١. برج تجفيف رذاذ غازات المداخن بالحرارة المهدرة - التبلور:  يستخدم هذا البرج غازات المداخن بدرجة حرارة تتراوح بين ١٥٠ و٢٠٠ درجة مئوية لتفتيت محلول ملحي مركز مباشرةً. بعد تبخر الماء، يُجمع غبار الملح بواسطة جامع غبار، مما يمنع تصريف السوائل. تكلفة منخفضة، لكن جودة الملح أقل.

٢. جهاز عائم للتبخر والتبلور السطحي يعمل بالطاقة الشمسية:  يطفو غشاء ضوئي حراري قائم على الكربون على سطح خزان ماء، ويتبخر تحت أشعة الشمس. يحدث التبلور في القاع. مناسب لمناطق التعدين أو الجزر التي تعاني من نقص المياه والطاقة. تبلغ سعة المعالجة عادةً أقل من طن واحد يوميًا.

٣. مُبلور التجميد:  تُخفَّض درجة الحرارة أولًا إلى -٥-٥ درجات مئوية. باستخدام خصائص التبلور منخفضة الحرارة لـ Na₂S₄، يُفصل ملح جلوبر عن كلوريد الصوديوم. وغالبًا ما يُدمج مع قسم التبخير لتقليل استهلاك الطاقة وزيادة القيمة المضافة للملح.

سادسا. ملخص نقاط الاختيار

1. حجم المياه <3 طن/ساعة، بخار وفير - اختر بلورات ذات تأثير واحد أو متعدد التأثيرات؛

2. حجم المياه 5-100 طن/ساعة، سعر كهرباء معقول - يفضل استخدام الدورة القسرية ذات معدل التدفق المتوسط؛

3. متطلبات عالية لحجم جسيمات البلورة ونقائها - استخدام بلورات DTB/SL؛

4. يحتوي على أملاح مختلطة ثنائية التكافؤ/أحادية التكافؤ ويتطلب استعادة الموارد - استخدم أولاً NF لفصل الأملاح، ثم خطوط التبخر المزدوجة؛

5. يحتوي على حرارة مهدرة منخفضة الحرارة أو غاز دخان - فكر في الفيلم المتساقط + TVR، أو التقطير الغشائي، أو التجفيف بالرش لغاز الدخان.

جميع الأجهزة المذكورة أعلاه صُنعت في الصناعات الكيميائية المنزلية للفحم، وإزالة الكبريت من محطات الطاقة، ومعالجة مياه الصرف الصحي لبطاريات الليثيوم، والمجمعات الصناعية المعدنية والكيميائية. يمكن للشركات اختيار مسار "التقنية الواحدة" أو "العملية المزدوجة" وفقًا لجودة المياه، وهيكل مصدر الحرارة/مصدر الطاقة، وأهداف استغلال موارد الملح، وميزانية الاستثمار لمرة واحدة، لتحقيق أهداف "الاختزال - التبلور - استغلال الموارد" و"عدم انبعاثات" المحلول الملحي المركز.