طراحی اسمز معکوس (RO) _ فشار کاری و فشار اسمزی
فشار کاری و فشار اسمزی
در طراحی سیستم های اسمز معکوس (RO) باید به دو مفهوم فشار اسمزی (Osmotic Pressure) و فشار کاری (Operating Pressure) توجه نمود. در ادامه به مفهوم این دو پارامتر و تفاوت آنها می پردازیم.
فشار اسمزی (Osmotic Pressure) :
فرض کنید در یک طرف غشا نیمه تراوا آب خالص و در سمت دیگر آن آب حاوی املاح وجود داشته باشد. فشاری که باید اعمال شود تا جریان طبیعی آب از غشای نیمه تراوا متوقف شود فشار اسمزی خواهد بود. به عبارت دیگر فشار اسمزی یک خاصیت ذاتی است و به نوع محلول بستگی دارد.
این فشار تابعی از غلظت املاح محلول در آب (TDS) است و به طراحی سیستم یا مشخصات پمپ نصب شده در سیستم وابسته نیست . به عبارت دیگر حتی اگر پمپ نصب شده در سیستم اسمز معکوس خاموش باشد، این فشار هم چنان وجود خواهد داشت .
فشار اسمزی برای آبهای معمولی به طور تقریبی از رابطه زیر تبعیت می کند.
π(bar) ≈ ۰٫۰۰۰۷۴×TDS(mg/L)
در رابطه فوق π نشان دهنده فشار اسمزی بر حسب bar است.
در ادامه با ذکر دو مثال به محاسبه فشار اسمزی می پردازیم.
مثال ۱: برای یک نمونه آب لب شور با TDS حدود ۲۵۰۰ میلی گرم بر لیتر ، فشار اسمزی چند بار است ؟
π(bar) ≈ ۰٫۰۰۰۷۴× ۲۵۰۰ (mg/L)= 1.85 bar
مثال ۲: برای یک نمونه آب دریا با TDS حدود ۳۰۰۰۰ میلی گرم بر لیتر ، فشار اسمزی را محاسبه کنید ؟
π(bar) ≈ ۰٫۰۰۰۷۴× ۳۰۰۰۰ (mg/L)= 22.2 bar
فشار کاری (Operating Pressure) :
فشار کاری عبارتست از فشاری که باید پمپ تولید کند تا علاوه بر فشار اسمزی توانایی غلبه بر افت های هیدرولیکی ناشی از لوله و اتصالات و ایجاد فلاکس (FLUX) روی غشای ممبران اسمز معکوس را داشته باشد.
فشارکاری یا عملیاتی برای سیستم های اسمز معکوس از رابطه زیر محاسبه می شود :
Poperating= πosmotic+ Phydraulic+ Pflux
با توجه به فرمول فوق ، بمنظور عبور جریان سیال از روی غشا لازمست تا پمپ علاوه بر فشار اسمزی و جبران افت فشار ناشی از وجود لوله و اتصالات در مسیر عبور آب خام، قادر به تامین فشار بالاتری نیز باشد.
مقایسه فشار کاری و فشار اسمزی :
با ذکر مثال عددی برای فشار کاری و اسمزی در آب لب شور (BW) و آب دریا (SW) به مقایسه فشار در این دو دسته از آبها می پردازیم:
مثال ۳: فشار عملیاتی را برای یک نمونه آب لب شور با TDS حدود ۲۵۰۰ میلی گرم بر لیتر محاسبه کنید ؟
π(bar) ≈ ۰٫۰۰۰۷۴× ۲۵۰۰ (mg/L)= 1.85 bar
بسته به آرایش و تعداد ممبرین ها فشار کاری برابر است با :
Poperating≈ ۱۲ _۱۶ bar
مثال ۴: فشار عملیاتی را برای یک نمونه آب دریا با TDS حدود ۳۰۰۰۰ میلی گرم بر لیتر محاسبه کنید ؟
π(bar) ≈ ۰٫۰۰۰۷۴× ۳۰۰۰۰ (mg/L)= 22.2 bar
Poperating≈ ۴۵ _ ۶۰ bar
نکته قابل توجه در طراحی سیستم های اسمز معکوس برای آب دریا اینست که در این نوع سیستم ها تقریبا نیمی از توان پمپ فشار قوی صرف غلبه بر فشار اسمزی میشود.
این موضوع نشان دهنده این است که در طراحی سیستم های اسمز دریایی، هزینه های انرژی و تعمیرات و نگه داری پمپ ها درصد بالاتری از هزینه ها را به نسبت سیستم های اسمز معکوس آب لب شور به خود اختصاص می دهند.
