شیرین سازی آب با استفاده از فرایند هیدرات گازی

امروزه با افزایش جمعیت جهان و گسترش فعالیت های صنعتی، مشکل کم آبی در جهان افزایش یافته و از این رو استفاده از آب دریا به عنوان منبعی برای تولید آب شیرین مورد توجه قرار گرفته است. در سال های اخیر هیدرات در زمینه های مختلفی از جمله فرایندهای جداسازی کاربرد زیادی پیدا کرده که یکی از مصادیق آن، استفاده از آن در فرایند نمک زدایی از آب های شور است. از آن جایی که در فرایند تشکیل هیدرات، نمک ها و ناخالصی ها در ساختارهای هیدرات قرار نمی گیرند، استفاده از این فرایند می تواند برای شیرین سازی آب به کار گرفته شود. هدف از این تحقیق بررسی فرایند شیرین کردن آب با استفاده از فرایندهای کریستالیزاسیون شامل روش های انجمادی و تشکیل هیدرات گازی است. به طور ویژه در فرایند تشکیل هیدرات از ترکیبات تتراهیدروفوران و دی کلرو فلوئورو اتان استفاده شده است که علاوه بر قابلیت تشکیل ساختار دو، توانایی تشکیل هیدرات را درفشارهای پایین تر و دماهای بالاتر داشته باشند. هم چنین شرایط تعادلی تشکیل هیدرات تعدادی از مبردها (به عنوان سازنده های مناسب تشکیل هیدرات در فرایند نمک زدایی) با استفاده از مدل های ترمودینامیکی کلاسیک و جدید پیش بینی شده است. به دلیل ناپایداری کریستال ها، یکی از مشکلات تولید هیدرات در فرایند شیرین سازی آب، در جداسازی کریستال های تشکیل شده از مایع باقی مانده است. در این تحقیق، دستگاهی طراحی و ساخته شده است که در آن علاوه بر فرایند تشکیل، کریستال های هیدرات از محلول دوغاب باقی مانده جدا می شوند. برای تهیه نمونه های شور اولیه، از نمک های کلرید سدیم، کلرید پتاسیم، کلرید کلسیم و کلرید منیزیم و نیز از آب دریای مازندران استفاده شده است. بعد از تشکیل و جداسازی هیدرات از آب شور باقی مانده، با ذوب کریستال ها و تجزیه هیدرات، آب شیرین حاصل شده که راندمان حذف نمک ها در آن در حدود 40 تا 70% به دست آمده است. آزمایش های انجام شده بر روی محصول نهایی (شامل تیتراسیون و نشر شعله) به منظور تعیین غلظت یون های باقیمانده، تاثیر غلظت، نوع یون، نیروی محرکه و نوع فرایند را بر راندمان شیرین سازی نشان می دهد. بر اساس نتایج به دست آمده در درجه حرارت های فوق سرمایش کمتر و نیز در غلظت های شوری پایین تر، بازدهی فرایند شیرین سازی بیشتر است. هم چنین نتایج نشان می دهند که راندمان جداسازی نمک ها از آب شور برای کاتیون هایی با تعداد بار الکتریکی کمتر و شعاع یونی بزرگ تر، بیشتر است. از این رو کارایی فرایندهای نمک زدایی انجمادی و تشکیل هیدرات، برای حذف کاتیون های سدیم و پتاسیم در مقایسه با یون های سختی ساز منیزیم و کلسیم بالاتر است. بر اساس نتایج آزمایشگاهی به دست آمده، فرایند شیرین سازی با تشکیل هیدرات تتراهیدروفوران در مقایسه با روش انجمادی، علاوه بر داشتن راندمان بیشتر به انرژی سرمایشی کمتری برای تامین نیروی محرکه لازم، نیاز دارد. در دستگاه ساخته شده از الگوی فرایند انجمادی استفاده شده است که در آن راکتور شامل لوله مبرد به عنوان یک لوله انتقال حرارت عمل کرده و کریستال ها بر روی یک دیواره سرد تشکیل می شوند. پیش بینی سینتیک رشد کریستال های یخ و هیدرات تتراهیدروفوران بر روی سطح سرد با استفاده از معادلات انتقال حرارت استفان انجام شده است. به منظور حل معادلات در شرایط مرزی متحرک از روش های نیمه تحلیلی شبه پایدار اصلاح شده و اختلال استفاده شده است. در روش شبه پایدار اصلاح شده، نمودارهای سینتیکی رشد کریستال های یخ و هیدرات تتراهیدروفوران در حضور آب خالص به ترتیب با دقت متوسطی در حدود %7 و %4 پیش بینی شده اند. هم چنین روش حل نیمه تحلیلی اختلال با خطایی کمتر از 10%، نمودارهای سینتیکی رشد هیدرات را در شرایط عملیاتی که فاز مایع نزدیک به حالت تعادلی است پیش بینی کرده است.