در حدود نیمی از ظرفیت آب شیرین کن های نصب شده در جهان، از فرایند تقطیر استفاده می کنند. از نقطه نظر عملی، معمولافرایند تقطیر، تنها برای منابع آب دریا استفاده می شوند. اگرچه در موارد کوچک تر چون واحدهای تقطیر تخصصی به منظور غلیظ سازی فاضلاب و نیز در سیستم های بدون تخلیه مایع استفاده شده است.
هنگام جوشاندن محلول های حاوی نمک، نمک ها در محلول تبخیر نشده باقی می مانند و بخار خارج شده از محلول، تشکیل آب خالص را می دهد. فرایند جداسازی تقریبا به طور کامل و بی عیب انجام شده، اما گرمای نهان موردنیاز برای تبخیر بالاست. در نتیجه، فرایندهای مختلفی به منظور به حداقل رساندن مصرف انرژی توسعه یافته است.
مقادیر موردنیاز بخار برای انجام عمل تبخیر تقریبا با مقدار آب تصفیه شده ای که از محلول حاوی نمک تولید شده، برابر است. در صورت ترکیب متناوب مراحل مختلف و جریان حرارت در طی سیستم، به طوری که از مرحله ای به مرحله بعد انتقال یابد، موجب بهبود میزان کارایی سیستم می شود.
در دستگاه های تبخیر چند مرحله ای، میزان کارایی سیستم متناسب با تعداد مراحل افزایش می یابد. بنابراین دستگاه تبخیر چهار مرحله ای، به ازای هر کیلوگرم جریان بخار داغ، چهار یلوگرم آب تصفیه شده یا آب مقطر تولید می کند. این نسبت آب مقطر به بخار آب نسبت افزایش خروجی نامیده شده که به طور خلاصه با GOR نشان داده می شود.
در واقعیت، نبود کارایی کامل و تلفات ترمودینامیکی وجود دارد که مقدار GOR را به 85 درصد مقدار تئوری آن کاهش داده و در نتیجه مقدار واقعی GOR یک سیستم چهار مرحله ای تقریبا 3/4 است.
تعداد بهینه مراحل یک دستگاه به کاربرد آن به خصوص مقدار و کیفیت بخار یا منبع حرارت و سایر ملاحظات اقتصادی بستگی دارد.
روش تقطیر چند مرحله ای (MED)
فرایند MED که تحت عنوان فرایند جوش چند مرحله ای (MED) نیز شناخته شده، یکی از روش های تجاری معمول برای تصفیه آب دریاست. در فرایند MED عمل تقطیر در لوله های پی در پی، طی مراحل متوالی رخ می دهد، که در طی این فرایند به طور تصاعدی از میزان فشار کاسته می شود. این فرایند از این حقیقت استفاده می کند که با کاهش فشار، دمای جوشیدن آن کاهش می یابد.
در هر یک از مراحل MED، آب سرد دریا روی لوله های داغ که بخار آب در آنها جریان دارد، اسپری می شود، تا جریان بخار در لوله ها متراکم شده و به آب خالص تبدیل شود. بیرون از لوله ها، لایه ای نازک از آب دریا وجود دارد که گرمای جریان بخار را جذب کرده و می جوشد. بخار آب حاصل از این عمل پیش از ورود به مرحله بعدی، از قسمت حذف کننده رطوبت گذشته و قطرات حاوی نمک باقیمانده جدا می گردد. این فرایند در هر واحد تکرار می شود.
آلترنایتوهای دیگری از MED وجود دارند که از لوله های عمودی یا سطوح افقی انتقال گرما تشکیل شده اند.
سیستم های مدرن دارای GOR در دامنه 1/5 تا 10 می باشند و در دمای اوج پساب شور (TBT) از 62 تا 75 درجه کار کرده تا مسائل بهره برداری رسوب گذاری و خوردگی که در دماهای بالاتر اتفاق می افتند را به حداقل رساند. در این TBT پایین، برای انجام فرایند، می توان از بخار با فشار کم استفاده کرد. در موارد مجاورت منبع بخار و MED، می توان از بخار در خلا استفاده کرد.
توان مورد نیاز پمپاژ حدود 0/7 تا kWh 1/2 در هر مترمکعب از محصول آب مقطر است.
کار کردن در این دماهای نسیتا کم، به جابجایی حجم زیادی از بخار آب در خلا نیاز دارد. به منظور کاهش میزان تلفات اصطکاک در هنگام حرکت بخار آب در طی فرایند، دقت در طراحی سیستم ها ضروری است. در صورت افزایش اندازه واحدهای MED، دستیابی به حرکت بخار آب با راندمان بالا مساله بسیار مهمی می شود.
اکسیژن، دی اکسید کربن و سایر گازهای محلول در آب دریا در طی فرایند تبخیر آزاد می شوند. در حالتی که سیستم در شرایط خلا کار می کند، این امکان وجود دارد که طی مراحل مختلف، از طریق رخنه های موجود در دیوارها، هوا وارد سیستم شود. چنانچه این گازهای تراکم ناپذیر (NCG) در سیستم تجمع یابند، انتقال گرما به وسیله فرایندی تحت عنوان عایق گازی به تاخیر می افتد.
سیستم تهویه باید به مجموعه اضافه شود تا NCG به طور پیوسته از سطوح انتقال گرما دور شوند. سیستم های تهویه عمدتا از ترکیب برای خارج کننده بخار و کندانسورهای کوچک تشکیل شده اند که بتوانند همه NCG را خارج کنند.
اغلب اوقات می توان از انرژی جنبشی منبع یا بخار محرکه با استفاده از تراکم حرارتی بخار (TVC یا TC) به منظور افزایش قابل توجه در میزان کارایی سیستم MED استفاده کرد.
MED-TC از ترکیب سیستم MED و جت بخار فشنگی یا ترموکمپرسور تشکیل شده است. ترموکمپرسور با استفاده ای فشار ناشی از بخار محرکه، ظرفیت گرمایی یا همان آنتالپی فرایند بخار آب حاصل از مرحله آخر را بازسازی می کند. با افزایش میزان فشار، بخار آب حاصل از این فرایند می تواند به عنوان جریان بخار برای مرحله اول دوباره بازسازی شود.
بخار آب با فشار بیشتر از 1 بار می تواند در یک ترموکمپرسور استفاده شود. به هر حال برای دستیابی به افزایش محسوس در میزان GOR، استفاده از بالاترین میزان فشار بخار موجود ضروری است. می توان با استفاده از فشار بخار متوسط، میزان GOR سیستم را دوبرابر کرد. اغلب سیستم های MED-TC با استفاده از فشار بخار بالا و به منظور دستیابی به GOR بالاتر از 15 طراحی شده اند.
سیستم های MED-TC با دو سیستم MED و MSF تفاوت دارند. محصول تقطیر MED-TC می تواند شامل میعاناتی غیر از آب مقطر هم باشد. این میعانات ناشی از وجود گازهای مربوط به مواد شیمیایی سمی در داخل دیگ های بخار بوده و چنانچه قرار بر استفاده از آب برای شرب باشد، می تواند خطرساز گردد. تنها در صورت استفاده از بعضی روش های خاص، می توان بخار آب MED-TC را از این بخارهای سمی جدا کرد.
روش جداسازی محصول تقطیر آلوده، جدا کردن محصول تقطیر/ میعان ترکیبی از مرحله اول و به کارگیری آن در موارد صنعتی به جای اهداف آشامیدنی است. روش معمول تر، میعان بخار در دیگ بخار یا ترانسفورماتور بخار (مبدل) دیگر به منظور تولید بخار پاک و تمیز در فشار پایین تر است که می تواند در MED-TC بدون احتیاج به ایزوله کردن محصول میعان استفاده شود.
MED-TC به آب سرد کمتری نیاز دارد، چون در مقایسه با MSF در دمای بالاتر می تواند کار کند. چنانچه میزان GOR یک MED-TC افزایش یابد، جریان آب سرد موردنیاز سیستم به طور چشمگیری کم می شود.