فى المقالة دى هنتعرف على أشهر أسئلة وأجوبه منتدى Group Desalination
أسئلة وأجوبه منتدى Group Desalination
1 )ما هو معامل القطبية Factor Polarization ؟
هو معامل مهم جدا لا بد اخذة في الأعتبار عند عمل تصميم لمحطات التحلية. حيث يؤثر هذا المعامل في pressure driving net ( القوة المنتجة الفعالة ) ويعمل على زيادة مقاومة الغشاء بزيادة الضغط الأسموزي, ويمكن تعريفه ببساطة شديدة ) تخيل ان المياة الخام اداخلة والتى تمر على سطح الغشاء عبارة عن طبقتين فوق بعض , طبقه مالصقه لسطح الغشاء وأخرى فوقها غي مالصقة تسمى طبقة الوسط Bulk
ولو فرضنا مثال ان املاح مياه الدخول 40 الف جزء بالمليون واملاح مياه الخروج حوالي 60 الف جزء بالمليون . فاوعي تتخيل ان الاملاح تزيد تدريجي من 40 الي 60 الف وبشكل منتظم ….. ليه ؟ لأن الطبقة الملاصقة للغشاء سوف يخرج منها مياه محاله تاركه خلفها بلورات ملح حقيقية تزيد املاحها بكثير عن 60 الف جزء بالمليون تصل الي اضعاف هذه القيمة ولكن توجد فوقها طبقة غير ملاصقة لسطح الغشاء وتسمي طبقة الوسط املاحها اقل بكثير من الطبقة الملاصقة فتؤدي الي جهد واجهاد كميائي علي سطح
الغشاء وتحدث شيء اشبه بالنبضات علي سطح الغشاء نتيجة وجود تركيزين مختلفين وهذا يسمي القطبية ولكن لا نجد بلورات الملح الملاصقة للغشاء تترسب وذلك لان سرعة المياه بعدها والطبقة التي فوقها تؤدي لسرعة ذوبانها.
والمعادلة الرياضية لهذا المعامل هي
PF = EXE (0.7 X Average Recovery)
Average Recovery = 1-(1-recovery) (1/n)
n (No. of elements in vessel)
2( قام المصمم بعمل ضغط عكسي 0.5 بار على الاغشيه من ناحيه المنتج permeate back pressure مرة عن طريق محبس orifice ومرة اخرى عن طريق رفع خط المنتج 5 متر أيهما صحيح؟
المصمم الذي اعتمد على ضغط عكسي عن طريق رفع خط الانتاج الى اعلى لمسافة 5 متر ارتكب خطأ كبير جدا اذا من هنا لابد ان نراعى ان يكون المسافه بين vessel السفلى واعلى نقطة في خط المنتج لا تزيد عن 5 متر ليه هذة القاعدة مهمة جدا, يحذر اثناء توقف المحطة ان يكون ضغط المياة المنتجة اكبر من ضغط الدخول ب 0.3 بار يعنى لو المحطة توقفت فأن عمود المياة داخل المحطة يتعدى 0.3 بار وضغط الدخول صفر مما سيؤدي الى دمار الاغشيه.
كيف سوف تتدمر الاغشيه؟
هن طريق الضغط العكسي ولكى نفهمها بطريقه مبسطة) فأن خط اللزق glue line بين الطبقات يكون في اتجاة مياة الدخول في حالة وجود ضغط بسيط في اتجاة المنتج يؤدى الى فك خط اللزق وحدوث نقط ضعف فية لا يمكن علاجها.
3( عند تقييم احد مهندسي التشغيل لوحدة تحلية تعمل بنظام موفر الطاق PX لم يتوفر لدية غير عداد لكمية المياة المنتجة فقط ,كيف يستطيع ضبط المحطة وأجراء الحسابات عن طريق جهاز قياس الاملاح؟
أسئلة وأجوبه منتدى Group Desalination
طبعا بفرض انه لا يوجد اي مشاكل فيPX ,نبدء في ضبط نسبة الخلط داخلPX بحيث تكون املاح HP OUT اكبر منLP IN بحوالي) طبقا لمنحني الخلط (
من 300 : 800 جزء بالمليون في حالةPX مقاس 220 و 260 من 700 : 1100 جزء بالمليون في حالةPX مقاس 300
بمعلومية كمية المياه المنتجة نفرض انها مثلا 62 م3/س .نقيس املاح الدخول للاغشية واملاح خروج من الاغشية مباشرة ونحسب نسبة الاستخلاص ) نفرض ان املاح الدخولfeed 40 الف جزء بالمليون والخروج reject 68 الف جزء بالمليون (
نسبة الاستخلاص RECOVERY = 1- (املاح الدخول / املاح الخروج )
%41.17=100*)68000/40000( -1=
نحسب كمية مياه دخول الاغشية feed= كمية المياه المنتجه product /نسبة الاستخلاص
= 62/0.4117 = 150.59 م3/س
اذا كمية مياه الخروج rejected = 150.59 – 62 = 88.59 م3/س
اذا كانPX 220 أوPX 260 نفرض ان كل وحدةPX تحتاج الي تبريد حوالي 0.7 م3/س واذا كان300PX نفرض ان التبريد 0.9 م3/س) طبقا لمنحني الاداء (
في المثال السابق نفرض انه لدينا 3 وحدةPX220 اذا كمية التبريد = 3*0.7= 2.1م3/س
QHPP(C) =Qproducte+cooling for all PX كمية المياه المطرودة من مضخة الضغط العالي = كمية المياه المنتجة + كمية التبريد =64.1 م3/س Qcirulation pump HP OUT (D) =Qfeed – QHPP
كمية المياه المطرودة من طلمبة البوسترHP OUT = كمية مياه دخول الاغشية – كمية المياه الطرودة من طلمبة الضغط العالي = 150.59 – 64.1 = 86.49 م3/س
Q HP IN (G) = Qrejected م3/س 88.59=rejectedكميه مياة الخروج =HP IN كميه مياة الدخول
Q LP IN (B) = Q HP IN (G) + cooling for all PX
بعد ضبط نسبة الخلط كما قلنا سابقا سيكون كمية مياه الدخولLP IN = كميةHP IN +كمية التبريد =
88.59 + 2.1 = 90.69 م3/س
Q LP OUT (H) = Q HP IN (G) + Q LP IN (B) – Qcirulation pump HP OUT (D)
HP OUT كمية مياه -LP IN كمية مياه+ HP IN كمية= LP OUT كمية مياه
= 88.59+ 90.69- 86.49 =92.79 م3/س
4) ما هو الفرق بين قياس العكارة اومعامل الاتساخ بطريقة SDI وطريقة MFI ؟
SDI: The Silt Density Index (SDI) can serve as a useful indication of the quantity of particulate matter in water and correlates with the fouling tendency of RO/NF systems. The SDI is calculated from the rate of plugging of a 0.45 μm membrane filter when water is passed through at a constant applied gauge pressure. The
method is described below. For more details refer to ASTM D4189 /22/.
SDI is sometimes referred to as the Fouling Index (FI)
مؤشر كثافة الطمى(SDI) :هومؤشر يعبر عن كمية الجسيمات في الماء ويرتبط بfouling في أنظمة RO / NF .ويتم احتسابSDI من معدل توصيل من فلترغشاء 0.45 ميكرون , يشار SDI أحيانا باسم
)FI( Fouling Index مؤشر الاتساخ
MFI: The Modified Fouling Index (MFI) is proportional to the concentration of suspended matter and is a more accurate index than the SDI for predicting the tendency of water to foul RO/NF membranes. The method is the same as for the SDI except that the volume is recorded every 30 seconds over a 15 minute filtration period. The MFI is obtained graphically as the slope of the straight part of the curve when t/V is plotted against V (t is the time in seconds to collect a
volume of V in liters). For more details refer to Schippers et al. /23/.
A MFI value of <1 corresponds to a SDI value of about <3 and can be considered as sufficiently low to control colloidal and particulate fouling.
More recently, UF membranes have been used for MFI measurements. This index is called MFI-UF in contrast to the MFI0.45 where a 0.45 μm membrane
filter is used /24/.
مؤشر الاتساخ المعدل(MFI) يتناسب مع تركيز المواد العالقة وهو مؤشر أكثر دقة منSDI . الطريقة هي نفسها بالنسبة SDI إلا أن يتم تسجيل الحجم كل 30 ثانية خلال فترة الترشيح 15 دقيقة .هذة القيم التى تم اخذها يتم توقيعها بيانيا على منحنىT ( V/T)هي الوقت بالثواني , Vحجم في ليتر( .
قيمة MFI ˂1 يناظر قيمة SDI حوالي< 3 ،ويمكن اعتباره ضعيفا بالقدر الكافي للسيطرةعلى الملوثات الغروية وقاذورات
5) مطلوب تصميم محطة تحلية 500 متر مكعب يوم بالمعادلات ؟
طبعا في عشرات التصميمات الخاصة بهذه المحطة ولكن سنبداء في تصميم محطة تقليدية بابسط الطرق مع الاخذ في الاعتبار اعلي معامل للامان
اولا : علينا افتراض قيمة نسبة الاستخلاص وهذه تأتي بالممارسة والخبرة العملية ثم يتم عمل حسابات ترسيب الاملاح لمعرفة هل نسبة الاستخلاص تصلح ام يجب تعديلها ؟؟؟
بمعني يصبح لدينا طريقين للحسابات ) حساب معدات المحطة – وحساب ترسيب الاملاح(
الفلتر الرملي= يتم تصميمه بمعدل فلترة 5 جالون/ دgpm لكل مساحة 1 قدم مربع من الفلتر ,يعنى 12.2 م3/س محتاجة 1 م2 من الفلتر
يعني لو نسبة الاستخلاصΥ= 30 % وكمية المياه المنتجة 20.83 م3/س لمحطة 500 متر مكعب يوم تصبح كمية مياه الدخول
كمية مياه الدخول = كمية المنتج / نسبة الاستخلاص = 69.4 م3/س احنا قنا ان كل 12.2 م3/س محتاجة 1 م2 من الفلتر يعني احنا محتاجين فلتر مساحنه = 69.4 / 12.2 = 5.68 م2
المساحة = ط نق2 يعني قطر الفلتر = 2.69 م نختار قطر فلتر 2.6 متر
الفلتر القطني يتم تصميمه حسب اختيار طول الشمعة ولكن في جميع الاحوال 3.6 جالون / د gpm لكل 10 بوصة من الشمعة. يعنى 0.817 م3/ساعه لكل 10 بوصه.
في حالة الشمعة 40 بوصة يكون معدل الفلترة لها 3.2 م3/س عدد الشمعات 69.4 / 3.2 = 21.68 يعني الفلتر يكون 22 شمعة
ويفضل ان يتم تقليل عدد الشمع بنسبة من 5:8 % عن القيمة التصميمة ليكون هناك فرق ضغط علي الفلتر القطني وهو جديد ليه ؟
عشان لو مفيش فرق ضغط) 0( والشمع لسه جديد وحدث كسر باحدي الشمعات داخليا او رحلت من مكانها مش هنعرف لأن فرق الضغط هيكون برضه) 0 (
لكن لو فرق الضغط والشمع لسه جديد مثلا 0.2 بار وبعد كده حدث كسر هتلاقي فرق الضغط يقل ويصل ل) 0( 0
طلمبة التغذية يتم تصميمها علي 100 % من كمية الدخول الخام طلمبة التغذية يتم اختيارها تصرف 69.4 م3/س ويكون ضغطها
ضغط = ضغط سحب لطلمبة الضغط العالي 2بار + فرق ضغط الفلتر الرملي بار 1 + فرق ضغط الفلتر القطني بار 1 +0.5 بار فرق ضغط الخطوط = 4.5 بار ونختار طلمبة تغذية احتياطية معها
اما طلمبة الغسيل العكسي فنجد ان اغلب المصممين يهملون دقة الحسابات بها ومنهم من يتعامل مع قيم تصميمة وهمية . ظنا منهم ان ضغط الطلمبة لابد ان يكون كافي لعمل الغسيل العكسي بل انتقل هذا المفهوم الخاطيء لدي المشغلين وتجد الفني يقوم بالتخنيق علي محبس خروج الغسيل العكسي رفع الضغط ظنا ان الضغط هيعمل غسيل افضل.
بل علي العكس تماما فان الغسيل العكسي يعتمد بالاساس علي كمية المياه عن ضغط معتدل بمعني ان قلة كمية مياه الغسيل العكسي مع وجود ضغط كبير سيؤدي لأنشاء مجاري بداخل الميديا يهرب منها ضغط المياه مباشرة دون عمل غسيل كامل للميديا
القيمة التصميمة الصحيحة للغسيل العكسي هي 15 جالون / د لكل قدم مربع من الفلتر ولكن طبعا ده كبير جدا واي مصمم لن يضعه فيتم الحساب علي 10 جالون / د لكل قدم مربع بمعني 24.4 م3/س لكل متر مربع من الفلتر
طيب الفلتر اللي اخترناه كان قطره 2.6 م ومساحته 5.3 م2 يعني كمية المياه المطلوبة لعمل غسيل عكسي = 129.4 م3/س وطبعا المصمم هيلاقي الرقم كبير فيبدء في التخفيض
ولكن انا شخصيا افضل عمل الغسيل العكسي بطلمبة التغذية ومعها الطلمبة الاحتياطية يعني مطلوب طلمبة غسيل عكسي تصرف 129 م3/س عند ضغط 3-4 بار
نبداء الان باختيار الاغشية . وهنا لازم نعرف ان اختيار نوع الغشاء مهم جدا جدا . ولكن في التصميم هنلتزم بمالعادلات بغض النظر عن نوع الغشاء ولكن اختيار الغشاء له اساسيات ومقارنات لابد من معرفتها
جميع المصممين الممتازين يقوموا بتصميم المحطة بحيث ان الغشاء يعطي 9 جالون/يوم لكل قدم مربع ولكن مع تحسن معامل النفاذية للاغشية يمكن ان نصمم المحطة حتي 9.2 جالون/ يوم لكل قدم مربع ملحوظه هذة القيمة تقريبا للمياة العادية والتى نسبه العكارة فيها لن تتعتدى 5 ميكرون.
يعني 0.034822 م3 /يوم لكل قدم مربع من الغشاء
يعني احنا محتاجين كام قدم مربع لأنتاج 500 م3/يوم ؟ يبقي محتاجين = 500 / 0.034822 = 14358.738 قدم مربع
لو احنا هنركب الغشاء ذو المساحة 400 قدم مربع يبقي احنا محتاجين كام غشاء ؟ = 14358.738 / 400 = 35.8 غشاء
يعني احنا محتاجين 36 غشاء كل غشاء مساحته 400 قدم مربع
طيب لو احنا اخترنا الاوعية 6 غشاء . ده معناه اننا محتاجين 6 فيزل فقط لكي نفهم المعادلات التي يخضع لها الغشاء سنبداء بتتقيم اداء الغشاء الواحد فقط
أسئلة وأجوبه منتدى Group Desalination
الغشاء يتعرض لقوتين متضادتين ) ضغطين متضادين ( القوة الاولي وتسمي القوة المنتجة والقوة الثانية تسمي القوة المقاومة للانتاج والفرق بين القوتين هو محصلة القوة الفعالة المنتجة ويسميnet driving pressure (force)
اولا: القوة المنتجة) الضغط الذي ينتج مياه : ( وهي الضغط التشغيليPf ويقل الضغط التشغيلي علي طول الغشاء نتيجة فرق الضغط ليصل الي ضغط خروج الاغشية مثلا اول الغشاء يتعرض لضغط 800 وفرق الضغط 20 واخر الغشاء الضغط 780PSI . لو فرضنا اننا نأخذ منتصف الغشاء فان الضغط في منتصف الغشاء = الضغط في اول الغشاء – ) فرق الضغط/ 2(
يعني في المثال السابق هيكون 800 – )20/2( = 790psi
كما ان الضغط التشغيلي ايضا يقل بقيمة الضغط العكسي من ناحية المنتج يعني حضرتك لما تخنق علي المنتج وتعمل ضغط عكسي مثلا 1 بار . ده معناه ان ضغط الاغشية يزيد 1 بار وهذا الزيادة هي زيادة غير فعالة بمعني انها للتغلب علي الضغط العكسي ناحية المنتج وليس لزيادة الانتاجية
اذا الضغط المنتج في منتصف الغشاء = الضغط في اول الغشاء Pf- )فرق الضغط/2(∆2/P – الضغط ناحية المياه المنتجهPp
ثانيا : القوه المقاومة للانتاج : وهي تنتج من الضغط الاسموزي للمياه المالحة حيث ان هذا الضغط لا يسمح بأي انتاج و لهذا نلجاء الي رفع الضغط علي الاغشية. وحيث ان الضغط الاسموزي للمياه او لأي محلول تحسب بالمعادلة الاتية
الضغط الاسموزي لأي محلول ∏= 1.12x (درجة الحرارة بالسليزيوس ̊) x( 273+C مجموع التركيز المولاري لايونات المحلول (Miيعني ايه ؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟
بص حضرتك تمسك التحليل بتاع المياه الخام هتلاقي تركيز العناصر يالمليجرام/ لتر . امسك كل
عنصر واحسب تركيزه المولاري = تركيز العنصر في التحليل ) / 1000x الوزن الجزيئي للعنصر . ( وبعد كده نجمع التركيزات المولاريه ونجيب منها الضغط الاسموزي
طيب الطريقة ديه صعبه ؟؟؟؟؟
نفرض ان درجة الحرارة 25 درجة مئوية اذا
الضغط الاسموزي للمحلول ∏= املاح المحلول xppmCi 0.0104
يعني لو المحطة بتاعتنا املاح الدخول 40 الف جزء بالمليون ونسبة الاستخلاص 30% يبقي الضغط الاسموزي للمياه الداخلة PSI416 = 40000 x 0.0104 = ∏f
طيب احنا عندنا نسبة الاستخلاص 30 % .نقدر نحسب املاح المياه المطرودة من الاغشية Cr= املاح الدخول ) / 1- نسبة الاستخلاص = ( 57142 جزء بالمليون
يعني الضغط الاسموزي لاملاح الخروج x 0.0104 = ∏r املاح الخروج = 594.2psi وبما اننا بناخد منتصف الغشاء يعني الضغط الاسموزي هيكون المتوسط = 505psi وصلنا في البوستات السابقة الي ان القوة المؤثرة علي الغشاء هي قوة منتجة وقوة مقاومة
وعرفنا ان القوة المنتجة = الضغط في اول الغشاء Pf– )فرق الضغط/2(∆2/P – الضغط ناحية المياه المنتجهPp
وعرفنا ان القوة المقاومة = ) الضغط الاسموزي لمياه الدخولf ∏ + الضغط الاسموزي لمياه الخروج r∏( / 2 وعرفنا ازاي نحسب الضغط الاسموزي لمياه الدخول ومياه الخروج
لكن في الحقيقة ان القوة المقاومة هتزيد عن اللي حسبناها …… ليه ؟ بما ان الضغط الاسموزي بيزيد بزيادة تركيز املاح المياه .وطبعا احنا عرفنا ان معامل القطبية ) ارجع للبوستات السابقة ( بيؤدي لاجهاد كميائي وان الغشاء يتعرض لاملاح اكثر من الحقيقية فبالتالي الضغط الاسموزي سوف يزيد بقيمة معامل القطبية
يعني المعادلة تصبح
القوة المقاومة = )معامل القطبيةX (PF ) الضغط الاسموزي لمياه الدخولf ∏ + الضغط الاسموزي لمياه الخروج r∏( / 2
في المحطة اللي بنصممها 500 م3/يوم تعالوا نحسب معامل القطبية ؟؟؟؟
نسبة الاستخلاص المتوسطة للغشاء ︠ Υ = 1– )1– نسبة الاستخلاصΥ ( أس) 1/عدد الاغشية في الفيزلn(
0.0577 =1- 0.9422 = 1- (1 – ) 3.0 (1/)6
معامل القطبية PF= 2.7 أس ) 0.7X نسبة الاستخلاص المتوسطة ︠ Υ( = 1.0409 القوة المقاومة = 1.0409 Psi526 =505 X
لكن اوعي تنسي ان الغشاء صحيح تعرض لأجهاد كميائي وجهد كبير من ناحية واحدة وهي الطبقة الملاصقة لمياه الدخول لكن الطبقة الملاصقة للمياه المنتجة تعملrelaxation للغشاء وبالتالي فان مقاومة الغشاء ) الضغط الاسموزي ( هيقل بقيمة الضغط الاسموزي للمياه المنتجة
اذا المقامة الكلية = (معامل القطبيةX ( الضغط الاسموزي لمياه الدخول + الضغط الاسموزي لمياه الخروج / ( 2 – ) الضغط الاسموزي للمياه المنتجة)
طبعا حضرتك عارف ان الضغط الاسموزي للمياه المنتجة هيكون قيمة ضئيلة جدا يمكن اهمالها لكن طبعا الكلام ده مينفعش مع المتخصصين وفي معادلات لها هنتعرض لها لاحقا مما سبق
القوة المحصلة الفعالة التي تنتج NDP= الضغط في اول الغشاء Pf– )فرق الضغط/2(∆2/P – الضغط ناحية المياه المنتجه Pp– معامل القطبيةX PF ) الضغط الاسموزي لمياه الدخول f∏ + الضغط الاسموزي لمياه الخروج r∏( / 2)+ الضغط الاسموزي للمياه المنتجة p∏.
NDP = Pf – ∆P/2 – Pp – PF (∏f+∏r)/2 + ∏p
تعالي نفرض انك مش هتعمل اي ضغط عكسي علي الخط المنتج يعني قيمتهPp = 0 القوة المحصلةNDP = ضغط التشغيلP∆( – Pf/2 ( – 526
فرق الضغط x 0.01 =∆P عدد الاغشية بالفيزلx متوسط كمية المياه التي تمر داخل كل فيزل أس 1.7 وعشان تريح نفسك افرض دائما انها PSI 25 =∆P القوة المحصلةPF = 526 – 12.5 – Pf = NDP – 538.5 اذا كمية المياه المنتجة لها علاقة بمحصلة القوة الفعالة
Qp(GPD)= NDP X S X N X A X Tcf X Ff X Cf
كمية المياه المنتجة المطلوبة ) بالجالون/ يوم ) =(القوة الفعالةX مساحة الغشاءX عدد الاغشيةX معامل النفاذيةX معامل تصحيح درجة الحرارةX معامل التقادمX معامل الانضغاط
احنا عاوزين 500 م3 /يوم يعني 132100.39 جالون/ يوم
معامل النفاذيةA له معادلة بسيطة جدا ولكن افرضه دايما بـ 0.03 ) هنشرحها بالتفصيل بعد كده) معامل تصحيح الحرارة Tcf = 1 عند حرارة 25 درجة مئوية معامل التقادم Ff = 1 لان الغشاء جديد معامل الانضغاطCf = 1 لان الغشاء جديد يبقي نعوض في المعادلة
132100.39 = القوة الفعالةX مساحة الغشاء 400X عدد الاغشية 36X النفاذية 0.03 القوة الفعالة = 306 PSI
واحنا وصلنا في البوست اللي فات ان القوة الفعالة = ضغط التشغيل – 538.5 من هنا يكون ضغط التشغيل = 306 + 538.5 = 844.5PSI
اذا هنختار طلمبة ضغط عالي تحقق النقطة عند تصرف 69.4 م3/س وضغط 844.5PSI كده يبقي احنا خلصنا
ولكن هيتبقي بعد كده تصميم التربو اوPX