दाब विनिमयक

एक दबाव एक्सचेंजर उच्च दबाव वाले तरल प्रवाह से दबाव ऊर्जा को कम दबाव वाले तरल प्रवाह में स्थानांतरित करता है। कई औद्योगिक प्रक्रियाएँ ऊंचे दबाव पर चलती हैं और उनमें उच्च दबाव वाली अपशिष्ट धाराएँ होती हैं। ऐसी प्रक्रिया के लिए उच्च दबाव वाले तरल पदार्थ प्रदान करने का एक तरीका एक दबाव एक्सचेंजर का उपयोग करके अपशिष्ट दबाव को कम दबाव वाली धारा में स्थानांतरित करना है।

एक विशेष रूप से कुशल प्रकार का दबाव एक्सचेंजर एक रोटरी दबाव एक्सचेंजर है। यह उपकरण अपने घूर्णी अक्ष के समानांतर अनुदैर्ध्य नलिकाओं के साथ एक बेलनाकार रोटर का उपयोग करता है। रोटर दो अंत आवरणों के बीच एक आस्तीन के अंदर घूमता है। दबाव ऊर्जा को रोटर की नलिकाओं में सीधे उच्च दबाव धारा से निम्न दबाव धारा में स्थानांतरित किया जाता है। नलिकाओं में बचा हुआ कुछ तरल पदार्थ एक अवरोध के रूप में कार्य करता है जो धाराओं के बीच मिश्रण को रोकता है। यह घूर्णी क्रिया उच्च दबाव की गोलियां दागने वाली पुराने जमाने की मशीन गन के समान है और इसे लगातार नए द्रव कारतूसों से भरा जाता है। जब दबाव स्थानांतरण प्रक्रिया दोहराई जाती है तो रोटर की नलिकाएं चार्ज और डिस्चार्ज होती हैं।

एक दबाव एक्सचेंजर का प्रदर्शन ऊर्जा हस्तांतरण प्रक्रिया की दक्षता और धाराओं के बीच मिश्रण की डिग्री से मापा जाता है। धाराओं की ऊर्जा उनके प्रवाह की मात्रा और दबाव का उत्पाद है। दक्षता निम्न समीकरण के साथ गणना की गई डिवाइस के माध्यम से दबाव अंतर और वॉल्यूमेट्रिक नुकसान (रिसाव) का एक कार्य है:

$$\eta=\frac{\Sigma\text{ energy out} }{\Sigma\text{ energy in} }=\frac{(Q_G-L)\times(P_G-HDP)+(Q_B+L)\times(P_B-LDP)}{Q_G\times P_G+Q_B\times P_B}\qquad\qquad(1)$$ जहां क्यू प्रवाह है, पी दबाव है, एल रिसाव प्रवाह है, एचडीपी उच्च दबाव अंतर है, एलडीपी कम दबाव अंतर है, सबस्क्रिप्ट बी डिवाइस को कम दबाव फ़ीड को संदर्भित करता है और सबस्क्रिप्ट जी डिवाइस को उच्च दबाव फ़ीड को संदर्भित करता है उपकरण। मिश्रण इनलेट स्ट्रीम में प्रजातियों की सांद्रता और डिवाइस में प्रवाह मात्रा के अनुपात का एक कार्य है।

रिवर्स ऑस्मोसिस
एक अनुप्रयोग जिसमें दबाव एक्सचेंजर्स का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है वह है रिवर्स ऑस्मोसिस (आरओ)। आरओ सिस्टम में, प्रेशर एक्सचेंजर्स का उपयोग ऊर्जा पुनःप्राप्ति डिवाइस (ईआरडी) के रूप में किया जाता है। जैसा कि दिखाया गया है, झिल्लियों [सी] से उच्च दबाव वाला सांद्रण [3] ईआरडी [डी] की ओर निर्देशित होता है। ईआरडी कम दबाव वाली समुद्री जल धारा (धारा [1] धारा [4] बन जाती है) पर दबाव डालने के लिए इस उच्च दबाव वाली सांद्रण धारा का उपयोग करती है, जिसे फिर यह (एक परिसंचरण पंप की सहायता से [बी]) उच्चतम दबाव में विलीन कर देती है। उच्च दबाव पंप [ए] द्वारा बनाई गई समुद्री जल धारा। यह संयुक्त धारा झिल्लियों को पोषण देती है [सी]। सांद्रण ईआरडी को कम दबाव [5] पर छोड़ता है, जो आने वाले फ़ीड जल प्रवाह द्वारा निष्कासित हो जाता है [1]। दबाव एक्सचेंजर्स उच्च दबाव पंप पर भार को कम करके इन प्रणालियों में ऊर्जा बचाते हैं। 40% झिल्ली जल पुनर्प्राप्ति दर पर काम करने वाले समुद्री जल रिवर्स ऑस्मोसिस सिस्टम में, ईआरडी 60% झिल्ली फ़ीड प्रवाह की आपूर्ति करता है। हालाँकि, परिसंचरण पंप द्वारा ऊर्जा की खपत होती है, क्योंकि यह पंप केवल घूमता है और पानी पर दबाव नहीं डालता है, इसकी ऊर्जा खपत लगभग नगण्य है: उच्च दबाव पंप द्वारा खपत की गई ऊर्जा का 3% से भी कम है। इसलिए, झिल्ली फ़ीड प्रवाह का लगभग 60% लगभग बिना किसी ऊर्जा इनपुट के दबाव में होता है।

अनुप्रयोग
समुद्री जल अलवणीकरण संयंत्र कई वर्षों से पीने योग्य पानी का उत्पादन कर रहे हैं। हालाँकि, हाल तक अलवणीकरण का उपयोग केवल विशेष परिस्थितियों में ही किया जाता था क्योंकि इस प्रक्रिया में ऊर्जा की खपत अधिक होती है। अलवणीकरण संयंत्रों के शुरुआती डिजाइनों में विभिन्न वाष्पीकरण प्रौद्योगिकियों का उपयोग किया गया था। सबसे उन्नत मल्टी-स्टेज फ़्लैश आसवन  समुद्री जल वाष्पीकरण डिसेलिनेटर हैं, जो कई चरणों का उपयोग करते हैं और उत्पादित पीने योग्य पानी के प्रति घन मीटर 9 किलोवाट से अधिक की ऊर्जा खपत करते हैं। इस कारण से बड़े समुद्री जल अलवणीकरणकर्ताओं का निर्माण शुरू में कम ऊर्जा लागत वाले स्थानों में किया गया था, जैसे कि मध्य पूर्व, या उपलब्ध अपशिष्ट ताप वाले प्रसंस्करण संयंत्रों के बगल में। 1970 के दशक में समुद्री जल रिवर्स ऑस्मोसिस (एसडब्ल्यूआरओ) प्रक्रिया विकसित की गई थी, जो समुद्री जल को एक तंग झिल्ली के माध्यम से उच्च दबाव में डालकर पीने योग्य पानी बनाती थी और इस प्रकार लवण और अशुद्धियों को फ़िल्टर करती थी। इन लवणों और अशुद्धियों को एसडब्ल्यूआरओ उपकरण से एक सतत धारा में केंद्रित नमकीन घोल के रूप में छोड़ा जाता है, जिसमें बड़ी मात्रा में उच्च दबाव वाली ऊर्जा होती है। इस ऊर्जा का अधिकांश भाग एक उपयुक्त उपकरण से पुनर्प्राप्त किया जा सकता है। 1970 और 1980 के दशक की शुरुआत में बनाए गए कई शुरुआती एसडब्ल्यूआरओ संयंत्रों में कम झिल्ली प्रदर्शन, दबाव ड्रॉप सीमाओं और ऊर्जा पुनर्प्राप्ति उपकरणों की अनुपस्थिति के कारण उत्पादित पीने योग्य पानी के प्रति घन मीटर 6.0 किलोवाट से अधिक की ऊर्जा खपत होती थी।

एक उदाहरण जहां दबाव विनिमय इंजन का उपयोग रिवर्स ऑस्मोसिस झिल्ली प्रक्रिया का उपयोग करके पीने योग्य पानी के उत्पादन में किया जाता है। इस प्रक्रिया में, एक फ़ीड खारा समाधान उच्च दबाव पर एक झिल्ली सरणी में पंप किया जाता है। फिर इनपुट खारे घोल को झिल्ली सारणी द्वारा उच्च दबाव पर सुपर खारा घोल (नमकीन पानी) और कम दबाव पर पीने योग्य पानी में विभाजित किया जाता है। जबकि उच्च दबाव वाली नमकीन पानी अब इस प्रक्रिया में एक तरल पदार्थ के रूप में उपयोगी नहीं है, इसमें मौजूद दबाव ऊर्जा का उच्च मूल्य है। नमकीन पानी में दबाव ऊर्जा को पुनर्प्राप्त करने और इसे खारे घोल में स्थानांतरित करने के लिए एक दबाव विनिमय इंजन का उपयोग किया जाता है। नमकीन पानी के प्रवाह में दबाव ऊर्जा के स्थानांतरण के बाद, नमकीन पानी को कम दबाव में नाली में बहा दिया जाता है।

लगभग सभी रिवर्स ऑस्मोसिस संयंत्र पीने के पानी का उत्पादन करने के लिए समुद्री जल के अलवणीकरण के लिए संचालित होते हैं औद्योगिक पैमाने टर्बाइनों पर आधारित ऊर्जा पुनर्प्राप्ति प्रणाली से सुसज्जित हैं। ये पौधे से निकलने वाले सांद्रण (नमकीन पानी) द्वारा सक्रिय होते हैं और इस सांद्रण के उच्च दबाव में निहित ऊर्जा को आमतौर पर यांत्रिक रूप से उच्च दबाव वाले पंप में स्थानांतरित करते हैं। प्रेशर एक्सचेंजर में नमकीन पानी में मौजूद ऊर्जा को हाइड्रॉलिक रूप से स्थानांतरित किया जाता है और फ़ीड की लगभग 98% दक्षता के साथ। इससे अलवणीकरण प्रक्रिया के लिए ऊर्जा की मांग काफी कम हो जाती है और इस प्रकार परिचालन लागत भी कम हो जाती है। इसके परिणामस्वरूप आर्थिक ऊर्जा पुनर्प्राप्ति होती है, ऐसी प्रणालियों के लिए परिशोधन समय संचालन के स्थान के आधार पर 2 से 4 वर्षों के बीच भिन्न होता है।

कम ऊर्जा और पूंजीगत लागत का मतलब है कि पहली बार दुनिया भर में कई स्थानों पर 1 डॉलर प्रति घन मीटर से कम लागत पर समुद्री जल से पीने योग्य पानी का उत्पादन करना संभव है। यद्यपि उच्च बिजली लागत वाले द्वीपों पर लागत थोड़ी अधिक हो सकती है, पीई में समुद्री जल अलवणीकरण के लिए बाजार का तेजी से विस्तार करने की क्षमता है।

दबाव विनिमय प्रणाली के अनुप्रयोग के माध्यम से, जो पहले से ही अन्य डोमेन में उपयोग किया जाता है, रिवर्स रनिंग पंप या टर्बाइन के उपयोग की तुलना में रिवर्स ऑस्मोसिस सिस्टम की ऊर्जा वसूली की काफी अधिक दक्षता प्राप्त की जा सकती है। दबाव विनिमय प्रणाली, सबसे पहले, बड़े पौधों यानी लगभग के लिए उपयुक्त है। ≥ 2000 m3/d पर्मिट उत्पादन।

यह भी देखें

 * रिचर्ड स्टोवर ने वर्तमान में अधिकांश समुद्री जल रिवर्स ऑस्मोसिस डिसेलिनेशन संयंत्रों में उपयोग में आने वाले ऊर्जा पुनर्प्राप्ति उपकरण के विकास का बीड़ा उठाया है।

संदर्भ

 * Energy Recovery Device Performance Analysis by Richard L. Stover Ph. D.
 * Ghalilah SWRO Plant by Richard L. Stover Ph. D.
 * 
 * 
 * http://www.energyrecovery.com/news/documents/ERDsforSWRO.pdf
 * http://www.energyrecovery.com/news/pdf/eri_launches_advanced_swro.doc
 * https://archive.today/20130421173348/http://www.patentstorm.us/patents/7306437-description.html