نرم افزار wave (Water Application Value Engine)، ارائه شده توسط شرکت DuPont، یک نرم افزار قدرتمند است که برای طراحی سیستم‌های تصفیه آب صنعتی شامل اسمز معکوس (RO)، اولترافیلتراسیون (UF) و رزین‌های تبادل یونی (IX) مورد استفاده قرار می‌گیرد. مزیت اصلی این نرم افزار در طراحی و شبیه سازی همزمان این سه فرایند است که باعث بدست آوردن نتایج بسیار دقیق‌تر می‌شود. در این مقاله به آموزش نرم افزار WAVE می‌پردازیم.

معرفی نرم افزار WAVE طراحی دستگاه تصفیه آب

حتما می‌دانید که سیستم های تصفیه آب صنعتی از فرایندهای مختلفی تشکیل شده‌اند که به صورت متوالی یا مرحله به مرحله عملیات تصفیه را انجام می‌دهند. اولین قدم در ساخت چنین سیستم ‌های پیچیده‌ای طراحی و شبیه سازی تک تک این فرایندهاست. قبلا برای این منظور از نرم افزارهای مختلفی استفاده می‌شد، که هر کدام یک بخش یا مرحله از فرایند را شبیه سازی و تحلیل می‌کرد. ولی چون این نرم افزارها جدا از هم بودند این کار همیشه باعث بروز خطاهایی در نتایج می‌شد. نرم افزار شبیه ساز wave این چالش را حل کرده و شرایطی فراهم کرده که بتوانیم همزمان بخش‌های مختلف سیستم را طراحی و تحلیل کنیم.

به تازگی نسخه جدید این نرم افزار منتشر شده است. در نسخه جدید امکانات جذابی به آن اضافه شده و مواردی زیادی بهبود یافته است که کار با این نرم افزار را بیش از پیش لذت بخش کرده است. در ادامه بعضی از ویژگی‌های جدید و بهبودها را ذکر کرده‌ایم:

برطرف شدن مشکل استفاده از جریان برگشتی (Recycle) که باعث خطا در نرم افزار و بسته شدن آن می‌شد.
در این نسخه محاسبات بیش از پیش سریعتر شده و سرعت نرم افزار افزایش یافته است.
ابزار‌های بسیار پیشرفته‌ای برای مدل‌سازی سیستم‌های تصفیه آب صنعتی به این نسخه اضافه شده است.
در UF گزینه‌های mini-cip و گزینه‌های مختلفی برای عملیات بکواش اضافه شده است، که به شما امکان مدیریت بهتر سیستم را می‌دهد
در سیستم‌های رزین تبادلی یونی (IX) می‌توانید گزارشات بسیار کامل‌تری دریافت کنید که به شما کمک می‌کند درک بهتری از سیستمی که طراحی می‌کنید داشته باشید.
در بخش اسمز معکوس و سیستم‌های ۲ پاس می‌توان جریان برگشتی پاس دوم را هم به خودش و هم به پاس اول برگشت داد. این ویژگی طراح را برای مدیریت و کنترل کیفیت محصول نهایی کمک می‌کند.
جدید‌ترین ممبران‌های اسمز معکوس شرکت فیلم‌تک، نظیر Fortilife CR50 و CR200 به برنامه اضافه شده است.

مطلب پیشنهادی: دستگاه تصفیه آب صنعتی RO چیست؟

آموزش نرم افزار WAVE طراحی دستگاه تصفیه آب

نرم افزار جدید شرکت Dupont را می‌توان یک نرم افزار طراحی RO تمام عیار دانست، و این حداقل کاری است که می‌توانید با آن انجام دهید. خوبی این نرم افزار نسبت به دیگر نرم افزارهای مشابه این است که اطلاعات بسیار جامعی در گزارش خروجی به شما تحویل می‌دهد، که باعث می‌شود دید گسترده‌تری نسبت به سیستم RO خودتان داشته باشید. همچنین آنالیز هزینه‌های عملیاتی یکی دیگر از امکاناتی است که در این نرم افزار طراحی تصفیه آب صنعتی توسعه داده شده، تا جایی که می‌توانید هزینه هر متر مکعب آب تولیدی را به هر واحد پولی که مد نظرتان است محاسبه کنید.

در این مقاله ما طراحی سیستم RO یا همان اسمز معکوس را به عنوان آموزش نرم افزار WAVE برای شما در نظر گرفتیم.

صفحه اول نرم افزار ویو:

آموزش نرم افزار WAVE : طراحی سیستم اسمز معکوس

در شکل بالا مشاهده میکنیم که بعد از باز شدن پنجره اول ، آیکون سیستم RO را جلوی FEED یا همان خوراک قرار داده و پس از ان متوجه میشویم که در تب بالایی پنجره REVERSE OSMOSIS باز میشود. در قسمت PRODUCT دبی یا حجم اب مورد نظر تولیدی بر اساس متر مکعب بر روز( ) وارد کرده و در قسمت water type نوع اب را مشخص میکنیم.

Well water: اب چاه یا اب معمولی
Suface water: اب سطحی
Sea water: اب دریا
Waste water: پساب

در این قسمت بر اساس انالیز اب TDS ان را وارد کرده و روی انالیز NACL زده و اگر دما برایمان مهم باشد ان را هم وارد میکنیم. در قسمت پایین tds و ec اب مشخص میشود. سپس وارد تب REVERSE OSMOSIS میشویم. در این قسمت زیر نوع اب میزان SDI مشخص شده که میتوان از ان در قسمت محاسبه فلاکس استفاده کرد.

فاکتورهای مهم

در بخش بعدی از آموزش نرم افزار WAVE وارد قسمت بعدی میشویم و طبق محاسبات انجام داده که در ادامه مقاله نوشته شده ، تعداد مراحل و تعداد وسل ها و تعداد ممبراین ها و نوع ممبراین را وارد کرده و شکل شماتیک ان را در کنار صفحه مشاهده میکنیم.همچین میزان ریکاوری را بر حسب درصد وارد کرده و مشاهده میکنیم که میزان اب خروجی مطلوب و مورد نظر ما و میزان اب ورودی را به ما نشان میدهد.همچنین پارامتر فلاکس را هم نشان میدهد به شرطی که محاسبات را درست انجام داده باشیم.اخرین قسمت میزان اب برگشتی را نیز به ما نشان میدهد.

Number of stage: تعداد مراحل
# Pv per stage: تعداد پرشر وسل هر مرحله
# Els per Pv: تعداد ممبراین یا المان هر وسل
Element type: نوع المان یا ممبراین
Feed flow: جریان ورودی
Recovery: بازدهی یا راندمان
Permeate flow: جریان تصفیه خروجی
Flux: فلاکس
Bypass flow: جریان پساب

بعد از انکه مراحل بالا را انجام دادیم، بر روی قسمت summery Request زده و گزارش سیستم را مشاهده میکنیم. که در جدول اول میزان فشار جریان خروجی و tds خروجی را به ما نشان میدهد.به چیزی که بسیار باید توجه کنیم میزان فشار و دبی و tds خروجی است و همچنین ممکن است سیستم با این طراحی به ما یک جدول Ro design warning دهد که اشکلات موجود در سیستم طراحی را به ما نشان میدهد.برای رفع این اشکالات از راه حل های که اخر مقاله گذاشته شده استفاده میکنیم.

آموزش نرم افزار WAVE : مشخصات محصول

طـراحی هـر سیستم اسـمز معکوسی بـر اسـاس مـشخصات آبی که انـتظار داریم بـه صـورت مـحصول نـهایی و تصفیه شـده بـرای مـا تـولید کند، انـجام میشـود. مـنظور مـا از مـشخصات مـحصول حجـم و کیفیت آب تصفیه شـدهای اسـت که روزانـه نیازمـند تـولید آن هسـتیم. حجـم آب مـورد نیاز روزانـه در اصـطلاح دبی مـورد نیاز گــفته میشــود که بــا واحــد مــترمکعب در روز m3/d تععین میشـود. همچنین کیفیت مـحصول مـورد نیاز را بـا تعین پـارامـتر TDS آن مـشخص میکنیم. این اطـلاعـات را بـاید از کارفـرمـایی که سفارش طراحی سیستماسمز معکوس را میدهد بگیریم.

آنالیز خوراک

بـعد از تعین مـشخصات مـحصول، حـالا بـاید مـشخص شـود که چـه مـنبع آبی در اختیار داریم که سیستم RO مـا بـاید آن را تصفیه کند و آب بـا دبی وکیفیت مـورد نـظرمـان را تـولید کند. پـس مـا نیاز داریم ابـتدا بـدانیم نـوع مـنبع آبی که در اختیار داریم چیست، و آنـالیز دقیقی از آن را در اختیار داشـته بـاشیم تـا طـراحی سیستم اسـمز معکوس را در آموزش نرم افزار WAVE شـروع کنیم.

تعیین الگوی جریان

در حـالـت کلی سـه نـوع الـگوی جـریان بـرای سیستمهـای اسـمز معکوس اسـتفاده میشـود:

پیوسـته : الگوی استاندارد جـریان بـرای سیستم هـای آب شیرین کن اسـمز معکوس صنعتی بـزرگ از نـوع پیوسـته اسـت. در سیستم هـای پیوسـته خـوراک تـنها یک بـار از درون سیستم عـبور کرده و بـا مـاژولهـای اسـمز معکوس در تـماس قـرار میگیرد. در این حـالـت جـریان تغلیظ شـده ( Concentrare ) از سیستم خارج میشود.
نـاپیوسـته : الـگوی جـریان نـاپیوسـته بـرای سیستمهـای کوچکتر که ظـرفیت پـایین دارنـد، اسـتفاده میشـود. الـبته ممکن اسـت در مـواردی از این الـگوی جـریان بـرای سیستمهـای بـا ظرـفیت بالا هـم اسـتفاده شـود، تـا بـتوان بـا تـعداد مـاژول کمتری در سیستم بـه درصـد بـازیافـت بـالاتـری رسید. سیستمهای اسمز معکوس ناپیوسته الگوی متداول مورد استفاده در مواقعی هستند که خوراک مورد نظر پساب یا فاضلاب است.
نیمه پیوسته : در سیستم های RO کاریرد زیادی ندارند

انتخاب نوع ماژول یا همان المان یا همان ممبراین

انتخاب ماژول ها بر اساس پارامترهای مختلفی صورت میگیرد که در زیر به انها اشاره میکینم:

نوع آب خوراک

پتانسیل فولینگ

کیفیت محصول مورد نیاز

اولویت هزینه سرمایه گذاری یا عملیاتی

اگر خوراک آب دریا باشد از ماژولهای SW استفاده میکنیم، و اگر آب لبشور باشد از ماژولهایBW

با توجه به نوع و میزان هر یک از پارامترهای بالا نوع ماژول متفاوت خواهد شد و همچنین قیمت ان نیز فرق خواهد کرد.

آموزش نرم افزار WAVE: انتخاب فلاکس طراحی

بـا اسـتفاده از فـلاکس طـراحی در قـدمهـای بـعدی مـشخص میکنیم بـه چـه تـعداد مـاژول نیاز داریم تـا سیستم اسـمز معکوس ظـرفیت تـولید دبی مـحصول مورد نیازمان را داشته باشد. پارامتر فلاکس نقش مهم و کاربردی در طراحی این سیستم ها دارد.

اساس انتخاب:

نوع آب خوراک
پیش تصفیه انجام شده ( SDI )

برای هر دو نوع ماژول BW و SW دو جدول جداگانه برای تعیین نوع فلاکس طراحی داریم

جدول راهنمای انتخاب فلاکس:

آموزش نرم افزار WAVE: محاسبه تعداد ماژول

بر سه اساس تعداد ماژول ها یا ممبراین ها محاسبه میشود:

سطح فعال غشا ( SE )
فلاکس طراحی ( F )
دبی محصول ( Qp )

سـطح فـعال مـاژول را از طـریق بـرگـه مـشخصات آن، که در اینترنـت و یا وبسـایت شـرکت سـازنـده مـوجـود است، تعیین میکنیم.

NE = Qp / f * SE

تعداد المان ( ماژول ) = دبی محصول تقسیم بر حاصل ضرب فلاکس طراحی در سطح فعال غشاء

آموزش نرم افزار WAVE: محاسبه تعداد پرشر وسل ( Pressure Vessel ) ( Nv )

پرشر وسل ها یا همان وسل یا همان محفظه ماژول ( ممبراین ) در ظرفیت های مختلف از ۱ تا ۸ ساخته میشود. از تقسیم تعداد ماژول ها بر ظرفیت وسل تعداد ان بدست می اید. وسل ها معمولا در ظرفیت ۶ ساخته میشوند.یعنی یک وسل ۶ المانه به طور مثال وسلی است که ۶عدد ممبراین در ان قرار میگیرند.

محاسبه تعداد مراحل

برای محاسبه این مرحله از طراحی ، دو جدول برای ماژول های BW و SW وجود دارد که درصد ریکاوری( راندمان ) سیستم و تعداد المان ها ( ماژول ) و تعداد مراحل نشان داده شده که طبق ریکاوری سیستم و یا تعداد المان ها ، میتوان تعداد مراحل را بدست اورد.

در محاسبه تعداد المان ها باید سعی کنیم سیستم را جوری طراحی کنیم که کمترین تعداد ماژول را داشته باشیم با بیشترین درصد ریکاوری.تعداد حداقل و حداکثری المان ها از رابطه ای که بر اساس فلاکس سیستم طراحی شده است، بدست می اید. به این صورت که اگر ماکسیمم فلاکس را بگذاریم تعداد مینیمم ماژول بدست می اید و اگر مینیموم فلاکس را بگذاریم تعداد ماکسیمم ماژول را بدست اوریم.

طبق جدول ریکاوری ها میتوانیم تعداد مراحل را به طور تقریبی ببینیم.که در ممبراین های BW تا ریکاوری ۶۰ % و ممبراین های SW تا ۴۰% میتوان از سیستم یک مرحله ای استفاده کرد. اما در کل به جدول ریکاوری نیاز داریم

اگر تعداد مراحل افزایش یافت و سیستم از یک مرحله ای به دو یا سه مرحله ای افزایش یافت باید تقسیم بندی تعداد ماژول ها را بر اساس فرمول زیر انجام دهیم تا طراحی بدون خطایی داشته باشیم.

در سیستم چـند مـرحـله، بـاید مـشخص کنیم چـه تـعداد از PV هـا را در مـرحـله اول قـرار دهیم و چـه تـعداد را بـه مـراحـل بـعد بـفرسـتیم. نسـبت بین مـراحـل ( R ) یعنی تـعداد پرشروسل هـای مـرحـله اول بـه تـعداد آنـها در مرحله دوم.

تعیین نسبت بین مراحل ( R )

که در ان :

( n ) : تعداد مراحل

( Y ) : درصد ریکاوری

() : تعداد کل پرشر وسل ها (PV)

(۱) : تعداد پرشر وسل مرحله اول

در سیـسـتـم RO جـــریـان permeate تـــولیـدی مـــاژول انـتهایی هـر پرشروسل نسـبت بـه اولین مـاژول، کمتر اسـت. اگـر این اخــتلاف خیلی زیاد بــاشــد، عملکرد سیستم اســمز معکوس مـطلوب نیست، و بـاعـث میشـود سیستم بـا ظـرفیت خیلی کمتر از پـتانسیل واقعیش کار کند. پـس باید جریان permeate را بالانس کنیم.

بالانس جریان permeate

افزایش فشار در مرحله دوم

ایجاد فشار در مسیر جریان permeate

هیبرید: استفاده از ماژولهای متفاوت در هرپرشر وسل

هیبرید چیست؟ بکارگیری ماژول با خصوصیت HR در موقعیت ابتدای PV و ماژول با مشخصه LE در انتها

مثال: یک نمونه طراحی سیستم

قدم اول و دوم: شناسایی خوراک و خروجی و پارامترهای مورد نیاز

FEED: خوراک

SEA WATER: آب دریا

TDS: سختی آب (مجموع ذرات جامد غیر قابل حل در اب)

PRETREATMENT: پیش تصفیه

TEMP: دما

RO: اسمز معکوس

: دبی یا حجم خروجی

RECOVERY: راندمان (بازدهی)

CONCENTRATE: پساب

نوع و تعداد المان

قدم سوم و چهارم : نوع المان و تعداد ان را مشخص میکنیم

SW30-XHR-440i

NE|min = 1200 (m3/day)/ 17 (L/m2.h) x 41(m2)* 1000 (L) /24 (h) = 72

NE|max = 94

تعداد پرشر وسل ها

Nv= 72/6=12

R = 1.5

Nv(1) = 7

تک مرحله ای:

دو مرحله ای :

پس از انکه این محاسبات را انجام دادیم نرم افزار ویو را باز کرده و طبق مراحل گفته شده عمل میکنیم.

با چه راه کارهایی Warning های موجود در سیستم را حذف کنیم؟

کاهش ریکاوری
استفاده از وسل با ظرفیت بیشتر ( تعداد المان ها افزایش می یابد )
افزایش تعداد مراحل با توجه به جدول فلاکس

در کل هر چقدر تعداد ممبراین ها کمتر باشد و فشار کمتر باشد و ریکاوری بیشتر باشد و سختی اب خروجی کمتر باشد، سیستم ایده ال تری را طراحی کرده ایم. این یکی از نکات مهم در آموزش نرم افزار WAVE است.

سخن پایانی

در این مطلب سعی کردیم به ساده‌ترین حالت ممکن آموزش نرم افزار WAVE را به شما ارائه کنیم. امیدواریم که این مطلب آموزشی برای شما مفید واقع شده باشد. بدون شک این موارد تنها شامل برخی از مهم‌ترین قابلیت‌های این نرم‌افزار می‌شوند و امکانات بسیار بیشتری در آن گنجانده شده است که در حین کار با برنامه متوجه آن خواهید شد.

شرکت خانواده آب (Water Family) با بیش از ۱۰ سال سابقه در حوزه تولید تجهیزات مرتبط با تصفیه آب و دستگاه‌های خانگی و صنعتی همواره بهترین محصولات را به مشتریان خود عرضه کرده است. چنانچه به راهنمایی و مشاوره در این خصوص احتیاج دارید با کارشناسان ما از طریق کانال‌های ارتباطی درج شده در سایت در تماس باشید.