تعتمد عملية تصميم محطات التناضح العكسي (RO) على مجموعة من القوانين الفيزيائية والكيميائية لضمان تشغيلها بكفاءة وفعالية. تشمل بعض القوانين الأساسية المستخدمة في الحسابات ما يلي:
1. قانون فيك للانتشار:
يُستخدم هذا القانون لوصف سرعة انتقال جزيئات الماء عبر غشاء التناضح العكسي. ينص القانون على أن معدل تدفق الماء يتناسب مع مساحة الغشاء وفرق الضغط بين جانبي الغشاء ونفاذية الغشاء لماء.
المعادلة:
J = A * ΔP * R * C
حيث:
- J: معدل تدفق الماء (L/s·m²)
- A: مساحة الغشاء (m²)
- ΔP: فرق الضغط بين جانبي الغشاء (Pa)
- R: ثابت الغاز المثالي (8.314 J/mol·K)
- C: تركيز الماء في المحلول (mol/m³)
2. قانون هنري:
يُستخدم هذا القانون لوصف العلاقة بين تركيز المذاب في المحلول وضغط بخاره. ينص القانون على أن ضغط بخار المحلول يتناسب مع تركيز المذاب فيه.
المعادلة:
P = k * C
حيث:
- P: ضغط بخار المحلول (Pa)
- k: ثابت التناسب (Pa·m³/mol)
- C: تركيز المذاب في المحلول (mol/m³)
3. قانون جاي لوساك:
يُستخدم هذا القانون لوصف العلاقة بين حجم غاز ما ودرجته الحرارة وضغطه. ينص القانون على أن حجم غاز معين يتناسب طرديًا مع درجته الحرارة وضغطه عكسياً.
المعادلة:
V ∝ T/P
حيث:
- V: حجم الغاز (m³)
- T: درجة حرارة الغاز (K)
- P: ضغط الغاز (Pa)
4. معادلة برنولي:
تُستخدم هذه المعادلة لوصف تدفق السوائل في أنابيب التغذية والتصريف في محطة التناضح العكسي. تربط المعادلة بين سرعة السائل وضغطه وارتفاعه.
المعادلة:
P + ½ρv² + ρgh = ثابت
حيث:
- P: ضغط السائل (Pa)
- ρ: كثافة السائل (kg/m³)
- v: سرعة السائل (m/s)
- g: تسارع الجاذبية الأرضية (9.81 m/s²)
- h: ارتفاع السائل (m)
5. قوانين الترموديناميك:
تُستخدم قوانين الترموديناميك لفهم وتحليل العمليات الحرارية التي تحدث في محطة التناضح العكسي، مثل ضخ الماء عبر الغشاء وتبريد المحلول.
ملاحظات:
- تُستخدم هذه القوانين الأساسية بالإضافة إلى معادلات أخرى لتصميم مكونات محطة التناضح العكسي، مثل مضخات الضغط العالي، وأوعية الضغط، وأنظمة التنظيف.
- يعتمد تصميم محطة التناضح العكسي على عوامل مختلفة، مثل نوعية مياه التغذية، وسعة الإنتاج المطلوبة، ومتطلبات كفاءة الطاقة.
- تتوفر برامج كمبيوترية متخصصة لمساعدة المهندسين في تصميم محطات التناضح العكسي.