راکتور هیدرولیکی انتقال جرم
HMTR یک راکتور هیدرولیکی برای حل‌کردن هوا و گازهای فرایندی در آب و دیگر مایعات است. این دستگاه از انرژی جریان مایع و فشار ستون آب برای ایجاد تماس مؤثر میان گاز و مایع استفاده می‌کند. بسته به پیکربندی و نیاز پروژه، گاز حل‌نشده می‌تواند بازیابی و دوباره استفاده شود، به‌صورت میکروحباب وارد جریان مایع شود یا به شکل هوای فشرده در دسترس قرار گیرد.
HMTR فناوری اختصاصی کوهاب با معماری و مسیر توسعهٔ مستقل است. سازوکار آن با اجکتورها، دیفیوزرها و ژنراتورهای متداول میکروحباب و نانوحباب تفاوت دارد؛ تماس گاز–مایع، انحلال و جداسازی گاز باقی‌مانده درون خود دستگاه مدیریت می‌شوند.
عملکرد دستگاه به اختلاف هد ورودی و خروجی وابسته است؛ این انرژی از پمپاژ یا اختلاف تراز طبیعی تأمین می‌شود. حداقل یک متر برای شرایط پسیو مناسب است. هد معمول ۲٫۵ تا ۳ متر برای خروجی سطحی یا تزریق تا عمق ۷٫۵ متر و نسبت حجمی گاز به آب حدود ۰٫۳ مطرح است. تزریق عمیق‌تر می‌تواند به هد بیشتر نیاز داشته باشد. مقدار نهایی با دبی و افت مسیر تعیین می‌شود و با ارتفاع کل دستگاه یکسان نیست.
مایع پس از عبور از هدر ورودی، با آشفتگی کمتر و جریان هدایت‌شده وارد می‌شود. کاهش فشار نسبی در محل ورود گاز، آن را به داخل دستگاه می‌کشد.
مخلوط آب و گاز به پایین دستگاه می‌رود. فشار هیدرواستاتیک و تماس فشرده حباب‌ها، انحلال را تقویت می‌کنند؛ آب می‌تواند نسبت به شرایط محیط بیرون فوق‌اشباع شود.
بسته به پیکربندی، گاز مازاد در ناحیه ۶ به‌صورت میکروحباب همراه جریان می‌شود یا در ناحیه ۴ به‌شکل فشرده از آب جدا می‌شود.
در شرایط مناسب و بدون واکنش شدید گاز یا مایع، خروجی عموماً در محدودهٔ اشباع متناسب با شرایط قرار می‌گیرد. مقدار واقعی به دما، فشار، ترکیب گاز و ویژگی‌های مایع وابسته است. محاسبه‌گر، برآورد تعادل نظری را نشان می‌دهد.
دو نمونهٔ ساخته‌شده با آرایش اتصال متفاوت: تزریق در عمق مخزن و نصب خارج از مخزن. ورودی آب و هوا، خروجی آب و هوای فشرده، نمونه‌گیرها و اتصال هدر در تصویر مشخص شده‌اند.
هستهٔ دستگاه فاقد قطعات متحرک است و بدنه با هدف عمر حداقل ۲۵ سال، متناسب با شرایط محیطی طراحی می‌شود. ساختار کامپوزیتی حمل و نصب را ساده می‌کند.
تماس تحت فشار و بمباران حبابی، نزدیک‌شدن به سقف اشباع موضعی را ممکن می‌کند. مخزن بزرگ صرفاً برای تماس گاز–مایع ضروری نیست؛ حجم مخزن ممکن است برای رقیق‌سازی یا زمان ماند فرایند لازم باشد. تخلیه در عمق امکان حفظ غلظت تعادلی بالاتر را فراهم می‌کند.
گاز باقی‌مانده از فرایند انحلال، قابل جداسازی، بازتزریق یا استفاده در مصارف دیگر است و می‌تواند در خروجی عمیق به‌صورت میکروحباب همراه جریان شود.
پسیو یا پمپ‌دار، داخل یا خارج مخزن؛ همهٔ پیکربندی‌ها بدون نیاز به سازه‌های جانبی نگهدارنده و محافظ نصب می‌شوند.
هستهٔ HMTR فاقد قطعات متحرک است و به سرویس دوره‌ای نیاز ندارد. هزینه‌های نگهداری به واحد پمپاژ و در صورت نصب تجهیزات اندازه‌گیری و پایش مربوط می‌شوند.
در مخازن عمیق با طراحی اختصاصی، استفادهٔ مجدد از گاز بازیابی‌شده برای رقیق‌سازی و تزریق میکروحباب، با هدف کاهش نیاز انرژی مجموعه به کار گرفته می‌شود.
کاهش عمق و فشار هیدرواستاتیک، مزیت انحلال و زمان تماس میکروحباب را محدود می‌کند. در آرایش کم‌عمق یا نصب خارجی، شرایط تعادل به فشار سطح نزدیک می‌شود و مزیت انحلال تحت فشار کاهش می‌یابد.
برای مثال، اوزون تولیدشده توسط ژنراتور هواخور فشار جزئی کمتری دارد و برای انتقال جرم مشابه ممکن است دبی آب بیشتری لازم باشد؛ افزایش دبی پمپاژ می‌تواند مزیت انرژی این سیستم را کاهش دهد.
ارتفاع HMTR حداقل ۱۰ متر است. عدم امکان حفاری یا ساخت مخازن عمیق می‌تواند هزینهٔ پمپاژ را افزایش دهد و مزیت انرژی این سیستم را کاهش دهد؛ البته ارتفاع دستگاه برابر هد پمپ نیست.
هزینه اولیه می‌تواند از برخی تجهیزات متداول تزریق گاز بیشتر باشد. برای کاربردهای کوچک یا آبزی‌پروری سنتی، توجیه اقتصادی باید با توجه به دبی، انرژی در دسترس و هزینه کل بهره‌برداری بررسی شود.
در همهٔ آرایش‌ها، ناحیهٔ ۱ بالاتر از سطح آب قرار می‌گیرد. تخلیهٔ سطحی از ناحیهٔ ۲ و تخلیهٔ عمیق از مسیر ناحیهٔ ۳ انجام می‌شود؛ ناحیه‌های ۴ تا ۶ در پوستهٔ بسته قرار دارند.
استفاده از اختلاف تراز برای فشرده‌سازی هوا
قابل طراحی برای جریان‌های آب جاری، متناسب با هد، شرایط محل و سازه؛ جریان ورودی ضمن افزایش اکسیژن محلول، هوای فشرده تولید می‌کند. خط انتقال متناسب می‌تواند این هوا را برای مدیریت دریاچه‌ها و پهنه‌های آبی در فاصله چند کیلومتری برساند. این آرایش برای تراکم هوای بزرگ‌مقیاس و سامانه‌های تبدیل انرژی قابل بررسی است و با رویکرد کمپرسورهای هیدرولیکی تاریخی هم‌راستاست.
هوای فشرده برای تجهیزات پنوماتیکی
این پیکربندی برای تأمین هوای فشرده تجهیزات پنوماتیکی و کاربردهای معادن عمیق قابل بررسی است. فشار به ارتفاع مؤثر ستون آب وابسته است؛ تقریباً هر ۱۰ متر ستون آب، یک بار اختلاف فشار ایجاد می‌کند. تماس مستقیم با آب، گرمای تراکم را دفع می‌کند و فرایند را به تراکم هم‌دما نزدیک می‌سازد. دمای پایین‌تر آب، مقدار بخار آب همراه هوای خروجی را کاهش می‌دهد. هستهٔ دستگاه بدون روغن است.
استفاده دوباره از هوا برای گردش جریان
پس از انحلال گاز در مایع، هوای بازیافتی در ایرلیفت یا تجهیزات پنوماتیکی برای رقیق‌سازی، گردش و اختلاط مخزن به کار می‌رود. یکی از کاربردهای اصلی موردنظر، انحلال اکسیژن هوا در فرایندهای بیولوژیکی تصفیه فاضلاب همراه با مدیریت جریان است.
اولویت با انتقال مؤثر گاز به مایع
گاز مصرف‌نشده پس از عملیات انحلال، جدا و در مدار بازگردانی دوباره به مسیر تزریق اضافه می‌شود تا اتلاف کاهش یابد. برای گازهای فرایندی خورنده، خطرناک یا گران‌قیمت، مدار بسته و اجزای سازگار با همان گاز طراحی می‌شود.
تعادل نظری اکسیژن محلول
در سطح آب
| عمق آب | غلظت، mg/L |
|---|---|
| ۰ متر | ۷٫۷ |
| ۱ متر | ۸٫۵ |
| ۲ متر | ۹٫۳ |
| ۳ متر | ۱۰٫۰ |
| ۵ متر | ۱۱٫۶ |
| ۸ متر | ۱۳٫۹ |
| ۱۰ متر | ۱۵٫۵ |
مصرف لحظه‌ای گاز، واکنش گاز–مایع و شوری لحاظ نشده‌اند. این عدد مرجع تعادل نظری است؛ خروجی واقعی به شرایط گاز، مایع و عملکرد سامانه وابسته است.