多段フラッシュ蒸留

多段フラッシュ蒸留（MSF）は、海水を蒸留する水脱塩プロセスであり、本質的には向流式熱交換器の複数段階で水の一部を蒸気にフラッシュします。現在のMSF設備は最大30段になる場合があります。^{[ 1 ]}

多段フラッシュ蒸留プラントは、世界の脱塩水の約26%を生産している。エネルギー消費量がはるかに少ないため、新しい脱塩プラントのほぼすべてが逆浸透法を使用している。 ^{[ 2 ]}

このプラントは、ステージと呼ばれる一連の空間から構成されており、各ステージには熱交換器と凝縮水コレクターが設置されています。この一連の構造は、低温側と高温側から成り、中間ステージは中間温度となっています。各ステージの圧力は、そのステージ温度における水の沸点に応じて異なります。高温側の後には、ブラインヒーターと呼ばれる容器があります。

このプロセスは以下の手順で進められます。

1. プラントが定常状態で稼働している場合、冷たい入口温度の給水は、段階的に熱交換器を通過して温まります。
2. 塩水加熱器に到達する時点で、すでにほぼ最高温度に達しているため、さらに加熱が行われる。
3. ヒーターを通過した水は、バルブを通って、圧力と温度がさらに低下する段階へと戻される。
4. 各段を循環して戻ってくる水は、流入水と区別するためにブラインと呼ばれます。ブラインが各段に入ると、その温度はその段の圧力における沸点を超えており、ブライン水のごく一部が沸騰（「フラッシュ」）して蒸気となり、平衡状態に達するまで温度が低下します。
5. 生成された蒸気は、熱交換器内の給水よりもわずかに温度が高い。
6. 蒸気は熱交換器のチューブで冷却・凝縮し、それによって前述のように給水を加熱する。^{[ 3 ]}

すべての段階での総蒸発量は、使用する温度範囲にもよりますが、システムを流れる水の最大約85%に達します。温度が上昇するにつれて、スケール形成と腐食の問題が深刻化します。110～120  ℃が上限のようですが、スケール防止には70  ℃以下の温度が必要になる場合があります。^{[ 4 ]}

給水は凝縮した蒸気の潜熱を運び去り、段内の低温を維持します。新しい温かい塩水が段に入ると同量の蒸気が生成され、熱交換器のチューブ上で凝縮して蒸気が除去されるため、チャンバー内の圧力は一定に保たれます。平衡状態は安定しており、もしある時点で蒸気がさらに生成されると、圧力が上昇し、蒸発が抑制され、凝縮が促進されます。

最終段階では、ブラインと凝縮液の温度は入口温度に近い値になります。その後、ブラインと凝縮液は、この段階の低圧状態から大気圧までポンプで排出されます。ブラインと凝縮液は、排出時にシステムから失われるわずかな熱を保持しています。ヒーターで加えられた熱が、この損失を補います。

塩水加熱器に加えられる熱は、通常、海水淡水化プラントに併設された工業プロセスから発生する高温蒸気の形で供給されます。この蒸気は、塩水を運ぶチューブ（各段階と同様）に接触させて凝縮させます。

蒸発を可能にするエネルギーは、加熱器から出る塩水の中に存在します。最低圧力と最低温度で一段階ではなく複数段階で蒸発させる理由は、一段階の場合、給水は入口温度と加熱器の中間温度までしか温まらず、蒸気の大部分が凝縮せず、最低圧力と最低温度を維持できないためです。

^{このようなプラントは、蒸留水1立方} メートルあたり23～27 kWh （約90 MJ/m³ ^）のエネルギーで稼働できます。^{[ 5 ]} 

プロセスに流入する低温の塩水は、塩分を含む廃水／蒸留水と逆流するため、流出時に放出される熱エネルギーは比較的少ない。熱の大部分は、ヒーターに向かって流れる低温の塩水によって吸収され、エネルギーがリサイクルされる。

MSF蒸留プラント、特に大型のものは、コジェネレーション構成で発電所と組み合わされることが多い。発電所からの廃熱は海水の加熱に使用され、同時に発電所の冷却にも利用される。これにより、必要なエネルギーが半分から3分の2に削減され、MSFプラントの運転コストの中でエネルギーが圧倒的に大きいため、プラントの経済性が大きく変わる。MSF蒸留の主な競合である逆浸透は、より安価な低品位廃熱ではなく、より多くの海水の前処理とメンテナンス、そして仕事（電気、機械動力）の形でのエネルギーを必要とする。^{[ 6 ] [ 7 ]}

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• 再生式熱交換器

• 国際海水淡水化協会
• 脱塩と水資源に関する百科事典
• 多段フラッシュ蒸留プロセスのエネルギー消費改善の見通しOA Hamed、GM Mustafa、K. BaMardouf、H. Al-Washmi。サウジアラビア海水淡水化公社、2015年。2016年5月21日取得。
• Hamed, Osman A. (2017年6月). 「多段フラッシュ（MSF）海水淡水化プラントにおけるスケール制御 ― 得られた教訓」Desalination and Water Treatment . 81 : 19– 25. Bibcode : 2017DWatT..81...19H . doi : 10.5004/dwt.2017.21075 .