شیمی

آموزش شیمی

یخچال نفتی

 

 

آیامیتوان از گرمای آزادشده از سوختن نفت تبرید انجام داد ؟

 یخچال نفتی و سیستم های مشابه آن(که هم اکنون نیز از روال کاری آن نیز در بعضی سیستم های تهویه و تبرید به نام تبرید جذبی استفاده میشود ) چگونه کار میکنند . یخچال نفتی در مکان هایی استفاده میشود که برق به هر دلیل در ان جا وجود ندارد ولی امکان دسترسی به یک منبع حرارتی با دمای 100 تا 200 درجه وجود دارد . اولین دستگاه تبرید جذبی آب آمونیاک توسط  فردیناند کاری ( Ferdinandcarre ) فرانسوی در 1859 اختراع شد . لازمه درک کار یخچال آشنایی با سیکل تبرید است .

سیکل تبرید به کار رفته دریخچال های برقی ،کولر های گازی و بسیاری از سیستم های تهویه مطبوع سیکل تبرید تراکمی است . اساس کار این سیکل تغییر فاز سیال عامل (یا همان گازیخچال ) بر اثر انجام کار(تراکم ) بر روی ان است. یعنی گاز بر اثر تراکم مایع و مایع بر اثر گرماگیری گاز میشود .واژه فاز  به معنای یک حالت فیزیکی معین  است که ماده به صورت همگن در آن قرار دارد. مخلوط دو فازی یعنی دو حالت  فیزیکی مختلف در یک محفظه وجود داشته باشد .برای مثال مخلوط دو فازی بخار و مایع در خروجی کندانسور بعضی سیکل ها .

اجزاء یک سیکل تبرید را به اختصار معرفی میکنیم:

1- کمپرسور (compressor): به طور کلی وسیله ای است که با دریافت کار محوری توسط یک عامل محرک یک سیال ( گاز یا مایع ) را فشرده میکند .اگر سیال مایع باشد  به آن پمپ میگویند.پمپ و کمپرسور در واقع به ذرات سیال انرژی میدهند که این انژی میتواند به صورت انرژی پتانسیل فشاری ( فشار سیال )یا انرژی پتانسیل گرانشی (ناشی از تغییر ارتغاع سیال ) و یا انرژی جنبشی (افزایش سرعت و دبی سیال )ذخیره شود .

2- کندانسور یا چگالنده(condenser): یک مبدل حرارتی است که گرمای سیال را گرفته معمولا  مقدار کمی از سیال بر اثر گرماگیری مایع میشود و مخلوط دو فازی در خروجی کندانسور تشکیل میشود.در پشت یخچال ها لوله های پره داری میبینید که همان کندانسور هستند .اگر بخواهیم فرآیند گرماگیری تسریع شود از یک فن ( شبیه یه یک پنکه ) که جریان هوا رابه پره ها بزند استفاده میکنیم. این کار باعث افزایش انتقال حرارت جابجایی از لوله ها میشود .

3- لوله مویین ( Capillary tube  ) : مبرد پس از این که از کندانسور بیرون آمد یک  مایع گرم و پر فشار است ( پر فشاری آن به دلیل فشار اولیه اعمال شده به آن توسط کمپرسور است ). اگر این  مبرد از یک لوله بسیار نازک  و نسبتا طولانی عبور داده شود فشار آن بسیار افت میکند و دمای آن پایین میآید . فشار باید آنقدری پایین بیاید که به فشار داخل محفظه یخچال یا اواپراتور برسد . در این حالت یک مایع سرد داریم که بهترین حالت برای گرماگیری و تبرید است . اگر حجم عبوری مبرد زیاد باشد یعنی ظرفیت تبرید بالا باشد نیاز به یک وسیله دیگر به نام شیر انبساط است  که وظیفه کلی آن نیز شبیه به همن لوله مویین است  ولی مکانیزم ان متفاوت است.

4- اواپراتور( evaporator  )  : مبرد با عبور از این قسمت گرمای داخل آن را گرفته و تبدیل به بخار میشود .سپس این بخار دوباره به سمت  کمپرسور رفته و سیکل تبرید دوباره انجام میشود . در شکل زیر یک سیکل تبرید را میبینید .

میبینیم که در این سیستم  با تغییر فاز مبرد  و تراکم آن تبرید انجام میشود . کار محوری مورد نیاز نیز برای همین تراکم است . حال اگر بتوانیم کاری انجام دهیم که فرآیند تغییر فاز مبرد بدون انجام کار محوری و با فرآیندی دیگر انجام شود دیگر نیاز ما به انرژی برق مرتفع خواهد شد .

پس در سیستم جدید کمپرسور حذف میشود . به جای از کمپرسور یک قسمت متشکل از اعضای زیر استفاده میشود در سیستم  تبرید جذبی از مبرد استفاده شده در سیکل تبرید تراکمی نمیتوان استفاده کرد . باید از ماده ای استفاده کرد که قابلیت انحلال در آب را داشته باشد . برای این هدف از موادی مانند آمونیاک (NH3 ) و لیتیم برمید( LI – Br  ) و یا لیتیم کلرید( Li –Cl  )  استفاده میکنند  :

1-  مولد بخار امونیاک (Generator )  : در این قسمت به مخلوط آب و امونیاک حرارت داده میشود تا امونباک ان جدا شده و به از این قسمت خارج شود . در این جا نیاز به یک منبع حرارتی داریم دیگر مهم نیست که این منبع از سوختن نفت یا پروپان یا انرژی خورشیدی و یا انرژی ژئوترمال باشد .

2- مبدل حرارتی بازیاب (Regenerator  ) : محلول آب و امونیاکی که مقدار زیادی از امونیاک ان بخار شده به این مبدل وارد میشود تا ازحرارت آن برای پیش گرم کردن  محلول اولیه ورودی به مولد استفاده شود . باید توجه داشت که وجو بازیاب برای استفاده حداکثری از انرژی حرارتی است و اگر این قسمت را از سیکل حذف کنیم سیکل به کار خود ادامه میدهد ولی ضریب عملکرد آن پایین می آید .  

3- جداکننده رطوبت (Rectifier )  : در این قسمت رطوبت از بخار امونیاک گرفته میشود .

4- جاذب بخار امونیاک (Absorber ) : بخار آمونیاک گرم خروجی از اواپراتور وارد این قسمت میشود تا با انحلال در آب محلول آب امونیاک درست شده و اماده برای پمپ کردن باشد .چون  بخار امونیاک یک گاز است مقدار انحلال پذیری آن تابع دمای محیط واکنش است . هر چه دمای محل واکنش پایین تر باشد انحلال پذیری افزایش مییابد . ضمنا انحلال امونیاک در آب خود نیز واکنشی گرماده ( exothernic ) است .برای همین منظور محفظه جاذب را میتوان با عبور جریان آبی در دمای پایین نگاه داشت و از افزایش حرارت ان جلوگیری کرد .

5- شیر انبساط : یک شیر انبساط در خروجی بازیاب تعبیه شده تا فشار و دمای مایع ورودی به جاذب را کاهش دهد . این مایع بیشتر از آب تشکیل شده و برای گردش دوباره وارد جاذب میشود .

مابقی اجزای سیکل تبرید جذبی همانند سیکل تراکمی است یعنی آمونیاک وارد چگالنده شده و حرارت خود را ازدست میدهد سپس با گذر از یک شیر انبساط فشار آن تا فشار اواپراتور کاهش یافته و  با ورود به اواپراتور شروع به گرماگیری میکند و سپس بخار داغ آمونیاک به محفظه جاذب وارد میشود و سیکل از سرگرفته میشود . نمودار این سیکل که از  یک منبع حرارتی خورشیدی استفاده میکند  به صورت زیر میباشد . مجموعه داخل خط چین نقش کمپرسور را در این سیکل بازی میکند. مشاهده میشود که یک سیکل تبرید جذبی اجزاء پیچیده تر و گران تری دارد .

  
نویسنده : حسنعلی میررشید ; ساعت ٩:٥٠ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٧/۱٢