علاقه فزاینده به آمونیاک به عنوان مبرد در حال افزایش است زیرا قوانین مبرد محدودیت‌هایی را بر سایر جایگزین‌های رایج مانند مبردهای مبتنی بر کلر و اجزای فلوئور اعمال می‌کند.
پتانسیل آمونیاک به عنوان یک جایگزین سبزتر (به دلیل عدم کمک به گرمایش جهانی) اکنون توسط تعداد فزاینده‌ای از شرکت‌ها مورد بررسی قرار گرفته است، این امر به‌ویژه در طراحی پروژه‌های خنک‌کننده منطقه‌ای پایدار صادق است.
تبرید آمونیاکی چیست؟
تبرید آمونیاکی نوعی سیستم تبرید است که از آمونیاک (ترکیبی از نیتروژن و هیدروژن – NH3) به عنوان مبرد استفاده می‌کند.
یک روش به طور گسترده مورد استفاده و تثبیت شده برای کاربردهای تبرید صنعتی، اکنون به عنوان یک جایگزین پایدارتر برای خنک‌سازی و روشی که با محدودیت‌های فعلی در این زمینه همخوانی دارد، مورد استقبال قرار می‌گیرد.
اما در واقع، آمونیاک یکی از اولین مبردها بود که تنها در دهه 1920 با کلروفلوئوروکربن‌ها (CFCs) جایگزین شد.
اصل کار سیستم تبرید آمونیاکی به شرح زیر است:
گاز آمونیاک فشرده می‌شود؛ فرآیندی که باعث افزایش فشار و دمای آن می‌شود. حذف گرما از این گاز به این معنی است که به تراکم می‌رسد و در نتیجه به حالت مایع تبدیل می‌شود.
آمونیاک مایع متراکم شده در حال حاضر از طریق یک شیر انبساط جریان می‌یابد، جایی که فشار آن کاهش می‌یابد که نتیجه تبخیر آن است، فرآیندی که همچنین ماده را قادر می‌سازد تا گرما را از محیط اطراف جذب کند و در نتیجه منطقه را خنک کند.
برخی از مزایای تبرید آمونیاکی عبارتند از:
- خواص ترمودینامیکی عالی، به آن اجازه می دهد تا مقادیر زیادی گرما را در طول تبخیر جذب کند.
- بازدهی برجسته در ظرفیت کامل، سیستم‌های تبرید آمونیاکی می‌توانند تا 20 درصد کارآمدتر از سایر سیستم‌های تبرید صنعتی در ظرفیت کامل باشند، در حالی که در ظرفیت جزئی نیز نتایج عالی را نشان می‌دهند.
- محدوده عملیاتی گسترده، آن را برای نیازهای مختلف خنک کننده مناسب می‌کند.
- یک انتخاب سازگار با محیط زیست به لطف ارائه پتانسیل تخریب لایه ازن صفر (ODP) و پتانسیل کم گرمایش جهانی (GWP) ایجاد می‌شود.
- هزینه کم این نوع تبرید که ممکن است حتی به یک دهم مبردهای هیدروفلوئوروکربن معمولی برسد و هزینه عملیاتی کمی دارد.
چه نوع آمونیاکی در سردخانه استفاده می‌شود؟
آمونیاک (NH3، سازمان ملل متحد شیمیایی I.D. شماره 1005) هم به طور طبیعی و هم در نتیجه فرآیندهای واکنشی ساخته دست بشر، مانند گاز حاصل از حیوانات، احتراق سوخت و تصفیه خانه‌های فاضلاب تولید می‌شود.
آمونیاک یک ترکیب شیمیایی قلیایی و بی‌رنگ برای اولین بار در قرن نوزدهم به عنوان مبرد استفاده شد.
وقتی صحبت از نوع آمونیاک مورد استفاده در تبرید می شود، درک این نکته مهم است که سطح خلوص این ماده به چهار درجه ترجمه می‌شود: کود، مبرد، فدرال و متالورژی.
در مورد نوع آمونیاک مورد استفاده در تبرید، باید 99.98 درصد خالص باشد، به طوری که نسبتاً عاری از آب و سایر ناخالصی‌های رایج موجود در سایر گریدهای آمونیاک باشد.
این یک گاز یا مایع شفاف و بی‌رنگ است، خلوص آن برای انجام ماموریت خود به عنوان مبرد بسیار مهم است. در واقع باید حداکثر 150 پی‌پی‌ام آب، 3 پی‌پی‌ام روغن و 0.2 میلی‌لیتر در گرم مواد غیرقابل تراکم داشته باشد.
تنها حدود 2 درصد از 100 میلیون تن آمونیاک تولید شده در مقیاس جهانی به عنوان مبرد استفاده می‌شود. سایر مسائل رایج‌تر شامل اهداف کشاورزی (به عنوان کود یا ضدقارچ) و کاربردهای صنعتی است.
کاربردهای تبرید آمونیاکی
سیستم‌های یخچال‌های مقیاس بزرگ با استفاده از چیلرهای جذبی معمولاً از آمونیاک به عنوان مبرد استفاده می‌کنند. اینها ممکن است شامل تاسیسات تولید مواد غذایی و نوشیدنی، انبارهای سردخانه، نیروگاه‌های سیکل ترکیبی و تاسیسات پتروشیمی باشد. از سوی دیگر، مبرد آمونیاکی را می‌توان در چیلرهای تراکمی نیز استفاده کرد.
این تا حد زیادی به لطف امکانات بزرگتر است که یک اتاق بزرگتر برای پراکندگی ارائه می‌دهد و همچنین قرار گرفتن در معرض محدود با پیامدهای ایمنی بالقوه است که باید هنگام استفاده از آمونیاک در نظر گرفته شود.
در کارخانه‌های فرآوری مواد غذایی برای محصولاتی مانند بسته‌بندی گوشت، لبنیات، ماهی و میوه و سبزیجات، آمونیاک به تامین خنک‌کننده کمک می‌کند.
برای کاربردهای ذخیره‌سازی سرد، انجماد و سرمایش که باعث حفظ و افزایش عمر ماندگاری محصولات غذایی فاسد‌شدنی می‌شود.
انبارهای سردخانه که به غیر از مواد غذایی شامل مواد دارویی، شیمیایی و سایر محصولات حساس به دما هستند، از فساد یا تخریب آن‌ها جلوگیری می‌کند.
کارخانه‌های صنعت نوشیدنی، به خنک کردن و حفظ دمای مطلوب در طی فرآیندهایی مانند دم کردن، تخمیر و ذخیره‌سازی کمک می‌کنند.
در صنایع شیمیایی در فرآیندها، راکتورها و تجهیزات مختلف برای تولید، پالایش و ذخیره مواد شیمیایی به تبرید آمونیاکی نیاز دارند.
در صنعت پتروشیمی به عنوان بخشی از عملیاتی مانند فرآوری گاز طبیعی و خنک‌سازی تجهیزات و مخازن ذخیره‌سازی استفاده می‌شود.
مقایسه گاز فریون یا آمونیاک
گاز فریون که به نام هالوکربن نیز شناخته می‌شود، به عنوان مبرد در دهه 1930 تولید شد. این گاز بی‌رنگ، بی‌بو، غیرقابل‌احتراق و غیرخورنده با سمیت کم است.
فریون‌ها به دلیل کشش سطحی کم، ویسکوزیته کم و دمای جوش پایین، مبرد بسیار مهمی هستند، آن‌ها ترکیبات بسیار بی‌اثر و پایداری هستند.
دو نوع هالوکربن اتان و متان وجود دارد، متان‌ها دیگر در محیط‌های صنعتی به دلیل نگرانی‌های تخریب لایه ازن استفاده نمی‌شوند. (هالومتان R-12 که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرد، به عنوان بخشی از پروتکل مونترال در سال 1995 متوقف شد. به همین ترتیب، تولید R-22 به زودی پایان خواهد یافت.)
کارخانه‌های فرآوری مدرن اغلب از سیستم‌های هالوکربنی مبتنی بر اتان استفاده می‌کنند.
هزینه
در فریون، اگر بار یک سیستم تبرید کمتر از 100 تن (1.2 میلیون Btu/h) باشد، تقریباً مطمئناً یک سیستم هالوکربنی مورد نیاز است. هالوکربن (فریون) ممکن است در سیستم‌های بسیار بزرگتر نیز به کار گرفته شود و بسیاری از افراد به دلایل مختلفی این کار را انجام می‌دهند.
بیشتر هالوکربن‌ها از مزایای کمپرسورهای کوچکتر و ارزان‌تر و انرژی فشرده‌سازی کمتر در دمای انجماد مواد غذایی پایین (30 – تا 45 – فارنهایت) برخوردارند.
علاوه بر این، نصب یک سیستم فریون معمولاً هزینه کمتری نسبت به نصب یک سیستم آمونیاک برای چندین برنامه دارد که تأثیر قابل توجهی بر بودجه پروژه دارد.
با این وجود، کم‌هزینه‌ترین مبرد، آمونیاک است. قیمت R22 تقریباً 2.5 برابر آمونیاک در هر کیلوگرم است، در حالی که R134a حدود 7.0 برابر بیشتر است.
هزینه‌های عملیاتی برای ذخیره‌سازی سرد با آمونیاک، 20 تا 30 درصد ارزان‌تر از R22 است. علاوه بر این، از آنجایی که آمونیاک چگالی کمتری نسبت به هالوکربن‌ها دارد، یک سیستم را می‌توان با نیمی از مواد شارژ کرد.
دما
در فریون، فریزرهای پزشکی و محفظه‌های محیطی که نمونه‌ها و داروهای حساس به دما را نگهداری می‌کنند، توسط سیستم‌های تبرید با دمای بسیار پایین (VLT) محافظت می‌شوند که قابل اعتماد و موثر هستند.
این مبرد برای کاربردهایی که به دماهای بسیار پایین (VLT) – زیر -40 تا -73 درجه سانتیگراد (40- تا -150 درجه فارنهایت) نیاز دارند – در اتاق‌های محیطی و فریزرهای پزشکی مؤثر است.
در آمونیاک، مدت‌هاست که آمونیاک در مکان‌هایی مانند کشتارگاه‌ها، لبنیات، آبجوسازی‌ها، پتروشیمی‌ها و هر جایی که نیاز به خنک‌سازی زیاد داشته باشد، استفاده می‌شود.
اگرچه آمونیاک یک انتخاب ممکن برای نانوایی‌هایی است که از فریزرهای مارپیچ استفاده می‌کنند، نانوایی‌ها معمولاً چنین نیازهای خنک‌کننده قابل توجهی ندارند.
برای فریزر انفجاری با دمای زیر 20- درجه فارنهایت، پیش از این، تصور عمومی استفاده از آمونیاک به جای فریون ممکن است منطقی‌تر باشد.
با این حال، این تصور با فناوری‌های در حال تکامل سیستم‌های گاز فریون تغییر کرده است که در آن اکنون به خوبی برای کاربردهای فریزر انفجاری سازگار شده است.
کارایی
با این حال، یک سیستم تبرید هالوکربن با طراحی خوب می‌تواند با سیستم‌های آمونیاکی رقابت کند و به طور بالقوه از نظر بهره‌وری تا 25٪ از آن‌ها پیشی بگیرد.
آمونیاک، برای انجام همان مقدار کار، نیاز به جابجایی کمتر پوند مبرد دارد، زیرا برای انتقال جرم مبرد به اسب بخار کمتری نیاز دارد و یک سیستم آمونیاکی هزینه کمتری برای راه‌اندازی خواهد داشت.
استفاده
فریون به عنوان یک فناوری گاز تبرید در ویترین سوپرمارکت‌ها، ذخیره‌سازی و پردازش مواد غذایی، ماشین‌های یخ، صنعت داروسازی و غیره حیاتی است.
آمونیاک، به عنوان تثبیت‌کننده، خنثی‌کننده و منبع نیتروژن استفاده می‌شود، آمونیاک همچنین در تصفیه فاضلاب و فاضلاب، سردخانه، لاستیک، خمیر کاغذ و همچنین در بخش مواد غذایی و آشامیدنی استفاده می‌شود، علاوه بر این، در تولید داروها نیز استفاده می‌شود.
تعمیر و نگهداری
نگهداری فریون آسان است زیرا پیمانکاران گرمایش و تهویه مطبوع که به خوبی آموزش دیده‌اند می‌توانند آن را به طور مستقل انجام دهند.
وقتی نوبت به حفظ سیستم آمونیاک در شرایط بکر می‌رسد، باید بدانید که چه کار می‌کنید. اگر یک تکنسین معتبر نیستید و با سیستم آشنایی چندانی ندارید، واقعاً باید یکی را استخدام کنید تا از آن مراقبت کند.
شما می‌توانید با یک سیستم کوچک به تنهایی کارها را راه‌اندازی کنید. با این حال، اگر سیستم بزرگی دارید باید شرکتی را پیدا کنید که دارای شبکه‌ای از تکنسین‌هایی باشد که دارای گواهینامه هستند و در صورت بروز مشکل می‌توانند در تماس باشند.
چالش‌های اصلی فناوری گاز آمونیاک
آمونیاک گازی بی‌رنگ با بوی تند است. بوی تند آن مردم را از خطر گاز هشدار می‌دهد. این گاز خطرناک نیست، اما یک باز قوی است که با اسیدها، حتی در مقادیر کم، واکنش می‌دهد و گازهای سمی یا قابل اشتعال تولید می‌کند.
آمونیاک دارای سطحی از اشتعال‌پذیری در هوا است، اما منجر به انفجار در شرایط بسیار خاص از جمله غلظت آمونیاک در هوا، رطوبت نسبی و دما شده است.
اگرچه آمونیاک در غلظت‌های پایین، غیرسمی است، بوی آمونیاک ممکن است باعث مشکلات تنفسی در کودکان کوچک شود.
اشکال اصلی استفاده از آمونیاک به عنوان مبرد، سمی بودن آن است. در حالی که سیستم قانونی و نظارتی استفاده از آن را به عنوان مبرد ممنوع نمی‌کند، سیستم‌های دیگر، مانند گازهای بدون CFC مبتنی بر فرئون، بسیار ایمن‌تر هستند و احتمال شکایت کمتری دارند.
علاوه بر نیاز به اپراتورها با آموزش های تخصصی، آن‌ها مشمول مقررات سخت‌گیرانه‌تری نسبت به سیستم‌های فریون هستند.
برنامه‌های مدیریت ایمنی فرآیند (PSM) برای تاسیساتی که بیش از 10000 پوند آمونیاک را در محل ذخیره می‌کنند مورد نیاز است.
مزایای فناوری گاز فریون
اکثر سیستم‌های فریون از کمپرسورهای هرمتیک یا نیمه هرمتیک و چگالش هوا خنک/آب خنک استفاده می‌کنند، در حالی که برخی از کمپرسورهای درایو باز و کندانسورهای تبخیری استفاده می‌کنند.
کمپرسور هرمتیک یا نیمه هرمتیک بیشتر گرمای موتور را به سیستم تبرید دفع می‌کند در حالی که موتور سیستم درایو باز گرمای موتور را به جو دفع می‌کند. از طرف دیگر، گرمای موتور نیز می‌تواند به سیستم خنک‌کننده آب منتقل شود.
فریون یک مبرد ساخته دست بشر است که به عنوان جایگزینی برای دی‌اکسید‌گوگرد و آمونیاک ساخته شده است و شما می‌توانید منبع بی‌پایانی از آن‌ها پیدا کنید.
هر دو سیستم کندانسور هوا خنک و تبخیری می‌توانند از فریون به عنوان جایگزین بهره‌مند شوند. سیستم‌های فریون با اندازه کوچک تا متوسط معمولاً از هزینه‌های اولیه کمتر بهره می‌برند.
فریون ممکن است در نهایت گزینه ایده‌آل برای کاربردهای غذایی، دارویی، شیمیایی، لبنیات و غیره باشد.
