[[ بررسی فرمولاسیون ، نامگذاری و طبقه بندی مبردها ]]

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
با توجه به کاهش لايه ازن كه به موجب تركيبات شيميايي حاوي برم و كلر مي باشد ، تلاش بر اين است كه توليد اين محصولات متوقف گردد . معيارهاي انتخاب مبردها در حال حاضر ، بر اساس پخش مواد شيميايي در فضا به دليل فعاليتهاي بشر و تاثيرات اين مواد در تغيير شرايط آب و هوايي كره زمين معطوف شده است. تلاش ها بر اين است كه مواد ايده آل جايگزين مبردهاي قبلي گردد . اين مواد بايستي بي تاثير بر روي محيط زيست و ايمني باشند و همچنين بايد از نظر حرارتي و شيميايي پايدار و حداكثر بازده را داشته باشند. آناليزهاي صورت گرفته در اين قسمت بيانگر ديدگاه كلی در جهت كشف و توليد مبردهاي ايده آل مي باشد كه داراي احتمال بسيار ضعيف مي باشد . بر اين اساس تلاش ها بر اين است كه مبردهايي اتخاب شوند كه حد واسطي از شرايط مطلوب را داشته باشند .

فصل اول
1-1 تعریف مبرد.
1-2 مبردهای مایع.
1-3 سیکل تبرید...
1-4 سیستم های تبرید....
1-4-1 تبرید خانگی....
1-4-2 تبرید تجارتی..
1-4-3 تبرید صنعتی.
1-4-4 تبرید در دریا و حمل نقل.
1-4-5 تهویه مطبوع..
1-4-6 نگهداری مواد غذایی..

فصل دوم : ویژگی های یک مبرد ایده آل
2-1 مسائل و پيامدهاي زیست محيطي
2-1-1 کاهش لايه ازن..
2-1-2 گرم شدن زمين..
2-1-3 ODP در برابر GWP.....
2-2 اهميت راندمان يا بازده....
2-3 مشخصات ایمنی...
2-3-1 سمّی بودن ..
2-3-2 اشتعال پذیری و قابلیت انفجار .
2-4 ملاحظات اقتصادی و غیره..

فصل سوم ( نامگذاری مبردها ) ..
3-1 نامگذاری مبردها.
3-1-1 پيشوندها ...
3-1-2 پسوند ها ..
3-1-2-1 هيدروكربن ها و مشتقاتشان
3-1-2-2 مخلوط هاي آزئوتروپ و زئوتروپ.
3-2 طبقه بندي از لحاظ ايمني .....
3-2-1 طبقه بندي بر اساس سميت .
3-2-2 طبقه بندي بر اساس قابليت اشتعال پذيري .
3-2-3 مخلوط ها ..

فصل چهارم ( طبقه بندی مبردها ) ..
4-1 هالوکربن ها .
4-1-1 ترکیبات کلروفلوئوروکربن ( CFC و HCFC)
4-1-3 توسعه اصلی..
4-1-4 پیشرفت تجاری و استفاده
4-1-5 پیامدهای زیست محیطی.
4-1-6 ایمنی...
4-2 هیدروکربن ها..
4-2-1 ملاحظات در مورد هیدروکربن ها..
4-2-2 خصوصیات هیدروکربن ها به عنوان مبرد
4-2-3 سازگاری با ساختار مواد.
4-2-4 اشتعال پذیری...
4-3 آمونیاک (NH3 ) ..
4-4 دی اکسید کربن (CO2 ) ...
4-4-2 دی اکسید کربن به عنوان مبرد فرار ثانویه....
4-4-1 دی اکسید کربن در سیستم های افشانه ای.....
4-4-3 دی اکسید کربن به عنوان یک مبرد کامل..

فصل پنجم ( بررسی مبردها ) ....

5-1 گذشته.....
5-1-1 قرن نوزدهم ....
5-1-2 اوایل قرن بیستم .
5-1-3 عناصر Midgley.
5-2 در حال حاضر ( ارائه شده )..
5-2-1 یخچال های خانگی......
5-2-2 سیستم های تهویه مطبوع خودرو ....
5-2-3 سیستم های سردسازی تجاری ..
5-2-4 سیستم های تهویه ی مطبوع هوا...
5-2-5 سیستم های صنعتی ....
5-3 مبردها در آینده.....
5-3-1 هالوکربن ها ...
5-3-2 هیدروکربن ها ..
5-3-3 آمونیاک..
5-3-4 دی اکسیدکربن....
5-4 بررسی دو مبرد بسیار مهم ............
5-4-1 R-12..
5-4-2 R-134a .....
نتیجه گیری.....
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
تعریف مبرد ، سیکل تبرید و انواع آن

تعریف مبرد ، سیکل تبرید و انواع آن

1-1 تعریف مبرد
به طور کلی ، مبرد هر جسم یا ماده ای است که با جذب گرما از جسم یا مادۀ دیگر به عنوان یک سرد کننده عمل می کند ، مبرد ، با توجه به چرخۀ تبخیر-تراکم ماده ی کارکن چرخه است که وقتی گرما جذب می کند یا پس می دهد به طور تناوبی و به ترتیب تبخیر می شود یا چگالش می یابد . یک ماده باید مشخصه های شیمیایی ، فیزیکی ، و ترمودینامیکی معینی داشته باشد که آن را هم مطمئن و هم اقتصادی کند تا به عنوان یک مبرد برای مصرف در چرخۀ تبخیر- تراکم مناسب باشد.
در آغاز باید دانست که مبرد ((ایده آل )) وجود ندارد و به علت اختلافات فاحش در شرایط و نیازهای کاربردهای مختلف ، مبردی که عموما ً برای تمام کاربردها مناسب باشد وجود ندارد از این رو ، یک مبرد فقط در حدودی به حالت (( ایده آل )) نزدیک می شود که مشخصات آن شرایط و نیازهای کاربردی مورد استفاده را برآورده سازد .

1-2 مبردهای مایع

توانایی مایعات در جذب مقادیر زیاد گرما هنگام تبخیر ، اساس سیستم های مکانیکی جدید تبرید قرار گرفته است . مایعات تبخیر شونده به عنوان مبرد نسبت به جامدات ذوب شونده مزایای دارند زیرا کنترل فرایند تبخیر آنها آسانتر است ؛ یعنی اثر سرمایش را می توان به دلخواه راه اندازی و متوقف کرد ، آهنگ سرمایش را می توان در محدوده های کوچکی از قبل تنظیم کرد و دمای تبخیر مایع با کنترل فشاری که تبخیر مایع در آن صورت می گیرد ، تنظیم می شود . به علاوه بخار را می توان به سادگی جمع آوری کرد و چگلانده تا به حالت مایع باز گردد ، به طوری که بتوان از همان مایع برای تأمین مداوم مایع مورد نیاز تبخیر بارها استفاده کرد .
در بحث پیرامون مشخصه های مختلف ماده ها در بیشتر مثال ها از آب به خاطر آشنایی با آن استفاده می شود . ولی ، آب به دلیل دمای اشباع نسبتا ً زیادش و به دلایل دیگر برای استفاده به عنوان مبرد در چرخۀ تراکم – بخار مناسب نیست . برای آنکه آب در چنان دماهای پایینی تبخیر شود که بتواند بیشتر نیازهای تبرید را برآورده کند ، باید در دماهای بسیار پایینی تبخیر شود که ایجاد و ابقای آنها مشکل است و بصرفه نیست .
دمای اشباع بسیاری از ماده ها در یک فشار معین ، از دمای اشباع آب در همان فشار کمتر است . ولی بسیاری از این ماده ها مشخصه های دیگری دارند که باعث می شود برای استفاده به عنوان مبرد مناسب نباشند. عملا ً تنها تعداد نسبتا ً کمی از ماده ها مشخصه هایی دارند که آنها را به عنوان مبرد واجد شرایط می سازد و بیشتر آنها برای این منظور ساخته می شوند .
مبردی که به تنهایی برای همۀ کاربردها و شرایط کار متفاوت مناسب باشد ، وجود ندارد . برای هر کاربرد خاص باید مبردی انتخاب شود که مشخصه هایش بیشترین تطابق را با نیازهای خاص کاربرد مورد نظر داشته باشد .
از میان همۀ ماده هایی که امروزه به عنوان مبرد به کار می روند ، تنها ماده ای که شرایط مبرد ایده آل برای مصارف عمومی را دارد یک هیدروکربن فلوئوره شده از سری متان با نام شیمیایی دی کلرو دی فلوئورومتان است . این مبرد یکی از عضوهای گروهی از مبردهاست که با نام تجارتی فرتون در صنعت ظاهر شدند ، اما اکنون با چندین نام اختصاصی تولید می شود . برای جلوگیری از ابهام ذاتی استفاده از نام های اختصاصی یا شیمیایی ، امروزه این ترکیب را R-12 می نامند . دمای اشباع R-12 در فشار متعارف جوّ 6/21-درجه فارنهایت است . به این دلیل ، اگر R-12 در کپسولهای فولادی محکم تحت فشار حبس شود ، می توان آن را در دماهای متعارف به صورت مایع نگهداری کرد .
1-3 سیکل تبرید
نمودار جریان یک سیستم سادۀ تراکم در شکل 1-1 نشان داده شده است . اجزای اصلی سیستم عبارت اند از (1) تبخیرکن که کارش فراهم ساختن سطح انتقال گرماست که از طریق آن گرما می تواند از محفظۀ سرد یا مواد درون آن به مبرد در حال تبخیر انتقال یابد ؛ (2) لولۀ مکش که بخار فشار-پایین را از تبخیرکن به ورودی مکش کمپرسور می رساند ؛ (3) کمپرسور بخار که کارش خارج کردن بخار از تبخیرکن و بالا بردن دما و فشار بخار تا نقطه ای است که در آن ، بخار بتواند به وسیلۀ واسطۀ چگالشی ، که معمولا ً در دسترس است ، چگالیده شود ؛


Untitled.jpgشکل 1-1 نمودار جریان سیستم سادۀ تراکم بخار که اجزای اصلی آن را نشان می دهد .​

(4) لولۀ (( گاز داغ )) یا لولۀ تخلیه که بخار با فشار و دمای بالا در خروجی کمپرسور را به چگالنده تحویل می دهد ؛ (5) چگالنده که کارش فراهم آوردن سطح انتقال گرماست و گرما از طریق آن از بخار داغ مبرد به واسطۀ چگالش منتقل می شود ؛ (6) مخزن دریافت کننده ، که جایی برای ذخیرۀ مایع چگالیده فراهم می کند ، تا ذخیرۀ ثابت مایع مورد نیاز تبخیر کن پیوسته تأمین شود ؛ (7) لولۀ مایع که مبرد مایع را از مخزن دریافت کننده به کنترل کنندۀ ماده مبرد می رساند ؛ و (8) کنترل کنندۀ ماده مبرد که کارش اندازه گیری مقدار مناسب مبرد برای ورود به تبخیرکن و پایین آوردن فشار مایع ورودی تبخیرکن است ، به طوری که مایع در تبخیرکن در دمای پایین مطلوبی تبخیر شود .

1-4 سیستم های تبرید
1-4-1 تبرید خانگی
دامنه ی کاربرد تبرید خانگی نسبتا محدود است و عمدتا به یخچال ها و فریزرهای خانگی مربوط می شود. ولی ، چون تعداد دستگاه های مورد استفاده بسیار زیاد است ، تبرید خانگی بخش مهمی از صنعت تبرید را نشان می دهد.
اندازه ی دستگاه های خانگی معمولا کوچک است ، توان ورودی آن ها از 20/1 تا hp 2/1 است و از نوع کاملا بسته است . چون همه با این کاربردها آشنا هستند ، آن ها را بیش از این توضیح نمی دهیم .
1-4-2 تبرید تجارتی
تبرید تجاری به طراحی ، نصب و نگهداری نوعی از دستگاه های برودتی مربوط می شود که فروشگاه ها ، رستوران ها ، هتل ها و موسسات نگهداری ، نمایش ، پرورش و توزیع انواع محصولات فاسد شدنی از آن ها استفاده می کنند .
1-4-3 تبرید صنعتی
تبرید صنعتی معمولا با تبرید تجاری اشتباه می شود ، زیرا مرز میان دو حوزه به روشنی مشخص نشده است. به طور کلی ، کاربردهای صنعتی از نظر اندازه بزرگتر از کاربردهای تجاری هستند و ویژگی متمایز کننده ی آن ها نیاز به وجود یک مراقب همیشگی است که معمولا یک مهندس بهره برداری مجرب است . نمونه هایی از کاربردهای صنعتی عبارتند از کارخانه های یخ سازی ، کارخانه های بزرگ بسته بندی مواد غذایی و ... است .
1-4-4 تبرید در دریا و حمل نقل
می توان بخشی از کاربردهایی را که در این طبقه قرار می گیرند در تبرید تجارتی و بخش دیگر را در تبرید صنعتی جای داد . با وجود این حوزه ی تخصصی این دو بخش چنان رشد زیادی داشته است که تشریح جداگانه ی آن ها لازم است .
تبرید در دریا مربوط به تبرید روی وسایل دریایی است و مثلا شامل در قایق های ماهیگیری و کشتی هایی که محموله ی فاسد نشدنی حمل می کنند و نیز تبرید در انبارهای موجود در انواع کشتی ها می شود .
1-4-5 تهویه مطبوع
تهویه ی مطبوع همانطور که از نامش پیداست ، مربوط به مطبوع کردن هوای یک ناحیه با فضای مشخص است . معمولا تهویه مطبوع نه تنها شامل کنترل دمای محیط می شود ، بلکه کنترل رطوبت محیط و جریان هوا و صاف و تمیز کردن هوا را نیز در بر می گیرد .
1-4-6 نگهداری مواد غذایی
نگهداری مواد فاسد شدنی ، مخصوصا مواد غذایی ، یکی از معمولترین کاربردهای تبرید مکانیکی است . از این رو ، این موضوع باید در بررسی جامع تبرید مورد توجه قرار گیرد .
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
ویژگی های یک مبرد ایده آل

ویژگی های یک مبرد ایده آل

-1 مسائل و پيامدهاي زیست محيطي
مبردهاي حاوي تركيبات فلوئور دار از چهل سال قبل به عنوان مبرد مورد استفاده قرار مي گرفتند تا اينكه مسائل زيست محيطي مطرح گرديد . با ظهور اين نوع مبردها اكثر مبردهاي اوليه از دور خارج شدند . يك مورد استثنا R-717 آمونياك است كه به عنوان مبرد در بعضي از كاربردهاي صنعتي مورد استفاده قرار مي گيرد .


Untitled.jpgشکل شماره 2-1 ODP در برابر GWP برای مبردهای رایج​

2-1-1 کاهش لايه ازن :
نخستين مسئله زيست محيطي جهاني كه مورد توجه قرار گرفت کاهش لايه ازن بود . اين مسئله ناشي از تخريب مولكولهاي لايه ازن در بالاتر از اتمسفر است . برم و كلر به صورت كاتاليست سبب تخريب مولكولهاي لايه ازن مي شوند ، كه اين امر موجب مي شود اشعه فرابنفش – B به راحتي از پوسته عبور نمايد. دانشمندان نشان دادند كه CFC ها به عنوان منبعي از كلر در اثر استراتوسفر محسوب مي شوند و استفاده از اين مواد سبب تشدید کاهش لايه ازن خواهد گرديد . يك پارامتر جهت سنجش توانايي يك مبرد يا ماده شيميايي در تخريب لايه ازن ،پتانسيل کاهش لايه ازن ODP مي باشد که بیانگر پتانسیل کاهش لایه ازن جرم مشخصی از مبرد به همان مقدار جرم از 11R- می باشد. شكل شماره 2-1 ODP مبردهاي متداول و مبردهاي مناسب كانديد شده جهت استفاده از آنها را در آينده نشان مي دهد . مبردها و تركيبات حاوي برم و كلر به همين دليل طبق پروتکل مونترال از رده خارج شدند .

2-1-2 گرم شدن زمين :

با تغيير آب و هواي كره زمين ، مسائل زيست محيطي مرتفع تر مي شوند . دماي تعادل در سطح سياره ، در نتيجه تعادل بين انرژي خورشيدي وارد شده و تشعشع گرمايي برگشتي به فضا است . اخيراً پخش اشعه مادون قرمز نيز مطرح است . گازهايي كه انرژي مادون قرمز را جذب مي نمايند به علت افزايش تاثيرات گلخانه اي در فضا موجب گرم شدن كره زمين مي شوند . از زماني كه اين مكانيسم پذيرفته شده است ، تلاش دانشمندان بر مكانيسم بازگشت طبيعي و زمان بندي و جلوگيري از افزايش گرم شدن معطوف گرديده است .
مبردها به خصوص آن دسته با زمان ماندگاري زيادي در اتمسفر و تعاد زياد شاخه هاي كربن – فلوئور به عنوان گازهاي گلخانه اي تشخيص داده شده اند . جهت مقايسه از پارامتري به عنوان پتانسيل گرم كنندگي جهان GWP استفاده مي شود . شكل شماره 2-1 مقادير GWP در برابر ODP براي مبردهاي متداول و در حال بررسي نشان مي دهد . GWP بيانگر نسبت تاثير گرمايش يك جرم مشخص از ماده اي به همان مقدار از دي اكسيد كربن در طي صد سال مي باشد . دي اكسيد كربن به عنوان ماده شيميايي مرجع جهت مشخص كردن GWP استفاده مي شود . زيرا خود به تنهايي بيشترين تاثير را در گرم شدن كره زمين دارد . ساير مواد شيميايي ، شامل اكثر مبرها به عنوان گازهاي گلخانه اي قوي محسوب مي شوند كه به نوعي در افزايش دما نقش دارند . ساير موارد كه موجب افزايش دما مي گرند سوختها مي باشند كه در فرآيندهاي احتراق جهت تامين انرژي مورد نياز استفاده مي شوند .
سيستم هاي تهويه مطبوع هوا ، پمپ هاي گرمايي و سيتم هاي سرمايشي از مبرد و انرژي استفاده مي كنند . كه اين مواد به همراه پخش دي اكسيد كربن و گازهاي گلخانه اي در فضا سبب افزايش دما مي گردند . مطالعه جزئيات بيانگر اين است كه تاثير اجزاء تركيبات وابسته به انرژي كه به صورت غير مستقم مي باشد ، به مراتب بيشتر از تاثير مستقيم مبردهاي حاصل از فرآيند است .
يك پارامتر جهت در نظر گرفتن توام اين دو عبارت ، اثر گرمايي هم ارز TEWI مي باشد بر خلاف ODP و GWP كه با اندازه گيري داده هاي اتمسفري تركيبات شامل شده قابل تعيين مي باشند ، تعيين TEWI نيازمند داده هاي كاربردي نيز مي باشد که سوخت يا مخلوط سوخت جهت تامين انرژي سيستم ، درصد تبديل بازده عملكرد تجهيزات ، ظرفيت ، سرعت آزاد شدن مبردها مرحله توليد صنعتي نصب ، نشت ، خدمات ، خنثي سازي و . . . انرژي مورد استفاده جهت دفع گرما انرژي مورد نياز براي پمپ ها و فن ها و غيره مي توان نام برد .
شكل شماره 2-2 اهميت آزاد شدن مبردها و انرژي آزاد شده در چيلرها را در گرم شدن كره زمين مقايسه مي نمايد . اين نتايج در سال 1996 به دست آمده است . جدول شماره 2-1 اين نتايج را مقايسه مي نمايد .

Untitled.jpgشکل شماره 2-2 TEWI برای چیلرهای ایده آل​
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
جدول شماره 2-1 بهترین بازده قابل دسترسی برای چیلرهای آبی در سال 1996​
Untitled.jpg


Untitled.jpgشکل شماره 2-3 پیشرفت وپیش بینی TEWI برای چیلرها​
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
2-1-3 ODP در برابر GWP
از آنجايي كه دو پديده کاهش لايه ازن و گرم شدن كره زمين دو پديده كاملاً مجزا هستند ، هيچ راهي جهت مقايسه اين دو وجود ندارد . همانطور كه در شكل 2-5 مشخص شده است. افزايش اتم هاي كلر در مبردها موجب افزايش ODP مي گردد . تركيباتي كه شامل برم و كلر نمي باشند ، ODP حدود صفر دارند . همين طور افزايش اتم هاي فلوئور موجب افزايش GWP مي گردد . در هر دو مورد افزايش اتم هاي هيدروژن موجب كاهش زمان ماندگاري در اتمسفر مي گردد .


Untitled.jpgشکل شماره 2-4 حد واسطی از اشتعال پذیری ، سمیت و زمان ماندگاری در اتمسفر با تغییر در محتوای هیدروژن، فلوئور و کلر در مبردهای آلی​

تركيباتي با زمان ماندگاري خيلي پايين ODP كمي دارند زيرا قبل از آنكه به استراتسفر برسند تجزيه مي گردند . اين تركيبات همچنين مقدار GWP پايين دارند زيرا استقامت كمي در اتمسفر دارند . همانطور كه در شكل شماره 2-1 نشان داده شده است ، CFC ها به طور كلي ODP و GWP بسيار بالاي دارند . اغلب HCFC ها ODP و GWP كمي دارند . در HFC ها ، ODP حدود صفر مي باشد اما GWP در رنج كم تا خيلي زياد وجود دارد . تعداد اندكي از تركيبات شيميايي فلوئور دار ODP و GWP كمي دارند .


Untitled.pngشکل شماره 2-5 تاثیرات فلوئور دار و کلر دار کردن روی ODP و GWP​

در ميان آنها R-123 و R-152a زمان ماندگاري حدود 5/1-4/1 سال دارند R-152a تقريباً اشتعال پذير مي باشد .
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
2-2 اهميت راندمان يا بازده :
همانطور كه در شكل های شماره 2-2 و 2-3 نشان داده شد ، شانس كمي در جهت كاهش TEWI با حذف تاثيرات مستقيم مبردها خصوصاً در رابطه با مبردهاي با GWP كم وجود دارد . آينده به سمت كاهش ظرفيت و افزايش راندمان مبردها پيش مي رود . جدول شماره 2-2 محدوده راندمان در سيكل هاي تئوري براي مبردهاي فعلی و همچنين مبردهايي كه براي استفاده در آينده كانديد شده اند نشان مي دهد . در اينجا بايد دو نكته مورد توجه قرار گيرد . ابتدا در محدوده بازده مشخص شدن تفاوت راندمان در بعضي از كاندیداهاي اوليه كوچك است كه اين امر ممكن است موجب ابهام در خصوصيات مبردهاي مورد استفاده گردد . ثانياً محدوده راندمان تئوري به تنهايي ناظر بر راندمان عملي نمي باشد .
خصوصياتي همچون ويسكوزيته و ضريب انتقال گرمايي ممكن است تاثيرات مهمي در بازده كل داشته باشند . همين طور ، طراحي سيكل در بازده تاثير گذاري باشد . اگر مقدار ماده تحت سرمايش زياد باشد ممكن است موجب كاهش بازده در سيكل هاي منفرد گردد كه براي رفع اين مشكل ممكن است استفاده از چند مرحله تراكمي با در نظر گرفتن بهترين حالت اقتصادي به كار رود .
جدول شماره 2-2 يك افزايش بازده حدود %4-3 را براي R-123 در مقايسه با R-245Fa نشان مي دهد كه بسته به شرايط آزمايش تغيير مي نمايد . اگر از سه الي چهار مرحله تراكمي در شرايط داده شده استفاده شود اين اختلاف به كمتر از 1% مي رسد . اين آناليزها در ماكزيمم راندمان مورد بررسي قرار گرفته اند . بازده عملي به مراتب كمتر خواهد بود. علاوه بر اين نسبت بين بازده عملي قابل دسترسي و بازده تئوري در مبردهاي مختلف متفاوت مي باشد .
Hughes و Atwood تاكيد كردند كه بازده يك خصوصيت ذاتي يك سيال نيست بلكه جهت رسيدن به يك بازده بالا بايستي سيستم و اجزاء منفرد آن بهينه شوند .پس بنابراين بايد اين مسئله در مقايسه ها منظور گردد . با وجود اين، آناليز سيكل جهت در اولويت قرار دادن كانديداها موثر خواهد بود .

Untitled.jpgجدول شماره 2-2مقایسه بازده مبردهای متداول​


از ميان مبردهايي كه در جدول شماره 2-2 ارائه گرديده است . R-11 بيشترين پتانسيل را جهت داشتن بازده بالا دارد . اين مبرد همچنين دو امتياز دارد . ابتدا استفاده از ظروف تحت فشار چندان مورد نياز نيست بنابراين موجب ذخيره سرمايه در ساخت تجهيزات مي گردد . ثانياً به آساني مي توان آن را در دماي اتاق لمس كرد. بر اين اساس R-11 به طور گسترده در چيلرهاي اوليه با كمپرسورهاي گريز از مركز مورد استفاده قرار مي گرفت . اما در تجهيزات كوچكتر با كمپرسورها ي جابجايي مثبت به دليل آنكه مي بايست در دبي حجمي بالايي مورد استفاده قرار گيرد توان رقابت نداشت .
با از رده خارج شدن R-11 به دليل ODP بالاي آن ،R-123 به طور گسترده در چيلرهاي گريز از مركز مورد استفاده قرار گرفت . همانطور كه در جدول 2-1 و 2-2 نشان داده شده است . R-123 همچنين به طور استثنايي از بازده بالايي برخوردار است . همانند R-11 اين مبرد در دماهاي پايين كار مي كند و قابل امتزاج با روغن هاي معمولي مي باشد . همچنين اين مبرد نسبت به R-11 ايمن تر مي باشد . اگر چه ميزان سمي بودن اين مبرد خيلي كم است . اما نسبت به R-11 سمي تر مي باشد . تحت قوانین فدرال و كدهاي مكانيكي در ايالات متحده R-123 به عنوان ماده سمي محسوب نمي شود . اين ماده به عنوان يك مبرد گروه B1 شناخته مي شود .
از زماني كه خصوصيات لازم براي يك مبرد خوب تشخيص داده شد ، تحقيقاتي جهت جايگزيني R-123 در حال انجام است . R-134a به طور گسترده در سيستم هاي سردسازي صنعتي ، دستگاههاي تهويه مطبوع، بسياری از چيلرها و ساير موارد جايگزيني R-12 گرديده است . هيدروكربن ها و مخلوط هاي هيدرو كربني در بعضي از كشورها مورد پذيرش واقع شده اند . R-410A و در كاربردهاي محدودتر R-407 E, R-407 C مبردهاي مناسب جهت جايگزيني R-22 محسوب مي شوند . R-507A و R-404A در موارد سردسازي در دماي پاين جهت جايگزيني R-502 در اولويت قرار دارند .
R-407A و تركيبات ديگر در كاربردهاي ديگر مورد استفاده قرار مي گيرند . R-717 جايگزيني مناسب براي R-502 , و R-22 و R-12 مي باشد كه در دماهاي فوق العاده پايين و در سيستم هاي سردسازي صنعتي مورد استفاده قرار مي گيرد . جهت جايگزيني R-123 بيش از 40 مبرد از سال 1989 تاكنون در كاربردهاي بحث شده تجاري شده اند . اگر جايگزيني هاي R-12 نيز به حساب آورده شدند اين تعداد به دو برابر افزايش مي يابد . اغلب اين مواد سيالات هستند كه در تجهيزات موجود به كار برده مي شوند . به رغم تلاش هاي فراوان جهت يافتن مبرد مطلوب از سيالات به كار برده شده جانشين مناسب براي R-123 حاصل نشده است . از جمله موارد اميدواركننده R-245E دي فلوئور متوكسي فلوئور متان مي باشد كه با ظروف شيشه اي به سرعت واكنش مي دهد و در برابر مواد فايبرگلاس ناپايدار مي باشد . پنتافلوئورپروپان نيز يافت شده كه به دليل اشتعال پذيري جهت جايگزيني CFC و HCFC-123 مناسب نيست .
Sand و Fischer سه كانديد معرفي كرده اند كه ممكن است بازده R-123 را افزايش دهد كه عبارتند از R-143 ، R-143E و R-152 . به هرحال اين سه ماده اشتعال پذيرند و ميزان سميت آن ها خصوصاً R-143E مشخص نشده است امتحان R-245FA فلوئورواتر و مخلوطهاي حاوي فلوئور اتر همچنان ادامه دارد . در طراحي هاي چند مرحله اي بازده R-245FA ممكن است نزديك به R-123 برسيد اما درظروفي كه محدوديت فشاري دارند قابل استفاده نيست و GDP آن بيش از 9 برابر R-123 مي باشد . هيچ مبردي تاكنون به دست نيامده است كه بازده بيش از R-11 و R-123 داشته باشد . امتياز تئوري بازده R-123 نسبت به مبردهاي متداول همچون R-22 و R-134a ، %3 و اين تفاوت براي بهترين تجهيزات موجود بیش از 20 درصد مي باشد.

2-3 مشخصات ایمنی

معمولا ً در انتخاب یک مبرد ، مشخصات ایمنی آن نکتۀ اصلی است به این دلیل است که بعضی ماده ها ، که از بعضی جنبه های دیگر به عنوان بهترین مبردهای مطلوب هستند ، مصارف محدودی دارند . برجسته ترین آنها آمونیاک و بعضی هیدروکربنهای خطی هستند .
برای اینکه ماده ای برای استفاده به عنوان مبرد مناسب باشد باید از نظر شیمیایی بی اثر باشد ، به طوری که هم در حالت خالص و هم وقتی که با هر نسبتی با هوا مخلوط شده باشد ، اشتعال پذیر ، منفجرشونده ، و سمّی نباشد . همچنین ، ماده نباید به طور نامطلوبی با روغن روانساز یا هر ماده ای که معمولا ً در ساختمان تجهیزات تبرید به کار می برند واکنش داشته باشد . همچنین نباید با رطوبت ، که معمولا ً علی رغم پیش بینی های شدید حداقل تا حدودی در تمام سیستم های تبرید حضور پیدا می کند ، واکنش نامساعدی داشته باشد . به علاوه ، طبیعت ماده باید چنان باشد که در هر صورت مواد غذایی یا محصولات انبار شده را در صورت وجود نشت در سیستم آلوده نکند .
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
2-3-1 سمّی بودن
چون همۀ ماده ها بجز هوا سمّی هستند ، به این معنا که وقتی غلظت آنها به قدر کافی زیاد باشد سبب خفگی می شوند و جلو راه ورود اکسیژن کافی برای زنده ماندن را می گیرند ، سمی بودن یک اصطلاح نسبی است و تنها وقتی معنی دارد که درجۀ غلظت و زمان عرضۀ لازم برای ایجاد آثار مضر مشخص شده باشند .

2-3-2 اشتعال پذیری و قابلیت انفجار

با توجه به اشتعال پذیری و قابلیت انفجار ، اکثر مبردها در مصرف معمولی کلا ً اشتعال ناپذیر و غیر قابل انفجار هستند . استثناهای بارز این مبردها آمونیاک و هیدروکربنهای خطی است . آمونیاک وقتی که با نسبتی کمتر از نسبت واقعی یا هوا مخلوط شود به طور جزئی اشتعال پذیر و انفجاری است . ولی با احتیاطات مناسب، خطرات موجود در مصرف آمونیاک به عنوان یک مبرد ناچیز می شود .
هیدروکربنهای خطی ، از طرف دیگر ، بسیاراشتعال پذیر و انفجاری هستند ، و مصرف آنها به عنوان مبرد بجز در بعضی کاربردها و با نظارت اشخاص مجرّب معمولا ً مجاز نیست . هیدروکربنهای خطی، به علت مشخصه های گرمایی عالی آنها ، غالبا ً در کاربردهای دمای بسیار پایین به کار برده می شوند . در چنین تأسیساتی ، مخاطرۀ به وجود آمده در اثر مصرف آنها با این حقیقت که مصرف و جابه جا کردن مواد اشتعال پذیر و انفجاری به وسیلۀ افراد مجرّب صورت می گیرد به حداقل می رسد .
(( کد ایمنی استاندارد امریکا در تبرید مکانیکی )) به طور مبسوطی شرایط و اوضاعی را که تحت آنها مبردهای مختلف با اطمینان مصرف می شوند شرح می دهد . بیشتر کدهای محلّی و دستورات حاکم بر مصرف تجهیزات تبرید براساس این کد هستند ، که مشترکا ً با ASHRAE و ASA ( انجمن استاندارد امریکا ) ضمانت می شوند .
درجۀ مخاطرۀ مصرف مبردهای سمّی به چند عامل بستگی دارد ، از جمله مقدار مبرد مصرفی در مقایسه با اندازۀ فضایی که مبرد ممکن است به آنجا نشت کند ، نوع اشتعال ، اینکه شعله های باز وجود دارند یا ندارند ، بوی مبرد ، و اینکه شخص مجربی عهده دار کار تجهیزات است یا نه . مثلا ً مخاطرۀ مقدار کمی از یک مبرد بسیار سمّی ناچیز خواهد بود وقتی که در فضاهای بزرگی مصرف شود که امکان ندارد در صورتی که غلظت به سطح آسیب رساننده برسد . همچنین ، خطر ذاتی استفاده از مبردهای سمّی ( شامل محصولات تجزیه ) ، با توجه به بوی زیاد آنها کمتر خواهد شد . از این رو ، مبردهای سمّی معمولا ً فقط برای بچه ها و سایر افرادی که به علت ضعف و سستی یا گرفتاری (حبس ) قادر به فرار از بخارهای بدبو نیستند مخاطره انگیز هستند . در حال حاضر ، آمونیاک تنها مبرد سمی است که مقدار زیاد و در کارخانجات بسته بندی، کارخانجات یخسازی ، تجهیزات سردخانه های بزرگ مصرف می شود که معمولا ً افراد تجربه به دیده در آنها به کار مشغولند .

2-4 ملاحظات اقتصادی و غیره

از دیدگاه کارکرد اقتصادی ، طبعا ً مطلوب است که مبرد دارای چنان مشخصه های فیزیکی و گرمایی باشد که به کمترین توان به ازای واحد ظرفیت تبرید نیاز داشته باشد ، یعنی ، یک ضریب عملکرد بالا .
مهمترین خصوصیتهای مبرد که در ظرفیت و کارای مؤثر است عبارت اند از (1) گرمای نهان تبخیر، (2) حجم مخصوص بخار ، (3) نسبت تراکم ، و (4) گرمای ویژۀ مبرد در هر دو حالت مایع و بخار .
به جز در سیستم های بسیار کوچک ، مقدار گرمای نهان بیشتری مطلوب است به طوری که وزن مبرد در گردش در واحد ظرفیت کمتر باشد . وقتی مقدار گرمای نهان بیشتری همراه با حجم مخصوص کمتری در حالت بخار داشته باشد کارایی و ظرفیت کمپرسور به مقدار زیادی افزایش می یابد . این کار به تنها باعث کاهش توان مصرفی کاهش حجم جابه جایی مورد نیاز کمپرسور می شود ، بلکه اجازه می دهد تجهیزات کوچکتری به کار گرفته شود . ولی در سیستم های کوچک ، اگر مقدار گرمای نهان مبرد خیلی زیاد باشد ، مقدار مبرد در گردش برای کنترل دقیق مایع ناکافی خواهد بود .
گرمای ویژۀ کم مایعات و گرمای ویژۀ زیاد بخارها به این جهت که هر دو تمایل به افزایش اثر تبرید به ازای پوند دارند مطلوب هستند ، اولی با افزایش اثر فروسردی و دیگری با کاهش اثر فوق گرمی . وقتی هر دو در یک ماده ی تنها پیدا شوند ، کارایی مبادله کن مکش مایعی بسیار بیشتر خواهد شد .
در مورد اثر نسبت تراکم در کار تراکم و نتیجتا ً در ضریب عملکرد ، قبلا ً بحث شده است . اگر تمام فاکتورها برابر باشند ، طبعا ً مبردی که کمترین نسبت تراکم را داشته باشد مطلوبترین مبرد است . نسبتهای تراکم کم سبب مصرف کمتر توان و کارایی حجمی بیشتر شود ، که بالا بودن کارایی حجمی در سیستم های کوچکتر بسیار مهم است زیرا در این صورت مصرف کمپرسورهای کوچک مجاز خواهد بود .
دمای تخلیۀ آدیاباتیکی کم بسیار مطلوب است . وقتی با نسبت تراکم معقولی ترکیب شود ، دمای تخلیۀ آدیاباتیکی کم به میزان زیادی امکان داغ شدن بیش از حد کمپرسور را کاهش می دهد و بدون نگهداری عمر بیشتری به کمپرسور می دهد . چون آهنگ واکنشهای شیمیایی تقریبا ً درهر افزایش دما دو برابر می شود ، وقتی که موتور کمپرسورهای بسته به کار برده می شوند دمای تخلیۀ آیاباتیکی کم مخصوصا ً مهم است . در حالی که دمای تخلیۀ هر مبرد همیشه با کاهش نسبت تراکم کاهش می یابد ، تشخیص این نکته مهم است که در هر نسبت تراکم معین ، دمای تخلیۀ مبرد ممکن است به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از مبرد دیگری باشد که با همان نسبت تراکم کار می کند .
ضریب رسانایی بالا آهنگ انتقال گرما ، به خصوصی در کاربردهای سردکن مایعی ، را غالبا ً افزایش می دهد ، و به این ترتیب اندازه و قیمت تجهیزات انتقال گرما را کاهش می دهد . همچنین ، مطلوب است که رابطۀ فشار – دمای مبرد چنان باشد که فشار در تبخیرکن همیشه بیشتر از فشار جوّ باشد . در صورت بروز نشت در طرف کم فشار سیستم ، اگر فشار در این طرف کمتر از فشار جو باشد ، مقادیر ملاحظه ای از هوا و رطوبت به داخل سیستم کشیده می شوند ، در حالی که اگر فشار تبخیر بیشتر از فشار جو باشد ، امکان کشیده شدن هوا و رطوبت در صورت وقوع نشتی به حداقل می رسد .
فشار چگالش منطقی کمتر از شرایط متعارف جو هم به این جهت که مصرف مواد سبک را در ساختمان تجهیزات چگالنده امکان پذیر می سازند مطلوب است ، لذا اندازه ، وزن و قیمت تجهیزات را کاهش می دهد .
دما و فشار بحرانی مبرد باید طبعا ً ، بالاتر از حداکثر دما و فشاری باشد که سیستم با آن مواجه می شود . همین طور ، نقطه انجماد مبرد باید به طور اطمینان بخشی کمتر از حداقل دمایی باشد که در چرخه به دست می آید . این عوامل به ویژه وقتی که مبردی برای کاربرد در دمای پایین انتخاب می شود مهم اند .
چون توان لازم به ازای واحد ظرفیت تبرید برای تمام مبردها در مصرف عمومی خیلی نزدیک هم هستند ، اقتصاد و کارایی عملکرد معمولا ً فاکتورهای تصمیم گیری در انتخاب مبرد نیستند . مهمترین آنها مشخصاتی هستند که اندازه ، وزن ، هزینۀ اولیۀ تجهیزات تبرید را کاهش می دهند و عملکرد خود به خود و حداقل نگهداری را امکان پذیر می سازند . قیمت و دسترس پذیری خود مبرد هم نکات مهمی در انتخاب آن هستند .
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
نامگذاری مبردها

نامگذاری مبردها

مبناي اين متن موسسه استاندارد آمريكا ANSI/ASHRAE مي باشد كه در سال 2001 منتشر شده و به عنوان « نامگذاري و طبقه بندي ايمني مبردها » نامگذاري شده است . اين طبقه بندي امكان نامگذاري همه مبردها مورد استفاده را در يك روش مشخص بين المللي با طبقه بندي آنها بر اساس تركيب شيميايي فراهم مي كند .

3-1 نامگذاري مبردها

جهت نامگذاري مبردها از يك پيشوند حرفي و يك پسوند عددي استفاده مي كنيم .

3-1-1 پيشوندها

پيشوند مبردها R مي باشد به عنوان مثال R-22 ، R-B4a ، 717-R گاهي اوقات از حرف c در پيشوند استفاده مي شود كه دلالت بر كربن دارد كه قبل از حرف B ، C يا F و يا هر تركيبي از اين حروف كه دلالت بر حضور برم ، كلر يا فلوئور دارد ظاهر مي گردد . تركيبات شامل هيدروژن بايد با حرف H بر ساير حروف مقدم شوند .مثال ها : HFCB4a و HCFC12 اين پيشوند ها فقط بايد در انتشارات غير فني ارائه گردند .
توجه : گاهي اوقات ممكن است از نام تجاري يا سازنده استفاده شود . اين نام ها نبايد در اسناد رسمي همچون جداول كه مبردها را معين مي سازند انتشار يابند .

3-1-2 پسوند ها



هيدروكربن ها و مشتقاتشان :

نخستین عدد در طرف راست يكان تعداد اتم هاي فلوئور مي باشد دومين عدد از سمت راست دهگان تعداد اتم هاي هيدروژن + 1 مي باشد و سومين عدد از سمت راست صدگان برابر با تعداد اتم هاي كربن -1 مي باشد وقتي عدد صفر است ، شماره ها حذف مي گردد .
چهارمين عدد از سمت راست صدگان تعداد باندهاي غير اشباع كربن – كربن را مشخص مي سازد وقت عدد صفر از شماره ها حذف مي گردد . براي مبردهايي كه شامل برم مي شوند ، حرف B بعد از اعداد اضافه مي گردد . ابن نوع مبردها به دليل تخريب لايه ازن بر اساس پروتكل مونترال در كشورهاي توسعه يافته ساخته نمي شوند . تعداد اتم هاي كلر با كم كردن جمع اتم هاي فلوئور ، برم و هيدروژن از همه اتم هايي كه مي توانند به اتم كربن متصل شوند حاصل مي شود .
به عنوان مثال :
كلرودي فلوئور متان R-22(CHCFF2 - R022)
1- تعداد اتم هاي كربن : 0
2+ تعداد اتم هاي هيدروژن : 2
تعداد اتم هاي فلوئور : 2
1 = (اتم فلوئور + اتم هيدروژن ) – 4 = تعداد اتم هاي كلر براي مشتقات سيكلو عدد C قبل از اعداد استفاده مي شود .(C4F8 – اكتا فلوئوربوتان RC318 (
در مورد ايزومرها در سري اتان هر كدام كه شماره مساوي دارند ، متقارن ترين آنها تنها با شماره نشان داده مي شود .همانطور كه ايزومرها بيشتر و بيشتر نامتقارن مي شوند به طور متوالي حروف كوچك از جمله c,b,a اضافه مي گردد .
به عنوان مثال :
R-134 و R-134a

مخلوط هاي آزئوتروپ و زئوتروپ :

مخلوط ها با شماره و نسبت جرمي مبردهاي مربوط به آن ها نامگذاري مي شوند . مبردهاي تشكيل دهنده بر اساس افزايش تقطه جوش از چپ به راست مرتب مي گردند . مخلوط هاي زئوتروپ بايد در سري هاي 400 قرار بگيرند اين شماره مبين مخلوط هايي است كه تركيب درصد اجزاء در آن ها مشخص نيست . جهت تمايز زئوتروپ هايي كه اجزاء يكسان دارند ، اما درصد جرمي اجزاء در آن ها مشخص نيست از حروف بزرگ به عنوان پسوند استفاده مي شود .
مثال برای زئوتروپ ها :
R407A (R32/R125/R134a (20/40/40)),
R407B (R32/R125/R134a (10/70/20)),
R407C (R32/R125/R134a (23/25/52)),
R407D (R32/R125/R134a (15/15/70)),
R407E (R32/R125/R134a (25/15/60)).

مثال برای آزئوتروپ ها :
R507 (R125/R143a (50/50))
تركيبات آلي متنوع :
اين نوع تركيبات در سري هاي 600 قرار مي گيرند . به عنوان مثال : ايزوبوتان R-600a
تركيبات غير آلي :
اين تركيبات بايد در سري هاي 700 قرار بگيرند ، اعداد مشخص كننده از جمع جرم مولكولي اجزاء 700 حاصل مي شوند . به عنوان مثال R-717 متناظر با آمونياك است كه جرم مولكولي آن 17 مي باشد .

3-2 طبقه بندي از لحاظ ايمني

اين نوع طبقه بندي از دو كاراكتر تشكيل شده است به عنوان مثال حرف بزرگ متناظر با سميت و عدد متناظر با قابليت اشتعال پذيري مي باشد .

3-2-1 طبقه بندي بر اساس سميت

بر اساس سميت مبردها به دو دسته تقسيم بندي مي شوند :
* ClassA : براي مبردهايي كه در غلظت هاي كمتر از 400ppm دلايل بر سميت آنها وجود دارد .
* ClassB : براي مبردهايي كه در غلظتهايي كمتر از 400 ppm دلايل بر سميت آنها وجود دارد .

3-2-2 طبقه بندي بر اساس قابليت اشتعال پذيري

بر اين اساس مبردها در سه گروه طبقه بندي مي شوند :
* كلاس 1 مبردهايي اطلاق مي گردد كه در شرايط آزمايش 21C و 101F از خود اشتعال پذيري نشان نمي دهند .
* كلاس 2 به مبردهايي اطلاق مي گردد كه حد پایین اشتعال پذیری آن ها در دمای 21C و فشار kpa101 بیش از kg/m[SUP]3[/SUP] 1/0 می باشد و گرمای احتراق کمتر از kJ/kg 19 دارند .
*کلاس 3 به مبردهایی اطلاق می گردد که بسیار اشتعال پذیرند و حد پایین اشتعال پذیری آن ها در دمای 21C و فشار kpa 101 کمتر یا مساوی kg/m[SUP]3[/SUP] 1/0 می باشد و گرمای احتراق بزرگتر یا مساوی kJ/kg 19 دارد .

3-2-3 مخلوط ها

مخلوط ها ، چه زئوتروپ و چه آزوئوتروپ با خصوصيات سمي بودن و اشتعال پذيري كه با تغيير در تركيب درصد متفاوت است طبقه بندي آنها بر اساس بدترين جزء در تركيب مي باشد .
به عنوان مثال : R-404Aدر گروه A قرار مي گيرد .
مخلوط هاي آزئوتروپ در سري هاي 500 قرار مي گيرند .
به عنوان مثال :
R507 (R125/R143a (50/50)
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
طبقه بندی مبردها

طبقه بندی مبردها

4-1 هالوکربن ها
تترافلوئورواتان ( یک هیدروکربن ) مایع شفافی است که در دمای کمتر از دمای اتاق به خوبی می جوشد و به راحتی می تواند از کپسول های هوا در حین استفاده با وارونه کردن کپسول خارج شود . هالوآلکان ها ( که با نام های هالوژنوآلکان ها یا آلکیل هالیدها شناخته می شوند ) گروهی از ترکیبات شیمیایی هستند ، شامل آلکان ها ، مانند متان و اتان ، و با یک یا چند هالوژن به هم پیوسته مانند کلر یا فلوئور ، که نوعی هالید آلی را می سازند . آن ها با نام های شیمیایی و رایج زیادی شناخته می شوند . آن ها به عنوان عقب انداز شعله ، خاموش کننده های آتش ، مبردها ، مواد مولد فشار و حلال ها استفاده ی گسترده ای داشتند یا دارند . اغلب هالوآلکان ها ( آن هایی که شامل کلر و برم هستند ) نشان داده اند که آثار مخربی در محیط زیست دارند مانند ، کاهش لایه ازن . به صورت گسترده این گروه با نام خانوادگی کلروفلوئوروکربن ها شناخته می شوند . یک هالوآلکان همچنین با نام های آلکیل هالوژنید ، هالوژن آلکان و هالوژنوآلکان شناخته می شود . آلکیل هالید یک ترکیب شیمیایی است که از یک آلکان با جاشین شدن یک یا بیشتر اتم ها ی هیدروژن با اتم ها ی هالوژن ، فلوئور ، کلر ، برم و ید به ترتیب منجر به فلوئوروآلکان ها ، کلروآلکان ها ، برموآلکآنها و یدوآلکان ها می شود. با مخلوط کردن ترکیبات که ممکن است بهترین مثال شناخته شده برای کلروفلوئوروکربن ها (CFC ها) باشد به طور عمده باعث کاهش لایه ازن می شوند . هالوآلکان ها در ، ساخت وسایل نیمه رسانا ، به عنوان مبردها و عامل های ایجاد کننده کف ، حلال ها ، مولدهای اسپری های افشانه ای ، عامل های خاموش کننده آتش و معرف های آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می گیرند که مهمترین کاربرد آن ها همان مبردها است . فریون نام تجاری برای گروهی از هیدروکربن ها است که به طور عمده به عنوان مبرد مورد استفاده قرار می گیرند . کلمه -ی فریون به عنوان علامت تجاری وابسته به DuPont ثبت شده است . سه نوع هالوآلکان وجود دارد . در ابتدا در هالوآلکان های نوع اول کربن که اتم هالوژن را با خود دارد فقط به یک گروه آلکیل چسبیده است . اگرچه CH[SUB]3[/SUB]Br حتی با وجود اینکه یک گروه آلکیل هم ندارد یک هالوآلکان اولیه است . در هالوکربن های نوع دوم کربن که هالوژن را با خود دارد به دو گروه آلکیل چسبیده است . در هالوآلکان های نوع سوم کربن که هالوژن را با خود دارد به سه گروه آلکیل چسبیده است .


4-1-1 ترکیبات کلروفلوئوروکربن ( CFC و HCFC)


Untitled.jpgشکل شماره 4-1 مولکولهای CFC​

کلروفلوئوروکربن ها ( CFC ) ترکیباتی هستند که هیچ هیدروژنی ندارند . آن ها قبلا به صورت گسترده در صنعت استفاده می شدند ، به عنوان مثال به عنوان مبرد استفاده می شدند . استفاده از آنها در پروتکل مونترال بدلیل اثرات مخرب آن ها در لایه ازن ممنوع اعلام شد . آن ها همچنین گازهای گلخانه ای قوی بودند که تعادل دی اکسیدکربن آن ها ( در یک دوره ی زمانی صد ساله ) بین 5000 تا 8000 برکیلوگرم است . CFC ها زمان نیمه عمری بین پنجاه تا صد سال دارند و همچنین حضور آن ها در اتمسفر و فعالیت آن ها با لایه ازن عمر طولانی دارد . یک مولکول CFC قبل از این که حذف شود معمولا حدود 10000 مولکول ازن را ازبین می برد و اما این تعداد بعضی مواقع می تواند به میلیون هم برسد . هیدروفلوئوروکربن ها (HCFC ها) یک گروه از آلکیل ها هستند که همه ی هیدروژن های آن ها با کلر و فلوئور جایگزین نشده اند . آن ها عمدتا به عنوان جانشین کلروفلوئوروکربن ها استفاده می شوند که آثار زیست محیطی کاهش لایه ازن آن حدود 10 درصد CFC ها است .

4-1-2 ترکیبات هیدروفلوئوروکربن (
HFC )
هیدروفلوئوروکربن ها ( HFC ها) شامل کلر نیستند که به طور کلی از کربن و هیدروژن و فلوئور تشکیل شده اند . این ترکیبات آثار شناخته شده ای بر روی لایه ازن ندارند . تنها ترکیبات حاوی کلر و برم هستند که تصور می شود برای لایه ازن مضر هستند . فلوئور خودش به تنهایی سمیت ازن را ندارد .HFC ها و پرفلوئوروکربن ها در نگاه کلی به عنوان گازهای گلخانه ای شناخته می شوند ، که لایه ازن را تخریب نمی کنند ، اما باعث گرم شدن کره زمین می شوند . دو گروه از هالوآلکان ها ، هیدروفلوئوروکربن ها ( HFC ها ) و پرفلوئوروکربن ها ( PFC ها ) ، در پروتکل کیوتو مورد توجه واقع شدند . Allan Thornton رئیس مرکز تحقیقات زیست محیطی ، یکی از حامیان محیط زیست ، بیان کرده است که HFC ها بیش از 125000 مرتبه از دی اکسیدکربن در مورد گرم شدن کره زمین نیرومندتر هستند .کشورهای پیشرفته مقدار این گازها را پایین نگه می دارند . Thornton همچنین بیان کرد که بسیاری از کشورها این مواد را به صورت غیر ضروری و فقط برای بدست آوردن موجودی کربن تولید می کنند . بنابراین به عنوان نتیجه تجاری پروتکل کیوتو ، کشورهای پیشرفته و همچنین چین میلیاردها دلار برای جذب و از بین بردن HFC ها که به عنوان محصول جانبی تولید می شوند و در اتمسفر وجود دارند هزینه می کنند .

4-1-3 توسعه اصلی

تتراکلرید کربن در خاموش کننده های آتش و نارنجک های ضد آتش از اواخر قرن نوزدهم تا حدود آخر جنگ جهانی دوم استفاده می شدند . استفاده از کلرومتان برای فرونشانی آتش در هواپیماهای جنگی از سال 1920 آغاز شد . مهندس آمریکایی Midgley کلروفلوئوروکربن ها(CFC) را درسال 1928 به عنوان جانشین آمونیاک (NH[SUB]3[/SUB]) و کلرومتان (CH[SUB]3[/SUB]Cl) و دی اکسیدگوگرد (SO[SUB]2[/SUB]) که سمی بودند پیشنهاد دادکه در آن زمان به عنوان مبرد به صورت متداولی استفاده می شدند . ترکیب جدید پیشنهاد شده دارای دمای جوش پایین و غیرسمی و در حالت عادی غیر فعال بودند . در یک اثبات برای جامعه شیمی آمریکا ، Midgley آشکارا همه -ی این خصوصیات را با یک لحظه نفس کشیدن از این گاز و استفاده از آن برای دمیدن در یک شمع اثبات کرد . Midgley مخصوصا CCl[SUB]2[/SUB]F[SUB]2[/SUB] را پیشنهاد داد . به هرحال اگرچه یکی از خصوصیات برجسته قابل توجه این است که یک خانواده کامل از ترکیبات وجود دارد که هر کدام از آن ها یک نقطه جوش منحصر به فرد دارند که برای عملیات های مختلف می توانند مناسب باشند . علاوه بر کاربرد اصلی آن ها به عنوان مبردها کلروفلوئوروکربن ها به عنوان مولد قوطی های افشانه ای ، حلال های تمییز کننده و عامل دمنده برای برای ساختن پلاستیک های منبسط شده استفاده می شود .

4-1-4 پیشرفت تجاری و استفاده

در طی جنگ جهانی دوم ، کلروآلکان های مختلف اولیه به طور معمول در هواپیماهای نظامی استفاده می شدند ، اما این هالوژن های اولیه موجب سمیت بیش از حد می شوند . همچنین بعد از جنگ جهانی دوم به صورت آهسته در مصارف هواپیمایی غیر نظامی به خوبی رایج شدند . در سال 1960 ، فلوئوروآلکان ها و برموآلکان ها رایج شدند و به عنوان یکی از مواد خیلی موثر خاموش کننده آتش کشف شده ، شناخته می شد .
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
4-1-4 پیشرفت تجاری و استفاده
در طی جنگ جهانی دوم ، کلروآلکان های مختلف اولیه به طور معمول در هواپیماهای نظامی استفاده می شدند ، اما این هالوژن های اولیه موجب سمیت بیش از حد می شوند . همچنین بعد از جنگ جهانی دوم به صورت آهسته در مصارف هواپیمایی غیر نظامی به خوبی رایج شدند . در سال 1960 ، فلوئوروآلکان ها و برموآلکان ها رایج شدند و به عنوان یکی از مواد خیلی موثر خاموش کننده آتش کشف شده ، شناخته می شد .

4-1-5 پیامدهای زیست محیطی

از اواخر سال 1970 استفاده از CFC ها به دلیل آثار مخرب بر روی لایه ازن به شدت کنترل شد . بعد از آشکار ساز گیرنده الکترون ، James Lovelock نخستین کسی بود که حضور گسترده CFC در هوا را کشف کرد و به غلظت 60 قسمت در هر تریلیون از CFC-11 در سرتاسر ایرلند پی برد . در طی یک تحقیق در اواخر سال 1973 Lovelock غلظت CFC-11 را در دو قطب شمال و جنوب اندازه گرفت . به حضور گاز در پنجاه نمونه جمع آوری شده پی برد ، اما به طور نادرستی نتیجه گرفت که CFC ها برای محیط زیست خطرناک نیستند . با آزمایش به هر حال اطلاعات اولیه مفیدی را در مورد حضور CFC ها در اتمسفر جمع آوری شد . صدماتی که توسط CFC ها ایجاد می شدند توسط Sherry Rowland و Mario Molina کشف شد . آن ها کسانی بودند که بعد از شنیدن یک کنفرانس درباره ی موضوع کار Lovelock ، تحقیقاتی را آغاز کردند که موجب انتشار اولین مقاله در سال 1974 شد .مشخص شد که یکی از جذاب ترین خصوصیت CFC ها ( عدم واکنش پذیری شان ) آن ها را به یکی از مهم ترین آلوده کننده ها تبدیل کرده است . واکنش پذیری کم CFC --ها در بعضی از زمینه ها به آن ها طول عمر بیش از صد سال می دهد . این طول عمر زیاد وقت کافی را می دهد تا به بالای اتمسفر نفوذ کنند . اینجا ، تابش فرابنفش خورشید به قدری نیرومند است که اتم کلر را تجزیه می کند که باعث می شود که رادیکال های آزادی به وجود آیند که خیلی فعال هستند . این کاتالیست ازن را با مکانیسم های متنوع به اکسیژن تجزیه می کند . که ساده ترین واکنش این است :
Untitled.png
از آنجایی که کلر در آخر این واکنش احیا می شود و یک اتم Cl تنها می تواند هزاران مولکول ازن را از بین ببرد . اطمینان می رود که واکنش شبیه به این ( اما خیلی پیچیده تر ) باعث سوراخ شدن لایه ازن که در قطب ها دیده می شود شده است . کاهش در استراتوسفر ازن ممکن است منجر به افزایش سرطان پوست گردد
در سال 1975 US state of Oregonنخستین ممنوعیت استفاده از CFC ها را در جهان تصویب کرد . ( قانون توسط Walter F.Brow پیشنهاد شد ). ایالات متحده و چندین کشور اروپایی استفاده از CFC ها را در قوطی های اسپری افشانه ای در سال 1987 ممنوع اعلام کردند ، اما استفاده از آن ها در سیستم های سرد سازی ، دمنده های کف زا و به عنوان محلول ها برای تمیز کردن تجهیزات الکترونیک همچنان ادامه داشت . در سال 1985 دانشمندان کاهش فصلی لایه ازن را در سرتاسر قطب مشاهده کردند . توجه بین المللی به CFC -ها باعث شد که سیاستمداران جهان در مونترال در سال 1987 گرد هم آیند . آن ها پیمانی را برای کاهش جدی تولید CFC ها امضاء کردند . در دوم مارس سال 1989 دوازده کشور عضو اتحادیه اروپا موافقت کردندکه تا آخر قرن همه ی تولیدات CFC ها متوقف شود . در سال 1990 ، سیاستمداران در لندن جلسه ای گذاشتند و به این نتیجه رسیدند که پروتکل مونترال حتما باید اجرا شود و CFC ها تا سال 2000 از بین بروند .


Untitled.jpgشکل شماره 4-2 مقدار آلاینده ها در سال های مختلف​

چون CFC گازی در دسترس در کشورهای طرفدار پیمان از رده خارج می شود ، قیمت آن ها به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد . علاوه بر توقف تولید در سرتاسر جهان باید قاچاق کردن این مواد هم ( مانند قاچاق از مکزیک به ایالات متحده ) پایان یابد . تعدادی جانشین برای CFC ها پیشنهاد شده است . هیدروفلوئوروکربن ها ( HCFC ها ) بسیار فعال تر از CFC ها هستند ، بنابراین بخش زیادی از CFC ها تروپوسفر تجزیه می شوند و از این رو قبل از اینکه فرصت داشته باشند بر لایه ازن اثر بگذارند حذف می شوند .
با این وجود ، بخش عمده ای از HCFC ها در استراتوسفر تجزیه می شوند و آن ها در کلرینه شدن بیشتر آنجا که به طور اصلی پیش بینی می شود شرکت می کنند . توسعه ترکیبات شیمیایی بدون پایه کلر به عنوان جانشینان CFC ها و HCFC ها ادامه دارد . به عنوان مثال یک گروه از آن ها هیدروفلوئوروکربن ها (HFC ها) هستند ، که تنها شامل هیدروژن و فلوئور هستند . یکی از این ترکیبات ، HFC-134a ، در حال حاضر به جای CFC-12 در سیستم های تهویه مطبوع اتومبیل ها استفاده می شود : که خود آن هم می تواند در گرم شدن کره زمین تاثیر گذار باشد .
نگرانی که وجود دارد این است که هالون به برم در اتمسفر تجزیه می شود ، که با ازن واکنش می دهد ، منجر به کاهش لایه ازن می شود ( این حالت شبیه حالت کلروفلوئوروکربن ها مانند کربن است )که به عنوان نتیجه ، آزمایش های تنظیمی انجام شد و هالون ها در اکثر نقاط جهان از رده خارج شدند .
در ایالات متحده خرید و استفاده از گازهای فریون توسط آژانس حمایت از محیط زیست کنترل شد و جریمه های قابل توجهی برای بیرون دادن بدون توجه آن ها در نظر گرفته شده است . همچنین لیسانس هایی ، برای زندگی بهتر ، برای خرید و استفاده از این مواد شیمیایی مورد نیاز است .

4-1-6 ایمنی

هالوآلکان ها در لوله های مسی به محیط زیست راه پیدا می کنند و بعد از تماس با حرارت خیلی زیاد ، مانند لحیم کردن و در یک وضعیت آتش می توانند به گاز فسژن تبدیل شوند . یکی از راه های دیگر که فسژن می تواند تولید شود عبور هالوآلکان ها در یک موتور احتراق داخلی است ، یا فرو بردن در سیگار روشن ، سیگار یا لوله . فسژن ماده ای است که به عنوان ماده ی جنگی در جنگ جهانی اول مورد استفاده قرار گرفته است .

4-2 هیدروکربن ها

هنگامی که مبرد های هیدروکربنی در اواخر سال 1920 مطرح شدند پاسخی عمیق برای نیازهای عمیق درباره راه حل مناسب و مطمئن در مورد استفاده از مواد سمی وقابل اشتعالی که به عنوان مبرد مورد استفاده قرار می گرفتند مورد نیاز بود . در آن زمان دی اکسید گوگرد ، متیل کلرید و آمونیاک مبرد های رایج مورد استفاده بودند . آمونیاک و دی اکسید گوگرد هر دو بوی شدیدی داشتند که در صورت به وجود آمدن نشت بسیار کوچکی بوی قابل توجهی داشتند .
ویژگی اصلی مبردهای هیدروکربنی اشتعال پذیری بالای آنهاست.اقدام های احتیاطی برای جلوگیری از عواقب خصوصیات اشتعال پذیریشان در نظر گرفته شده است. هیدروکربن ها در عمل مبرد های خوبی هستند. آنها با روغن های معدنی امتزاج پذیر هستند و دماهای بحرانی نسبتا زیادی دارند .
درک آن ساده است که برای بدست آوردن راه حل اقتصادی بهتری برای یخچال های خانگی تحقیق و جستجوهایی صورت گیرد . به خصوص که در آن زمان کمپرسورهای بدون منفذ مطرح نشده بودند و نشت از میان محورهای آب بندی شده مشکل ثابتی بود . هیدروکربن هایی از جمله پروپان و ایزوبوتان نیز البته نه به صورت گسترده در آن زمان به عنوان مبرد استفاده می شدند . آنها مانند SO[SUB]2[/SUB] و NH[SUB]3[/SUB] بوی سوزناکی نداشتند اما بسیار اشتعال پذیر بودند . اما بعد از کوشش هایی که برای یافتن یک ماده صورت گرفت مبرد های CFC توسط Midgley در سال 1930 مطرح شدند . آنها طولی نکشید که به مبردهای کاملا خانگی دست پیدا کردند که استفاده از آنها به سرعت شروع به رشد کردن نمود .
65 سال بعد جامعه جهانی هشدارهای Rowland و Molina را پذیرفتند و CFC ها در بسیاری از کشورها ممنوع شدند که آن دو محقق بدلیل پی بردن به توانایی های آن مواد و نقصان و کاهش لایه ازن در آن سال ها برنده جایزه نوبل شدند . در حقیقت این مواد به ظاهر بی ضرر مواد غیر منتظره خیلی مضری یافت شدند که آثار بدی را در محیط زیست به جای می گذاشتند . همانند اینچنین مواد ساخته شده توسط انسان در محیط طبیعی وجود نداشتند .
حتی اگر چه با وجود اینکه به جای CFC ها از HCFC ها استفاده می شد و در مورد HCFC ها آنها توانایی کاهش لایه ازن را نداشتند ، اما صداهایی برای حرکت کلی به سمت مبردهای طبیعی و استفاده از مواد به صورت طبیعی در محیط زیست بالا گرفت. موادی که در این گروه قرار می گرفتند آمونیاک ، دی اکسید کربن ، هیدروکربن ها و اغلب اوقات نیز آب بودند . شبهات درباره مواد ساخته انسان بعدا با تحقیقاتی درباره -ی تاثیر انتشارمبردها با بیش از معادل 20 درصد دی اکسید کربن آزاد شده در مدت سالهای قبل از ممنوع شدن CFC ها تایید شد .
مشکلات در مورد استفاده از هیدروکربن ها در اینجا بررسی می شود . این مواد ،مواد آتش زایی هستند که نیاز به احتیاط های خاصی دارند تا مورد استفاده واقع شوند . مزیت اصلی هیدرو کربن ها در مقایسه با بقیه مبردهای طبیعی در این است که آنها در بسیاری از جنبه ها شبیه هیدروکربن های هالوژن داری هستند که در معمولا در صنعت وجود دارند . عدم تغییرات در سیستم و طراحی اجزا از نظر نکته های فنی ضروری است . همچنین از هیدروکربن ها می توان انتظار داشت که نقشی شبیه CFC ها و HCFC ها و HFC ها ایفا کنند .
در اینجا خصوصیات اغلب هیدرکربن ها که معمولا به عنوان مبرد استفاده می شوند مورد بحث قرار می گیرد و با R-22 و R-134a و NH[SUB]3[/SUB] مقایسه می شوند .
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
4-2-1 ملاحظات در مورد هیدروکربن ها
سال ها چندین هیدروکربن به عنوان مبرد مورد استفاده واقع می شدند . چنانچه قبل از این گفته شد پروپان و ایزو بوتان از جمله از آن هیدروکربن هایی بودند که تا قبل از سال 1930 مورد استفاده قرار می گرفتند . در طی گذشت 15 سال چندین هیدروکربن و ترکیبات هیدروکربنی به عنوان مبرد عموما به صورت تجاری استفاده می شدند .
ایزو بوتان (R-600a ) بیشتر اوقات به عنوان مبرد هیدروکربنی استفاده می شود . در اروپا ایزوبوتان با سهم بیش از 95 درصد در بسیاری از کشورها به طور کلی در یخچال های خانگی به عنوان مبرد استفاده می شد. در سال 2004 در 33 درصد از فریزرها و یخچالهای خانگی که در جهان تولید می شدند از ایزوبوتان خالص و ترکیبات ایزوبوتان استفاده می شد . از اوایل سال 1993 تا همان سال حدود 200 میلیون دستگاه در جهان عرضه شد .
پروپان ( R-290 ) و پروپن (پروپیلن و R-1270 ) توسط بسیاری از تولید کننده های پمپ حرارتی و دستگاه های تهویه هوا و در سیستم های تبرید صنعتی استفاده می شد . پروپان و ترکیبات حاوی پروپان می توانند با به کاربردن احتیاط ها و هشدارهای مناسب در دستگاههای تهویه مطبوع پنجره ای هوا و سیستم های کاملا بسته استفاده شوند . برای این توسعه دادن ها مخالفت هایی از این نظر که چه مزیت هایی باید در نظر گرفته شوند وجود دارد. پروپان همچنین با درجه خطر قابل قبول، برای تهویه مطبوع هوای ماشین ها استفاده می شود و در این مورد هم باید احتیاط های لازم در نظر گرفته شود. از هزاران سیستم تهویه مطبوع که با پروپان کار می کنند ده ها سیستم به طور غیر مجاز توسط افراد در ایالات متحده آمریکا و استرالیا نصب شده اند کار می کنند . با وجود کمبود مجوز های رسمی و عدم کنترل افزایش محسوسی در آتش سوزی ماشین ها وجود ندارد و این مسئله با توجه به اینکه ماشین های عادی حاوی بیش از 70 لیتر بنزین بشدت اشتعال پذیر هستند شگفت آور است. به نظر می رسد خطرات اضافی ایجاد شده با چند گرم مبرد هیدروکربنی قابل صرفنظر کردن است. از این گذشته برای استفاده از هیدروکربن ها در دستگاههای تهویه مطبوع اتومبیل ها مشکلاتی هم وجود دارد . R-1270 مبردی است که در عمل شبیه پروپان است اما خیلی گران قیمت است و از این رو بعید به نظر می رسد که به صورت عمومی طرفدار پیدا کند. هیدروکربن ها به نظر نمی رسد که در مقیاس وسیع عملیات تهویه مطبوع هوا مورد توجه قرار گیرد اما به طورمشخص به نظر می رسد به نظر می رسد به عنوان مبرد برای تهویه مطبوع پنجره ای هوا با مقدارکم مورد استفاده واقع شود .
شرکت انگلیسی Calor Gas در زمینه تجارت مبردها فعالیت دارد ( اکنون صاحب امتیاز مبردهای BOD است ، قسسمتی از Linde-group ) یک سری از هیدروکربن ها را بر مبنای سیالات تعمیم داده است . جدا از ایزوبوتان و پروپان و پروپن خالص ، آن ها همچنین ترکیبات ایزوبوتان/پروپان و پروپن/اتن را برای برابر کردن منحنی های فشار بخار R-12/R-134a و R-22/R-407c را به وجود آورده اند .
بوتان ( R-600 ) همچنین مورد بحث واقع می شود ، اما به دلیل کمبود اطلاعات به صورت اقتصادی استفاده نمی شود . خصوصیات آن بسیار شبیه ایزوبوتان است که در زیر بحث می شود . پنتان و ایزوبوتان استفاده در سیستم های گریز از مرکز برای جایگزینی R-11 مطرح شده اند .



Untitled.jpgجدول شماره 4-1 خصوصیات مبردها در دمای 40 درجه سانتیگراد​


جدول شماره 4-1 در مورد چندین خصوصیت بیشتر هیدروکربن های نام برده شده از جمله R-134a و R-22 و همچنین آمونیاک را برای مقایسه به ما می دهد . از جدول چنان به نظر می رسد که جرم مولکولی هیدروکربن ها از R-134a و R-22 بسیار کمتر است . این اختلاف همچنین در چگالی هم آشکار است . با مقایسه پروپان ، پروپن و R-22 مشخص می شود که همگی دمای جوش نرمالی دارند ، این گونه به نظر می رسد که دانسیته بخار HC ها حدود دو برابر دو H(C)FC است . آمونیاک به شدت گرمای تبخیر بالایی دارد ، اما دانسیته بخار خیلی کمی نسبت به دمای جوش نرمال خیلی کمشان دارند . به دمای نقطه سه گانه و دمای بحرانی توجه کنید . با توجه به دمای نقطه سه گانه و دمای نقطه بحرانی هیچ اختلاف واضحی بین گروه های سیال مورد بررسی وجود ندارد . از این مقایسه ابتدایی روشن است که اختلاف اصلی و مهم بین این سیالات در وزن مولکولی ، اثرات خود را در چگالی و گرمای تبخیر نشان می دهد که برای هر سیالی که در عمل تبرید استفاده می شود مهم است . درقسمت بعد مقایسه دقیق بیشتری بین دو سیال انجام می شود .
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
4-2-2 خصوصیات هیدروکربن ها به عنوان مبرد
هنگامی که یک سیال به عنوان مبرد انتخاب می شود ابتدا اختلاف ممکن منحنی فشار بخار مورد بررسی قرار می گیرد . چنانچه مرسوم است ، سیالی انتخاب می شود که فشار همه ی اجزای سیستم آن بین bar 25-1 باشد . حد پایین طوری انتخاب شده است که هوای محیط اطراف از داخل سیستم خارج گردد و حد بالا طوری انتخاب شده است که از دماهای سطحی بیش از اندازه جلوگیری شود . در شکل شماره 4-3 منحنی فشار بخار مبردهای HC و اختلاف ها را نشان داده است .

Untitled.pngشکل شماره 4-3 منحنی فشار بخار برای هیدروکربن های مختلف​

جدول شماره 4-2 خصوصیات سیکل ها در 20-/40+ درجه سانتیگراد
Untitled.png


منحنی های پروپان و پروپن بسیار شبیه R-22 و آمونیاک است و نشان می دهد که ناحیه عملکرد آن ها بسیار شبیه هم است . ضریب زاویه ، اختلاف نسبت فشار بین سیالات را به ما نشان می دهد . این مهم است که بازده حجمی و ایزونتروپیک با افزایش نسبت فشار انتظار می رود که کاهش یابد . مقایسه سیالات در دمای چگالش و تبخیر 20-/40+ نسبت فشار را در جدول شماره 4-2 به ما می دهد .
به طور عمومی هنگام عملکرد بین دو دمای خاص ، سیالات با فشار بخار کم ( دمای جوش نرمال زیاد ) از سیالات با فشار بخار زیاد نسبت فشار بزرگتری دارند . اگرچه در این نقش عموما استثنایی وجود دارد و این در مقایسه به طور کامل دیده می شود . اختلاف های عمومی بین مبردهای HC و سایر سیالات یافت نمی شود . یک روش برای مجسم کردن اختلاف بین مبردها مقایسه نمودار آنتالپی-دما آن ها است . در شکل شماره a4-2 نمودارهای پروپان و R-134a و آمونیاک نشان داده شده اند . در شکل شماره b4-2 پروپن و ایزوبوتان به خوبی در نظر گرفته شده اند .
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
نمودارها اختلاف در گرمای تبخیر را بین سیالات مختلف نشان می دهند . گرمای تبخیر زیاد همانند بدون مبرد که برای رسیدن به ظرفیت سرمایی ( یا گرمایی ) مشخص جریان می یابد سودمند است . اگرچه این مهم است که با جریان دبی حجمی کمپرسور و با چگالی مبرد ، دبی جرمی مشخص می شود . این به دلیل علاقه برای مقایسه محصول گرمای تبخیر و چگالی بخار مبرد که به داخل مبرد وارد می شوند است . چنانچه این محصول به ما ظرفیت در دسترس با کمپرسور خاص را نشان می دهد . این محصول همچنان نقش سطح فشار را برای مبردهای مورد بحث در شکل شماره 4-5 نشان می دهد .



شکل شماره 4-4 نمودارهای h-T برای (A) پروپان ، R-134a و آمونیاک (B) ایزوبوتان ، پروپان ، پروپن ، R-134a ، R-22 و آمونیاک .​


Untitled.jpgشکل شماره 3-5 محصول گرمای تبخیر و دانسیته بخار با فشار​
 

پیوست ها

  • Untitled.jpg
    Untitled.jpg
    11.8 کیلوبایت · بازدیدها: 0

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
از شکل کاملا مشخص است که سطح فشارحدود بالا و پایین ظرفیت هر واحد سرعت حجمی را مشخص می کند. این نتیجه نه تنها فقط برای مبردهای مقایسه شده بلکه برای همه ی سیالات معتبر است و عمومیت دارد . یک مقایسه دقیق ظرفیت تبرید برای به دست آوردن جریان حجمی کمپرسور با مبردهای مختلف با مقایسه اثر حجمی q[SUB]v[/SUB] برای دماهای تبخیر و چگاش خاص به دست می آید . شکل شماره 4-6 این اثر را وقتی که دمای چگالش 40+ درجه سانتیگراد باشد و نه سوپر هیت باشد و نه تحت سرد نشان می دهد .

Untitled.jpgشکل شماره 4-6 اثر سرد سازی حجمی بر حسب دمای چگالش 40+ درجه سانتیگراد . نه سوپر هیت و نه تحت سرد​

همانگونه که از مسئله قبل برداشت می شود ، سیالات با فشارزیاد اثر سردسازی حجمی بیشتری دارند . با مقایسه سیالات ما می بینیم که آمونیاک ظرفیت خیلی بیشتری را به ما می دهد . با جریان دبی حجمی ، به استثنای در دمای تبخیر کم نشان داده شده است . اما اختلاف آنچنان که در شکل شماره a4-4 پیش بینی می شد چشمگیر نیست . پروپان و R-22 در همه ی دماها تقریبا همان ظرفیت را دارند . در دمای تبخیر صفر درجه سانتیگراد ظرفیت پروپن 20 درصد بیشتر از ظرفیت پروپان است که ناشی از اختلاف در فشار است. همچنان که پیش بینی شده است ایزوبوتان اثر سردکنندگی حجمی کمی دارد که ناشی از فشار بخار کم ایزوبوتان است . اثر سرد کنندگی حجمی در 40+/20- در جدول شماره 4-2 داده شده است . هیدروکربن ها هیچ رفتار غیر قابل پیش بینی را نشان نمی دهند . در مورد بازده فرایند ، نه تنها ظرفیت هر واحد جرم یا واحد جریان حجمی اهمیت دارد بلکه کار کمپرسور نیز دارای اهمیت است . برای مقایسه سیالات در جدول شماره 4-2 کار خاص کمپرسور ایزونتروپیک از دمای 20- تا 40+ درجه سانتیگراد برای سیالات مختلف داده شده است . چنانچه قابل پیش بینی است ، آمونیاک مقدار زیادی دارد و R-22 و R-134a مقدار کمی دارند . هر چند این مقدارها بایستی با دمای تبخیر رابطه داشته باشند ، یا به طور صحیح ، برای جذب حرارت یا پس دادن به وسیله سیکل . برای به دست آوردن یک تصویر درست ضریب بازده برای سرد کردن ( COP2 ) یا برای گرم کردن ( COP1 ) ممکن است محاسبه شود . جدول شماره 4-2 مقدار COP2 را برای سیالات تحت حالات زیر به ما می دهد : دمای چگالش 40+ درجه سانتیگراد ، دمای تبخیر 20- درجه سانتیگراد و نه سوپرهیت در ورودی کمپرسور و نه تحت سرد در خروجی کمپرسور ، بدون اتلاف حرارت به محیط اطراف و بدون افت فشار در لوله ها و مبدل های حرارتی ، برای یک فرآیند ایده آل بدون تحت سرد بودن یا سوپرهیت بودن .
در این حالات COP1 با COP2+1 برابر می شود . چنانچه از جدول به نظر می سرد اختلاف بین سیالات R-22 و R-134a در بین مبردهای هیدروکربنی تقریبا کم است . آمونیاک در ابتدای گروه قرار دارد . بازده سیکل با فرآیند کارنو مقایسه می شود که ممکن است در مقدارهای ثابت کارنو بیان شود . بازده کارنو اینگونه بیان می شود :
Untitled.png
مقدارهای دیگری که در جدول شماره 4-2 داده شده اند و دسته مبردها البته COP2 مشابهی دارند . این باید در نظر گرفته شود که مقدارهای COP2 بسیار به دماها وابسته هستند و اگر آن ها با دیگر حالت ها مقایسه شوند دیده می شود که سیالات اختلاف کمی دارند . چنانچه در شکل شماره 4-4 نشان داده می شود ، شکل قله بخار برای سیالات مختلف متفاوت است . یک معنی مهم این آنست که بازده ممکن است با سوپر هیت شدن یا تحت سرد شدن سیال زیاد یا کم شود ، این اثر ممکن است به عنوان افزایش درصدی ظرفیت سرد شدن بر درجه یا تحت سرد شدن یا سوپر هیت شدن بیان شود . این درصدها صرفا بر اساس خواص سیالات هستند که اغلب اوقات به عنوان ضریب y هستند . در جدول شماره 4-2 سه ضریب y داده شده اند . برای حالت دمای چگالش 40 درجه سانتیگراد و دمای بخار 20- درجه سانتیگراد ضریب y این معنی را دارد :
Y[SUB]1[/SUB] درصد افزایش در اثر سردسازی حجمی q[SUB]v[/SUB] و در COP2 برای هر درجه از تحت سرد است .
Y[SUB]2[/SUB] درصد افزایش در اثر سردسازی حجمی q[SUB]v[/SUB] برای هر درجه از سوپر هیت شدن داخلی است .
Y[SUB]3[/SUB] درصد افزایش در COP2 برای هر درجه از سوپر هیت شدن داخلی است .
با سوپر هیت شدن داخلی اینگونه برداشت می شود که جذب گرما در خلال سوپر هیت شدن مفید است و از فضای سرد شده گرفته می شود . استفاده از یک مبدل حرارتی داخلی بین لوله ورودی و لوله مایع همان اثر را دارد که سیستم به عنوان به عنوان سوپر هیت شدن داخلی دارد . چنانچه با ضریب y[SUB]1[/SUB] نشان داده می شود ، اثرسردسازی برای سیالات مختلف مشابه است . بجز آمونیاک که فایده سردسازی آن از بقیه کمتر است . در صورتیکه سردسازی برای ظرفیت سرد شدن همیشه مثبت است و COP2 ، سوپر هیت شدن ممکنن است مثبت یا منفی باشد . مزیت هیدروکربن ها ، در دو مقدار ظرفیت سرمایی و COP2 حاصل از سوپر هیت شدن در ورودی کمپرسور است . برای R-134a فایده کمی وجود دارد و برای R-22 بازده خیلی کوچک است . برای آمونیاک به عبارت دیگر ، در ظرفیت سرمایی و COP2 سوپر هیت شدن یک اثر منفی دارد . در پایان فایده استفاده از هیدروکربن ها در مبدل حرارتی داخلی بین لوله مکش و لوله مایع از بقیه ی مبردهای رایج بیشتر است . به عنوان مثال اگر ایزوبوتان در دمای 25 درجه سانتیگراد در مبدل حرارتی سوپر هیت شود در حالت 40+/20- ، COP2 کاملا شبیه آمونیاک بدون مبدل حرارتی داخلی در حالت های مشابه است . بعلاوه ، پروپان با یک مبدل حرارتی داخلی و 25 درجه سانتیگراد فوق اشباع شدن ، تنها COP2 آن کمی از R-22 بدون فوق اشباع شدن و مبدل حرارت داخلی کمتر است . یک معیار که می تواد مقایسه کند که در دو مرحله مورد نیاز است یا نه ، دمای گاز گرم است . این دما همچنین به شکل قله بخار وابسته است . برای حالت 40+/20- درجه سانتیگراد و متراکم کردن ایزونتروپیک دمای گاز داغ T[SUB]1s,is[/SUB] در جدول شماره 4-2 داده شده است . برای ایزوبوتان که قله بخار قابل توجه است ، منحنی در h-T و ( h-log(p) ) نمودار خط آنتالپی ثابت در منحنی اشباع در 20- درجه سانتیگراد شروع می شود و به منطقه دوفازی ( شکل b4-4 را ببینید ) می رود و در یک تراکم سازی ایزونتروپیک در منطقه دوفازی پایان می یابد و دمای خروجی با دمای اشباع برابر می شود ، 40 درجه سانتیگراد . برای پروپان و R-134a ، بعد از ترکم پذیری ایزونتروپیک بخار اندکی سوپر هیت شده است . برای R-22 با قله منحنی بخار کم دمای گاز به طور قابل ملاحظه ای زیاد است ، حدود 70 درجه سانتیگراد . آمونیاک به طور قابل ملاحظه ای از دمای گاز داغ بعد از تراکم سازی ایزونتروپیک از 20- تا 40+ درجه سانتیگراد انحراف دارد ، 5/135 درجه سانتیگراد و از دیگر سیالت بیشتر است . برای ایزو بوتان تراکم غیر ایزونتوپیک همچنین به این معنا است که حالت سیال بعد از تراکم فاز بخار است . در پایان هیدروکربن های مهمی که به عنوان مبرد استفاده می شوند دمای گاز داغ مساوی یا کمتری را در مقایسه با بقیه مبردهای مورد استفاده به ما می دهند . خصوصیات انتقال ، ویسکوزیته و هدایت گرمایی ، تاثیر افت فشار و انتقال حرارت در مبدل های حرارتی سیستم . در جدول شماره 4-3 این خصوصیات برای فازهای بخار و مایع در دمای 40+ درجه سانتیگراد داده شده است .
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
Untitled.pngجدول شماره 4-3 خصوصیات انتقال در دمای 40 درجه سانتیگراد​


چنانکه نشان داده می شود هدایت حرارتی هیدروکربن ها به طور قابل ملاحظه ای از R-22 و R-134a زیادتر است . نقش انتقال حرارت مطلوب نشان داده می شود . هدایت گرمایی آمونیاک از هدایت حرارتی بقیه سیالات بیشتر است . ویسکوزیته هیدروکربن ها به طور چشمگیری از ویسکوزیته R-134a و R-22 کمتر است و آمونیاک در این مورد در بین دو گروه قرار می گیرد .
4-2-3 سازگاری با ساختار مواد
هیدروکربن ها با ساختار موادی همانند آلیاژ فلزها و پلینرها که به طور خاص در سیستم های HFC مورد استفاده قرار می گیرند سازگارند . این مواد شامل نئوپرن ، رزین نیتریل ، HNBR ، PTFE و نایلون می شود . موادی که از آن ها پرهیز می شود EPDM و رزین طبیعی و رزین سیلیکون هستند .
4-2-4 اشتعال پذیری
هیدروکربن ها بسیار قابل اشتعال هستند و این واقعیت در طراحی برای این مبردها نباید ساده فرض شود . شکل شماره 4-6 اغلب خصوصیات را به ما می دهد . محدودیت اشتعال پذیری حدود 2 تا 9 یا 10 درصد مبرد در هوا است . دمای اشتعال خود به خود هیدروکربن ها حدود 460 درجه سانتیگراد است و انرژی احتراقشان تقریبا KJ/Kg 50000 است . سرعت سوختن آرام هیدروکربن ها حدود m/s 4/0 و حداقل انرژی احتراق حدود mJ 25/0 برای هیدروکربن ها ثبت شده است . این مقادیر می توانند با مقادیر متناظر آمونیاک که همچنین بررسی شده است که اشتعال پذیر هستند مقایسه شود . آمونیاک عددهای کاملا متفاوتی دارد . کم خطر نشان دادن آن ناشی از اشتعال پذیری با این ماده است . عموما علاقه مندی به استفاده از هیدروکربن ها از کشوری به کشور دیگر متفاوت است ، اما در اروپا ، با قانون جدید EN378 انتظار می رود بعد از سال 2007 باید حمایت کافی به طراحان داده شود تا از رده خارج شوند .
4-3 آمونیاک
آمونیاک تنها مبرد خارج از گروه هیدروکربن هاست که در حال حاضر به مقدار زیاد مصرف می شود . گرچه آمونیاک سمی است و در شرایط معین تا اندازه ای اشتعال پذیر و قابل انفجار است ، مشخصات گرمایی عالی آن ، آن را مبرد ایده آلی برای کارخانجات یخسازی ، کارخانجات بسته بندی ، میدان های یخ بازی ، تأسیسات سردخانه های بزرگ و امثال آن می کند ، در جایی که افراد کاری مجرّب معمولا ً عهده دار انجام کار بوده و طبیعت سمّی کم اهمیت است .
آمونیاک دارای بالاترین اثر تبرید در پوند هر مبردی است که ، برخلاف حجم ویژۀ نسبتا ً زیادی که در حالت بخار بودن دارد ، ظرفیت تبرید بالاتری را با جابه جایی کم پیستون امکان پذیر می سازد .
نقطۀ جوش آمونیاک در فشار متعارف جوّ برابر [SUP]0[/SUP]F28- (-2/22[SUP]0[/SUP]c) است . فشار تبخیرکن و چگالنده در شرایط متعارف [SUP]0[/SUP]F5- (-15[SUP]0[/SUP]c) و[SUP]0[/SUP]F 86(30[SUP]0[/SUP]c) به ترتیب عبارت اند از Psia27/ 34 (bar 37/2) و Psia 2/169( bar 67/11) است ، که فشار متوسطی است ، به طوری که می توان در ساختن وسایل تبرید از مواد سبک وزن استفاده کرد . ولی ، دمای تخلیۀ آدیاباتیک نسبتا ً بالاست ، و در شرایط متعارف 210[SUP]0[/SUP]F (98/89[SUP]0[/SUP]c) است که خنک کاری سرکمپرسور سیلندرها را با آب مطلوب می سازد . همچنین ، از فوق گرمهای بالای مکش در سیستم های آمونیاکی باید اجتناب کرد . گرچه آمونیاک خالص بی آب برای تمام فلزاتی که معمولا ً در سیستم های تبرید به کار می روند خورنده نیستند ، در حضور رطوبت ، آمونیاک برای فلزات غیرآهنی مثل مس و برنج خورنده می شود . پرواضح است که این فلزات هرگز نباید در سیستم های آمونیاکی به کار برده شوند .
آمونیاک امتزاج پذیر با روغن نیست و بنابراین روغن را در کارتر کمپرسور رقیق خواهند کرد . ولی باید پیش بینی هایی برای برداشت روغن از تبخیرکن به عمل آورد و جداکنندۀ روغن در لولۀ تخلیۀ تمام سیستم های آمونیاکی به کار برد .
سیستم های آمونیاکی را می توان با شمع های گوگردی نشت یابی کرد ، که دود سفید غلیظی در حضور بخار آمونیک بیرون می دهد ، یا با به کار بردن محلول غلیظ صابون در اطراف اتصال لوله ها ، که در این صورت نشت را با ظاهر شدن حباب در محلول می توان تشخیص داد . آمونیاک تقریبا ً همه جا به آسانی در دسترس است و به مراتب ارزانتر از هر مبردی است که معمولا ً مصرف می شود . این دو نکته ، توأم با پایداری شیمیای آن ، وابستگی به آب ، و امتزاج ناپذیری با روغن ، آمونیاک را مبرد ایده آلی برای مصرف در سیستم های بزرگ می سازد که سمی بودن در آنها فاکتور مهمی نیست . به علت ضرایب انتقال گرمای نسبتا ًزیاد آن و بهبود حاصل در آهنگ انتقال گرما در طرف مبرد آمونیاک به ویژه در تأسیسات بزرگ سرد کردن مانع مناسب است آمونیاک با کمپرسورهای رفت و آمدی نوع باز ، دورانی ، مرکزگریز مورد استفاده قرار می گیرد .
4-4 دی اکسید کربن
دی اکسید کربن در نانی که ما می خوریم، درنوشابه ای که ما می نوشیم و در هوایی که استنشاق می کنیم وجود دارد. همچنین دی اکسید کربن در اتمسفروجود دارد و غیر قابل اشتعال و غیر سمی است. با این وجود دی اکسید کربن از سال 1862 به عنوان مبرد استفاده می شود. از دی اکسید کربن در سیستم های سرد سازی دریایی به عنوان مبرد به جای آمونیاک و متیل کلرید استفاده می شود. اگرچه ظهور هیدروکربن ها در سال 1930 به دلیل بازده کم دی اکسید کربن منجر به این شد که کمتر از آن استفاده کنند و سرانجام نیز استفاده از آن در سال 1950 متوقف شد.دلیل بازده کم دی اسید کربن در هنگام استفاده از آن به عنوان مبرد این است که دی اکسید کربن دمای بحرانی پایینی دارد.چندین روش وجود دارد که می تواند این نقص را برطرف کند. به هر حال در نتیجه توسعه ها و استفاده از دی اکسید کربن به عنوان مبرد در سیستم هایی که کارایی کمتری نسبت به کارایی زیاد هیدروکربن ها و آمونیاک در سیستم هادارند استفاده از دی اکسید کربن دوباره آغاز شده است.
از دی اکسید کربن به چندین طریق می توان به عنوان مبرد استفاده کرد .
4-4-1 دی اکسید کربن در سیستم های افشانه ای
دی اکسید کربن به عنوان مبرد با دمای کم در سیستم های افشانه ای دی اکسید کربن/آمونیاک معرفی شده است. استفاده از آمونیاک که سمی است با دماهای بخار کم به ماشین آلات خاص محدود می شود. استفاده از آمونیاک به عنوان مبرد با دمای کم در سیستم های افشانه ای شامل مشکلاتی بود، که از حجم مخصوص خیلی زیاد بخار آمونیاک در دماهای زیر 35 درجه سانتیگراد ناشی می شد. بسته به فشاری که دی اکسید کربن می تواند در آن چگالیده می شود مشخص است که سیستم های افشانه ای خیلی کارا تر از سیستم های دو مرحله ای آمونیاک برای دماهای تبخیر در محدوده 40- تا 50- درجه سانتیگراد است. اولین سیستم اینچنینی توسط نستل، در نزدیکی لندن، برای خشک کردن انجمادی قهوه راه اندازی شد. نستل پس از آن سیستم های مشابهی برای انجماد مواد غذایی در ایالات متحده آمریکا راه اندازی کرد. بنا به دلایل گوناگون این سیستم ها در مقایسه با سیستم های متداول کارایی و قیمت مناسب تری دارند.
4-4-2 دی اکسید کربن به عنوان مبرد فرار ثانویه
دی اکسید کربن همچنین می تواند به عنوان مبرد فرار ثانویه بنابر پتنت انگلیسی شماره 2258298GB سال 1992 استفاده شود. دی اکسید کربن به سمت تبخیر کننده ها جریان می یابد که در آنجا گرما از دست می دهد و به داخل یک مخزن بر می گردد، که در آنجا به وسیله یک مبرد متداول چگالیده می شود. هیچ کمپرسوری برای دی اکسید کربن لازم نیست. دبی جرمی جریان دی اکسید کربن خیلی کمتر از دبی جرمی است که برای یک مبرد ثانویه مانند گلیکول لازم است. این نتایج به شدت توان مورد نیاز برای پمپ کردن را کاهش می دهد. سیستم دی اکسید کربن همچنین می تواند به روغن که ضریب انتقال حرارت را به شدت بهبود می بخشد نیاز نداشته باشد. اینچنین سیستم هایی در انگلیس و سوئد و فرانسه راه اندازی شده اند.
این واضح است که با استفاده از دی اکسید کربن ثانویه پمپ شده به جای آب برای سیستم های تهویه مطبوع گسترده هوا توان مصرفی کلی پمپ به طور قابل ملاحظه ای می تواند کاهش یابد. متاسفانه، بیش تر متخصصان به این نتیجه رسیده اند که آنچه که قبلا اتفاق افتاده است بهتر بوده است. این تعجب آور است که از پمپ شده فرار ثانویه برای تهویه مطبوع هوا هنوز استفاده نمی شود. اگر چه به طور موفقیت آمیزی در سرد خانه ها و سوپر مارکت ها از آن ها استفاده می شود. اداره ی مرکزی بانک رویال اسکاتلند ، در حال حاضر زیر نظر ادینبورگ است، فرصتی برای مقایسه بین بهترین عملکرد متداول و فنون فرار ثانویه مورد استفاده، ایجاد کرده است. با همکاری متخصصان، یک مطالعه طراحی درباره پتانسیل سیستم های فرار ثانویه به وجود آمده است. سیستم های در حال ساخت بهترین عملکرد را در استفاده از جریان آب سرد برای خنک کننده های هوا و جریان گلیکول از چگالیده سیستم های R-134a برای خنک کننده های خشک هوا دارند. از خنک کننده های خشک هوا برای حذف هرگونه خطر ابتلا به ذات الریه ثانویه و حداقل کردن مقدار R-134a استفاده می شوند. سیستم طوری طراحی شد که در محیط 14 درجه سانتیگراد این امکان وجود داشته باشد که هوای سرد بدون استفاده از کمپرسور سرد کننده به تیر های سرد جریان یابد. این اغلب اوقات به معنی سرد کردن آزاد است. سیستم های از این قبیل بهترین عملکرد را موقعی دارند که مبردهای هیدروکربنی برای سرد کردن جریان آب استفاده می شوند.توان مورد نیاز برای جریان یافتن هوای سرد و محلول گلیکول در این عملیات قابل ملاحظه است. مطالعات سیستم های فرار ثانویه که از دی اکسید کربن استفاده می کنند به عنوان اولیه و آمونیاک به عنوان اولیه نشان داد که هزینه کلی آن ها حدود 45 درصد سیستمی با بهترین عملکرد است که از R-134a و آب استفاده می کنند.دلایل برتری سیستم های فرار ثانویه کاهش خیلی زیاد اندازه لوله ها در سرتاسر تجهیزات 6 اینچ به جای 18 اینچ و کاهش در توان پمپ از 240 کیلو وات به 24 کیلو وات است. فواید استفاده از دی اکسید کربن به قدری مهم است که اکنون به صورت فراگیر پذیرفته شده است.

4-4-3 دی اکسید کربن به عنوان یک مبرد کامل
استفاده از دی اکسید کربن به عنوان یک مبرد کامل، مخصوصا برای تهویه مطبوع هوا، به این مفهوم است که سیستم در فشاری که بیش از فشار بحرانی است کار می کند.این مسئله کاملا بدیهی است که سیستم های اینگونه نمی توانند در میزان کارایی با سیستم های تبریدی که از مبردهایی نظیر R-134a و R-410a و آمونیاک استفاده می کنند رقابت کنند. اگرچه به این مسئله پی برده شده است که استفاده از کمپرسورهای پیچشی اقتصادی به طور قابل ملاحظه ای کارایی سیستم های تبرید دی اکسید کربن را بهبود می بخشند. شکل شماره 4-7 ضریب کارایی سیستم های تبرید اقتصادی دی اکسید کربن با تبخیر مبرد در دمای 5 درجه سانتیگراد و بازگرداندن گرمای آن به عنوان سیال بحرانی درفشار 90 بار نشان می دهد. در روی نمودار ضرایب کارایی برای R-134a و R-410a در دماهای چگالش متفاوت وجود دارد. می تواند به نظر برسد که کارایی R-134a تا اندازه ای از R-410a بیشتر است که اینگونه می توان توجیه کرد که دماهای بحرانی آن ها متفاوت است. همچنین می توان مقایسه بین کارایی سیستم پیچشی اقتصادی که از دی اکسید کربن استفاده می کند با کارایی سیستم های متداول در شرایطی که چگالش در دمای حدود 55 درجه سانتیگراد انجام می شود را مشاهده کرد.
55 درجه سانتیگراد برای عملیات سیستم تهویه مطبوع هوا در محدوده ی وسیع یک دمای چگالش غیر معمول نیست. مقایسه کار کرد یک کولر با سیال فوق بحرانی با یک چگالنده با یک مبرد مشکل است. قابل توجه است که سیال فوق بحرانی در یک محدوده ی وسیع دما در مقایسه با چگالنده های متداول که سرد می کنند در یک دمای ثابت حرارت بیشتری را باز می گرداند. متوسط اختلاف دمای لگاریتمی برای یک کولر با سیال فوق بحرانی بیشتر از متوسط اختلاف دمای لگاریتمی مربوط به چگالنده های متداول با عملکرد در دمای 55 درجه سانتیگراد است. کمپرسور های پیچشی می توانند تا فشار بالاتر از 100 بار تراکم ایجاد کنند. این


Untitled.jpgشکل شماره4-7 COP بر حسب دما​

کمپرسورها برای فشرده سازی سوخت های گازی طراحی شده اند و برای تبرید طراحی نشده اند. آن ها همچنین خیلی بزرگتر از آن هستند که بزرگترین سیستم تهویه هوا مطبوع نیاز دارد. با این وجود نشان داده شده است که کمپرسورهای پیچشی اقتصادی برای تهویه مطبوع دی اکسید کربنی هوا می توانند تولید شوند.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
بررسی مبردها ( گذشته ، حال و آینده )

بررسی مبردها ( گذشته ، حال و آینده )

مقدمه
همانطور که می دانیم عمل سرد سازی از اواسط قرن نوزدهم پا به عرصه گذاشت. این صنعت در طی انقلاب صنعتی زمانی که انسان به اصول بنیادی ترمودینامیک پی برد ظاهر گردید. اگر چه استفاده از عمل سرد سازی به مدت ها قبل باز می گردد.
به هر حال هوا به عنوان نخستین مبرد شناخته شد، اما یخ سابقه طولانی تری دارد همان طور که چینیان از هزاران سال قبل از خانه های یخی استفاده می کردند. رومی ها و فارس ها از یخ و برف جهت سرد کردن نوشیدنی ها در تابستان استفاده می کردند. استفاده از یخ و برف از قرن هفدهم تا نوزدهم مستند است.

5-1 گذشته
5-1-1 قرن نوزدهم :
استفاده از سیستم های تراکمی تبخیری به پروفسور William Cullen بر می گردد که در سال 1755 با تبخیر آب در فشار پایین موفق به تولید یخ گردید. او همچنین از اتیل اتر جهت یک کاهش دما استفاده کرد.
Jacob Perkins یک تبعه آمریکایی در سال 1834 یک سیستم سرد سازی تراکمی – تبخیری ثبت کرد که در آن از اتیل اتر به عنوان مبرد در یک سیکل بسته مورد استفاده قرار می گرفت. اختراع وی همه ی قسمت های یک سیستم سردسازی مدرن را دربرمی گرفت : کمپرسور، کندانسور، وسیله ای جهت انبساط و یک تبخیر کننده. در همین زمان بود که وی شروع به تحقیق در رابطه با یک مبرد ایده آل نمود، به طوری که هنوز هم کشف نشده است. او در آزمایشات ابتدایی خود از اتیل اتر استفاده نمود ولی بعد ها از یک ماده آلی استفاده کرد که از گرم کردن لاستیک حاصل می شد. اتیل اتر مبرد خوبی محسوب نمی شد، زیرا موجب بیهوشی می گردید و اشتعال پذیر هم بود و همچنین به ازای یک کار مشخص از مبرد، شدت جریان زیادی از مبرد لازم بود (به ازای یک سرد کنندگی معین مقدار زیادی مبرد لازم بود) . اتیل اتر نسبت به هوا چگال تر (متراکم تر) بود و بوی خاصی جهت تشخیص نداشت (در هنگام نشت کردن) و ماده آلی نیز بوی بسیار بدی از خود متساعد می کرد در حالی که توجیهی برای آن یافت نشد. از همین رو گوگرد ارائه گردید. در زمان Perkins سیال مبرد کلاسیک همچون آمونیاک، دی اکسید گوگرد و دی اکسید کربن نیز جهت استفاده موجود بودند. اما کمپرسورهای پیچیده و حرکت دهنده های بسیار قوی برای استفاده کردن از آن ها مورد نیاز بود. در همین زمان مبردهای ابتدایی همچون آب و هوا با سیستم سردسازی جذبی آب/ آمونیاک رقایت می کردند. بایستی توجه کرد که این مبرد ها از نظر کارایی قابل رقابت با سیستم های تراکمی – تبخیری بودند. هوایی که در سیکل برایتون مورد استفاده قرار می گرفت بازده ترمودینامیکی خیلی کمی داشت، زیرا محدوده ی دمایی عملکردش زیاد بود. استفاده از آب به طور موثر دارای مشکلاتی بود زیرا فشار خیلی کمی داشت و پمپ های غول آسا مورد نیاز بود. سیستم های جذب به طور قابل ملاحظه ای کارایی کمی داشتند اما به انرژی بسیار کمی نیاز داشتند. به هر حال، تصوری از مواد کم خطر تر از آب وهوا نیز موجود بود. آمونیاک مبردی بود که علاوه بر داشتن خصوصیات بهتر ماده ای بی خطر محسوب می شد.
استفاده از اتیل اتر که قابلیت اشتعال پذیری بالایی داشت، همچنان در سیستم های تراکمی – تبخیری رایج بود.تا اینکه در سال 1863 Charles Tellierسیکلی ارئه داد که در آن از متیل اتر استفاده می شد. این مبرد در یک فشار بالاتر کار می کرد و همچنین خطر نفوذ هوا به داخل سیستم و تشکیل یک مخلوط قابل اشتعال در داخل ماشین را کاهش می داد.
سیستم های تراکمی – تبخیری توسط James Harisonبهبود یافتند. اما همچنان از متیل اتر استفاده می شد که برای نخستین بار توسط Carl Von Lindenدر سال1875 مورداستفاده قرار گرفت. سه سال قبل از لیندر در سال 1872 برای نخستین بار توسط David Boyleکمپرسورهای آمونیاک ساخته شد و آمونیاک به عنوان مبرد مورد استفاده قرار گرفت. آمنیاک در بسیاری از موارد به عنوان مبرد ایده آل محسوب می گردد، اما همواره رقابت جهت تولید مواد با سمیت کمتر وجود دارد. همانطور که در سال 1862 برای اولین بار Thaddlus Lowe سیستم ها سرد کننده دی اکسید کربن را که در آن از کمپرسورهایی استفاده می شد که طی جنگ جهانی برای متراکم کردن هیدروژن به داخل بالن مورد استفاده قرار می گرفتند توسعه داد. دی اکسید کربن سمیت کمتری داشت، اما به ماشین آلات با فشار بالا نیاز داشت و به دلیل دمای بحرانی پایین (31.6 درجه سانتیگراد) استفاده از آن مشکل بود.
قبل از پایان قرن نوزدهم چهارمین مبرد کاربردی، متیل کلراید در فرانسه در سال 1878 مورد استفاده قرار گرفت. متیل کلراید پیشرو خانواده وسیع هالوکربن ها بود که بعدها دارای مزیت هایی شدند. اگرچه، متیل کلراید دارای بوی خوشی است اما اشتعال پذیر و سمی می باشد. در عمل استفاده از متیل کلراید خطرناک تر از دی اکسید گوگرد و آمونیاک می باشد.
دی اکسید گوگرد اهمیت بالایی دارد اما به دلیل بوی تند آن هرگونه نشت کوچکی به راحتی قابل تشخیص است. آمونیاک نیز از سمیت بالایی برخوردار است و در . نشتی حتی اگر غلظت آن کمتر از دی اکسید گوگرد باشد توسط بوی آن قابل تشخیص می باشد. جدول شماره 5-1 تاریخچه معرفی مبردها را نشان می دهد .


جدول شماره 5-1تاریخچه معرفی مبردها​

5-1-2 اوایل قرن بیستم
در ابتدای قرن بیستم، سیستم های سرد سازی در مقیاس صنعتی راه اندازی شدند، اما در سیستم های خانگی از سیستم های تراکمی – تبخیری استفاده می کردند که هنوز توسعه نیافته بود. در خانه ها اغلب از یخدان استفاده می کردند. سیستم های صنعتی که در ابتدای راه بودند از ماشین های دی اکسید گوگرد یا آمونیاک استفاده می کردند. بعضی از این سیستم ها، به صورت شگفت انگیزی قابل اعتماد بودند و برای مدت زمان طولانی بدون کمترین نقصی مورد استفاده قرار می گرفتند.
در سیستم های صنعتی به طور عمده از آمونیاک به عنوان مبرد استفاده می شد و هوا و دی اکسید کربن به علت کارایی پایین آن ها از رده خارج شدند. سیستم های سردسازی خانگی و تجاری از آمونیاک، متیل کلراید، دی اکسید گوگرد، پروپان و ایزوبوتان به عنوان مبرد استفاده می کردند. هر کدام از این مبردها مشکلاتی جهت استفاده در سیستم های خانگی دارند.
پروپان و ایزوبوتان سمیت بسیار بالایی دارند. اما در واقع از یک سابقه ایمنی خوبی برخوردارند، به علت اینکه در صورت به وجود آمدن نشت دارای بو هستند و به وسیله ی وسایل روشنایی الکتریکی قابل تشخیص هستند. در سال 1921 تنها حدود 5000 سیستم سرد ساز خانگی در آمریکا ساخته شده بود. اما این سیستم ها سیستم های بسیار گرانی بودند. برای اینکه این سیستم ها قابل پذیرش باشند باید بسیار ارزان، ایمن، قابل اطمینان و عاری از هر گونه نیاز به تعمیرات و نگهداری باشند. دو راه جهت دست یافتن به این سیستم ها وجود دارد. اولین راه سیستم های کاملا پوشیده است که شامل یک موتور الکتریکی که درون سیستم و در معرض مبرد قرار گیرد. مبردهایی همچون دی اکسید گوگرد، متیل کلراید، پروپان و ایزوبوتان برای چنین سیستم هایی مناسب هستند. آمونیاک مناسب نیست زیرا رسانای خوبی برای الکترسیسته نمی باشد. سیستم های خانگی کاملا پوشیده شده در دهه های 1920 و 1930 ظاهر شدند. اما به دلیل فقدان مبردهای مناسب از بین رفتند. دی اکسید گوگرد اگرچه کاملا اشتعال ناپذیر می باشد اما سمی است و بوی تندی دارد. این ماده در معرض رطوبت تولید اسید سولفوریک می نماید.
متیل کلراید هم سمی و هم اشتعال پذیر است اگرچه بویی ندارد. این ماده میل ترکیبی بسیار شدیدی با آب دارد، در حضور آب بسیار ناپایدار است و به شکل اسید شکسته می شود همچنین به شدت با آلومینیم واکنش می داد و به شکل ترکیبات ناپایدار ترکیب می شد. پروپان و ایزوبوتان مبردهای ایده آلی بودند که تنها نقص آن ها این بود که از اشنعال پذیری بالایی برخوردار بودند. مبردهای هیدروکربنی ایمنی بسیار خوبی داشتند اما به شدت توسط شرکت های یخ سازی که آن را تهدیدی برای کار خود می دیدند مورد مخالفت قرار می گرفتند . این مسئله توسط اتحادیه های کارگری نیز به شدت مورد مخالفت قرار گرفت، زیرا بسیاری از کارگران از کارخانه ها اخراج می شدند. براساس مقرارت و آیین نامه های ایمنی که به وجود آمدند، نیاز به مبردهای ایمن تر احساس شد .
Charles.F یکی از مهندسین شرکت جنرال موتور پی به این برد که پتانسیل یالایی از تولید ماده ی سرد شده در سرد کن های الکتریکی و سیستم های تهویه مطبوع هوا به وجود خواهد آمد، اگر تنها یک مبرد خوب کشف شود. فعالیت های بسیار زیادی توسط Thomas Midgley جهت یافتن مبردهای ایده آل صورت گرفت. مبرد مورد نیاز بایستی خصوصیات زیر را داشته باشد :
. پایدار باشد
. سمی نباشد
. اشتعال پذیر نباشد
. با روغن های روان ساز امتزاج پذیر باشد
. قابلیت کارکردن در یخچال های خانگی را بدون اینکه مجبور باشد در زیر فشار اتمسفری کار کند را داشته باشد.
. یک عایق الکتریکی خوب باشد
. یک ماده با تراکم پذیری پایینی داشته باشد تا اینکه کمپرس قادر به سرد کردن باشد
مبرد های جدید همچنین بایستی در فشار هایی که مبرد هایی همچون متیل کلراید، پروپان و آمونیاک کار می کنند، کار کند و همچنین خصوصیاتی مشابه با سایر مبرد ها داشته باشد .
 

پیوست ها

  • Untitled.jpg
    Untitled.jpg
    11.8 کیلوبایت · بازدیدها: 0

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
5-1-3 عناصر Midgley
تقريباً تمامي مبردهاي اوليه ، اشتعال پذير ، سمي و يا هر دو بودند . و بعضي از آنها همچنين بسيار واكنش پذير بودند . پروپان به عنوان قديمي ترين مبرد ايمني به بازار عرضه گرديد . كشف مبردهاي فلوئور دار در سال 1928 توسط Midgley آغاز گرديد . وي و همكارانش جدولی از خصوصيات مواد را دنبال كردند تا مواد شيميايي با نقطه جوش مطلوب را بيابند .
آنها تحقيقات خود را بر مبناي موادي كه پايداري آنها شناخته شده بود اما سميت و قابليت اشتعال پذيري آنها مشخص نبود گذاشتند . آنها به تصور اينكه تركيبات فلوئور دار بر خلاف فلوئور سمی نيستند ، جدول را منظم كردند اما با تشخيص نقص جدول ارائه شده Midgley جدول تناوبي عناصر را تبخير داد . او به سرعت عناصري كه به حد كافي پايدار نبودند حذف كرد ، وي سپس به علت ناپايداري و سمي بودن تركيباتي كه به عنوان مثال از گازهاي بي اثر تشكيل شده بودند ، بر اساس نقاط جوش پايين آنها حذف نمود .
بر اين اساس هشت عنصر در اين جدول قرار گرفتند : كربن ، اكسيژن ، گوگرد ، هيدروژن ، فلوئور ، كلر و برم.
اين عناصر در يك جدول تناوبي با ستون و رديف متقاطع قرار گرفتند . كه فلوئور در فصل مشترك نقطه تقاطع اين جدول قرار گرفت كه در شكل شماره 5-1 نشان داده شده است . Midgley و همكارانش از اين طبقه بندي سه نكته را مشاهده نمودند . نخست اينكه قابليت اشتعال پذيري همانطور كه در جدول نشان داده شده است از چپ به راست در هر رديف كاهش مي يابد .


شکل شماره 5-1جدول تناوبی عناصر مشخص شده توسط Midgley​


دوم ، به طور كلي سميت از عناصر سنگين در پايين جدول تا عناصر سبك در بالاي جدول كاهش مي يابد . و سوم اينكه هر مبرد شناخته شده تا ان زمان تركيبي از اين عناصر بود . در حقيقت مبردهاي ابتدايي متشكل از هفت عنصر اين جدول بودند و تا آن زمان هيچ سابقه اي از وجود عنصر فلوئور در اين مبردها يافت نشده بود. نخستين كاري كه صورت گرفت اين بود كه چگونه فلوئور دار و كلرداركردن هيدروكربن ها مي تواند سبب دستيابي به تركيبات با دماي جوش مطلوب گردد و همچنين چگونه مي توان با تشكيل مخلوط هايي با تركيب درصد هاي مختلف قابليت اشتعال پذيري و سميت را كاهش داد . توليد صنعتي R-12 در سال 1931 آغاز تكرار گرديد كه به دنبال آن در سال 1932 R-11 توليد شد . ساير تحقيقات توسط Midgley با روش هاي جديد و داده هاي مدرن تكرار گرديد اما اين تحقيقات منجر به يافته هاي مشابه گرديد .

Thomas Midgley بر اساس جدول تناوبی خانواده ای از عناصر را یافت که از ترکیبات پایدار تشکیل شده اند و فشار بخاری در محدوده مطلوب دارند، او به این نتیجه رسید که هالوژن ها ، ید ، برم ، کلر و فلوئور اگر با کربن ترکیب شوند به حد کافی پایدار خواهند بود.
متیل کلراید (CH[SUB]3[/SUB]Cl) نمونه ای از چنین ترکیباتی است. این ماده هنوز هم مورد استفاده قرار می گیرد اما پایدار نیست به علت اینکه اتم های هیدروژن متصل به کربن به حد کافی پایدار نیستند. Midgley به این نتیجه رسید که اگر ترکیبات شامل هیدروژن نباشد بسیار پایدار و غیر قابل اشتعال خواهد بود. Midgley دی کلرو فلوئورو متان (CCl[SUB]2[/SUB]F[SUB]2[/SUB]) را به عنوان یک مبرد مناسب انتخاب کرد و آن را به درستی مورد آزمایش قرار داد. علاوه بر خصوصیات مطلوبی که عنوان شد، مبرد ها بایستی دمای بحرانی بالا داشته باشند و با تشدید ترکیبات کلر در سطح قادر به تولید بازده نسبتا مطلوب باشند . جدول شماره 5-2 خصوصیات مبردی را که اکنون به عنوان R-12 شناخته می شود را با خصوصیات متیل کلراید (R-40) ، آمونیاک (R-717) و R-134a ( بهترین ماده جهت جایگزینی R-12) مقایسه می نماید.


جدول شماره 5-2 R-12 و مبردهای مشابه


دسترسی Midgley به R-12از میان هزاران ترکیب ممکن از کربن ، کلر، فلوئور و هیدروژن نباید ناچیز شمرده شود. مشتقات ساده اتان ، متان و پروپان حدود هشتادوپنج ماده منحصر به فرد گزارش شده است ، بدون آنکه ترکیباتی با پیوند های کربن دو گانه یا Cyclic به حساب آورده شوند. از میان همه این مواد، R-12 تنهاترین ماده ای است که به یک مبرد ایده آل که Midgley مورد جستجو قرار داده بود نزدیک است . همه هالوکربن ها خطرناک نیستند و بعضی از آن ها سمی و بعضی دیگر اشتعال پذیر هستند. هالوکربن هایی که از میان شمار زیادی از ترکیبات به عنوان مبرد مورد استفاده قرار می گرفتند هر کدام به علت خاصی انتخاب شده اند.
R-12، اساسا در سیستم های تجاری و خانگی مورد استفاده قرار می گرفت که به دنبال آن R-11 (CCl[SUB]3[/SUB]F) برای سیستم های تهویه مطبوع گریز از مرکز و در سال 1954 ، (CClF[SUB]3[/SUB]) R-13 برای سیستم های سردسازی با دمای کم مورد استفاده قرار گرفتند. تنهاترین مشکل آشکار R-12 این بود که به تعداد بسیار بیشتری کمپرسور جهت یک ظرفیت سردسازی مشخص نسبت به زمانی که از آمونیاک با سمیت بالا مورد استفاده قرار می گرفت، نیاز بود. به نظر می رسد، این نقص با توسعه مبرد غیر سمی و غیر قابل اشتعال (CHClF[SUB]2[/SUB]) R-22 که به خواصی شبیه به آمونیاک نیاز داشت رفع گردد.
انتخاب R-22 به عنوان مبرد قطعی شد و این مبرد جانشین R-12 در کارهای دریایی و جانشین آمونیاک در کارهای صنعتی گردید. مشکل واضح R-22 این بود که پایداری آن از R-12 کمتر بود و دمای تخلیه کمپرسور بسیار بالایی تولید می کرد.( دمای تخلیه از کمپرسور در آن بسیار بالا بود ) و سرماسازی آن برای موتورهایی با کمپرسورهای پوشیده خوب نبود. R-22 برای سال های بسیار زیادی به عنوان مبرد در صنایع سردسازی و تهویه مطبوع باقی می ماند. مشکل دمای تخلیه بالا و سرد سازی ضعیف آن در موتورهای مذکور به وسیله توسعه (C[SUB]2[/SUB]CLF[SUB]5[/SUB]) R-502 آزئوتروپی از R-22 و R-115 بهبود یافت.
R-502 مبردی بود که در سیستم های مجزا و تک مرحله ای تحت شرایط فشار تراکمی بسیار بالا و فشار تبخیری بسیار پایین مورد استفاده قرار گرفت. محدوده ی کامل از کاربردهای تهویه مطبوع، سیستم های سردسازی صنعتی، تجاری و خانگی توسط مبردهای هالوکربنی تحت پوشش قرار داده شده اند. این طور به نظر می رسد که به زودی هیچ مبردی خارج از خانواده ی هالوکربن ها قرار نگیرد. سال هایی که در آن ها استفاده از هالوکربن ها به عنوان مبرد دچار جهش ناگهانی شد دهه های 1960 و 1970 بود، اما پس از آن در همین سطح ثابت ماند.
از نظر غیر سمی بودن، اشتعال ناپذیری و پایداری هالوکربن ها مبردهای ایده آل نیستند. اما جهت استفاده به عنوان اسپری های مولد فشار، خاموش کننده های آتش و ... مفید هستند. در اواسط دهه 1960 کمتر از نیمی از هالوکربن ها تولید شده به عنوان مبرد استفاده می شدند. تعجب آور نیست که در دهه ی 1960 حضور هالوکربن ها در اتمسفر زمین آشکار شد. در سال 1974 تحقیقات Rowland و Molina نشان دادند که نشت ( نفوذ ) هالوکربن ها کلرینه شده با تخریب سریع لایه ازن در استراتوسفر، برای اتمسفر کره زمین خطرناک هستند. قسمت استراتوسفر لایه ازن اصلی ترین پوسته اتمسفر جهت جلوگیری از اشعه ی فرابنفش خورشید محسوب می گردد که وجود این لایه همچون اکسیژن برای زندگی لازم است .
در ابتدا عکس العمل ها منفی بودند. حتی یکی از بزرگترین پرفسورها Lorentzen علیه اثرات مخرب استفاده از CFCها سخنرانی کرد. در سال 1985 همان طور که Rowland و Molina تشخیص داده بودند، مشخص شد که لایه ی ازن در بالایاستراتوسفر به شدت تخریب شده است . واکنش های جهانی بیشتر شد، اگرچه استفاده از CFCها هنوز به طور کامل متوقف نشده بود.
در سال 1987 طی توافقات صورت گرفته در پروتکل مونترال به این نتیجه رسیدند که استفاده از CFCها باید تا ده سال آینده به پنجاه درصد کاهش یابد. در سالهای بعد ، پس از گزارشات بیشتر ، کمیته Dupont تولید CFCها را به عنوان مواد مخرب لایه ازن منع کرد.
جستجوهای اخیر بر روی آن دسته از مبردهای ایده آل معطوف گردیده است که معیار های شدیدتری نسبت به آنچه که Midgley عنوان کرد باید داشته باشند .
در مبردهای جدید اغلب عنصر کلر وجود ندارد زیرا کلر برای لایه ازن خطرناک است. همچنین مبردهای جدید اغلب مفید هستند زیرا پیامدهای استفاده از آن ها در گرم شدن کره زمین نیز در نظر گرفته شده است. سرانجام، و به صورت ایده آل، مبردهای جدید به خودی خود در صورت آزاد شدن، تاثیر کمی در گرم شدن کره ی زمین دارند. خیلی دور از انتظار نسیت که همه ی نیازها توسط مبردهای ترکیبی مصنوعی برآورده شوند. تغییرات صورت گرفته بر روی ساختار مبردها منجر به همکاری بی سابقه در تبادل اطلاعات جهت ساختن مبردهای جدید گردیده است.
اولین و مفیدترین از میان مبردهای فعلی (CH[SUB]2[/SUB]F.CHF[SUB]3[/SUB]) R-134aمی باشدکه خواص بسیار مشابهی به خواص R-12 دارد . R-134a به عنوان مبرد Midgley شناخته می شد اما رد شد زیرا پایداری آن کمتر از R-12 است و دمای بحرانی کوچکتری نسبت به R-12 دارد و قابل امتزاج با روغن های روان ساز متداول است.
دومین مبرد جدیدی که توسعه یافتR-123 (CHClF[SUB]3[/SUB]) بود که به عنوان جانشین R-11 محسوب می گردد . با این حال ، با توجه به قوانین منع استفادهاز هرگونه CFCها ، این دسته از مبردهای فوق العاده نیز به دنبال حذف همه ی HCFC هایی که حاوی R-22 بودند ، حذف گردیدند .

5-2 مبردها : در حال حاضر ( ارائه شده )

تقریبا تمام مبردهای CFC و HCFC تا امروز از رده خارج شده اند . تنهاترین ترکیب ساده ( مجزا ) HFC که به عنوان مبرد استفاده می شود R-134a است که جانشین خوبی برای R-12 محسوب می گردد . جهت جایگزینی R-22 و R-502 از ترکیب ( مخلوط ) اجزا استفاده می شود تا خصوصیات لازم ایجاد شود. به طور کلی ، مخلوط هایی با مواد فرار می توانند در یک محدوده ی دمایی لغزش تبخیر شوند و خشک گردند. با این حال ، بعضی از ترکیبات در دمای ثابت تبخیر می گردند. این ترکیبات معروف به آزئوتروپ می باشند. لغزش در رابطه با آن دسته از مبردهایی بحث می شود که مقدار لغزش آن ها صفر یا مینیمم باشد. چنین ترکیباتی آزئوتروپ یا نزدیک به آزئوتروپ هستند. آزئوتروپ ها شماری از مبردها هستند که در سری 500 قرار می گیرند .
تعداد بسیاری از این ترکیبات در محدوده ASHRAE مورد پذیرش قرار گرفته اند ، فاقد اهمیت می باشند. ترکیبات آزئوتروپ و نزدیک به آزئوتروپ در سری 400 قرار داده شده اند. باید توجه کرد که لغزش می تواند جهت افزایش اختلاف دمای موجود، مورد استفاده قرارگیرد ( وقتی که ماده در یک محدوده دمایی سرد می شود ).
 

پیوست ها

  • Untitled.jpg
    Untitled.jpg
    20.6 کیلوبایت · بازدیدها: 0
  • Untitled.jpg
    Untitled.jpg
    21.9 کیلوبایت · بازدیدها: 0

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
در انتخاب هر مبرد باید حد واسطی را پذیرفت ، زیرا به دلیل کاربردهای زیاد سردسازی ، ترکیبات مختلفی از مبردها وجود دارد که هر کدام کاربرد خاصی دارند. همیشه برای بدست آوردن مبرد جدید آزمایش هایی انجام می شود.
براساس نیاز ، ترکیبات موفق آن هایی هستند که پتانسیل کاهش لایه ازن (ODP) آن ها صفر باشد، جهت استفاده در سیستم های سردسازی متداول مناسب باشند، غیر فرار ، اشتعال ناپذیر و پتانسیل گرم کنندگی پایینی داشته باشند . دست یابی به تمام این موارد کار بسیار مشکلی محسوب می گردد. تنهاترین مشتق متان که به موارد فوق نزدیک است ، R-23 می باشد و این ترکیب نیز GWP بالایی دارد. تنهاترین مشتق قابل پذیرش اتان ، R-134a و R-125 می باشند. واضح است که باید مواد قابل اشتعال مورد استفاده قرار نگیرند. این بدان معنی است که حتی آن هایی که در اجزا ترکیباتشان مواد قابل اشتعال وجود دارد نباید مورد استفاده قرار گیرند. مواد قابل اشتعال از جمله R-32 ، R-161 ، R-152a و R-143a در این لیست قرار می گیرند . تا امروز تنها هفت ماده ی جایگزین برای مبردهای هالوکربن ها فراهم شده است . از میان چهل و پنج ترکیبات مشتق از پروپان تنها ، R-227 ، R-236 و R-245 مناسب می باشند . هیچ کدام از این مواد دمای جوش مناسبی جهت استفاده در سیستم های سردسازی تجاری ندارند .مسئله دیگری که در استفاده از مشتق های پروپان ، بوتان و یا هر هیدروکربن سنگین تری را مشکل می سازد این است که دمای بحرانی و بنابراین گرمای نهان این مواد با افزایش وزن مولکولی آن ها کاهش می یابد . یک سری از معایب در استفاده از مبردهای با دمای بحرانی پایین و گرمای نهان کم وجود دارد . مشکل عمده مبردهای HFC این است که در مقایسه با مبردهای طبیعی دارای GWP بالاتری هستند . توجه ها به استفاده از مبردهای طبیعی که گستره وسیعی دارند و توسط مبردهای هیدروکربنی جانشین شده اند ، برگشته است . مبردهای طبیعی که امکان استفاده از آن ها وجود دارد عبارتند از پروپان ، بوتان ، ایزوبوتان و دی اکسید کربن . آمونیاک که هرگز به طورکامل به عنوان مبرد از رده خارج نشده است ، امکان استفاده از آن در استفاده های معمول ، مخصوصا در سیستم هایی که برای مقدار کمی آمونیاک طراحی شده اند وجود دارد . استفاده از مبردهای هالوکربن در سیستم های خانگی در اروپای شمالی بسیار معمول شده است . بیش از پنجاه میلیون سیستم خانگی راه اندازی شده از ایزوبوتان به عنوان مبرد استفاده می کنند . ایزوبوتان به عنوان یک مبرد بسیار خوب محسوب می گردد ، زیرا از دمای بحرانی نسبتا بالایی برخوردار است. همچنین به علت کار کردندر فشار پایین از سر و صدای کمی برخوردار است . تا به حال از هیچ گونه اتفاقی در اثر استفاده کردن این مبرد اشتعال پذیر درسیستم های خانگی گزارش نشده است . مبردهای هیدروکربنی همچنین می توانند در سیستم های تهویه مطبوع کوچک مورد استفاده قرار بگیرند ، اما استفاده از این مبردها در حال حاضر به علت محدودیت ساخت از نظر استانداردهای ایمنی در اروپا و آمریکا محدود می باشد . جدول شماره 5-3 خصوصیات تعداد زیادی از مبردهایی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند را نشان می دهد .

جدول شماره 5-3 مبردهای در حال استفاده Zero-ODP

به رغم پتانسیل گرم کنندگی بالا و دمای بحرانی نسبتا پایین هنوز احتمال می رود جایی برای هالوکربن ها وجود داشته باشد ، همانطور که Thomas Midgley پیش بینی کرده است که می توانند توسعه یابند. احتمال دارد که محدوده کاربرد این مبردها به علت افزایش استفاده از هیدروکربن ها و همچنین استفاده از آمونیاک و دی اکسید کربن در سیستم های صنعتی محدود گردد . اگرچه استفاده از مبردهای CFC همچنان در بعضی از مناطق جهان ادامه دارد ، اما آن ها به سرعت جایگاه خود را از دست می دهند . هر HCFC که شامل R-22 باشد نیز به سرعت جایگزین می گردد . با این وجود مبرد R-22 از عملکرد بالایی برخوردار است ، همان طور که در زیر گفته خواهد شد . بسیاری از جایگزین های پیشنهاد شده دمای بحرانی کمتری نسبت به R-22 دارند و کارایی آن ها نسبت به R-22 در آن سیکل کمتر است .
 

پیوست ها

  • Untitled.jpg
    Untitled.jpg
    34.9 کیلوبایت · بازدیدها: 0

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
5-2-1 یخچال های خانگی
بخش عمده ای از یخچال های خانگی از R-134a به عنوان مبرد استفاده می کنند که نسبتا از نظر خواص به R-12 نزدیک است . از معایب R-134a این است که از عملکرد پایین نسبت به R-12 در دمای تبخیر کم برخوردار است و به روانسازهای مصنوعی نیازمند است . در برخی از نقاط خاص دنیا که از هیدروکربن ها استفاده می شود بیشتر از R-134a اسفاده می شود . معمول ترین هیدروکربن مورد استفاده ایزوبوتان (CH(CH[SUB]3[/SUB])[SUB]2[/SUB]) می باشد. ایزوبوتان (R-600a) در اولین نگاه یک انتخاب متعجب کننده است زیرا به شدت جریان حجمی بسیار بالایی نیازمندند. اما به دلیل دمای بحرانی بالا 135 درجه سانتیگراد و فشار سیکلی پایین سیستمی با کارایی زیاد و سروصدای پایین ایجاد می نماید و سابقه ی ایمنی آن نیز عالی است .
5-2-2 سیستم های تهویه مطبوع خودرو
مبرد غالب در سیستم های تهویه مطبوع خودرو R-134a می باشد . آزاد شدن این ماده به داخل اتمسفر باید در نظر گرفته شود .
5-2-3 سیستم های سردسازی تجاری
مبرد غالب در این ضمینه R-22 و R-502 می باشد . مبردهای جایگزین با ODP پایین برای این دسته از موارد ترکیبی از چند مورد HFC شامل R-32 ، R-125 ، R-143a ، R-152a ، R-134a و بعضی از افزودنی های هیدروکربن جهت بهبود انتقال روغن ها (روانسازها ) درون سیستم می باشند . ترکیبات جایگزین در سری های 400 و 500 اکثرا از R-22 و R-502 تشکیل شده اند . اما بحث جدی در رابطه با این مبردها ، پتانسیل گرم کنندگی بالای این مواد و دمای بحرانی پایین این موادمی باشد . جستجوهای زیادی جهت جانشینی انجام شده است ،اما مواد موجود جهت جایگزینی متان و اتان از نوع HFC ها محدود می باشد .
بعضی از هیدروکربن ها در سیستم های سردسازی تجاری می توانند مورد استفاده قرار می گیرند ، اما امتحان کردن آن ها ممکن نیست .
5-2-4 سیستم های تهویه ی مطبوع هوا
در سیستم های تهویه مطبوع به طور کامل از مبردهای هیدروکربنی استفاده می شود . R-134a در سیستم های کوچک ، کاملا پوشیده و سیستم های گریز از مرکز مورد استفاده قرار می گیرد .
R-404A و R-407C اغلب به عنوان مبرد در سیستم های بزرگتر مورد استفاده می گیرند . R-404A لغزش کمی دارد ، اما دردماهای بالاتر از R-22 کار می کند و بازده تئوری کمی در نسبت های فشار بالا دارد .
R-407c فشار بیشتری نسبت به R-22 دارد و به علت دمای بحرانی بالاتر از بازده تئوری بالاتر برخوردار است . اما دمای لغزش قابل ملاحضه ای دارد . R-407c همچنین جهت استفاده در تبخیر کننده های Flooded مناسب نیست و نیازمند به کارگیری احتیاط در به کاربردن آن در طراحی سیستم های DX وجود دارد .
یک مبرد معرفی شده اخیر ، R-417A می باشد که به نظر می رسد بازده ی بالاتری نسبت به R-407c تولید می نماید ، اما دلیل آن به طور کامل مشخص نیست .
5-2-5 سیستم های صنعتی
استفاده از آمونیاک به عنوان مبرد در بیشتر بخش های صنعتی سیستم های صنعتی سردسازی ادامه دارد ، اگرچه به طور چشم گیری توسط هالوکربن های غیر سمی و اشتعال ناپذیر محدود گردیده است .
علت اول ظهور کمپرسورهای Oil-Cooled Screw میباشد که بر مشکل دمای تخلیه بالا در کمپرسورهای رفت و برگشتی که از آمونیاک استفاده می کردند غلبه کرد .
علت دوم انتشار تئوری آلوده کنندگی لایه ازن توسط Rowland و Molina می باشد . استفاده از آمونیاک در سال های اخیر به سرعت افزایش یافته است و استفاده از این مبرد در حال گسترش در نواحی یا نقاطی است که در گذشته توسط کمپرسورهای پیستونی که از مبردهای هالوکربنی استفاده می کردند ، می باشد . بسیاری از سیستم هایی که در گذشته از آمونیاک استفاده می کردند در حال حاضر کاربرد کمی دارند. سیستم های سردسازی مدرن که از آمونیاک به عنوان مبرد استفاده می کنند سعی دارند استفاده از آمونیاک را به حداقل برسانند ( مقدار استفاده از آن کاهش یابد ) . این تمایل با قوانین که ملزومات ایمنی را پایه گذاری کرده اند برای سیستم های سرد کننده ای که مقدار زیادی آمونیاک دارند تقویت شده اند . (قوانین ایمنی استفاده از مقدار زیاد آمونیاک را منع کرده اند ) . سابقه ی ایمنی سیستم هایی که از آمونیاک به عنوان مبرد استفاده می کنند بسیار خوب است . یک روش جهت کم کردن مقدار استفاده آمونیاک و اینکه کمتر در معرض بخارات آن که ناشی از نشت آن می باشد قرار بگیرند استفاده از مبردهای ثانویه ( درجه دوم ) می باشد . بسیاری از مبردهای ثانویه بهبود یافته و جدیدا در حال توسعه هستند . این مبردها شامل محلول های پتاسیم و استات پتاسیم می باشد که خصوصیات بهتری نسبت به محلول های آبی نمک کلرید کلسیم دارند . گلیکول ها الکل ها در دمای بالاتری مورد استفاده قرار می گیرند . اما ویسکوزیته بالای محلول آب گلیکول مانع از استفاده از آن ها در سیستم های سرسازی می گردد .
یک مبرد قابل استفاده دی اکسید کربن می باشد که به عنوان مبرد ثانویه فرار محسوب می گردد و هم به عنوان مبرد دما پایین در سیستم های Cascade مورد استفاده قرار می گیرد . این دو کاربرد موجب می شود که بازده بالایی ایجاد گردد و هم نسبت به آمونیاک که گران قیمت تر می باشد ایمن تر است .
5-3 مبردها در آینده
تعداد مواد مناسب برای استفاده به عنوان مبردها با خصوصیات ترمودینامیکی خاص محدود است. وقتی ترکیب مواد سمی و قابل اشتعال و آنهایی که توانایی صدمه زدن به لایه ازن را دارند حذف کنیم مواد خیلی کمی باقی می مانند.
از مشتقات متان که توسط Midgley بررسی شدند، تنها کمی R-32 مناسب بود که البته قابل اشتعال هم هست. مشتقات اتان R-125 و R-134a ظاهرا مناسب هستند و R-143a ، R-152a و R-161 خصوصیات مناسبی دارند اما قابل اشتعال هستند. مشتقات پروپان در دمای خیلی بالا بخار می شوند اما R-218 و R-161 دارای عملکرد مناسبی هستند .R-245 و R-236 برای استفاده در کمپرسورهای گریز از مرکز مناسب هستند اما ظاهرا بعضی از ایزومرهای R-245 اشتعال پذیرند.
در صنعت مواد خالصی که می توانند به عنوان مبردهای غیرسمی، غیر قابل اشتعال و موادی که اثر کمتری روی لایه ازن دارند به ندرت با مشتفات هیدروکربنی جبران می شود. استفاده از R-134a، R-404A و R-407 به خوبی متداول شده است و نمی توان آنها را جزء دسته مبردهای جدید قلمداد کرد . از جمله بقیه ترکیبات آینده دار که هنوز استفاده از آنها مرسوم و متداول نشده اند R-410A و R-417A هستند .R-410A مبردی با فشار بخار زیاد است که ظرفیت بر واحد سرعت حجمی خیلی بیشتری نسبت به موادی مانند R-22 وR-12 دارد. این مبرد باید در کمپرسورهای ضعیف برای همان انرژی یا کمپرسورهای قوی تر با همان انرژی یا حد واسط آنها نتیجه بدهد.
متاسفانه R-410A پتانسیل گرم کنندگی کره زمین (GWP) نسبتا زیادی دارد. مبرد جدید دیگری که آینده دار به نظر می رسد R-417A است .R-417A شبیه R-407C است.اما اندکی درخشش آن کمتر است و ظاهرا به طور قابل ملاحظه ای در عمل کارایی بهتری دارد. دلایل این مقایسه ها روشن نیست اما ادعاهای سازنده ها با نتایج حاصل از آزمایشات مطابقت می کند. تلاش هایی برای استفاده از بعضی از فلوئوروکربن های استری به عنوان مبرد انجام شده است اما فلوئوروکربن های استری به صورت شگفت انگیزی GWP های زیادی دارند و خیلی گران قیمت هستند. بقیه موادی که می توانند به عنوان مبرد مصنوعی استفاده شوند از قبیل سولفورهگزافلورید، معلوم شده است که GWP های بسیار بالایی دارند.
عمده خصوصیاتی که مبردهای هیدروفلوئوروکربنی نیاز دارند اینست که آنها در عملیات موثر باشند و GWP های کمی داشته باشند. همچنین این نکته دارای اهمیت است اما ضروری نیست که آن ها باید غیرقابل اشتعال باشند.کارایی در عمل به صورت گسترده ای بستگی به دمای بحرانی دارد. برای مقایسه مبرد ها، نسبت دمای بحرانی آنها با دمای بحرانی R-11 که یکی از بیشترین دماهای بحرانی هیدروکربن ها را دارد مقایسه می شود. با فرض اینکه دمای چگالش بالاتر از 55 درجه سانتیگراد مورد نیاز خواهد بود یک فاکتور درجه بندی به وجود آمده است که توسط فرمول زیر نشان داده می شود :
اگر چه فاکتور درجه بندی یک مقایسه مستقل نیست و آثار مضر حجم ویژه زیاد را نادیده می گیرد این صورت ظاهری مشکل در مورد سعی و تلاش برای توسعه مبردهای جدید را نشان می دهد. جدول زیر فاکتورهای درجه بندی را برای مبردهای مصنوعی و مبردهای طبیعی به ما نشان می دهد. این نکته باید مورد توجه قرار گیرد که فاکتور درجه بندی به معنای دسته بندی مبردها بر اساس کارایی احتمالی است. مقادیر دقیق مهم نیستند به عنوان مثال R-717 به اندازه دو برابر پروپان کارایی ندارند. می توان دید که بیشتر مبردهای جدید متقاضی کمتری پیدا می کنند و این از نظر کارایی خبر بدی است. یک مقایسه جالب بین R-404A و R-125 است که نشان می دهد ترکیب کردن R-125 با R-143a و R-134a مفید واقع می شود.


جدول شماره 5-4 فاکتور درجه بندی مبردها
 

پیوست ها

  • Untitled.png
    Untitled.png
    4.7 کیلوبایت · بازدیدها: 0
  • Untitled.jpg
    Untitled.jpg
    13.9 کیلوبایت · بازدیدها: 0

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
سه مبرد مصنوعی مختلف ممکن که می تواتند نادیده گرفته شوند R-161 و تری فلوئورویدید (CF[SUB]3[/SUB]I) و R-218 هستند . R-161 به دلیل اشتعال پذیری و تری فلوئورویدید به دلیل قیمت بالای تولید نادیده گرفته می شوند. در حال حاضر ید در مقیاس وسیع تولید نمی شود . R-218 به این دلیل در نظر گرفته نمی شود که دارای عمر اتمسفریک خیلی طولانی است . جدول شماره 5-5 خصوصیات این سه مبرد نادیده گرفته شده را نشان می دهد .


جدول شماره 5-5 خصوصیات مبردهای نادیده گرفته شده

ظاهرا مخلوطی از این سه ماده تولید مبردی با خصوصیات قابل قبولی مکند اگر چه صنعت حاضر نیست که سرمایه گذاری مشخصی برای آزمایش سمی بودن R-116 و تری فلوئورویدید انجام دهد. R-218 پذیرفته شده است که کاملا پایدار است و سمی نمی باشد. شاید امیدوار کننده ترین ترکیبات مصنوعی R-410a است که GWP یی برابر 1890 دارد که نسبتا از GWP R-22 کمتر است. اگر چه دمای بحرانی R-410A فقط 72 درجه سانتیگراد است که خیلی کمتر از حالت ایده آل است و این باعث می شود که برای کاربرد اصلی اش که تهویه مطبوع هوا است نا مطلوب گردد.ممکن است کارایی سیستم هایی که با R-410 کار می کنند با در نظر گرفتن ملاحضات اقتصادی بهتر شوند. در همین زمینه شرکت کوپلند یک سری تست ها را با استفده ااز کمپرسورهای پیچشی اصلاح شده انجام داده است. همیشه بازاری برای مبردهای مصنوعی وجود دارد اما اندازه این بازاربستگی به مبرد های گوناگون طبیعی و مصنوعی موجود در آن بازار دارد.
5-3-1 هالوکربن ها
هالوکربن ها به حدی برای استفاده مناسب هستند که نمونه های قوی از این نوع جهت استفاده در آینده می توانند ساخته شوند . اگرچه روش های جدیدی وجود دارد و مبردهای مناسب تری با دمای بحرانی بالاتر و GWP پایین تر می توانند عرضه گردند . روشن است که مبردهای قابل استفاده در سیستم های همچون تهویه مطبوع اتومبیل و سیستم های قابل نصب در فروشگاههای بزرگ به دلیل نشت یا سایر عوامل محدود هستند . اما در مقایسه محدودیت مبردهایی که در سیستم های کاملا پوشیده همچون سیستم های سردکن خانگی (یخچال ها ) استفاده می شوند کمتر است . مقدار استفاده ی مبرد در این سیستم ها نیز کم است . اگر هالوکربن ها در آینده مورد استفاده قرار بگیرند ، قطعا استفاده از آن ها محدود به سیستم های کاملا پوشیده خواهد بود . به دلیل نیاز به یک موتور درون این سیستم ها ، این سیستم ها با محدودیت اندازه مواجه هستند . مشکل سردسازی سیستم های با دمای کم بیشتر است و برای سیستم های تهویه مطبوع این مشکلات کمتر است . اگر امکان استفاده از سیستم های هالوکربن در دراز مدت وجود داشته باشد لازم است این استفاده محدود به سیستم های کاملا پوشیده شود . محدودیت استفاده از هالوکربن ها در سیستم های کاملا پوشیده نیز می تواند با به کار بردن هیدروکربن ها برطرف گردد و حتی می توانند بدون آنکه موجب خطر شوند به جای متیل کلراید به کار روند .
همان طور که تجربه نشان می دهد ترکیباتی که امکان استفاده به عنوان مبرد را دارند و هالوکربن نیستند معدود هستند . هگزافلوئورید گوگرد جهت استفاده به عنوان مبرد پتانسیل بالایی دارد ، اما از GWP بسیار بالایی حدود 22200 برخوردار است . هیدروفلوئورواترها نیز از نظر تئوری این امکان را دارند ، اما این مواد نیز GWP بالایی دارند . (CHF[SUB]2[/SUB]-o-CF[SUB]3[/SUB]) E-125 از دمای جوش ایده آل 42- درجه سانتیگراد برخوردار است . اما ساخت آن بسیار پرهزینه است و GWP آن حدود 15300 می باشد .
پیشنهاد می شود که از (C3F8) R-218 ، پرفلوئوروپروپان به عنوان مبرد استفاده شود زیرا این ترکیب از یک آزئوتروپ متشکل از تعداد زیاذی هالوکربن تشکیل شده است و بنابراین امکان تولید شمار زیادی از ترکیبات با پتانسیل مناسب را دارد . مقدار GWP ، R-218 ، حدود 7000 می باشد اما هیچ سابقه ای از این مبرد در مورد کاهش لایه ی ازن در سال های استفاده از آن در صنعت وجود ندارد . جدول شماره 5-6 برخی از خصوصیات مبردها را بیان می کند که می توانند به عنوان پایه ترکیبات آینده استفاده شوند.

جدول شماره 5-6 ترکیبات امکان پذیر آینده

بعضی از مواد که در جدول شماره 5-6 لیست شده اند ، ممکن است سمی نباشند ، اما ترکیباتی همچون R-161 و GWP R-131 پایینی دارند و واقعا غیر سمی هستند . R-152 که ترکیبی متقارن می باشد سمی است اما ایزومر آن R-152a غیر سمی می باشد . R-152 از GWP نسبتا پایینی 43 برخوردار است .
5-3-2هیدروکربن ها
استفاده از هیدروکربن ها به عنوان مبرد در صنعت دارای سابقه ی طولانی است . هیدروکربن ها مبردهای خوبی هستند ، اگرچه دمای بحرانی بعضی از آن ها همچون پروپان کم است . تنهاترین مشکل مبردهای هیدروکربنی قابلیت اشتعال پذیری بالای آن ها در هوا است . خطر اشتعال می تواند با استفاده از سیستم های کاملا پوشیده ، همچون مبردهای خانگی که در آلمان استفاده می شوند کاهش یابد .هیچ دیلی وجود ندارد که چرا از هیدروکربن ها در سیستم های تهویه مطبوع پنجره ای ، چیلرهای آبی و سیستم های تهویه مطبوع اتومبیل در صورتی که کاملا پوشیده باشند استفاده نمی شود . ده ها هزار سیستم تهویه مطبوع به طور غیر مجاز ( غیر رسمی و خصوصی ) تبدیل به سیستم های استفاده کننده از پروپان شده اند . این وسایل ظاهرا ایمن و قابل اطمینان به نظر می رسند ، اما آنها باید ایمن گردند ، خصوصا زمانی که از مبردهای قابل اشتعال استفاده می کنند . بزرگترین تهدید به استانداردهای زندگی در آمریکا ، عدم تعهد شرکت های صاحب نفوذ می باشد . بحث در رابطه با استفاده از مقدار کمی از مبردها در یک اتومبیل واقع بینانه نیست ، در حالی که تعداد زیادی از سوخت ها با عدد اکتان بالا شامل هیدروکربن می باشند . هیدروکربن ها در آینده نیز مورد استفاده قرار خواهند گرفت ، اما در آمریکا استفاده از این مواد متوقف خواهد گردید .
5-3-3 آمونیاک
آمونیاک به دلیل خواص ترمودینامیکی بسیار خوب و نداشتن آثار مخرب برای محیط زیست مبردی منحصر به فرد محسوب می گردد . تولید طبیعی آمونیاک بسیار کمتر از مقدار آمونیاکی می باشد که توسط صنعت تولید می گردد . اکثر تولید صنعتی جهت مصرف به عنوان کود شیمیایی می باشد . صنعت سردسازی مقدار بسیار کمی از آمونیاک تولید شده در صنعت را استفاده می نماید . آمونیاک در شمار زیادی از سیستم ها مورد استفاده قرار قرار خواهد گرفت . اما بایستی طراحی به صورتی باشد که منجر به استفاده ی کمی از آمونیاک گردد .
سیستم های سردسازی استفاده کننده از آمونیاک از سابقه ی ایمنی خوبی برخوردار هستند . اما قوانین شدیدی جهت محدود کردن مقدار مجاز آمونیاک ( در برخی نقاط ) تصویب شده است .
یک روش برای اولین بار در ایالت متحده توسط Nestle اجرا شد ، استفاده از آمونیاک / دی اکسیدکربن در سیستم های Cascade می باشد که مقدار آمونیاک به اطراف Plat room محدود می شود . چنین سیستم هایی بازده بالاتری نسبت به سیستم های سنتی دومرحله ای استفاده کننده از آمونیاک دارند ، بنا به دلایل مختلف از چیلرهای کم مصرف ، خصوصا چیلرهای آبی استفاده می شود . به هر حال ، مسائل اقتصادی مهم در مصرف نیرو و هزینه های نصب می توانند با دی اکسیدکربن به عنوان مبرد ثانویه فرار برای تهویه مطبوع به دست می آید .
5-3-4 دی اکسیدکربن
دی اکسیدکربن نیز به عنوان یک مبردمنحصر به فرد محسوب می شود . همچنون آمونیاک این ماده نیز یک ماده -ی طبیعی و ضروری برای زندگی است . دی اکسیدکربن پیشینه طولانی به عنوان یک مبرد دارد . اما در دهه --ی 1950 به طور کامل از رده خارج شد . زیرا به دلیل مسائل ایمنی ، مبردهای غیرسمی هالوکربنی که بسیار مفیدتر بودند جایگزین این ماده شدند .
استفاده از دی اکسیدکربن در سیستم های سردسازی در گذشته بسیار موفق بوده است . استفاده از آن به روش های مختلف در حال افزایش است .
بسیاری از تلاش ها در جهت توسعه سیستم های استفاده کننده از دی اکسیدکربن ( دستگاه تهویه مطبوع هوا ) صورت می گیرد . این امر بی تردید امکان پذیر است . اما به مراتب مشکل تر از استفاده از هیدروکربن ها است. در گذشته ، با به کار بردن کمپرسورهای رفت و برگشتی که از آمونیاک و دی اکسیدکربن به عنوان مبرد استفاده می کردند ، امکان دستیابی به بازده ی بالا وجود نداشت . اما می توان با کمپرسورهای Scroll و Screw امکان دستیابی به بازده های بالا توسط سیستم های دی اکسیدکربن به دست آورد . در حال حاضر اگرچه ، کمپرسورهای Screw که قادر به پمپاژ بالاتر از 100 بار هستند ساخته می شوند اما این دستگاه ها برای سیستم های سردسازی طراحی نشده اند .
پیش بینی می شود که امکان استفاده از دی اکسیدکربن به عنوان یک مبرد ثانویه فرار در سیستم های Cascade با دمای پایین و زمانی که از این نوع کمپرسور ساخته شوند در سیستم های تک مرحله ای تهویه مطبوع هوا وجود خواهد داشت . استفاده از دی اکسید کربن به عنوان مبرد ثانویه فرار در سیستم های تهویه مطبوع هوا مزایای فراوانی خواهد داشت که شامل انتقال حرارت بهتر ، لوله های بسیار کوچکتر ، کاهش توان پمپ و حذف آب خنک کننده می باشد .



5-4-1 (R-12)
R-12 احتمالا پرمصرف ترین مبرد در حال حاضر می باشد .ولی به دلیل کشف اخیر در مورد اثر مخربی که این مبرد بر لایۀ ازن جو دارد ، در آیندۀ نزدیک استفاده از آن از برنامه خارج خواهد شد .غیر از اثر مخزب آن بر لایۀ ازن ، R-12غیر سمّی ، اشتغال پذیر ، و انفجار ناپذیر است .به علاوه ، ترکیب کاملا پایداری است که شکستن آن حتی تحت شرایط کارکرد سخت مشکل است .ولی ، اگر در تماس با شعلۀ باز یا با یک عنصر گرم کن الکتریکی قرار گیرد ، R-12 به محصولاتی که به شدت سمی هستند تجزیه می شود .
علاوه بر مشخصات مطمئن آن ، حقیقت اینکه-12 R دردماهای متوسط و تحت شرایط جوی معمولی چگالش می یابد و دمای جوش [SUP]0[/SUP]F6/21- (-29/8[SUP]0[/SUP]c)در فشار جو دارد آن مبرد مناسبی برای مصرف در کاربردهای دمای زیاد ، متوسط و کم و با هر سه نوع کمپرسور می کند . وقتی در ارتباط با کمپرسورهای نوع مرکزگریز چند طبقه به کار برده شود ، از آن برای خنک کردن آب نمک تا دمایی کم در حد [SUP]0[/SUP]F110- (-80[SUP]0[/SUP]c) استفاده می شود.
این حقیقت R-12 تحت شرایط کارکرد امتزاج پذیر با روغن است نه تنها مسئلۀ برگرداندن روغن را آسان می کند بلکه تمایل به افزایش کارایی و ظرفیت سیستم دارد به این ترتیب که عمل حلال بودن مبرد ، لوله ها تبخیرکن و چگالنده را عاری از لایه های روغن می کند ، به عبارت دیگر تمایل به کم کردن ظرفیت انتقال گرمای این دو واحد دارد .
گرچه اثر تبرید در پوند برای R-12 نسبتا ً کمتر از بعضی مبردهای متداول است ، اما الزاما ً عیب جدّی نیست . در واقع ، در سیستم های کوچک ، وزن زیاد R-12 در حال گردش برتری تصمیم گرفته شده ای است که کنترل دقیقتر مایع را امکانپذیر می سازد . در سیستم های بزرگتر ، ایراد مقدار کم گرمای نهان تقریبا ً با چگالی زیاد بخار جبران می شود ، به طوری که جابه جایی مورد نیاز کمپرسور به ازای هر تن تبرید بزرگتر از چیزی نیست که برای مبردهای معمولی لازم است . توان مورد نیاز به ازای هر تن ظرفیت هم به طور مطلوبی قابل مقایسه با آن چیزی است که برای سایر مبردهایی که معمولا ً مورد استفاده قرار می گیرند است . برای نشت یابی نیز از مشعل هالیدی استفاده می شود .
 

پیوست ها

  • Untitled.jpg
    0 بایت · بازدیدها: 0
  • Untitled.jpg
    Untitled.jpg
    32.9 کیلوبایت · بازدیدها: 0

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
5-4-2 ( R-134a)
به عقیدۀ تئودور آتوود ، مهندس ارشد تحقیقات جنترون پروداکتس ، R-134aمورد مناسبی برای جایگزینی R-12 در بسیاری از کاربردهای فعلی این مبرد است . بنابر گزارشها ، R-134aمبردی است که از نظر حفظ محیط زیست دارای ایمنی است ، اثری بر روی لایۀ ازن جو ندارد و پتانسیل گرمای گلخانه ای کمی دارد . همچنین، اشتغال ناپذیر است و داده های مقدماتی سم شناسی مطلوب و پایداری شیمیایی در سیستم تبرید را نشان می دهند .
مشخصه های فیزیکی و ترمودینامیکی R-134a دقیقا ً به همان شیوۀ R-12 مطرح می شوند که سطوح مشابهی برای عملکرد سیستم های معمولی و تعدیل تجهیزت تهیه می کنند . مثلا ً دمای تخلیۀ تک-آنتروپیک و توان مورد نیاز به ازای هر تن تقریبا ً همان اندازۀ دو مبرد است . همچنین ، در دمای اشباع[SUP]0[/SUP]F -15/08در فشار متعارف جو ، دماهای و کمتر تبخیرکن بدون نگه داشتن فشار مکش در طرف کم فشار سیستم عملی است.


جدول 5-7 مقایسۀ عملکرد R-134aبا R-12​
Psia 136/16 R-12
دمای چگالش [SUP]0[/SUP]F 100 فشار چگالش Psia 136/138 R-134a​
دمای مکشفشار
Psia
اثر تبرید
Btu/lb
دبی جرمی
lb/min/ton
حجم مخصوص
Ft[SUP]3[/SUP]/lb
دبی حجمی
cfm/ton
[SUP]0[/SUP]FR-12R-134aR-12R-134aR-12R-134aR-12R-134aR-12R-134a
4051/5849/7451/5563/163/883/170/7920/9473/073/00
4035/7533/1449/3360/314/053/311/1211/4014/544/64
023/8721/2047/0557/524/253/481/6372/1446/968/44
-2015/9512/9544/7154/584/473/662/4743/41711/0612/51
-409/327/4942/3451/954/733/883/9105/71718/4622/18



در جدول 5-7 مقایسۀ داده های مربوط به مشخصه های عملکرد R-12 , R-134a در گستره های مختلف دمای مکش اشباع از تا داده شده است . در تمام موارد ، دمای چگالش است . باید دانست که فشار اشباع برای دو مبرد در تمام دماها تقریبا ً یکسان است. اثر تبرید R-134a به ازای هر پوند تقریبا ً 22% بیشتر از R-12 است . در نتیجه ، جرمی به ازای هر تن تبرید تقریبا ً 18% کمتر از مقداری است که R-12 نیاز دارد . از طرفی ، حجم مخصوص R-134a کمتر از R-12 است و با کاهش فشار سریعا ً افزایش می یابد . چنانکه در جدول5-7 نشان داده شد ، حجم مخصوص بخار R-134a تقریبا ً 20% بیشتر از R-12 در است ، اما اگر دمای اشباع تا - کاهش می یابد ، این مقدار به 46% می رسد ، چون اثر حجم مخصوص بیشتر بخار R-134a تا حدی توسط دبی جرمی کمتر مورد نیاز به ازای هر تن جبران می شود ، دبی حجمی بخار مکش به ازای هر تن تبرید عملا برای هر دو مبرد در یکسان است ، اما در مورد R-134a با کاهش دمای مکش سریعا ً افزایش می یابد و تقریبا ً 20% بیشتر از R-12 در خواهد شد .


نتیجه گیری
نخستین مبرد در دهه ی 1830در سیستم های سردسازی مورد استفاده قرار گرفته اند . این مبردها ، اکثرا سیالات فراری بودن که در آن زمان مورد استفاده قرار می گرفتند . تا آن زمان خواصی همچون ایمنی و بازده و ... مهم نبود . مبردهای نسل دوم از دهه ی 1930 با کشف ترکیبات فلوئوردار وارد عرصه شدند و به مدت شصت سال مورد استفاده قرار گرفتند . فاکتور مهم جهت این انتخاب این نوع مبردها ، ایمنی و پایداری آن ها بود . برای نخستین بار از ترکیبات آزمایشگاهی جهت بدست آوردن مبردهایی با خواص مطلوب استفاده می شد . مبردهای نسل سوم از دهه ی 1930 در نظر گرفتن مسائل زیست محیطی مورد استفاده قرار می گرفتند . اولین نکته در انتخاب این نوع مبردها مسئله کاهش لایه ازن بود ، اما انتخاب این نوع مبردها منوط به تشخیص گازهای گلخانه ای می شد . یکی از امتیازات این عصر ظهور سیالات خدماتی بود که امکان استفاده ی پیوسته از فهرست زیادی از تجهیزات موجود را می داند . از امتیازات دیگر ، عرضه ترکیبات موقتی بود که مورد استفاده قرار می گرفت و حتی خیلی زود تجاری شدند . با وجود اینکه راه حل های دراز مدت مورد جستجو قرار گرفتند ، این ترکیبات زودتر از موعد مقرر از رده خارج شدند . وجه تمایز سوم این نسل ، وابستگی زیاد به مخلوط ها و به خصوص زئوتروپ ها که در غیاب ترکیبات ساده برای بدست آوردن معیارهای مطلوب پا به این عرصه گذاشتند . تهیه سریع مبردهای جایگزین این تصور غلط را به وجود آورد که امکان انتخاب زیادی از مبردها برای هر قانوان جدیدی که تحمیل می شود وجود دارد . اکثر مبردهای جایگزین در دهه ی 1990 قبلا هم مورد استفاده قرار گرفته بودند ، اما قابل رقابت با معیارهای قبلی نبودند . زمانی که قوانین تغییر کردند ، مبردهای مورد آزمایش قرار گرفته اولیه و در بعضی از موارد تجهیزاتی که مورد امتحان قرار گرفتند ، امکان تجاری سازی آن ها وجود داشت . یکی از شاخص های پیشرفت در مبردها این است که سازندگان تجهیزات و مواد شیمیایی با کاهش هزینه های مربوط به ایمنی و بازده مخالفت کردند .
یکی از موارد صحیحی که در این زمان انجام شد ، روی آوردن به استفاده از مواد شیمیایی طبیعی بود . این ترکیبات قبلا در قرن نوزدهم به دلیل خواص ترمودینامیکی مطلوب مورد استفاده قرار گرفتند ، اما در قرن بیستم به دلیل توجه بیشتر به ایمنی در مقایسه با بازده این ترکیبات کنار گذاشته شدند . آینده این ترکیبات به عنوان مبرد در قرن بیست و یکم که قوانین جدیدی مبنی بر کاهش لایه ازن و گرم شدن کره زمین مطرح است به نظر امیدوار کننده می رسد .
از آنچه که در این پروژه به آن پرداخته شد ، چندین نتیجه می توان گرفت : نخست این که احتمال کشف یک مبرد ایده آل ، به خصوص با تحقیقات کاملی که تا این زمان انجام گرفته صفر است . دوم ، توجهات بیشتری باید نسبت به مسائل ایمنی و زیست محیطی صورت بگیرد که براین اساس پیشرفت های فوق العاده ای در دهه ی گذشته انجام گرفت و از انتشار این مبرد در محیط به شدت کاسته شد . سوم ، با توجه به نوع سیستمی که استفاده می کنیم باید به طبقه بندی مبردها توجه نماییم ، به عنوان مثال ODP R-123 صفر نیست ، اما از آن در سیستم های بسته که نشتی از آن صورت نمی پذیرد ، همچون چیلرها استفاده می شود که در اینجا به خصوصیات ترمودینامیکی مطلوب جهت رسیدن به بازده مناسب توجه شده است . چهارمین نکته مورد توجه کاهش لایه ازن استراتوسفر و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای است که بایستی هم ارز و حتی بالاتر از خصوصیاتی همچون افزایش ایمنی ، بازده بالاتر و هزینه کم تر و ... قرار گیرد .
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
 

پیوست ها

  • Untitled.jpg
    Untitled.jpg
    12.6 کیلوبایت · بازدیدها: 0

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
 

پیوست ها

  • Untitled.jpg
    Untitled.jpg
    12.6 کیلوبایت · بازدیدها: 0

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
 

پیوست ها

  • Untitled.jpg
    Untitled.jpg
    12.4 کیلوبایت · بازدیدها: 0

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
 

پیوست ها

  • Untitled.jpg
    Untitled.jpg
    12.4 کیلوبایت · بازدیدها: 0
بالا