سیال های مبرد (آمونیاک)

از دیگر سیال های مبرد آمونیاک می باشد که گازی بی رنگ با بوی تند، سبک تر از هوا و دارای خواص ترمودینامیکی عالی است، دمای جوش آمونیاک در فشار اتمسفری (از مگاپاسگال یک‌دهم مگاپاسکال) برابر با -23.6 درجه سانتی گراد می باشد، بنابراین در اطاق های برودتی یعنی تبخیر کننده ها فشار آمونیاک بالاتر از جو می باشد و فقط در اطاق های انجماد احتیاج به خلا می باشد، فشار تقطیر آن نیز حدود ۸ تا ۱۳ اتمسفر صنعتی می باشد و بازده برودتی حجمی آن نسبتا زیاد است. آمونیاک یک ترکیب شیمیایی است که شامل اتم‌های نیتروژن و هیدروژن است، با فرمول شیمیایی NH3. این ترکیب به صورت گاز در شرایط استاندارد (دما و فشار معمول) است. اما در برخی شرایط، مانند زیر دمای منفی ۳۳٫۳۴ درجه سانتی‌گراد، آمونیاک به صورت مایع تبدیل می‌شود.

ویژگی ها و خصوصیات آمونیاک

آمونیاک یک گاز با فرمول شیمیایی NH3 است و در دمای محیط به شکل گازی حضور دارد. دمای جوش آمونیاک حدوداً منفی ۳۴ درجه سانتیگراد است. این خاصیت مورد استفاده قرار می‌گیرد، به ویژه در طراحی سیکل‌های تبرید تراکمی و سردخانه‌ها. آمونیاک قادر است دمای محیط سردخانه را تا چند درجه زیر صفر کاهش دهد، به علاوه به دلیل ظرفیت سرمایشی بالایی که دارد، در سیستم‌های تبریدی عملکرد خوبی دارد. این ویژگی باعث می‌شود که در ساخت و طراحی سردخانه‌های صنعتی بزرگ، آمونیاک به عنوان مایع سردکننده انتخاب شود. با وجود این، آمونیاک به‌طور گسترده در صنعت پتروشیمی تولید می‌شود و از جمله محصولات انبوه این صنعت است. این گاز معمولاً توسط فرآیند هابر تولید می‌شود که در آن، گاز نیتروژن جدا می‌شود و سپس در دما و فشار بالا با مولکول‌های هیدروژن واکنش می‌دهد.به علاوه، آمونیاک به عنوان سیال مبرد در تولید محصولات کود کشاورزی نیز استفاده می‌شود. استفاده از آمونیاک به عنوان مایع سردکننده نسبت به دیگر مبردهای صنعتی، هزینه کمتری دارد و به صرفه‌تر است.

انحلال آمونیاک در روغن و آب

روغن‌ها اغلب تشکیل‌شده از ترکیبات آلی و در اصل نقطه‌ای از نظر شیمیایی قلیایی ندارند. بنابراین، آمونیاک به طور عمده در روغن حل نمی‌شود و ترکیبات آلی روغن قادر به انحلال آمونیاک به صورت آنی نیستند. به‌طور کلی، انحلال آمونیاک در روغن ناچیز است و در صورت انحلال، به دلیل ارتباطات هیدروژنی یا خواص آلی روغن، به میزان بسیار کمتری نسبت به آب انحلال می‌یابد. در نتیجه، می‌توان گفت که آمونیاک به طور عمده در آب حل می‌شود و محلول قلیایی ایجاد می‌کند، در حالی که انحلال آن در روغن به میزان بسیار کمتر و اهمیت کمتری نسبت به آب دارد.حل شدن آمونیاک در روغن خیلی ناچیز است ولی شدیدا جذب آب می شود. آمونیاک صنعتی نباید بیشتر از ۲% دارای آب باشد.

اثر بر روی فلزات

آمونیاک می‌تواند بر روی فلزات تأثیرات مختلفی داشته باشد، به ویژه زمانی که در تماس مستقیم با آنها قرار می‌گیرد یا به عنوان ماده‌ای معدنی در فرایندهای شیمیایی استفاده می‌شود.آمونیاک بر روی فلزات تیره مثل چدن و فولاد تاثیر شیمیایی ندارد ولی بر روی فلزات رنگین مثل سرب و مس و آلیاژهای آنان تاثیر خورندگی دارد، بنابراین در سیستم های آمونیاکی نباید از مس و یا آلیاژ آن استفاده نمود، ولی امکان استفاده از برنز فسفری در مواقع لازم مخصوصا قسمت هایی که احتیاج شدید  به روغن کاری دارند، می باشد

سردخانه های آمونیاکی

روش عملکرد سردخانه‌های آمونیاکی به شدت به سردخانه‌های فریونی شبیه است. در این سیستم، آمونیاک به صورت بخار توسط کمپرسور فشرده شده و با فشار و دمای بالا وارد کندانسور می‌شود. در اینجا، آمونیاک تقطیر شده و از حالت گاز به حالت مایع تبدیل می‌شود. سپس، سیال آمونیاک در حالت اشباع از یک شیر انبساط عبور می‌کند که این عمل باعث افت ناگهانی فشار و دما می‌شود، و به این ترتیب دمای آن به شکل چشمگیری کاهش می‌یابد. در این مرحله، به دلیل افزایش حجم، سیال به حالت دو فازی گاز و مایع تبدیل می‌شود که در حالت اشباع قرار دارند. در نهایت، آمونیاک وارد اواپراتور می‌شود که اغلب به صورت یک مبدل حرارتی پوسته-لوله طراحی شده است. در اینجا، سیال آب در اطراف کویل حرارتی جریان پیدا کرده و با تماس با آمونیاک خنک می‌شود. سپس، این آب خنک‌شده برای سرمایش محیط سردخانه به کار می‌رود. تنها تجهیزات اضافی در این سیستم نسبت به سیستم فریونی، شامل رسیور تانک و سپراتور می‌باشد که در ادامه توضیح داده خواهد شد. مزایای سردخانه های آمونیاکی به ذکر زیر می باشد:

• هزینه پایین تولید
• دمای جوش
• سازگاری با محیط زیست

پمپ های آمونیاکی

یکی از اجزای سیکل تبرید آمونیاکی که در سیستم های تغذیه سیلابی استفاده می گردد پمپ می باشد که وظیفه ی آن، پمپاژ مایع به اواپراتورها و جبران افت هد مایع در مسیر لوله کشی بین سپراتور و اواپراتور می باشد. دبی پمپ بر اساس نسبت گردش انتخاب می گردد. نسبت گردش عبارت است از نسبت میزان مایع ورودی از مبرد به اواپراتور به میزان مایعی که در اواپراتور تبخیر می شود. مثلاً نسبت گردش ۴:۱ به این معنی است که اگر ۴ سهم مایع وارد اواپراتور گردد ۱ سهم آن تبخیر شده و ۳ سهم مایع از اواپراتور خارج می شود.

مخازن سردخانه آمونیاکی

مخازن آمونیاک، شامل سپراتورها، اینتر کولرها، آکومولاتورها و رسیورها، دارای ویژگی‌ها و مشخصات فنی خاصی هستند که برای بهره‌وری مناسب از آمونیاک در سیستم‌های برودتی آمونیاکی باید رعایت شوند. سپراتورها به عنوان مخازن واسطه عمل می‌کنند و آمونیاک مایع را از بخار جدا می‌کنند تا عملکرد سیستم را بهینه‌سازی کرده و از ورود مایع به کمپرسور جلوگیری کنند. آکومولاتورها به عنوان مخازنی برای ذخیره مایع اضافی از اواپراتور عمل می‌کنند تا گردش مداوم را تضمین کرده و از آسیب به کمپرسور ناشی از بازگشت مایع جلوگیری کنند. رسیورها، آمونیاک مایع کندانس شده را ذخیره می‌کنند و جریان و فشار آن را در سراسر سیستم کنترل می‌کنند. این مخازن از موادی مانند فولاد یا استنلس استیل ساخته شده‌اند که در برابر خوردگی مقاوم باشند و طول عمر و قابلیت اطمینان بالایی را فراهم کنند. همچنین، این مخازن به شیرها و کنترل‌های فشار مجهز هستند تا پایداری عملیاتی را حفظ کرده و از وقوع حوادث خطرناک ناشی از فشار اضافی جلوگیری کنند.