مبدأ عمل معدات التبريد وملحقاتها!

التجميد: عملية استخدام مصدر درجة الحرارة المنخفضة الناتج عن التبريد لتبريد المنتج من درجة الحرارة العادية ثم تجميده.

التبريد: عملية تشغيلية للحصول على مصدر درجة حرارة منخفضة باستخدام تغيير الحالة الفيزيائية للمبرد للحصول على مصدر درجة حرارة منخفضة عن طريق تأثير التبريد.

أنواع معدات التبريد: إنتاج مصادر التبريد (التبريد)، تجميد المواد، التبريد.

طريقة التبريد: نوع المكبس، نوع البرغي، وحدة ضاغط التبريد الطارد المركزي، وحدة التبريد بالامتصاص، وحدة التبريد بنفث البخار والنيتروجين السائل.

طريقة التجميد: التبريد بالهواء، والغمر، ونقل الحرارة عبر أنبوب معدني، وجدار، وجهاز نقل الحرارة عن طريق ملامسة المادة.

طلب:

1. نقل الأغذية المجمدة والمبردة والمجمدة.

2. التبريد، والتبريد، والتخزين المكيف، والنقل المبرد للمنتجات الزراعية والأغذية.

3. معالجة الأغذية، مثل التجفيف بالتجميد، والتركيز بالتجميد، وتبريد المواد.

4. تكييف الهواء في مصانع تجهيز الأغذية.

مبدأ دورة التبريد

الأجهزة الرئيسية: ضاغط التبريد، المكثف، صمام التمدد، المبخر.

مبدأ دورة التبريد: يمتص المبرد الحرارة ويصل إلى درجة غليانه عندما يكون في حالة سائلة منخفضة الحرارة والضغط، ثم يتبخر متحولًا إلى بخار منخفض الحرارة والضغط. يتحول هذا البخار المتبخر إلى غاز ذي درجة حرارة وضغط مرتفعين بفعل الضاغط، ثم يتكثف إلى سائل ذي ضغط ودرجة حرارة مرتفعين. بعد صمام التمدد، يصبح سائلًا منخفض الحرارة والضغط، فيمتص الحرارة ويتبخر مرة أخرى، مُشكلًا بذلك دورة التبريد في الثلاجة.

المفاهيم والمبادئ الأساسية

قدرة التبريد: في ظل ظروف تشغيل محددة (أي عند درجة حرارة تبخر وتكثيف وتبريد معينة للمبرد)، تُعرف قدرة التبريد بأنها كمية الحرارة التي يسحبها المبرد من الجسم المتجمد في وحدة الزمن. وتُعرف أيضًا بقدرة التبريد للمبرد. في ظل نفس الظروف، ترتبط قدرة التبريد لنفس المبرد بحجم وسرعة وكفاءة الضاغط.

التبريد المباشر: في دورة التبريد، إذا امتصّ المُبرّد الحرارة، يقوم المُبخر بتبادل الحرارة مباشرةً مع الجسم المراد تبريده أو مع البيئة المحيطة به. يُستخدم هذا النوع من التبريد عادةً في أجهزة التبريد الصناعية التي تتطلب تبريدًا فرديًا، مثل مجمدات الآيس كريم، ومخازن التبريد الصغيرة، والثلاجات المنزلية.

المُبرِّد: المادة العاملة التي تدور باستمرار في جهاز التبريد لتحقيق التبريد. يُحقق جهاز التبريد بضغط البخار نقل الحرارة من خلال تغيير حالة المُبرِّد. يُعد المُبرِّد مادة أساسية لتحقيق التبريد الاصطناعي.

المبردات الشائعة الاستخدام

المبردات الشائعة الاستخدام: الهواء، والماء، والمحلول الملحي، والمحلول المائي العضوي.

معايير الاختيار: انخفاض درجة التجمد، سعة حرارية نوعية كبيرة، عدم تآكل المعادن، استقرار كيميائي، سعر منخفض وتوافر سهل.

على الرغم من أن الهواء كمبرد له العديد من المزايا، إلا أنه لا يستخدم إلا في شكل اتصال مباشر مع الطعام في عمليات تبريد أو تجميد الطعام بسبب سعته الحرارية النوعية الصغيرة وتأثير نقل الحرارة بالحمل الحراري الضعيف عند استخدامه في الحالة الغازية.

يتميز الماء بسعة حرارية نوعية عالية، لكن درجة تجمده مرتفعة، لذا لا يُستخدم كمبرد إلا لتحضير قدرة تبريد أعلى من صفر درجة مئوية. أما إذا كانت قدرة التبريد أقل من صفر درجة مئوية، فيُستخدم محلول ملحي أو محلول عضوي كمبرد.

تُعرف المحاليل المائية لكلوريد الصوديوم، وكلوريد الكالسيوم، وكلوريد المغنيسيوم باسم المحلول الملحي المُجمد. ويُعد محلول كلوريد الصوديوم المائي أكثر أنواع المحلول الملحي المُجمد استخدامًا في صناعة الأغذية. أما بالنسبة للمبردات العضوية، فإن أكثرها شيوعًا هما محلول الإيثيلين جليكول المائي ومحلول البروبيلين جليكول المائي.

الجهاز الرئيسي لمعدات التبريد بضغط المكبس

الوظيفة: يتم استخدامها لضغط مادة التبريد للقيام بعمل، والحصول على الطاقة، ثم تكثيفها وتمددها لتشكيل مصدر بارد يمكنه امتصاص الحرارة.

طريقة تمثيل النموذج: عدد الأسطوانات، ونوع مادة التبريد المستخدمة، ونوع ترتيب الأسطوانات، وقطر الأسطوانة.

المكونات: كتلة الأسطوانات، والأسطوانة، والمكبس، وذراع التوصيل، وعمود المرفق، وعلبة المرافق، وصمامات السحب والعادم، والغطاء الزائف، إلخ.

آلية العمل: عند تحرك المكبس للأعلى، يُفتح صمام السحب، فيدخل بخار المُبرّد إلى الأسطوانة من الجزء العلوي للمكبس عبر هذا الصمام. وعند استمرار المكبس في التحرك للأعلى، يُغلق صمام السحب، فيستمر المكبس في التحرك للأعلى، ويُضغط المُبرّد داخل الأسطوانة. وعندما يصل ضغط الهواء إلى مستوى معين، يُفتح صمام العادم الموجود على الغطاء، فيُصرّف بخار المُبرّد من الأسطوانة ويُدفع إلى خط الأنابيب عالي الضغط.

الميزات: هيكل بسيط، سهولة التصنيع، قدرة عالية على التكيف، تشغيل مستقر وصيانة مريحة.

مكثف

الوظيفة: مبادل حراري، يقوم بتكثيف البخار المحمص للغاية للمبرد إلى سائل عن طريق التبريد والتبريد.

النوع: أنبوب صدفي أفقي، أنبوب صدفي رأسي، رذاذ الماء، تبخيري، تبريد الهواء

آلية العمل: يدخل بخار المبرد فائق التسخين إلى المكثف من الجزء العلوي للغلاف، ويتلامس مع السطح البارد للأنبوب، ثم يتكثف مكونًا طبقة سائلة عليه. وبفعل الجاذبية، ينزلق المكثف على جدار الأنبوب وينفصل عنه.

يتكون المبخر الذي يرش الماء من خزان سائل، وأنبوب تبريد، وخزان توزيع المياه.

آلية العمل: يدخل ماء التبريد إلى خزان توزيع الماء من الأعلى، ويتدفق عبره إلى السطح الخارجي للأنبوب الملفوف. يتبخر جزء من الماء، بينما يسقط الباقي في حوض التجميع. يدخل الجزء السفلي من الأنبوب الفرعي المخفي إلى الأنبوب الرئيسي، وعندما يرتفع الماء داخله، يبرد ويتكثف، ثم يتدفق إلى خزان السائل.

صمام التمدد

الوظيفة: خفض ضغط سائل التبريد والتحكم في تدفقه. عندما يمر سائل التبريد عالي الضغط عبر صمام التمدد، ينخفض ​​ضغط التكثيف بشكل حاد إلى ضغط التبخر، وفي الوقت نفسه، يغلي سائل التبريد ويمتص الحرارة، مما يؤدي إلى انخفاض درجة حرارته.

صمام التمدد الحراري: يستخدم هذا الصمام درجة التسخين الفائق للبخار عند مخرج المبخر لضبط كمية المُبرِّد. في ظل ظروف التشغيل العادية لوحدة التبريد، يكون ضغط تدفق عنصر التزويد مساويًا لمجموع ضغط الغاز أسفل الغشاء وضغط الزنبرك، ويكون في حالة توازن. يؤدي نقص إمداد المُبرِّد إلى عودة البخار عند مخرج المبخر، مما يزيد من درجة التسخين الفائق، وبالتالي ترتفع درجة حرارة مستشعر الحرارة، ويتحرك الغشاء للأسفل، وتزداد فتحة المخرج حتى تتساوى كمية السائل المُزوَّد مع كمية التبخر، ثم ترتفع درجة حرارة مستشعر الحرارة مرة أخرى. وبذلك، يستطيع صمام التمدد الحراري ضبط درجة فتح الصمام تلقائيًا، كما يمكن زيادة أو تقليل حجم السائل المُزوَّد تلقائيًا مع الحمل، مما يضمن الاستخدام الأمثل لمنطقة التسخين في المبخر.

المبخر

الوظيفة: يمتص المبرد حرارة وسيط التبريد.

التصنيف: وفقًا لطبيعة وسيط التبريد، يتم تقسيمه إلى ثلاث فئات.

1. المبخر لتبريد سائل التبريد: مثل مبردات المياه، ومبردات المحلول الملحي، وما إلى ذلك. يمتص سائل التبريد الحرارة خارج الأنبوب، ويدور سائل التبريد داخل الأنبوب بواسطة مضخة سائلة. وينقسم إلى أنواع مختلفة حسب التركيب، منها: الأنبوب الأفقي، والأنبوب الرأسي، والأنبوب الحلزوني، والملف.

2. مبخر لتبريد الهواء: يتبخر المبرد داخل الأنبوب، ويتدفق الهواء إلى الخارج، ويكون تدفق الهواء ناتجًا عن الحمل الحراري الطبيعي.

3. مبخر التلامس لتبريد المواد المجمدة: يتبخر المبرد على جانب واحد من حاجز نقل الحرارة، ويكون الجانب الآخر من الحاجز على اتصال مباشر بالمواد المبردة أو المجمدة.

الميزات: تأثير نقل حرارة جيد، هيكل بسيط، مساحة صغيرة، وتآكل أقل للمعدات بفضل نظام تدوير المبرد المغلق.

العيوب: عندما تتوقف مضخة المحلول الملحي بسبب عطل ما، قد يحدث تجمد، مما يؤدي إلى تمزق مجموعة الأنابيب.

أنبوب التبريد

أنبوب تبريد رأسي

المزايا: بعد تبخر المبرد، يسهل تصريفه، ويكون تأثير نقل الحرارة جيدًا، ولكن عندما يكون أنبوب العادم مرتفعًا، تكون درجة حرارة تبخر المبرد السفلي مرتفعة بسبب الضغط الساكن لعمود السائل.

أنبوب جداري من نوع الملف ذو صف واحد:

المزايا: كمية المبرد المعبأ صغيرة، حوالي 50٪ من حجم أنبوب العادم، ولكن المبرد لن يتم تصريفه بسرعة من الأنبوب بعد التبخر، مما يقلل من تأثير نقل الحرارة.

أنبوب ملتوٍ:

المزايا: مساحة كبيرة لتبديد الحرارة.

أجهزة مساعدة لمعدات التبريد بضغط المكبس

فاصل الزيت

الوظيفة: يتم استخدامها لفصل زيت التشحيم الموجود في السائل والغاز المضغوطين لمنع زيت التشحيم من دخول المكثف وتدهور ظروف نقل الحرارة.

مبدأ العمل: يتم تقليل معدل التدفق عن طريق زيادة قطر الأنبوب، وتغيير اتجاه تدفق المبرد، وذلك من خلال اختلاف نسب قطرات الزيت وبخار المبرد. أو، بفعل قوة الطرد المركزي، تستقر قطرات الزيت عند درجة حرارة البخار. أما بالنسبة لزيت التشحيم في حالته البخارية، فتُخفض درجة حرارة البخار بالغسل أو التبريد، مما يؤدي إلى تكثفه إلى قطرات زيت وانفصاله. ويتم تبريد فاصل الزيت من نوع المرشح بواسطة الفريون.

وظيفة مُجمِّع الزيت: جمع خليط المُبرِّد والزيت المُفصول من فاصل الزيت والمُكثِّف وباقي أجهزة نظام التبريد، ثم فصل الزيت عن خليط المُبرِّد تحت ضغط منخفض، ثم تصريفهما بشكل منفصل. ولضمان سلامة تصريف الزيت، يُقلِّل الزيت من فقدان المُبرِّد.

تتمثل وظيفة خزان استقبال السائل في تخزين وضبط كمية سائل التبريد المُزوَّد لكل جزء من أجزاء نظام التبريد، وذلك لضمان التشغيل الآمن لإمداد السائل للمعدات. وينقسم خزان تجميع السائل إلى خزان ضغط عالٍ، وخزان ضغط منخفض، وخزان تصريف، وخزان تخزين سائل تدوير.

وظيفة فاصل الغاز والسائل: فصل المبرد عن المبخر لمنع سائل التبريد من دخول الضاغط وإحداث صدمات في الأسطوانة؛ فصل البخار غير الفعال في سائل الأمونيا منخفض الضغط بعد الخنق لتحسين تأثير نقل الحرارة للمبخر.

دور فاصل الهواء: فصل وتفريغ الغاز غير القابل للتكثيف في النظام لضمان التشغيل الطبيعي لنظام التبريد.

دور المبرد البيني: يتم تركيبه في نظام تبريد ضغط ثنائي المراحل (أو متعدد المراحل) لتبريد الغاز المحمص الخارج من مرحلة الضغط المنخفض للتبريد بين المراحل لضمان التشغيل الطبيعي لضاغط مرحلة الضغط العالي؛ زيت التشحيم المحتجز ومادة التبريد يجعلان مادة التبريد تحصل على وظيفة التبريد الفرعي الأكبر.

مخزن بارد

تصنيف:

التخزين البارد واسع النطاق (أكثر من 5000 طن)؛ التخزين البارد متوسط ​​الحجم (1500 ~ 5000 طن)؛ التخزين البارد الصغير (أقل من 1500 طن).

وفقًا لمتطلبات الاستخدام:

التخزين البارد بدرجة حرارة عالية: يُستخدم بشكل أساسي لتبريد الفواكه والخضروات والبيض الطازج وغيرها من الأطعمة، وتكون درجة حرارة التخزين العامة من 4 إلى -2 درجة مئوية؛

التخزين البارد في درجات الحرارة المنخفضة: يتم تجميد اللحوم والمنتجات المائية بشكل أساسي، ودرجة حرارة التخزين العامة هي -18 ~ -30 درجة مئوية؛

مستودع مكيف: يُخزن الأرز والمعكرونة والمواد الطبية والنبيذ وغيرها في ظروف درجة حرارة عادية، وتتراوح درجة حرارة المستودع بشكل عام بين 10 و15 درجة مئوية.

معدات التجميد السريع: مناسبة لتجميد المواد الخام الصغيرة المعبأة أو غير المعبأة، مثل القوالب والشرائح والحبيبات، لصنع جميع أنواع الأطعمة المجمدة سريعًا، مثل المواشي والمنتجات البحرية والخضراوات والزلابية. درجة حرارة التجميد: من -30 إلى 40 درجة مئوية.

مجمد سريع من النوع الصندوقي: يحتوي على عدة ألواح مسطحة متحركة مع طبقات داخلية مغلفة بمادة عازلة حرارياً. تُركّب ملفات تبخير في الطبقة الداخلية، ويمكن أيضاً سكب محلول ملحي بين الأنابيب، ويتدفق غاز التبريد عبر ملفات التبخير؛ توضع المنتجات المجمدة سريعاً بين الألواح، وتُحرّك الألواح لضغط المواد لتجميدها.

آلة التجميد السريع من نوع النفق: تتكون من جسم نفق، ومبخر، ومروحة، ورف للمواد أو شبكة نقل من الفولاذ المقاوم للصدأ. تمر المواد أولاً عبر حزام شبكي في المرحلة الأولى، والذي يعمل بسرعة أكبر، وتكون طبقة المواد فيه أرق، مما يؤدي إلى تجميد السطح فقط؛ ثم يمر عبر حزام شبكي في المرحلة الثانية، والذي يعمل بسرعة أقل، وتكون طبقة المواد فيه أكثر سمكًا، فيقوم بتجميد المادة بالكامل للحصول على منتج مجمد سريع الحبيبات.

المجمد الغاطس: يتم فيه ملامسة المادة المجمدة مباشرةً لغاز مسال أو سائل تبريد ذي درجة حرارة منخفضة جدًا، مما يؤدي إلى تجميد سريع. يمر الطعام تباعًا عبر منطقة التبريد المسبق، ثم منطقة التجميد، ثم منطقة ضبط درجة الحرارة. يُخزن النيتروجين السائل خارج النفق، ويُضخ إلى منطقة التجميد تحت ضغط معين للرش أو التجميد الغاطس. يكون النيتروجين المتكون بعد امتصاص النيتروجين السائل للحرارة لا يزال عند درجة حرارة منخفضة جدًا، تتراوح بين -10 و-5 درجات مئوية، ويُدفع إلى داخل النفق بواسطة مروحة. يتم تجميد الجزء السابق مسبقًا. في منطقة التجميد، يتجمد الطعام بسرعة عن طريق ملامسته للنيتروجين السائل عند درجة حرارة -200 درجة مئوية.

معدات تكييف الهواء والتبريد

التبريد في جو متحكم به: يجمع بين التبريد والتخزين في جو متحكم به، والتحكم في درجة حرارة التخزين وتكوين الغاز، بحيث يتم استخدام محتوى الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في المستودع بشكل أساسي لتخزين الفواكه والخضروات، ويمكن الحصول على تأثير حفظ جيد.

نسبة فقدان المنتجات في المخازن ضئيلة. تشير الإحصاءات إلى أن معدل فقدان المنتجات المخزنة في غرف التبريد يبلغ 21.3%، بينما يبلغ معدل فقدان المنتجات المخزنة في غرف التبريد المكيفة 4.8%.