مبردهای چند جزیی مخلوط

كاربردهاي گوناگون صنعت تبريد،باعث شده است كه به منظور بدست آوردن مبردهاي جديد براي استعمال مورد نظر،كاوشهاي لازم صورت بگيرد.بررسي مبردهاي مخلوط(مانند فريون 500 و 502)در سيستم هاي تبريد تراكمي،در همين جهت بوده و از طريق ايجاد تغييرات در ظرفيت ماشين تبريد با توجه به تغييرات در نسبت هاي مختلف مبردها صورت مي پذيرد.مهمترين ويژگي يك مخلوط،حدود و درجه ي حرارتي است كه تحت آن مخلوط بجوش آمده يا تقطير مي شود.اين امر باعث بدست آمدن تبريد ناهمدما مي شود كه كاربرد آن در ايجاد سرما تحت اين حدود از دما باعث پيدايي ضريب عملكرد بيشتري شود.در مواقعي كه براي نسبتي معين از يك مخلوط مانند يك تركيب،واحدي با نقطه ي جوش ثابت در رابطه با فشاري معين عمل مي كند،مخلوط يادشده را با نام مخلوط ايزوتروپيك مي شناسند.بطور مثال،فريون 502 و 500 كه قبلاً در مورد آنها بحث شده است،مخلوطي ايزوتروپيك بشمار مي آيند.ايزوتروپها،معمولاً هنگامي تشكيل مي شوند كه اختلاف در نقاط جوش دو مبرد با عضو آنها،بسيار زياد نباشد اما انحراف از حالت ايده آل مخلوط،بسيار زياد باشد.
ايزوتروپها،در واقع نوعي از مخلوطهاي غيرايده آل بشمار مي آيند زيرا:
الف: مخلوط كردن آنها در مرحله ي بخار،باعث بروز تغييرات در حجم مي شود.
ب: مخلوط كردن آنها در مرحله ي مايع،با جذب حرارت يا ايجاد سرما همراه مي باشد. اين دو حالت،شرط غيرايده آل بودن مخلوط را به وسيله ي انحراف از قانون رائول نمايان
مي سازد.بر طبق قانون رائول فشارهاي جزيي دو عضو در مخلوط مايع و دماي t،برابر است
با:
p1=x1p1s
p2=x2p2s
كه در آن،P1s و P2s به ترتيب عبارتنداز فشارهاي اشباع دو عضو مخلوط در دماي T و x1 و x2نيز درصد ملكولي دو عنصر در مرحله ي مايع است.
گفتني است كه انحراف از قانون رائول يا مثبت است يا منفي و در نتيجه انحراف ايزوتروپها نيز از قانون رائول يا مثبت است يا منفي.بطور مثال،ايزوتروپ فريون 22 و 12 كه فريون 501 ناميده مي شود،ايزوتروپي با انحراف مثبت از قانون رائول است در صورتي كه سيستم آمونياك و آب كه در سيستم هاي تبريد جذبي بكار مي رود،مخلوطي با انحراف منفي از قانون رائول بشمار مي آيد.ايزوتروپهاي داراي انحراف مثبت از قانون رائول را ايزوتروپهاي داراي جوش حداقل نيزمي گويند زيرا اينگونه ايزوتروپها داراي نقطه ي حبابي يا نقطه ي شبنمي پايين تر از نقطه ي جوش هر كدام از دو مبرد با عضو مخلوط مي باشند. بطوركلي، مخلوط داراي انحراف مثبت از قانون رائول،مي بايستي واجد سه شرط باشد:
1 ـ فشار بخاري بيشتر از آنچه كه به وسيله ي قانون رائول در دما و غلظت مخصوصي وارد مي شود،پديد آورد.
2 ـ مخلوط كردن دو مبرد يا دو عضو مخلوط،باعث ايجاد جذب حرارت و مثبت شدن حرارت مخلوط مي شود كه نتيجتاً انتالپي مخلوط مايع افزايش يافته و باعث كاهش گرماي نهفته ي تبخير مي شودوانتالپي مخلوط در مرحله ي بخار تغييري نمي كند.3 ـ دماي نقطه ي حبابي مخلوط در فشار و غلظت معين پايين تر خواهد بود.
در اينجا مي بايستي پيرامون دماي نقطه ي حبابي و دماي نقطه ي شبنم توضيح داده شود.دمايي كه يك مخلوط مايع در آن شروع به جوشيدن مي كند دماي نقطه ي حبابي و دمايي كه يك مخلوط بخار در آن شروع به تقطير مي كند،دماي نقطه ي شبنم ناميده
مي شود.
مي بايستي در نظر داشت كه تركيب مخلوط ايزوتروپيك،در حدود دماهاي تبخير و تقطير در سيستم تبريد تقريباً ثابت است.در نتيجه،در تمام قسمتهاي سيستمي كه با اين مبرد مخلوط تغذيه مي شود،تغييري درغلظت پديد نمي آيد.ويژگي عمده ي يك ايزوتروپ وجود جوش حداقل در نقطه ي جوش آن است كه پايين تر از نقطه ي جوش طبيعي مبرد يا عضوي است كه جوش پايين تري دارد.بطورمثال،نقطه ي جوش فريون 500 برابر است با 3/33-درجه ي سانتيگراد،درصورتي كه نقطه ي جوش مبردي كه نقطه ي جوش پايين تري دارد(فريون 112)برابر است با 8/29- درجه ي سانتيگراد.به همين ترتيب،نقطه ي جوش فريون 502 برابر است با 6/45- در جه ي سانتيگراد در صورتي كه نقطه ي جوش مبردي كه نقطه ي جوش پايين تري دارد(فريون 22)برابر است با 8/40- درجه ي سانتيگراد. براي تمام غلظت هاي يك مخلوط ايزوتروپيك در دماهاي ثابت،يك فشار حداكثر وجود داردكه باعث مي شودسيستم با ايزوتوپ درمقايسه با هركدام ازمبردها يا اعضاء ايزوتروپ، فشار تبخير كننده اي بالاتر از هركدام از مبردها يا اعضاء داشته باشد كه اين امر،باعث افزايش وزن مخصوص بخار مكش و ظرفيت بالاتر مي شود.مشابه آنچه كه گفته شد،فشار كندانسور پايين تر از مبرد يا عضوي است كه نقطه ي جوش پايين تري دارد كه در نتيجه، باعث مي شود نسبت تراكم و دماي خروجي،به مقدار قابل ملاحظه اي كاهش يابد.از نقطه نظر تبريد،ايزوتروپ فشار بالا و دماي پايين مورد نظر مي باشد،زيرا هر مبرد تشكيل دهنده ي ايزوتروپ،ممكن است كه براي دماي پايين مناسب نباشد،اما هنگامي كه به شكل مخلوط ايزوتروپ مي باشند،ممكن است كه بتوانند فشار مثبت تبخيركننده و دماي پايين را بدست آورند.به همين دليل،فريون 502 عملكردي بهتر از فريون 22 دارد و دماي خروجي و ضريب تراكم آن كمتر از فريون 22 است كه در نتيجه،بازده حجمي بالاتري در مقايسه با فريون 22 دارد.فريون 501 كه تركيبي از فريون 22 و فريون 12(به نسبت 75 و 25 درصد)است،مشابه فريون 502 بوده و ضريب تراكم آن كمتر از فريون 22 و 12 مي باشد. ايزوتروپ هاي داراي جوش حداكثر كه در نتيجه انحراف مثبت از قانون رائول بدست
مي آيند،گرماي نهفته تبخير بالاتر و در نتيجه،ضريب عملكرد و اثر تبريد بيشتري دارند، اما بسياربه ندرت يافت مي شوند.يكي از اين ايزوتروپ ها،از تركيب فريون 22 و دي متيل اتر (به نسبت 50 و 50 درصد)بدست مي آيد درجه ي جوش آن 3/20- درجه ي سانتيگراد است كه درمقايسه با فريون 22(بادرجه ي جوش 8/40- درجه ي سانتيگراد)ودي متيل اتر (با درجه ي جوش 7/23- درجه ي سانتيگراد) از درجه ي جوش بالاتري برخوردار است.

منبع: کتاب مهندسی سیستم های تبرید مهندس سعید روستاییان