یخ مایع یک فناوری با آینده ای روشن

استفاده از یخ مایع بطور روز افزون مورد توجه قرار می گیرد. چرا که در مقایسه با یخ قالبی، یخ پولکی و یا آب سرد شده ی در یا سرمایش سریع تری ایجاد می کند. قرن ها است یخ به عنوان یک ماده ی موثر برای نگهداری مواد غذایی در دمای حدود صفر درجه ی سانتیگراد شناخته شده است. علت این امر انرژی زیادی است که باید صرف شود تا در یک فشار ثابت و در دمای انجماد، یک ماده ی خالص یک ساختار منظم کریستالی پیدا کند و به حالت جامد درآید. بر عکس در فرآیند ذوب، در همان دما که اکنون دمای ذوب خوانده می شود، انرژی زیادی آزاد می شود تا ساختار کریستالی تخریب گردد. برای دماهای غیر از صفر درجه ی سانتیگراد از مواد دیگری مانند مخلوط ها، که در صنعت کاربردهای فراوانی دارند، استفاده می شود. نقطه ی انجماد و بالطبع ذوب این مواد ناخالص، همچنین انتالپی آنها، در فرآیند تغییر حالت از جامد به مایع و بر عکس ثابت نیست و بطور مداوم تغییر می کند. اگر در جریان انجماد یک ماده ی مخلوط کریستال های ریز جامد درون سیال به خوبی و به صورت یکنواخت پخش شده باشد، این حالت آبکی مورد بحث (Slurry) از ماده به دست آمده است. این ذرات باید دارای پایداری کافی باشند و در اثر نیروی شناوری نباید فقط در سطح مایع قرار بگیرند. این حالت از مخلوط ها ممکن است به اشکال مختلف از جمله؛ امولسیون های با ذرات بسیار ریز، پارافین، رشته های در هم تنیده و ... باشند. یخ مایع (Slurry Ice) قدیمی ترین و معمول ترین از گروه این مواد می باشد که مورد استفاده قرار می گرفته است.
●تعاریف:
در زمان های قدیم، رومی ها برای سرد کردن مواد غذایی از یخ هایی که به صورت طبیعی شکل گرفته بود، استفاده کردند. در قرن اخیر، یخ مایع با استفاده از دستگاه تولید شد. ابتدا این یخ به شکل مخلوطی از آب و قطعات یخ با قطر یک تا چند سانتیمتر بود که عمدتا برای سرمایش معادن ذغال سنگ، نقره و طلا بکار می رفت. بعدا تولید یخ مایع به شکل مطلوب امکان استفاده از آن را در سرمایش سیستم های کوچک، مانند ویترین های عرضه ی مواد غذایی در فروشگاه های زنجیره ای فراهم نمود.
ارائه ی تعریف از یخ های مایع مشکل است. اما این یخ ها می توانند با تعاریف زیر دسته بندی شوند:
تعریف اول: یخ مایع عبارت است از ذرات جامد یخ در مایع که یک سوسپانسیون دو فاز را تشکیل می دهند.
تعریف دوم: یک یخ مایع مطلوب عبارت است از ماده ای شامل ذرات یخ با قطری برابر و یا کوچک تر از یک میلیمترتعریف دوم قراردادی اما بسیار مفید است. این نوشتار به یخ های مایعی می پردازد که به وسیله ی دستگاه های یخسازی که با استفاده از یک تیغه و به صورت مکانیکی یخ را از جداره ی دستگاه می تراشند، می پردازد.
●کاربرد در سیستم های برودتی و فواید زیست محیطی:
تجربه نشان داده است که سیستم های تبرید مرسوم، که با تبخیر ماده ی مبرد سرما تولید می کنند، معمولا کم هزینه و از نظر فنی قابل اطمینان هستند. این سیستم ها از همان ماده ی سرمازایی که برای تولید برودت بکار می گیرند، برای انتقال سرما به محلی که باید سرد شود (مثلا ویترین های فروشگاه های زنجیره ای) استفاده می کنند. در نتیجه اینها محتوی مقادیر زیادی ماده ی مبرد هستند و در صورت بروز نشتی، مخاطرات جدی برای محیط زیست ایجاد می کنند. علاوه بر این، شارژ سیستم با مبردهای جایگزین CFC ها و HCFC ها، که چندین برابر گران تر هستند، بسیار پر هزینه است. در سیستم های موسوم به غیر مستقیم، تولید و انتقال سرما از هم جدا شده اند. انتقال حرارت و یا به عبارت دیگر انتقال برودت از چرخه ی تولید سرما به مدار انتقال سرما، در یک مبدل حرارتی صورت می پذیرد. سیستم های غیر مستقیم، به دلیل اینکه ماده ی مبرد اصلی وارد محل های نگهداری مواد غذایی نمی شود و در صورت نشت مبرد خطری متوجه این مواد نمی گردد، امکان بکارگیری مبردهایی همچون آمونیاک (R-۷۱۷) و یا پروپان (R-۲۹۰) را نیز تسهیل مینمایند. در سیستم های غیر مستقیم مواد سرمازای زیادی به عنوان مبرد ثانویه مورد استفاده قرار می گیرند. یخ مایع، به دلیل امکان ذخیره ی انرژی زیاد در حین تغییر فاز، گزینه ی مناسبی برای استفاده به عنوان مبرد ثانویه است. چرا که برای یک ظرفیت معین، مقدار یخ مورد نیاز در مقایسه با سایر موادی که می توانند برای این منظور مورد استفاده واقع شوند، بسیار کمتر است.با توجه به توقف تدریجی استفاده از CFC ها و HCFC ها در سیستم های برودتی، انتظار می رود استفاده از فناوری یخ مایع گسترش یابد.
●روش های تولید:
در حال حاضر، برای تولید یخ، سیستم های مکانیکی بکار گرفته می شوند. معمولا مبرد در یک اواپراتور استوانه ی شکل دو جداره تبخیر می گردد. کریستال های یخ، از مخلوط آب و مواد افزودنی، بر روی جداره ی استوانه ی داخلی تشکیل و سپس به صورت مکانیکی از روی سطح آن تراشیده می شوند. با ریختن ذرات یخ به درون مایع موجود در محفظه ی داخلی، به تدریج تعداد این ذرات و در نتیجه تراکم آن در واحد حجم افزایش می یابد. دستگاه های تولید یخ مایع با وسایلی به اشکال مختلف همچون تیغه، استوانه و یا برس های گردان، همچنین تیغه های حلزونی شکل، که یخ را از جداره ها جدا می کنند به بازار عرضه شده اند. انواع دیگر، با مکانیزم های متفاوت برای تراشیدن یخ در دست مطالعه و تحقیق هستند.
●مزایای فناوری یخ مایع:
مزایای بالقوه ی سیستم هایی که یخ مایع در آنها به عنوان مبرد ثانویه و یا واسط بکار گرفته می شود، در مقایسه با سیستم های تبخیر مستقیم و یا سیستم های غیر مستقیمی که از آب نمک به عنوان مبرد ثانویه استفاده می کنند، به این شرح میباشد:
• ظرفیت برودتی زیاد ، ناشی از گرمای نهان ذوب
• قطر کمتر سیستم لوله کشی
• انرژی کمتر مورد نیاز برای پمپ ها
• مواردی از قبیل پایداری بهتر دما و کنترل آسان تر رطوبت، انجماد و یا انجماد زدایی، که عملا ثابت می کند سرمای ایجاد شده به وسیله ی یخ مایع بهتر است.
• در صورت اضافه کردن مخزن برای ذخیره سازی یخ، ظرفیت برودتی بالای سیستم، ممکن است باعث جلوگیری از خاموش شدن های کوتاه مدت دستگاه شود.
• بکار گیری انرژی ارزان تر و فشار پائین تر تقطیر مبرد در شب که می تواند مزیت های ذیل را به همراه داشته باشد:
افزایش اطمینان از موجود بودن برودت، با ذخیره سازی یخ در مخازن نگهداری
کم کردن میزان مبرد در سیکل تبرید اصلی
ـ در صورت نیاز به افزایش ظرفیت یک واحد موجود، با اضافه کردن ساعات کار و تولید به صورت شبانه روزی، ـ نیازی به بالا بردن قدرت الکتریکی سیستم نیست.
ـ بالاترین حد ظرفیت سرما سازی سیستم یخ مایع، اغلب از سایر سیستم های متداول بیشتر است.
معایب و محدودیت ها:
سیستم های یخ مایع دارای معایب مهمی نیز هستند که به شرح ذیل بیان شده است:
• نیاز به وجود مبدل حرارتی اضافی برای تبادل حرارت بین مبرد اصلی و مبرد ثانویه
• پمپ اضافی
• مصرف انرژی بیشتر برای به حرکت در آوردن پمپ به منظور پر کردن مخزن ذخیره یخ و نیز برای چرخاندن همزن
• سیستم های اضافه تر برای کنترل و پایش کیفیت یخ مایع
• آب و یخ برای مواردی که دماهای نزدیک به نقطه ی انجماد آب لازم است، بیشترین مزایا را دارد.
موارد اخیرالذکر باعث گردیده است که استفاده از سایر مخلوط ها، برای مثال پارافین، افزایش یابد. نقطه ی ذوب این مواد، با توجه به دمای مورد نیاز برای کاربردهای خاص، می تواند بطور مداوم تنظیم شود.
●●نتیجه گیری:
بدون شک یخ مایع یک فناوری با آینده ای روشن است که به دلیل مزیت های فراوان اقتصادی و زیست محیطی باید مورد حمایت قرار گیرد.لازم است فعالیت و تحقیقات بیشتری بخصوص در مورد چگونگی تولید یخ مایع بصورت موثر، قابل اطمینان و اقتصادی، همچنین در مورد خصوصیات و شیوه های اندازه گیری سیال به منظور سرعت بخشیدن به گسترش استفاده از این فناوری برای کاربردهای مختلف از جمله در صنعت ماهیگیری انجام پذیرد.

محسن روحانی

منبع : پایگاه اطلاع رسانی شیلات ایران