در کارخانه لبنیات، سرمایش فقط به این معنی نیست که یک مخزن یا سالن را سرد نگه داریم. در خیلی از خطوط تولید، محصول از چند مرحله عبور می کند و هر مرحله شرایط حرارتی خودش را دارد. شیر خام، شیر بعد از پاستوریزاسیون، مخازن فرآوری و سردخانه محصول نهایی الزاماً بار سرمایشی یکسانی ندارند. اگر این تفاوت در طراحی دیده نشود، ممکن است چیلر روشن باشد و آب سرد هم تولید کند، اما خط تولید به دمای مورد نظر نرسد یا زمان خنک کاری طولانی شود.
چیلر تراکمی در این مجموعه وظیفه تولید سرمایش را بر عهده دارد. سرمای تولید شده معمولاً از طریق گردش آب سرد یا محلول آب و گلیکول به مصرف کننده ها می رسد. در بعضی خطوط هم محصول از طریق یک مبدل حرارتی با سیال سرد در تماس غیرمستقیم قرار می گیرد. بنابراین برای انتخاب درست، باید هم خود چیلر و هم شبکه توزیع سرمایش و تجهیزات فرآیندی بررسی شوند.
در اکسرلند بهتر است انتخاب چیلر از روی شرایط واقعی پروژه انجام شود، نه فقط متراژ کارخانه یا ظرفیت اسمی یک دستگاه. ظرفیت تولید روزانه، مقدار محصول در هر بچ، دمای ورودی و خروجی، زمان مجاز خنک کاری، شرایط محیط و ساعات کار مجموعه از اطلاعات اولیه طراحی هستند.
چیلر در صنعت لبنیات چه کاری انجام می دهد؟
چیلر با استفاده از سیکل تبرید تراکمی، حرارت را از سیال داخل اواپراتور جذب می کند و از طریق کندانسور به محیط یا مدار دفع حرارت منتقل می سازد. کمپرسور، اواپراتور، کندانسور و شیر انبساط اجزای اصلی این سیکل هستند. نوع کمپرسور و ساختار دستگاه با توجه به ظرفیت، شرایط کاری و الزامات پروژه تعیین می شود.
در صنعت لبنیات، سرمایش ممکن است در چند بخش مورد نیاز باشد:
خنک کاری شیر خام پس از دریافت و انجام مراحل اولیه.
تامین سرمایش برای مخازن فرآوری و نگهداری محصول.
خنک کردن محصول پس از یک مرحله حرارتی مانند پاستوریزاسیون.
حفظ شرایط دمایی مورد نیاز در سردخانه محصول نهایی.
تامین سرمایش برای تجهیزات جانبی خط تولید که بار حرارتی مشخصی دارند.
یک نکته مهم این است که چیلر مستقیماً جایگزین همه تجهیزات خنک کاری فرآیند نمی شود. برای مثال، در خنک کردن شیر ممکن است یک مبدل صفحه ای بهداشتی در مسیر محصول قرار بگیرد و آب سرد یا محلول سرد از سمت دیگر مبدل عبور کند. در چنین شرایطی، چیلر سرمایش مورد نیاز مبدل را تامین می کند و مبدل انتقال حرارت بین دو سیال را انجام می دهد.
برای آشنایی با ساختار کلی تجهیزات سرمایشی، می توان از چیلر و تهویه مطبوع شروع کرد و سپس با توجه به شرایط پروژه، نوع دستگاه را بررسی کرد.
مهم ترین معیارهای انتخاب چیلر لبنیات
انتخاب ظرفیت چیلر باید از بار سرمایشی واقعی شروع شود. برای مثال، اگر کارخانه روزانه مقدار مشخصی شیر دریافت می کند، باید معلوم باشد شیر با چه دمایی وارد می شود، قرار است به چه دمایی برسد و این کار در چه مدت زمانی باید انجام شود. همین اطلاعات برای محصولاتی مانند ماست و پنیر نیز با توجه به مرحله فرآیند و روش تولید بررسی می شوند.
پارامترهای اصلی انتخاب عبارت اند از:
بار سرمایشی محصول: مقدار محصول، دمای اولیه و نهایی و زمان مورد نیاز برای خنک کاری.
بار تجهیزات: حرارت وارد شده از پمپ ها، موتورهای داخل محدوده سرمایش و سایر تجهیزات مرتبط.
بار محیط: انتقال حرارت از دیواره ها، لوله ها، مخازن و هوای ورودی در صورت ارتباط با فضای سرد.
الگوی تولید: پیوسته یا بچ بودن فرآیند و تغییرات بار در طول شبانه روز.
شرایط محیطی: دمای طرح محل نصب و محدودیت های فضای بیرونی.
مدار توزیع سرمایش: دبی، افت فشار، طول لوله کشی و اختلاف دمای رفت و برگشت.
اگر این اطلاعات ناقص باشند، انتخاب یک دستگاه بزرگ تر هم لزوماً مشکل را حل نمی کند. ممکن است چیلر بیش از نیاز انتخاب شود، در بار جزئی نامناسب کار کند یا به علت محدودیت دبی و طراحی مدار، سرمایش کافی به مصرف کننده نرسد.
محاسبه اولیه بار سرمایشی محصول
برای یک سیال که در فرآیند فقط دمایش تغییر می کند و تغییر فاز ندارد، می توان از رابطه زیر برای برآورد بار حرارتی استفاده کرد.
Q = m × Cp × ΔT
در این رابطه:
Qبار حرارتی بر حسب کیلووات است.mدبی جرمی سیال بر حسب کیلوگرم بر ثانیه است.Cpظرفیت حرارتی ویژه سیال بر حسب کیلوژول بر کیلوگرم کلوین است.ΔTاختلاف دمای ورودی و خروجی بر حسب کلوین یا درجه سلسیوس است.
برای مثال، اگر دبی جرمی محصول و اختلاف دمای مورد نیاز مشخص باشند، این رابطه بار محسوس محصول را به دست می دهد. اما در طراحی نهایی باید بارهای دیگر فرآیند، شرایط واقعی کار، زمان خنک کاری و مشخصات مبدل نیز بررسی شوند. اگر محصول در حال تغییر فاز باشد یا شرایط فرآیند پیچیده تر باشد، محاسبه باید متناسب با همان شرایط توسعه پیدا کند.
بار سرمایشی نهایی کارخانه را نباید بدون بررسی همزمان بارها و الگوی زمانی تولید، برابر با مجموع ساده تمام بارهای لحظه ای در نظر گرفت. همزمانی بارها و نحوه کارکرد تجهیزات نیز در انتخاب ظرفیت اهمیت دارد.
چیلر هواخنک یا آب خنک برای کارخانه لبنیات؟
انتخاب بین چیلر هواخنک و آب خنک به یک قاعده ثابت محدود نمی شود. شرایط اقلیمی، ظرفیت مورد نیاز، دسترسی به آب، امکان نصب برج خنک کن، محدودیت فضای بیرونی و هزینه بهره برداری باید در کنار هم بررسی شوند.
چیلر هواخنک
در چیلر هواخنک، کندانسور حرارت را مستقیماً به هوای محیط منتقل می کند. این ساختار معمولاً نیاز به برج خنک کن و مدار آب کندانسور را حذف می کند. در مقابل، دمای هوای محیط و تمیزی کویل کندانسور می توانند بر فشار کاری و ظرفیت دستگاه اثر بگذارند.
این نوع سیستم برای پروژه هایی که محدودیت مصرف آب دارند یا امکان نصب تجهیزات برج خنک کن فراهم نیست، می تواند گزینه مناسبی باشد. با این حال، عملکرد آن در دمای بالای محیط باید با شرایط طرح و اطلاعات فنی دستگاه بررسی شود. برای بررسی این گزینه، دسته چیلر تراکمی هوا خنک را ببین.
چیلر آب خنک
در چیلر آب خنک، کندانسور با مدار آب دفع حرارت کار می کند و در بسیاری از پروژه ها برج خنک کن نیز بخشی از سیستم است. عملکرد این مجموعه به دمای آب ورودی کندانسور، دبی آب، وضعیت برج، کیفیت آب و تمیزی سطوح انتقال حرارت وابسته است.
این ساختار در بعضی پروژه های متوسط و بزرگ می تواند مناسب باشد، اما هزینه آب، تصفیه و نگهداری مدار برج باید از ابتدا در نظر گرفته شود. برای انتخاب فنی، چیلر تراکمی آب خنک را بررسی کن.
آب خنک | هواخنک | معیار |
|---|---|---|
از طریق مدار آب کندانسور | مستقیماً به هوای محیط | دفع حرارت |
مدار آب و معمولاً برج خنک کن | کندانسور و فن | تجهیزات جانبی |
شرایط آب کندانسور و برج | دمای هوای محیط | وابستگی مهم |
کندانسور، آب، برج و پمپ ها | کویل، فن و مدار مبرد | نگهداری |
هیچ کدام از این دو گزینه را نمی توان بدون اطلاعات پروژه به عنوان انتخاب برتر همه کارخانه های لبنی معرفی کرد. معیار درست، عملکرد مورد انتظار در شرایط طراحی و هزینه چرخه عمر سیستم است.
انتخاب پکیج چیلر و برج خنک کن
در برخی پروژه ها، چیلر آب خنک همراه برج خنک کن و تجهیزات گردش آب طراحی می شود. در این حالت فقط انتخاب چیلر کافی نیست؛ ظرفیت برج، شرایط آب ورودی، دبی آب، پمپ ها، افت فشار و نحوه کنترل تجهیزات باید با یکدیگر هماهنگ باشند.
اگر برج خنک کن متناسب با شرایط طرح انتخاب نشود یا کیفیت آب کنترل نشود، عملکرد کندانسور می تواند افت کند. همچنین ظرفیت اسمی چیلر به تنهایی نشان نمی دهد که دستگاه در شرایط واقعی کارخانه همان ظرفیت را ارائه خواهد داد.
برای پروژه هایی که این ساختار را نیاز دارند، پکیج چیلر و برج خنک کن نقطه شروع مناسبی برای بررسی تجهیزات مرتبط است.
در مرحله بعد، باید مشخص شود چیلر در تمام ساعات با بار تقریباً ثابت کار می کند یا بار سرمایشی آن در طول شیفت ها تغییر دارد. این موضوع بر انتخاب کمپرسور، روش کنترل ظرفیت و مصرف برق اثر می گذارد و در فاز دوم مقاله بررسی می شود.
برای درک اجزای اصلی سیکل و نحوه کار دستگاه، مقاله راهنمای چیلر تراکمی می تواند مطالعه تکمیلی مناسبی باشد. برای پروژه هایی که علاوه بر لبنیات، سایر خطوط فرآوری را هم در بر می گیرند، مقاله چیلر در صنایع غذایی و دارویی نیز ارتباط موضوعی دارد.
نقش مبدل حرارتی در خنک کاری شیر و فرآورده های لبنی
در خط تولید لبنیات، همیشه قرار نیست محصول مستقیماً با سیال داخل مدار سرمایش تماس داشته باشد. در بسیاری از کاربردها، انتقال حرارت به صورت غیرمستقیم و از طریق یک مبدل انجام می شود. برای نمونه، شیر در یک مسیر عبور می کند و آب سرد یا سیال سرمایشی در مسیر جداگانه قرار دارد. حرارت از دیواره مبدل عبور می کند، بدون اینکه دو سیال با هم مخلوط شوند.
در انتخاب مبدل باید به دبی محصول، دمای ورودی و خروجی، خواص حرارتی سیال، افت فشار مجاز، جنس سطوح در تماس با محصول و امکان شستشو توجه کرد. در صنعت لبنیات، الزامات بهداشتی و قابلیت تمیزکاری اهمیت ویژه ای دارند؛ بنابراین صرف انتخاب مبدلی با سطح انتقال حرارت بالا کافی نیست.
مبدل صفحه ای در بسیاری از کاربردهای فرآوری مواد غذایی به دلیل ساختار فشرده و سطح انتقال حرارت مناسب استفاده می شود. با این حال، انتخاب آن به نوع محصول، ذرات موجود، ویسکوزیته، فشار و دمای کاری و شرایط شستشو بستگی دارد. برای آشنایی با گزینه های موجود، مبدل حرارتی صفحه ای را ببین.
چه زمانی مبدل صفحه ای انتخاب مناسبی است؟
اگر محصول قابلیت عبور از کانال های مبدل را داشته باشد و طراحی از نظر بهداشتی و شستشو تایید شود، مبدل صفحه ای می تواند برای انتقال حرارت در خطوط فرآوری گزینه مناسبی باشد. در مقابل، برای سیالات دارای ذرات، رسوب گذاری شدید یا شرایط خاص فرآیندی، باید هندسه کانال ها و امکان نظافت دقیق تر بررسی شود.
در کاربردهایی مانند خنک کاری محصول پس از پاستوریزاسیون، طراحی مبدل باید با شرایط واقعی فرآیند هماهنگ باشد. در این بخش، مقاله مبدل حرارتی صفحه ای در صنایع غذایی می تواند برای بررسی الزامات کاربردی مرتبط مفید باشد.
نکته مهم این است که چیلر و مبدل را نباید جدا از هم انتخاب کرد. دمای آب سرد خروجی چیلر، اختلاف دمای مورد نیاز در مبدل، دبی دو طرف و افت فشار مجاز بر عملکرد مجموعه اثر می گذارند. گاهی محدودیت اصلی نه ظرفیت چیلر، بلکه سطح انتقال حرارت یا دبی ناکافی در مبدل است.
ارتباط پاستوریزاسیون با سیستم سرمایش
پاستوریزاسیون یک فرآیند حرارتی کنترل شده است و شرایط آن به نوع محصول و الزامات فرآیند بستگی دارد. بعد از مرحله گرم کردن، در صورت نیاز خط تولید باید محصول را در زمان مشخص خنک کند. این مرحله را باید همراه با تجهیزات فرآیندی، مبدل و مدار سرمایش بررسی کرد.
در طراحی چنین بخشی، چند موضوع باید روشن باشد:
دمای محصول قبل و بعد از خنک کاری چقدر است؟
دبی محصول در شرایط عادی و حداکثر تولید چقدر خواهد بود؟
خنک کاری در یک مرحله انجام می شود یا چند مرحله دارد؟
چه سیالی برای انتقال سرمایش استفاده می شود؟
افت فشار مجاز محصول و سیال سرمایشی چقدر است؟
شستشو و الزامات بهداشتی چگونه اجرا می شوند؟
اگر محصول در چند مرحله گرم و سرد شود، نباید تمام بار سرمایشی آن را بدون بررسی ترتیب فرآیند به یک مصرف کننده فرضی نسبت داد. زمان بندی تولید و همزمانی بارها هم در ظرفیت نهایی اثر دارد.
برای بررسی ارتباط تجهیزات تبادل حرارت با این فرآیند، مقاله مبدل حرارتی پاستوریزاسیون را می توان به عنوان محتوای تکمیلی مطالعه کرد.
نقش کندانسور در عملکرد چیلر لبنیات
کندانسور وظیفه دفع حرارت جذب شده در اواپراتور به همراه انرژی وارد شده از کمپرسور را دارد. اگر دفع حرارت به خوبی انجام نشود، فشار تقطیر می تواند افزایش پیدا کند و کمپرسور برای ادامه کار به شرایط نامناسب تری برسد. نتیجه ممکن است افزایش توان مصرفی، افت ظرفیت یا فعال شدن حفاظت های دستگاه باشد.
در چیلر هواخنک، گردوغبار، گرفتگی فضای بین فین ها، اختلال عملکرد فن و محدود شدن جریان هوا از مواردی هستند که باید بررسی شوند. در چیلر آب خنک نیز کیفیت آب، رسوب و گرفتگی سطوح، دمای آب ورودی و دبی مدار اهمیت دارند.
در عیب یابی، بالا رفتن فشار کندانسور را نباید فقط به کثیفی مبدل نسبت داد. شارژ مبرد، وضعیت فن یا پمپ، سنسورها و شرایط محیطی نیز باید بررسی شوند. مقاله نحوه کار کندانسور چیلر برای مطالعه جزئیات این بخش مناسب است.
برج خنک کن و کیفیت آب در چیلر آب خنک
در سیستم آب خنک، برج خنک کن بخشی از مجموعه دفع حرارت است و عملکرد آن به شرایط محیط، دمای آب، دبی، وضعیت فن و توزیع آب وابسته است. برج نمی تواند به تنهایی مشکل طراحی نامناسب کندانسور یا کمبود دبی را جبران کند.
کیفیت آب نیز موضوع مهمی است. رسوب و خوردگی می توانند انتقال حرارت را مختل کنند و در طول زمان هزینه نگهداری را افزایش دهند. بنابراین انتخاب روش تصفیه آب و برنامه کنترل کیفیت آن باید با شرایط واقعی مدار هماهنگ باشد.
برای مثال، اگر دمای آب ورودی کندانسور از مقدار طراحی بالاتر برود، ممکن است فشار تقطیر افزایش یابد. در این حالت باید ابتدا شرایط برج، دبی آب و بار حرارتی بررسی شوند؛ نه اینکه بدون بررسی، ظرفیت چیلر بیشتر در نظر گرفته شود.
برای تکمیل این بخش می توان به مقاله نقش برج خنک کن در سیستم چیلر لینک داد.
تاثیر بار جزئی بر مصرف برق چیلر
چیلر در کارخانه لبنیات لزوماً در تمام ساعات با بار کامل کار نمی کند. ممکن است در یک شیفت حجم تولید بالا باشد و در زمان دیگری فقط بخشی از تجهیزات فعال باشند. به همین دلیل، عملکرد دستگاه در بار جزئی باید در کنار ظرفیت نامی بررسی شود.
نوع کمپرسور، روش کنترل ظرفیت، حداقل ظرفیت پایدار، تعداد مراحل کاری و منطق کنترل بر عملکرد در بار جزئی اثر می گذارند. کمپرسور اسکرو در بعضی ظرفیت ها و شرایط کاری گزینه مناسبی است، اما نمی توان گفت هر چیلر اسکرو در تمام بارها از هر نوع کمپرسور دیگری کم مصرف تر است.
برای مقایسه فنی باید داده های سازنده در نقاط کاری مختلف بررسی شوند. توان مصرفی، ظرفیت سرمایشی، دمای آب خروجی و شرایط کندانسور باید در شرایط یکسان مقایسه شوند. اگر فقط ظرفیت نامی یا یک عدد راندمان مقایسه شود، نتیجه می تواند گمراه کننده باشد.
برای مطالعه بیشتر، مقاله عملکرد چیلر اسکرو در بار جزئی را ببین.
انتخاب چیلر آب خنک بر اساس شرایط پروژه
در زمان انتخاب چیلر آب خنک، ظرفیت اسمی دستگاه باید با بار محاسبه شده و شرایط طراحی تطبیق داده شود. دمای آب سرد خروجی و برگشت، دمای آب کندانسور، دبی مدار، افت فشار و شرایط کار کمپرسور از اطلاعات اصلی هستند.
همچنین باید مشخص شود تجهیزات در چه شرایطی کار خواهند کرد. اگر بار سرمایشی متغیر است، روش کنترل ظرفیت اهمیت دارد. اگر دسترسی به آب محدود است، هزینه مصرف و نگهداری مدار برج باید بررسی شود. اگر فضا محدود باشد، جانمایی چیلر و تجهیزات جانبی نیز در تصمیم موثر خواهد بود.
در پروژه های صنعتی، مقایسه دو دستگاه زمانی معتبر است که شرایط کاری یکسان باشند. برای همین، قبل از استعلام قیمت بهتر است مشخصات فنی و محدوده عملکرد مورد نیاز آماده شود. مقاله معیارهای انتخاب چیلر تراکمی آب خنک به همین موضوع مربوط است.
کمپرسور و تجهیزات کنترلی؛ فقط ظرفیت اسمی کافی نیست
کمپرسور بخش اصلی مصرف انرژی در بسیاری از چیلرهای تراکمی است، اما عملکرد آن به شرایط کل سیکل وابسته است. فشار مکش، فشار تقطیر، دمای آب سرد، شرایط مبرد و وضعیت تجهیزات انتقال حرارت همگی بر توان مصرفی اثر دارند.
اگر چیلر با ظرفیت مناسب انتخاب شده باشد ولی دبی آب کم باشد یا دمای کندانسور بیش از حد بالا برود، عملکرد واقعی دستگاه می تواند از مقدار مورد انتظار فاصله بگیرد. بنابراین در بررسی مصرف برق، داده های کارکرد واقعی و شرایط محیطی باید کنار مشخصات کمپرسور تحلیل شوند.
کنترلر نیز باید دمای مورد نیاز فرآیند را با توجه به محدوده مجاز کنترل کند. انتخاب سنسور مناسب، نصب درست، کالیبراسیون و تنظیم نقاط کنترلی از مواردی هستند که در پایداری دما نقش دارند. دقت نهایی سیستم را نباید فقط بر اساس عدد درج شده در کاتالوگ یک کنترلر اعلام کرد.
برای آشنایی بیشتر با این بخش، مقاله راهنمای کمپرسور چیلر را مطالعه کن.
انتخاب دستگاه چیلر تراکمی بر اساس اطلاعات واقعی سازنده
در مرحله نهایی، مدل چیلر باید بر اساس بار سرمایشی، شرایط محیط، نوع کندانسور، مشخصات کمپرسور، مبرد، دمای آب سرد و توان مصرفی در شرایط طراحی انتخاب شود. اعلام یک مدل مشخص بدون این اطلاعات می تواند به انتخاب اشتباه منجر شود.
برای پروژه هایی که چیلر آب خنک اسکرو در گزینه های بررسی قرار دارد، صفحه چیلر تراکمی آب خنک اسکرو را به عنوان یکی از گزینه های محصول بررسی کن. مشخصات کاتالوگ و محدوده کاری واقعی باید با نیاز پروژه تطبیق داده شود؛ این لینک به معنی توصیه قطعی این مدل برای همه کارخانه های لبنی نیست.
پیش از سفارش، بهتر است مدارک فنی، شرایط تضمین ظرفیت، توان مصرفی در نقطه کاری مورد نظر، تجهیزات جانبی و الزامات نصب به صورت مکتوب بررسی شوند. در صورت نیاز به طراحی سفارشی، اطلاعات فرآیند و شرایط بهره برداری باید در استعلام اولیه درج شوند.
چک لیست نهایی انتخاب و بهره برداری مبدل صفحه ای
اطلاعات لازم | مورد بررسی |
|---|---|
بار محصول و تجهیزات در شرایط واقعی | بار سرمایشی |
دمای ورودی، خروجی و زمان مورد نیاز | دمای فرآیند |
هواخنک یا آب خنک بر اساس محدودیت پروژه | نوع چیلر |
عملکرد در بار کامل و بار جزئی | کمپرسور |
دبی، افت فشار و دمای رفت و برگشت | مدار توزیع |
جنس، سطح انتقال حرارت و قابلیت شستشو | مبدل فرآیندی |
برنامه کنترل کندانسور، آب و مدار مبرد | نگهداری |
ظرفیت تضمین شده و توان مصرفی در شرایط طراحی | مدارک خرید |
این چک لیست برای شروع ارزیابی مفید است، اما جایگزین محاسبات مهندسی و بررسی مشخصات سازنده نیست. در پروژه واقعی، همه پارامترها باید با شرایط فرآیند و استانداردهای مرتبط تطبیق داده شوند.
انتخاب چیلر برای صنعت لبنیات باید با شناخت فرآیند، محاسبه بار سرمایشی و بررسی شرایط واقعی بهره برداری شروع شود. چیلر هواخنک و آب خنک هر دو می توانند در پروژه های مناسب استفاده شوند، اما نتیجه به دمای محیط، مدار دفع حرارت، تجهیزات جانبی و الگوی بار بستگی دارد.
از طرف دیگر، در خطوطی که مبدل حرارتی برای خنک کاری محصول به کار می رود، هماهنگی چیلر با مبدل، دبی سیال و اختلاف دمای مورد نیاز اهمیت زیادی دارد. در نهایت، ظرفیت اسمی به تنهایی معیار کافی برای انتخاب نیست؛ عملکرد دستگاه در نقطه کاری واقعی و هزینه بهره برداری باید بررسی شوند.
برای انتخاب چیلر مناسب کارخانه لبنیات، اطلاعات ظرفیت تولید، دمای ورودی و خروجی، زمان خنک کاری، شرایط محیطی و نوع مدار سرمایش را آماده کن تا انتخاب بر اساس داده های پروژه انجام شود.
