همه چیز درباره لیتیم بروماید در چیلر های جذبی

از: Richard Levine

ترجمه: نشریه AHRN

مقدمه

چیلرهای جذبی که با محلول لیتیم بروماید کار می کنند از اواخر دهه پنجاه میلادی وارد بازارهای جهانی شده اند. این سیستم ها به عنوان ادوات سرماساز در جاهایی که منابع بخار کافی برای بازیابی محلول لیتیم بروماید اشباع شده از آب در دسترس باشد، به کار می روند.
آب تحت شرایط خلاء در دماهای کمتر از ۱۰۰°C می جوشد و این جوشش، ابزاری است که می توان با آن حرارت را از یک حلقه آب سرد گذرنده از درون چیلر و متناظری از ساختمان که نیازمند سرمایش هستند خارج ساخت. البته به محض این که میزان بخار آب در داخل چیلر افزایش یابد شرایط خلاء از بین خواهد رفت و به همین دلیل لیتیم بروماید با غلظت بین ۴۸ تا ۶۲ درصد وارد می شود تا بخار آب اضافی را جذب و مجدداً خلاء را برقرار گرداند. این فرآیند تا زمانی ادامه می یابد که لیتیم بروماید تا سرحد امکان، آب به خود جذب نماید. در این مرحله باید با خارج ساختن آب از لیتیم بروماید آن را برای جذب آماده نمود. آبی که از لیتیم بروماید
خارج می شود به مانند خود لیتیم بروماید تقطیر شده مجدداً وارد چرخه کار چیلر جذبی می گردد. زمانی که چیلرهای جذبی برای اولین بار در جهان مطرح شدند، لیتیم بروماید با استفاده از بخار تولید شده منابع بیرونی تغلیظ می شد. ولی با گذشت سال ها اکنون جوشاندن مستقیم لیتیم بروماید رقیق ترجیح داده می شود و در اکثر چیلرهای جذبی مدرن از این روش استفاده می گردد.
کلیت سیستم چیلرهای جذبی از لحاظ مکانیکی بسیار ساده به نظر می آید؛ پمپ هایی برای به چرخش در آوردن لیتیم بروماید و آب، یک منبع حرارتی، مبدل های حرارتی، شاخه لوله های پاشش، دسته لوله ها، و سیستم کنترل از جمله اجزایی هستند که در ساختار چیلرهای جذبی به کار می روند. کیفیت کلی
کارکرد یک چیلر جذبی به نحوه به گردش در آوردن مخلوط متناسب از آب و لیتیم بروماید در لوله هایی بدون مانع بستگی دارد. اما در پس ظاهر مکانیکی ساده، عاملی وجود دارد که در صورت نادیده انگاشته شدن، چیلر جذبی را از کار خواهد انداخت. این عامل خوردگی است. لیتیم بروماید نمکی به شدت خورنده است و به کلیه فلزات با مبنای آهنی همچون فولاد آسیب می رساند. فرآیند خوردگی گاز هیدروژن نیز تولید می کند که قادر است از خلاء داخل چیلر کاسته و کیفیت عملکرد آن را پایین بیاورد.
علاوه بر این آلان ناخوشایند، ذرات ریز ناشی از خوردگی همراه با جریان به حرکت درآمده و بازشدگی های کم عرض داخل مبدل های حرارتی و گلویی های پاشش و… را می بندند.

بدین ترتیب می توانیم چنین نتیجه گیری کنیم که تضمین کارکرد بی عیب یک چیلر جذبی، رسیدگی به ابعاد مکانیکی آن به تنهایی کافی نیست و داشتن تصویر روشنی از شیمی فرآیند جذب و عملکرد لیتیم بروماید به همان اندازه پر اهمیت و تأثیرگذار است.

بررسی فرآیند از لحاظ شیمیایی

برای این که هر نوع فرآیند خوردگی از لحاظ شیمیایی امکان پذیر باشد، دو واکنش الکتروشیمیایی مجزا باید رخ دهند. اولین واکنش، حل شدن فلز است. در طی این واکنش، فلز آزاد، الکترون های خود را از دست داده و تبدیل به یون مثبت می شود که وارد محلول می گردد. این واکنش به طور خلاصه چنین نمایش داده می شود:
الکترون آزاد + یون مثبت فلز = فلز
الکترون های آزاد عمر چندانی ندارند و به سرعت توسط سایر مواد شیمیایی مصرف می شوند. اگر خوردگی در محیط های روی دهد که آب وجود دارد، فرآیند معمولاً با حضور اکسیژن انجام می شود. اکسیژن طبق واکنش زیر، الکترونهای آزاد را به خود جذب می کند:

الکترونهای آزاد + اکسیژن + آب = یون های هیدروکسید

در چیلرهای جذبی مبتنی بر محلول جاذب لیتیم بروماید چنانچه هوا (که حاوی اکسیژن است) وارد سیستم شود، اجزاء آهنی ساختارهای فولادی خورده، و حل می شوند.
نتیجه این پدیده، ایجاد ماده هیدروکسید آهن یا زنگ آهن است. اگر این ماده حرارت ببیند، تبدیل به همان اکسید آهن سیاهی می شود که در داخل تمام محفظه های جاذب این چیلرها یافت می شود. البته این نوع رویکرد ساده به پدیده خوردگی در چیلرهای جذبی، جزئیات مهمی را نادیده انگاشته است. یون لیتیم نمک لیتیم بروماید، بسیار فعال بوده و به سرعت با یون های هیدروکسید موجود در محلول واکنش می دهد. این باعث می شود تا اکسیژن مجبور به آزادسازی الکترون هایی شده و در چنین محیطی، آهن به سرعت حل می شود. علاوه بر این، پمپ های سیستم خود سرچشمه تولید الکترون هستند و با وجود این تعداد انبوه از الکترون ها که از منابع مختلف نشأت می گیرند در محلول نمکی چون لیتیم بروماید، بروز خوردگی در آهن و مس کاملاً طبیعی و اجتناب ناپذیر است. بدین ترتیب می توان نتیجه گرفت که آگاهی از ابعاد مختلف فرآیندهای شیمیایی که در یک چیلر جذبی روی می دهند برای اپراتورها و حتی صاحبان دستگاه ضروری است.

آزمون های ضروری

اندازه گیری جرم ویژه، غلظت لیتیم بروماید را مشخص خواهد ساخت و از اینجا می توان قدرت آن را سنجید.
میزان pH و قلیائیت می توانند معیارهای بسیار خوبی برای کشف هر نوع نفوذ خوردگی در درون چیلر وجود دارد و به آن می‌توان نوع فلز مورد حمله واقع شده را نیز کشف نمود. به عنوان مثال اگر این ارقام پایین باشند، احتمال بروز خوردگی در اجزاء آهنی و فولادی بسیار است. بالا بردن قلیائیت باعث حفاظت فلزات آهنی و بالاخص فولاد در برابر خوردگی می‌شود ولی از آن سو، خطر خوردگی را در اجزاء مسی سیستم چون لوله‌ها افزایش می‌دهد. اندازه گیری میزان مس و ذرات معلق می‌تواند راهنمای بسیار خوبی برای رسیدن به دست آوردن شدت فعل و انفعالات خوردگی و نیز اشتهای لیتیم بروماید برای حل کردن اجزاء چیلر. این ارقام میزان رسوب‌گیری در داخل چیلر و گرفتگی کلگی‌های پاشش و مبدل‌های حرارتی را نیز معلوم می‌سازند.

نهایتاً، اندازه گیری غلظت مواد بازدارنده خوردگی، معیار بسیار خوبی برای بررسی عملکرد آنها در داخل محلول است. این مواد به منظور محافظت از سطوح مختلف فلزی داخل چیلر و نیز کند ساختن روند خوردگی تا محدوده ای قابل قبول به لیتیم بروماید اضافه می‌شوند. به یاد داشته باشید که هیچگاه نمی‌توان خوردگی را کاملاً متوقف ساخت، تنها می‌توان شدت آن را به حداقل رساند و این کار بر عهده مواد بازدارنده خوردگی است.

جلوگیری از خوردگی

به منظور جلوگیری از آثار مخرب خوردگی بر بخش‌های داخلی چیلرهای جذبی، موادی تحت عنوان inhibitor یا بازدارنده خوردگی مانند نیترات لیتیم، کرومات لیتیم، آرسنیت لیتیم و مولیبدات لیتیم مورد استفاده قرار می‌گیرند. نمک لیتیم بروماید با غلظت ۵۴٪، pH نزدیک به ۷ در خنثی دارد ولی از آنجا که به شدت میل به واکنش با فلزات آهنی دارد، در صورت بالا رفتن درجه قلیائیت از شدت حمله‌وری آن کاسته می‌شود؛ اگرچه این امر خود باعث بالا رفتن خوردگی در اجزاء مسی سیستم می‌شود. بنابراین اگر آهن را حفاظت نماییم، لوله‌های مسی را فدا کرده‌ایم. نیترات لیتیم همراه با قلیائیت نسبتاً پایین حفاظت خوبی از سطوح فولادی به عمل می‌آورد. البته افزودن این ماده در روند تشکیل اکسید آهن سیاه، اثر مؤثر است. توجه داشته باشید که اگر سطوح فلزی به طور کامل با این ماده پوشانده شوند، از لحاظ تئوری امکان خوردگی بیشتر وجود ندارد؛ ولی در عمل با اضافه شدن به ضخامت لایه اکسید، وزن زیاد باعث کنده شدن آن از روی فلز شده و ضمن
رها کردن فلز در برابر خوردگی به سطح آن نیز آسیب وارد می‌کند. علاوه بر این مسائل، دیده شده که با افزودن نیترات لیتیم به چیلرهای جذبی سیستمی بر روی لیتیم بروماید و آب، آمونیاک در سیستم تولید می‌شود. آمونیاک به دلیل خواص شیمیایی خود، اتصال‌های مرزی میکروسکوپی مس را تضعیف نموده و آن را در برابر تنش‌ها بی محافظت رها می‌نماید. مس در این حالت ترک خورده و نهایتاً از هم می‌پاشد. که این پدیده به خوردگی تنشی معروف است.
آمونیاک ضمن این که به اجزاء مسی سیستم آسیب می‌رساند، باعث تشکیل گازهای غیر قابل تراکم نیز می‌گردد که از کیفیت خلاء درون دستگاه می‌کاهند. امروزه دیگر از نیترات لیتیم استفاده چندانی به عمل نمی‌آید. آرسنیت لیتیم نیز مانند نیترات لیتیم برای مدتی به عنوان ماده بازدارنده خوردگی در چیلرهای جذبی لیتیم برومایدی مصرف میشد ولی اکنون دیگر از این ماده استفاده نمیشود چون آرسنیت لیتیم ضمن پدید آوردن آثار منفی تضعیفی در اجزاء فولادی گاز بسیار سمی آرسین متصاعد میسازد کرومات لیتیم بر خلاف موادی که تاکنون به شرح آنها پرداختیم خواص بازدارندگی بسیار خوبی در چیلرهای جذبی لیتیم برومایدی از خود نشان داده است کرومات لیتیم در سطوح قلیایی پایین قادر است آثار خوردگی نمک بر فولاد را به شدت کاهش داده و بر خلاف نیترات لیتیم که باعث افزودن لایه اکسید آهن بر روی فولاد میشود واکنش چندانی با سطوح فولاد ایجاد نمیکند این بدان معنی است که فولاد خورده نشده و گازهای غیرقابل تراکم بیشتر هیدروژن تولید نمیشوند این ماده در سطوح پایین قلیایی از اجزاء مسی نیز محافظت میکند و چون امکان تولید آمونیاک در این حالت وجود ندارد احتمال خوردگی تنشی مس نیز منتفی است چون کرومات ها مواد آلاینده ای بوده و خواص سرطان زایی آنها به اثبات رسیده است به کارگیری آنها باید کاملا کنترل شده صورت گیرد این ماده را هرگز نباید وارد محیط زیست نمود و پرسنلی که با آن در ارتباط اند باید از پوشش های حفاظتی مناسب برخوردار باشند ولی به واقع جایگزینی برای آن در چیلرهای جذبی لیتیم برومایدی وجود ندارد البته مطالعاتی برای استفاده از مولیبدات لیتیم به جای کرومات در حال انجام است اما این ماده از لحاظ خواص بازدارندگی به خوبی کرومات لیتیم نیست.

منبع: مجله صنعت تاسیسات شماره 62

اگر شما هم مشتاق یادگیری تخصصی و حرفه ای دوره های تاسیسات مکانیکی با اساتیدی مجرب هستید میتوانید در دوره های تاسیسات مکانیکی شرکت کنید.