प्रशीतन उपकरणों और उनके सहायक उपकरणों का कार्य सिद्धांत!

फ्रीजिंग: रेफ्रिजरेशन द्वारा उत्पन्न कम तापमान स्रोत का उपयोग करके उत्पाद को सामान्य तापमान से ठंडा करने और फिर उसे फ्रीज करने की प्रक्रिया।

प्रशीतन: शीतलन प्रभाव द्वारा कम तापमान वाला स्रोत प्राप्त करने के लिए रेफ्रिजरेंट की भौतिक अवस्था में परिवर्तन का उपयोग करने की संचालन प्रक्रिया।

प्रशीतन उपकरणों के प्रकार: शीत स्रोत उत्पादन (प्रशीतन), सामग्री का जमना, शीतलन।

प्रशीतन विधि: पिस्टन प्रकार, स्क्रू प्रकार, अपकेंद्री प्रशीतन कंप्रेसर इकाई, अवशोषण प्रशीतन इकाई, स्टीम जेट प्रशीतन इकाई और तरल नाइट्रोजन।

जमने की विधि: वायु-शीतलित, जलमग्न और धातु की नली, दीवार और सामग्री के संपर्क में आने वाले ऊष्मा स्थानांतरण के माध्यम से प्रशीतित द्रव का उपयोग करने वाला शीतलन उपकरण।

आवेदन पत्र:

1. खाद्य पदार्थों का जमे हुए, प्रशीतित और जमे हुए रूप में परिवहन।

2. कृषि उत्पादों और खाद्य पदार्थों का शीतलन, प्रशीतन, वातानुकूलित भंडारण और शीतलन परिवहन।

3. खाद्य प्रसंस्करण, जैसे कि फ्रीज ड्राइंग, फ्रीज कंसंट्रेशन और मटेरियल कूलिंग।

4. खाद्य प्रसंस्करण संयंत्रों में वातानुकूलन।

प्रशीतन चक्र का सिद्धांत

मुख्य उपकरण: प्रशीतन कंप्रेसर, कंडेंसर, विस्तार वाल्व, वाष्पीकरण यंत्र।

प्रशीतन चक्र का सिद्धांत: कम तापमान और कम दबाव वाली तरल अवस्था में रेफ्रिजरेंट ऊष्मा अवशोषित करके अपने क्वथनांक तक पहुँच जाता है, और फिर कम तापमान और कम दबाव वाली भाप में परिवर्तित हो जाता है। कंप्रेसर की क्रिया से वाष्पीकृत रेफ्रिजरेंट गैसीय अवस्था में पहुँचकर उच्च तापमान और उच्च दबाव वाली गैस में परिवर्तित हो जाता है, और यह उच्च तापमान और उच्च दबाव वाली गैस संघनित होकर उच्च दबाव वाली तरल में परिवर्तित हो जाती है। विस्तार वाल्व से गुजरने के बाद, यह कम दबाव और कम तापमान वाली तरल अवस्था में परिवर्तित हो जाती है, और ऊष्मा अवशोषित करके पुनः वाष्पीकृत होकर रेफ्रिजरेटर के प्रशीतन चक्र को पूरा करती है।

बुनियादी अवधारणाएँ और सिद्धांत

प्रशीतन क्षमता: कुछ निश्चित परिचालन स्थितियों (अर्थात्, प्रशीतित द्रव के वाष्पीकरण तापमान, संघनन तापमान और उप-शीतलन तापमान) के अंतर्गत, प्रति इकाई समय में प्रशीतित द्रव द्वारा जमी हुई वस्तु से निकाली गई ऊष्मा की मात्रा। इसे प्रशीतित द्रव की शीतलन क्षमता भी कहा जाता है। समान परिस्थितियों में, उसी प्रशीतित द्रव की शीतलन क्षमता कंप्रेसर के आकार, गति और दक्षता से संबंधित होती है।

प्रत्यक्ष प्रशीतन: प्रशीतन चक्र में, यदि प्रशीतक ऊष्मा अवशोषित करता है, तो वाष्पीकरण यंत्र सीधे ठंडी की जाने वाली वस्तु या उसके आसपास के वातावरण के साथ ऊष्मा का आदान-प्रदान करता है। इसका उपयोग आमतौर पर उन औद्योगिक शीतलन उपकरणों में किया जाता है, जैसे आइसक्रीम फ्रीजर, छोटे कोल्ड स्टोरेज और घरेलू रेफ्रिजरेटर।

रेफ्रिजरेंट: वह क्रियाशील पदार्थ जो शीतलन उपकरण में निरंतर प्रवाहित होकर शीतलन उत्पन्न करता है। वाष्प संपीडन शीतलन उपकरण रेफ्रिजरेंट की अवस्था में परिवर्तन के माध्यम से ऊष्मा स्थानांतरण करता है। कृत्रिम शीतलन के लिए रेफ्रिजरेंट एक अनिवार्य पदार्थ है।

सामान्यतः प्रयुक्त रेफ्रिजरेंट

सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले रेफ्रिजरेंट: हवा, पानी, खारा पानी और कार्बनिक जल विलयन।

चयन मानदंड: कम हिमांक, उच्च विशिष्ट ऊष्मा क्षमता, धातु का क्षरण न होना, रासायनिक स्थिरता, कम कीमत और आसानी से उपलब्धता।

हालांकि रेफ्रिजरेंट के रूप में हवा के कई फायदे हैं, लेकिन गैसीय अवस्था में उपयोग किए जाने पर इसकी कम विशिष्ट ऊष्मा क्षमता और खराब संवहन ऊष्मा स्थानांतरण प्रभाव के कारण इसे केवल खाद्य पदार्थों के साथ सीधे संपर्क के रूप में खाद्य प्रशीतन या फ्रीजिंग प्रसंस्करण में ही उपयोग किया जाता है।

जल की विशिष्ट ऊष्मा अधिक होती है, लेकिन इसका हिमांक बिंदु भी उच्च होता है, इसलिए इसका उपयोग केवल 0°C से अधिक तापमान पर शीतलन क्षमता प्राप्त करने के लिए ही किया जा सकता है। यदि 0°C से कम तापमान पर शीतलन क्षमता प्राप्त करनी हो, तो खारे पानी या कार्बनिक विलयन का उपयोग किया जाता है।

सोडियम क्लोराइड, कैल्शियम क्लोराइड और मैग्नीशियम क्लोराइड के जलीय विलयनों को आमतौर पर फ्रोजन ब्राइन कहा जाता है। खाद्य उद्योग में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला फ्रोजन ब्राइन सोडियम क्लोराइड का जलीय विलयन है। कार्बनिक विलयन रेफ्रिजरेंट में, दो सबसे प्रतिनिधि रेफ्रिजरेंट एथिलीन ग्लाइकॉल और प्रोपिलीन ग्लाइकॉल के जलीय विलयन हैं।

पिस्टन संपीड़न प्रशीतन उपकरण का मुख्य उपकरण

कार्य: इसका उपयोग रेफ्रिजरेंट को संपीड़ित करके कार्य करने, ऊर्जा प्राप्त करने और फिर संघनित और विस्तारित करके एक ठंडे स्रोत का निर्माण करने के लिए किया जाता है जो ऊष्मा को अवशोषित कर सकता है।

मॉडल को प्रस्तुत करने की विधि में निम्नलिखित तत्व शामिल हैं: सिलेंडरों की संख्या, प्रयुक्त रेफ्रिजरेंट का प्रकार, सिलेंडर व्यवस्था का प्रकार और सिलेंडर का व्यास।

घटक: सिलेंडर ब्लॉक, सिलेंडर, पिस्टन, कनेक्टिंग रॉड, क्रैंकशाफ्ट, क्रैंककेस, इनटेक और एग्जॉस्ट वाल्व, फॉल्स कवर, आदि।

कार्य प्रक्रिया: पिस्टन के ऊपर की ओर बढ़ने पर, सक्शन वाल्व खुल जाता है और रेफ्रिजरेंट वाष्प पिस्टन के ऊपरी भाग से होते हुए सक्शन वाल्व के माध्यम से सिलेंडर में प्रवेश करती है। पिस्टन के ऊपर की ओर बढ़ने पर, सक्शन वाल्व बंद हो जाता है और पिस्टन लगातार ऊपर की ओर बढ़ता रहता है, जिससे सिलेंडर में मौजूद रेफ्रिजरेंट संपीड़ित हो जाता है। जब वायु दाब एक निश्चित स्तर पर पहुँच जाता है, तो कवर का निकास वाल्व खुल जाता है और रेफ्रिजरेंट वाष्प सिलेंडर से बाहर निकलकर उच्च दाब वाली पाइपलाइन में चली जाती है।

विशेषताएं: सरल संरचना, निर्माण में आसान, मजबूत अनुकूलन क्षमता, स्थिर संचालन और सुविधाजनक रखरखाव।

कंडेनसर

कार्य: ऊष्मा विनिमय यंत्र, जो शीतलन और शीतलन द्वारा रेफ्रिजरेंट की अतिगर्म वाष्प को तरल में संघनित करता है।

प्रकार: क्षैतिज शेल और ट्यूब, ऊर्ध्वाधर शेल और ट्यूब, जल स्प्रे, वाष्पीकरण, वायु शीतलन

कार्य प्रक्रिया: अत्यधिक गर्म रेफ्रिजरेंट वाष्प शेल के ऊपरी भाग से कंडेंसर में प्रवेश करती है और ट्यूब की ठंडी सतह के संपर्क में आती है, जिससे वह उस पर एक तरल परत के रूप में संघनित हो जाती है। गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव से, संघनित द्रव ट्यूब की दीवार से नीचे की ओर खिसकता है और ट्यूब की दीवार से अलग हो जाता है।

जल छिड़काव करने वाले वाष्पीकरण यंत्र में एक तरल जलाशय, एक शीतलन पाइप और एक जल वितरण टैंक होता है।

कार्य प्रक्रिया: ठंडा पानी ऊपर से जल वितरण टैंक में प्रवेश करता है और टैंक के माध्यम से कुंडलित नली की बाहरी सतह पर बहता है। पानी का कुछ हिस्सा वाष्पीकृत हो जाता है और शेष पानी के कुंड में गिर जाता है। छिपी हुई उप-पंक्ति पाइप का निचला भाग पाइप में प्रवेश करता है और पाइप के साथ ऊपर उठते हुए ठंडा और संघनित हो जाता है और तरल भंडार में बह जाता है।

विस्तार वॉल्व

कार्य: रेफ्रिजरेंट के दबाव को कम करना और उसके प्रवाह को नियंत्रित करना। जब उच्च दबाव वाला तरल रेफ्रिजरेंट विस्तार वाल्व से गुजरता है, तो संघनन दबाव तेजी से घटकर वाष्पीकरण दबाव के बराबर हो जाता है, और साथ ही, तरल रेफ्रिजरेंट उबलने लगता है और ऊष्मा अवशोषित करता है, जिससे उसका तापमान कम हो जाता है।

थर्मल एक्सपेंशन वाल्व: यह इवेपोरेटर के आउटलेट पर भाप के सुपरहीट स्तर का उपयोग करके रेफ्रिजरेंट की मात्रा को समायोजित करता है। रेफ्रिजरेशन यूनिट की सामान्य परिचालन स्थितियों में, आपूर्ति तत्व का परफ्यूजन दबाव डायाफ्राम के नीचे गैस दबाव और स्प्रिंग दबाव के योग के बराबर होता है, और संतुलन की स्थिति में होता है। रेफ्रिजरेंट की अपर्याप्त आपूर्ति के कारण भाप इवेपोरेटर के आउटलेट पर वापस लौटती है, जिससे सुपरहीट स्तर बढ़ता है, तापमान सेंसर का तापमान बढ़ता है, डायाफ्राम नीचे की ओर खिसकता है, और आउटलेट का खुला भाग तब तक बढ़ता है जब तक आपूर्ति की गई तरल की मात्रा वाष्पीकरण की मात्रा के बराबर नहीं हो जाती, और फिर तापमान सेंसर का तापमान संतुलन में आ जाता है। इसलिए, थर्मल एक्सपेंशन वाल्व वाल्व के खुलने के स्तर को स्वचालित रूप से समायोजित कर सकता है, और तरल आपूर्ति की मात्रा लोड के अनुसार स्वचालित रूप से बढ़ या घट सकती है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि इवेपोरेटर के हीटिंग क्षेत्र का पूर्ण उपयोग हो।

बाष्पीकरण करनेवाला

कार्य: रेफ्रिजरेंट शीतलन माध्यम की ऊष्मा को अवशोषित करता है।

वर्गीकरण: शीतलन माध्यम की प्रकृति के अनुसार, इसे तीन श्रेणियों में विभाजित किया गया है।

1. तरल रेफ्रिजरेंट को ठंडा करने के लिए इवेपोरेटर: जैसे वाटर कूलर, ब्राइन कूलर आदि। रेफ्रिजरेंट ट्यूब के बाहर ऊष्मा अवशोषित करता है, और तरल पंप की सहायता से ट्यूब में तरल रेफ्रिजरेंट का परिसंचरण होता है। संरचना के अनुसार इसे क्षैतिज ट्यूब प्रकार, ऊर्ध्वाधर ट्यूब प्रकार, सर्पिल ट्यूब प्रकार और कुंडल प्रकार में विभाजित किया गया है।

2. ठंडी हवा के लिए इवेपोरेटर: ट्यूब में रेफ्रिजरेंट वाष्पित हो जाता है, हवा बाहर की ओर बहती है, और हवा का प्रवाह प्राकृतिक संवहन के अंतर्गत आता है।

3. जमे हुए पदार्थ को ठंडा करने के लिए संपर्क वाष्पीकरण यंत्र: ऊष्मा स्थानांतरण विभाजन के एक तरफ रेफ्रिजरेंट वाष्पित होता है, और विभाजन का दूसरा पक्ष ठंडे या जमे हुए पदार्थ के सीधे संपर्क में होता है।

विशेषताएं: बेहतर ऊष्मा स्थानांतरण क्षमता, सरल संरचना, कम जगह घेरने की क्षमता और सीलबंद रेफ्रिजरेंट परिसंचरण प्रणाली के कारण उपकरणों में कम संक्षारण।

नुकसान: खराबी के कारण जब ब्राइन पंप बंद हो जाता है, तो जमने की समस्या हो सकती है, जिससे ट्यूब क्लस्टर फट सकता है।

शीतलन पाइप

ऊर्ध्वाधर शीतलन पाइप

लाभ: रेफ्रिजरेंट के वाष्पीकृत होने के बाद, इसे आसानी से बाहर निकाला जा सकता है, और ऊष्मा स्थानांतरण का प्रभाव अच्छा होता है, लेकिन जब निकास पाइप ऊंचा होता है, तो तरल स्तंभ के स्थिर दबाव के कारण निचले रेफ्रिजरेंट का वाष्पीकरण तापमान अधिक होता है।

सिंगल रो कॉइल टाइप वॉल पाइप:

लाभ: इसमें भरी जाने वाली रेफ्रिजरेंट की मात्रा कम होती है, जो निकास पाइप के आयतन का लगभग 50% होती है, लेकिन वाष्पीकरण के बाद रेफ्रिजरेंट पाइप से जल्दी बाहर नहीं निकलता है, जिससे ऊष्मा स्थानांतरण का प्रभाव कम हो जाता है।

मुड़ी हुई नली:

लाभ: ऊष्मा अपव्यय का बड़ा क्षेत्र।

पिस्टन संपीड़न प्रशीतन उपकरण के लिए सहायक उपकरण

तेल विभाजक

कार्य: इसका उपयोग संपीड़ित तरल और गैस में मौजूद चिकनाई वाले तेल को अलग करने के लिए किया जाता है ताकि चिकनाई वाला तेल कंडेंसर में प्रवेश न कर सके और ऊष्मा स्थानांतरण की स्थितियों को खराब न कर सके।

कार्य सिद्धांत: तेल की बूंदों और रेफ्रिजरेंट वाष्प के अलग-अलग अनुपातों के कारण, पाइप का व्यास बढ़ाकर प्रवाह दर को कम किया जाता है और रेफ्रिजरेंट की प्रवाह दिशा को बदला जाता है; या अपकेंद्री बल द्वारा, तेल की बूंदें वाष्प के तापमान पर स्थिर हो जाती हैं। भाप अवस्था में चिकनाई वाले तेल के लिए, धुलाई या शीतलन द्वारा भाप का तापमान कम किया जाता है, जिससे यह तेल की बूंदों में संघनित होकर अलग हो जाता है। फ़िल्टर प्रकार के तेल विभाजक को फ्रियोन द्वारा ठंडा किया जाता है।

ऑयल कलेक्टर का कार्य: यह ऑयल सेपरेटर, कंडेंसर और रेफ्रिजरेशन सिस्टम के अन्य उपकरणों से अलग हुए रेफ्रिजरेंट और तेल के मिश्रण को एकत्रित करता है, फिर कम दबाव में मिश्रित रेफ्रिजरेंट से तेल को अलग करता है और फिर उन्हें अलग-अलग डिस्चार्ज करता है। तेल के सुरक्षित डिस्चार्ज को सुनिश्चित करते हुए, यह रेफ्रिजरेंट की हानि को कम करता है।

लिक्विड रिसीवर का कार्य प्रशीतन प्रणाली के प्रत्येक भाग में आपूर्ति किए गए तरल रेफ्रिजरेंट को संग्रहित करना और समायोजित करना है ताकि उपकरण की तरल आपूर्ति का सुरक्षित संचालन सुनिश्चित हो सके। लिक्विड एक्यूमुलेटर को उच्च दबाव, निम्न दबाव, ड्रेनेज बैरल और परिसंचारी तरल भंडारण बैरल में विभाजित किया गया है।

गैस-तरल विभाजक का कार्य: रेफ्रिजरेंट को इवेपोरेटर से अलग करना ताकि रेफ्रिजरेंट तरल कंप्रेसर में प्रवेश न करे और सिलेंडर को नुकसान न पहुंचाए; थ्रॉटलिंग के बाद कम दबाव वाले अमोनिया तरल में अप्रभावी भाप को अलग करना ताकि इवेपोरेटर के ऊष्मा स्थानांतरण प्रभाव को बेहतर बनाया जा सके।

वायु विभाजक की भूमिका: प्रशीतन प्रणाली के सामान्य संचालन को सुनिश्चित करने के लिए प्रणाली में गैर-संघनीय गैस को अलग करना और उसे बाहर निकालना।

इंटरकूलर की भूमिका: इसे दो-चरण (या बहु-चरण) संपीड़न प्रशीतन प्रणाली में निम्न-दबाव चरण संपीड़न से निकलने वाली अति-ऊष्मित गैस को अंतर-चरण शीतलन के लिए ठंडा करने हेतु स्थापित किया जाता है, ताकि उच्च-दबाव चरण कंप्रेसर का सामान्य संचालन सुनिश्चित हो सके; इसमें मौजूद चिकनाई युक्त तेल और शीतलन प्रशीतक प्रशीतक को अधिक उप-शीतन का कार्य करने में सक्षम बनाते हैं।

शीतगृह

वर्गीकरण:

बड़े पैमाने पर शीत भंडारण (5000 टन से अधिक); मध्यम आकार का शीत भंडारण (1500 ~ 5000 टन); छोटा शीत भंडारण (1500 टन से कम)।

उपयोग की आवश्यकताओं के अनुसार:

उच्च तापमान वाला कोल्ड स्टोरेज: मुख्य रूप से फलों, सब्जियों, ताजे अंडों और अन्य खाद्य पदार्थों को ठंडा रखने के लिए उपयोग किया जाता है, सामान्य भंडारण तापमान 4 ~ -2 ℃ होता है;

कम तापमान वाला कोल्ड स्टोरेज: मुख्य रूप से मांस, जलीय उत्पाद आदि को फ्रीज करने के लिए उपयोग किया जाता है, सामान्य भंडारण तापमान -18 ~ -30 ℃ होता है;

वातानुकूलित गोदाम: चावल, नूडल्स, औषधीय सामग्री, शराब आदि को सामान्य तापमान की स्थिति में संग्रहित किया जाता है। गोदाम का सामान्य तापमान 10 से 15 डिग्री सेल्सियस होता है।

त्वरित फ्रीजिंग उपकरण: यह छोटे पैकेट वाले या बिना पैकेट वाले कच्चे माल जैसे ब्लॉक, स्लाइस और दानेदार सामग्री को फ्रीज करने के लिए उपयुक्त है, जिससे पशुधन, जलीय उत्पाद, सब्जियां और पकौड़ी जैसे सभी प्रकार के त्वरित फ्रीजिंग खाद्य पदार्थ बनाए जा सकते हैं। फ्रीजिंग तापमान -30 ~ 40 ℃ है।

बॉक्स-प्रकार का क्विक-फ्रीज़र: इसमें थर्मल इंसुलेशन सामग्री से लिपटे बॉक्स में कई चलित सपाट प्लेटें होती हैं जिनके बीच में परतें होती हैं। इन परतों में वाष्पीकरण कॉइल लगे होते हैं, और ट्यूबों के बीच खारा पानी भी डाला जा सकता है, जिससे रेफ्रिजरेंट वाष्पीकरण कॉइल से होकर बहता है; क्विक-फ्रीज़ किए जाने वाले उत्पादों को प्लेटों के बीच रखा जाता है, और प्लेटों को घुमाकर सामग्री को फ्रीज करने के लिए संपीड़ित किया जाता है।

टनल प्रकार की त्वरित-जमाव मशीन: इसमें टनल बॉडी, इवेपोरेटर, फैन, मटेरियल रैक या स्टेनलेस स्टील ट्रांसमिशन नेट शामिल होते हैं। सामग्री पहले चरण के मेश बेल्ट से गुजरती है, जो तेज गति से चलती है और इसकी परत पतली होती है, जिससे सतह जम जाती है; दूसरे चरण का मेश बेल्ट, जो धीमी गति से चलता है और इसकी परत मोटी होती है, पूरी सामग्री को जमा देता है जिससे एक दानेदार त्वरित-जमाव उत्पाद प्राप्त होता है।

इमर्शन फ्रीज़र: इसमें जमी हुई सामग्री को बहुत कम तापमान वाले द्रवीकृत गैस या तरल रेफ्रिजरेंट के सीधे संपर्क में लाया जाता है, जिससे त्वरित-जमाव उत्पाद तैयार होता है। भोजन क्रमानुसार पूर्व-शीतलन क्षेत्र, हिमांक क्षेत्र और तापमान-औसत क्षेत्र से गुजरता है। तरल नाइट्रोजन को टनल के बाहर संग्रहित किया जाता है और छिड़काव या इमर्शन फ्रीजिंग के लिए एक निश्चित दबाव के तहत हिमांक क्षेत्र में डाला जाता है। तरल नाइट्रोजन द्वारा ऊष्मा अवशोषित करने के बाद बनने वाली नाइट्रोजन का तापमान अभी भी बहुत कम, -10 से -5 डिग्री सेल्सियस होता है, और इसे एक पंखे द्वारा टनल में भेजा जाता है। इससे पहले के भाग को पूर्व-जमाव किया जाता है। हिमांक क्षेत्र में, भोजन को -200 डिग्री सेल्सियस पर तरल नाइट्रोजन के संपर्क में लाकर तेजी से जमाया जाता है।

एयर कंडीशनिंग प्रशीतन उपकरण

नियंत्रित वातावरण प्रशीतन: प्रशीतन को नियंत्रित वातावरण भंडारण के साथ मिलाकर, भंडारण तापमान और गैस संरचना को नियंत्रित किया जाता है, ताकि गोदाम में ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा का मुख्य रूप से फलों और सब्जियों के भंडारण के लिए उपयोग किया जा सके, और एक अच्छा संरक्षण प्रभाव प्राप्त किया जा सके।

भंडारण में रखे उत्पादों की हानि कम होती है। आंकड़ों के अनुसार, कोल्ड स्टोरेज में रखे उत्पादों की हानि दर 21.3% है, जबकि एयर कंडीशनिंग वाले कोल्ड स्टोरेज में रखे उत्पादों की हानि दर 4.8% है।