Технологические кондиционеры.
При производстве, холодильной обработке и холодильном хранении некоторых мяс-ных, молочных и растительных продуктов, например сыров, необходимо поддерживать
с большой точностью параметры воздуха: температуру, влажность, скорость движения и чистоту.
Обработка воздуха, связанная с охлаждением, осушением, нагреванием, увлажнением, а иногда и очищением от пыли и плесени, производится кондиционерами, которые представляют собой тепломассообменные аппараты. Охлаждение и осушение воздуха осуществляют в теплообменнике кондиционера (воздухоохладителе), в который пода-ется холодильный агент или хладоноситель из автономной или централизованной сис-темы хладоснабжения.
Нагревается воздух в другом теплообменнике (калорифере), в который подается пар из системы пароснабжения предприятия. Иногда для нагревания воздуха используют электронагреватели (ТЭНы). Воздухоохладители и калориферы выполняют из ребрис-то-трубных элементов с шагом оребрения 3 — 6 мм.
Увлажняет воздух пар, подаваемый через форсунки в нагнетательный воздуховод кон-диционера. Кондиционеры могут иметь фильтрующее устройство, состоящее из не-скольких слоев специальной фильтрующей ткани.
Кондиционеры располагают в самом кондиционируемом помещении или вне его. Они могут быть напольные и подвесные и, как правило, способны работать в режиме рецир-куляции.
Охлаждение водным льдом.
Этот способ охлаждения наиболее простой . Используют как естественный лед, полу-чаемый при низкой температуре воздуха, так и искусственный водный лед, изго-тавливаемый с помощью холодильных машин. Достоинствами устройств ледяного ох-лаждения являются простота конструкции, низкая стоимость и отсутствие затрат на электроэнергию.
При температуре таяния льда 0°С температура воздуха в охлаждаемых устройствах поддерживается обычно около 6°С. Такая температура достаточна для охлаждения и кратковременного хранения пива, вод, соков и прочих напитков, хранения некоторых овощей и зелени.
Охлаждение водным льдом осуществляется тремя способами: непосредственное охла-ждение, с использованием воды в качестве промежуточного теплоносителя и с исполь-зованием воздуха в качестве промежуточного теплоносителя.
При непосредственном охлаждении водным льдом охлаждаемый объект находится с ним в прямом контакте. Используют обычно дробленый мелкокусковой лед, который помещают вокруг охлаждаемого объекта. Можно также пересыпать объект льдом (при хранении некоторых овощей и зелени).
При охлаждении с использованием воды в качестве промежуточного теплоносителя лед служит для получения ледяной воды, которая подается в теплообменник для охлажде-ния объекта. Вода, циркулируя от охлаждаемого объекта ко льду и обратно, может не-посредственно контактировать со льдом или через стенки теплообменника змеевиково-го либо пластинчатого типа. Последний способ охлаждения применяют в молочной промыш ленности.
Охлаждение с использованием воздуха в качестве промежуточного теплоносителя мо-жет осуществляться с естественным и механическим перемещением воздуха. В этом случае теплота от охлаждаемого объекта отводится воздухом, который передает ее при контакте со льдом. При естественной циркуляции воздуха лед может располагаться в емкостях-карманах, имеющих щели или гофрированные ограждения для увеличения поверхности теплообмена. При механической циркуляции воздуха, создаваемой венти-лятором, воздух прогоняется через слой дробленого льда, что увеличивает коэффици-ент теплоотдачи по сравнению с естественной циркуляцией . Этот способ используют, когда при высокой относительной влажности воздуха (95 %) необходимо получить температуру от 5 °С и выше.
Естественный лед получают из водоемов, где он намерзает в зимний период, а также путем послойного намораживания на горизонтальных площадках во время морозов, используя для этого специальные установки с форсунками для мелкокапельного раз-брызгивания воды.
Искусственный водный лед получают с помощью льдогенераторов трубчатого типа, где лед образуется внутри труб вертикального кожухотрубного испарителя, в межтруб-ном пространстве которого кипит жидкий аммиак . Вода поступает в трубы испарителя сверху через водораспределительное устройство, в которое она подается насосом из бака, смонтированного под кожухом аппарата. В отверстия труб вставляют насадки, благодаря которым вода, поступающая в трубы, закручивается и пленкой стекает по их внутренней поверхности, частично замерзая. Незамерзшая вода собирается в бак, отку-да опять подается в водораспределительное устройство. Благодаря непрерывной цир-куляции из воды удаляется воздух, поэтому лед получается прозрачным. Когда стенки ледяных цилиндриков достигают толщины 4 — 5 мм, намораживание прекращают, на-
сос останавливают, испаритель отключают от всасывающей стороны машины и соеди-няют с ее нагнетательной стороной, в результате чего в испаритель поступают горячие пары аммиака при давлении конденсации. Эти пары вытесняют из испарителя жидкий аммиак в ресивер ( сборник аммиака ), прогревают стенки труб, намороженный лед от-деляется от стенок и под действием силы тяжести сползает вниз. При выходе из труб ледяные цилиндрики попадают под вращающийся нож, который разрезает их на части определенной высоты. Готовый лед падает в бункер и дальше по льдоскату выводится из льдогенератора.
Существуют также льдогенераторы блочного, чешуйчатого и снежного льда. Лед в них намерзает в формочках, на поверхности барабанов или в полости, за стенками которых кипит аммиак.
Льдосоляное охлаждение.
Льдосоляное охлаждение позволяет получить более низкие температуры по сравнению с охлаждением чистым льдом. Этот способ основан на использовании льда в смеси с солями. При этом одновременно происходят процессы растворения соли с образовани-ем рассола и плавления льда с образованием воды и дальнейшим растворением соли. На плавление льда и растворение соли затрачивается теплота смеси, вследствие чего температура ее понижается.
Наиболее низкая температура смеси достигается в криогидратной точке, в которой на-ходятся в термодинамическом равновесии все три фазы: рассол (раствор), соль и лед . Криогидратной точке соответствует эвтектическая концентрация соли. Такая смесь на-зывается эвтектикой. При льдосоляном охлаждении чаще всего используют смесь дробленого льда и хлорида натрия. Криогидратной точке такой смеси соответствует температура -21,2 0С при концентрации соли в растворе 23,1 %. При использовании хлорида кальция с содержанием соли в растворе 29,9 % можно получить температуру
| плавления | -55 °С. |
Льдосоляной смесью можно охлаждать путем непосредственного контакта и используя
в качестве промежуточного теплоносителя воздух, как и при охлаждении водным льдом. Кроме того, применяют охлаждение рассолом, образующимся при таянии смеси и циркулирующим через охлаждающую батарею.
В установке рассольного охлаждения с насосной циркуляцией лед периодически за-гружают в генератор холода. Сверху лед орошают рассолом, прошедшим охлаждаю-щую батарею, где его температура повысилась на 2 — 3°С. В нижнюю часть генератора холода стекает охлажденный рассол с более низкой из-за таяния льда концентрацией соли. Для поддержания необходимой концентрации часть теплого рассола после охла-ждающей батареи подается в бачок с солью — концентратор, из которого более насы-щенный рассол перетекает в генератор холода. Концентратор периодически пополняют солью.
В нижней части генератора холода расположен вентиль, через который удаляется ис-пользованный (теплый) раствор перед новой загрузкой установки льдом и солью. Разность температур рассола в охлаждающей батарее и воздуха в охлаждаемом объеме составляет 6 —8°С.
Существуют и установки без насоса, где циркуляция возникает самопроизвольно из-за разности объемных масс рассола вследствие изменения его концентрации при таянии льда.
10.7. Охлаждение холодоаккумуляторами с эвтектикой.
В качестве холодоаккумуляторов используют металлические емкости различной фор-мы. Эти формы заполняют эвтектикой на 90 —94 % объема.
Эвтектика представляет собой однородную смесь льда и соли, обладающую достаточно большой теплотой плавления. В качестве соли используют хлориды калия, натрия, кальция или сульфаты натрия и цинка. Эвтектический лед получают также из водного раствора пропиленгликоля. Температура плавления такого льда зависит от концентра-ции пропиленгликоля и может составлять от -3 до-50°С.
Холодоаккумуляторы после замораживания раствора при температуре ниже темпера-туры плавления эвтектики размещают в охлаждаемом объеме. Поглощая теплоту, отво-димую от охлаждаемого объекта, эвтектика тает при постоянной температуре. Холодо-аккумуляторы используют многократно. Для этого после отепления их снова замора-живают.
Холодоаккумуляторы широко применяют для охлаждения теплоизолированных кон-тейнеров, кузовов автомобилей, а также в сочетании с машинным охлаждением в каче-стве дополнительного источника холода в период максимальной нагрузки на холодиль-ное оборудование.
Охлаждение сухим льдом.
Сухой лед — это диоксид углерода в твердом состоянии. Если при атмосферном давле-нии к сухому льду подвести теплоту, то он переходит в газообразное состояние, минуя жидкую фазу . Охлаждение сухим льдом основано на теплоотдаче охлаждаемой среды сухому льду. Удельная холодопроизводительность сухого льда при 0 °С составляет 637 кДж /кг. По сравнению с водным льдом сухой лед при 0°С обладает почти вдвое боль-шей массовой холодопроизводительностью. Еще эффективнее соотношение при срав-нении не массовой, а объемной холодопроизводительности. Объемная холодопроизво-дительность сухого льда при 0°С больше, чем водного, почти в три раза. Обильно вы-деляющийся при сублимации сухого льда газообразный диоксид углерода оказывает на большинство скоропортящихся продуктов консервирующее действие. В смеси с эфи-ром можно получить температуру до -100°С.
Сухой лед широко применяют при перевозках и продаже мороженого и для охлажде-ния транспортных средств. Охлаждение сухим льдом происходит при непосредствен-ном контакте с охлаждаемым объектом или с использованием промежуточного тепло-носителя, чаще воздуха. В последнем случае сухой лед дробят и размещают в металли-ческих емкостях — карманах, через которые циркулирует воздух. Циркуляция воздуха может быть усилена вентилятором.
Сухой лед производят в виде блоков на предприятиях, технологические процессы кото-рых связаны с выделением диоксида углерода. На первой стадии обеспечивают полу-чение чистого газообразного диоксида углерода, затем его сжижают и из жидкого ди-оксида углерода получают твердый.
Испарительное охлаждение.
Испарительное охлаждение основано на явлении парообразования над поверхностью жидкости при температуре ниже ее температуры кипения и нормальном атмосферном давлении. На превращение жидкости в пар затрачивается определенное количество те-пловой энергии — теплоты парообразования (испарения ). Теплота парообразования воды при 20°С равна 2455 кДж/кг. Вода может испаряться в результате отвода теплоты от нее, а также подвода теплоты к ней извне, что зависит от соотношения температуры воды и окружающей среды.
В зависимости от внешних условий теплообмена теплоту парообразования можно ис-пользовать для снижения температуры влажной поверхности и устранения (уменьше-ния) влияния внешних теплопритоков, вызывающих повышение температуры объекта. Для охлаждения продуктов и грузов холодильного транспорта можно использовать также эффект испарительного охлаждения, возникающий при распылении жидкостей с помощью форсунок (например, жидких диоксида углерода и азота), с температурами кипения более низкими, чем требуется для охлаждения продуктов или воздуха.
Термоэлектрическое охлаждение. Термоэлектрический эффект проявляется в большей степени в цепях, составленных из полупроводников с электронной и дырочной прово-димостью.
Во время движения дырок и электронов в разные стороны от контакта между разно-родными полупроводниками происходит поглощение теплоты. Электроны дырочного полупроводника переходят в свободную зону электронного проводника, образуя пары электрон — дырка, на что затрачивается определенное количество теплоты, отнимае-мое от контакта.
При движении электронов и дырок навстречу друг другу происходит их рекомбинация в месте контакта, сопровождающаяся выделением теплоты. Следовательно, если на-правление тока от дырочного полупроводника к электронному, выделяется теплота; ес-ли направление обратное, тепловая энергия в спае поглощается.
Величина выделяемой или поглощаемой теплоты Q в единицу времени пропорцио-нальна силе тока I:
| Q = ПI, | (10.1) |
где П — коэффициент Пельтье.
Рассмотренное явление обратимо. Если в той же самой цепи создать в месте спаев раз-личные температуры, то между контактами образуется разность потенциалов и возни-кает ток.
Величина термоэлектродвижущей силы (термоэдс) определяется формулой
| Е = α (Тг -Тх), | (10.2) |
где α — коэффициент термоэдс, В/К; Тг, Тх — абсолютные температуры соответственно горячего и холодного спаев, К.
Исходным конструктивным модулем термоэлектрических охлаждающих устройств (ТОУ) служит термоэлемент (ТЭЛ).
В энергетическом отношении ТОУ существенно уступают компрессионным машинам, и только при малой холодопроизводительности (около 20 Вт) холодильный коэффици-ент ТОУ может быть выше.
Термоэлектрическое охлаждение используют в термостатах, охладителях жидкостей и газов, осушителях воздуха, бытовых и транспортных холодильниках, кондиционерах.
Вопросы для самоконтроля
1 Воздушные морозильные аппараты.
2 Контактные морозильные аппараты.
3 Сублимационные сушильные установки.
4 Технологические кондиционеры.
5 Охлаждение водным льдом.
6 Льдосоляное охлаждение.
7 Охлаждение холодоаккумуляторами с эвтектикой.
8 Охлаждение сухим льдом.
9 Испарительное охлаждение.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная
1 Расщепкин А.Н., Ермолаев В.А., Кемеровский Теплообменные аппараты низкотемпературной техники. [Электронный ресурс] 2012 URL: http://www.iprbookshop.ru/14393.html (Дата обращения: 23.09.2013).
2 Буянов О.Н.,Воробьёва Н.Н.,Усов А.В. Холодильное технологическое оборудование
[Электронный ресурс] 2009 URL: http://www.iprbookshop.ru/14401.html (Дата обра-
щения: 23.09.2013).
Дополнительная
1. Большаков С.А. Холодильная техника и технология продуктов питания. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 304 с.
2. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. Холодильные установки. – СПб.: Политехника, 2002. – 576 с.
7. Куцакова В.Е. и др. Примеры и задачи по холодильной технологии пищевых продуктов. – М.: Колосс, 2003. – 240 с.
Библиографический список
1. Большаков С.А. Холодильная техника и технология продуктов питания. –
М .: Издательский центр «Академия», 2003. – 304 с.
2. Буянов О.Н.,Воробьёва Н.Н.,Усов А.В. Холодильное технологическое оборудование [Электронный ресурс] 2009 URL: http://www.iprbookshop.ru/14401.html (Дата обращения: 23.09.2013).
3. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. Холодильные установки.
– СПб.: Политехника, 2002. – 576 с.
4. Куцакова В.Е. и др. Примеры и задачи по холодильной технологии пище-вых продуктов. – М.: Колосс, 2003. – 240 с.
5. Расщепкин А.Н., Ермолаев В.А., Кемеровский Теплообменные аппараты низкотемпературной техники. [Электронный ресурс] 2012 URL: http://www.iprbookshop.ru/14393.html (Дата обращения: 23.09.2013).
| СОДЕРЖАНИЕ | |||
| Введение | |||
| Лекция 1.Процессы получения низких температур. Способы охлаждения. | |||
| 1.1. | Процессы получения низких температур. | ||
| 1.2. | Способы охлаждения. | ||
| Вопросы для самоконтроля | |||
| Список литературы | |||
| Лекция 2. Термодинамические основы работы холодильных машин. | |||
| 2.1. | Термодинамический цикл холодильных машин. | ||
| 2.2. | Расчет цикла холодильных машин. | ||
| 2.3. | Система охлаждения холодильной установки. | ||
| Вопросы для самоконтроля | |||
| Список литературы | |||
| Лекция 3.Принцип действия паровых компрессионных холодильных машин. | |||
| 3.1. | Одноступенчатые холодильные машины. | ||
| 3.2. | Многоступенчатые холодильные машины. | ||
| Вопросы для самоконтроля | |||
| Список литературы | |||
| Лекция 4.Холодильные агенты и хладоносители. Типы холодильных машин. | |||
| 4.1. | Холодильные агенты и хладоносители. | ||
| 4.2. | Газовые и вихревые холодильные машины. | ||
| 4.3. | Компрессионные паровые холодильные машины. | ||
| 4.4. | Абсорбционные и сорбционные холодильные машины. | ||
| 4.5. | Пароэжекторные холодильные машины. | ||
| Вопросы для самоконтроля | |||
| Список литературы | |||
| Лекция 5. Компрессоры холодильных машин. | |||
| 5.1. | Поршневые компрессоры. | ||
| 5.2. | Ротационные компрессоры. | ||
| 5.3. | Винтовые компрессоры. | ||
| 5.4. | Турбокомпрессоры. | ||
| Вопросы для самоконтроля | |||
| Список литературы |