Open Library - открытая библиотека учебной информации. Искусственный холод Как получают холод с разной температурой

Существует несколько способов получения искусственного холода. Самый простой из них – охлаждение при помощи льда или снега, таяние которых сопровождается поглощением довольно большого количества тепла – 80 ккал/кг (335 кgж/кг), при атмосферном давлении лед и снег тают при 0 о С. Практически в помещении, охлаждаемом льдом или снегом, из-за притока тепла извне температуру воздуха удается поддерживать лишь на уровне 5-8 о С.

Более низкие температуры можно получить, применяя для охлаждения смесь льда или снега с различными солями. В этом случае к скрытой теплоте, поглощаемой льдом или снегом, присоединяется скрытая теплота, поглощаемая солью при ее растворении в воде, образовавшейся в смеси; это ведет к понижению температуры смеси.

Искусственного охлаждения можно достигнуть также, если смешать лед или снег с разведенными кислотами. Например, смесь из 7 частей снега или льда и 4 частей разведенной азотной кислоты имеет температуру -35 о С.

Перечисленные выше способы получения искусственного холода имеют существенные недостатки: трудоемкость процессов заготовки льда или снега и соли, их доставки и перемешивания, трудность автоматического регулирования, ограниченные температурные возможности.

Охлаждать тела можно также сухим льдом (твердой углекислотой). Воспринимая тепло от охлаждаемого тела, сухой лед сублимирует, т.е. переходит в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Температура сублимации сухого льда при атмосферном давлении -78,9 о С; при этом каждый килограмм его поглощает из окружающей среды 137 ккал тепла.

Машинный способ получения искусственного холода имеет значительные преимущества: легкость автоматизации, значительное облегчение обслуживания холодильной установки, возможность получения более низких температур в охлаждаемых объектах.

Работа холодильной машины основана на различных принципах, самым распространенным из которых в настоящее время является кипение (испарение) жидких тел .

Температуры кипения и конденсации жидкости являются функцией давления; причем чем ниже давление, тем ниже температура кипения. В качестве хладоагентов часто используют вещества, которые при высоком давлении и при температуре окружающей среды могут быть превращены в жидкость. Испарение этой жидкости при низком давлении происходит при температуре ниже температуры окружающей среды.

К наиболее распространенным хладоагентам относятся аммиак, углекислота, сернистый ангидрид, пропан, фреоны.

Ниже указаны температуры кипения (испарения) при атмосферном давлении веществ, используемых в качестве хладагентов (К):

Аммиак. . . . . . . . . . . . . . . 239,9 Этилен. . . . . . . . . . . . 168,0

Углекислота. . . . . . . . . . . 194,7 Метан. . . . . . . . . . . . 111,7

Сернистый ангидрид. . . . 263,1 Кислород. . . . . . . . . 90,2

Хлористый метил. . . . . 249,5 Азот. . . . . . . . . . . . . . 77,4

Фреон-22 . . . . . . . . . . . . . 243,8

Пониженное давление, необходимое для создания низкой температуры кипения, поддерживают путем отсасывания образующихся паров компрессором. При кипении (испарении) все тела поглощают из окружающей среды значительное количество тепла, в результате чего температура в среде понижается. Изменение внутренней энергии вещества при испарении происходит в результате увеличения его объема и кинетической энергии молекул этого вещества при переходе из жидкого состояния в состояние пара.

В основу машинного способа охлаждения может быть положено также адиабатическое (без подвода и отвода тепла) расширение сжатого газа .При расширении сжатого газа температура его значительно понижается, так как внешняя работа в этом случае совершается за счет внутренней энергии газа. На этом принципе и основана работа воздушных холодильных машин, расширительных машин поршневого, турбинного или роторного типов.

Искусственное охлаждение можно получить, используя десорбцию газов из растворов или твердых тел . Многие газы хорошо растворяются в жидкостях, например аммиак в воде, углекислота в спирте. Растворимость газов в жидкостях возрастает с увеличением давления, пропорционально этому давлению.

Выделение газа из жидкости, как и испарение, сопровождается резким увеличением объема и отводом тепла растворения. Этот процесс используется в циклах вводно-аммиачных абсорбционных холодильных машин и в разомкнутых холодильных системах с использованием растворов углекислоты в этиловом спирте.

Пористые твердые тела с развитой поверхностью, называемые адсорбентами, поглощают газы. Адсорбция газов твердыми телами увеличивается с ростом давления. При снижении давления происходит десорбция газа, сопровождающаяся отводом тепла. В холодильной практике используют процесс поглощения аммиака хлористым кальцием и силикагелем.

Можно получить низкие температуры термоэлектрическим способом (эффект Пельтье) . Термоэлектрические явления обусловлены наличием связи между тепловыми и электрическими процессами. Если к термопаре (замкнутой цепи из двух разнородных проводников) подвести постоянный ток, то один из спаев будет нагреваться, другой охлаждаться. При перемене направления тока изменится и нагрев спаев – нагретый будет охлаждаться, а холодный нагреваться. Эффект Пельтье обусловлен особенностями прохождения потока электронов через поверхность спая разнородных металлов. Это явление было открыто еще в 1834 г., но практического значения долгое время не имело.

В настоящее время эффект Пельтье применяется в домашних электрохолодильниках и комнатных кондиционерах с термопарами из различных полупроводников.

В последнее время получили распространение полупроводниковые термоэлементы. На рис.2-10 показан такой элемент, включающий полупроводники 1 и 2 и медные пластины 3.

Рис. 2-31. Полупроводниковый теплоэлемент:

а – схема; б – термоэлемент; в – зависимость охлаждающего эффекта DT max от температуры горячего спая; 1, 2 – полупроводники; 3 – медные пластины

Полупроводники (окислы металлов, сернистые соединения, химические соединения – германий, кремний, теллур, селен, а также их соединения) – это обширный класс веществ, занимающих по электропроводности промежуточное положение между проводниками и изоляторами.

Магнито-калорический эффект , основанный на размагничивании твердых тел (парамагнитных веществ), используют только при необходимости получения температур, близких к абсолютному нулю.

Вихревой способ (эффект Ранка) . На рисунке 2-32 приведена конструктивная схема вихревой трубы Ранка, которая состоит из корпуса 3 с соплом 4 и диафрагмой 5 , трубок холодного 6 и теплого 2 потоков и управляющего дросселя 1 .

Рис. 2-32. Трубка Ранка

Вихревая труба работает следующим образом. Если газ с температурой Т 1 и давлением Р 1 выпустить тангенциально в цилиндрическую трубку через сопло, в котором газ расширится до давления Р 2 и разгонится до скорости W, то в этой трубке, вращаясь, поток разделится на два потока с разными температурами Т х и Т г, причем Т х Т 1 Т г. Холодный поток с температурой Т х через диафрагму 5 уходит в трубку 6 , а теплый поток с температурой Т г отводится через трубку 2 и дроссель 1 .

Для охлаждения воды или рассола, а также для непосредственного охлаждения воздуха в практике кондиционирования используют естественные и искусственные источники холода.

Естественными источниками холода могут быть артезианская вода, вода горных рек и лед. К искусственным источникам относят парокомпрессионные, пароводяные и воздушные холодильные машины. В установках кондиционирования чаще других применяют парокомпрессионные машины.

Охлаждение и осушение воздуха часто происходит при начальной температуре воды 8-10°. Воду при такой температуре можно получить из артезианских источников. В горных районах температура речной воды обычно не превышает 5°. В случае применения артезианской воды или из горной реки необходимо непрерывно менять такую воду по мере повышения ее температуры. Холодная вода в таких установках непосредственно из сети или с подкачкой насосом подается в кондиционер, где она нагревается, а затем сбрасывается в водосток или используется для производственных нужд.

Применение артезианской воды в некоторых случаях имеет известные экономические преимущества по сравнению с искусственными источниками холода. Если для отведения нагретой воды в водоем необходимы водостоки большой протяженности, целесообразность использования артезианской воды следует установить путем технико-экономических сравнений.

Одним из недостатков артезианской воды как источника холода является довольно высокая ее температура, не позволяющая в ряде случаев обеспечить необходимое осушение обрабатываемого воздуха.

Лед в качестве источника холода можно применять для небольших установок кондиционирования воздуха. При этом качество льда должно удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям.

Искусственные источники холода в отличие от естественных имеют преимущество в том, что не требуется пополнять в них охлаждающую среду.

Процессы, протекающие в парокомпрессионных холодильных машинах, связаны с изменением агрегатного состояния холодильного агента, циркулирующего в системе.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема: «Физические процессы и технические средства получения искусственного холода на предприятиях АПК»

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПОЛУЧЕНИЯ ИСКУССТВЕННОГО ХОЛОДА

Неотъемлемой частью технологических процессов скоропортящихся продуктов, их последующей сохранности, транспортировки и реализации является искусственный холод.

Искусственное охлаждение - это отвод теплоты от тела, имеющего температуру более низкую, чем температура окружающей среды, в которой находится охлаждаемое тело.

Использование искусственного холода для сохранения скоропортящихся продуктов нашло свое применение еще в XIX веке, в основном на рыбных промыслах. В основу получения искусственного холода были положены физические процессы, которые сопровождаются поглощением теплоты. Иногда для этих целей используют механическую работу или электричество.

Существует ряд таких процессов, которые сопровождаются поглощением теплоты извне. К ним можно отнести фазовый переход вещества, а именно:

Плавление;

Испарение;

Сублимация (сухая пререгонка, возгонка - или непосредственно переход вещества при нагревании из твердого в газообразное состояние, минуя стадию жидкости);

Адиабатическое дросселирование (расширение газа, проходящего через суженное отверстие без совершения внешней работы и без теплообмена с окружающей средой - эффект Джоуля-Томсона);

Этот эффект обусловлен затратой внутренней энергии на работу против сил молекулярного притяжения, что приводит к изменению температуры реального газа. Применяется в технике глубокого охлаждения. В холодильных машинах АПК этот способ применяется крайне редко.

Адиабатическое расширение газа с совершением полезной внешней работы;

Вихревой эффект (эффект Ранка), который заключается в том, что сжатый воздух, имеющий температуру окружающего воздуха, подается в трубу по тангенциальному вводу;

Термоэлектрический эффект (эффект Пельтье) заключается в том, что при прохождении постоянного электротока через цепь, состоящую из двух разнородных металлов, один из них имеет более низкую температуру, второй более высокую. Холодный спай является источником низкой температуры. По такому принципу работают термоэлектрические охлаждающие устройства.

Для сохранения скоропортящихся продуктов их необходимо охлаждать постоянно. Это возможно в том случае, если имеется большой запас хладагента, или при его конечном количестве восстанавливать его первоначальное состояние, т.е. хладагент должен совершать круговой процесс или цикл, претерпевая ряд изменений, но обязательно превращаться в первоначальное состояние. Для этой цели необходимо затрачивать внешнюю работу.

2. термодинамические процессы и циклы холодильных установок

Идеальным циклом получения искусственного холода может быть холодильная установка, работающая в соответствии с обратным циклом Карно, сущность которого сводится к следующему. В отличие от прямого цикла, в котором производится работа при переходе теплоты от более нагретого тела к менее нагретому, в обратном цикле работа или теплота передается от менее нагретого тела к более нагретому. На диаграмме это явление (процесс) можно представить следующим образом.

Как видно из диаграммы, в процессе 1 - 2 хладагент адиабатно сжимается от объема V1 до объема V2 с повышением температуры от Т2 до Т1. Далее в процессе 2 - 3 осуществляется сжатие хладагента при одновременном изотермическом отводе тепла Q1 при температуре Т1 в окружающую среду. В процессе 3 - 4 хладагент адиабатно расширяется от объема V3 до объема V4 с понижением температуры от Т1 до Т2. В процессе 4 - 1 хладагент продолжает увеличиваться в объеме (расширяться) при температуре Т2, изотермически получая теплоту Q2 от более холодного тела относительно внешней среды.

Цикл идеальной холодильной машины

S - энтропия, т.е. количество энергии, которое передается в виде тепла от одного тела к другому (Клаудисус, 1852 г.)

Q - запас тепла

Т - абсолютная температура

Действительный цикл холодильной машины

1-2 - адиабата (S = const) - сжатие сухих паров в камере. Процесс 2-2" - охлаждение хладона в конденсаторе (P= const), отводит ранее полученное тепло окружающей среде.

2"-3 - сжатый хладон при Т= const и P=const конденсируется в конденсаторе.

3-3" - переохлаждение в теплообменнике изобарно. P= const.

3"-4 - расширение после ТРВ (изоэнтальпа, i= const.

4 -1 - кипение в испарителе (T = const, P = const).

1-2 - адиабатное сжатие в компрессоре до давления Р1.

Полезным эффектом холодильного цикла является количество теплоты Q2 , которая отбирается хладагентом от охлаждаемого продукта, имеющего температуру Т2 < Т1. Это количество теплоты принято называть холодопроизводительностью цикла, которую можно определить по формуле:

где i1 - энтальпия сухого пара хладагента;

i4 - энтальпия жидкого хладагента при температуре переохлаждения;

Сср - средняя теплоемкость хладагента при Р = const.

Для оценки работы холодильной машины, работающей по обратному циклу Карно, используют холодильный коэффициент, который определяется как отношение полезного количества теплоты, отнятой от холодильного источника ограниченных размеров, к затраченной работе на осуществление цикла, где Аобр - работа, затрачиваемая на осуществление обратного цикла.

Для осуществления такого цикла в рабочую схему холодильной машины необходимо устанавливать дополнительно расширитель принудительного действия - дендратер. Это приводит к дополнительному расходу энергии.

В действующих холодильных установках вместо расширительного цилиндра (расширителя) устанавливается дросселирующий вентиль, через который проходит хладагент с предварительным охлаждением. Это делается для того, чтобы увеличить количество кипящего хладагента в испарителе, что приведет к уменьшению цикла работы холодильной машины. Причем этот цикл сопровождается перегревом паров при сжатии.

Рабочий процесс холодильной машины можно представить в виде следующей диаграммы. Жидкий хладон кипит в испарителе при Т = const и Р2 = const (процесс 4-1 - изобара, изотерма), получая тепло Q2 , которое отводит от охлаждаемого тела.

Образовавшийся пар, пройдя теплообменник, поступает в компрессор, где адиабатно сжимается до давления Р1 (процесс 1-2) Сжатые и перегретые

пары из компрессора поступают в конденсатор, в котором при постоянном давлении Р1 охлаждаются (процесс 2-2") при одновременном изобарическом отводе тепла Q1, полученного в предыдущих процессах в окружающей среде. Отдавая теплоту, хладагент поступает в теплообменник (переохладитель), где он дополнительно охлаждается до более низкой температуры парами хладагента, вышедшими из испарителя, или водой. При этом давление Р1 = const, а температура ниже, чем температура конденсации Т1 (процесс 2"-3 изобара). Из теплообменника хладагент подается в фильтр-осушитель, пройдя через который поступает в ТРВ. Дросселируясь, хладагент адиабатно расширяется до давления Р2 (процесс 3-4 изоэнтальпа i = const) с понижением температуры от Т1 до Т2. Далее процесс повторяется.

Различают компрессионные холодильные машины, в которых происходит сжатие холодильного акта; теплоиспользующие холодильные машины, потребляющие тепловую энергию; термоэлектрические холодильные машины, основанные на использовании Пельтье явления.

Компрессионные холодильные машины в свою очередь подразделяют на газовые, в которых газообразный холодильный агент не меняет агрегатного состояния, и на паровые, в которых холодильный агент изменяет агрегатное состояние (пар - жидкость). Последние получили наиболее широкое распространение.

Теплоиспользующие холодильные машины подразделяют на абсорбционные, у которых в холодильном цикле участвуют два компонента - холодильный агент и поглотитель (абсорбент), и пароэжекторные, в которых сжатие пара осуществляется с помощью пароэжектора.

Холодильный агйнт или хладагйнт - это рабочее вещество холодильной машины. В зависимости от типа холодильной машины применяются различные хладагенты. Так, в паровых компрессионных холодильных машинах в качестве хладагента применяют хладоны, аммиак, углеводороды (пропан, этан, этилен и др. вещества; в абсорбционных - водные растворы аммиака и бромистого лития; в пароэжекторных - водный пар.

Рассмотрим схемы и принципы действия компрессионной паровой, теплоизолирующей абсорбционной и теплоиспользующей эжекторной холодильных машин.

Рис1. Принцип работы компрессионной холодильной машины

Схема компрессионной холодильной машины представлена на рис. 1. Она состоит из следующих основных элементов: испарителя 2, компрессора 3, конденсатора 6, теплообменника 9, фильтра-осушителя 11 и терморегулирующего вентиля ТРВ 10, соединенных между собой трубопроводами в замкнутую герметичную систему, заполненную холодильным агентом.

Испаритель содержит промежуточный теплоноситель (воду), находящийся в аккумуляторе холода 1 в результате теплообмена с кипящим холодильным агентом. Кипение холодильного агента в испарителе происходит за счет дросселирования в ТРВ и поддерживаемого компрессором низкого давления. Температура кипения холодильного агента в испарителе обычно на 5-150 ниже температуры охлаждаемой среды. Через поверхность испарителя вода отдает свое тепло холодильному агенту, который при этом превращается в пар. Таким образом, в испарителе холодильный агент кипит при низкой температуре, отбирая тепло от охлаждаемой воды.

Компрессор отсасывает пары холодильного агента из испарителя и поддерживает в нем низкое давление, обеспечивающее низкую температуру кипения. Кроме того, компрессор нагнетает пары в конденсатор и сжимает их до такого высокого давления, при котором они превращаются в жидкость при условии охлаждения их окружающей средой с температурой 20-300С.

Конденсатор обеспечивает охлаждение сжатых паров холодильного агента окружающим воздухом с целью понижения температуры паров до температуры конденсации (состояния насыщения) и конденсации насыщенных паров в жидкое состояние.

Ресивер создает запас жидкого холодильного агента, необходимый для обеспечения равномерного питания им испарительной системы. Кроме того, ресивер является дополнительной емкостью конденсатора, которая предотвращает переполнение последнего жидким холодильным агентом. Ресивер работающей холодильной машины должен быть заполнен жидким холодильным агентом на 50% своего объема.

Теплообменник обеспечивает переохлаждение жидкого холодильного агента, поступающего к терморегулирующему вентилю, и перегрев парообразного холодильного агента, поступающего из испарителя в компрессор.

Фильтр-осушитель улавливает различные механические загрязнения (опилки, ржавчину и т.п.) холодильного агента и поглощает влагу, находящуюся в системе.

Терморегулирующий вентиль предназначен для дросселирования жидкого холодильного агента, поступающего в испаритель, и регулирования его расхода. Дросселирование сопровождается понижением давления холодильного агента от давления конденсации до давления кипения. Кроме того, терморегулирующий вентиль обеспечивает необходимое заполнение испарителя жидким холодильным агентом, подавая в единицу времени столько жидкости, сколько паров успевает за это время отсосать компрессор.

Таким образом, холодильная машина работает по замкнутому циклу. Процесс дросселирования жидкого холодильного агента терморегулирующим вентилем (ТРВ) сопровождается изменением агрегатного состояния холодильного агента. Часть жидкости, прошедшей через ТРВ, превращается в насыщенный пар, охлаждая при этом остальную часть холодильного агента до температуры кипения. Поэтому из ТРВ выходит смесь жидкости и насыщенного пара (влажный пар). Относительное содержание пара в этой смеси 10-20% по массе или до 90-95% по объему. Влажный пар, поступающий в испаритель, разделяется на жидкую и газообразную фазы. Жидкость в испарителе кипит при давлении кипения, поглощая тепло от промежуточного теплоносителя (воды) через стенки испарителя. Пары, поступающие из ТРВ и образовавшиеся при кипении, отсасывает компрессор. Температура и давление кипения зависят от требуемой температуры охлаждения, величины теплопередающей поверхности испарителя и интенсивности теплообмена.

Пары холодильного агента, отсасываемые компрессором, по мере продвижения по испарителю в результате теплообмена через стенки последнего дополнительно подогреваются. Поэтому их температура на выходе из испарителя обычно на 2-70С выше температуры кипения.

Сжатие паров холодильного агента в компрессоре с давления кипения до давления конденсации сопровождается возрастанием их внутренней энергии, давления и температуры. Температура конца сжатия паров компрессоре зависит от разности давлений на входе и выходе из компрессора и достигает 60-800С.

В конденсаторе последовательно происходит три процесса: охлаждение сжатых паров до состояния насыщения, их конденсация и переохлаждение жидкого холодильного агента. Давление и температура конденсации зависит от температуры охлаждающей среды, величины теплопередающей поверхности конденсатора и интенсивности теплопередачи. Как правило, температура конденсации на 5-200С превышает температуру охлаждающей среды.

Жидкий холодильный агент из конденсатора через ресивер, теплообменник и фильтр-осушитель поступает в ТРВ и цикл повторяется. Таким образом, холодильный агент, совершая движение по замкнутому циклу, отнимает тепло от воды в аккумуляторе холода и отдает его воздуху, обдувающему конденсатор.

Абсорбционная холодильная машина

В теплоиспользующей абсорбционной холодильной машине (АХМ) для отвода пара из испарителя служит абсорбер - сосуд, заполненный водой. Пары аммиака (холодильный агент R717) из испарителя И попадают в абсорбер Аб. Вода, через которую пробулькивают пары аммиака, растворяет их (абсорбирует, т.е. впитывает). Некоторое снижение давления в абсорбере способствует поступлению новых паров из испарителя в абсорбер.

При растворении аммиака в воде выделяется теплота, которая ухудшает дальнейшее растворение аммиака. Поэтому абсорбер необходимо охлаждать.

Насыщенная аммиаком вода (крепкий раствор) подается в генератор Г. Здесь крепкий раствор нагревается проходящим по змеевику горячим паром (в домашних абсорбционных холодильниках крепкий раствор нагревается электроспиралью или с помощью газовой горелки). Пары аммиака, образующиеся при нагревании крепкого раствора, из генератора поступают в конденсатор Кд, где охлаждаются водой и конденсируются. Жидкий аммиак высокого давления дросселируется в регулирующем вентиле ТРВ и поступает в испаритель, где кипит при низком давлении, отбирая теплоту от охлаждающих сред.

Оставшийся в генераторе, после выкипания аммиака, слабый водоаммиачный раствор возвращается в абсорбер и впитывает новые порции паров аммиака, поступающие из испарителя.

Таким образом, в отличии от компрессионной машины в абсорбционной вместо компрессора используются два аппарата (абсорбер и генератор), а также насос для подачи жидкости, мощность которого примерно в 10 раз меньше, чем у компрессора.

В домашних абсорбционных холодильниках насос и вентиль 2РВ вообще исключены из схемы. Это достигается добавлением в испаритель водорода. В результате давление в конденсаторе становится равным суммарному давлению аммиака и водорода в испарителе. При этом добавление водорода не влияет на температуру кипения аммиака в испарителе, так как она определяется только парциальным давлением паров аммиака.

Холодильный коэффициент

в абсорбционных машинах е? в три раза меньше, чем в компрессионных. Отсутствие компрессора, создающего при работе шуми выходящего из строя быстрее, чем теплообменные аппараты, обуславливает применение абсорбционных машин также и для домашних холодильников.

Однако, по сравнению с компрессионными холодильные машины абсорбционные имеют ряд недостатков. Поскольку нагреватель постоянно или циклично включен в электросеть, эксплуатация абсорбционных холодильных машин обходится дороже компрессионных, включающихся в сеть периодически. Производительность абсорбционных холодильных машин значительно ниже компрессионных, процесс охлаждения и получения низкой (минусовой) температуры в абсорбционных холодильных машинах протекает значительно медленнее и достигаемая температура значительно выше, чем в компрессионных холодильных машинах.

Широко распространены в быту холодильники абсорбционного типа (АТ). Свое название они получили от происходящих в них процессах абсорбции, т.е. поглощение жидким или твердым поглотителем паров хладагента, образующихся в испарителе. Хладагентом служит аммиак. Пары аммиака поглощаются водой с образованием при этом водоаммиачного раствора.

Компонентами раствора для заполнения холодильного агрегата являются: хладагетн - аммиак, абсорбент - бидистиллят воды, ингибитор - хромат натрия Na2CrO4 , инертный газ - водород. Количество водоаммиачного раствора для заполнения холодильного агрегата составляет 350-750 см3, концентрация аммиака в водоаммиачном растворе 34-36% (по массе).

Агрегат наполнен водоаммиачным раствором и водородом под давлением 1,47-1,96 МПа. Водород инертен и не вступает в химическую реакцию с аммиаком.

Назначение водорода - создание противодавления аммиачному пару. Водород подается в конденсатор с меньшим давлением, чем давление аммиачного пара до его конденсации.

Для предохранения внутренней поверхности труб холодильного агрегата от коррозии в раствор вводят хромат натрия (Na2CrO4) в количестве? 2% массы заряда. Водоаммиачный раствор приготавливают, смешивая аммиак с дистиллированной водой двойной перегонки.

Холодильный агрегат расположен на задней стенке холодильного шкафа, испаритель - внутри холодильной камеры.

Холодопроизводительность агрегата абсорбционно-диффузионного типа 20-30 ккал/ч.

Холодильный агрегат

Рис. Холодильный агрегат абсорбционного типа

1 - кипятильник; 2 - дефлегматор; 3 - конденсатор;

4 - испаритель; 5 - абсорбер; 6 - капиллярная трубка Ш 0,8 мм

Холодильный агрегат абсорбционно-диффузионного действия изготовлен из бесшовных труб, соединенных газовой сваркой. Основные узлы агрегата:

генератор - выработка аммиачного пара и подъем слабого раствора на высоту слива в абсорбер;

конденсатор - конденсация паров аммиака;

испаритель - испарение жидкого аммиака с образованием холода;

абсорбер - поглощение пара аммиака водоаммиачным раствором (процесс абсорбции);

электронагреватель - нагрев водоаммиачного раствора в генераторе.

Принцип работы холодильного агрегата абсорбционного типа заключается в следующем. Концентрированный раствор постоянно нагревается в кипятильнике 1 до температуры кипения каким-либо источником тепла (электрическим, газовым и т.д.). Так как температура кипения хладагента значительно ниже температуры кипения растворителя (абсорбента), то в процессе выпаривания концентрированного раствора (приблизительно t = 165-1750С) из кипятильника выходят концентрированные пары хладагента с небольшим количеством растворителя. На пути движения к конденсатору концентрированные пары хладагента проходят специальный теплообменный аппарат (дефлегматор 2), в котором происходит частичная конденсация концентрированных паров. При этом образовавшийся конденсат стекает в слабый раствор, выходящий из кипятильника, а более концентрированные пары хладагента поступают в конденсатор 3. Высококонцентрированный жидкий хладагент по капиллярной трубке Ш 0,8 мм из конденсатора поступает в испаритель 4, где он закипает при отрицательной температуре, отбирая тепло из холодильной камеры. Слабый раствор из кипятильника поступает в абсорбер 5 и охлаждается окружающей средой до температуры начала абсорбции. Выходящие из испарителя пары хладагента также поступают в абсорбер навстречу движущемуся охлажденному слабому раствору. В абсорбере происходит процесс поглощения (абсорбции) паров хладагента слабым раствором. При этом выделяется некоторое количество теплоты абсорбции (смешения) в окружающую среду. Образовавшийся в абсорбере концентрированный раствор термонасосом подается в кипятильник.

Циркуляция раствора и хладагента осуществляется непрерывно, пока работает кипятильник и термонасос, обогреваемые одним источником тепла. Таким образом, в абсорбционном холодильном агрегате непрерывного действия роль всасывающей части механического компрессора выполняется абсорбером, а нагнетательной - термонасосом.

Российской промышленностью выпускаются абсорбционные холодильные агрегаты: Морозко 3м, 4м, 5м; Ладога 40м; Спутник АШ-60, Кристалл 4, 9,9 м, 12м; Иней, Россия. Стоимость таких агрегатов значительно дешевле, но нет в нашей республике гарантийного обслуживания и ремонта.

В пароэжекторной холодильной машине рабочий пар из кипятильника (парогенератора) поступает в сопло эжектора, где расширяется и, выходя из сопла с большой скоростью, инжектирует (захватывает) холодный пар из испарителя. Общий поток поступает в конденсатор, где создается давление Рк.

Схема пароэжекторной холодильной машины

1 - кипятильник; 2 - эжектор; 3 - испаритель; 4 - охладительные объекты; 5, 7 - насосы;

6 - конденсатор.

Из конденсатора основная часть жидкости насосом возвращается в кипятильник, а меньшая часть поступает через регулирующий вентиль РВ1 в испаритель. В нем за счет работы эжектора поддерживается низкое давление Р0, при котором часть воды испаряется, пары отсасываются эжектором, а основная масса охлаждается и насосом подается к охлаждаемым объектам. В испаритель вода возвращается через регулирующий вентиль РВ2.

По энергетическим показателям пароэжекторные машины уступают компрессионным, но простота их конструкции и обслуживания, низкая начальная стоимость, высокая надежность и возможность использования теплоты низкого потенциала делают их применение в определенных условиях предпочтительным.

Рабочие вещества холодильных машин, их основные свойства и область применения

Рабочее вещество, с помощью которого в холодильной машине совершается обратный круговой цикл, называется хладагентом. Хладагенты используют в холодильных машинах, кондиционерах воздуха и теплонасосах. Наиболее распространенными теплоагентами являются вода, аммиак, хладоны и воздух.

В зависимости от используемого хоадагента холодильные машины делят на две группы: паровые и газовые.

Паровые машины бывают двух типов - компрессионные и абсорбционные. В машинах первого типа циркуляцию хладона осуществляет компрессор. Во втором типе - циркуляция обеспечивается за счет тепловой энергии теплонагревателя при нагреве им сжиженного газа.

В газовых машинах в качестве хладагента используют воздух.

В кондиционерах в качестве хладагента используют воду, т.к. температура теплоносителя всегда больше 00С (t > 00С).

Воду используют в качестве хладагента и в установках абсорбционного и эжекторного типов.

Аммиак применяют в специальных абсорбционных установках при температуре кипения tк > -700С. Основные преимущества его:

Малый удельный объем при температурах испарения;

Большая теплота парообразования;

Незначительная растворимость в масле;

Не оказывает координирующего действия на сталь.

К недостаткам относятся его ядовитость, горючесть, а также взрывоопасность при концентрации в воздухе 16…26,8 %. В смеси с водой разъедает цинк, медь, бронзу и др. медные сплавы, за исключением фосфористой бронзы. Поэтому большее распространение получили в качестве хладагентов углеродные или углеводородные соединения, содержащие фтор, хлор и бром. Это позволило повысить надежность, энергетическую эффективность и безопасность холодильных машин. Первоначально такие галоидопроизводные предельных углеводородов называли фреонами из-за того, что торговая американская фирма «Дюпон» в 1928 г. Впервые синтезировала фреон-12. В настоящее время вместо термина «фреон» введен термин «хладон». Обозначение хладонов согласно международного стандарта МС ИСО 817-74 строится по формуле R - N (где R - символ, обозначающий холодильный агент; N - номер хладона или присвоенный номер для других хладагентов). Для хладонов номер расшифровывается в следующем порядке.

Первая цифра в двухзначном номере или первые две или первые две цифры в трехзначном номере обозначают тот насыщенный углеводород CnH2n+2 , на базе которого получен хладон. Установлены следующие цифры: 1 - СН4 (метан); 11 - С2Н6 (этан); 21 - С3Н8 (пропан); 31 - С4Н10 (бутан) и т.д. Галоидные соединения насыщенных углеводородов CnH2n+2 , полученные путем замены атомов водорода атомами фтора, хлора, брома (CnHxFyClzBru), чрезвычайно многочисленны. Число молекул отдельных составляющих, входящих в эти химические соединения, связаны зависимостью x + y + z + u = 2n + 2.

Справа пишут число атомов фтора в хладоне CF2Cl2 - R12, C3F4Cl4 - R214 и т.д. При наличии в хладоне атомов брома после основного номера пишут букву В, а за ней число атомов брома: CF2Br2 - R12B2 . Незамещенные атомы водорода - плюс столько единиц, сколько осталось незамещенных атомов к первой цифре (метан) или ко второй в остальных соединениях.

К основным свойствам хладагентов относятся теплофизические, физико-химические и физиологические. К теплофизическим свойствам относятся вязкость м, теплопроводность л, плотность с, температура замерзания tкр и др. м, л, с - влияют на коэффициент теплопередачи при кипении и конденсации. Большим значением л, с и малой вязкости м соответствуют большие значения коэффициентов теплопередачи. Вязкость и плотность влияют на гидравлические сопротивления при циркуляции хладагента в системе. К физико-химическим свойствам относятся растворимость в смазочных маслах и воде, инертность к металлам, взрывоопасность и воспламеняемость. По физиологическим свойствам хладагенты не должны быть ядовитыми.

По характеру взаимодействия с маслом все хладагенты разделяют на две группы. К первой относятся хладагенты с ограниченной растворимостью в масле (аммиак R717, углекислота R44, близко подходят хладоны R13, R14, R115); ко второй группе - с неограниченной растворимостью (R11, R12, R21, R22, R40). Это значит, что при ограниченной растворимости в жидкой фазе смеси наблюдаются два слоя, из которых в одном преобладает масло, в другом - хладагент. Во втором случае этого не наблюдается и, кроме того, если кипит не чистый хладагент, а смесь (R12 + масло), то для получения такой же температуры кипения, что и для чистого R12, необходимо поддерживать более низкое давление кипения и, следовательно, затрачивать излишнюю работу на сжатие пара.

Кроме того, маслохладоновая смесь имеет большую вязкость. А это уменьшает коэффициент теплопередачи. Растворимость хладонов в воде также имеет важное значение для нормальной работы холодильной машины. Избыточное присутствие влаги приводит к «запайке» льдом дроссельного отверстия терморегулирующего вентиля.

Взаимодействие хладонов с металлами зависит также от содержания в них влаги.

Галогенизированные углеводороды дают с влагой галогенные кислоты, при которых возможны гидролиз хладона и коррозия металлов.

Хладагент не должен быть взрывоопасным и ядовитым, а также не воспламеняться в смеси с воздухом. Однако аммиак вызывает раздражение глаз и верхних дыхательных путей. Допустимая концентрация его в воздухе > 0,02 г/м3.

Хладоны с большим содержанием фтора или полностью фторированные (R13, R113) практически безвредны для человека. R12 только на открытом пламени разлагается на составные части. В продуктах его разложения содержится фосген. Недостаток фтора - озоновые дыры.

В каких областях применяются различные хладагенты?

Аммиак (R717), хладоны (R12, R22) используют в компрессионных холодильных машинах для получения температуры кипения до -30…-400С без вакуума в системе охлаждения. R12 применяют в одноступенчатых холодильных машинах с tконд = < + 750С и tкип = > -300С, в домашних холодильниках, кондиционерах, водоохлаждающих холодильных машинах. R22 применяют для машин с поршневыми и винтовыми компрессорами одно- и двухступенчатого сжатия, а также в бытовых холодильниках. Диапазон tкип = -10…1700С, tконд = < 500С.

Для уменьшения растворимости и циркуляции масла вместо R22 используют смесь R22 и R12, а также азетропную смесь R502.

R502 применяют в низкотемпературных одноступенчатых холодильных машинах при tконд = < 500С и tкип = > -450С и т.д.

Для практического использования наиболее перспективными можно считать следующие хладагенты:

для высокотемпературных холодильных машин

Ркр/Р0 R12/R114; R22/R114; R143/R142

Р0 - давление расширения

для среднетемпературных

R22/R114; R143/R12; R13B1/R12; R12/R142; R22/R12/R142/CO2

для низкотемпературных

R13/R12; R13B1/R12; R13/R22/R12/азот.

Примерные обозначения и основные термодинамические свойства наиболее распространенных хладонов

По давлению конденсации при температуре конденсации tк = 300С хладагенты делятся на три группы:

1) хладагенты высокого давления (2 < Р30 < 7 МПа) или низкотемпературные (tн.к ниже -600С) - R744; R13; R14;

2) хладагенты среднего давления (0,3 < Р30 < 2 МПа) или среднетемпературные (tн.к выше -600С и ниже -100С) - R717; R12; R22; R115; R143; R502;

3) хладагенты низкого давления (Р30 < 0,3 МПа) или высокотемпературные (tн.к выше -100С).

По виду использования хладагента холодильные машины подразделяются на аммиачные, хладоновые, пропановые, пароводяные, водоаммиачные и др. На практике применяется более двадцати хладагентов.

Поскольку в сельском хозяйстве применяются в основном компрессионные холодильные установки, трущиеся части компрессора должны быть тщательно смазаны. Для смазки применяются специальные смазочные масла, которые длительное время сохраняют свои физико-химические свойства без старения с возможно низкой температурой застывания и высокой температурой вспышки. Для этой цели применяют специальные холодильные (рефрежираторные) масла высокого качества типа ХФ. При этом каждому виду хладона должен соответствовать его тип масла (R12 - ХФ 12-16; R22 -ХФ 22-24; R717 -ХА; ХА-23; ХА-30; ХА-34).

Старение масла происходит под действием кислорода воздуха, в результате чего происходит коррозия металла и выделение смолистых веществ, которые приводят к закупорке небольших проходных отверстий в холодильной машине. Смазочные масла не должны содержать влаги. Поэтому выпускают их тщательно просушенными, а хранят в герметически закрытой таре. Перед заправкой холодильной машины масло обязательно дополнительно сушат.

Смазочные масла должны иметь низкие температуры помутнения и застывания. Помутнение происзодит при понижении температуры вследствие выделения из масла кристаллов парафина. А это приводит к закупорке небольших проходных сечений в машине (капиллярных трубок) и нарушению нормальной работы холодильника.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Холодильная техника. Под ред. В.Ф. Лебедева. -М.: Агропромиздат, 2006.

А.И.Побединский и др. Искусственный холод на предприятиях АПК. -Мн.: Ураджай, 2004

...

Подобные документы

Физические основы получения искусственного холода. Холодильные агенты и промежуточные хладоносители, их свойства и требования, предъявляемые к ним. Типы холодильных машин и агрегатов, системы охлаждения, ремонт установок и задачи их эксплуатации.

контрольная работа , добавлен 29.03.2011


Использование холода в кондитерском производстве. Оптимальные параметры охлаждающих сред для производства конфет. Группировка потребителей холода по изотермам холода. Расчет термодинамических циклов холодильных машин. Схема системы хладоснабжения.

курсовая работа , добавлен 19.06.2011


Монтаж холодильных установок: оборудования со встроенными герметическими машинами, малых установок с вынесенными агрегатами, установок средней и большой производительности. Техника безопасной работы при обслуживании и эксплуатации холодильных установок.

курсовая работа , добавлен 05.11.2009


Системы охлаждения холодильных камер. Основные способы получения холода. Устройство и принцип действия компрессионной холодильной машины. Холодильные машины и агрегаты, применяемые в современной торговой деятельности. Их конструкция и основные виды.

курсовая работа , добавлен 17.04.2010


Область применения холодильных установок. Обслуживание оборудования, холодильно-компрессорных машин и установок в соответствии с техническими чертежами и документацией. Требования к индивидуальным особенностям специалиста и профессиональной подготовке.

презентация , добавлен 10.01.2012


Основные принципы агрегатирования парокомпрессорных холодильных машин. Состав компрессорно-конденсаторных и компрессорно-испарительных агрегатов. Конструктивные особенности воздушного конденсатора. Морозильные бонеты, их виды и область применения.

реферат , добавлен 11.09.2014


Характеристика основного назначения холодильной техники, которая позволяет сохранять свойства пищевых продуктов, а также получать пищевые продукты с новыми свойствами. Принцип действия компрессионных, абсорбционных и пароэжекторных холодильных машин.

реферат , добавлен 15.12.2010


История и современное состояние испарителей холодильных установок. Камерные приборы тихого охлаждения. Классификация и конструкции основных типов испарителей холодильных установок. Камерные приборы тихого охлаждения. Модернизация атмосферных испарителей.

курсовая работа , добавлен 12.10.2013


Роль холодильных технологий на рынке пищевых продуктов. Характеристика района строительства. Расчёт строительных площадей камер хранения и холодильника. Выбор строительно-изоляционных конструкций и расчет толщины теплоизоляции. Подбор оборудования.

курсовая работа , добавлен 29.06.2012


История создания и классификация абсорбционных холодильных машин; область применения и использования. Расчёт цикла, генератора, тракта подачи исходной смеси. Патентный обзор машины с мультиступенчатым эжектором и абсорбционно-диффузионного агрегата.

Получение холода сводится к уменьшению содержания тепла в твердом теле, жидкости или газе. Охлаждение - это процесс отнятия тепла, приводящий к понижению температуры или изменению агрегатного состояния физического тела. Различают естественное и искусственное охлаждение .

Это отвод тепла от охлаждаемого тела в окружающую среду. При этом способе температуру охлаждаемого тела можно понизить только до температуры окружающей среды. Это самый простой способ охлаждения без затраты энергии.

Искусственное охлаждение - это охлаждение тела ниже температуры окружающей среды. Для искусственного охлаждения применяют холодильныр машины или холодильные установки. При этом способе охлаждения необходимо затратить энергию.

Существует несколько способов получения искусственного холода . Самый простой - охлаждение с помощью льда или снега. Ледяное охлаждение имеет существенный недостаток - температура охлаждения ограничена температурой таяния льда. В качестве охладителей используют водный лед, льдосоляные смеси, сухой лед и жидкие холодильные агенты (хладоны и аммиак).

Льдосоляное охлаждение производится с применением дробленого водного льда и соли. Из-за добавления соли скорость таяния льда увеличивается, а температура таяния льда опускается. Охлаждение сухим льдом основано на действии твердого диоксида углерода - при поглощении тепла сухой лед переходит из твердого состояния в газообразное. С помощью сухого льда можно получить более низкую температуру, чем при использовании водного льда: охлаждающее действие 1 кг сухого льда почти в 2 раза больше, чем 1 кг водного льда, при охлаждении не возникает сырости, выделяемый газообразный диоксид углерода обладает консервирующими свойствами, способствует лучшему сохранению продуктов. Сухой лед применяется при перевозках замороженных продуктов, охлаждении фасованного мороженого, хранении замороженных фруктов и овощей.

Наиболее распространенным и удобным при эксплуатации является машинное охлаждение. По сравнению с другими машинное охлаждение обладает следующими преимуществами:

• возможностью создания низкой температуры в широких пределах;
• автоматизацией процесса охлаждения;
• доступностью эксплуатации и технического обслуживания и др.

Машинное охлаждение получило в торговле наибольшее распространение в связи с рядом достоинств: автоматическим поддержанием постоянной температуры хранения в зависимости от вида продуктов, рациональным использованием полезной емкости для охлаждения продуктов, удобством обслуживания, высокой экономичностью и возможностью создания необходимых санитарно-гигиенических условий хранения продуктов.

В основу машинного охлаждения положено свойство некоторых веществ кипеть при низкой температуре, поглощая при этом большое количество теплоты из окружающей среды. Такие вещества называют холодильными агентами ().

Хладагенты - это рабочие вещества паровых холодильных машин, с помощью которых обеспечивается получение низких температур. Хладагенты должны иметь высокую теплоту парообразования, низкую температуру кипения, высокую теплопроводность. Вместе с тем хладагенты не должны быть взрывоопасными, легко воспламеняющимися, ядовитыми. Важное значение имеет стоимость хладагентов. Наиболее отвечающим этим требованиям являются хладон 12, хладон 22 и аммиак. Хладон поступает в торговые предприятия в металлических баллонах, окрашенных в алюминиевый цвет и имеющих условную маркировку R12 или R22.

Выполнить 5 заданий

Физическая природа тепла и холода одинакова, разни­ца состоит только в скорости движения молекул и атомов. В более нагретом телœе скорость движения больше, чем в [ менее нагретом. При подводе к телу тепла движение воз­растает, при отнятии тепла уменьшается. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, тепловая энергия есть внутренняя энергия движения моле­кул и атомов.

Охлаждение тела - это отвод от него тепла, сопро­вождаемый понижением температуры. Самый простой спо­соб охлаждения - теплообмен между охлаждаемым телом и окружающей средой - наружным воздухом, речной и морской водой, почвой. Но этим способом, даже при самом совершенном теплообмене, температуру охлаждаемого тела можно понизить только до температуры окружающей сре­ды. Такое охлаждение принято называть естественным. Ох­лаждение тела ниже температуры окружающей среды на­зывается искусственным. Стоит сказать, что для него используют глав­ным образом скрытую теплоту, поглощаемую телами при изменении их агрегатного состояния.

Количество тепла или холода измеряется калориями Или килограмм-калориями (килокалория). Калория - это Количество тепла, крайне важное для нагрева 1 г воды на 1°С При нормальном атмосферном давлении, килокалория - для Нагрева 1 кг воды на 1°С при тех же условиях.

Существуют несколько способов получения искусствен­ного холода. Самый простой из них - охлаждение при по­мощи льда или снега, таяние которых сопровождается по-

глощением довольно большого количества тепла. В случае если теп-лопритоки извне малы, а теплопередающая поверхность льда или снега относительно велика, то температуру в по­мещении можно понизить почти до 0°С. Практически в по­мещении, охлаждаемом льдом или снегом, температуру воздуха удается поддерживать лишь на уровне 5-8"С. При ледяном охлаждении используют водный лед или твердую углекислоту (сухой лед).

При охлаждении водным льдом происходит изменение его агрегатного состояния - плавление (таяние). Холодо-производительность, или охлаждающая способность чисто­го водного льда, принято называть удельной теплотой плавления. Она равна 335 кДж/кᴦ. Теплоемкость льда равна 2,1 кДж/ кг градус.

Водный лед применяется для охлаждения и сезонного хранения продовольственных товаров, овощей, фруктов в климатических зонах с продолжительным холодным перио­дом, где в естественных условиях в зимний период его лег­ко можно заготовить.

Водный лед в качестве охлаждающего средства приме­няется в специальных ледниках и на ледяных складах. Лед­ники бывают с нижней загрузкой льда (ледник-погреб) и с боковой - карманного типа.

Ледяное охлаждение имеет существенные недостатки: температура хранения ограничена температурой таяния льда (обычно температура воздуха на ледяных складах 5- 8"С), в ледник крайне важно закладывать количество льда, достаточное на весь период хранения, и добавлять по мере крайне важности; значительные затраты труда на заготовку и хранение водного льда; большие размеры помещения для льда, превышающие примерно в 3 раза размеры помеще­ния для продуктов; значительные затраты труда на соблю­дение необходимых требований, предъявляемых к хране­нию пищевых продуктов и отводу талой воды.

Лъдосоляное охлаждение производится с применением дробленого водного льда и соли. Благодаря добавлению соли

скорость таяния льда увеличивается, а температура тая-jjjfH льда опускается ниже. Это объясняется тем, что до­бавление соли вызывает ослабление молекулярного сцеп­ления и разрушение кристаллических решеток льда. Тая-л^е льдосоляной смеси протекает с отбором теплоты от ок­ружающей среды, в результате чего окружающий воздух охлаждается и температура его понижается. С повышени­ем содержания соли в льдосоляной смеси температура плав­ления ее понижается. Раствор соли с самой низкой темпе­ратурой таяния принято называть эвтектическим, а темпе­ратура его таяния - криогидратной точкой. Крио-гидратная точка для льдосоляной смеси с поваренной солью -21,2"С при концентрации соли в растворе 23,1% по отно­шению к общей массе смеси, что примерно равно 30 кг соли на 100 кг льда. При дальнейшей концентрации соли проис­ходит не понижение температуры таяния льдосоляной сме­си, а повышение температуры таяния (при 25%-ной кон­центрации соли в растворе к общей массе температура та­яния повышается до -8°С).

При замораживании водного раствора поваренной соли в концентрации, соответствующей криогидратной точке, по­лучается однородная смесь кристаллов льда и соли, кото­рая принято называть эвтектическим твердым раствором.

Температура плавления эвтектического твердого раствора поваренной соли -21,2°С, а теплота плавления 236 кДж/кᴦ. Эвтектический раствор применяют для зеро-торного охлаждения. Для этого в зероты - наглухо запа­янные формы - заливают эвтектический раствор поварен­ной соли и замораживают их. Замороженные зероты ис­пользуют для охлаждения прилавков, шкафов, охлаждае- M bix переносных сумок-холодильников и т. д. В торговле Ль досоляное охлаждение широко применялось до массо- в ого выпуска оборудования с машинным способом охлаж­дения.

Охлаждение сухим льдом основано на свойстве твер-Дой углекислоты сублимировать, т. е. при поглощении теп-

ла переходить из твердого состояния в газообразное, ми­нуя жидкое состояние. Физические свойства сухого льда следующие: температура сублимации при атмосферном дав­лении - 78,9"С; теплота сублимации 574,6 кДж/кᴦ.

Сухой лед обладает следующими преимуществами по сравнению с водным:

* можно получать более низкую температуру;

* охлаждающее действие 1 кг сухого льда почти в 2 раза больше, чем 1 кг водного льда;

* при охлаждении не возникает сырости, кроме того, при сублимации сухого льда образуется газообразная уг­ лекислота͵ которая является консервирующим средством, способствующим лучшему сохранению продуктов.

Сухой лед применяется для перевозки замороженных продуктов, охлаждения фасованного мороженого, заморо­женных фруктов и овощей.

Искусственного охлаждения можно достигнуть также, если смешать лед или снег с разведенными кислотами. На­пример, смесь из 7 частей снега или льда и 4 частей разве­денной азотной кислоты имеет температуру -35°С. Низкую температуру можно получить и растворением солей в раз­веденных кислотах. Так, если 5 частей азотнокислого аммо­ния и 6 частей сернокислого натрия растворить в 4 частях разведенной азотной кислоты, то смесь будет иметь темпе­ратуру -40°С.

Получение искусственного холода с помощью снега или льда, а также с помощью охлаждающих смесей имеет су­щественные недостатки: трудоемкость процессов заготовки льда или снега, их доставки, трудность автоматического регулирования, ограниченные температурные возможности.

В последнее время в связи с энергетическим кризисом, загрязнением окружающей среды всœе более актуальной ста­новится проблема использования для холодильной обработки пищевых продуктов нетрадиционных экологически безопас­ных методов получения холода. Наиболее перспективным

из них является криогенный метод на базе жидкого и газо­образного азота с применением безмашинной проточной системы хладоснабжения, предусматривающей одноразовое использование криоагента.

Перспективность данного метода хладоснабжения воз­растает в связи с открытием в России больших запасов (340 млрд м л) подземных высокоазотных газов. Себестоимость очищенного азота на порядок ниже, чем азота͵ полученно­го с помощью метода разделœения воздуха.

Безмашинные проточные системы азотного охлажде­ния имеют значительные преимущества: очень надежны в эксплуатации и имеют высокую скорость замораживания, обеспечивающую практически полное сохранение качества и внешнего вида продукта͵ а также минимальные потери его массы за счет усушки.

Особо следует отметить экологическую чистоту таких систем (в атмосфере Земли содержится до 78% газообраз­ного азота).

Наиболее распространенным и удобным в эксплуатаци­онном отношении способом охлаждения является машин­ное охлаждение.

Машинное охлаждение - способ получения холода за счет изменения агрегатного состояния хладагента͵ кипения его при низких температурах с отводом от охлаждаемого тела или среды крайне важной для этого теплоты парообра­зования.

Для последующей конденсации паров хладагента тре­буется предварительное повышение их давления и темпе­ратуры.

В основу машинного способа охлаждения может быть положено также адиабатическое (без подвода и отвода теп­ла) расширение сжатого газа. При расширении сжатого газа температура его значительно понижается, так как внешняя Работа в этом случае совершается за счет внутренней энер­гии газа. На этом принципе основана работа воздушных хо­лодильных машин.

Охлаждение путем расширения сжатого газа, в част­ности воздуха, отлично от всœех способов охлаждения. Воз­дух при этом не меняет своего агрегатного состояния, как лед, смеси и хладон, он только нагревается, воспринимая теплоту окружающей среды (от охлаждаемого тела).

Широкое применение машинного охлаждения в тор­говле объясняется рядом его эксплуатационных свойств и экономических преимуществ. Стабильный и легко регули­руемый температурный режим, автоматическое действие холодильной машины без больших затрат труда на техни­ческое обслуживание, лучшие санитарно-гигиенические условия хранения продуктов, компактность и общая эконо­мичность определяют целœесообразность применения машин­ного охлаждения.

На предприятиях оптовой и розничной торговли исполь­зуют в основном паровые холодильные машины, действие которых основано на кипении при низких температурах спе­циальных рабочих веществ - хладагентов. Паровые холо­дильные машины подразделяют на компрессионные, в которых пары хладагента подвергаются сжатию в компрес­соре с затратой механической энергии, и абсорбцион­ные, в которых пары хладагента поглощаются абсорбен­том.

Устройство и принцип действия компрессионной холо­дильной машины. Компрессионная холодильная машина (рис. 3.1) состоит из следующих базовых узлов: испарите­ля, компрессора, конденсатора, ресивера, фильтра, тер-морегулирующего вентиля. Автоматическое действие ма­шины обеспечивается терморегулирующим вентилем и ре­гулятором давления. К вспомогательным аппаратам, спо­собствующим повышению экономичности и надежности ра­боты машины, относятся: ресивер, фильтр, теплообмен­ник, осушитель. Машина приводится в действие электро­двигателœем.

Испаритель - охлаждающая батарея, которая погло­щает тепло окружающей среды за счет кипящего в ней

при низкой температуре хладагента. Учитывая зависимость отвида охлаждаемой среды различают испарители для охлажде­ния жидкости и воздуха.

Кожпрессор предназначен для отсасывания паров хлад­агента из испарителя, сжатия и нагнетания их в перегретом состоянии в конденсатор. В малых холодильных машинах Применяют поршневые и ротационные компрессоры, при­чем наибольшее распространение получили поршневые.

Конденсатор - теплообменный аппарат, служащий для снижения паров хладагента путем их охлаждения. По виду

охлаждающей среды конденсаторы выпускают с водяным ц воздушным охлаждением. Конденсаторы с принудительным движением воздуха имеют вертикально расположенные плоские змеевики из медных или стальных сребренных труб. Естественное воздушное охлаждение применяется только в холодильных машинах бытовых электрохолодильников. Конденсаторы с водяным охлаждением бывают кожухозме-евиковые и кожухотрубные.

Ресивер - резервуар, служащий для сбора жидкого хладагента с целью обеспечения его равномерного поступ­ления к терморегулирующему вентилю и в испаритель. В малых хладоновых машинах ресивер предназначен для сбора хладагента во время ремонта машины.

Фильтр состоит из медных или латунных сеток и су­конных прокладок. Он служит для очистки системы и хлад­агента от механических загрязнений, образовавшихся в ре­зультате недостаточной очистки их при изготовлении, монтаже и ремонте. Фильтры бывают жидкостные и паро­вые. Жидкостный фильтр устанавливается после ресивера перед терморегулирующим вентилем, паровой - на всасы­вающей линии компрессора.

Для предотвращения попадания ржавчины и механи­ческих частиц в цилиндры малых фреоновых холодильных машин, во всасывающую полость компрессора вставляют фильтр в виде стаканчика из латунной сетки.

Терморегулирующий вентиль обеспечивает равномер­ное поступление хладона в испаритель, распыляет жид­кий хладагент, тем самым понижает давление конденсации до давления испарения.

От правильной регулировки терморегулирующего вен­тиля во многом зависит экономичность работы холодильной машины. Избыток жидкого хладона в испарителœе вследствие влажного хода компрессора может привести к возникнове­нию гидравлического удара. При недостаточном заполнений испарителя жидкостью часть поверхности его не исполь­зуется, что ведет к нарушению нормального режима рабо-

ты машины и понижению температуры испарения хлад­агента.

Регулятор давления состоит из прессостата (регулятора лизкого давления) и маноконтроллера (выключателя высо­кого давления). Для регулировки температурного режима в определœенных пределах крайне важно, чтобы холодопроизво-дительность холодильной машины всœегда превышала приток тепла к ней. По этой причине в нормальных условиях нет необходи­мости в непрерывной работе холодильной машины.

Периодическое включение холодильной машины осу­ществляется прессостатом автоматически. Требуемый тем­пературный режим достигается путем регулирования про­должительности перерывов работы холодильной машины. Маноконтроллер служит для защиты от чрезмерного по­вышения давления в линии нагнетания. При повышении дав­ления в конденсаторе свыше 10 атм (норма - 6-8 атм) он размыкает цепь катушки магнитного пускателя, питание электродвигателя отключается и холодильная машина ос­танавливается.

Работа холодильной машины происходит следующим образом. Легкоиспаряющаяся жидкость (хладон-12) посту­пает через терморегулирующий вентиль в испаритель. По­падая в условия низкого давления, она кипит, превраща­ясь в пар, и при этом отбирает тепло у воздуха, окружаю­щего испаритель.

Из испарителя пары хладона отсасываются компрессо­ром, сжижаются и в перегретом от сжатия состоянии на­гнетаются в конденсатор. В охлаждаемом водой или возду­хом конденсаторе они превращаются в жидкость. Жидкий хладон стекает по трубам конденсатора и скапливается в ресивере, откуда под давлением проходит через фильтр, г Де задерживаются механические примеси (песок, окалина * Др.).

Очищенный от примеси хладон, проходя через узкое °тверстие терморегулирующего вентиля, дросселируется (мнется), распыляется и при резком снижении давления и

температуры поступает в испаритель, после чего цикл по­вторяется.

Рабочий цикл холодильной машины с учетом взаимо­действия приборов автоматики состоит в следующем. При выключенном электродвигателœе контакты релœе давления разомкнуты, терморегулирующий вентиль не пропускает жидкий хладон из конденсатора в испаритель, так как игла до конца вошла в седловину и плотно закрыла проходное сечение. В испарителœе в это время продолжается процесс кипения оставшегося после выключения машины жидкого хладагента. От притока внешнего тепла температура испа­рителя постепенно повышается и, следовательно, давле­ние скопившихся в нем паров возрастает. Давление в испа­рителœе будет расти до тех пор, пока прессостат релœе дав­ления не замкнет контакты и машина не вступит в работу.

С включением машины в работу начинается отсос пере­гретых паров из испарителя в компрессор. Это влечет за собой повышение температуры и давления в чувствитель­ном патроне терморегулирующего вентиля, вследствие чего игольчатый клапан открывает проходное отверстие. Жид­кий хладагент, интенсивно кипя, устремляется в трубы испарителя. Кипение сопровождается значительным пони­жением температуры парожидкостной смеси, в результате чего охлаждаются стенки испарителя, окружающий его воздух и скоропортящиеся продукты.

Понижение температуры окружающей среды снижает величину теплопритока. Кипение становится менее интен­сивным, сокращается количество пара, падает давление в испарителœе до предела, при котором релœе давления раз­мыкает контакты и машина останавливается. К моменту вык­лючения машины уменьшается подача жидкого хладагента в испаритель, поскольку избыток поступившего в него хлад­агента ведет к снижению температуры выходящих паров и к автоматическому прикрытию игольчатого клапана термо­регулирующего вентиля. Через несколько секунд после ос­тановки машины давление в термобаллоне и испарителœе

окончательно сравнивается и игольчатый клапан закрыва­ется.

Хладагенты. Хладагенты - это рабочие вещества па­ровых холодильных машин, с помощью которых обеспечи­вается получение низких температур. Наиболее распрост­раненные из них - хладон и аммиак.

При выборе хладагента руководствуются его термоди­намическими, теплофизическими, физико-химическими и физиологическими свойствами. Важное значение имеет так­же его стоимость и доступность. Хладагенты не должны быть ядовиты, не должны вызывать удушья и раздраже­ния слизистых оболочек глаз, носа и дыхательных путей человека.

Хладон-12 (R-12) имеет химическую формулу CHF 2 C1 2 (дифтордихлорметан). Он представляет собой газообразное бесцветное вещество со слабым специфическим запахом, который начинает ощущаться при объемном содержании его паров в воздухе свыше 20%. Хладон-12 обладает хорошими термодинамическими свойствами.

Хладон-22 (R-22), или дифтормонохлорметан (CHF 2 C1), так же как и хладон-12, обладает хорошими термодина­мическими и эксплуатационными свойствами. Отличается он более низкой температурой кипения и более высокой теплотой парообразования. Объемная холодопроизводи-тельность хладона-22 примерно в 1,6 раза больше, чем хладона-12.

Аммиак (NH 3) - бесцветный газ с удушливым сильным характерным запахом. Аммиак имеет достаточно высокую объемную холодопроизводительность. Производство его ос­новано главным образом на методе соединœения водорода с азотом при высоком давлении с наличием катализатора. Аммиак применяют и для получения низких температур (до -70°С) при глубоком вакууме. Теплота парообразова­ния, теплоемкость и коэффициент теплопроводности у ам­миака выше, а вязкость жидкости меньше, чем у хладонов. По этой причине он имеет высокий коэффициент теплоотдачи. Сто-

имость аммиака невысока по сравнению с другими хлад~

агентами.

Как известно, некоторые хладагенты обладают озоно-разрушающей способностью, что не может не тревожить международную общественность.

Способность хлорсодержащих хладагентов вызывать данный процесс принято называть озоноразрушающим потенциа­лом - ОРП (рис. 3.2).

R~403BR^t04A R-22 R-134A R-12 R-502

Рис. 3.3. Потенциал глобального потепления

0,5-.				£7
0,45-
0,4-
0,35-				^.		£?
0,3-cl 0,25-				1 1
0 0,2-		x~7
0,15		1-		^ i
0,1		ИХ |^"	Pli
0,05		К ^	^^Ji^:	^v ^			*r
0-		ОС	" I «fc	СЧ 4- ОС		г ОС

Рис. 3.2. Озоноразрушающий потенциал

Продолжительность жизни хладагентов в атмосфере также очень важный фактор. Это показатель времени, в течение которого различные вещества сохраняются в ат­мосфере и могут влиять на окружающую среду. Иными сло­вами, чем дольше химикат или хладон сохраняется в ат­мосфере, тем он менее экологически безопасен (рис. 3.4).

80-60- 40-20-0