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; Т_г, Т_х — 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