Шпаргалка по "Процессы и аппараты пищевых производств"

 1.холодильные агенты и хладоносители

Холодильный агент (рабочее тело) - вещество, без которого невозможен какой-либо термодинамический цикл или процесс. Основными холодильными агентами являются аммиак, вода, хладоны и воздух.

При нормативном атмосферном давлении 0,1 МПа холодильный агент должен иметь достаточно низкую температуру  кипения, чтобы при работе холодильной  машины не было разрежения в испарителе. Например, для аммиака NH₃ температура кипения при давлении 0,1 МПа составляет 33,4 °С.

Вода применяется чаще всего в установках кондиционирования воздуха, где обычно температура теплоносителя больше нуля. В качестве холодильного агента воду используют в установках абсорбционного и эжекторного типов.

Аммиак имеет малый удельный объем при температуре кипения -70 °С, большую теплоту парообразования, слабую растворимость в масле и другие преимущества. Его применяют в поршневых компрессионных и абсорбционных установках. К недостаткам аммиака следует отнести ядовитость, горючесть, взрывоопасность при концентрациях в воздухе 16-26,8%.

Хладоны (фреоны) химически инертны, мало- или невзрывоопасны. Хладоны - галоидопроизводные предельных углеводородов, получаемые путем замены атомов водорода в насыщенном углеводороде С_nН_2n+2 атомами фтора, хлора, брома (С_nH_x, Cl_z, F_y, Вr_u). Число молекул отдельных составляющих, входящих в химические соединения хладонов, связаны зависимостью х + у + z + u = 2n + 2. Любой холодильный агент обозначается символами RN, где R - символ, указывающий на вид холодильного агента, N - номер хладона или присвоенный номер для других холодильных агентов. В качестве рабочих тел могут использоваться азеотропные смеси, составляемые из двух холодильных агентов.

В обозначениях смесей холодильных  агентов указывают названия составляющих и их массовые доли. Хладон R502 можно  обозначить R22/R115 (48,8/51,2). Цифрами, начиная  с 500, условно обозначают азеотропные  смеси, процентный состав которых в  процессе кипения и конденсации  практически не изменяется.

Холодильным агентам неорганического  происхождения (аммиак, вода) присваивают  номера, равные их молекулярной массе  увеличенной на 700. Так, аммиак и воду обозначают соответственно R717 и R718. Холодильный  агент должен обладать определенными  теплофизическими и физико-химическими  свойствами, от которых зависят конструкция  холодильника и расход энергии.

К теплофизическим свойствам холодильного агента относятся вязкость μ, теплопроводность λ, плотность ρ и др. Они, как и теплота парообразования r, оказывают влияние на коэффициент теплоотдачи при) кипении и конденсации. Бóльшим значениям λ, ρ, r и малой вязкости соответствуют большие значения коэффициентов тепло отдачи.

К физико-химическим свойствам относятся  растворимость холодильных агентов  в смазочных маслах и воде, инертность к металлам, взрывоопасность и  воспламеняемость. На гидравлическое сопротивление при циркуляции холодильного агента в системе влияют μ и ρ: чем они больше, тем больше сопротивление. Количество циркулирующего в системе холодильного агента уменьшается с ростом теплоты парообразования.

При ограниченной растворимости холодильных  агентов в масле в жидкой фазе смеси наблюдаются два слоя, из которых в одном преобладает  масло, в другом - холодильный агент. К холодильным агентам с ограниченной растворимостью относятся аммиак R7I7, диоксид углерода R44 и ограниченно  растворимые хладоны R13, R14, R115.

К холодильным агентам с неограниченной растворимостью относятся Rl1, R12, R21, R40. В этом случае для смеси хладона  и масла требуется поддержание  более низкого давления кипения, поэтому на сжатие пара затрачивается  излишняя работа.

Хладоносители. Хладоносители являются промежуточным веществом между источником холода и объектом охлаждения. Они подразделяются на жидкие и твердые.

К жидким хладоносителям относятся водные растворы солей - рассолы и однокомпонентные вещества, замерзающие при низких температурах (этиленгликоль, кремнийорганическая жидкость). Применяют водные растворы солей NaCl, MgCl₂, СаСl₂, температура замерзания которых до известного предела (состояния криогидратной точки) зависит от концентрации рассола. Для уменьшения коррозирующего действия рассолов на металлические части оборудования в них добавляют пассиваторы: хромовую соль, фосфорные кислоты, силикат натрия.

Этиленгликоль в зависимости от концентрации в воде может иметь  температуру замерзания от 0 °С(вода) до -67,2 °С при концентрации 70% по объему.

Твердые хладоносители - эвтектический лед, имеющий постоянную температуру плавления и образующийся при криогидратной температуре, который представляет их себя смесь льда и соли.

Холодильные агенты. Какой-либо термодинамический процесс или  цикл совершается с помощью холодильного агента (рабочего тела).

При нормативном атмосферном  давлении 0,1 МПа холодильный агент  должен иметь достаточно низкую температуру  кипения, чтобы при работе холодильной  машины не было разрежения в испарителе. Например, для аммиака NH3 температура  кипения при давлении 0,1 МПа составляет 33,4 °С.

Основными холодильными агентами являются вода, аммиак, хладоны и  воздух.

Воду применяют главным  образом в установках кондиционирования  воздуха, где обычно температура  теплоносителя tн > 0 °С. В качестве холодильного агента воду используют в установках абсорбционного и эжекторного типов.

Аммиак имеет малый  удельный объем при температуре  кипения -70 °С, большую теплоту парообразования, слабую растворимость в масле и другие преимущества. Его применяют в поршневых компрессионных и абсорбционных установках. К недостаткам аммиака следует отнести ядовитость, горючесть, взрывоопасность при концентрациях в воздухе 16-26,8 %.

Холодильным агентам неорганического  происхождения (аммиак, вода) присваивают  номера, равные их молекулярной массе  увеличенной на 700. Так, аммиак и воду обозначают соответственно R717 и R718.

Холодильный агент должен обладать определенными теплофизическими и физико-химическими свойствами, от которых зависят конструкция  холодильной машины и расход энергии.

2. двухступенчатые холодильные машины

Холодильная машина, устройство, служащее для отвода теплоты от охлаждаемого тела при температуре более низкой, чем температура окружающей среды. Холодильная машина используются для  получения температур от 10 °С до -150 °С. Область более низких температур относится к криогенной технике. Холодильная машины работают по принципу теплового насоса - отнимают теплоту от охлаждаемого тела и с затратой энергии (механической, тепловой и т.д.) передают её охлаждающей среде (обычно воде или окружающему воздуху), имеющей более высокую температуру, чем охлаждаемое тело.

Двухступенчатая холодильная машина состоит из одноступенчатых машин, которые называют нижним и верхним каскадом. Верхний каскад двухступенчатой холодильной машины представляет собой традиционную фреоновую установку с теплообменником. У нижнего каскада есть одна особенность: использование газового теплообменника вместо парожидкостного.Стоит обратить внимание и на термоэлектрическую холодильную машину.

Более высокой эффективностью по сравнению  с одноступенчатыми отличаются двухступенчатые АБХМ. В этих установках, в отличие от одноступенчатых холодильных машин, используется два конденсатора или два абсорбера, с тем чтобы обеспечить более эффективное выделение хладагента из абсорбента при меньших затратах тепловой энергии.

Двухступенчатые АБХМ могут быть разных конфигураций. Две основные конфигурации – системы с двойным конденсатором и системы с двойным абсорбером. Принцип их действия основан на том, что охлаждающая способность холодильной машины зависит, прежде всего, от количества хладагента, который может быть переведен в газовую фазу в испарителе, и, используя тепловую энергию, отводимую от конденсатора или образующуюся на стадии абсорбции, можно повысить количество хладагента, десорбируемого из абсорбента.

В качестве источника тепловой энергии  в машинах этого типа может  использоваться перегретый пар высокого давления либо различные виды горючего топлива, чаще всего природный газ. Двухступенчатые АБХМ целесообразно  использовать в тех случаях, когда  стоимость электрической энергии  высока относительно стоимости природного газа (либо другого топлива). Кроме  того, двухступенчатые АБХМ могут  применяться в случаях, когда  есть источник перегретого пара высокого давления. Они более эффективны, но при этом отличаются более высокой  стоимостью по сравнению с одноступенчатыми. Более высокая стоимость двухступенчатых АБХМ обуславливается в том числе применением более дорогостоящих материалов высокой коррозионной стойкости (из-за более высоких рабочих температур), с большей площадью поверхности теплообменника, более сложными системами управления.

В  двухступенчатых холодильных  машинах получают температуру кипения  хладагента до -80 °С.

3.умеренное охлаждение. компрессионные паровые холодильные машины. цикл идеальной машины.

Охлаждение – процесс понижения температуры материала путем отвода от него теплоты. Охлаждение всегда связано с переносом тепла от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Способы получения искусственного холода классифицируются по требуемой температуре охлаждения. Условно различают умеренное охлаждение (диапазон температур +20 ... –100 °С) и глубокое охлаждение (температура ниже -100 °С).

Техника осуществления холодильного процесса зависит от температуры, которая должна быть достигнута. Принято различать умеренное охлаждение, охватывающее область температур примерно до —100°, и глубокое охлаждение до —210° и ниже. Однако это деление в значительной мере условно; так, например, способ, характерный для техники умеренного охлаждения,—испарение холодильного агента при пониженном давлении,—применяют иногда для глубокого охлаждения, а понижение температуры рабочего тела расширением его в расширительной машине, широко применяемое при глубоком охлаждении, используется иногда в технике умеренного охлаждения.

для выработки холода используются  в компрессионных— электрическая энергия. Паровые компрессионные холодильные машины имеют наибольшее распространение и предназначены для охлаждения тел от температуры окружающей среды до —120 °С. В качестве хладагентов в паровых компрессионных холодильных машинах используют вещества, имеющие низкую температуру кипения при атмосферном давлении: фреоны, аммиак, пропан, пропан-бутановую смесь и другие вещества и их смеси.

Все холодильные машины умеренного охлаждения в зависимости от способа  их действия подразделяют на следующие  группы:

компрессионные паровые холодильные  машины;

компрессионные газовые (воздушные) холодильные машины;

абсорбционные холодильные машины;

пароводяные эжекторные холодильные машины

Холодильная машина - устройство, служащее для отвода теплоты от охлаждаемого тела при температуре более низкой, чем температура окружающей среды. Процессы, происходящие в холодильных машинах, являются частным случаем термодинамических процессов, т. е. таких, в которых происходит последовательное изменение параметров состояния рабочего вещества: температуры, давления, удельного объема, энтальпии. Холодильные машины работают по принципу теплового насоса - отнимают теплоту от охлаждаемого тела и с затратой энергии (механической, тепловой и т. д.) передают её охлаждающей среде (обычно воде или окружающему воздуху), имеющей более высокую температуру, чем охлаждаемое тело. Холодильные машины используются для получения температур от 10°С до -150°С. Область более низких температур относится к криогенной технике. Работа холодильной машины характеризуется их холодопроизводительностью.

Принцип действия компрессионных холодильных машин

Компрессионные холодильники - наиболее распространённые и универсальные. Основными составляющими частями  такого холодильника являются:

-  компрессор, получающий энергию от электрической сети;

-  конденсатор, находящийся снаружи холодильника;

-  испаритель, находящийся внутри холодильника;

-  терморегулирующий расширительный вентиль, ТРВ, являющийся дросселирующим устройством;

-  хладагент, циркулирующее в системе вещество с определёнными физическими характеристиками.

Ко всем элементам холодильной  машины предъявляется требование высокой  герметичности. В зависимости от вида холодильного компрессора компрессионные машины подразделяются на поршневые, турбокомпрессорные, ротационные и винтовые.

Хладагент под давлением через  дросселирующее отверстие (капилляр или  ТРВ) поступает в испаритель, где  за счёт резкого уменьшения давления происходит испарение жидкости и  превращение ее в пар. При этом хладагент отнимает тепло у внутренних стенок испарителя, за счёт чего происходит охлаждение внутреннего пространства холодильника.

Компрессор засасывает из испарителя хладагент в виде пара, сжимает  его, за счёт чего температура хладагента повышается и выталкивает в конденсатор.

В конденсаторе, нагретый в результате сжатия хладагент остывает, отдавая  тепло во внешнюю среду, и конденсируется, то есть превращается в жидкость. Процесс  повторяется вновь.

Таким образом, в конденсаторе хладагент  под воздействием высокого давления конденсируется и переходит в  жидкое состояние, выделяя тепло, а  в испарителе под воздействием низкого  давления вскипает и переходит в  газообразное, поглощая тепло.

Терморегулирующий вентиль (ТРВ) необходим  для создания необходимой разности давлений между конденсатором и  испарителем, при которой происходит цикл теплопередачи. Он позволяет правильно (наиболее полно) заполнять внутренний объем испарителя вскипевшим хладагентом. Пропускное сечение ТРВ изменяется по мере снижения тепловой нагрузки на испаритель, при понижении температуры в камере количество циркулирующего хладагента уменьшается. Капилляр — это аналог ТРВ. Он не меняет свое сечение, а дросселирует определенное количество хладагента, зависящее от давления на входе и выходе капилляра, его диаметра и типа хладагента.

Обычно также присутствует теплообменник, выравнивающий температуру на выходе из конденсатора и из испарителя. В  результате к дросселю поступает  уже охлажденный хладагент, который  затем ещё сильнее охлаждается  в испарителе, в то время как  хладагент, поступивший из конденсатора подогревается, прежде чем поступить в компрессор и конденсатор. Это позволяет увеличить эффективность холодильника.