Шпаргалка по "Процессы и аппараты пищевых производств"

При достижении необходимой температуры  температурный датчик размыкает  электрическую цепь и компрессор останавливается. При повышении  температуры (за счёт внешних факторов) датчик вновь включает компрессор.

Для повышения экономической эффективности  холодильной машины (снижения затрат энергии на единицу отнятого от охлаждаемого тела количества теплоты) иногда перегревают  пар, всасываемый компрессором, и  переохлаждают жидкость перед дросселированием. По этой же причине для получения температур ниже -30°С используют многоступенчатые или каскадные холодильные машины.

В многоступенчатых холодильных машин сжатие пара производится последовательно в несколько ступеней с охлаждением его между отдельными ступенями. При этом в двухступенчатых холодильных машинах получают температуру кипения хладагента до -80 °С.

В каскадных холодильных машинах, представляющих собой несколько  последовательно включенных холодильных  машин, которые работают на различных, наиболее подходящих по своим термодинамическим свойствам для заданных температурных условий хладагентах, получают температуру кипения до -150 °С.

Цикл паровой компрессионной холодильной машины - это термодинамический процесс, в котором жидкий хладагент испаряется, сжимается и конденсируется в непрерывном цикле для охлаждения камеры или пространства. Термодинамический цикл — это два или больше связанных процесса, которые в конечном счете возвращают рабочую жидкость к начальному состоянию. Цикл связанных процессов системы машинного охлаждения называют циклом паровой компрессионной холодильной машины. Простои цикл паровой компрессионной холодильной машины состоит из четырех основных процессов: расширение, испарение, сжатие и конденсация. В данных процессах давление, температура и состояние хладагента меняются. В каждом отдельном процессе свойства хладагента меняются. Но в конце последнего процесса хладагент возвращается в начальное состояние с теми же качествами, которые у него были в начале первого процесса, и образуется цикл. Компоненты для выполнения данных процессов представлены в предыдущем разделе.

Для понимания цикла паровой компрессионной холодильной машины необходимо сначала рассмотреть каждый процесс отдельно. При понимании отдельных процессов можно проанализировать их относительно других процессов, которые составляют цикл. Необходимо понимать взаимосвязь процессов, так как изменения в одном процессе вызывают соответствующие изменения в других, которые составляют цикл паровой компрессионной холодильной машины.  

Холодильный цикл идеальной парокомпрессионной машины: ρ — давление; i — энтальпия.

Идеальные холодильные  циклы и установки

Термодинамич. совершенство реального (необратимого) цикла оценивается сравнением его параметров с параметрами идеального (обратимого) цикла. Отношение холодильного коэф. реального цикла к холодильному коэф. соответствующего идеального цикла наз. термодинамическим коэффициентом цикла  
Известны схемы и параметры ряда идеальных циклов: охлаждения, термостатирования,конденсации, сжижения и др.

Схема установки, работающей по этому  циклу, и его изображение в  координатах Т -S показаны на рис. 2 (здесь  и далее точками 1, 2, 3,..., п обозначены стационарные характерные состояния рабочего тела, а изменения его параметров, отвечающие происходящим в установке процессам, изображены линиями 1-2 и т.д.). Хладагент изотермически сжимается в компрессоре K₁ от давления р₁ до давления р₂(процесс 1-2), при этом теплота сжатия q₀ отдается в окружающую среду. Затем происходит адиабатич. расширение рабочего тела в детандере (процесс 2-3, S = const), где за счет совершения работы l_д хладагентом его температура понижается до Т_x=Т₃. В Теплообменнике, то рабочее тело нагревается (процесс 3-4) до температуры Т₄ путем подвода к нему теплоты q_xот охлаждаемого тела (процесс 4'-3') и адиабатически сжимается (процесс 4-1) в компрессоре К₂ до начальных параметров (точка 1). Процесс в ТО характеризуется отсутствием гидравлич. потерь, а также равенством температур охлаждаемого и рабочего тел во всех сечениях аппарата. Температура охлаждаемого тела уменьшается, а затрачиваемая работа l_ц = l_K1 + l_K2 - l_д = q₀ - q_x, где l_K1 и l_K2 - работы изотермич. и адиабатич. сжатия хладагента в компрессорах

.

4. методы искусственного  охлаждения

На протяжении многих лет, применяли разные виды и методы искусственного охлаждения, чтобы сохранить свежесть скоропортящихся продуктов. Обычно для этого применялся лёд, сухой  лёд, системы верхних крепежных  плит, различные криогенные системы  или механическое охлаждение. Однако к сегодняшнему дню, главную роль стало играть механическое охлаждение. Рефрижераторы с криогенными охладителями довольно успешно использовались в последнее 20 летие (как правило жидкий двуокись углерода С02 или азот N2), но им не удалось выжить с рынка механическое охлаждение.

Механическое охлаждение

Оно заключается в том, что поглощаемое тепло в одном  месте обязательно выделится  в другом. Обычно это достигается  при помощи циркуляции хладагента (фреон). Охладитель потребляет тепло в грузовом отсеке и передает его через конденсатор, распологающийся снаружи. Циркуляция хладагента по системе происходит под воздействием компрессора, приводящийся в движение механическим двигателем. Механические рефрижераторы отличаются своей способностью отводить тепло. Системная мощность как раз и выражается в количестве теплоты, отведённой системой за час при температуре снаружи в 300С и температуре внутри 0С и -200С. Требуемая мощность охлаждения, для какого то конкретного транспортного средства, в основном зависит от объёма тепла, которое необходимо удалить и еще какая то резервная мощность.

Охлаждение с  помощью льда

Как всем понятно, лед представляет хорошее охлаждающее вещество для  защиты скоропортящихся грузов. Примерно Один кг льда поглощает 318 кдж тепла. Но по мимо охлаждения, лед позволяет сохранять влажность внутри контейнера. Основные же недостатки в использования льда такие, что заметно уменьшается полезный вес груза, возникают трудности и лишние затраты, связанные с заменой тающего льда прям на маршруте следованиягрузовика и большая необходимость в водонепроницаемых контейнерах.

В наше время широко применяется  практика использования измельченного  или порошкового льда при перевозке, его просто распыляют по требуемой  поверхности с целью постоянного  охлаждения и поддержания достаточного уровня влажности. Такое вид применения получил название «поверхностного  охлаждения льдом». Такое охлаждение может пригодится в каких то критических ситуациях, для охлаждения груза в контенере в случае если система механического охлаждения вышла из строя в дороге.

Криогенные хладагенты

Так же для рефрижераторной  техники могут применяться низкотемпературные рефрижераторные системы, в которых используется жидкостная или твердая двуокись углерода или жидкий азот. Такие системы в основном применяются при транспортировке, которая длится не больше суток, т.к. сеть заправок жидким криогенным веществом в наше время еще не достаточно широко развита. Преимущество же криогенных систем в том, что в них меньше движущихся механизмов, которые надо обслуживать и поддерживать в хорошем состоянии, в отличии от механических систем, а так жеу них значительно небольше воздействие на окружающую среду.

Криогенные системы работают как правило на жидком хладагенте, находящийся в герметичных баках. Температурный датчики по всему контейнеру приводят в действие дозатор, который сразу же начинает распылять хладагент. Жидкая двуокись углерода или жидкий азот переходят в газообразное состояние при взаимодействии с теплым воздухом трейлера, поглощая тепло. По достижению заданной температуры датчик передает сигнал на контроллер о прекращении подачи охладителя.

В процессах  искусственного охлаждения снижение температуры  холодильного агента, который играет роль переносчика тепла, происходит с помощью: ) И испарения низко  кипящих жидкостей; 2) расширение разнообразных  предварительно сжатых газов  
 
Расширение газов можно осуществить: 
А) при пропускании газа через дросселирующее устройство, которое вызывает сужение потока с последующим его расширением - шайбу с отверстием, вентиль и т.п.; в случае дросселирования расширения газа протекает Ізоентальпійно и без осуществления внешней работы.  
Б) при расширении газа в детандере - машине, построенной подобно поршневого компрессора или турбокомпрессора; процесс охлаждения при расширении газа в детандере в теоретическом цикле происходит адиабатически и с осуществлением внешней работы. 
Испарения иизькокиплячих жидкостей. Для производства холода широко используется испарения разнообразных жидкостей, которые обладают низкими, обычно отрицательными, температурами кипения. При испарении такие жидкости охлаждаются за счет уменьшения энтальпии до температуры кипения при давлении испарения. Так, например, если жидкий аммиак испаряется при давлении 1 ао, то его температура снижается до -34 градусов С -температуры кипения аммиака при данном давлении. При этом аммиак можно использовать для охлаждения различных сред до температур, которые 
примерно уровне -30 С. В случае испарения аммиака при повышенных давлениях его температура кипения повышается и он может быть использован для охлаждения до менее низких температур. 
Дросселирования газов. При дроселюванні работа, которая осуществляется газом, затрачивается на преодоление трения в отверстиях дроселюю чего прибора и переходит в тепло, в результате чего процесс расширения происходит без изменения энтальпии (ізоентальпійно). 
В случае идеального газа при постоянстве энтальпии сохраняется постоянной и температура газа. Дросселирования же реальных газов сопровождается, несмотря на постоянство энтальпии, изменением температуры газа. 
Явление изменения температуры реального газа при его дроселюванні получило название дроссельного эффекта или эффекта Джоуля-Томсона. Дроссельный эффект считается положительным, если при дроселюванні газ охлаждается, и отрицательным, если газ нагревается. 
Температура газа, при которой дроссельный эффект превращается в ноль, называется інверсійною. Большинство газов имеют высокую інверсійну температуру и при дроселюванні охлаждаются. Отрицательным дроссельным эффектом обладают водород и гелий, которые, в отличие от других газов, при дроселюванні нагреваются.  
Отношение бесконечно малой изменения температуры до вызываю чего его бесконечно малого понижения давления газа называется дифференциальным дроссельным эффектом

5. искусственное охлаждение. Общие сведения. Термодинамические основы получения хорода.

ИСКУССТВЕННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ, процесс, при котором температура в холодильной КАМЕРЕ снижается. В домашнем холодильнике пар холодильного агента, такого как АММИАК или ГАЛОГЕНУГЛЕРОДЫ, переменно сжимается и расширяется. В начале газ сжимается насосом, при этом повышается его температура. Потом он охлаждается КОНДЕНСАТОРОМ, который превращает его в жидкость. Затем он перемещается в испаритель, где расширяется и кипит, впитывая тепло из окружающей среды и таким образом охлаждая холодильную камеру. Затем он вновь подается в насос для сжатия. см. также КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА.

Искусственное охлаждение помещений  и различных тел находит широкое  применение в народном хозяйстве (при  строительстве подземных железных дорог, в угольной, горной, рудной, химической и газовой промышлепностях, па машиностроительных заводах, где производится термическая обработка деталей машин при низких температурах). Холод имеет огромное значение для сохранения пищевых продуктов. Для получения холода используются различные установки, в которых применяют в качестве рабочего тела газообразные тела.  
 
Искусственное охлаждение применяется в случаях, когда прочностные свойства материала недостаточны для имеющихся в деталях напряжений (фиг. 107), или детали работают с трением в условиях высокой температуры (фиг. 110), или необходимо ограничиться применением перлитной стали. :  
 
Искусственное охлаждение обусловливает разности температур и, следовательно, напряжения в охлаждаемых деталях. В этом отношении оно противоречит принципу освобождения деталей от термических напряжений.  
 
Основной задачей холодильной установки является искусственное охлаждение помещений и различных тел, например продуктов в рефрижераторных трюмах и в провизионных камерах, ниже температуры окружающей среды и поддержание этих температур сколь угодно долго. Искусственное охлаждение можно осуществлять двумя способами:

• с помощью другого вещества с более низкой температурой за счет отвода теплоты, чаще всего при изменении его агрегатного состояния;
• с помощью охлаждающих устройств, холодильных машин и установок, которые составляют специализированную область техники, называемую холодильной техникой.

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).

Термодинамические основы получения холода. Согласно второму началу термодинамики, указанный выше перенос теплоты самопроизвольно не происходит, требуя затрат работы. В термодинамич. процессах подвод или отвод теплоты q описывается через изменение энтропии dS системы: dq = TdS, где Т - т-ра. Отсюда следует, что при подводе к телу теплоты его энтропия возрастает, а при отводе теплоты -уменьшается. В непрерывных холодильных процессах хладагент должен принять теплоту от охлаждаемого тела на ниж. температурном уровне, отдать теплоту на верх. уровне к.-л. теплоприемнику и вернуться в исходное состояние. Поэтому в установившемся процессе суммарная энтропия хладагента не изменяется (dS=0).  
Поскольку при передаче теплоты от охлаждаемого тела энтропия хладагента повышается, в любой холодильной установке должен проходить иной (компенсирующий) процесс, при к-ром энтропия хладагента уменьшается. В общем случае энтропия м. б. представлена как ф-ция т-ры и к.-л. другого параметра тела (напр., давление, фазовое состояние, степень намагниченности). Поэтому, если имеется изотермич. или близкий к нему процесс, в к-ром наблюдается значит. изменение энтропии при изменении иного параметра, то подобный процесс можно рассматривать как потенциальную основу для создания холодильных установок. К таким процессам относятся, напр., изотермич. процессы сжатия либо адсорбции газов, намагничивания парамагнетиков и сверхпроводников. При этом низкая т-ра достигается соотв. в адиабатич. процессах расширения и десорбции газов, размагничивания парамагнетиков и сверхпроводников (см. ниже).  
Перечисленные и иные процессы искусств. охлаждения в большинстве случаев осуществляются: 1) путем теплообмена между охлаждаемыми в-вами и хладагентами - испаряющимися низкокипящими жидкостями, т-ра к-рых за счет уменьшения энтальпии i понижается до т-ры кипения при давлении испарения; 2) изоэнтальпийным (i = const) расширением газов, предварительно сжатых в компрессорах, или жидкостей при их прохождении через сужение (вентиль, кран, пористая перегородка), т. е. их дросселированием (процесс протекает адиабатически без совершения внеш. работы) с использованием эффекта Джоуля - Томсона, или дроссельного эффекта,- отрицат. либо положит. изменения т-ры тела при отсутствии подвода к телу или отвода от него теплоты; 3) адиабатическим (изоэнтропийным, S = const) расширением газов с совершением внеш. работы в т. наз. детандерах - машинах, устроенных подобно поршневому компрессору или турбокомпрессору (см. Компрессорные машины); 4) сочетанием обоих методов расширения. Эти и другие методы получения холода рассмотрены ниже.

Термодинамические основы получения  холода Основные положения. Перенос тепла из более низкого температурного уровня на высший сопровождается уменьшением энтропии и поэтому не может происходить самовольно. Для того чтобы осуществить такой процесс, его необходимо проводить одновременно с другим процессом, который идет с ростом энтропии и компенсирует ее уменьшение в процессе вычитание тепла от среды с более низкой температурой.  
В холодильных установках перенос тепла от среды с более низкой температурой осуществляется с помощью рабочего тела, которое называется холодильным агентом, или хладагентом. 
Получение холода происходит по круговому процесса, или цикла, в котором процесс вычитания тепла от охлаждаемого среды сопровождается компенсирующим процессом - подводом энергии (например, при сжатии паров хладагента в компресорі0.  
Согласно законам термодинамики, при переносе тепла от среды с более высокой температурой Т к среды с более низкой температурой Т0 наибольшая степень преобразования тепла в работу соответствует коэффициенту полезного действия цикла Карно. Обратным циклом Карно называется процесс переноса тепла от менее нагретого тела к более нагретому при затрате механической работы.