Способы получения промышленного холода

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.

Естественное 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 видами охлаждения 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 (хладагентами).

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.

Работа паровой компрессионной холодильной машины.Стандартный цикл.

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. Простой цикл паровой компрессионной холодильной машины.

Простой 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.

Хладагент в ресивере находится в жидком и газообразном состояниях при высокой температуре и давлении. В течение цикла жидкий хладагент переходит в жидкостный трубопровод, а затем в регулятор расхода хладагента.

Хладагент у входного отверстия регулятора расхода находится в жидком состоянии при высокой температуре и давлении. При проходе хладагента через маленькое отверстие клапана или капиллярной трубки его давление уменьшается до давления испарителя. Снижение давления хладагента производит соответствующее уменьшение температуры насыщения жидкого хладагента. В результате часть хладагента закипает и понижает температуру остальной жидкости. Парожидкостная смесь выходит из регулятора расхода хладагента и попадает в испаритель.

Хладагент у входного отверстия испарителя — это прохладная парожидкостная смесь с низкой температурой и давлением. Остальная жидкость испаряется при температуре насыщения, соответственно давлению в испарителе. Испаряющаяся жидкость поглощает скрытую теплоту в камере. Пар на выходе из испарителя немного перегрет, чтобы предотвратить попадание жидкости в компрессор.

Хладагент у входного отверстия компрессора — это перегретый пар при более низкой температуре и давлении. Компрессор вызывает движение хладагента благодаря зоне низкого давления в цилиндрах при всасывании. Так как давление в цилиндре ниже, чем давление пара в испарителе, хладагент поступает через всасывающий трубопровод в компрессор благодаря разнице давлений. Во всасывающем трубопроводе пар поглощает теплоту из окружающей среды, что еще более увеличивает его перегрев. При сжатии температура и давление пара увеличиваются, и нагретый пар под давлением выбрасывается в нагнетательный трубопровод.

Хладагент у входного отверстия конденсатора — это перегретый пар при высокой температуре и давлении. Так как температура окружающей среды конденсатора ниже, чем температура насыщения пара, хладагент конденсируется. Таким образом, скрытая теплота парообразования, поглощенная в испарителе, передается наружу из камеры. К тому времени, когда хладагент достигает нижней части конденсатора, он отдает достаточно сухой и скрытой теплоты, конденсируется и становится немного холоднее. Жидкость выходит из конденсатора и поступает к ресиверу в том же состоянии, в котором вышла из него. Цикл заканчивается.1

Источник

Лекция 2 Способы промышленного получения холода, их сравнительная характеристика, перспективы и область применения.

Способы промышленного получения холода и типы холодильных машин.

Основы теории паровой компрессионной холодильной машины. Принципиальная схема паровой компрессионной холодильной машины.

Холодильные агенты и холодоносители.

1 Вопрос

Получение холода, или охлаждение, может быть достигнуто при сохранении или изменении агрегатного состояния охладителя без затраты или с затратой энергии. Способы промышленного получения холода представлены в таблице.

Способы промышленного получения холода

Вид затраченной энергии

Состояние и вид охладителя

Изменение агрегатного состояния охладителя

Частичное испарение воды при теплообмене с наружным воздухом

Плавление водяного льда или замороженных водных растворов некоторых солей (эвтектические смеси)

Плавление льда и растворение соли

Сублимация сухого льда

Кипение при нормальном давлении жидких газов без последующей конденсации паров

Кипение хладагента с последующей конденсацией

Сохранение агрегатного состояния охладителя

Повышение температуры окружающей среды (воздуха или воды) при теплообмене

Понижение и повышение температуры сжатого воздуха при расширении и разделении его в ≪вихревой≫ трубе

(в воздушных холодильных камерах)

Понижение температуры сжатого воздуха при расширении

Движение электронов в термоэлементах из полупроводников

Количество тепла, выраженное в джоулях или в других единицах энергии, которое может охладить, определяет его охлаждающий эффект, или холодопроизводительность.

В качестве охладителя используют лед, льдосоляные смеси, жидкости с низкими температурами кипения (хладагенты), наружный воздух и др.

Ледяное охлаждение очень простое, дешевое. Недостаток его определяется тем, что нельзя получить температуру ниже +3 °С. Оно основано на том, что при таянии льда теплота расходуется на преодоление сил, удерживающих молекулы между собой, т.е. на разрушение кристаллической решетки. Холодопроизводительность, получаемая при таянии, при температуре 0 °С равна 355 кДж/кг.

Льдосоляное охлаждение основано на таянии льда и растворении соли. При таянии льдосоляной смеси, также ослабляется молекулярное сцепление, и разрушаются кристаллические решетки. Для этого требуется теплота, которая отбирается от растворителя, т. е. воды, получаемой при таянии льда и растворении в ней соли. К теплоте, поглощаемой льдом, добавляется теплота, поглощаемая солью при ее растворении в воде, что понижает температуру смеси. Температура смеси зависит от количества соли в ней, но повышать концентрацию последней можно до известного предела, около 23 %. При увеличении содержания соли повышается температура смеси. Таяние льда при льдосоляном охлаждении ускоряется по сравнению с чисто ледяным благодаря увеличению разности температур плавления соляной смеси и охлаждаемого воздуха. Соль ослабляет силы, удерживающие молекулы льда. Следовательно, чем больше соли, тем меньше тепла расходуется на внутреннюю работу по преодолению сил, удерживающих молекулы льда

Низкие температуры можно получить при смешивании льда с разведенными кислотами. Например, смесь 66 %-ной серной кислоты и льда имеет температуру –37 °С. Эвтектические смеси состоят из водных растворов хлористого натрия(поваренной соли), хлористого кальция или других солей с концентрацией, соответствующей криогидратной точке. Эти смеси, находящиеся в металлических оболочках (зероторах), которые заполнены на 92–94 % объема и наглухо запаяны, замораживают. Затем зероторы располагают в охлаждаемых помещениях. После отдачи ≪холода≫ смесь нагревается, и зероторы снова размещают в морозильных камерах для аккумулирования ≪холода≫.

Сухоледное охлаждение основано на свойстве твердого углекислого газа (CO2) переходить в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Такой переход называют возгонкой (сублимацией). Особенность изменения агрегатного состояния углекислоты объясняется ее физическими свойствами и положением тройной точки, характеризующей термодинамическое равновесие трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Следовательно, при атмосферном давлении углекислота, не расплавляясь, испаряется (сублимируется), она может существовать в жидкой фазе только при достаточно высоком давлении. Сухой лед сублимируется при температуре –78,9 °С. Высокая стоимость сухого льда ограничивает его широкое применение. Зарубежом сухой лед используется для охлаждения вагонов в комбинации с водным льдом и без него.

Охлаждение жидкими газами (азотом, воздухом и др.) основано на их кипении при низкой температуре. Охлаждение жидким азотом перспективно для изотермических вагонов. За рубежом получила распространение жидкоазотная система охлаждения контейнеров. В нашей стране ведутся исследования по использованию этого способа для охлаждения изотермических вагонов. В этой системе от резервуара, установленного в машинном отделении, в грузовое помещение пропускается трубка с маленьким отверстием, через которое разбрызгивается жидкий азот. Капли азота мгновенно испаряются и охлаждают грузовое помещение. Поступление азота из резервуара в трубку регулируется термостатом.

При нормальном давлении температура кипения азота равна –195,8 °С, воздуха – от –190 до –195 °С, кислорода –182,8 °С.

Наиболее просты по устройству и, следовательно, наиболее доступны установки, работающие на готовых хладоносителях: водном или сухом льду, льдосоляных смесях, жидких газах и др. Основной недостаток их – полная зависимость от возможностей и условий получения хладоносителей, а также большой объем работ, связанных с зарядкой охлаждающей системы. Этого недостатка не имеет машинное охлаждение, потребляющее извне только энергию или воздух.

Холодильная машина осуществляет холодильный цикл, при котором переносит тепло от источника, температура которого ниже окружающей среды, к телу, имеющему температуру окружающей среды – воздуху или воде. Машина служит для охлаждения грузового помещения изотермического вагона, холодильной камеры и др. и поддержания температуры в них. Если машина переносит тепло телу, температура которого значительно выше, чем температура окружающей среды, и оно полезно используется, например, для отопления, то ее называют тепловым насосом. На некоторых предприятиях используют и холод, и тепло холодильных машин. Например, на молочном заводе молоко сначала охлаждают, а затем пастеризуют при температуре до +85 °С, для этого используется тепло отнимаемое от холодильного агента в конденсаторе.

По виду затрачиваемой энергии, холодильные машины подразделяются на компрессионные, теплоиспользующие и термоэлектрические.

Компрессионные машины используют механическую энергию, теплоиспользующие – тепловую от источников тепла, температура которых выше, чем температура окружающей среды, термоэлектрические – электроэнергию. В компрессионных и теплоиспользующих машинах тепло переносится в результате совершаемого рабочим телом (хладагентом) обратного кругового процесса (обратный цикл), в термоэлектрической машине – путем воздействия потока электронов на атомы.

В зависимости от свойств и агрегатного состояния хладагента холодильные машины бывают паровые и газовые (воздушные).

На железнодорожном транспорте распространены паровые компрессионные холодильные машины, в которых последовательно осуществляются механические расширения и сжатия хладагента. В процессе работы изменяется состояние хладагента (конденсация после сжатия и кипения после расширения).

Сорбционные машины относятся к теплоиспользующим. В них последовательно осуществляются термические реакции поглощения (сорбция) хладагента соответствующим сорбентом и выделения (десорбция) его из сорбента. Для охлаждения используют внешнюю тепловую энергию. Сорбционные машины делятся на абсорбционные и адсорбционные. У первых поглотитель (абсорбент) жидкий, у вторых твердый (силикагель) и др.

Струйные холодильные машины основаны на использовании кинетической энергии потока газа или пара. Они бывают эжекторные и вихревые.

Эжекторные машины (пароэжекторные) также относятся к теплоиспользующим, в них пар сжимается при помощи парового эжектора.

Источник

Вам также может понравиться

Ясень семена способ распространения

Ясень обыкновенный Fraxinus excelsior – так в ботанической

Ярлыки способы создания ярлыков ос windows

Создаем ярлыки на рабочем столе Windows Создаем ярлыки

Японское удобрение фуджима способ применения

Удобрения Фуджима Знаете потрясающее удобрение, палочка

Японский чай способ заварки

Технология заваривания японского чая Известно, что