Лекция_22_Охлаждение_и_замораживание

1. Модуль № 4 Теплообменные процессы

Лекция № 22
Охлаждение и замораживание

2. Литература:

• Г.Д. Кавецкий, В.П. Касьяненко
«Процессы и аппараты пищевой
технологии».- М., КолосС, 2008.-591 с.:
ил.

3. План лекции:

• Охлаждение до низких положительных
температур.
• Процессы охлаждения до отрицательных
температур.
• Процессы в холодильных машинах.

4. Контрольные вопросы:

– Дайте определение процесса охлаждения.
– Какие хладагенты используются для охлаждения продуктов до
низких температур?
– В каких случаях используют воду, лед и воздух в качестве
хладагентов?
– Какие процессы входят в обратный круговой термодинамический
цикл?
– Какие превращения происходят с газообразным рабочим телом в
цикле Карно?
– Характеризуйте дросселирование как процесс охлаждения
хладагента.
– Какие устройства образуют парокомпрессионную машину?
– Чем отличаются газокомпрессионные холодильные машины от
парокомпресссионых?
– В чем особенность холодильных процессов в абсорбционных
машинах?
– В чем особенность холодильных процессов в пароводяных
эжекторных холодильных машинах?

5. ВОПРОС 1. Охлаждение до низких положительных температур.

• Массовый расход воды на охлаждение W
(кг/ч) определяют из теплового баланса
(1)
откуда
(2)

6.

• При непосредственном охлаждении
(например, жидкости льдом) со льдом
вносится холод
(3)
С охлаждаемой жидкостью вносится теплота в количестве
(4)

7.

• Примем конечную температуру
охлаждаемой жидкости и воды,
образовавшейся при таянии льда, tк. Тогда
тепловой баланс можно записать так:
(5)
где св – удельная теплоемкость воды, кДж / (кг К)
Отсюда расход льда
(6)

8. ВОПРОС 2. Процессы охлаждения до отрицательных температур

• Энергетический баланс прямого цикла
Карно выражается уравнением
(7)

9.

Рис.1. Обратный цикл Карно

10.

• Полезная работа газа согласно уравнению
(10):
Количества теплоты Q и Q0 можно выразить через энтропии рабочего тела до и
после конденсации s1 и s2 согласно рис. 1, т.е. :
(8)
(9)

11.

• Холодильный коэффициент
(10)

12.

Рис.2. Т-s-диаграмма для воздуха

13.

• Различают дифференциальный и
интегральный дроссельные эффекты
(эффект Джоуля-Томсона)
Интегральный дроссельный эффект соответствует изменению
давления газа от р1 до р2 и выражается уравнением

14.

Рис.3. Схема дроссельного устройства
(11)
или

15.

• Температура газа после расширения

16. Вопрос 3. Процессы в холодильных машинах

Рис.4. Схема парокомпрессионной
холодильной машины:
Км — компрессор; К— конденсатор;
В— дросселирующий вентиль; И—
испаритель (состояние хладагента в точках
1...4 отображено на рис. 5 и рис. 6)

17.

Рис.5. Цикл паракомпрессионной
холодильной машины со сжатием
влажного газа в компрессоре
Рис.6. Цикл паракомпрессионной
холодильной машины со сжатием
сухого пара

18.

• Удельную холодопроизводительность
(кДж/кг) можно определить из рис. 6:
(12)
а массовый расход циркулирующего в холодильной машине
хладагента (кг/с) — по формуле
(13)
Холодильный коэффициент
Газокомпрессионные холодильные машины. В этих машинах (рис.
7) хладагентом служит воздух. В рабочем цикле машины (рис. 8)
воздух не конденсируется и не испаряется. Он засасывается
турбокомпрессором и сжимается по адиабате 1—2. Затем

19.

Рис.7. Схема газокомпрессионной холодильной машины:
точкам на диаграмме Т-s (см.рис.2)

20.

Рис.8. Цикл газокомпрессионной холодильной машины
Рис.9. Схема абсорбционной холодильной машины:

21.

• Количество циркулирующего в машине
водоаммиачного раствора можно
определить из уравнений материального
баланса термокомпрессора:
(15)
(16)

22.

Рис.10. Схема пароводяной эжекторной холодильной машины:
1-испаритель; 2-эжектор; 3-конденсатор смешения; 4,5-насосы