Тема 2.4. Искусственное охлаждение 2ч.

 

Студент должен:

 

знать:

- назначение и основные виды холодильных установок;

- устройство холодильных установок и их основные параметры.

 

Сущность процесса охлаждения. Способы получения искусственного холода. Умеренное охлаждение. Хладоагенты и требования, предъявляемые к ним.

Компрессионные холодильные машины.

Адсорбционные холодильные установки.

Пароэжекторная холодильная установка.

Глубокое охлаждение.

ИСКУССТВЕННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ

Осуществление различных процессов (кристаллизации, разделения газов, сублимации, абсорбции, хранения пищевых продуктов) требует проведения их при низких температурах. Однако для охлаждения сред до температур, ниже температур окружающей среды необходимо, в соответствии со вторым законом термодинамики, затратить определенную работу (энергию), которая реализуется в специальных холодильных установках.

Техника производства холода при этом зависит от требуемой температуры охлаждения. По этому признаку различают: умеренное охлаждение – до 150 К (около -100°С) и глубокое – ниже 50 К. Современная техника позволяет получать температуры, близкие к абсолютному нулю 0 К (-273 °С).

В холодильных установках перенос теплоты от среды с низкой температурой к среде с высокой температурой осуществляется с помощью промежуточной среды, называемой холодильным агентом, или хладагентом.

Снижение температуры хладагента при проведении процессов искусственного охлаждения может осуществляться:

· испарением низкокипящих жидкостей;

· расширением предварительно сжатых газов.

Первый способ может осуществляться посредством резкого расширения – пропускания через дросселирующее устройство, например диафрагму с отверстием, представляющего изоэнтальпийный процесс без совершения внешней работы. Второй способ заключается в расширении газа с совершением внешней работы 13 специальной машине-детандере*, процесс можно считать адиабатическим.

Хладагенты

При выборе хладагентов руководствуются следующими требованиями: они должны иметь высокую теплоту парообразования, т. е. поглощать при испарении большое количество теплоты; большую критическую температуру, обеспечивающую конденсацию паров хладагента естественными охлаждающими агентами (вода, воздух); небольшие удельные объемы паров; низкую температуру замерзания; безвредность для обслуживающего персонала; пожаробезопасность; коррозионную нейтральность; доступность и низкую стоимость. С целью снижения гидравлического сопротивления при течении хладагента в системе и уменьшения поверхности теплообмена желательно, чтобы его вязкость и плотность были небольшими, а коэффициенты теплоотдачи – высокими.

К наиболее часто применяемым в холодильных машинах относятся аммиак, диоксид серы, диоксид углерода, хладоны (насыщенные фторуглероды, содержащие хлор, реже – бром).

Однако все они не лишены определенных недостатков. Аммиак обладает необходимыми термодинамическими и гидродинамическими характеристиками, доступен, имеет низкую стоимость. В то же время он взрывопожароопасен и ядовит.

Хладоны отвечают практически всем перечисленным требованиям, однако имеют значительно меньшую (в 5...10 раз) теплоту парообразования, а соответственно, их холодопроизводительность значительно меньше.

 

Установки, применяемые для получения умеренного холода, называют холодильными машинами. В зависимости от принципа действия и вида затрачиваемой энергии различают:

· парокомпрессионные машины, в которых происходит циклическое испарение и конденсация хладагента после сжатия с помощью компрессора;

· газокомпрессионные машины, в которых происходит расширение предварительно сжатых в компрессоре газов, но отсутствует стадия их конденсации;

· абсорбционные холодильные машины, в которых используется способность веществ абсорбировать хладагент;

пароэжекторные холодильные машины, в которых сжатие хладагента производится с помощью парового эжектора, а конденсация – смешением с водой.