Холод как основной способ консервирования пищевых продуктов.

Холод как основной способ консервирования пищевых продуктов.

Технологические процессы на холодильниках требуют больших материальных и трудовых затрат, так как термическая обработка и хранение продовольствия связаны с производством и использованием холода, операциями по приему, внутрискладскому перемещению, складированию и выдаче продовольственных грузов. Это определяет межотраслевые связи холодильного хозяйства с холодильным машиностроением, приборостроением, химической промышленностью, другими отраслями.

Своеобразие холодильного хозяйства проистекает из разнообразия его звеньев, поскольку наряду с однородными предприятиями (распределительные холодильники) в него входят холодильники предприятий агропромышленного комплекса (мясной, молочной, рыбной, пищевой промышленности и сельского хозяйства) и потребкооперации. В оптовой и розничной торговле с помощью искусственного холода хранится и реализуется значительное количество пищевых продуктов. В то же время холодильное хозяйство — это единый организационно-хозяйственный комплекс, что обусловливается общностью задач всех его звеньев.

Холод широко используют не только в отраслях агропромышленного комплекса, на транспорте и в торговле, но и в других отраслях промышленности. Он применяется на предприятиях химической, горной, строительной, нефтеперерабатывающей, металлургической, текстильной, фармацевтической промышленности, машиностроения и

др., в медицине, спорте, быту и т.д.

 

Физические принципы искусственного охлаждения.

Охлаждение — процесс понижения температуры тела. Для охлаждения нужно иметь два тела: охлаждаемое и охлаждающее — источник низкой температуры. Охлаждение продолжается, пока между телами происходит теплообмен. Источник низкой температуры должен функционировать постоянно, так как охлаждение следует осуществлять непрерывно. Это возможно при достаточно большом запасе охлаждающего вещества или если постоянно восстанавливается его первоначальное состояние. Последнее широко применяется в холодильной технике с использованием различных холодильных машин.

Различают естественное и искусственное охлаждение. При естественном охлаждении теплота от более нагретого тела переходит к менее нагретому (среде).

Искусственное охлаждение предполагает получение температуры охлаждаемой среды ниже температуры окружающей среды. Низкие температуры получают путем физических процессов, при протекании которых происходит поглощение извне теплоты без повышения температуры тела.К основным физическим процессам, сопровождающимся поглощением теплоты, относятся фазовые переходы вещества: плавление или таяние при переходе тела из твердого состояния в жидкое; испарение или кипение при переходе тела из жидкого состояния в парообразное; сублимация или возгонка при переходе тела из твердого состояния непосредственно в газообразное. Искусственное охлаждение может быть основано и на других физических процессах, например адиабатическом дросселировании газа с начальной температурой меньшей, чем температура верхней точки инверсии; адиабатическом расширении газа с отдачей полезной внешней работы; вихревом эффекте. Фазовый переход вещества при плавлении или таянии, испарении или кипении, сублимации или возгонке происходит при соответствующих температурах и давлениях с поглощением значительного количества теплоты.

 

 

Обратный цикл Карно.

Для непрерывного охлаждения машинными способами помимо охлаждаемого тела и приемника теплоты требуется третье тело, переносящее теплоту от первого ко второму. Это третье тело называется рабочим телом или холодильным агентом. Холодильный агент, претерпевая ряд изменений, должен возвращаться в первоначальное состояние, непрерывно участвуя в круговом процессе, или цикле. Подобный цикл называется термодинамическим. В отличие от прямого цикла (цикл тепловой машины), когда работа производится при переходе теплоты от более нагретого тела к менее нагретому, круговой процесс, в котором для передачи теплоты от менее нагретого тела к более нагретому необходимо подводить энергию (или теплоту), называется обратным циклом. Различают три вида обратного цикла: холодильный 1-2-3-4, в котором теплота переносится от охлаждаемого тела с температурой Тн к окружающей среде с температурой Тос;теплового насоса 5-6-7-8, в котором теплота переносится от окружающей среды к телу с более высокой температурой Тв; комбинированны й 9-10-11- 12, состоящий из двух первых.Если при осуществлении процессов, образующих обратный цикл, увзаимодействующих тел не наблюдаются остаточные изменения, т.е. эти процессы обратимы, то и обратный цикл обратим. На осуществление обратимого цикла требуется минимум работы или теплоты, поэтому он является эталоном. Обратимый холодильный цикл 1-2-3-4, приведенный на рис. 2, показан на S- Т – диаграмме, где S — энтропия; Т— абсолютная температура .Энтропия S — это отношение ничтожно малого количества теплоты Δq, сообщенной телу (или отнятой у него) в процессе изменения его агрегатного состояния, к абсолютной температуре Т, при которой происходит это приращение теплоты, т.е. S = Δ q / Т (Дж/К).Энтропию в тепловых процессах можно рассматривать как термический заряд, который не меняется в идеализированных обратимых циклах.

 

Типы холодильных машин.

Для получ холод исп безмаш и машинные способ охлажд. Безмаш способы охлаждения основываются на плавлении, испарении, сублимации.

В безмашинных способах охлаждения используются готовые хладоносители (водный, эвтектический и сухой лед, сжиженные газы, воздух). Установки, работающие на готовых хладоносителях, просты по устройству и, следовательно, наиболее доступны, но они имеют существенные недостатки: полную зависимость от возможности и условий получения хладоносителей; большой объем грузовых работ, связанных с зарядкой хладоносителями и поддер гигиены в охлаж помещениях.По виду затрачиваемой энергии холод маш подразд на компрессионные, теплоиспользующие и термоэлектрические. Компресс машины исп мех энергию; теплоиспользующие — тепловую от источников теплоты,t которых выше окруж среды;термоэлектрические —электрическую.

При охлажд в компрессионных и теплоиспользующих машинах теплота переносится в результате соверш рабочим телом — холод агентом (хладагентом) обрат кругового процесса,а в термоэлектрических — при воздействии потока электронов на атомы вещества.Охлаждение в термоэлектрических машинах основано на термоэлектрическом эффекте, известном как эффект Пельтье, заключающемся в том, что при пропускании постоян электр тока по замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников или полупроводников, один из спаев нагревается (горячий спай), а другой охлаждается (холодный спай). Для того чтобы холодный спай термоэлемента имел постоянную низкую t и был источником холода, горячий спай нужно охлаждать.

Основной показатель качества термоэлемента—коэффициент эффективности вещества, опр max разность t горячего и холодного спаев.Однако они значительно дороже других холод машин.

В зависимости от вида рабочего тела (холодильного агента) холод машины, в основе принципа действия которых лежит обратный цикл Карно,подразделяют на паровые и газовые.

В качестве раб тела в паровых холод машинах исп аммиак и хладоны — фтористые и хлористые производ предельных углеводородов, в газовых — воздух.

В зависим от способа подачи раб тела в конденсатор холод маши подразделяют на компрессионные, сорбционные, сорбционные и пароэжекторные. В компрессион холод машинах рабочий цикл соверш за счет мех работы компрессора, в абсорбционных, сорбционных и пароэжекторных — за счет затрат теплоты.

Для получе требуемы t кипения и конденсации рабочего тела используют одноступенчатые, многоступенчатые и каскадные паровые компрессионные машины

 

Требования к хладоагентам.

Рабочее тело холодильной машины — холодильный агент (хладагент) — по существу определяет энергетические, технико-экономи-ческие и эксплуатационные показатели, а также конструктивные осо-бенности машины определенного типа. Теплофизические свойствахладагента, (молекулярная масса, плотность, вязкость, газовая по-стоянная), критические параметры, теплота парообразования, теп-лоемкость жидкости и насыщенного пара, тепло- и температуропро-водностьвзаимоувязываюткомплексвопросов,обеспечивающихработоспособность и эффективность машины. Физико-химическиесвойства, термохимическая стабильность и взаимодействие с водой,неконденсирующимися газами, смазочными маслами и конструкци-онными материалами определяют особенности конструкции и эксп-луатации отдельных элементов и машины в целом. Наконец, выбори применение хладагента невозможны без учета его физиологичес-ких и экологических свойств, а также стоимости. Идеальный хладагент должен обеспечить максимальную xлодопро-изводительность и эффективность холодильного цикла при соблюде-нии необходимых требований. Он должен быть химически стабильнымво всем рабочем диапазоне температур, доступным и недорогим, иметьвысокую критическую температуру и низкую температуру замерзания,быть химически инертным по отношению к конструкционным матери-алам и маслам, невоспламеняемым, малотоксичным. Хладагенты паро-вых компрессорных машин для реализации высокой эффективностицикла должны обеспечивать заданные температуры кипения и конден-сации, невысоким уровнем отношения давлений (малой величиной дав-ления конденсации и давлением парообразования, близким к атмосфер-ному), высоким значением отношения теплоты парообразования к теп-лоемкости жидкости. Оптимальные конструктивные и энергетическиерешения по компрессору и теплообменным аппаратам могут быть реа-лизованы при невысоком уровне газовой постоянной, показателя адиа-баты и динамической вязкости хладагента, а также при таком сочета-нии его теплофизических свойств, которые позволяют обеспечить вы-сокие значения коэффициентов теплоотдачи.

Большинство хладагентов при атмосферном давлении и температуреокружающей среды находятся в парообразном состоянии. Для сжижения пара необходимо подвергнуть его сжатию и охлаждению в компрессорно-конденсаторном агрегате холодильной системы. В холодильной машине агент находится в виде жидкости или пара (газа). Слова «газ» и «пар» обычно взаимозаменяемы. Но если быть технически точным, необходимо пояснить, что газ, имеющий температуру, близкую к темперауре конденсации, называется паром. Все вещества имеют жидкую и паровую фазы. Некоторые вещества характеризуются высокой температурой кипения, т.е. существуют в виде пара только при нагревании до высокой температуры или при вакууме. Вещества, имеющие низкую температуру кипения, находятся в парообразном состоянии при комнатной температуре и атмосферном давлении. Многие распространенные хладагены, например группа фреонов, относятся к этой категории.При нахождении в открытом сосуде жидкий хладаген_

 

Типы холодильных машин.

Для получения холода используются безмашинные и машинные способыохлаждения. Безмашинные способы охлаждения основываются на плавлении, испарении, сублимации.По виду затрачиваемой энергии подразделяются на; компрессионные, теплоиспользующие и термоэлектрические. Компрессионные машины используют механическую энергию; теплоиспользующие — тепловую от источников теплоты, температура которых выше окружающей среды; термоэлектрические —электрическую.

При охлаждении в компрессионных и теплоиспользующих машинах теплота переносится в результате совершаемого рабочим телом — холодильным агентом (хладагентом) обратного кругового процесса, а в термоэлектрических — при воздействии потока электронов на атомы вещества. Охлаждение в термоэлектрических машинах основано на термоэлектрическом эффекте, известном как эффект Пельтье, заключающемся в том, что при пропускании постоянного лектрического тока по замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников или полупроводников, один из спаев нагревается (горячий спай), а другой охлаждается (холодный спай). Для того чтобы холодный спай термоэлемента имел постоянную низкую температуру и был источником холода, горячий спай нужно охлаждать.В зависимости от вида рабочего тела (холодильного агента) подразделяют на паровые и газовые.

В испарителе паровой холодильной машины происходит испарение рабочего тела при переходе к нему теплоты от охлаждаемого объекта, а в конденсаторе — его конденсация при переходе теплоты от рабочего тела в окружающую среду (в воздух или воду).В качестве рабочего тела в паровых холодильных машинах используют аммиак и хладоны — фтористые и хлористые производные предельных углеводородов, в газовых — воздух.

В зависимости от способа подачи рабочего тела в конденсатор холодильные машины подразделяют на компрессионные, сорбционные и пароэжекторные. В компрессионных холодильных машинах рабочий цикл совершается за счет механической работы компрессора, в абсорбционных, сорбционных и пароэжекторных — за счет затрат теплоты.

2. Цели и задачи дисциплины.

Холодильная техника — это отрасль науки, исследующая и разрабатывающая различные способы получения искусственного холода, а также технические средства получения и применения холода. Холодильная технология продуктов питания — отрасль науки, которая изучает рациональные и научно обоснованные способы использования холода в пищевой промышленности, решает задачи сохранения сырья и продуктов питания с помощью холода и применения его в их производстве.

Задачи холодильной технологии как науки следующие:

• изучение влияния холодильной обработки и хранения на пищевые продукты и определение оптимальных условий проведения технологических процессов (охлаждение, замораживание, хранение и др.) с учетом особенностей продуктов и свойственных им изменений;

• разработка научно обоснованных методов снижения потерь массы продуктов при холодильной обработке и хранении;

• совершенствование и создание новых технологий холодильной обработки и хранения совместно с другими методами консервирования, позволяющими

минимизировать изменения свойств и потери массы продуктов.Холодильная техника и холодильная технология базируются на знаниях из курсов термодинамики, механики, других наук физического цикла, биологии животных и растений, микробиологии, химии органических и неорганических соединений, биологической, коллоидной и физической химии.

 

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, СаС12, температура замерзания которых до известного предела (состояния криогидратной точки) зависит от концентрации рассола.Для раствора NaCl криогидратная точка -21,2°С, для MgCl2 -33,6°С, для СаС12 -55°С.Для уменьшения коррозирующего действия рассолов на металлические части оборудования в них добавляют пассиваторы: силикат натрия, хромовую соль, фосфорные кислоты.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- это эвтектический лед,образующийся при криогидратной температуре, представляющий собой смесь льда и соли и имеющий постоянную температуру плавления.

 

 

Обратный цикл Карно

Для непрерывного охлаждения машинными способами помимо охлаждаемого тела и приемника теплоты требуется третье тело, переносящее теплоту от первого ко второму. Это третье тело называется рабочим телом или холодильным агентом.

Холодильный агент, претерпевая ряд изменений, должен возвращаться в первоначальное состояние, непрерывно участвуя в круговом процессе, или цикле. Подобный цикл называется термодинамическим. В отличие от прямого цикла (цикл тепловой машины), когда работа производится при переходе теплоты от более нагретого тела к менее нагретому, круговой процесс, в котором для передачи теплоты от менее нагретого тела к более нагретому необходимо подводить энергию (или теплоту), называется обратным циклом.

Различают три вида обратного цикла: холодильный 1—2—3—4, в котором теплота переносится от охлаждаемого тела с температурой Тн к окружающей среде с температурой Тос;

теплового насоса 5— 6— 7— 8, в котором теплота переносится от окружающей среды к телу с более высокой температурой Тв;

комбинированный 9— 10— 11— 12, состоящий из двух первых.

Если при осуществлении процессов, образующих обратный цикл, у

взаимодействующих тел не наблюдаются остаточные изменения, т.е. эти процессы обратимы, то и обратный цикл обратим. На осуществление обратимого цикла требуется минимум работы или теплоты, поэтому он является эталоном. Обратимый холодильный цикл 1—2—3—4, приведенный на рис, показан на S— Т – диаграмме, где S — энтропия; Т— абсолютная температура.

цикл должен состоять из двух изотермических и двух адиабатических процессов. Такой цикл называется циклом Карно. При этом холодильный агент должен получать теплоту от охлаждаемого тела и передавать ее окружающей среде при постоянных температурах. Температуры холодильного агента и окружающей среды должны отличаться друг о т друга на бесконечно малую в еличину, так как разность температур необходима для осуществления теплообмена.

 

32.Дверные уплотнители и затворы. РасчетВ холодильниках устанавливают специальные изолированные двери. По контуру примыкания дверей к дверной коробке закладывают герметизирующие прокладки из упругих материалов (губчатая резина). Двери оснащают замками натяжного типа.Прислонные двери (распашные) ручные, откатные — механические. Каркас дверей выполняют из дерева, теплоизоляция имеет толщину до 150 мм. С двух сторон двери обивают оцинкованным стальным листом. Для предотвращения примерзания дверей к дверной коробке устанавливают электрообогрев. Для уменьшения притока теплого воздуха в охлаждаемые помещения при открывании дверей их оснащают воздушными завесами или брезентовыми шторами. Теплоизоляционные материалы. Материалы должны иметь микропористую структуру с объемом пор 90 — 98 %, обладать свойством гидрофобности, достаточной прочностью на изгиб и сжатие, морозостойкостью, не поражаться грызунами и микроорганизмами, не иметь запаха и не выделять вредных летучих компонентов. Они должны быть трудносгораемыми или самозатухающими.

 

 

,

 

21.Принципиальные схемы и циклы одноступенчатой, двухступен­чатой холодильных машин.

Одноступенчатые холодильные машины. При работе паровых компрессионных холодильных машин цикл совершается в области влажного пара холодильного агента, где изобары совпадают с изотермами, что позволяет теоретически рассмотреть цикл Карно.

Функциональная схема паровой одноступенчатой холодильной машины и обратимый цикл Карно, совершаемый ею, приведены на рис. 3.

Рис. 3. Функциональная схема паровой одноступенчатой холодильной

машины б —диаграмма работы машиныЖидкий холодильный агент кипит в испарителе И при постоянной температуре ТK (процесс 4—1), в результате чего от охлаждаемого тела, например воздуха, отводится теплота. При кипении холодильного агента происходит поглощение значительного количества теплоты.Образовавшийся пар вместе с небольшим количеством неиспарившегося холодильного агента адиабатически сжимается в компрессоре КM до давления РK (процесс 1 — 2) и поступает в конденсатор Кн, конденсируясь при постоянной температуре Тк (процесс 2— 3) и отдавая поглощенную в испарителе теплоту окружающей среде — воздуху или воде.Жидкий холодильный агент адиабатически расширяется в детандере Д до давления Ро (процесс 3—4), совершая при этом полезную работу.

Количество отведенной 1 кг холодильного агента теплоты q0 в испарителе определяется на S—T -диаграмме площадью а—4—1—b и может быть представлено как разность энтальпий i1 – i4. Количество теплоты qобр, отданное 1 кг холодильного агента в

конденсаторе, определяется площадью а — 3—2—b или разностью энтальпий i 2 - i 3.Работа цикла l обр может быть определена разностью работ компрессора и детандера: l обр = lK – lp. (10)Работа компрессора и детандера может быть записана lk = i2 – i1 и l р = i3 – i4. (11)Холодильный коэффициент цикла ε обр0 может быть выражен как ε обр0 = qобр0 /lобр = (i1 – i4) / [(i2 – i1) – (i3 – i4)]. (12)Рассмотренный цикл Карно является обратимым. Однако осуществить его практически трудно, так как работа, полученная в детандере, значительно меньше работы, затраченной в компрессоре, ибо жидкость практически несжимаема, а удельные объемы жидкости и пара различаются в сотни раз.Следует иметь в виду и то, что часть работы детандера тратится на преодоление сил трения, поэтому вместо детандера в паровой холодильной машине используется дроссельный (регулирующий) вентиль ДВ, изображенный на рис. 3 штрихами. Дроссельный вентиль прост в устройстве и надежен в эксплуатации. Вследствие замены детандера дроссельным вентилем в цикле появляется необратимый процесс дросселирования 3—4, проходящий без производства работы и теплообмена с окружающей средой, т.е. при постоянной энтальпии, поэтому i = i 4.

При адиабатическом дросселировании работа расширения переходит в теплоту трения, поэтому часть циркулирующего жидкого холодильного агента, пропорциональная выделенной теплоте, превращается в пар. В испаритель холодильный агент поступает в виде парожидкостной смеси. Поэтому только часть циркулирующего холодильного агента кипит в испарителе, воспринимая теплоту от охлаждаемого тела, вследствие чего удельная массовая холодопроизводительность холодильного агента уменьшается на величину, соответствующую площади а—4—4'—с: Δ q0 = i4’ – i4. (13)

Удельная массовая холодопроизводительность холодильного агента в этом случае:

q0 = qобр0 - Δ q0 = (i1 – i4) – (i4’ – i4) = i1 – i4’. (14)

Работа цикла будет больше, чем обратимого: l = lк – lобр+ lp = i2 – i1. (15)

Холодильный коэффициент цикла ε = q0 / l = (i1 – i4’) / (i2 – i1). (16)

Как видно, замена детандера дроссельным вентилем приводит к уменьшению удельной массовой холодопроизводительности холодильного агента, холодильного коэффициента и увеличению работы цикла. В циклах 1—2—3—4 и 1—2—3—4’ влажный пар выходит из испарителя и поступает в компрессор. Это уменьшает производительность компрессора вследствие повышения удельного объема всасываемого пара и падения давления, возникает опасность аварии компрессора в результате гидравлического удара. Чтобы избежать этого, холодильные машины должны работать так, чтобы из испарителя выходил сухой насыщенный или перегретый пар, а в компрессор поступал перегретый пар холодильного агента. Это можно осуществить в цикле 1’— 2’— 3— 4’ со всасыванием в компрессор сухого насыщенного пара.Для сжатия пара обратимым путем необходимо провести два процесса сжатия:адиабатическое 1’ — 2" и изотермическое 2” — 2, для чего требуется два компрессора. Хотянеобратимые потери в цикле 1’—2’—3—4’ больше, чем в цикле 1’—2’’—3—4’, так как холодильный агент передает теплоту окружающей среде в процессе 2’— 2 при конечной разности температур, на практике реализуют цикл 1’ — 2’—3—4’, так как для него достаточно одного компрессора.Удельная массовая холодопроизводительность холодильного агента в обоих циклах одинакова: q0 = i1’ – i4’. (17)Но количество теплоты, отданной 1 кг холодильного агента в конденсаторе окружающей среде, и работа цикла 1’ —2’— 3—4’ будут больше, чем в цикле 1’—2’’—3--4’, на величину площади 2 — 2’—2’’. Холодильный коэффициент цикла 1’—2’—3—4’

определяется как ε = (i1’ – i4’) / (i2’ – i1’). (18)и будет меньше, чем коэффициент цикла 1’— 2’’ --3—4’. При всасывании в компрессор перегретого пара (цикл 1а — 2а — 3—4’) удельная массовая холодопроизводительность холодильного агента увеличивается, но в большей степени возрастает работа цикла, поэтому необратимые потери увеличиваются. Их можно сократить. Так, необратимые потери, связанные с дросселированием хладагента, могут быть уменьшены его охлаждением перед дросселированием (процесс 3—3') до температуры ниже температуры окружающей среды. Это можно осуществить, например, артезианской водой, температура которой ниже температуры окружающей среды. В таком случае удельная массовая холодопроизводительность холодильного агента возрастет на величину i4 – i4’’, а величина работы цикла не изменится.

Жидкий холодильный агент перед дросселированием можно охладить также паром, выходящим из испарителя в регенеративном теплообменнике, осуществив цикл, называемый регенеративным. Однако при этом температура всасываемого в компрессор (точка 1а вместо 1’) и нагнетаемого в конденсатор (точка 2а вместо 2') пара повышается, что увеличивает необратимые потери так называемого перегрева.

Теоретически выгоднее влажный ход компрессора, так как при этом цикл ближе к идеальному циклу Карно. Однако практически производительность компрессора при влажном ходе всегда и для всех холодильных агентов значительно ниже, чем при сухом ходе, т.е. при всасывании сухих насыщенных паров или несколько перегретых при том же давлении кипения Ро. Отсюда получаем теоретический цикл современной паровой компрессионной машины на S—T -диаграмме в виде 1а — 2а—3’— 4". Сейчас почти во всех холодильных машинах компрессоры работают при сухом ходе.

В машинах, работающих на аммиаке, этот режим работы компрессора достигается при помощи специального аппарата — отделителя жидкости либо путем регулирования подачи холодильного агента в испаритель. Отделитель жидкости включается во всасывающую линию холодильной установки между испарителем и компрессором.

В хладоновых установках сухой ход компрессора достигается при помощи специальных теплообменников или путем регулирования подачи холодильного агента в испаритель.

Эффективность работы машины оценивается ее холодильным коэффициентом и холодопроизводительностью, которые зависят от типа и конструкции установки, вида и свойств холодильного агента, конструкции компрессора, а также условий работы. Под условиями работы холодильной машины подразумевают температуру кипения холодильного агента в испарителе t0, температуру конденсации сжатых паров агента в конденсаторе tK, температуру переохлаждения жидкого холодильного агента, поступающего в регулирующий вентиль t п.Чем выше температура кипения t 0, чем ниже температура конденсации паров tK и температура переохлаждения t п, тем больше холодопроизводительность установки. Однако все эти изменения надо проводить в разумных пределах. Так, например, понижение температуры кипения холодильного агента t0 в хладоновой компрессионной машине с -15 до -30 °С не повысит, а понизит ее холодопроизводительность в 2 раза. Это объясняется тем, что с понижением t0 уменьшаются давление кипения Ро и удельный вес паров, поступающих в компрессор. В результате снижается производительность компрессора. Следовательно, без необходимости не нужно переводить холодильную машину на работу с более низкой температурой кипения.

Многоступенчатые холодильные машины.

Одноступенчатые компрессорные машины применяют при Рк/Р₀ ≤ 9, что соответствует температуре кипения -20 °С и конденсации 30 ⁰С. При больших значениях отношения давлений холодопроизводительность снижается, поэтому вместо одноступенчатых применяют двух-,трехступенчатые и каскадные холодильные машины. Кроме того, при больших значениях отношения Рк/Р₀ температура пара в конце сжатия в одноступенчатой машине чрезмерно высока, что приводит к потере маслом смазочных свойств, его самовозгоранию, повышению износа деталей компрессора.Переход к многоступенчатому сжатию обусловлен и необходимостью соблюдения условий прочности, так как по расчетам разность давлений Рк - Р_о превышать 1,7 МПа. В многоступенчатых машинах температура паров компрессоров не должна холодильного агента в конце сжатия первой ступени компрессора обычно выше температуры окружающей среды, поэтому приходится охлаждать перегретый пар прямоточно в водяном межступенчатом холодильнике. Кроме водяного применяют промежуточное охлаждение холодильным агентом, что увеличивает холодильный коэффициент. Многократное дросселирование холодильного агента с промежуточным отбором пара снижает энергетические потери.Холодильный агент сжимается до давления конденсации последовательно в две или более ступеней с промежуточным охлаждением частично сжатых паров. На каждой ступени отношение давления нагнетания к давлению всасывания меньше, чем Рк/Р₀ для полного цикла данной машины. В схемах с многократным дросселированием промежуточное охлаждение между ступенями сжатия может быть полным и неполным.Неполное промежуточное охлаждение осуществляется водой. В этом случаетемпература сжатого пара после цилиндра низкого давления (ЦНД) — процесс 1—2 - снижается в водяном межступенчатом холодильнике I до состояния 3' сухого перегретого пара, а затем пар поступает в цилиндр высокого давления (ЦВД). Состояние 4' на S—T диаграмме (рис. 5) соответствует состоянию пара после сжатия в ЦВД в двухступенчатой холодильной машине без промежуточного отбора пара.

Промежуточный отбор пара осуществляется из промежуточного сосуда II, в который поступает парожидкостная смесь после первого дросселирования в РВ1. Жидкость на РВ1 подается из конденсатора III при давлении конденсации Рк, соответствующем давлению пара в ЦВД, и снижается после дросселирования до промежуточного давления Р'o (см. рис. 5)

Рис. 5. Цикл многоступенчатой парокомпрессионной машины

и соответствующей температуры T₀'.

Сухой насыщенный пар из промежуточного сосуда (состояние 3) (рис.5) поступает в ЦВД. В результате смешивания сухого насыщенного и перегретого паров после холодильника всасываемый в ЦВД пар переходит в состояние 3", а после сжатия — в 4" (процесс 3"—4")( см. рис. 5). Жидкость из промежуточного сосуда используется для кипения в испарителе V (рис.4) при более низкой температуре То и давлении P"₀ после вторичного дросселирования в РВ₂, но может использоваться и для кипения в испарителе IV при более высокой температуре кипения Т"о и давлении P'₀ в цикле после первого дросселирования в РВ₁. Из испарителя IV сухой насыщенный пар (точка 3) выходит в том же состоянии, что и из промежуточного сосуда.При полном промежуточном охлаждении состояние рабочего тела перед всасыванием в компрессор более высокой ступени соответствует состоянию сухого насыщенного пара.Сжатый в ЦНД пар после межступенчатого водяного холодильника (точка 3', рис. 4, б) поступает на доохлаждение в промежуточный сосуд II, где приходит в состояние насыщенного пара (точка 3, рис. 5). Из промежуточного сосуда сухой насыщенный пар отсасывается в ЦВД. При наличии испарителя IV из него в ЦВД также поступает сухой насыщенный пар. Процесс сжатия пара в ЦВД характеризуется линией 3—4 (см. рис. 5), температура конца сжатия в этом случае более низкая, чем при других двухступенчатых схемах.Через разные элементы многоступенчатых схем с промежуточным отбором пара циркулирует неодинаковое количество вещества. Поэтому массовые потоки в элементах многоступенчатых машин при их расчетеотносят к 1 кг рабочего тела, проходящего через низкотемпературный испаритель.Для получения очень низких температур применения одного рабочего теланедостаточно из-за давлений кипения рабочего тела, близких к глубокому вакууму, затвердевания его при низкой температуре кипения в испарителе и по другим причинам. В этих случаях приходится использовать каскадные холодильные машины, в каждой ступени которых применяют свое рабочее тело. При этом испаритель каждой следующей ступени является конденсатором предыдущей. Холодильный коэффициент цикла холодильной машины, который называют теоретическим, составляет примерно 80 % холодильного коэффициента идеального цикла Карно при тех же значениях Тк и То.

Холодильный коэффициент реального цикла холодильной машины, в свою очередь, еще меньше из-за объемных и энергетических потерь.

 

 

Холод как основной способ консервирования пищевых продуктов.

Технологические процессы на холодильниках требуют больших материальных и трудовых затрат, так как термическая обработка и хранение продовольствия связаны с производством и использованием холода, операциями по приему, внутрискладскому перемещению, складированию и выдаче продовольственных грузов. Это определяет межотраслевые связи холодильного хозяйства с холодильным машиностроением, приборостроением, химической промышленностью, другими отраслями.

Своеобразие холодильного хозяйства проистекает из разнообразия его звеньев, поскольку наряду с однородными предприятиями (распределительные холодильники) в него входят холодильники предприятий агропромышленного комплекса (мясной, молочной, рыбной, пищевой промышленности и сельского хозяйства) и потребкооперации. В оптовой и розничной торговле с помощью искусственного холода хранится и реализуется значительное количество пищевых продуктов. В то же время холодильное хозяйство — это единый организационно-хозяйственный комплекс, что обусловливается общностью задач всех его звеньев.

Холод широко используют не только в отраслях агропромышленного комплекса, на транспорте и в торговле, но и в других отраслях промышленности. Он применяется на предприятиях химической, горной, строительной, нефтеперерабатывающей, металлургической, текстильной, фармацевтической промышленности, машиностроения и

др., в медицине, спорте, быту и т.д.