книги из ГПНТБ / Стабников, В. Н. Процессы и аппараты пищевых производств учебник

чему снижаются требования к прочности элементов холодильной машины и уменьшается расход металла на ее изготовление.

Величина объемной и массовой холодопроизводительности хладагента определяется типом холодильной машины. Для хо­ лодильных машин с поршневыми компрессорами объемная холодопроизводительность должна быть возможно большей, так как это способствует уменьшению размеров компрессора. Для холодильных машин малой производительности рекомендуют холодильные агенты с небольшой массовой холодопроизводительностью; при этом увеличивается количество циркулирующей в системе жидкости, что упрощает конструкцию автоматических регулирующих вентилей.

По физико-химическим свойствам холодильный агент должен отвечать следующим требованиям:

температура замерзания хладагента должна быть низкой, что дает возможность получать в испарителе низкие температуры без опасения замерзания хладагента;

вязкость и плотность должны быть по возможности меньши­ ми, благодаря чему снижаются сопротивления при протекании хладагента в системе;

коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи должны быть высокими, что уменьшает величину поверхности теплопередачи; растворимость хладагента в воде должна быть хорошей, так как в противном случае при попадании в холодильную машину водяных паров могут образоваться при низких температу­ рах ледяные пробки, затрудняющие работы регулирующего

вентиля.

Растворимость в смазочном масле является важным свойст­ вом холодильного агента. Хорошая растворимость предотвра­ щает загрязнение маслами поверхности охлаждения конденсато­ ра и испарителя и ухудшает процесс теплообмена в них. Досто­

инством же холодильных агентов, нерастворимых в масле, является:

отсутствие в испарителе пены, образующейся при испарении растворимых в масле хладагентов;

постоянная температура испарения, в то время как для рас­

творимых в масле хладагентов она зависит от концентрации масла;

попадающее в теплообменные аппараты масло легко отделя­ ется от хладагента и может быть удалено.

Холодильный агент должен быть инертным по отношению к металлам и не вызывать коррозии их, он не должен быть ядови­ тым, горючим и взрывоопасным, а стоимость его должна быть небольшой. Практически трудно выбрать такие холодильные агенты, которые бы отвечали всем вышеуказанным требованиям; в каждом конкретном случае выбор холодильного агента зависит

от назначения холодильной машины и температурного режима ее работы.

£00

В поршневых холодильных машинах для умеренного охлаж­ дения наибольшее применение получили аммиак и фреоны.

Аммиак NH3 — бесцветный газ с резким запахом, раздража­ ющим слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей, ядовит. Температура кипения его при атмосферном давлении —33,4° С, давление в конденсаторе (8-М2) 105 Па при температу­ ре охлаждающей воды 25—28° С. Объемная холодопроизводительность его относительно велика, в связи с чем аммиачные компрессоры имеют небольшие размеры. Вязкость и плотность аммиака невелики, а коэффициент теплоотдачи высокий. Аммиак не вызывает коррозии черных металлов, но в присутствии влаги действует на медь и ее сплавы (кроме фосфористой бронзы); он хорошо растворим в воде, а в масле почти не растворяется и по­ этому образующийся слой масла легко отделяется. Аммиак го­ рюч, а при концентрации его в воздухе от 16 до 27% и наличии искры способен взрываться. В связи с этим при обслуживании аммиачных холодильных машин следует строго соблюдать прави­ ла по охране труда и технике безопасности. Для обнаружения утечки аммиака через неплотности пользуются специальной ин­ дикаторной бумагой, по изменению цвета которой определяют наличие газа.

Состав для пропитывания индикаторной бумаги следующий: 0,1 г фенолфталеина, растворенного в 100 г спирта-ректификата, и 20 г чистого глицерина. Перед употреблением бумагу смачи­ вают.

Фреоны — производные метана СН4, в котором атомы водо­ рода заменены на атомы хлора и фтора. В технике применяют фреон-11, фреон-12, фреон-13, фреон-14, фреон-21 и др., однако

вмалых холодильных машинах пищевых производств наиболее распространен фреон-12 (CC12F2).

Фреон-12 — тяжелый бесцветный газ со слабым специфичным запахом, который начинает ощущаться при содержании фреона

ввоздухе более 20%об. Температура кипения его при атмосфер­

ном давлении —29,8° С, давление в конденсаторе (74-9) 105 Па, т. е. ниже, чем для аммиака. Объемная холодопроизводительность фреона-12 значительно меньше, чем у аммиака, поэтому цилиндр фреонового компрессора имеет большие размеры, чем аммиачного той же производительности. Фреон-12 по сравнению с аммиаком имеет большую плотность и вязкость и поэтому для уменьшения сопротивления при протекании его по трубам дела­ ют их большего сечения.

Коэффициенты теплопроводности и теплоотдачи для фреона ниже соответствующих коэффициентов для аммиака, поэтому поверхности теплопередачи для фреона должны быть большими. Фреон-12 почти нерастворим в воде, поэтому в системе холо­ дильной машины не должно быть влаги, из которой могут обра-- зовываться кристаллы льда, способные создавать пробки в тру­ бопроводах. Он хорошо растворим в смазочном масле, что сни­

201

жает его вязкость и поэтому для надежной смазки компрессора следует применять специальные вязкие масла. В связи с отсут­ ствием водорода фреон-12 негорюч и невзрывоопасен; он без­ вреден, так как вредное действие хлора в нем связано фтором, однако при температурах выше 550° С он разлагается с образо­ ванием хлористого водорода и небольших количеств ядовитого газа — фосгена.

При отсутствии влаги фреон-12 не вызывает коррозию метал­ лов, он обладает способностью в жидком состоянии смывать ока­ лину, ржавчину, песок и растворять резину. Поэтому аппараты и трубопроводы перед заполнением их фреоном следует тщатель­ но очищать от окалины и ржавчины.

в) Аппаратурные схемы компрессионных холодильных установок

В промышленности получили широкое применение две схемы компрессионного охлаждения холодильных камер: непосредст­ венным испарением хладагента и охлаждением при помощи рас­ сола.

Охлаждение камер непосредственным испарением хладагента

Аппаратурная схема искусственного охлаждения при непос­ редственном испарении хладагента изображена на рис. 102. Ис­ паритель 7 предназначен для испарения в нем жидкого хлад-

Рис. 102. Аппаратурная схема охлаждения камер не­ посредственным испарением аммиака:

1 — электродвигатель, 2 — компрессор, 3 — маслоотделитель, 4 — конденсатор, 5 — регулирующий (дроссельный) вентиль, 6 — отделитель жидкости, 7 — испаритель.

агента; он установлен непосредственно в охлаждаемом помеще­ нии.

Аммиачные испарительные батареи изготовляют из гладких стальных труб диаметром 57/63 мм или из труб с оребренной по­ верхностью. Фреоновые батареи изготовляют из тонкостенных медных труб диаметром 16/18 мм с ребрами различной формы.

Из испарителя пары аммиака засасываются компрессором 2 и сжимаются в нем до давления (8-М2) 105 Па (при этом темпе­ ратура аммиака повышается до 80—135°С). Пройдя через мас­ лоотделитель 3, пары поступают в межтрубное пространство ко­

202

жухотрубного теплообменника 4, в котором аммиачные пары, отдавая свое тепло охлаждающей воде, конденсируются и охлаж^- даются до 35—15° С. Охлажденный жидкий аммиак из нижней части конденсатора подается через регулирующий вентиль 5 и отделитель жидкости 6 в испаритель 7; количество аммиака, по­ ступающего в испаритель, зависит от количества тепла, которое необходимо отвести из охлаждаемого помещения.

В регулирующем вентиле происходит дросселирование жид­ кости, в результате чего давление жидкого аммиака падает от давления конденсации (8-М 2) 105 Па до давления испарения (3-4-1) 105 Па; при этом соответственно снижается температура.

Рис. 103. Аппаратурная схема охлаждения камер циркуляцией рас­ сола:

/ — электродвигатель, 2 — компрессор, 3 — маслоотделитель, 4 — конденса­ тор, 5 — регулирующий вентиль, 6 — испаритель, 7 — насос, 8 — рассольные батареи.

Достоинствами охлаждения камер непосредственным испаре­ нием хладагента по сравнению с рассольным охлаждением явля­ ются: простота схемы, меньшая затрата энергии для производ­ ства холода и меньший расход металла на оборудование.

Недостатком этого способа является вредное воздействие ам­ миака, просачивающегося в помещение, на обслуживающий пер­ сонал и пищевые продукты.

Охлаждение камер рассолом

Для холодильных установок, работающих на аммиаке, более безопасной для обслуживающего персонала и сохраняемых про­ дуктов является схема охлаждения камер циркулирующим ох­ лажденным рассолом. Схема такой установки изображена на рис. 103.

В качестве промежуточного хладоносителя при рассольном ох­ лаждении применяют водные растворы поваренной соли или хло­ ристого кальция, которые не замерзают при низких температу­ рах. Применение рассола NaCl допустимо при охлаждении до температур не ниже —16° С, а СаС12 — до —40° С.

Как видно из схемы, рассол предварительно охлаждается в испарителе 6, а затем при помощи насоса 7 он циркулирует че­

203

рез охлаждающие рассольные батареи 8, установленные й холо­

дильной камере.

Кроме указанных достоинствами рассольного охлаждения являются: безопасность его в пожарном отношении, наличие ак­ кумулирующей способности рассола, обеспечение более равно­ мерных температур в холодильных камерах и более простое ре­ гулирование температур. Однако этот способ охлаждения явля­ ется более сложным по сравнению с рассмотренным выше.

сола — приходится работать с более низкой температурой испа­ рения; в результате этого холодопроизводительность установки уменьшается и для получения холода приходится затрачивать энергии примерно на 20% больше, чем при использовании амми­ ачной холодильной установки.

Недостатком всех рассолов является вредное воздействие их на металл — разъедание труб испарителя и охлаждающих ба­ тарей.

Современные мелкие и средние холодильные установки выпу­ скаются полностью автоматизированными, что позволяет:

1 ) точнее поддерживать заданную температуру охлаждаемых помещений, сократить порчу продуктов и увеличить продолжи­ тельность их хранения;

2) более точно регулировать заполнение испарителя и тем самым предотвращать его переполнение;

3) повысить производительность труда технического персона­ ла благодаря тому, что все операции выполняются автоматиче­ ски действующими приборами.

Кроме того, при применении автоматических установок уменьшаются эксплуатационные расходы вследствие сокращения обслуживающего персонала и уменьшения расходов на электро­ энергию и охлаждающую воду, так как приборы обеспечивают работу холодильной установки с наиболее выгодным режимом.

г) Основы расчета компрессионной холодильной установки

При тепловом расчете холодильной установки определяют суточный расход холода в холодильной камере при наименее благоприятных условиях работы — высокой температуре наруж­ ного воздуха и большой нагрузке продуктами, подлежащими ох­ лаждению или замораживанию. По этим данным определяют холодопроизводительность всего оборудования и требуемую по­ верхность охлаждающих батарей в камере.

Для производства тепловых расчетов необходимы планы и разрезы холодильных камер с заданными температурами и отно­ сительной влажностью воздуха в них. Кроме того, должны быть известны климатические условия районов, где будут работать проектируемые холодильные камеры.

204

Общий суточный расход холода Q (в Дж/сут.)

Расход холода Qi (в Дж/сут) на теплопередачу определяют для каждой камеры отдельно, учитывая потери холода через пол, потолок и стены камеры, по формуле

г“к— температура воздуха в камере, °С;

tH— температура снаружи теплопередающей поверхности, °С.

Высота стен определяется от чистого пола камеры до чистого пола вышележащего этажа. Размеры полов и потолков измеря­ ются между осями внутренних стен или от внутренней поверхно­ сти наружных стен до оси внутренних стен. Длина наружных стен неугловых помещений измеряется между осями внутренних стен, длина угловых помещений — от внешней поверхности наружных стен до оси внутренних стен. Длина внутренних стен измеряется между осями стен, а также между внутренней поверхностью на­ ружных стен и осью внутренних стен.

Расчетная температура наружного воздуха

где ^см— среднемесячная температура, °С;

^макс— максимальная суточная температура самого жаркого месяца для данной климатической зоны (находится по справочнику).

Солнечная радиация увеличивает разность между темпера­ турами снаружи и внутри камер; в расчетах это учитывается уве­

юго-запад. Продолжительность солнечной радиации для южных районов — 12 ч/сутки и для средней зоны — 9 ч/сутки.

Расход холода Q2 на замораживание продуктов определяют по формуле

Если в камерах предприятий продукты подвергаются только охлаждению, то в этом случае расход холода Q% определяют пю формуле

205

ние, пребывание рабочих в камере не поддается точному учету и принимается около 30% от расхода холода на теплопередачу, т. е.

Определим расход энергии на компрессионную холодильную машину, работающую с сухим ходом компрессора (см. рис. 100).

Количество тепла, отнимаемого 1 кг хладагента при испаре­ нии, или удельная холодопроизводительность машины, q0 (в Дж/кг)

Количество холода, соответствующее 1 кВт-ч затраченной энергии, или холодопроизводительность 1 кВт-ч, К (в Вт)

Так как потребляемая компрессором работа за 1 с, выражен­ ная в ваттах, составляет G (t2—i’i), а в 1 кВт-ч эквивалентен 1000 Вт, то теоретическая мощность компрессора NT (в кВт)

206

Действительную мощность компрессора (в кВт) вычисляют по формуле

NT

Л

где и — общий к. п. д компрессора.

На основании этих расчетов подбирают оборудование необ­ ходимой холодопроизводительности.

4. АБСОРБЦИОННЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Основным достоинством абсорбционных холодильных уста­ новок по сравнению с компрессионными является использование для выработки холода тепловой энергии отходящих дымовых га­ зов или отработанного пара. Хладагентом в этих установках яв­ ляется аммиак, который кроме хо­ роших холодильных качеств обла­ дает большой растворимостью в воде.

Схема адсорбционной холодиль­ ной машины показана на рис. 104.

Газообразный аммиак, выделив­ шийся из водоаммиачного раствора в кипятильнике 1, поступает в кон­ денсатор 2, где конденсируется, от­ давая тепло охлаждающей воде. Сжиженный аммиак проходит через дросселирующий вентиль 3 и испа­ ряется в испарителе 4, воспринимая тепло из окружающей среды. Из ис­ парителя газообразный аммиак на­ правляется в абсорбер 5, где по­

Здесь за счет нагревания водяным паром большая часть аммиа­ ка испаряется и в виде газа поступает в конденсатор 2, а обед­ ненным водоаммиачный раствор ( ~ 20%-ный) отводится из ки­ пятильника в абсорбер для обогащения.

Из сопоставления рис. 104 и 100 видно, что в абсорбционной холодильной установке роль компрессора выполняет термокомп­ рессор'— агрегат, включающий кипятильник, абсорбер и тепло­ обменник.

Для абсорбционных установок требуются меньшие затраты и менее сложное оборудование, чем для компрессионных устано­ вок; кроме того, в них энергия расходуется только на насос для водоаммиачного раствора.

207

5. ПАРОВОДЯНЫЕ ЭЖЕКТОРНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

При помощи пароводяных эжекторных установок можно ох­ ладить среду до +5° С. Принципиальная схема такой установки показана на рис. 105.

Водяной пар высокого давления поступает в эжектор 2, кото­

208

Рис. 106. Планировка холодильной камеры.

где 76 ,8 — объем камеры, м3; 68— энтальпия наружного воздуха, кДж/кг;

4 ,2 — энтальпия воздуха в камере, кДж/кг.

4. Расход холода на эксплуатационные притоки (за счет открывания дверей, освещения и др.) примем равным 30% от расхода холода через ограждения:

Qt = 0,3-Qi = 0,3-132460 = 39 740 кДж/сут.

Общий расход холода

Q = Qi + Qi + Qa + Qt = 132 460 + 498 100 + 12 640 + 39 740 =

= 682 940 кДж/сут.