3.1.2. Охолодження водяним льодом

Для використання льоду як охолоджувача температура його плавлення має бути нижчою за температуру середовища, яке охолоджують.

Фізичні властивості льоду при температурі 0°С і атмосферному тиску такі: температура плавлення – 0°С, теплота плавлення – 335 кДж/кг, теплоємність – 2,1 кДж/кгград, теплопровідність – 2,33 Вт/(мград), густина – 915 кг/м³. Кількість теплоти, що може бути відведена за допомогою льоду і льодяної води, визначають за формулою, кДж:

(3.1)

де Q_л  теплота, витрачена на нагрівання льоду, від температури tл до 0С, кДж; Q_пл  теплота, витрачена на плавлення льоду, кДж; Q_нв  теплота, необхідна для нагрівання льодяної води до температури tв, кДж; с_л, с_в  масові теплоємності льоду і води, кДж/(кгград); G  маса льоду (води), кг; q_пл  прихована теплота плавлення льоду, кДж/кг.

Льодяне охолодження може здійснюватися безпосереднім охо­лодженням і з використанням проміжного теплоносія (вода, повітря).

При безпосередньому охолодженні об’єкт, що охолоджується, знаходиться в контакті з льодом. Для збільшення поверхні контакту з охолоджуваним об’єктом (наприклад, овочі, зелень) використовують подрібнений лід. Ступінь подрібнення має відповідати певній поверхні теплообміну льоду на одиницю його об’єму. Подрібнений лід розміщують біля об’єкта, який охолоджують, так, щоб умови теплообміну були найсприятливішими.

При використанні примусової циркуляції повітря за допомогою вентиляторів пропускається через шар подрібненого льоду. Тепло­обмін в цих умовах значно інтенсифікується (коефіцієнт теплообміну збільшується до 17 Вт/м²·ºК). Однак при цьому зростають витрати електроенергії.

Для організації тривалого функціонування виробництв з вико­ристанням льоду для процесів охолодження можна використовувати природний або штучний лід.

Використання природного льоду має свої переваги: малі мате­ріальні та енергетичні витрати, простота у використанні й обслуго­вуванні відповідних пристроїв. Тому в господарствах, де застосо­вують льодяне охолодження, слід вирішити питання заготівлі льоду. Способи заготівлі можуть бути різними: з водойм, пошаровим наморожуванням, наморожуванням льоду в градирнях. Вибір того чи іншого способу залежить від конкретних умов (клімату, характеру місцевості), технологічних можливостей і призначення льоду.

Постійні льодосховища  це капітальні споруди з постійною ізоляцією. Коефіцієнт теплопередачі ізольованих загорож вважають рівним 0,46 Вт/(м²град). Постійні льодосховища дорогі, тому їх будують переважно у південних районах.

Якщо кліматичні умови не дають змоги отримувати нату­ральний лід (південні райони), використовують відповідні пристрої для виготовлення штучного льоду. Вартість такого льоду в 4–5 разів вища за вартість природного.

Штучний лід виготовляють за допомогою льодогенераторів  теплообмінних апаратів для заморожування води за допомогою компресійної холодильної машини.

Недоліками розсільних льодогенераторів є великі витрати електроенергії і води, висока металоємність обладнання, значна коро­зія льодяних форм, бака тощо.

Більш економічними і продуктивнішими є льодогенератори безпосереднього охолодження, у яких лід утворюється у випарниках холодильних машин. Такі льодогенератори залежно від форми льоду мають різну будову випарників. Для виробництва блоків льоду льодові форми мають охолоджувані випарні сорочки, в яких кипить холодильний агент. У випарниках вертикально-трубної форми отри­мують лід трубчастої форми.

Для виготовлення снігового льоду, який використовують у технологічних процесах ковбасного виробництва, застосовують льодогенератори снігового льоду, які складаються з циліндра, всере­дині якого встановлена рифлена втулка. Між втулкою і стінкою циліндра є порожнина, де кипить аміак. Всередину втулки подається вода, яка охолоджується і намерзає на її рифленій поверхні. Лід безперервно зрізається різцями, закріпленими на валу, який оберта­ється. Лід і вода виштовхуються з циліндра, після чого лід пресується у формах, а льодяна вода повертається в апарат.

Використання льоду для охолодження при всіх перевагах має суттєвий недолік: за допомогою льоду не можна отримати темпера­туру в об’ємах, які охолоджуються, нижчу за 8°С, що не дає змоги використовувати його для тривалого зберігання продуктів.