Часть 2

ХОЛОДИЛЬНАЯ ТЕХНИКА 1

И ТЕХНОЛОГИЯ 1

ВВЕДЕНИЕ 7

РАЗДЕЛ I. ХОЛОДИЛЬНАЯ ТЕХНИКА 8

Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР 8

Глава 2. РАБОЧИЕ ВЕЩЕСТВА ПАРОКОМПРЕССИОННЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН 12

Глава 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ И СХЕМЫ ПАРОВЫХ КОМПРЕССИОННЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН 22

Глава 4. ХОЛОДИЛЬНЫЕ КОМПРЕССОРЫ 32

Глава 5. ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН 43

Глава 6. ХОЛОДИЛЬНИКИ С МАШИННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ 55

Глава 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ХОЛОДИЛЬНИКОВ ПРЕДПРИЯТИЙ ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ 69

Глава 8. ХОЛОДИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ 77

РАЗДЕЛ II. ХОЛОДИЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 89

Глава 9. ПАРАМЕТРЫ И МЕТОДЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ПРОДУКТОВ, ПОЛУФАБРИКАТОВ И КУЛИНАРНОЙ ПРОДУКЦИИ 89

Глава 10. ОХЛАЖДЕНИЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ 100

Глава 11. ЗАМОРАЖИВАНИЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ 121

Глава 12. ХОЛОДИЛЬНОЕ ХРАНЕНИЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ 148

Глава 13. ОТЕПЛЕНИЕ И РАЗМОРАЖИВАНИЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ 152

СПИСОК РекомендуемОЙ литературЫ 165

ХОЛОДИЛЬНАЯ ТЕХНИКА 166

И ТЕХНОЛОГИЯ 167

Введение

Холодильная техника – отрасль науки, занимающаяся изучением вопросов, связанных с охлаждением самых различных тел и поддержа­нием температуры в пространстве или веществе ниже температуры ок­ружающей среды.

Если температура тела выше температуры окружающей среды, та­кое тело называют горячим, теплым или нагретым, а самопроизвольное понижение его температуры до температуры окружающей среды назы­вают естественным охлаждением.

Понижение температуры тела ниже температуры окружающей среды возможно путем искусственного охлаждения, а само тело назы­вают холодным.

Искусственное охлаждение можно осуществлять двумя способами:

• с помощью другого вещества (тела), имеющего более низкую тем­пературу, и передавая тепло при изменении его агрегатного со­стояния (охлаждение водным льдом);

• с помощью специальных охлаждающих устройств – холодильных машин и установок.

Различают две области холодильной техники по их температурно­му уровню:

• область умеренного холода (холодильная техника)  диапазон от температуры окружающей среды (которую условно считают рав­ной 20°С) до –120⁰С;

• область глубокого холода (криогенная техника) от –120⁰С до аб­солютного нуля (нуля Кельвина) –273,15⁰С.

Под телом следует понимать любое вещество, независимо от его агрегатного состояния.

Раздел I. Холодильная техника Глава 1. Физические принципы получения низких температур

1.1 Охлаждение за счет фазовых превращений

Для отвода теплоты от охлаждаемой среды в хо­лодильной технике используют следующие фазовые превращения:

Таяние водного льда и растворов солей. При превращении 1 кг льда в воду можно отвести 335 кДж теплоты, но теоретическим пределом понижения температуры охлаждаемой среды (вещества) будет 0⁰С.

Для достижения более низких температур используют льдосоляные смеси. Наиболее низкая температура смеси определяется криогидратной точкой, когда в термодинамическом равновесии находятся лед, соль и рас­сол (раствор). Этой точке соответствует эвтектическая концентрация соли.

Значения низких температур и скрытой теплоты плавления будут зависеть от вида соли и ее концентрации.

Использование соли хлористого натрия (NaCl) позволяет понизить температуру плавления льдосоляной смеси до –21,2⁰С при содержании соли 22,4%. При этом скрытая теплота плавления будет равна 236,1 кДж/кг.

Применяя в смеси с водным льдом хлористый кальций (СаСI₂) (29,9%), можно понизить температуру плавления смеси до –55⁰С. Скры­тая теплота плавления этой смеси будет равна 214 кДж/кг.

Сублимация сухого льда в качестве источника холода предпочти­тельнее, так как отсутствие жидкой фазы (воды и раствора соли) позво­ляет избежать коррозии металлических элементов оборудования и не­обходимости удаления теплого рассола.

При атмосферном давлении сублимация сухого льда происходит при температуре –78,9⁰С, а удельная теплота сублимации равна 571 кДж/кг. Но не следует при этом забывать о стоимости сухого льда.

Использование в качестве источника холода жидкого азота (N₂) также имеет свои достоинства. Нормальная температура кипения жид­кого азота (при атмосферном давлении) равна –196⁰С. Он неядовит, невзрывоопасен. Удельная (скрытая) теплота парообразования  около 200 кДж/кг, а с учетом теплоты, отводимой при нагревании холодного пара, общая отводимая теплота составляет около 400 кДж/кг. В послед­нее время жидкий азот используют так же, как и сухой лед, в специаль­ных скороморозильных аппаратах для замораживания пищевых продук­тов и для их перевозки в авторефрижераторах.

Испарение – процесс парообразования, происходящий на свободной поверхности жидкости при температуре ниже температуры насыщения и сопровождающийся понижением ее температуры ниже окружающей.

Физическая природа испарения объясняется вылетом с поверхности молекул, обладающих большей кинетической энергией. В холодильной технике этот эффект используют в градирнях – специальных аппаратах для охлаждения воды, а также в испарительных конденсаторах.

При атмосферном давлении и температуре воды 0 С скрытая теп­лота испарения приблизительно равна 2500 кДж/кг.

Кипение – процесс интенсивного парообразования на поверхности нагрева при подводе теплоты.

Эффект отвода теплоты от охлаждаемой среды в процессе кипения жидкости при низких температурах широко используют в парокомпрессионных холодильных машинах. Такую, кипящую при низкой температу­ре жидкость, называют холодильным агентом (хладагентом), а аппарат, где происходит этот процесс, не совсем точно называют испарителем.

Кипение однородного («чистого») вещества происходит при посто­янной температуре (температуре насыщения), зависящей от давления.

В табл. 1.1 приведены значения давления Р_н и температуры насы­щения t_н для некоторых хладагентов, а также соответствующие значе­ния скрытой теплоты парообразования или конденсации.

Таблица 1.1  Взаимосвязь давления с температурой насыщения и величина скрытой теплоты парообразования r для некоторых веществ

Вещество	tн, 0С	Рн, МПа	Скрытая теплота парообразования r, кДж/кг
Аммиак	–25 0	0,151 0,429	1344 1262
Фреон-22	–25 0	0,202 0,498	223 204
Фреон-134а	–25 0	0,106 0,293	216 199
Вода	0 +20	0,0006 0,0023	2500 2454

Из таблицы видно, что вода обладает наибольшей величиной скры­той теплоты парообразования, однако для ее кипения при температуре ниже 100⁰С давление должно быть ниже атмосферного. Это сущест­венно ограничивает возможности ее использования в качестве хлада­гента. При температуре 0⁰С вода замерзает.