Холод — условное понятие. Это тепло, отводимое от тела для понижения его температуры; при этом изменяется его агрегатное состояние. Физическая природа холода и тепла одинакова, различна только степень напряжения молекул тела, от чего зависит его температура. Для измерения количества холода и тепла принята килограмм-калория (ккал).
Охлаждающие смеси.
Получение холода возможно за счет теплоты растворения в воде некоторых солей. Если заменить воду дробленым льдом или снегом, то помимо теплоты растворения соли от смеси будет отниматься и теплота плавления льда.
Для получения холода в лабораторной практике (в небольших размерах) в течение нескольких часов пользуются охлаждающими смесями:
2 части льда и 1 часть NaCl охлаждаются до минус 20°C; смесь из 4 частей льда или снега и 5 частей хлористого кальция СаС12 охлаждаются до минус 40°С.
Скрытая теплота плавления.
Это количество тепла, необходимого для превращения в жидкость 1 кг твердого тела, доведенного до температуры плавления. Для льда скрытая теплота плавления равна 80 ккал/кг.
Теплота испарения — количество тепла, необходимое для перехода в пар 1 кг жидкости, доведенной до температуры испарения. В холодильной технике в качестве холодильных агентов применяют летучие жидкости, которым свойственны низкие температуры кипения (испарения). С понижением давления температура кипения снижается; с повышением давления — становится выше.
Конденсация — переход пара в жидкое состояние при его охлаждении.
ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ.
Холодильные машины — это совокупность теплообменных аппаратов и других устройств, которые необходимы для отвода тепла при низкой температуре и передачи тепла к среде с более высокой температурой.
Отводимое тепло воспринимается в круговом процессе холодильной машины хладагентом, имеющим пониженную температуру. Низкая температура достигается за счет испарения (кипения) его при соответствующем давлении. Отведенное тепло затем передается охлаждающей воде или воздуху. Пары сжимаются в конденсаторе и цикл повторяется снова (рис. 2).
Рис. 2. Принципиальная схема работы компрессорной холодильной установки: 1 — испаритель; 2 — компрессор; 3 — конденсатор; 4 — регулирующий вентиль.
Испаритель служит для испарения жидкого хладагента при низкой температуре и соответствующем давлении за счет теплоты, отнимаемой от охлаждаемой среды. Поэтому его иногда называют испаритель-охладитель.
Компрессор необходим для удаления паров холодильного агента из испарителя и последующего сжатия паров за счет затрачиваемой работы.Конденсатор используется для превращения сжатых компрессором паров хладагента в жидкое состояние. Чем выше температура охлаждающей воды или воздуха, тем выше температура конденсации, а следовательно, и давление.
Регулирующий вентиль служит для регулирования поступления в испаритель жидкого хладагента. При проходе через узкое сечение вентиля происходит дросселирование, т. е. мятие жидкости, и давление жидкого хладагента падает от давления в конденсаторе до давления испарения с соответствующим понижением температуры.
Переохладитель жидкого аммиака змеевикового типа служит для понижения температуры конденсации аммиака при том же давлении, что увеличивает холодопроизводительность установки.
Для передачи теплоты (Q, ккал/ч, в СИ — Вт) от низкого температурного уровня к более высокому необходима затрата механической работы AL, кгс-м/ч, которая превращается в тепло и передается затем охлаждающей среде. При круговом (замкнутом) процессе количество отводимой в среду теплоты (QK) в килокалориях в час (ватт) вычисляют по формуле:
Q = Qo + AL,
где Qo — низкий температурный уровень — тепло, отводимое от охлаждаемого тела, ккал/ч;
AL — высокий температурный уровень — механическая работа, передающая тепло окружающей среде, ккал/ч.
При этом А = 1/427 — тепловой эквивалент работы, ккал/кгс-м;
L — затрата механической работы, кгс-м/ч.
ХОЛОДИЛЬНЫЕ АГЕНТЫ.
По физическим свойствам хладагенты подразделяются на 3 группы: высоких, средних и низких температур кипения (испарения), то есть выше 0сС, ниже 0°С и ниже минус 50°С. Наиболее распространена вторая группа, к которой относятся аммиак и фреон-12, фреон-22.
Аммиак — ядовитый газ, обладающий удушливым запахом. Предельно допустимая концентрация аммиака в воздухе производственных помещений —- 0,02 мг/дм3. Воздействие аммиака на организм человека в течение 0,5—1 ч при содержании паров в воздухе 0,15 мг/дм3 вызывает неприятные ощущения, а при 1,8—3,2 мг/дм3 — тяжелое отравление организма. Температура воспламенения аммиака 65 ГС, взрываемость при объемной доле в воздухе 13—27%.
Фреон — не имеет запаха, не взрывоопасен и применяется при умеренных температурах испарения, в бытовых условиях и при кондиционировании воздуха.
Транспортируются хладагенты в стальных баллонах (табл. 8).
Таблица 8. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БАЛЛОНОВ С ХЛАДАГЕНТАМИ.
На баллоне должны быть обозначены: марка завода-изготовителя, тип и порядковый номер баллона, масса, емкость, рабочее и пробное давление, дата изготовления и клеймо ОТК.
Баллоны подлежат освидетельствованию через 5 лет. Запрещается: ремонт наполненных баллонов, хранение их под открытым небом, в производственных цехах и общих складских помещениях.
ОСНОВНЫЕ ХЛАДОНОСИТЕЛИ.
Жидкость, отводящая тепло от охлаждаемой среды, — это вода, водные растворы некоторых солей, спирта и т. п. Воду используют при охлаждении ее не ниже 2°С. Растворы хлористого натрия применяют при температуре до минус 16°С. Растворы хлористого кальция могут охлаждаться, не замерзая до минус 45°С.
Общий недостаток рассолов — коррозия труб и частей оборудования, соприкасающихся с рассолом, что приводит к разрушению поверхностей теплообмена. Физические свойства растворов хладоносителей предоставлены в таблице 9.
Таблица 9. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ ХЛАДОНОСИТЕЛЕЙ.
Охлаждающая способность (хладопроизводительность) паровых компрессионных холодильных машин — это количество тепла, которое они способны отнять от охлаждаемой среды в течение часа. По величине хладопроизводительности компрессорные машины подразделяют на мелкие (до 5000 ккал/ч), малые (до 50000 ккал/ч), средние (до 500 тыс. ккал/ч) и крупные — свыше 500 тыс. ккал/ч.
Для паровых холодильных машин наиболее широко применяют поршневые компрессоры. В винодельческой промышленности широко применяют холодильные машины АУУ 90, компрессоры АВ 100, АУ 200 (табл. 10).
Таблица 10. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН.
Сравнительная оценка рассольного (рис. 3) и прямого (рис. 4) охлаждения. К недостаткам рассольного охлаждения относятся:
- наличие промежуточного хладоносителя;
- повышенный расход энергии — излишние потери тепла;
- повышенная металлоемкость, разрушение (коррозия) рассольных трубопроводов — замена через 6—7 лет.
Для эффективной работы рассольного охлаждения рекомендуются следующие температурные перепады:
Δ t1 (разность между температурой воздуха помещения и рассола 8— 10 °С);
Δ t2 (разность между температурой рассола, входящего и выходящего из испарителя 2—3 °С);
Δ t3 (разность между температурой рассола и испаряющего хладагента 5—6 °С);
ΣΔ t должна быть равной 18,5“С, в то время как при непосредственном охлаждении ΣΔ t ≈ 8—10 °С.
Для рассольного охлаждения потребуется рабочая температура испарения хладагента минус 6°С, а при непосредственном охлаждении Р = 0°С.
Рис. 3. Схема рассольного охлаждения.
Рис. 4. Схема непосредственного охлаждения.
Одна и та же аммиачная холодильная установка составит для рассольного охлаждения 286303 кДж/ч, а при непосредственном охлаждении — 369977 кДж/ч.
При непосредственном охлаждении уменьшаются затраты на строительство и эксплуатационные расходы, а срок службы оборудования увеличивается до 20—30 лет.
К недостаткам прямого охлаждения относится необходимость иметь в системе большое количество хладагента и более сложные измерительные приборы и автоматические устройства.
Установки непосредственного охлаждения (ультраохладители), как правило, работают на фреоне и могут быть даже передвижными в цехе, где необходимо в разных местах охлаждать, например, бродящее сусло, кондиционировать воздух.
Ультраохладители представляют собой рубчатые теплообменники непосредственного испарения и предназначены для быстрого охлаждения виноградного сока, виноматериалов и вин в потоке (табл. 11).
Таблица II. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
УЛЬТРАОХЛ АДИТЕЛ ЕЙ
Изготовитель ВУНО-30, ВУНО-60, ВУНО-90 - Симферопольский завод винодельческого оборудования.
