食品工程原理制冷课件

,单击此处编辑母版文本样式,*,第七章:制冷,第七章:制冷,1,第一节:概述,一、制冷,指从低温物体吸热并将其转移到环境介质中的过程，使物体降温并保持比环境介质温度更低的低温条件。,二、分类,（一）按制冷温度分：,1、普通制冷：150以上,2、低温制冷：150以下,第一节:概述 一、制冷 二、分类,2,（二）按获得低温的方法不同，分为：,1、蒸汽压缩式制冷,2、吸收式制冷,3、蒸汽喷射式制冷,4、半导体制冷,5、化学反应式制冷,以下主要介绍,蒸汽压缩式制冷,（二）按获得低温的方法不同，分为：1、蒸汽压缩式制冷以下主要,3,三、制冷在食品加工中的应用,1、冷冻保藏,2、速冻食品的生产,3、冷饮食品的生产,4、冷冻干燥技术,5、酒类低温发酵,等等,三、制冷在食品加工中的应用1、冷冻保藏,4,第二节：制冷技术的理论基本,一、制冷操作的实质,借助制冷剂把低温物体中的热量送到温度较高的环境中去。必须消耗一定的外界能量。,二、蒸汽压缩制冷,指在消耗外功的条件下，借助制冷剂，通过,压缩、冷凝、膨胀、蒸发,等过程的交替循环来实现制冷目的。,第二节：制冷技术的理论基本 一、制冷操作的实质,5,三、卡诺循环与逆卡诺循环,卡诺循环，,即将热量转化成机械功的循环是,正循环,。,逆卡诺循环,是一种消耗功的循环。在温熵图或压焓图上，循环的各个过程都是依此按,逆时针,方向变化的。,逆卡诺循环,是压缩制冷的物理基础，由两个可逆的等温过程和两个绝热等熵过程组成，是评价实际循环效率高低的标准。但工业上不能实现。,三、卡诺循环与逆卡诺循环 卡诺循环，即将热量转化成机械功的循,6,理想压缩制冷循环特点,四个,基本设备：压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器,1,2,绝热压缩,p,T,2,3,等温压缩 向环境放热，,S,3,4,绝热膨胀,T,T,1,（,膨胀阀,）,4,1,等温膨胀,T,T,1,理想化处理：,无阻；,绝热;,可逆；,理想压缩制冷循环特点四个基本设备：压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸,7,四、单级蒸气实际压缩制冷循环,制冷剂经压缩机,压缩,后成为高压高温过热气体（12）；进入冷凝器被,冷却、冷凝、过冷,为过冷液体（23）,向环境放热；然后进入节流装置如膨胀阀后,降温降压,为液体（34）；部分液体闪蒸成蒸气，这些气液两相的混合物进入蒸发器，从冷物体,吸热蒸发,成饱和蒸气（41）后回到压缩机重新被压缩。,从而完成一个循环。,空气,四、单级蒸气实际压缩制冷循环 制冷剂经压缩机压缩后成为高,8,五、多级压缩蒸气制冷循环,（一）采用多级压缩蒸气制冷循环的原因,对于更低温度的要求，单级压缩将会遇到很大困难。,在冷凝温度一定的条件下，蒸发温度越低，其循环的压缩比越大，压缩比的增大会给制冷循环的运行带来一系列的问题。具体如下：,五、多级压缩蒸气制冷循环 （一）采用多级压缩蒸气制冷循环的原,9,1、,循环的压缩比越大，压缩机制冷因数越小，,压缩机的制冷量也越小,；,2、,循环的压缩比越大，则会使实际压缩过程更偏离等熵压缩过程，不可逆,损失增大,；,3、,循环的压缩比越大，引起,压缩机排温升高、效率降低、功耗增大,；,4、,循环的压缩比越大，甚至会造成系统内,制冷剂和润滑油分解,，运转条件恶化，危害压缩机的正常工作。,1、循环的压缩比越大，压缩机制冷因数越小，压缩机的制冷量也越,10,单级压缩,蒸气制冷循环压缩比一般不超过810。,氨,因为绝热指数比,氟利昂,要大，我国规定氨的单级压缩比最大不允许超过,8,，而,氟利昂,不允许超过,10,。因此，不同冷凝温度下，在允许压缩比范围的最大值时，常用的,中温制冷剂,一般只能获得,-20-40,的低温。,单级压缩蒸气制冷循环压缩比一般不超过810。氨因为绝热指,11,（二）两级压缩制冷循环的组成,一次节流：,一次节流循环是将冷凝压力p,k,下的制冷剂液体，直接节流到蒸发压力p,0,，由于压差较大，易实现远距离和向高处供液，而且调节也很方便，故应用较广。,两次节流：,两次节流循环则是先将p,k,下的制冷剂液体节流到中间压力p,m,，然后再次节流到P,0,，实际工程应用并不多。,（二）两级压缩制冷循环的组成 一次节流：一次节流循环是将冷凝,12,两级压缩一次节流中间不完全冷却循环,两级压缩一次节流中间不完全冷却循环由低压级压缩机、高压级压缩机、冷凝器、中间冷却器、节流阀、蒸发器和回热器组成。,图4,两级压缩一次节流中间不完全冷却循环,A,高压级压缩机,B,低压级压缩机,C,冷凝器,D,蒸发器,E,中间冷却器,F,回热器,两级压缩一次节流中间不完全冷却循环 两级压缩一次节流中间不完,13,第三节:制冷剂与载冷剂,一、制冷剂（冷冻剂）,（一）概念：,是在制冷系统中循环流动，通过其状态变化来传递能量，从而实现制冷循环的工作物质。,（二）制冷剂的发展史,第三节:制冷剂与载冷剂一、制冷剂（冷冻剂）,14,乙醚,1834年,查尔斯泰勒,（Charles,Tellier),二甲基乙醚,拉乌尔皮克特,（Raul Pictel）,SO,2,1874年,混合制冷剂,二十世纪,五六十年代,卡特林德,（Carl Linde),NH,3,1870年,威德豪森,（Windhausen）,CO,2,1866年,汤姆斯米杰里,（Thomas,Midgley）,卤代烃,1929-1930年,乙醚查尔斯泰勒拉乌尔皮克特混合制冷剂 卡特林德威德豪森,15,（三）对制冷剂的要求,1、汽化热大；,2、冷凝压力不应过高；,3、沸点适当；,4、凝固点低，临界温度高；,5、比体积小，黏度小，密度小。,6、安全性高；,7、价廉易得。,（三）对制冷剂的要求,16,（四）常用的制冷剂,1、氟利昂,饱和烃的卤素取代物的总称。,（1）特点,优点,：无臭、无味、不易燃、不易爆。,缺点,：有些种类破坏臭氧层，产生温室效应；与水和氧气混合会产生光气，对人体有害。,（四）常用的制冷剂1、氟利昂,17,1974年，美国加利福尼亚大学的,罗兰,教授和他的博士后,莫利纳,在“自然”杂志上发表文章，指出：,卤代烃,在紫外线作用下会释放出氯离子，而氯离子会消耗地球周围热成层中的臭氧（Ozone, O,3,），而使过量的太阳紫外线照射到地面，给地球上的生物和人类带来一系列的危害。,为此，瑞典皇家科学院将,1995年的诺贝尔化学奖,授予这两位化学家。,1974年，美国加利福尼亚大学的罗兰教授和他的博士后莫利纳,18,（2）主要类型, CFC（CFCs）：含,氯,，常用于冰箱制冷，对臭氧层破坏最大；, HCFC（HCFCs）：含,氢和氯,，常用于空调、冷库制冷，对臭氧层破坏次之；, HFC（HFCs）：,含氢无氯，,对臭氧层无破坏,，,“绿色”环保。,（2）主要类型,19,附表1：氟利昂制冷剂的命名,附表1：氟利昂制冷剂的命名,20,蒙特利尔议定书,1、对CFCs，包括CFC11、CFCl2，CFCll3、CFCll4、CFCll5 等氯氟烃物质：,（1）对发达国家，规定从1996年1月1日起完全停止生产与消费；,（2）对发展中国家（CFCs人均消耗量小于0.3kg/年），最后停用的日期是2010年。,2、对HCFCs，包括HCHC22、HCFCl42b、HCFCl23等：,（1）对发达国家，从1996年起冻结生产量，2004年开始削减，至2020年完全停用；,（2）对发展中国家，从2016年开始冻结生产量，2040年完全停用。,蒙特利尔议定书1、对CFCs，包括CFC11、CFCl2,21,2、氨,（1）特点,优点：,具良好的热力学性质和热物理性质，价格低廉，易于获得。,缺点：,具刺激性气味和腐蚀性，易燃、易爆，对人体有毒性。,（2）应用领域示例,乳制品企业鲜乳冷却、汽水低温混合、食品工业冷库等。,2、氨（1）特点,22,二、载冷剂（冷媒）,（一）概念：,是用于将制冷系统产生的热量传递给被冷却物体的中间介质。用于,“间接制冷”,直接制冷：,利用制冷剂的蒸发直接吸收被冷却物体的热量，使其冷却到所需温度。,间接制冷：,当蒸发器距冷冻机较远时，利用,载冷剂,将,制冷剂,在制冷系统产生的冷量传递给被冷却物体。,二、载冷剂（冷媒）（一）概念：是用于将制冷系统产生的热量传递,23,（二）主要类型,1、,水,：用于蒸发温度为0以上的制冷装置。,2、,盐水,：常用,氯化钠,水溶液和,氯化钙,水溶液。其中,氯化钠,水溶液因无毒，在食品行业应用广泛。,3、,有机物载冷剂：,常用,乙醇、乙二醇,和,丙二醇,水溶液，性能良好，但价格相对较高。,丙二醇,水溶液无毒，常用于啤酒发酵罐的制冷。,（二）主要类型1、水：用于蒸发温度为0以上的制冷装置。,24,啤酒发酵罐,啤酒发酵罐,25,基本组成：,压缩机、冷凝器、膨胀阀和冷却器,，另有：,油分离器、贮液器等。,第四节:蒸汽压缩制冷设备和系统,基本组成：压缩机、冷凝器、膨胀阀和冷却器，另有：油分离器、,26,一、压缩机,（一）作用：,将制冷剂压缩为高温高压过热蒸汽。,（二）类型：,主要有,活塞式、离心式,和,旋转式,压缩机，其中,活塞,式压缩机使用较广。,（三）活塞式压缩机,1、原理：,类似于,活塞,泵，依靠活塞往复运动，完成吸气、压缩、排气，可采用多缸压缩。其工作过程见附件,2、构造：,见附图1,一、压缩机（一）作用：将制冷剂压缩为高温高压过热蒸汽。,27,附图：往复式压缩机,附图：往复式压缩机,28,3、压缩机型号的意义：如4FV10表示四缸、,氟利昂,制冷剂、V型、汽缸直径为10厘米的压缩机。,3、压缩机型号的意义：如4FV10表示四缸、氟利昂制冷剂、V,29,（三）离心式压缩机：,原理与离心鼓风机相同，低压大流量，一般采用多级压缩。,（四）旋转制冷式压缩机：,中压小流量，常用于小型制冷机，螺杆式、转子式居多，如冰箱中的转子压缩机。,（三）离心式压缩机：原理与离心鼓风机相同，低压大流量，一般采,30,二、冷凝器,（一）作用：,在冷凝器中，制冷剂放热冷却冷凝为液体 ，并将热量经间壁交换给空气或水等冷流体。,（二）类型：,分为水冷式、空冷式、蒸发式三类。,1、水冷式：,常用卧式或立式壳管式冷凝器。其原理图见附件,二、冷凝器（一）作用：在冷凝器中，制冷剂放热冷却冷凝为液体,31,2、空冷式：,一般是蛇管式，制冷剂蒸汽在管内冷凝，空气在风机作用下横向流过管外。主要用于中小型,氟利昂制冷机。,3、蒸发式：,一般是蛇管式,冷凝器是一种换热器。,2、空冷式：一般是蛇管式，制冷剂蒸汽在管内冷凝，空气在风机作,32,三、膨胀阀,（一）作用：,又名节流阀，可以使制冷剂降压和控制其流量。,（二）原理：,高压液态制冷剂被迫通过节流小孔，冷凝压力骤降至蒸发压力，液体制冷剂沸腾吸热气化进入湿气状态，同时温度降低。,（三）类型：,分为,人工调节阀,和,自动膨胀阀。,生产中常用,自动膨胀阀。,三、膨胀阀（一）作用：又名节流阀，可以使制冷剂降压和控制其,33,四、蒸发器,（一）作用：,使低温低压的制冷剂沸腾，,以吸收被冷却物体的热量，,进行制冷。,（二）类型：,分为,直接冷却式,和,间接冷却式。,1、直接冷却式蒸发器：,主要有盘管式、翅片管式和板式蒸发器。,2、间接冷却式蒸发器：,主要有立管式和卧式壳管式蒸发器。（见附件）,冷凝器也是一种换热器。,四、蒸发器（一）作用：使低温低压的制冷剂沸腾，以吸收被冷却物,34,第五节：食品冷冻,一、食品冷冻基本理论,略,二、食品冷冻设备,1、非直接接触式,2、直接接触式,第五节：食品冷冻一、食品冷冻基本理论,35,附图1：单体速冻机结构图,附图1：单体速冻机结构图,36,附图2：SSD系列LN2LCO2速冻装置,附图2：SSD系列LN2LCO2速冻装置,37,结束,结束,38,