食品工程原理制冷.ppt

1、第七章:制冷,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,（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,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,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

2、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。,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。,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,理想化处理：无阻；绝热; 可逆；,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

3、（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,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：,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

4、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。,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。,（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pk下的制冷剂液体，直接节流到蒸发压力p0，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

5、较广。 两次节流：两次节流循环则是先将pk下的制冷剂液体节流到中间压力pm，然后再次节流到P0，实际工程应用并不多。,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,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,乙醚 1834年,查尔斯泰勒 （Charles Tel

6、lier) 二甲基乙醚,拉乌尔皮克特 （Raul Pictel） SO2 1874年,混合制冷剂 二十世纪 五六十年代,卡特林德 （Carl Linde) NH3 1870年,威德豪森 （Windhausen） CO2 1866年,汤姆斯米杰里 （Thomas Midgley） 卤代烃 1929-1930年,（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。,（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

7、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。,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, O3），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。,（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”

8、环保。,附表1：氟利昂制冷剂的命名,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。,2、氨,（1）特点 优点：具良好的热力学性质和热物理性质，

9、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。,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）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

10、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。,啤酒发酵罐,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,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,附图：往复式压缩机,3、压缩机型号的意义：如4FV10表示四缸、氟利昂制冷剂、V型、汽缸直径为10厘米的压缩机。,（三）离心式压

11、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。,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,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。,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。,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。 （