Методы охлаждения

Под охлаждением понимается процесс отвода теплоты от охлаждаемого объекта в окружающую среду при разнице температур между объектом и средой. Такое охлаждение называется естественным и с его помощью температуру объекта можно понизить только до температуры окружающей среды.

Охлаждение объекта (пищевых продуктов) до температуры ниже температуры окружающей среды называется искусственным.

Наибольшее распространение для создания низких температур получил машинный способ, основанный на кипении определенных жидких веществ (агентов, хладоносителей) при низких температурах в условиях пониженного давления при постоянном отсасывании компрессором паров этого рабочего тела. Кипение сопровождается поглощением теплоты из окружающей среды и как следствие, понижением ее температуры и всего того, что расположено в этой среде, в частности, пищевых продуктов.

Ледяное охлаждение – наиболее простой способ охлаждения продуктов до температуры не ниже 0 ˚ С. В зависимости от способов получения лед бывает естественным (используется природный холод) и искусственным (используется машинный холод).

Лед характеризуется следующими свойствами:

· Температура плавления при атмосферном давлении 0 ˚ С.

· Теплота плавления 335кДж/кг.

· Теплоемкость 2, 09 кДж/кг * град.

· Теплопроводность 2, 32 Вт/м * град.

· Плотность от 500 до 900 кг/м ³.

Основу получения холода составляет процесс плавления, который протекает при постоянной температуре. Лед обладает большой холодопроизводительностью и аккумулирующей способностью.

На ТООП лед может применяться для охлаждения и кратковременного хранения скоропортящихся продуктов.

Льдосоляное охлаждение – основано на таянии льдосоляной смеси, при котором происходит ослабление молекулярного сцепления и разрушение кристаллических решеток льда. Для этого процесса требуется тепло, которое забирается у воды, полученной при таянии льда и растворенной в ней соли. По правилу фаз двухкомпонентная система лед – соль находится в равновесии только при температуре -21, 2 ⁰С и концентрации соли в растворе по отношению к общей массе 23, 1%, что соответствует ее криогидратной точке, т. е. минимальному значению температуры плавления льдосоляной смеси.
В местах соприкосновения кусков льда с солью образуется рассол, который охлаждается за счет теплоты плавления льда и растворения соли. Температура таяния льдосоляной смеси зависит от количества соли в ней. Таяние льда ускоряется за счет увеличения разности температур плавления и охлаждаемого воздуха помещения. С понижением температуры смеси уменьшается ее холодопроизводительность.

Для хранения продуктов с температурой ниже 0⁰С можно использовать холодильные камеры с льдосоляным охлаждением. Камеры могут охлаждаться при непосредственном соприкосновении воздуха с поверхностью льдосоляной смеси; при циркуляции холодного рассола по змеевикам, установленным в охлаждаемых камерах; при подаче в камеры холодного воздуха, предварительно охлажденного льдосоляной смесью.

Льдосоляное охлаждение имеет следующие недостатки:

· Малую холодопроизводительность.

· Невозможность получения необходимых низких температур.

· Усиленную коррозию металлических частей рассолом, получаемым при таянии льда и растворении соли.

Известны следующие способы льдосоляного охлаждения: непосредственно смесью, рассолом и воздухом. Наибольшее распространение получил способ, при котором льдосоляная смесь загружается в специальные металлические ящики или перфорированные емкости, установленные непосредственно в камерах с продуктами.

Эвтектический лед изготавливают из водных растворов некоторых солей в концентрации, соответствующей криогидратной точке, получают однородную смесь кристаллов льда и соли, называемую эвтектическим твердым раствором. Наибольшее распространение получил эвтектический твердый раствор поваренной соли. Эвтектическим раствором заполняют наглухо запаянные формы, называемые зероторами, и замораживают его. Для увеличения площади теплообмена поверхность зероторов делают гофрированной. Зероторы с замороженным раствором помещают в охлаждаемые камеры или прилавки. После того как раствор расплавится и температура его несколько повысится, зероторы отправляют на повторное замораживание.

Сухой лед - твёрдый диоксид углерода CO2, при обычных условиях переходящий в парообразное состояние, минуя жидкую фазу. Температура сублимации при нормальном давлении — минус 78, 5˚ С, имеет плотность около 1500 кг/м³, теплота сублимации - 574 кДж/кг (137 ккал/кг).
Холодопроизводительность 1 кг сухого льда в 1, 9 раза больше водного.
Источником получения углекислого газа, идущего на производство жидкой углекислоты и сухого льда, являются природные газы, отходы при получении спирта, синтезе аммиака, газификации углей и топочные газы, которые образуются при сжигании топлива.
Технологический процесс производства сухого льда состоит из получения чистого углекислого газа, жидкой углекислоты и сухого льда.
Достоинства сухого льда:

· Низкая температура сублимации при атмосферном давлении.

· Большая холодопроизводительность.

· Отсутствие жидкой фазы.

Недостатки:

· Относительно высокая стоимость.

Охлаждение жидкими газами (азотом, кислородом, углеродом, углекислым газом и др.) основано на их свойстве кипеть при низкой температуре.

Термоэлектрической охлаждение основано на использовании эффекта Пельтье, заключающегося в том, что при пропускании электрического тока по замкнутой цепи, состоящей из двух разных металлов (термопар), один спай нагревается, а другой охлаждается. Чтобы холодный спай имел низкую температуру и служил источником охлаждения, теплый спай надо охлаждать.
Преимущества:

· Отсутствие движущихся частей, рабочего тела

· Бесшумность.

· Надежность.

· Долговечность работы.

Недостатки:

· Высокая стоимость оборудования.

· Большой расход электроэнергии.

Законы термодинамики:

1 закон. Закон сохранения энергии. Энергия не возникает из ниоткуда, и никуда не исчезает, а превращается из одного вида в другой.

2 закон. Тепло от более нагретого тела передается менее нагретому телу без затрат энергии.

2-ой обратный закон. Тепло от менее нагретого тела предается более нагретому телу с затратой энергии.

3 закон. Любое тело нельзя охладить до температуры ниже -273, 1 или 0К.

29.Дайте определение хладагентам и теплоносителям. Опишите их состав и свойства, условные обозначения. Какие меры безопасности необходимо соблюдать при работе на холодильном оборудовании?