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1、制冷机械与设备第1页，共190页，编辑于2022年，星期五第一节第一节 食品冷冻技术食品冷冻技术n n冷冻在食品工业中的应用是相当广泛的，它的作用是作为冷冻在食品工业中的应用是相当广泛的，它的作用是作为食品加工的手段和防止食品腐败。冷冻贮藏食品，能延长食品加工的手段和防止食品腐败。冷冻贮藏食品，能延长食品保存期限，减少食品损耗，以及加工冷冻食品等。食品保存期限，减少食品损耗，以及加工冷冻食品等。n n一、制冷技术在食品工业中的应用一、制冷技术在食品工业中的应用n n二、食品冷冻技术二、食品冷冻技术n n三、一般制冷方法n n四、制冷技术理论基础（冷冻原理）第2页，共190页，编辑于2022年，
2、星期五一、制冷技术在食品工业中的应用一、制冷技术在食品工业中的应用n n1冷冻制品速冻制品的加工和低温加工n neg eg 冰淇淋、速冻水饺、速冻蔬菜。冰淇淋、速冻水饺、速冻蔬菜。n n低温加工：啤洒低温发酵（低温加工：啤洒低温发酵（2323），碳酸饮料在充），碳酸饮料在充气前冷却气前冷却3535（此时，二氧化碳溶解量大，充气最（此时，二氧化碳溶解量大，充气最大。地下水温度为大。地下水温度为7 7，夏天江河水温，夏天江河水温18-2018-20。）。）n n2食品的贮藏（冰柜、冷库）n n3食品加工的特殊手段冷冻浓缩、冷冻干燥。n n4食品生产车间的空气调节第3页，共190页，编辑于2022年
3、，星期五二、食品冷冻技术n n 制冷技术是利用某种装置，以消耗机械功或其他能量来维持某一物料的温度低于周围自然环境的温度。这种技术是建立在热力学的基础上的，是现代食品工程的重要基础技术之一。第4页，共190页，编辑于2022年，星期五n n人们通常把冷冻分为两种：一般冷冻和深度冷冻。n n一般冷冻：冷冻温度范围在-100以内，n n深度冷冻：冷冻温度范围低于-100n n 食品工业多采用一般冷冻温度范围多在-18以上。多采用压缩式单级冷冻机制冷系统。n n冰箱的冷藏室：35，冻藏室-18。n n深度冷冻多用于化工、医药。第5页，共190页，编辑于2022年，星期五三、一般制冷方法n n1、空气
4、压缩制冷n n2、蒸汽压缩式制冷n n3、吸收式制冷n n4、蒸汽喷射式制冷第6页，共190页，编辑于2022年，星期五1、空气压缩制冷 n n这种制冷方法是利用大气中的空气作制冷剂。空气首先在压缩机中绝热压缩这种制冷方法是利用大气中的空气作制冷剂。空气首先在压缩机中绝热压缩.50.6Mpa.50.6Mpa，然后在等压下以冷水冷却至，然后在等压下以冷水冷却至可能的温度；冷却后的空气于膨胀阀中绝热膨胀，空气温度继续降低；然后温度降低的空气再通过制冷器，在等压下吸取可能的温度；冷却后的空气于膨胀阀中绝热膨胀，空气温度继续降低；然后温度降低的空气再通过制冷器，在等压下吸取热量，使之回升至原来的温度，
5、再回到压缩机中，进行另一循环。热量，使之回升至原来的温度，再回到压缩机中，进行另一循环。n n它的制冷循环是以两等压过程代替逆卡诺循环中的两等温过程。它的制冷循环是以两等压过程代替逆卡诺循环中的两等温过程。第7页，共190页，编辑于2022年，星期五n n这种制冷方法是利用大气中的空气作制冷剂。n n空气首先在压缩机中绝热压缩0.50.6Mpa，然后在等压下以冷水冷却至可能的温度；冷却后的空气于膨胀阀中绝热膨胀，空气温度继续降低；然后温度降低的空气再通过制冷器，在等压下吸取热量，使之回升至原来的温度，再回到压缩机中，进行另一循环。n n它的制冷循环是以两等压过程代替逆卡诺循环中的两等温过程。第
6、8页，共190页，编辑于2022年，星期五n n 其特点是制冷系数较小，故经济性较差；由于在制冷过程中物质不发生集态变化，无潜热可利用。故单位制冷量也较小；n n 为了获得足够的制冷量，则需用比较庞大的设备，必造成动力消耗大，成本高；n n 同时当冷却温度降到0时，由于冰霜生成，致使操作用难，故在现代工业中基本上被淘汰。第9页，共190页，编辑于2022年，星期五2、蒸汽压缩式制冷 n n这种方法是用常温及普通低温下可以汽化的物质作为工质（氨、氟利昂及某些碳氢化合物），工质在循环过程不断发生集态变化（即液态气态，气态液态），这是食品工业中使用广泛的制冷方法。第10页，共190页，编辑于2022
7、年，星期五n n制冷循环为：制冷循环为：n n在蒸发器中产生的低压制冷剂蒸发（状态在蒸发器中产生的低压制冷剂蒸发（状态1 1），在压缩机中被压缩），在压缩机中被压缩到冷凝压力，消耗了机械功到冷凝压力，消耗了机械功WW，此时为绝热压缩过程，同时温度不，此时为绝热压缩过程，同时温度不断升高；然后压缩后的蒸汽在过饱和状态下（点断升高；然后压缩后的蒸汽在过饱和状态下（点2 2）进入冷凝器中，）进入冷凝器中，因受到冷却介质（水或空气）的冷却而凝结成饱和液体（点因受到冷却介质（水或空气）的冷却而凝结成饱和液体（点3 3），并放出热量，其冷凝结成饱和液体，并放出热量，其冷凝），并放出热量，其冷凝结成饱和液体
8、，并放出热量，其冷凝过程为一等温等压过程；过程为一等温等压过程；第11页，共190页，编辑于2022年，星期五n n由冷凝器出来的制冷剂液体，经膨胀阀进行绝热膨胀到蒸发由冷凝器出来的制冷剂液体，经膨胀阀进行绝热膨胀到蒸发压力，温度降到与之相应的饱和温度。此时已成为两相状态压力，温度降到与之相应的饱和温度。此时已成为两相状态的汽液混合物；然后进入蒸发器，进行等温等压的蒸发过程，的汽液混合物；然后进入蒸发器，进行等温等压的蒸发过程，以制冷量以制冷量QQ。并回复到起始状态，完成一个循环。第12页，共190页，编辑于2022年，星期五n n由此可见，蒸汽压缩式制冷循环的蒸发过程和冷却过程是在等温度情况
9、下进行的，不可逆性小，故循环的制冷系数大。n n它是利用液体的蒸发过程来制冷，故单位制冷量大；n n同时，在蒸发器和冷凝器中都是有集态改变的传热过程，传热系数较大，因而设备不是很庞大。第13页，共190页，编辑于2022年，星期五3、吸收式制冷n n吸收式制冷方法与压缩式不同，它是利用热能以代替机械能而工作的。吸收式制冷系统使用了两种吸收式制冷方法与压缩式不同，它是利用热能以代替机械能而工作的。吸收式制冷系统使用了两种工质，一种是产生冷效应的制冷剂；另一种是吸收制冷剂而生成溶液的吸收剂。对制冷剂的要求与工质，一种是产生冷效应的制冷剂；另一种是吸收制冷剂而生成溶液的吸收剂。对制冷剂的要求与压缩式
10、的相同，而对吸收剂则必须是吸收能力强，同是在相同压力下，其沸点要远高于制冷剂的沸压缩式的相同，而对吸收剂则必须是吸收能力强，同是在相同压力下，其沸点要远高于制冷剂的沸点。因而，当溶液受热时，蒸发出来的蒸汽中，含制冷剂多，而含吸收剂很少。点。因而，当溶液受热时，蒸发出来的蒸汽中，含制冷剂多，而含吸收剂很少。第14页，共190页，编辑于2022年，星期五n n吸收式制冷方法与压缩式不同，它是利用热能以代替机械能而工作的。吸收式制冷系统使用了两种工质，一种是产生冷效应的制冷剂；另一种是吸收制冷剂而生成溶液的吸收剂。n n对制冷剂的要求与压缩式的相同，而对吸收剂则必须是吸收能力强，同是在相同压力下，其
11、沸点要远高于制冷剂的沸点。因而，当溶液受热时，蒸发出来的蒸汽中，含制冷剂多，而含吸收剂很少。第15页，共190页，编辑于2022年，星期五n n蒸汽压缩式制冷所采用的制冷剂为一远较0为低的温度下即能转变为蒸汽状态的物质，且此蒸汽经压缩复可转变液态。例如：NH3在大气压下的沸点为-33.4,所以可在低温下蒸发而吸热，达到制冷目的，蒸发后的低压蒸汽又可经压缩机和冷却水冷却使之冷凝为液态NH3。液氨经过膨胀阀以降低压力，又开始其蒸发过程。n n通常采用的工质为氨和水的二元溶液，其中NH3 为制冷剂，水为吸收剂。第16页，共190页，编辑于2022年，星期五工作过程：温、低压的氨蒸汽，从蒸发器出来后进
12、入吸收器。在吸收 器中，氨蒸汽被低压的稀溶液吸收，吸收所产生的吸收热由冷却水带走。吸收后的氨溶液由泵升压经换热器加热后进入发生器。第17页，共190页，编辑于2022年，星期五 在发生器中，因加热而将高温、高压的氨蒸发出来，然后进入精馏塔；在发生器中，因加热而将高温、高压的氨蒸发出来，然后进入精馏塔；同时发生器内变稀的溶液经换热器和节流阀再回到吸收器中。进入精馏同时发生器内变稀的溶液经换热器和节流阀再回到吸收器中。进入精馏器的蒸汽被冷却水冷却后，含制冷剂多的蒸汽进入冷凝器，而含制冷剂器的蒸汽被冷却水冷却后，含制冷剂多的蒸汽进入冷凝器，而含制冷剂极少的稀溶液回到发生器。由冷却水带走热量，使蒸汽冷
13、凝。极少的稀溶液回到发生器。由冷却水带走热量，使蒸汽冷凝。第18页，共190页，编辑于2022年，星期五 冷凝后制冷剂经过节流阀进入蒸发器，并向被冷却物质吸取热量。冷凝后制冷剂经过节流阀进入蒸发器，并向被冷却物质吸取热量。以上部分的系统实际上起了将低压、低温制冷剂蒸汽变成高压、以上部分的系统实际上起了将低压、低温制冷剂蒸汽变成高压、高温蒸汽机的作用。即执行了压缩式制冷系统中的压缩机的任务。高温蒸汽机的作用。即执行了压缩式制冷系统中的压缩机的任务。其特点：无运动不见，无噪音，运转其特点：无运动不见，无噪音，运转第19页，共190页，编辑于2022年，星期五4、蒸汽喷射式制冷n n蒸发喷射式制冷机
14、与吸收式制冷机一样，以消耗热能来完成制冷机的补偿过程。n n它是利用高压水蒸汽通过喷射器造成低压，并使水在此低压蒸发吸热的原理进行制冷的。n n制冷剂是水。第20页，共190页，编辑于2022年，星期五n n工作原理：工作原理：n n锅炉的高压蒸汽进入喷射器中，工作蒸汽在喷嘴中膨胀，锅炉的高压蒸汽进入喷射器中，工作蒸汽在喷嘴中膨胀，获得很大的汽流速度（获得很大的汽流速度（800-10000m/s800-10000m/s）。由于这时压力）。由于这时压力能变为动能，产生真空，使蒸发器中的水蒸发成蒸汽。当能变为动能，产生真空，使蒸发器中的水蒸发成蒸汽。当蒸发器中的水蒸发时，就从周围的水中及取热量，使
15、其成蒸发器中的水蒸发时，就从周围的水中及取热量，使其成为低温水，供降温使用。为低温水，供降温使用。第21页，共190页，编辑于2022年，星期五n n工作蒸汽与低压蒸汽在喷射器的混合室内混合后即进入扩压器，在扩压器中速度下降，动能又变为位能，压力升高，然后混合蒸汽就进入冷凝器中冷凝成水，一部分送回锅炉，另一部分送入蒸发器，提供所须的冷量。第22页，共190页，编辑于2022年，星期五四、制冷技术理论基础（冷冻原理）n n制冷过程是将热能从低温物体取出，并将其放到高温物体中的物理过程。n n根据热力学第二定律，这种过程（热能够自动地从高温物体传递给低温物体）只有在加入外功的情况下才有可能，即借助
16、于冷冻机的外加功才行。n n热力第一定律：U=Q-W，U-物系状态变化时内能的差值U，Q-物系吸热，W物体对环境作的功。第23页，共190页，编辑于2022年，星期五1、热力循环的概念 n n 在实际应用上，需要的是连续不断的热与功转换，为此，应要使工质经过若干个过程后，回复原来的状态，而又完成了热与功的转换。在这种转换过程中，工质状态发生周期性变化，称为热力循环。第24页，共190页，编辑于2022年，星期五 根据热力第一定律：U=Q-W，U-物系状态变化时内能的差值U，Q-物系吸热，W物体对环境作的功 因为工质经过一个循环后，回复到原来的状态，所以对一个热力循环来说，工质的内能没有变化，经
17、过一个循环，体系对外的热交换和功交换的关系是：第25页，共190页，编辑于2022年，星期五体系完成一个循环对外界的热交换是，从热源吸收的热量q1和对冷源放出的热量q2 代数和，称为“净热”。所以 q=q1+q2。同理，功交换也是“净功”，也是体系对外界和外界对体系所作功的代数和。所以可以说体系循环的净热等于净功。第26页，共190页，编辑于2022年，星期五 体系从外界吸收的热量q1并没有完全变成功，而是一部变成功，其余部分又放给外界。工质从温度较高的热源吸热，并向温度 较低的冷源放热q2（冷源损失）。对于热机来说，总希望它所吸 收之热q1变成功的部分愈多愈好，冷源损失愈少愈好，衡量这种 热
18、能利用效果的指标叫循环热效率，定义为 第27页，共190页，编辑于2022年，星期五 热效率就是循环中加入热量转变为有用功的百分数。热力学第二定律表明，循环热效率不能达到100%。其最大极限是多大？卡诺循环。第28页，共190页，编辑于2022年，星期五卡诺循环由两个定温过程和两个绝热过程所组成。1-2线为定温吸热过程2-3线为绝热膨胀过程3-4线为定温放热过程4-1线为绝热压缩过程（PV、TS为一种顺时针进行的热力循环）第29页，共190页，编辑于2022年，星期五设热源温度设热源温度T1T1，冷源温度，冷源温度T2T2，在整个循环中保持恒温。在经过一个循，在整个循环中保持恒温。在经过一个循
19、环后，工质吸热环后，工质吸热q1=T1q1=T1 S S（为（为TSTS图上图上1-2-5-6-11-2-5-6-1所围之面积）。所围之面积）。.放热放热q2=T2q2=T2 S S（为（为TSTS图上图上4-3-5-6-44-3-5-6-4所围之面积），所围之面积），S=S2-S1S=S2-S1，则卡诺循环效率，则卡诺循环效率第30页，共190页，编辑于2022年，星期五2、制冷的基本概念n n（1）逆卡诺循环n n（2）制冷过程（氨制冷循环原理）n n（3）制冷量n n（4）制冷系数第31页，共190页，编辑于2022年，星期五（1）逆卡诺循环1-21-2线工质作绝热压缩（等熵），线工质作
20、绝热压缩（等熵），2-32-3线工质作等温压缩（等熵）线工质作等温压缩（等熵）3-43-4线工质作绝热膨胀（等熵），线工质作绝热膨胀（等熵），4-14-1线工质作等温膨胀（等熵）线工质作等温膨胀（等熵）n n与卡诺循环相反，逆时针循环。与卡诺循环相反，逆时针循环。第32页，共190页，编辑于2022年，星期五n n这4个过程均为可逆，所以它是一个理论的循环，在工业生产上是不能实现的，但可作为实际制冷循环完善程度的比较标准。n n在实际的制冷循环中，不仅压缩和膨胀不可能是绝热过程，而且在两个等温过程中，放热侧工质温度必高于热源（冷却介质）的温度。吸热侧的工质温度必低于冷源（被冷却的物体）的温度（
21、即非可逆过程）。第33页，共190页，编辑于2022年，星期五（2）制冷过程（氨制冷循环原理）n n氨液在氨液在1atm1atm以下，吸热气化后，其低压低温蒸汽必须设法回复到液体状态，才能继续以下，吸热气化后，其低压低温蒸汽必须设法回复到液体状态，才能继续进行制冷。进行制冷。n n系统中的制冷剂（氨）饱和蒸汽被压缩机吸入压缩，成高压高温的过热蒸汽，此过程为系统中的制冷剂（氨）饱和蒸汽被压缩机吸入压缩，成高压高温的过热蒸汽，此过程为等熵过程。制冷剂（氨）的高压高温过热蒸汽，其温度高于环境介质（水或空气）的温等熵过程。制冷剂（氨）的高压高温过热蒸汽，其温度高于环境介质（水或空气）的温度，其压力使制
22、冷剂（氨蒸气）能在常温下冷凝成液体状态。因而排至冷凝器时，经冷度，其压力使制冷剂（氨蒸气）能在常温下冷凝成液体状态。因而排至冷凝器时，经冷却、冷凝成高压的氨液，把热量传给冷却水，为等压过程。却、冷凝成高压的氨液，把热量传给冷却水，为等压过程。第34页，共190页，编辑于2022年，星期五n n高压液体通过膨胀阀时，因节流而降压，在压力降低的同时，氨液制冷剂因高压液体通过膨胀阀时，因节流而降压，在压力降低的同时，氨液制冷剂因沸腾蒸发吸热，而使其本身的温度也相应下降（只要降压足够，应可使其温沸腾蒸发吸热，而使其本身的温度也相应下降（只要降压足够，应可使其温度降低到所需要的低温），为等焓过程。把这种
23、低压低温的氨（制冷剂）引度降低到所需要的低温），为等焓过程。把这种低压低温的氨（制冷剂）引入蒸发器，蒸发吸热，发生冷效应，使周围空气及物料温度下降，为等压等入蒸发器，蒸发吸热，发生冷效应，使周围空气及物料温度下降，为等压等温过程。从蒸发器出来的低压低温蒸汽重新进入压缩机，这样就完成了一次温过程。从蒸发器出来的低压低温蒸汽重新进入压缩机，这样就完成了一次制冷循环。制冷循环。第35页，共190页，编辑于2022年，星期五（3）制冷量n n任何制冷系统和制冷机产生的冷效应，即制冷剂从被任何制冷系统和制冷机产生的冷效应，即制冷剂从被冷却物体中所能取出的热量，称为制冷量冷却物体中所能取出的热量，称为制冷
24、量Dr制冷能力。n n它可用单位质量制冷剂所吸热的热量它可用单位质量制冷剂所吸热的热量q q0 0来表示，其单位来表示，其单位J/KgJ/Kg。也可用单位容积制冷所吸收的热量。也可用单位容积制冷所吸收的热量vs.来表示。来表示。其单位为其单位为J/m3.J/m3.n n对于理想的逆卡诺循环，其理想的制冷量对于理想的逆卡诺循环，其理想的制冷量nn 第36页，共190页，编辑于2022年，星期五n n可见理想制冷量与冷源(被冷却介质)温度T c有关，而与热源(冷却的物体)的温度Th无关。n n冷源温度愈高，则制冷量愈大。第37页，共190页，编辑于2022年，星期五（4）制冷系数n n制冷系数定评
25、价某具体制冷循环经济性的一项指标。它制冷系数定评价某具体制冷循环经济性的一项指标。它是衡量制冷机工作的重要指标。是衡量制冷机工作的重要指标。n n它表示制冷循环中的制冷量q q 0 0与该循环消耗的外功与该循环消耗的外功WW之之比，即：比，即：n n换言之，制冷循环的制冷系数 是表示消耗单位外功所是表示消耗单位外功所能获得的制冷量。能获得的制冷量。第38页，共190页，编辑于2022年，星期五 对于逆卡诺循环的理想制冷系数i应有：可见，逆诺循环的制冷系数仅取决于热源温度Th和冷源温度下Tc，而与工质（制冷剂）的性质无关。而热源温度Th愈多，冷源温度Tc愈低，则制冷系数愈小。这个结论在制冷技术上
26、有着十分重要的指导意义。第39页，共190页，编辑于2022年，星期五 实际制冷循环的制冷系数要低于上述的理想制冷数值。即逆卡循环的制冷系数最高，制冷最为经济。实际上，为了提高制冷系数，要适当地使制冷机在较小温度范围内工作，因此，就必须尽可能地在放热侧采用较冷的冷却剂来冷却制冷剂，同时在吸热侧也不希望制冷剂达到不必要的过低温度。第40页，共190页，编辑于2022年，星期五第二节第二节 压缩制冷循环压缩制冷循环n n以下介绍在工业上应用最为广泛的蒸汽压缩式制冷循环。n n一、单级蒸汽压缩制冷理论循环n n二、单级压缩制冷实际循环系统n n三、双级压缩制冷循环第41页，共190页，编辑于2022
27、年，星期五一、单级蒸汽压缩制冷理论循环n n压缩机、冷凝器，膨胀机和蒸发器组成，这种制冷循环模式只是非常理想的情况。实际上，由于存在下列原因，蒸汽压缩式制冷循环必须具备更为切合实际的组成部分和操作条件：第42页，共190页，编辑于2022年，星期五（1）因为膨胀机的构造复杂，且收效不大，实际中以构造简单，操作方便的节流阀代替。工质经过节流阀是一个等焓变化，所以制冷量相应地减小。第43页，共190页，编辑于2022年，星期五n n（2）为了增加制冷量，提高制冷系数，制冷剂在冷凝器中冷凝成饱和液体后，再经过冷器冷却而冷凝成饱和液体后，再经过冷器冷却成过冷液体。图中3-3表示。于是节流膨胀过程即转化
28、为表示。于是节流膨胀过程即转化为3-43-4线所代线所代表的过程。由图可显然看出，制冷量因此增加了表的过程。由图可显然看出，制冷量因此增加了4-4以以下的一块矩形面积。下的一块矩形面积。n n实际制冷循环冷凝温度影响制冷量实际制冷循环冷凝温度影响制冷量,T低低,制冷量大.第44页，共190页，编辑于2022年，星期五（3）在理想循环中，进入压缩机的是湿蒸汽状态的制冷剂，压缩过程是在湿蒸汽区域内进行，称为“湿法压缩”。湿法压缩中，由于液滴的不可压缩性，就会产生液击危险，对压缩性，就会产生液击的危险（敲缸），对压缩机和原动机均不利。第45页，共190页，编辑于2022年，星期五 因此，在实际过程中
29、，须加装液体分离器，将湿蒸汽中的液体分离出来，保证压缩机吸入的为干饱和蒸汽，这样，压缩机的压缩过程就不是1-2线，而是在过热区进行的1-2线，称为“干法压缩”。第46页，共190页，编辑于2022年，星期五 由此可见，实行干法压缩虽增加了1 1-1-1线所代表线所代表的制冷量，另一方面却增加了的制冷量，另一方面却增加了1-2-2-1-1所代表的功耗。所代表的功耗。而且功耗增加要比制冷量增加为大，所以制冷系数总的是而且功耗增加要比制冷量增加为大，所以制冷系数总的是减小了。但考虑到上述湿法压缩的严重危险，采用干法压减小了。但考虑到上述湿法压缩的严重危险，采用干法压缩势在必行。缩势在必行。第47页，
30、共190页，编辑于2022年，星期五n n考虑了上述诸原因及其相应的措施之后，实际蒸汽压缩式制冷有图，所示考虑了上述诸原因及其相应的措施之后，实际蒸汽压缩式制冷有图，所示1-1-2-2-3-3-4-12-2-3-3-4-1的封闭环路线。的封闭环路线。n n1-21-2线：干饱和蒸汽（点线：干饱和蒸汽（点1 1）被压缩机吸入，经干法压缩至终点，即过）被压缩机吸入，经干法压缩至终点，即过热高压蒸汽（点热高压蒸汽（点2 2）。）。是绝热等熵的压缩过程是绝热等熵的压缩过程（温度升高，压力升高）。（温度升高，压力升高）。第48页，共190页，编辑于2022年，星期五n n2-22-2线：上述高压过热蒸汽
31、送入冷凝器后，在等压下被冷却至饱线：上述高压过热蒸汽送入冷凝器后，在等压下被冷却至饱和蒸汽（点和蒸汽（点22）。）。是等压放热过程是等压放热过程。n n2-32-3线：在上述冷凝器中，在等压等温下被冷却水冷凝而成饱和液体。线：在上述冷凝器中，在等压等温下被冷却水冷凝而成饱和液体。是等压等温放热过程是等压等温放热过程。第49页，共190页，编辑于2022年，星期五n n3-33-3线：饱和液体经过冷器在等压下被冷却成过冷液体线：饱和液体经过冷器在等压下被冷却成过冷液体（点（点3）。是）。是等压过程等压过程。n n3-43-4线：过冷液体经节流阀节流减压成略带蒸汽的液体。线：过冷液体经节流阀节流减
32、压成略带蒸汽的液体。是是等焓过程。第50页，共190页，编辑于2022年，星期五n n4-14-1线：此液体在气液分离器中将所带饱和蒸汽分出，而饱线：此液体在气液分离器中将所带饱和蒸汽分出，而饱和液体则经蒸发器蒸发变成蒸汽，进入气液分离器分离出液和液体则经蒸发器蒸发变成蒸汽，进入气液分离器分离出液沫而成为饱和蒸汽，两饱和蒸汽合并为压缩机所吸入。是沫而成为饱和蒸汽，两饱和蒸汽合并为压缩机所吸入。是等等压等温吸热过程压等温吸热过程。-制冷过程。第51页，共190页，编辑于2022年，星期五 有些制冷机循环还对蒸发器之后进入压缩机之前的制冷剂蒸汽进行过热，这样压缩机吸入就是过热蒸汽，实现干法压缩。可
33、以看出，制冷机综合了压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等机件。为了提高制冷机效率及保证制冷系统安全稳定，在实际制冷系统中，还加装油分离器、贮液桶、空气分离器等附属设备。下面介绍。第52页，共190页，编辑于2022年，星期五二、单级压缩制冷实际循环系统第53页，共190页，编辑于2022年，星期五n n氨的低压蒸汽，在氨的低压蒸汽，在压缩机内压缩成高压的过热蒸汽。经油分离器压缩机内压缩成高压的过热蒸汽。经油分离器，进，进入入冷凝器冷凝器冷却，冷凝成液氨，把热量传递给水。高压液氨进冷却，冷凝成液氨，把热量传递给水。高压液氨进贮氨贮氨器器，经，经调节站调节站，通过，通过调节阀节流降压调节阀节流降压-氨
34、液分离器氨液分离器液体液体蒸发器蒸发器；气体进压缩机（作用）；气体进压缩机（作用）第54页，共190页，编辑于2022年，星期五三、双级压缩制冷循环n n为什么采用双级压缩制冷循环？n n通常的单级压缩式制冷循环，蒸发温度只能达到-25左右，当生产上需要更低的蒸发温度时，单级制冷循环便不适应了（欲获得更低的制冷温度，则蒸发压力就变得更低）。第55页，共190页，编辑于2022年，星期五 如果依靠单级压缩机压缩，则压缩比()过大,制冷量小(余隙产生不利的影响,余隙随压缩比的增大而减小).功耗不经济。另外，压缩比过大，压缩终了时蒸汽的温度很高，须采用高着火点的润滑油压缩机，且温度高使润滑油的粘度下
35、降，被高温氨气带走的润滑油也较多（即润滑油混入氨气中的多），同时温度上升，使润滑油和氨会分解；气缸易变形；这些对安全运行都是不利的，此时，若采用双级压缩制冷，能改善这些不利困难。第56页，共190页，编辑于2022年，星期五n n双级压缩制冷循环，是指来自蒸发器的氨蒸汽要经过两次压缩后，才进入冷凝器，在两次压缩中间过程设置中间冷却器，用中压氨液的蒸发吸热来冷却第一次压缩的过热蒸汽。第57页，共190页，编辑于2022年，星期五n n双级压缩制冷循环较单级压缩制冷循环的优点：双级压缩制冷循环较单级压缩制冷循环的优点：n n1.1.每台压缩比低，排气温度低，气缸吸气系数高，且压缩机每台压缩比低，排
36、气温度低，气缸吸气系数高，且压缩机润滑工作良为。润滑工作良为。n n2.2.制冷效率高（功耗减少，或省功）制冷效率高（功耗减少，或省功）n n但所需设备投资较单级大，操作较复杂，所以但所需设备投资较单级大，操作较复杂，所以n n一般压缩比一般压缩比 88时，时，n n采用双级压缩较为经济合理。对于氨压缩机来说，当蒸发温度在采用双级压缩较为经济合理。对于氨压缩机来说，当蒸发温度在-25-25以下时，宜采用双级压缩制冷以下时，宜采用双级压缩制冷。n n 第58页，共190页，编辑于2022年，星期五第59页，共190页，编辑于2022年，星期五n n制冷剂在各状态制冷剂在各状态的参数变化图。的参数
37、变化图。在蒸发器中所形在蒸发器中所形成的低压低温制成的低压低温制冷剂蒸汽（点冷剂蒸汽（点1 1），被低压压缩机吸入，经压缩到中间压力的过热蒸气（点2），进入），进入同一压力的中间冷同一压力的中间冷却器，被冷却至干却器，被冷却至干饱和蒸气（点饱和蒸气（点3 3），），第60页，共190页，编辑于2022年，星期五n n接着高压压缩机吸入如接着高压压缩机吸入如下干饱和蒸汽：下干饱和蒸汽：1 1）来自低压压缩机的已）来自低压压缩机的已被冷却被冷却(放热放热)得干饱和得干饱和蒸汽蒸汽(点点3)；2 2）经膨）经膨胀阀胀阀节流降压的制冷节流降压的制冷剂剂(9液体部分液体部分),在等在等压等温气化（压等温
38、气化（吸热吸热，以冷却低压压缩机排出的中压过热蒸汽）所形成的干饱和蒸气（点3 3），以上两者），以上两者为中压干饱和蒸气。为中压干饱和蒸气。第61页，共190页，编辑于2022年，星期五n n中压干饱和蒸汽在高压压缩机中被压缩到冷凝压力的过热蒸气（点4），在冷凝器中冷却到干饱和蒸汽（点5），进一步冷凝成制冷剂液体（点6），第62页，共190页，编辑于2022年，星期五n n然后，分成两路：一路经膨胀阀，节流降压后的制冷节流降压后的制冷剂（点剂（点9 9），进入中），进入中间冷凝器；一路在中间冷凝器；一路在中间冷却器的盘管内过间冷却器的盘管内过冷冷(放热)，过冷后，过冷后的制冷剂（点的制冷剂（点
39、7 7），再经过膨胀阀 节流节流降压，节流降压后降压，节流降压后的制冷剂进入蒸发的制冷剂进入蒸发器，蒸发吸热，发器，蒸发吸热，发生冷效应。生冷效应。第63页，共190页，编辑于2022年，星期五第三节第三节 制冷剂及载冷剂制冷剂及载冷剂n n制冷剂在直接蒸发式制冷系统中循环，通过其本身的状态变化，来传递热量的工质称为制冷剂（冷冻剂）。n n如氨、氟利昂等。第64页，共190页，编辑于2022年，星期五n n载冷剂载冷剂在间在间接蒸发式制冷系接蒸发式制冷系统中起统中起传递冷效传递冷效应应的介质称为的介质称为载冷剂（冷媒）。载冷剂（冷媒）。n n载冷剂在蒸发载冷剂在蒸发器中被制冷剂器中被制冷剂冷却
40、，然后再冷却，然后再去冷却物料或去冷却物料或冷藏库。如盐冷藏库。如盐水（氯化钠）、水（氯化钠）、氯化钙盐水、氯化钙盐水、冰、冰盐等。冰、冰盐等。第65页，共190页，编辑于2022年，星期五一、对制冷剂的要求n n制冷剂在循环中，是在蒸发器中对外输出冷量（即在低温下吸收热量），在冷凝器中放出热量，起着热量传递的煤介作用。各种制冷剂的一个共同特征是它们的临界温度较高，在常温及普通低温下能够液化。n n由于制冷机的大小，构造和材料以在一定情况下的操作压力与制冷剂的性质有密切关系，所以在进行压缩制冷时，必须慎重选用适合于操作条件的制冷剂。特别是在食品加工中.第66页，共190页，编辑于2022年，星
41、期五对制冷剂有以下几方面的要求：1.热力学上的要求：在大气压力下，制冷剂的沸点要低，即易蒸发。制冷剂的临界温度要高，至少要高于一般冷却水的温度，即就可以在冷凝器内液化。制冷剂在蒸发器内的压力最好能与大气压力相近或稍高于大气压，在冷凝内压力不应过高，这样空气就不会渗入系统，制冷剂也不会自系统渗出。（避免空气窜入制冷机系统中，降低传热系数以及增加压缩机的功率消耗。）第67页，共190页，编辑于2022年，星期五 制冷剂的汽化潜热应尽可能地大，蒸汽容积小，循环量减少，即单位制冷能力大。导热系数和散热系数大，以提高热交换器的传热效率。第68页，共190页，编辑于2022年，星期五n n2.物理化学上的
42、要求：n n制冷剂对金属不应有腐蚀作用。n n比重和粘度要小，使制冷剂循环流动阻力小。n n化学性质稳定，不燃烧，高温高压下不分解，不与润滑油发生反应。不爆炸。n n3.生理学上的要求：n n对人无毒、无害n n4.经济上的要求上：n n易于购得，价格低廉。第69页，共190页，编辑于2022年，星期五二、常用的制冷剂工业上已采用的制冷剂很多，目前常用有以下几种，氨，氟利昂-12，氟利昂-22，氯甲烷，二氧化碳。1.氨具有良好的热力学性质，在工业上被广泛采用。氨在1标准大气压下的蒸发温度-33.4，液体密度681.8kg/m。是一种易于购得，价格低廉得制冷剂。第70页，共190页，编辑于202
43、2年，星期五 使用范围是蒸发温度在-70以上，蒸发压力高于1大气压。冷凝器的压力不超过1.4Mpa，通常在0.71.3Mpa之间。为中等压力的制冷剂之一。氨的气化潜热大(-15,1312.4 kj/kg)，所以氨的单位容积产冷量比较大，单位重量产冷量4.186 263.6Kj/Kg，单位容积产冷量为4.186 518Kj/m3，因此，在系统中循环的制冷剂量较少，可以缩小压缩机和其他设备的尺寸。第71页，共190页，编辑于2022年，星期五n n氨几乎不溶于油中，但吸水性强，可以避免在系统中形成冰塞。工业氨含水0.2。n n氨不腐蚀钢铁，但若含水，则对铜及铜合金具有氧化作用，（故氨压缩机不能使用
44、铜及铜合金），对青铜和磷铜腐蚀性小，（故压缩机轴瓦、活塞环等部件，有时也用此材料）。第72页，共190页，编辑于2022年，星期五n n氨具有一种强烈的特殊臭味，对人体器官有害。空气中含有1（v/v）的氨时，可能发生中毒事故。n n氨可燃，如果空气中含有13.126.8（v/v）氨时，遇火爆炸。n n为了减少氨对空气的污染，有些国家对用氨作为制冷剂已限制使用。n n由于氨易得，在我国仍有使用。第73页，共190页，编辑于2022年，星期五n n2.氟利昂-12（CF2Cl2）n n是一种对人体生理危害性最小的制冷剂。n n无色、无臭、不燃烧、无爆炸性。n n在535下，尚不分解。但与水或氧气混
45、合时，再加热可分解成有害的毒气光气。n n氟利昂在没有水分时，对铜、钢、镀锌铁、铅、锡等金属无腐蚀性。第74页，共190页，编辑于2022年，星期五n n在1atm下，沸点-29.8，液体密度1486kg/m。气化潜热小(-15,161.6 kj/kg).在一般的工作条件下，冷凝器中的压力不会超过11大气压。n n极易溶于油中，使油的粘度降低，为保证润滑可靠，必须用粘度较多的润滑油。第75页，共190页，编辑于2022年，星期五n n氟利昂-12与水不化合，如有水存在会引起膨胀阀冰塞。因此含水量小于0.0025。n n渗透能力强，能透过极细的缝隙，因无臭味，渗透不易发现。第76页，共190页，
46、编辑于2022年，星期五n n缺点:（1）氟利昂-12单位容积产冷量较小，因此，氟利昂-12压缩机的尺寸较相同产量压缩机为大.n n（2）氟利昂-12比重大，循环阻力大，因此须降低制冷机制冷剂的流动速度，通过加大其流通断面（如加大管径等）来达到。第77页，共190页，编辑于2022年，星期五三、载冷剂n n一般制冷机中蒸发器所发生的冷效应有两种用法。直接膨胀式和间接膨胀式。间接膨胀式。n n直接膨胀式是将蒸发器直接用冷却装置以冷却物体，即将低压，低温的液体制冷剂通入冷库内或者其他冷加工设备上的冷却器一侧，使制冷剂直接蒸发而产生冷效应。这种使用冷效应的方法称为直接膨胀式。第78页，共190页，编
47、辑于2022年，星期五n n但在多数情况下，不是直接用制冷剂，而是间接用一种盐类的水溶液作为载冷剂。即制冷机的蒸发器为沉浸式换热器，容器内有NaCl、CaCl2及MgCl2等盐的水溶液或者糖的水溶液，液体制冷剂在蒸发器蒸发，吸收盐水溶液的热量，并使之冷却，然后再用泵将被冷却的水溶液送入冷库或者其他冷加工设备中，吸收被冷冻物料的热量，然后再回到蒸发器中，热量又被制冷剂吸收，如此循环而已。这种方法称为间接膨胀式。第79页，共190页，编辑于2022年，星期五载冷剂必须具备的条件：冰点低、热容量大、对设备的腐蚀性小，价格低廉。空气或者水是最容易获得的冷媒，空气的缺点是热容量太小。水的热容量大，但水的
48、凝固点（冰点）高，只能在0以上使用。在0以下的冷冻系统，都采用盐水为载冷剂，工业上常用的载冷剂一般为NaCl、CaCl2、MgCl2等调制盐水。第80页，共190页，编辑于2022年，星期五 盐水浓度不同，其冻结温度也不同。因此在选用冷冻盐水及其浓度时，应先考虑所需冷却到达的温度。氯化钙盐水的最低冻结温度为-55，而实际应用时不宜低于-45，NaCl盐水的最低冻结温度为-21，而实际上应用的温度不宜低于-18。第81页，共190页，编辑于2022年，星期五n n 盐作为载冷剂，其缺点是对金属有强烈的腐蚀作用，造成盐水系统的制备需要经常更换。在盐水中加抗腐剂或者减少盐水与空气的接触，可以减弱盐水
49、的腐蚀作用。n n 盐水在工作过程中，会因吸收空气中的水分而降低浓度。因此，须定期地进行加盐。n n 举例：乳品厂冷却牛乳的冷排（缸），一般用盐水，以防NH3渗漏使牛乳引入NH3异味。制棒冰多用盐水冷却。第82页，共190页，编辑于2022年，星期五第四节第四节 制冷系统的主要设备制冷系统的主要设备n n冷冻设备包括冷源制作（制冷）、物料的冻结，冷却3个组成部分。n n制冷机有活塞式、螺杆式、离心式制冷压缩机组、吸收式制冷机组、蒸汽喷射式制冷机组，活塞压缩式制冷机组是国内主要的冷源制作装置;物料进行冻结式冷却的有风冷式、浸渍式和制冷剂通过金属管、壁和物料接触传热降温的装置。n n现仅扼要地叙述
50、活塞式压缩制冷机工作原理结构、选择。第83页，共190页，编辑于2022年，星期五n n制冷系统也称制冷机，是由许多设备组成的，它包括了压制冷系统也称制冷机，是由许多设备组成的，它包括了压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等主要而必要的设备，还缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等主要而必要的设备，还包括油分离器、贮液桶、排液桶、气液分离器、空气分离包括油分离器、贮液桶、排液桶、气液分离器、空气分离器、中间冷却器、凉水设备等附属设备，这些附属设备都器、中间冷却器、凉水设备等附属设备，这些附属设备都是为了提高制冷效率，保证制冷机安全和稳定设置的。是为了提高制冷效率，保证制冷机安全和稳定设置的。n n一、活塞制