食品工程原理课件第三章制冷

《食品工程原理课件第三章制冷》由会员分享，可在线阅读，更多相关《食品工程原理课件第三章制冷（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、本章重点,1.理想制冷循环与实际制冷循环的差别及其T-S图和lgp-h图； 2.计算。,第三章 制 冷,第一节 理论基础及基本概念,在食品工业上的应用： 产生冷冻、速冻食品； 贮藏； 加工手段（冷冻浓缩、干燥）； 空气调节等。,制冷:消耗机械功或其它能量获得低温（相对环境）的单元操作。工业上，一般是采用机械压缩、蒸汽喷射和吸收剂吸收等实现制冷的。,分类：深度冷冻（-100以下）和一般冷冻（-100以上）。,一、概述,2、热力循环：体系经过一个过程的变化，热和功有一定的转换，如果从初始状态经过若干过程后，回复到原状态，又完成了热与功的转换，而物质状态发生周期性变化。该循环过程称为热力循环。,二、

2、基础理论与方法,（一）封闭体系热力过程,1、封闭体系:与外界无物质交换，但可以有热、功交换的热力学体系，即只有能量传递，没有物质传递。,热力学第一定律恰好描述了热力学体系中热与功转换的数量关系。,3、热力学第一定律： dq=de+pdV （J/kg）,因此，对于理想的封闭体系（热力循环），热交换量等于功交换量。,以热和功的形式传递的能量必定对应于系统的内能确定的变化。 规定： de为+,内能增加为正; dq为+,吸热,q为正; dV为+, 膨胀, 即对外做功, w为正。 工质循环后，内能无变化，回复到原状态。,1、卡诺循环和逆卡诺循环,T,TC,TN,P,1,2,3,4,2,3,4,1,q1,

3、q2,TC,TN,S1,S2,卡诺循环 热机循环,V,S,12 等温膨胀过程 23 等熵膨胀过程 34 等温压缩过程 41 等熵压缩过程,P-V 图,T-S 图,（二）制冷循环,逆卡诺循环制冷循环,12 等熵（绝热）压缩过程 23 等温压缩过程 34 等熵（绝热）膨胀过程 41 等温膨胀过程,2、实际制冷过程,四个阶段： 压缩、冷凝 膨胀、蒸发,（三）制冷剂的压焓图与温熵图,等压线群：水平线 等焓线群：垂直线 等比容线群：虚线 等干度x线群: 等温t线群: 等熵S线群:,1、压焓图,2、温熵图,K点：临界点； K点左支曲线:饱和液体曲线； K点右支曲线:饱和蒸汽曲线； 等压线群: ABCD；

4、等焓线群: EF； 等比容线群:GHJ（虚线）； 等温t线群（水平线） 等熵S线群（垂线）,P89,F-12压焓图,P90,（四）理想制冷循环与实际制冷循环的比较,1、理想制冷循环,2、实际制冷循环,1.绝热可逆压缩(等熵)过程: 1-2线 2.等压冷却、冷凝及过冷过程：2-2-3-3线 3.节流膨胀(等焓)过程: 3-4线(不可逆,无外功,绝热) 4.等温等压蒸发: 4-1线,1、绝热可逆压缩(等熵) 线1-2。 2、等压冷却、冷凝及过冷过程： 2-2 线冷却(到饱和蒸汽)(等压)；2-3 冷凝(等压,等温)； 3-3过冷(等压), 3与3点的温度不同；故2-2-3-3为等压冷却、冷凝及过冷

5、过程线。 3、节流膨胀(等焓)线 3-4。 4、蒸发(等压,等温)线 4-1。,实际制冷循环与理想过程的区别 1.节流阀取代膨胀机： 节流膨胀：连续流动流体经到节流阀急剧膨胀,使其压强p2下降至p1。 由于过程太快,其情况不可逆，由于节流阀没有作外功,w=0,又流体与周围介质来不及作热交换,故节流前后焓值不变。 2.引入过冷凝线： 加大冷凝器面积，增大吸热量，即增加了制冷量。 3.干法压缩取代湿法压缩： 制冷系数减少，但避免液击事故，提高生产能力。 4.过程不可逆。实际制冷循环所消耗外功多。,三、一般制冷方法,（一）机械压缩制冷,1、空气压缩制冷：用空气作为制冷剂。 制冷系数小，经济性差，单位

6、制冷量小（无相变）。,2、蒸汽压缩制冷：用常温下加压可以液化的物质作为制冷剂（工质），工质在循环过程中不断发生相变（液态气态，气态液态）,蒸汽压缩式制冷循环原理图,特点：制冷系数大，单位制冷量大，传热系数大，设备小。,3、吸收式制冷：消耗热能。使用制冷剂和吸收剂两种工质。 中央空调系统如溴化锂吸收制冷。,4、蒸汽喷射式制冷：消耗热能。,（二）非机械压缩制冷,1、融解和溶解制冷：如冰融解制冷；盐水低温制冷 （降低冰点）。,2、固体升华和液体汽化制冷：如干冰制冷、液氮制冷。,四、低温制冷方法,为了获得更低的温度，可用以下几种方法：,1、多级制冷循环：多级压缩（一种制冷剂）。,2、串级制冷循环：多级

7、压缩（多种制冷剂）。,3、节流膨胀和绝热膨胀法：配合1、2方法使用。,4、固体升华与液体汽化制冷：,两级蒸气压缩式制冷循环,1、制冷量（制冷能力）：单位时间制冷剂从被冷冻物中（在蒸发器中吸收）取出的热量Q0，单位W或kW。 冷冻吨(国外)，1冷吨(USA)=3.52kW =12660kJ/h 1冷吨(JP)=3.86kW=13900kJ/h,单位制冷量：单位质量或单位容积制冷剂在蒸发器中所吸收的热量。 （1）单位质量制冷量q0；单位J/kg （2）单位容积制冷量qv ；单位J/m3 单位制冷量q0、qv可从蒸汽压焓图查取、计算。,第二节 食品冷冻常用的蒸汽压缩式制冷的计算,一、制冷计算,式中0

8、是1点的比容。,2、制冷剂循环量：单位时间内制冷机中循环的制冷剂流量。 （1）单位时间质量循环量G，单位kg/s （2）单位时间容积循环量V，单位m3/s,（1）单位时间质量循环量G,单位kg/s,（2）单位时间容积循环量V,单位m3/s,3、制冷剂的放热量Qk：包括冷却、冷凝、过冷三阶段的放热量。,单位均为：W或kW,单位放热量：qk=(h2-h3),4、制冷压缩机功率：对于单位质量制冷剂，压缩机的理论压缩功称为理论功wt，单位J/kg。,J/kg,（1）理论功wt,（2）理论功率Nt：对于制冷剂循环量为G（kg/s）的压缩循环,压缩机所消耗的功率，单位W。,单位：W,J/kg,（3）实际功

9、率N：实际功率大于理论功率。 N Nt。如果压缩机的总效率为，则实际功率：,其中,ai 指示效率，为理论功率Nt与指示功率Ni之比。是压缩机余隙容积、压缩比、汽缸、活塞和气阀等结构因素造成能量损失。,可用该式计算：,蒸发温度,中、小型卧式压缩机：,大型卧式压缩机：,立式压缩机：,冷凝温度,排气温度,预热系数,温度,卧式： b=0.002,立式： b=0.001,m 机械效率。指示功率Ni与轴功率Nz之比。机械摩擦损失。,D 传动效率。轴功率Nz与实际功率N之比。传动机构的完善程度。,传动效率D 的取值： 三角皮带：0.970.98 平皮带： 0.96 齿轮箱： 0.960.99 电动机直接联接

10、：1.0,为了保证压缩机工作可靠，取保险系数B=1.11.15，则电机的额定功率N0为：,单位：W,5、制冷系数 ：制冷循环中的制冷量Q0（W，或kW）与该循环所消耗的功率N（ W，或kW ）之比值。消耗单位外功所能获得的制冷量。用于衡量制冷循环的效率，是评价某具体制冷循环经济性的一项指标。,对于理想制冷循环, 仅与T0和Tk有关，与制冷剂的性质无关。 逆卡诺循环制冷系数最大,制冷最为经济，,制冷效率； (Tk - T0), 但Tk 受环境条件限制；T0 不利于传热。,对于理想制冷循环（逆卡诺循环）：,蒸发温度,冷凝温度,例1.某制冷循环为逆向卡诺循环。在-25下每kg制冷剂在蒸发器内的吸热量

11、和在冷凝器内的放热量分别为200kJ/kg和240kJ/kg。求： 1.制冷系数； 2.冷凝温度； 3.若制冷剂循环量为450kg/h，求所需理论功为若干kW。,解：1. 制冷系数 由题意知：,2. 冷凝温度Tk 因是逆向卡诺循环，故制冷系数： 已知蒸发温度T0=273-25=248K,3. 理论功Nt,例2、在氨蒸气压缩制冷循环中，蒸发温度和冷凝温度分别为-20和20，制冷量为20冷吨(日本)。氨在冷凝器中的放热速率为100kJ/s，氨进入压缩机的状态为干饱和蒸气，并在其中进行绝热压缩。求： 1.压缩机的理论功率； 2.制冷系数； 3.氨的循环流量。,解：1.压缩机的理论功率Nt 氨在冷凝器

12、中放热速率为100kJ/s，即,制冷量:,净功:,理论功率:,2. 制冷系数,3. 氨的循环流量G 根据题意知，蒸发温度t0=-20，又因为压缩机入口为干饱和蒸气，并进行绝热压缩，故可由附录logp-h图查出：,h1=1445kJ/kg h2=1640kJ/kg wt=h2-h1=195kJ/kg G=Wt/wt=420kg/h,例3.某蒸气压缩制冷循环以氨为制冷剂，冷凝温度为30，蒸发温度为-10。制冷剂离开蒸发器时为干饱和蒸气，离开冷凝器时为饱和液体。如制冷剂流量为100kg/h，求： 1.制冷系数； 2.制冷装置的制冷量； 3.所需的理论功率。,解：该制冷循环的logp-i示意图由本题附

13、图所示。 由附录logp-h图查出制冷剂在各状态点的焓值分别为：,1.制冷系数,2. 制冷量Q0 1kg氨的制冷量为：,制冷装置的制冷量为：,3. 所需理论功率Nt 压缩机对1kg制冷剂所作的净功为：,所需理论功率为：,二、制冷循环工作参数的确定,1、蒸发温度（T0）：随制冷剂的不同而不同。 空气载冷: T0比冷库空气温度低812; 盐水载冷: T0比盐水温度低46。 2、冷凝温度（Tk）：由冷凝器型式、冷凝介质的温度决定。 水冷却: Tk=t+(45) (t为冷凝器排水温度，进出水的温差取23) 空气冷却: Tk=t+(812) (t为冷凝器排气温度) (立、卧式、淋激式冷凝器）,3、压缩机

14、的吸汽温度（T1）：为控制过热点温度。,低压蒸汽过热有害，使压缩机功耗，可通过控制冷凝温度，回收一部分过热能量。,吸汽温度取决于回汽的过热度。若不考虑回汽的过热,则T1T0,实际上,自蒸发器的低压蒸汽进压缩机前将在吸汽管中吸收周围空气的热量,温度升高,比容增大,叫蒸汽过热。,制冷量q0没有变化，但压缩机的功耗却增加了W（图中1-1-0-2-1的面积），这在经济上是不利的，称为有害过热。 蒸发温度越低，吸入蒸汽与周围空气间的温差越大，此有害影响越大。可以用回热循环减轻该危害。,什么是回热循环？回热循环对制冷是否有利？,4、过冷温度（Tu）：比冷凝温度(预先确定的)低35,比冷却水进口温度高3。,

15、回热循环：将蒸发器产生的低温低压蒸汽与节流前的液体工质进行热交换。,1、既可减轻或消除吸汽管道中的有害过热，又能使液态制冷剂过冷。 2、制冷剂过冷，将增加循环的制冷量 q0 ，但功耗也增大W，其制冷系数是否提高，视具体操作条件和制冷剂种类而异。 3、当Tk=30，T0在普通制冷温度范围内时，对F-12采用回热循环是有利的；对于氨是不利的；F-22介于两者之间，即制冷无大的变化。,一、制冷剂：即制冷工质，冷冻剂传递热能的媒介。,第三节 制冷剂与载冷剂,1、对制冷剂的要求： 常压下，沸点低 蒸发温度低； 单位容积制冷量大 制冷剂量小，压缩机尺寸小； 制冷剂潜热要大 可减少制冷剂循环量； 不燃烧、无毒、无刺激气味（无爆炸、无腐蚀性）价低。,2.常用制冷剂,（1）氨:单位容积制冷量大、价廉；但有味、有害且有腐蚀； （2）氟里昂（Freon）：饱和碳氢化合物的卤素衍生物。常用的主要是甲烷、乙烷、丙烷的衍生物。但氟里昂破坏地球的臭氧层，已限制使用。 （3）SO2、CO2,HFC：含氢无氯的氟化碳； HCFC：含氢和氯的氟化碳； CFC：含氯的氟化碳。,新型制冷剂,二、载冷剂（冷媒）,常用的载冷剂：空气、水和盐水及有机物水溶液。,定义：载运蒸发器所产生的冷量，并将其传递给欲冷冻物体的物质。,第四节 蒸汽压缩式制冷设备简介,一、蒸汽压缩式制冷的主要设备：压缩机、冷凝器、 膨胀阀、蒸发