1、第七章:制冷,第一節(jié):概述,一、制冷 指從低溫物體吸熱并將其轉(zhuǎn)移到環(huán)境介質(zhì)中的過程，使物體降溫并保持比環(huán)境介質(zhì)溫度更低的低溫條件。,二、分類 （一）按制冷溫度分： 1、普通制冷：150以上 2、低溫制冷：150以下,（二）按獲得低溫的方法不同，分為：,1、蒸汽壓縮式制冷 2、吸收式制冷 3、蒸汽噴射式制冷 4、半導(dǎo)體制冷 5、化學(xué)反應(yīng)式制冷,以下主要介紹蒸汽壓縮式制冷,三、制冷在食品加工中的應(yīng)用,1、冷凍保藏 2、速凍食品的生產(chǎn) 3、冷飲食品的生產(chǎn) 4、冷凍干燥技術(shù) 5、酒類低溫發(fā)酵 等等,第二節(jié)：制冷技術(shù)的理論基本,一、制冷操作的實質(zhì) 借助制冷劑把低溫物體中的熱量送到溫度較高的環(huán)境中去。必須

2、消耗一定的外界能量。 二、蒸汽壓縮制冷 指在消耗外功的條件下，借助制冷劑，通過壓縮、冷凝、膨脹、蒸發(fā)等過程的交替循環(huán)來實現(xiàn)制冷目的。,三、卡諾循環(huán)與逆卡諾循環(huán),卡諾循環(huán)，即將熱量轉(zhuǎn)化成機械功的循環(huán)是正循環(huán)。 逆卡諾循環(huán)是一種消耗功的循環(huán)。在溫熵圖或壓焓圖上，循環(huán)的各個過程都是依此按逆時針方向變化的。 逆卡諾循環(huán)是壓縮制冷的物理基礎(chǔ)，由兩個可逆的等溫過程和兩個絕熱等熵過程組成，是評價實際循環(huán)效率高低的標(biāo)準(zhǔn)。但工業(yè)上不能實現(xiàn)。,理想壓縮制冷循環(huán)特點,四個基本設(shè)備：壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器,理想化處理：無阻；絕熱; 可逆；,四、單級蒸氣實際壓縮制冷循環(huán),制冷劑經(jīng)壓縮機壓縮后成為高壓高溫過熱氣體

3、（12）；進入冷凝器被冷卻、冷凝、過冷為過冷液體（23）,向環(huán)境放熱；然后進入節(jié)流裝置如膨脹閥后降溫降壓為液體（34）；部分液體閃蒸成蒸氣，這些氣液兩相的混合物進入蒸發(fā)器，從冷物體吸熱蒸發(fā)成飽和蒸氣（41）后回到壓縮機重新被壓縮。 從而完成一個循環(huán)。,空氣,五、多級壓縮蒸氣制冷循環(huán),（一）采用多級壓縮蒸氣制冷循環(huán)的原因 對于更低溫度的要求，單級壓縮將會遇到很大困難。 在冷凝溫度一定的條件下，蒸發(fā)溫度越低，其循環(huán)的壓縮比越大，壓縮比的增大會給制冷循環(huán)的運行帶來一系列的問題。具體如下：,1、循環(huán)的壓縮比越大，壓縮機制冷因數(shù)越小，壓縮機的制冷量也越小； 2、循環(huán)的壓縮比越大，則會使實際壓縮過程更偏離

4、等熵壓縮過程，不可逆損失增大； 3、循環(huán)的壓縮比越大，引起壓縮機排溫升高、效率降低、功耗增大； 4、循環(huán)的壓縮比越大，甚至?xí)斐上到y(tǒng)內(nèi)制冷劑和潤滑油分解，運轉(zhuǎn)條件惡化，危害壓縮機的正常工作。,單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)壓縮比一般不超過810。氨因為絕熱指數(shù)比氟利昂要大，我國規(guī)定氨的單級壓縮比最大不允許超過8，而氟利昂不允許超過10。因此，不同冷凝溫度下，在允許壓縮比范圍的最大值時，常用的中溫制冷劑一般只能獲得-20-40的低溫。,（二）兩級壓縮制冷循環(huán)的組成,一次節(jié)流：一次節(jié)流循環(huán)是將冷凝壓力pk下的制冷劑液體，直接節(jié)流到蒸發(fā)壓力p0，由于壓差較大，易實現(xiàn)遠距離和向高處供液，而且調(diào)節(jié)也很方便，故應(yīng)用

5、較廣。 兩次節(jié)流：兩次節(jié)流循環(huán)則是先將pk下的制冷劑液體節(jié)流到中間壓力pm，然后再次節(jié)流到P0，實際工程應(yīng)用并不多。,兩級壓縮一次節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán),兩級壓縮一次節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)由低壓級壓縮機、高壓級壓縮機、冷凝器、中間冷卻器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器和回?zé)崞鹘M成。,圖4 兩級壓縮一次節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán) A高壓級壓縮機 B低壓級壓縮機 C冷凝器 D蒸發(fā)器 E中間冷卻器 F回?zé)崞?第三節(jié):制冷劑與載冷劑,一、制冷劑（冷凍劑） （一）概念：是在制冷系統(tǒng)中循環(huán)流動，通過其狀態(tài)變化來傳遞能量，從而實現(xiàn)制冷循環(huán)的工作物質(zhì)。 （二）制冷劑的發(fā)展史,乙醚 1834年,查爾斯泰勒 （Charles Tel

6、lier) 二甲基乙醚,拉烏爾皮克特 （Raul Pictel） SO2 1874年,混合制冷劑 二十世紀 五六十年代,卡特林德 （Carl Linde) NH3 1870年,威德豪森 （Windhausen） CO2 1866年,湯姆斯米杰里 （Thomas Midgley） 鹵代烴 1929-1930年,（三）對制冷劑的要求 1、汽化熱大； 2、冷凝壓力不應(yīng)過高； 3、沸點適當(dāng)； 4、凝固點低，臨界溫度高； 5、比體積小，黏度小，密度小。 6、安全性高； 7、價廉易得。,（四）常用的制冷劑,1、氟利昂 飽和烴的鹵素取代物的總稱。 （1）特點 優(yōu)點：無臭、無味、不易燃、不易爆。 缺點：有些種

7、類破壞臭氧層，產(chǎn)生溫室效應(yīng)；與水和氧氣混合會產(chǎn)生光氣，對人體有害。,1974年，美國加利福尼亞大學(xué)的羅蘭教授和他的博士后莫利納在“自然”雜志上發(fā)表文章，指出：鹵代烴在紫外線作用下會釋放出氯離子，而氯離子會消耗地球周圍熱成層中的臭氧（Ozone, O3），而使過量的太陽紫外線照射到地面，給地球上的生物和人類帶來一系列的危害。 為此，瑞典皇家科學(xué)院將1995年的諾貝爾化學(xué)獎授予這兩位化學(xué)家。,（2）主要類型 CFC（CFCs）：含氯，常用于冰箱制冷，對臭氧層破壞最大； HCFC（HCFCs）：含氫和氯，常用于空調(diào)、冷庫制冷，對臭氧層破壞次之； HFC（HFCs）：含氫無氯，對臭氧層無破壞，“綠色”

8、環(huán)保。,附表1：氟利昂制冷劑的命名,蒙特利爾議定書,1、對CFCs，包括CFC11、CFCl2，CFCll3、CFCll4、CFCll5 等氯氟烴物質(zhì)： （1）對發(fā)達國家，規(guī)定從1996年1月1日起完全停止生產(chǎn)與消費； （2）對發(fā)展中國家（CFCs人均消耗量小于0.3kg/年），最后停用的日期是2010年。 2、對HCFCs，包括HCHC22、HCFCl42b、HCFCl23等： （1）對發(fā)達國家，從1996年起凍結(jié)生產(chǎn)量，2004年開始削減，至2020年完全停用； （2）對發(fā)展中國家，從2016年開始凍結(jié)生產(chǎn)量，2040年完全停用。,2、氨,（1）特點 優(yōu)點：具良好的熱力學(xué)性質(zhì)和熱物理性質(zhì)，

9、價格低廉，易于獲得。 缺點：具刺激性氣味和腐蝕性，易燃、易爆，對人體有毒性。 （2）應(yīng)用領(lǐng)域示例 乳制品企業(yè)鮮乳冷卻、汽水低溫混合、食品工業(yè)冷庫等。,二、載冷劑（冷媒）,（一）概念：是用于將制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量傳遞給被冷卻物體的中間介質(zhì)。用于“間接制冷” 直接制冷：利用制冷劑的蒸發(fā)直接吸收被冷卻物體的熱量，使其冷卻到所需溫度。 間接制冷：當(dāng)蒸發(fā)器距冷凍機較遠時，利用載冷劑將制冷劑在制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的冷量傳遞給被冷卻物體。,（二）主要類型,1、水：用于蒸發(fā)溫度為0以上的制冷裝置。 2、鹽水：常用氯化鈉水溶液和氯化鈣水溶液。其中氯化鈉水溶液因無毒，在食品行業(yè)應(yīng)用廣泛。 3、有機物載冷劑：常用乙醇、乙二醇

10、和丙二醇水溶液，性能良好，但價格相對較高。丙二醇水溶液無毒，常用于啤酒發(fā)酵罐的制冷。,啤酒發(fā)酵罐,基本組成：壓縮機、冷凝器、膨脹閥和冷卻器，另有：油分離器、貯液器等。,第四節(jié):蒸汽壓縮制冷設(shè)備和系統(tǒng),一、壓縮機,（一）作用：將制冷劑壓縮為高溫高壓過熱蒸汽。 （二）類型：主要有活塞式、離心式和旋轉(zhuǎn)式壓縮機，其中活塞式壓縮機使用較廣。 （三）活塞式壓縮機 1、原理：類似于活塞泵，依靠活塞往復(fù)運動，完成吸氣、壓縮、排氣，可采用多缸壓縮。其工作過程見附件 2、構(gòu)造：見附圖1,附圖：往復(fù)式壓縮機,3、壓縮機型號的意義：如4FV10表示四缸、氟利昂制冷劑、V型、汽缸直徑為10厘米的壓縮機。,（三）離心式壓

11、縮機：原理與離心鼓風(fēng)機相同，低壓大流量，一般采用多級壓縮。,（四）旋轉(zhuǎn)制冷式壓縮機：中壓小流量，常用于小型制冷機，螺桿式、轉(zhuǎn)子式居多，如冰箱中的轉(zhuǎn)子壓縮機。,二、冷凝器,（一）作用：在冷凝器中，制冷劑放熱冷卻冷凝為液體 ，并將熱量經(jīng)間壁交換給空氣或水等冷流體。 （二）類型：分為水冷式、空冷式、蒸發(fā)式三類。 1、水冷式：常用臥式或立式殼管式冷凝器。其原理圖見附件,2、空冷式：一般是蛇管式，制冷劑蒸汽在管內(nèi)冷凝，空氣在風(fēng)機作用下橫向流過管外。主要用于中小型氟利昂制冷機。,3、蒸發(fā)式：一般是蛇管式,冷凝器是一種換熱器。,三、膨脹閥,（一）作用：又名節(jié)流閥，可以使制冷劑降壓和控制其流量。 （二）原理：高壓液態(tài)制冷劑被迫通過節(jié)流小孔，冷凝壓力驟降至蒸發(fā)壓力，液體制冷劑沸騰吸熱氣化進入濕氣狀態(tài)，同時溫度降低。 （三）類型：分為人工調(diào)節(jié)閥和自動膨脹閥。生產(chǎn)中常用自動膨脹閥。,四、蒸發(fā)器,（一）作用：使低溫低壓的制冷劑沸騰，以吸收被冷卻物體的熱量，進行制冷。 （