制冷与食品冷冻解读课件.ppt
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1、第三章 制冷与食品冷冻本章概述冷冻是利用制冷技术产生的低温源使产品从常温冷却冷冻是利用制冷技术产生的低温源使产品从常温冷却降温,进而冻结的操作过程。降温,进而冻结的操作过程。冷冻一般分为一般冷冻、深度冷冻两种。一般冷冻温冷冻一般分为一般冷冻、深度冷冻两种。一般冷冻温度在度在-100-100以上,而深度冷冻在以上,而深度冷冻在-100-100以下。以下。在食品工业中的应用:在食品工业中的应用:用于冷冻制品、速冻制品的用于冷冻制品、速冻制品的加工;加工;用于食品的储藏;用于食品的储藏;用于食品加工的特殊方用于食品加工的特殊方法;法;用于生产车间的空气调节。用于生产车间的空气调节。3.13.1制冷技
2、术原理制冷技术原理 3.2 3.2制冷剂和载冷剂制冷剂和载冷剂 3.3 3.3食品冻结食品冻结制冷原理制冷过程制冷方法蒸汽压缩式制冷循环计算本章概述制冷剂的选用原则制冷剂载冷剂食品的冻结曲线冻结对食品的影响食品冻结的速度与时间3.1 制冷技术原理1.制冷原理:逆卡诺循环逆卡诺循环是由两个等温过程和两个绝热过程所组成。1-2:等熵绝热压缩过程 外界对系统做功外界对系统做功2-3:等温压缩过程 系统向环境放出热量系统向环境放出热量3-4:等熵绝热膨胀过程 系统对外界做功系统对外界做功4-1:等温膨胀过程 系统从环境中吸收热量系统从环境中吸收热量3.1.13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1
3、.2制冷方法制冷方法 3.1.3 3.1.3制冷循环计算制冷循环计算3.1 制冷技术原理 4个过程均可逆,但在工业生产中不可能实现:1)实际制冷过程中,不存在真正的绝热过程,肯定有摩擦损失2)无法实现没有温差的等温传热过程3.1.13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1.2制冷方法制冷方法 3.1.3 3.1.3制冷循环计算制冷循环计算3.1 制冷技术原理2.制冷过程压缩式制冷机的制冷过程:压缩、冷凝、膨胀、蒸发制冷剂主要设备:压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器 3.1.13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1.2制冷方法制冷方法 3.1.3 3.1.3制冷循环计算制冷循环计算1.1.
4、低温、低温、低压气体低压气体3.3.高压、高压、低温低温液体液体4.4.低温、低温、低压液体低压液体2.2.高温、高温、高压气体高压气体3.1 制冷技术原理3.1.13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1.2制冷方法制冷方法 3.1.3 3.1.3制冷循环计算制冷循环计算3.制冷量与制冷系数制冷量:在一定的操作条件下,单位时间制冷剂从被冷冻物中提取的热量,以Q表示,单位W,J/h。制冷系数制冷系数:表示制冷循环中制冷量Q与该循环所消耗的功率P之比,也是指加入单位功时能从被冷冻物料取出的热量数。理论上推导出逆卡诺循环的制冷系数为:T TC C:高温热源;:高温热源;T TN N 低温热源低
5、温热源3.1 制冷技术原理4.制冷剂的压焓图1 等压线2 等焓线3 等干度线4 等温线5 等熵线6 等容线 3.1.13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1.2制冷方法制冷方法 3.1.3 3.1.3制冷循环计算制冷循环计算3.1 制冷技术原理1.一般制冷方法1.1蒸汽压缩式制冷 用常温及普通低温下可以液化的物质作为工质,工质在循环过程中将不断发生相变。3.1.13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1.2制冷方法制冷方法 3.1.3 3.1.3制冷循环计算制冷循环计算利用液体蒸发来利用液体蒸发来制冷,单位制冷制冷,单位制冷量大;有相变的量大;有相变的传热过程,传热传热过程,传热系数
6、大;系数大;3.1 制冷技术原理1.一般制冷方法1.2吸收式制冷 3.1.13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1.2制冷方法制冷方法 3.1.3 3.1.3制冷循环计算制冷循环计算 浓度高浓度高的制冷剂的制冷剂 高温、高温、高压制冷高压制冷剂蒸汽剂蒸汽 低温、低温、高压冷凝高压冷凝液液 低温、低温、低压冷凝低压冷凝液液 低温、低温、低压蒸汽低压蒸汽 节流阀节流阀降压降压溶液泵溶液泵 冷却水冷却水冷却冷却3.1 制冷技术原理1.一般制冷方法1.3蒸汽喷射式制冷 3.1.13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1.2制冷方法制冷方法 3.1.3 3.1.3制冷循环计算制冷循环计算喷射泵
7、由喷嘴、混合室、扩压器组成800-1000m/s的气流速度3.1 制冷技术原理1.4 1.4 非机械压缩制冷非机械压缩制冷 物理状态的变化制冷1)融解和溶化制冷:2)固体升华和液体汽化 3.1.13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1.2制冷方法制冷方法 3.1.3 3.1.3制冷循环计算制冷循环计算3.1 制冷技术原理2.低温制冷方法2.1多级制冷循环 3.1.13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1.2制冷方法制冷方法 3.1.3 3.1.3制冷循环计算制冷循环计算三个冷却器三个冷却器两个压缩机两个压缩机两个膨胀阀两个膨胀阀液态制冷剂:一部分通过中间冷却器冷却减压,一部分节流阀
8、减压减压后的制冷剂:一部分与减压后的制冷剂:一部分与通过中间冷却器的过冷液汇通过中间冷却器的过冷液汇合进入低压系统,一部分则合进入低压系统,一部分则进入中间冷却器内蒸发。进入中间冷却器内蒸发。3.1 制冷技术原理2.低温制冷方法2.2 串级制冷循环 3.1.13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1.2制冷方法制冷方法 3.1.3 3.1.3制冷循环计算制冷循环计算以高温制冷剂所产生的冷效应去以高温制冷剂所产生的冷效应去冷凝液化低温的制冷剂;冷凝液化低温的制冷剂;而此液化后的低温制冷剂又去液而此液化后的低温制冷剂又去液化另一沸点更低的制冷剂,如此化另一沸点更低的制冷剂,如此逐级液化达到所要
9、求的低温。逐级液化达到所要求的低温。3.1 制冷技术原理1.单级压缩制冷循环单级压缩制冷理论循环的假设条件:压缩机吸入的气体是饱和气体;在节流阀前是饱和液体;蒸发和冷凝的压力和温度稳定;制冷压缩机汽缸没有摩擦、节流等损耗;气缸阀与外界没有热交换,也没有余隙容积;管道中没有任何损失,压力降低仅在膨胀阀中进行。3.1.13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1.2制冷方法制冷方法 3.1.33.1.3制冷循环计算制冷循环计算蒸发温度T0:-20冷凝温度TK:+203.1 制冷技术原理1.单级压缩制冷循环单级压缩制冷循环理论计算:3.1.13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1.2制冷方法
10、制冷方法 3.1.33.1.3制冷循环计算制冷循环计算1-21-2压缩机绝热压缩过程;压缩机绝热压缩过程;2-32-3冷凝器等压放热过程;冷凝器等压放热过程;3-43-4节流阀节流过程;节流阀节流过程;4-14-1蒸发器的等压吸热过程。蒸发器的等压吸热过程。根据制冷机的制冷量根据制冷机的制冷量Q Q0 0,蒸,蒸发温度发温度T T0 0,冷凝温度,冷凝温度T TK K,过,过冷温度冷温度Tu,来确定各点,来确定各点3.1 制冷技术原理 1)单位制冷量 单位质量或单位容积制冷剂在蒸发器中吸收的热量称为单位制冷量。单位质量制冷量:(J/kgJ/kg)单位容积制冷量为:(J/mJ/m3 3)3.1.
11、13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1.2制冷方法制冷方法 3.1.33.1.3制冷循环计算制冷循环计算3.1 制冷技术原理 2)制冷剂循环量 单位时间在制冷机中循环的制冷剂流量。同样也有质量表示和容积表示两种:以质量表示的循环量G G为:(kg/skg/s)以容积表示的循环量V V为:(m m3 3/s/s)3.1.13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1.2制冷方法制冷方法 3.1.33.1.3制冷循环计算制冷循环计算3.1 制冷技术原理 3)制冷剂的放热量 包括冷却、冷凝、过冷三阶段。总放热量QK应为:(J/sJ/s)其中:冷却过程的放热量:冷凝过程的放热量:过冷过程的放热
12、量:3.1.13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1.2制冷方法制冷方法 3.1.33.1.3制冷循环计算制冷循环计算3.1 制冷技术原理 4)压缩机所消耗的功率(1)理论压缩功率 单位制冷剂蒸汽,理论压缩功率:循环量为G的制冷循环,理论压缩功率:(2)电动机的额定功率 (W)3.1.13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1.2制冷方法制冷方法 3.1.33.1.3制冷循环计算制冷循环计算3.1 制冷技术原理(3)指示效率 实际压缩机上标识的指定率肯定高于理论功率,其中,指示系数,可按下面公式计算:3.1.13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1.2制冷方法制冷方法 3.1.
13、33.1.3制冷循环计算制冷循环计算3.1 制冷技术原理单级压缩制冷循环理论计算:中、小型卧式压缩机:大型卧式压缩机:立式压缩机:其中,TO、Tk、T2分别为蒸发温度、冷凝温度、排气温度,b为系数,立式压缩机取0.001,卧式压缩机取0.002。3.1.13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1.2制冷方法制冷方法 3.1.33.1.3制冷循环计算制冷循环计算3.1 制冷技术原理(4)压缩机的轴功率 一般在0.8到0.95之间,可从产品目录中查的。(5)传动效率 三角皮带 0.970.98 平皮带 0.96 齿轮箱 0.960.99 电动机直接连接 1.03.1.13.1.1制冷原理制冷原
14、理 3.1.23.1.2制冷方法制冷方法 3.1.33.1.3制冷循环计算制冷循环计算3.1 制冷技术原理(6)安全系数B 一般安全系数取1.11.155)制冷系数 实际制冷系数应为:3.1.13.1.1制冷原理制冷原理 3.1.23.1.2制冷方法制冷方法 3.1.33.1.3制冷循环计算制冷循环计算 例例3-1,有一立式、双缸氨压缩机,其制冷量为,有一立式、双缸氨压缩机,其制冷量为Q0=4.186105KJ/h,其操作的蒸发温度,其操作的蒸发温度T0=-15,冷,冷凝温度凝温度TK=+25,过冷温度为,过冷温度为TU=+20做制冷循环计做制冷循环计算。算。思 考 题4.一台单级蒸汽压缩制冷
15、机工作在高温热源为一台单级蒸汽压缩制冷机工作在高温热源为30,低温热源为,低温热源为-15下,试求分别用下,试求分别用F-12和氨工作时理论循环的性能指标。和氨工作时理论循环的性能指标。单位制冷量单位制冷量q0,单位容积制冷量,单位容积制冷量qv,单位理论压缩功,单位理论压缩功w,单位冷凝,单位冷凝 热量热量qk,制冷系数,制冷系数1)以F-12为制冷剂:查表的处于饱和线上个点的有关状态参数值:h1=345kJ/kg,h2=376kJ/kg,h3=h4=232kJ/kg,压缩机吸气比容v0=0.085m3/kg;q0=h1-h4=113kJ/kg qv=q0/vo=113/0.085=1329
16、.411kJ/kg w=h2-h1=376-232=31kJ/kg qk=h2-h3=376-232=144kJ/kg =q0/w=113/31=3.65思 考 题思 考 题2)以氨为制冷剂:查表的处于饱和线上个点的有关状态参数值:h1=1439kJ/kg,h2=1689kJ/kg,h3=h4=335kJ/kg,压缩机吸气比容v0=0.49m3/kg;q0=h1-h4=1439-335=1104kJ/kg qv=q0/vo=1104/0.49=2253.06kJ/kg w=h2-h1=1689-1439=250kJ/kg qk=h2-h3=1689-335=1354kJ/kg =q0/w=11
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