食品工厂机械与设备第十三章01

食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备食品工厂机械与设备第十三章冷冻机械设备食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备第十三章冷冻机械设备冷冻机械与设备在食品工业中应用冷冻食品、冷却食品、冷食食品等都直接利用冷冻设备生产。冷库及其冷链的各个环节都离不开冷冻设备。冷冻机械在一些重要食品操作中，如真空冷却、冷冻浓缩、冷冻干燥和冷冻粉碎也是关键设备。食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备第十三章冷冻机械设备冷冻机械与设备在食品工业中应用其它食品加工条件工艺过程，如车间空调、工艺用水冷却以及需要较低温度冷却的加工操作也需要利用制冷设备。除商业冷库及速冻食品厂以外，罐头厂、肉联厂、乳品厂、蛋品厂、糖果冷饮厂等，几乎都有冷冻机房及冷藏库设置。冷链已经成为现代食品工业终产品的主要流通途径之一，冷链所涉及的贮运和展示设备均需配备制冷机械设备。食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备食品工业中应用的冷冻机械设备的两大部分第一部分是产生冷源的制冷机械与设备，即所谓的制冷机。第二部分是利用冷源的机械设备。主体实质上是以各种型式出现的制冷循环中的蒸发器。例如，速冻机、冷风机等，其核心就是蒸发器。后者必须与前者配套才能发挥作用。第十三章冷冻机械设备食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备第十三章冷冻机械设备第一节制冷概念与机械设备第二节食品冷冻冷却设备第三节食品冷藏链设备本章小结思考题自测题食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备第一节制冷概念与机械设备制冷是指利用物体相变或状态变化产生冷效应的过程。机械压缩蒸发制冷目前应用最多。涉及一系列的设备装置，这些设备装置均按照制冷循环理论配置，以使制冷机系统获得良好的制冷效果。食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备第一节制冷概念与机械设备一、制冷基本概念二、制冷系统构成及主要设备三、制冷系统的附属设备食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念现代食品工业中所用冷源均由人工制冷得到。按制冷剂状态变化，可分为三类制冷方式:液化制冷、升华制冷和蒸发制冷。机械制冷:利用压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等实现的蒸发式制冷非机械制冷:机械制冷以外的其它制冷方式。食品工业中应用最广的是机械制冷系统，但非机械制冷方式也有一定的应用。食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷即机械蒸气压缩制冷。是一种以制冷剂为工质，通过压缩机对制冷剂压缩做功为补偿，利用制冷剂状态变化产生的吸热和放热效应达到制冷目的的循环过程。如图13.1所示，最基本机械压缩制冷系统由…四部分组成。压缩机膨胀阀蒸发器冷凝器123图13.1压缩制冷循环原理4食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷1.制冷循环①等熵过程在循环过程中：制冷剂经过蒸发器后，其低压低温蒸气被压缩机吸入，经压缩提高压力以及温度，成为高压高温的过热蒸气，此为等熵过程(图13.1中1→2）。等熵膨胀阀蒸发器冷凝器123图13.1压缩制冷循环原理4高温高压气体低温低压气体压缩机食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷1.制冷循环②等压过程过热蒸气的温度高于环境介质（水或空气）的温度，此时的制冷剂蒸气能在常温下冷凝成液体状态。因而，当被排至冷凝器时，经冷却、冷凝成高压的液态制冷剂，此阶段为等压过程，如图13.1中2→3所示。等压膨胀阀蒸发器冷凝器123图13.1压缩制冷循环原理4高温高压气体常温高压液体压缩机食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷1.制冷循环③等焓过程高压液体通过膨胀阀时，因节流作用而降压，制冷剂液因沸腾蒸发吸热，使其本身温度下降，此为等焓过程，如图13.1中3→4所示。等焓膨胀阀蒸发器冷凝器123图13.1压缩制冷循环原理4低温低压液体常温高压液体压缩机食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷1.制冷循环④等温过程把这种低压低温的制冷剂引入蒸发器蒸发吸热，使周围空气及物料温度下降，此为等压等温过程，如图13.1中4→1所示。等温膨胀阀蒸发器冷凝器123图13.1压缩制冷循环原理4低温低压液体低温低压气体压缩机食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷1.制冷循环从蒸发器出来的低压低温蒸气重新进入压缩机，如此完成一次制冷循环。这是最为简单的蒸气压缩制冷循环。此制冷循环可以用压焓图或温熵图表示（图13.2）。s(2)温-熵图h(1)压-焓图234121342′图13.2单级压缩制冷循环的压焓图和温熵图食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷1.制冷循环利用压缩机对蒸气进行压缩的方法使制冷剂得以重复利用。因此，这种制冷系统也称为蒸气压缩式制冷系统。上述的四大部件是缺一不可的。但在实际工业系统中，其部件要比上述的多。食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷2.单级压缩制冷图13.1所示理论制冷循环的问题蒸发器中抽吸出来的制冷剂蒸气常带有雾滴，不能使压缩机正常工作。压缩机中的润滑油会随温度升高而气化进入系统中，使得冷凝器和蒸发器的换热效率大大降低。由于没有制冷剂的贮存设备，整个系统工作会变得不稳定。膨胀阀蒸发器冷凝器123图13.1压缩制冷循环原理4压缩机食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷2.单级压缩制冷实际制冷循环贮氨罐压缩机分油器氨液分离器膨胀阀总调节站冷凝器均压管冷排(蒸发器)水1水放空气放油放油423冷排(蒸发器)图13.3单级压缩制冷循环图食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷2.单级压缩制冷分油器.贮氨器氨液分离器的作用图13.3所示的实际单级氨压缩制冷系统，增加了分油器、贮氨器、氨液分离器等部件。这些部件可以保证制冷循环正常运行。氨液分离器:消除氨蒸气中携带的雾滴，保证压缩机正常工作；分油器:防止压缩机带出的润滑油不再进入系统，从而提高了冷凝器和蒸发器的换热效率；贮氨罐:起两方面作用，一是保证系统运行平稳，二是可以方便地为多处用冷场所提供制冷剂。食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷3.双级压缩制冷压缩比与多级压缩制冷循环若以压缩机和膨胀阀为界，可粗略地分成高压、高温和低压、低温两个区。高压端压强对低压端压强的比值称为压缩比。压缩比由高温端的冷凝温度和低温端蒸发温度确定。蒸发温度越低，压缩比越高。高压缩比情形下，若采用单级压缩，运行会有困难，这时可采用多级压缩，以双级压缩较为常见。食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷3.双级压缩制冷双级压缩概念双级压缩--是指在制冷循环的蒸发器与冷凝器之间设两个压缩机，并在两压缩机间再设一个中间冷却器。一般而言，当压缩比8时，采用双级压缩较经济。对氨压缩机来说，当蒸发温度在-25℃以下时，或冷蒸气压强大于1.2MPa时，宜采用双级压缩制冷。食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷3.双级压缩制冷冷凝器低压压缩机水蒸发器膨胀阀I膨胀阀II中间冷却器水123456789高压压缩机液面图13.4双级压缩制冷循环图食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷3.双级压缩制冷循环中的制冷剂状态变化(图13.5)图13.5双级压缩冷循环的压-焓图和温-熵图食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷3.双级压缩制冷循环中的制冷剂状态变化(图13.5)低温低压蒸汽的压缩与冷却蒸发器中形成的低压、低温制冷剂蒸气（1），被低压级压缩机吸入，经绝热压缩至中间压力的过热蒸气（2）而排出，进入同一压力的中间冷却器，被冷却至干饱和蒸气（3）。食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷3.双级压缩制冷循环中的制冷剂状态变化(图13.5)高压压缩机压缩的蒸气高压压缩段吸入如下干饱和蒸气：①来自低压压缩段的已被冷却的干饱和蒸气（3）；②来自高压段饱和液体制冷剂（6）经膨胀阀节流（6→9）降压后，在冷却低压段排出而尚未被冷凝的过热蒸气的过程中所形成的干饱和蒸气（3）。食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷3.双级压缩制冷双级压缩制冷循环中的制冷剂状态变化(图13.5)高压蒸气的冷凝与分流高压压缩机出来的的过热蒸气（4），在冷凝器中等压冷却到干饱和蒸气（5)，并进一步等压冷凝成饱和液体（6）。然后分成两路。一路便是上面所讲的，经膨胀阀节流降压后的制冷剂（9），进入中间冷却器。一路先在中间冷却器的盘管内进行过冷，过冷后的制冷剂（7）再经过膨胀阀节流降压，节流降压后的制冷剂（8）进入蒸发器，蒸发吸热，产生冷效应。食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷4.制冷量与制冷系数制冷量是指在一定操作条件（即一定的制冷剂蒸发温度、冷凝温度，过冷温度）下，单位时间制冷剂从被冷冻物取出的热量，以Q表示之，单位为W。冷吨（RT）相当于24h内将1t0℃的水冷冻成同温度冰所放出的热量。食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷4.制冷量与制冷系数制冷量制冷系统的制冷量Q0与单位制冷量（qm，J/kg）和制冷剂循环量G（kg）关系：Q0=Gqm(13-1)食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷4.制冷量与制冷系数制冷系数制冷机（或制冷系统）为获得一定的制冷量需要输入一定的能量，即需要消耗一定的功率。制冷系数:制冷量Q0与输入功率P之比称为制冷系数用ε来表示：2130PQ食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷4.制冷量与制冷系数制冷系数制冷系数表示制冷机产出的制冷量是所消耗的功率的倍数，是衡量制冷机（或制冷系统）的重要技术经济指标。如制冷系数为3，即是说每消耗1kW的能量可以获得3kW(2580kcal/h）的制冷量。食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷5.直接制冷与制冷剂直接制冷（或称直接蒸发制冷）------制冷循环中，制冷剂吸热的蒸发器直接与被冷物体或被冷物体周围环境进行换热。直接制冷一般应用于单台供冷的冷冻设备，如速冻机、冰淇淋凝冻机、低温冷库和家用冰箱等。食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷5.直接制冷与制冷剂制冷剂或制冷工质：制冷装置中不断循环流动以实现制冷的工作物质，制冷剂通过状态变化实现热量的传输，是人工制冷不可缺少的物质。制冷剂性质与制冷装置特性及操作条件有关。常见制冷剂有——氨、氟利昂等。食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷5.直接制冷与制冷剂制冷剂选择主要从热力学、物理化学、生理学及经济性和对环境影响等方面考虑。特别需要注意的是其对环境的影响。氨一直是工业制冷中应用最广的制冷剂之一，它较为安全和对环境无影响。食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷5.直接制冷与制冷剂制冷剂选择以氟利昂为商品名的系列制冷剂也曾经是主要的制冷剂。但由于大部分产品被证实对外层空间的臭氧层有破坏作用，以R11和R12等为代表的氟利昂系列制冷剂已经或即将被禁用。这是选用制冷机时所需要注意的，因为有些制冷系统只适用于某种或某类制冷剂。食品工厂机械与设备——第十三章冷冻机械设备一、制冷基本概念（一）机械压缩制冷6.间接制冷与载冷剂食品工业中，需要进行冷冻加工的场所往往较大或进行冷冻作业的机器台数较多，