Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный

университет имени императора Петра I»

Кафедра «Процессы и аппараты перерабатывающих

производств»

Курс лекций

по дисциплине «Холодильная техника» для студентов факультета технологии и товароведения очной и заочной форм обучения по направлению 110900.62 – «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции» для профилей 110901.62 «Технология производства и переработки продукции растениеводства» и 110902.62 «Технология производства и переработки продукции животноводства».

Воронеж 2012

Курс лекций подготовила доцент Бутова С.В. (кафедра процессов и аппаратов перерабатывающих производств).

Одобрено и рекомендовано к изданию решением кафедры процессов и аппаратов перерабатывающих производств (протокол №3 от 01.11.2012г.) и методической комиссией факультета технологии и товароведения (протокол №3 от 29.11.2012 г.).

УДК 621.56/.59

ББК 31.392

Б 93

Рецензенты:

доцент кафедры «Машины и аппараты пищевых производств» ВГТА, к.т.н., Шаршов В.Н.

доцент кафедры физики ФГБОУ ВПО ВГАУ им. императора Петра I, к.ф.н., Воищева О.В.

Б 93 Составитель: Бутова С.В.

Курс лекций «Холодильная техника» предназначен для студентов, обучающихся по направлению 110900 «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции».

Курс лекций дает представление о физических принципах получения искусственного холода, основных холодильных циклах, реализуемых в современных холодильных машинах, а также устройство и принцип их действия. Дана классификация и конструкция основных элементов холодильных машин. Большое внимание уделено тематике использования холода в различных отраслях пищевой промышленности.

После изучения курса «Холодильная техника» студент может ориентироваться в номенклатуре холодильных машин, областях их применения, иметь представление об их устройстве и использовании в основных отраслях пищевой промышленности.

© Бутова С.В. – составление 2012

©ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Перта I», 2012

Лекция 1 Развитие холодильной техники, основы искусственного охлаждения

Введение

1. Физические основы и способы искусственного охлаждения.

2. Теоретический цикл компрессорной холодильной машины и его отличие от цикла Карно.

3. P-h-диаграмма холодильного цикла.

Введение

Холодильная техника – это отрасль науки, исследующая и разрабатывающая различные способы получения искусственного холода, а также технические средства получения и применения холода. Развитие холодильной техники началось с применения холода в пищевых отраслях промышленности и торговле. Искусственный холод для консервирования пищевых продуктов используется немногим более 100 лет.

К холодильной технике относятся технические устройства, предназначенные для создания и поддержания температур ниже температуры окружающей среды. До температуры окружающей среды (атмосферный воздух, вода естественных водоемов, грунт) любое тело можно охладить естественным путем. Искусственный холод получают двумя способами. Первый основан на аккумулировании естественного холода и относится к области ледяного и льдосоляного охлаждения. Второй способ составляет основу машинного охлаждения. Согласно второму закону термодинамики для получения холода необходимо затратить внешнюю работу или теплоту. При этом от охлаждаемого тела отводится теплота и подводится к источнику окружающей среды. Охлаждаемое тело называют источником теплоты низкой температуры. Диапазон температур, достигаемых с помощью холодильных машин, достаточно широк: от положительных значений температур, близких к температуре источника окружающей среды, до температуры предела искусственного охлаждения – абсолютного нуля (0 К, или -273,15 ºС).

В данном курсе рассматриваются способы получения температур и циклы различных типов холодильных машин, работающих в области умеренных температур охлаждения (-160 ºС < t < t_ОКР.СР.). Промышленные холодильные машины, работающие в области умеренного холода, можно разделить на три основные группы: компрессорные, теплоиспользующие и термоэлектрические. Компрессорные холодильные машины используют для работы энергию предварительно сжатого в компрессоре газа, теплоиспользующие (пароэжекторные и абсорбционные) – теплоту греющего источника, термоэлектрические – непосредственно электрическую энергию. В компрессорных и теплоиспользующих холодильных машинах протекают сложные термодинамические и газодинамические процессы, а в термоэлектрических – термоэлектрические процессы, связанные с переносом теплоты при воздействии потока электронов на атомы. Поэтому основной теоретической базой для изучения основ холодильной техники являются такие дисциплины, как «Физика» и «Теплотехника».

1. Физические основы искусственного охлаждения

Из физики известно, что понятия «холод» и «теплота» условны, так как их физическая природа одинакова. Теплота – это один из видов энергии, который может быть преобразован в ее другие виды, и наоборот. Теплота может переходить от одного вещества (тела) к другому лишь при наличии разности температур между ними. Вещества находятся в одном из трех (основных) фазовых (агрегатных) состояний – твердом, жидком или газообразном – в зависимости от окружающих условий (давления и температуры) и могут переходить из одного состояния в другое при подводе или отводе теплоты, вызывающей изменение строения вещества. Твердая фаза – агрегатное состояние вещества, характеризуемое жесткой молекулярной структурой. Твердое тело сохраняет свою форму и размеры, практически не сжимается. Жидкая фаза – агрегатное состояние вещества, молекулы которого, обладающие большей энергией, чем молекулы твердого тела, не так плотно соединены друг с другом. Это позволяет им более легко преодолевать силы взаимного притяжения. Жидкость практически не сжимается, сохраняет свой объем. Наиболее характерная особенность жидкости – текучесть, благодаря которой она принимает форму сосуда, в котором находится. Газовая или паровая фаза – агрегатное состояние вещества, молекулы которого, обладающие большей энергией, чем молекулы жидкости, не связаны силами взаимного притяжения и движутся свободно. Газ легко сжимается и заполняет весь объем сосуда, в котором находится.

В физике под термином «тело» понимают любое вещество независимо от его агрегатного состояния.

В холодильной технике обычно имеют дело с веществами в жидком или газообразном состоянии. Пар отличается от газа тем, что его состояние ближе к жидкому состоянию. Газ – это сильно перегретый пар. В парокомпрессионных холодильных машинах рабочее вещество обычно находится в жидком и парообразном состоянии, в отличие от так называемых газовых холодильных машин, в которых рабочее вещество – газ – не меняет своего агрегатного состояния. Если температура вещества выше температуры окружающей среды (воздуха, воды и пр.), то его называют горячим (теплым или нагретым). Самопроизвольное понижение температуры вещества до температуры окружающей среды называют естественным охлаждением. Понижение температуры вещества ниже температуры окружающей среды возможно путем искусственного охлаждения, а само вещество, температура которого ниже температуры окружающей среды, называют холодным. Таким образом, исходя из относительности понятий холода и теплоты, можно дать следующее определение: холод – это теплота, отводимая от вещества, температура которого ниже температуры окружающей среды. По температурному уровню различают области: умеренного холода – от температуры окружающей среды (условно 20°С) до –120°С и глубокого холода – от –120 °С до абсолютного нуля (–273,15 °С).