5.2. Испарители

Именно в испарителе холодильная машина вырабатывает холод. Здесь холодильный агент кипит и, возможно, перегревается. Различают два типа испарителей: для охлаждения промежуточного хладоносителя (ледяной воды, рассола) и для охлаждения воздуха (батареи и воздухоохладители). В настоящей лекции будут рассмотрены испарители только первой группы.

Как правило, это аппараты проточного типа (кожухотрубные, кожухозмеевиковые, двухтрубные), по трубам которых протекает хладоноситель, а в межтрубном пространстве кипит холодильный агент. Конструктивно они ничем не отличаются от одноименных конденсаторов. Отечественная промышленность в свое время освоила серийный выпуск аммиачных кожухотрубных испарителей типа ИТГ и ИКТ с гладкими стальными трубками и аналогичных фреоновых аппаратов типа ИКГ и ИТР (соответственно, с гладкими и оребренными медными трубками [2, с. 188]), а также кожухозмеевиковых фреоновых испарителей типа ИТВТ с кипением агента внутри оребренных труб.

Для охлаждения больших масс хладоносителя в ваннах (баках) с успехом используются панельные (типа ИП) и вертикальнотрубные испарители, погружаемые непосредственно в ванну, в которой с помощью специальных мешалок организовано движение рассола вдоль поверхности испарителя [2, с. 195]. Интенсивность теплопередачи в таких испарителях обычно на 10...20 % ниже, чем у проточных (k ~ 570...700 Вт/(м²К)) и, тем более, у кожухотрубных с кипением внутри оребренных труб (k  1200...1800 Вт/(м²К)).

В качестве промежуточных хладоносителей а испарителях используется либо обычная вода (с температурой до плюс 5...плюс 8 С), либо водные растворы хлористого натрия (до температур от минус 18...минус 15С) и хлористого кальция (вплоть до температур минус 45С). Реже используются спирт, водные растворы этиленгликоля и др.

Рис. 5.3. t,  – диаграмма водного раствора поваренной соли: 1 – кривая выделения льда; 2 – кривая выделения соли; к – криогидратная точка

В пищевой промышленности наиболее распространен водный раствор поваренной соли. На рис. 5.3 приведены кривые, характеризующие свойства этого раствора.

Из рисунка видно, что гомогенная жидкая фаза Iраствора может существовать только до криогидратной температурыt_кр= минус 21,2 °С (криогидратная точка к характеризует состав жидкости с наинизшей температурой). ОбластьIIсоответствует твердому раствору, в областиIIIжидкий раствор будет сосуществовать с кристаллами льда, а в областиIV– с кристаллами NaCl.

Раствор криогидратной концентрации будет вести себя аналогично чистой воде, но с температурой затвердевания t_кр= минус 21,2 °С. В любом другом растворе (например, С-С') понижение температуры однофазного раствора возможно лишь до точки С', после чего в растворе появятся кристаллы водного льда. Их количество будет расти с понижением температуры раствора, а концентрация жидкости будет возрастать по линии С'К, пока не достигнет криогидратной концентрации. На практике стараются не использовать в системе гетерогенные растворы, поэтому стремятся поддерживать в системе криогидратную концентрацию соли в них.

При эксплуатации систем с рассольным охлаждением обычно возникают две проблемы: снижение исходной концентрации рассолов (разбавление в связи с конденсацией на их холодной поверхности водяных паров из окружающего воздуха) и коррозионное разрушение металлических частей системы, связанное с агрессивностью применяемых рассолов.

Наиболее эффективная борьба с первой проблемой – использование закрытых рассольных систем (когда, в отличие от открытых, рассол нигде не соприкасается с окружающим воздухом и нет свободного доступа кислорода в рассол). Однако в крупных промышленных установках реализация закрытой системы не всегда возможна. В таких случаях используют открытые системы, а для предотвращения разбавления рассола – периодически добавляют в него соль.

Борьба с химической агрессивностью рассолов обычно осуществляется одним из нескольких способов. Наиболее эффективным в настоящее время считается выполнение таких систем из неметаллических материалов (стеклянных труб, баков из пластмассы и т.п.). Достаточно эффективной остается протекторная защита металлических систем и некоторые другие мероприятия, например, добавление пассификаторов (силиката натрия, фосфорной кислоты и др.), снижающих химическую активность рассолов [3, 9].