Хладогенты и хладоносители

(рабочие вещества рабочих машин)

На современных промысловых и транспортных судах в качестве холодильных агентов широко применяют вещества, которые при атмосферном давлении кипят при низкой температуре и должны удовлетворять следующим требованиям:

- создать температурные режимы работы и максимально использовать эффективность работы компрессора;

- не быть взрывоопасными и не горючими;

- не оказывать вредного воздействия на организм человека, иметь низкую стоимость;

- не разрушать детали и узлы холодильного оборудования и конденсироваться при положительных температурах;

- иметь низкую температуру затвердевания.

В известной мере этим требованиям удовлетворяют:

- хладон-12 (фрион-12), R-12;

- хладон-22 (фрион-22), R-22;

- аммиак NH3.

Хладон-12 (R-12) тяжелый бесцветный газ, пары его в 3,4 раза тяжелее воздуха. Температура кипения при атмосферном давлении - 29,8°С. температура затвердевания -155°С.

Хладон-12 при малых концентрациях не имеет специфического запаха, не поддерживает горение, но под действием открытого огня (при температуре 400°С и выше) разлагается и выделяет фосген и другие ядовитые вещества. Поэтому курить и пользоваться открытым огнем в помещении с холодильной установкой, работающей на R-12, запрещено.

R-12 используется в холодильных установках с малой и средней мощностью и производительностью. Хранят его в жидком виде в баллонах с серебристой окраской с надписью хладон-12. Хорошо растворяется в минеральном масле.

Хладон-22 — это бесцветный газ, взрывоопасен, относительно безвреден, температура кипения при атмосферном давлении - 40,8°С. Хладон-22 нашел применение в одноступенчатых холодильных установках с температурой испарения до -35°С. воздействует на озоновую оболочку. Хорошо (неограниченно) растворяется в минеральном масле.

Хладоны представляют собой фтористые и хлористые производные метана, этана и других углеводородов. Легко проникают через плотности.

Аммиак – NH₃ - бесцветный газ с резким запахом, вреден для человека. Аммиак горюч и взрывоопасен при концентрации 16- 25%, При концентрации 0,03% вредно воздействует на слизистую оболочку дыхательных путей, а при большей концентрации может вызвать оттек легких. Обладает способностью разрушать медь и ее сплавы - брошу, латунь, а также цинк. Жидкий аммиак имеет температуру кипения -33,4°С. хорошо растворяется в воде.

Аммиак дешевле хладонов, но хладоны более текучи, чем аммиак, поэтому качество систем и трубопроводов, а также арматуры должно быть более высоким.

Хладоносители - вещества, отбирающие тепло от охлажденной среды и передающие ее кипящему холодильному агенту. Хладоносители применяются когда охлаждение непосредственным испарением нежелательно.

К хладоносителям предъявляются следующие требования:

- они должны иметь низкую температуру замораживания;

- малую вязкость и плотность;

- быть химически нейтральными к металлам и прокладочным материалам;

- обладать большей теплоемкостью;

- быть безвредными.

Наиболее дешевые теплоносители - воздух и вода, но применяются они ограниченно из-за высокой температуры замерзания воды. Воздух имеет малую теплоемкость.

Наибольшее распространение в качестве хладоносителей получили рассолы - водные растворы солей хлористого кальция СаС1₂ и хлористого натрия NaCl.

Недостатком рассолов является их коррозионное воздействие на металлы, поэтому для уменьшения коррозии на поверхности металла создают защитную пленку (окраска, покрытие лаком, оцинковка) или вводят рассол неорганические (пассиваторы) или органические (ингибиторы) вещества. Также применяют протекторную защиту.

Для защиты черных металлов и сплавов из алюминия применяют протекторы из цинка; для защиты бронзы, меди, латуни - из цинка, железа, кадмия.

Выбор рассола зависит от температуры охлаждающей среды и технологического процесса, т.е. температурного режима.

Температура замерзания зависит от его концентрации. При получении рассола необходимо учитывать, что с увеличением концентрации до определенного предела температура застывания его понижается. Концентрация рассола должна обеспечивать температуру его застывания на 5- 6°С ниже температуры кипения хладоагента.

Наиболее низкая температура замерзания рассола NaCl -21,2°С при концентрации 30,1 кг соли на 100 кг воды.

Для рассола СаС12 температура замерзания —55°С достигается при концентрации или 29,9 кг соли на 100 кг раствора или 42,7 кг соли на 100 кг воды, плотность рассола -1,29.

Схемы холодильных установок.

Холодильная установка с непосредственным охлаждением обеспечивает отбор тепла от рыбопродукции непосредственно циркулирующим хладогентом (рисунок 7.2).

В этой системе испаритель 3 выполнен в виде охлаждающих батарей, которые установлены в рефрижераторных камерах.

Рисунок 7.2 – Холодильная установка с непосредственным охлаждением

Холодильная установка с рассольным испарением осуществляет перенос холода от холодильной машины к охлаждающему помещению с помощью хладоносителя - рассола, характерной особенностью которого является низкая температура замерзания. Схема холодильной установки с рассольным охлаждением показана на рисунок 7.3.

Рисунок 7.3 - Схема холодильной установки с рассольным охлаждением

Компрессор 1, приводимый электродвигателем 2, всасывает пары хладогента из испарителя 5 и подает их в конденсатор 3, откуда жидкий хладогент через ТРВ 4 поступает в змеевик испарителя. В междутрубном пространстве циркулирует рассол. Хладогент, испаряясь, охлаждает рассол и в парообразном состоянии вновь всасывается компрессором, а охлажденный до рабочей температуры (-25-30°С) рассол циркуляционным рассольным насосом 6 прогоняет через батареи 7, расположенные в охлажденном трюме 8. проходя батареи, рассол отбирает теплоту от продукции и возвращается в испаритель для повторного охлаждения. Для увеличения теплопередающей поверхности змеевики батарей выполняются ребристыми.

Холодильная установка с воздушным охлаждением использует в качестве хладоносителя воздух (рисунок 7.4). Также как у ранее рассмотренных установок, путь хладогента лежит через компрессор 1, конденсатор 2, ТРВ - 3. Роль испарителя в этой схеме выполняет теплообменный аппарат 4, называемый воздухоохладителем. Циркуляция охлажденного воздуха по каналам 6 и через отверстия в ложном потолке 7 охлаждаемого трюма 8 осуществляется при помощи вентилятора 5.

Рисунок 7.4 - Холодильная установка с воздушным охлаждением

Сравнение систем охлаждения позволяет выявить достоинства и недостатки каждой из них.

К достоинствам системы непосредственного испарения следует отнести отсутствие промежуточного хладоносителя, рассольного насоса и других элементов, возможность работать при более низких температурах кипения, что сокращает габаритные размеры и массу компрессоров, отсутствие потерь при передаче теплоты от рассолу к хладогенту. Недостатки системы - опасность порчи продуктов в случае утечки хладогента из батарей непосредственного охлаждения, а также охлаждающего действия батарей сразу после остановки холодильной установки.

Достоинством системы рассольного охлаждения является возможность поддержания постоянной температуры в холодильных помещениях в перерывах между циклами работы машин с помощью холода, аккумулированного в рассоле вследствие его большой теплоемкости и массы, недостатки - большие металлоемкости и габаритные размеры, а также меньший срок службы установки вследствие агрессивного действия рассола на трубопроводы.

Общий недостаток систем непосредственного и рассольного охлаждения - образование инея (снеговой шубы) на охлаждающих поверхностях змеевиков батарей вследствие выпадения влаги из охлаждающего воздуха трюма, а также отсутствия возможности регулировать относительную влажность воздуха.

Наиболее приемлемой системой охлаждения следует признать рассольно-воздушную. При этом основной охлаждающей системой является рассольная, а воздушная система обеспечивает вентиляцию помещения и осушение воздуха.