Теоретичне обґрунтування. 4.1 Холодильні машини. Холодильна машина - це сукупність теплообмінних апаратів і спеціальних пристроїв

4.1 Холодильні машини. Холодильна машина - це сукупність теплообмінних апаратів і спеціальних пристроїв, застосовуваних для відводу теплоти від охолоджуваних тіл (речовин) і зниження їх температури. Холодильні машини працюють по способі підвищення температури пар, що утворяться при кипінні холодоагенту.

Холодильні машини по способу підвищення температури парів, що утворюються при кипінні холодоагенту, розділяють на компресійні (стиск парів у компресорі з витратою механічної роботи), абсорбційні (поглинання парів відповідним абсорбентом і виділення парів шляхом випарювання розчину з витратою теплової енергії), пароежекторні (створення вакууму для випару води при знижених температурах з витратою теплової енергії, що перетворюється в механічну роботу).

На підприємствах, що роблять безалкогольні напої, застосовують в основному компресорні машини.

Холодоагентом називається робоча речовина, що циркулює в холодильній машині і віднімає теплоту від навколишнього середовища. Як холодоагенти використовуються вода, аміак, фреон, двооксид вуглецю й ін.

Теплоносії - це тіла, що використовуються в теплотехніці і холодильній техніці для передачі теплоти на відстань. До них відносяться розчини хлориду натрію, хлориду кальцію і хлориду магнію. У виробництві безалкогольних напоїв найбільше часто використовується розчин хлориду натрію. Температура повітря в охолоджуваних приміщеннях трохи вище нуля, тому розчин охолоджують у випарниках до температури -5...-7°С, а робоча речовина випаровується при -10...-12°С.

Рис.8. Схема компресорної установки:

1- випарник; 2 - віддільник рідини; 3 - брудовловлювач; 4 - компресор; 5 - масловідділювач; 6 - конденсатор; 7 - переохолоджувач; 8 - регулювальний клапан.

На рис. 8 показана схема компресійної машини. Випарник 1 має вид змійовика, виготовленого з труб, у ньому при низькій температурі відбувається кипіння холодоагенту за рахунок теплоти, що віднімається від охолоджуваного середовища. Віддільник рідини 2 служить для уловлювання часток рідкого холодоагенту з його парів, засмоктуваних компресором з випарника. Брудовловлювач 3 встановлюють для попередження влучення в компресор різних забруднень. Компресор 4 призначений для стискання парів холодоагенту, що утворяться у випарнику за рахунок витрати механічної роботи. Масловідділювач 5 необхідний для відділення мастила, що захоплюється парами холодоагенту з компресора. Конденсатор 6 виконується у вигляді змійовика і служить для конденсації стиснутих компресором парів холодоагенту в результаті відводу від них теплоти. Переохолоджувач 7 служить для зниження температури рідкого холодоагенту після конденсації. Регулюючий клапан 8 призначений для дроселювання рідкого холодоагенту, у результаті чого його тиск і температура падають.

Холодильна машина працює наступним чином. Компресор стискає аміак і нагнітає його в конденсатор, омиваний охолодженою водою чи розсолом. Тут газ конденсується, перетворюючись на рідину, котра через переохолоджувач і регулювальний клапан направляється у випарник. Унаслідок зниження тиску рідина випаровується, поглинаючи при цьому теплоту охолодженої води чи розсолу, омиваючих випарник. Охолоджена вода чи розсіл надходить у переохолоджувач, де віддається холод споживачу. Нагріта вода чи розсіл насосом повертається у випарник. Пари аміаку, віддавши холод, знову повертаються в компресор і цикл повторюється.

Конструкція холодильних машин залежить від їх призначення.

4.2 Теплообмінники. Теплообмінники застосовують для обміну теплом між парою і газом (пароперегрівники), парою і рідиною (сироповарні казани), паром і сумішшю рідини з частками твердого тіла (запарники), а також між рідиною і рідиною (пастеризатори).

Широке поширення одержали теплообмінники з подвійними стінками, трубчасті і пластинчасті.

4.2.1Теплообмінники з подвійними стінками (казани із сорочками) застосовуються для готування цукрового сиропу періодичним способом (рис. 9). Ці апарати мають різну конструкцію. Казани являють собою циліндричні ємності зі сферичними днищами і сферичними чи плоскими кришками, оснащені паровою сорочкою і витяжною трубою. Сироповарні казани з перекидаючим пристроєм випускаються місткістю 60 і 150 л. Вони виготовляються з листової міді, усередині луджені. Обігрів казана здійснюється за допомогою парової сорочки. Казан спирається на дві опори.

4.2.2 Трубчасті теплообмінники виготовляються різних конструкцій і широко використовуються для підігріву й охолодження цукрового і купажного сиропів, охолодження води перед сатурацією, нагрівання й охолодження приміщень. Найбільше поширення одержали змієвікові теплообмінники, заглиблені і не заглиблені і двотрубні (труба в трубі). Рідше застосовують зрошувальні теплообмінники. Змієвикові теплообмінники мають більш високий коефіцієнт теплопередачі, чим теплообмінники з прямими трубками. Швидкість руху теплоносія до 1 м/с; тиск пари 0,2- 0,5 МПа; відношення довжини змійовика до діаметра труб 200:275.

Рис.9. Теплообмінник з подвійними стінками:

1- сферичне дно; 2 - парова сорочка; 3 - герметична кришка спускної труби; 4 - вихід конденсату; 5 - паровий патрубок; б - опори 7,11 - поворотні цапфи; 8 - циліндрична частина казана; 9- манометр; 10 - вхід пари; 12 - черв'ячний сектор перекидача

а - трубчастий: 1- зовнішня труба; 2 - прокладка; 3 - фундаментна плита; 4 - внутрішня труба; 5 - гачки для кріплення; 6 - стійка; 7 – штуцери

б - кожухотрубний: 1- штуцер для подачі продукту; 2 - штуцер для розсолу; 3 - штуцер для випуску охолодженого продукту; 4 - корпус; 5 - штуцер для випуску розсолу; 6 - циркуляційні труби

Рис.10. Теплообмінники

На рис. 10 показані трубчасті (а) і кожухотрубні (б) теплообмінники. У трубчастому теплообміннику по зовнішній трубі великого діаметра знизу подається газований напій перед розливом для охолодження, а по внутрішній із протилежної сторони (назустріч продукту) циркулює охолоджена рідина - вода і розсіл.

У кожухотрубному теплообміннику система труб укладена в загальний кожух. По трубах проходить охолоджений продукт, а по камері корпуса між трубами циркулює холодоагент. Охолодження звичайно роблять водопровідною охолодженою водою, що після нагрівання в теплообміннику до 45-55°С використовують для виробничих нестатків.

4.2.3. Пластинчастий теплообмінник (рис. 11) є найбільш досконалим. Поверхня робочих пластин рифлена, а розділова -гладка. Рифлені і гладкі пластини укладаються парами і збираються в пакет. Між пластинами утворяться канали, по яких з однієї сторони протікає охолоджувальна рідина, а з іншої в зворотному напрямку - охолоджувальний продукт (сусло, квас, вода, газований напій). Набір робочих і розділових пластин щільно затискається гвинтом механізму затиску.

Охолодження чи нагрівання в пластинчастому теплообміннику можна вести в кілька ступінів, для чого пластини комплектуються декількома пакетами. У кожний з пакетів подаються різні холодоагенти (вода, розсіл) чи теплоносії. При необхідності теплообмінник можна використовувати для підігрівання й охолодження рідини одночасно. Достоїнством пластинчастих теплообмінників є зручність їхньої мийки і чищення.

Рис. 11. Пластинчатий теплообмінник:

1,5 – стійки; 2 –кутовий канал; 3 –штанга; 4 –плита; 6 –гвинт; 7 -11 –стальні пластини з каналами для охолоджульваної рідини