Оборудование, упаковка, хранение продуктов
Теплообменники в каскадных системах c диоксидом углерода
Оборудование для пищевой промышленности, Промышленное холодильное оборудование

Теплообменники в каскадных системах c диоксидом углерода

  Клас Стенхед, ведущий специалист по разработке новых продуктов компании Альфа Лаваль, профессор

В этой статье приводится сравнение диоксида углерода и некоторых хладагентов, которые могут использоваться на низкотемпературной ступени каскадной системы, применяемых, например, в супермаркетах, на холодильных складах или предприятиях пищевой промышленности.

Полученные результаты показывают, что в данном диапазоне температур, при конденсации при -10°C и испарении при -40°C диоксид углерода является оптимальным хладагентом, а в некоторых случаях единственным возможным для применения.

Очевидно, что все хладагенты имеют свои преимущества и недостатки, имеет их и диоксид углерода. Но в должным образом спроектированной системе ни высокая тройная точка, ни низкое критическое давление не имеют решающего значения.

В дополнение к отличным теплофизическим свойствам, преимуществами диоксида углерода являются отсутствие негативного влияния на экологию, низкая стоимость и доступность материала.

Плюсы также существуют при установке и эксплуатации пластинчатых теплообменников в качестве каскадных конденсаторов/испарителей с преимущественным использованием диоксида углерода в качестве низкотемпературного хладагента.

Рис. 2. Каскадная система для супермаркета
Диоксид углерода конденсируется в аммиачном каскадном испарителе при -10°C. Сжиженный диоксид углерода используется или прямо для среднетемпературной витрины, или охлажден до -40°C для низкотемпературных витрин.

Потоки к витринам обычно управляются посредством двухпозиционного термостата. В зависимости от расстояния диоксид углерода течет путем естественной циркуляции, но обычно подкачивается.

2. Диоксид углерода в сравнении с другими хладагентами
2.1. Значения давления и температуры
Для изучения пригодности диоксида углерода к применению в низкотемпературной системе, произведено сравнение с некоторыми другими хладагентами, которые, очевидно, могут использоваться в рассматриваемом диапазоне температур -- испарение при -40 °C и конденсация при -10°C.

Критическая температура и температуры для 1 и 41 бара показаны на рис. 3, а критическое давление и давления для -40, -10 и 20°C показаны на рис. 4. 41 бар выбран в качестве предела, так как до данного давления не возникает затруднений в выборе соответствующих компонентов.

Некоторые из хладагентов -- NH3, R407C, R218 и R290 -- находятся в своем нижнем диапазоне, другие -- R23, R41, R116 и R508A -- в верхнем диапазоне, и один -- R22 -- включен в качестве эталона.

NH3, R218 и R407C функционируют в вакууме при -40°C, примерно при такой же температуре функционирует и пропан. Вакуум означает риск утечки воздуха, особенно возможный при использовании большого количества холодильников прямого охлаждения, и опасность применения огнеопасных хладагентов.

R23, R116, R143A и R218 используются главным образом в смесях. R23 часто используется для очень низких температур, до -80°C, -90°C. Некоторые из них слишком дороги, чтобы использоваться в обычных системах.

Диоксид углерода имеет свои особенности; при высоком давлении пара его необходимо поместить в группу “верхнего диапазона”, но с другой стороны, более низкий температурный предел ограничен очень высокой тройной точкой: -56,6°C. Таким образом, рабочий диапазон диоксида углерода является самым низким из всех хладагентов, находящихся в порядке 60K, от чуть выше тройной точки до 5°C, когда достигается 40 бар. С другого края находится пропан -- 135K -- за ним следует пропилен -- 131 K.

Однако оборудование обычно функционирует в некоторых установленных пределах, и диапазон температур в коммерческом охлаждении (приблизительно от -40°C до -10°C) очень хорошо подходит для диоксида углерода. Таким образом ни нижний, ни верхний предел не являются помехой для использования диоксида углерода.

Интересно заметить, что, если оборудование должно функционировать при значительно изменившихся условиях, в качестве хладагента может быть выбран например транспортабельный охлаждающийся пакет пропан/пропилен. Недостаток данных агентов состоит в том, что они являются огнеопасными.

2.2. Холодильный коэффициент, степень сжатия, емкость и температура на выходе
Низкотемпературная ступень каскадной системы может присутствовать, например, в супермаркете, на холодильных складах или предприятиях пищевой промышленности. Хладагенты в каждых ступенях могут быть одни и те же, но обычно применяются разные, каждый оптимизирован для режима работы в данной ступени.

Особо впечатляет то, что холодильный коэффициент везде почти одинаков. С одной стороны это понятно, так как хладагент с наивысшим холодильным коэффициентом или постепенно выведется, или постепенно выведет другие.

Однако необходимо отметить, что указанные выше холодильные коэффициенты - теоретические для "идеального" цикла. Некоторые хладагенты улучшают свои показатели при изменении цикла, например при переходе в энергосберегающий режим или добавлении переохладителя конденсата/пароперегревателя, другие нуждаются в большем перегреве, определенных маслах, иные компоненты могут быть недоступны в цикле или существуют компоненты, оптимизированные для определенного хладагента.

Изоэнтропическая эффективность сжатия уменьшается при увеличении степени сжатия и равняется 0,62 для степени 2 и 0,55 для степени 4.

Компоненты для диоксида углерода, особенно компрессоры, очень быстро совершенствуются, и изготовители обещают улучшение рабочих характеристик. Диоксид углерода имеет высокое давление, но его степень сжатия невелика, являясь минимальной среди всех хладагентов для отобранных температур. Это упрощает конструкцию компрессора.

Возможность изменения холодильного коэффициента относительно ограничена ввиду небольшого различия между температурами испарения и конденсации. При большем различии температур, например 40/-30°C, холодильный коэффициент значительно понижается, и для R404A и R507A его можно значительно изменить путем увеличения теплообменника.

Таким образом, невозможно произвести общее сравнение, принимающее во внимание все возможные коэффициенты, и, вероятно, любой из хладагентов может оказаться лучшим при выборе отдельных условий работы и компонентов.

Вторая особенность - стоимость натуральных хладагентов гораздо ниже, чем галогенизированных углеводородов, несмотря на то, что разработка последних производится уже около 60 лет.

Если холодильные коэффициенты хладагентов практически идентичны, этого нельзя сказать о температурах на выходе. Они разнятся почти от 0°C для R116, перегрев от 12.4 K до 135 K, до 125°C для аммиака. Все значения даются без охлаждения компрессора.

Умеренно высокая температура на выходе является преимуществом, поскольку она способствует размораживанию. Это является проблемой, так как нагнетание горячего газа и последовательная конденсация невозможны, поскольку температура конденсации отрицательная. Диоксид углерода предоставляет довольно высокий -- но не чрезмерный -- перегрев, более высокую степень перегрева имеют только R32 и аммиак.

Диоксид углерода действительно превосходен, другие хладагенты значительно отстают от него по показателям. За ним следуют хладагенты высокого давления R23, R41 и R508A. Аммиак, который при более высоких температурах имеет приличную объемную производительность, дорог: низкое давление и низкий молекулярный вес повышают его стоимость.

журнал «Империя холода», апрель 2005 г.


просмотров: 2011


2011 Copyright © Food24News.ru Мобильная Версия v.2015 | PeterLife и компания
Товароведение продовольственных товаров. Продукты питания. Пищевая промышленность. Оборудование для пищевой промышленности. Упаковка.
Пользовательское соглашение использование материалов сайта разрешено с активной ссылкой на сайт. Партнёрская программа.
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика Яндекс цитирования