Поиск новых рабочих веществ для современных парокомпрессионных холодильных машин в настоящее время становится всё более острой проблемой из-за возрастающих экологических требований, предъявляемых к ним. Так, разработка новых экологически безопасных хладагентов связана с большими финансовыми затратами и не всегда может гарантировать успех. Поэтому такие факторы, как экологическая чистота, доступность, термодинамическое совершенство, дешевизна, пожаровзрывобезопасность, создают условия для поиска рабочих веществ природного происхождения - в том числе, воды, диоксида углерода, водных растворов солей и спиртов.
Наиболее простым, дешевым, совершенным по теплофизическим свойствам веществом является вода. Вода обладает высокой скрытой теплотой парообразования и теплоемкостью. Однако рабочий цикл с применением воды в качестве хладагента проходит при давлении ниже атмосферного.
На сегодняшний день водоледяная суспензия и водный лёд находят широкое применение в разных отраслях промышленности, главным образом, в пищевой, в медицине, в производстве химических продуктов и сельском хозяйстве, что связано, прежде всего, с их экологической чистотой и отличными теплофизическими свойствами.
Водный лёд и льдоводяные растворы могут успешно применяться:
при переработке рыбы и морепродуктов - для их мягкого охлаждения с момента добычи до поступления в продажу;
в сельском хозяйстве - для охлаждения молока, фруктов и овощей;
в хлебопекарной промышленности - для охлаждения теста;
на мясоперерабатывающих предприятиях - для предотвращения нагрева
фарша в процессе куттерования;
в сфере кондиционирования воздуха.
Также свою нишу шугообразный лёд нашёл в строительном деле при производстве бетона, в химической промышленности для отвода тепла в реакторах. Применение водоледяных суспензий в холодильной технике существенно сокращает габариты теплообменного оборудования, более интенсивно протекают процессы тепломассообмена.
Таким образом, разработка и создание льдогенераторных установок для производства водоледяной суспензии и пластинчатых массивов водного льда является перспективным направлением.
Процесс получения водоледяной суспензии классическим способом является сложным с разных точек зрения. При этом необходимо применять двухконтурную
систему, в состав которой входит фреоновая холодильная установка с дорогостоящей теплообменной аппаратурой. Затем намороженный лёд необходимо удалять с
теплообменной поверхности, осуществлять мелкое дробление, смешивать с водой и применять различные перемешивающие и перекачивающие устройства для создания однородной водоледяной массы и транспортировать её потребителю. Следует также
считаться с существующим риском утечек рабочего вещества, что оказывает пагубное влияние на окружающую среду (разрушение озонового слоя, потепление окружающей среды). Другим методом получения водоледяной пульпы является сочетание
водоохлаждающей установки (чиллера) и воздухоохладителя с последующим распылением воды в поток холодного воздуха. Оба способа являются дорогостоящими по исполнению и имеют высокий расход энергии на получение продукта - соответственно 0,003 и около 0,004 кВт/кг.
Свою нишу шугообразный лёд нашёл, также, в строительном деле при производстве бетона, в химической промышленности для отвода тепла в реакторах
|
Альтернативой при получении водоледяной пульпы и водного льда является применение вакуумных технологий, реализация которых возможна на вакуумно-испарительных и вакуумно-сублимационных установках, в которых вода является одновременно и хладагентом, и хладоносителем. Это делает установку безупречной с экологической точки зрения. Метод получения водоледяной пульпы на вакуумной установкеоснован на непрерывном диспергировании воды через форсунки в бакиспаритель, в котором поддерживается давление ниже тройной точки воды. В полете капля охлаждается, и часть её замерзает. Таким образом, в баке-испарителе образуется и накапливается льдоводяная смесь с диаметром гранул, размер которых может составлять до 500 мкм. В дальнейшем шуга легко перекачивается обычными центробежными насосами по трубопроводу на большие расстояния.
Пластинчатые массивы водного льда получают так же, как и мелкодисперсный лед, и особых конструктивных изменений в системе не требуется. Этот метод основан на
послойном намораживании пластин водного льда с последующим их смораживанием в единый массив. Вода порциями подаётся в испаритель, где намерзает на предыдущий
слой. Затем намороженный массив льда удаляется в льдосборник, где при падении дробится. Основное преимущество данного метода заключается в том, что образование
льда идёт практически на поверхности раздела "вода-пар" и термосопротивление тонких слоёв водного льда не оказывает заметного отрицательного влияния на интенсивность
его образования. Также имеется возможность получить лёд с оптимальной, с точки зрения расхода энергии, температурой - 0…-2 °С, что трудно реализуемо в схемах
на основе холодильных компрессоров и хладагентов. Вакуумные установки для получения цилиндрического массива водного льда методом послойного намораживания и последующего смораживания слоёв отличаются простотой конструкции и обслуживания. В
ней используется доступный, дешевый и безопасный хладагент - вода, что обеспечивает снижение эксплуатационных расходов, связанных с утечками, отсутствие необходимости регистрации сосудов в органах технического надзора и особых мер безопасности
установки.
Используя вакуумно-испарительные и вакуумно-сублимационные установки в качестве холодоаккумуляторов в ночное время, можно существенно снизить электропотребление в часыпиковых нагрузок. На сегодняшний день проводятся эксперименты по получению ледяной смеси с использованием быстроходных безмасляных насос-компрессоров.
Таким образом, применение вакуумно-испарительных и вакуумно-сублимационных установок для создания охлаждённой воды, водоледяной пульпы, водного льда в данном секторе холодильной техники составляет определённую конкуренцию существующим методам льдогенерации на основе парокомпрессионных фреоновых холодильных установок.
Вакуумная установка для получения цилиндрического массива водного льда
методом послойного намораживания и последующего смораживания
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бобков В.А. Производство и применение льда. - М., Пищевая промышленность, 1977, 231 с.
2. Маринюк Б.Т. Вакуумно-испарительные холодильные установки, теплообменники и газификаторы техники низких температур - М., Энергоатомиздат, 2003, 208 с.
3. Фикиин К. Мелкокристаллические ледяные суспензии как основа передовых промышленных технологий: состояние и перспективы. - Холодильный бизнес, 2002, № 7.
