第七章 制冷与食品冷冻

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1、PrinciplesofFoodEngineering华中农业大学食品工程教研室赵思明，刘友明，熊善柏，刘茹内容提要1.制冷的基本原理与方法2.食品冷冻基本要求了解制冷的基本原理掌握食品冷冻的理论基础了解食品冷冻设备第一节制冷概念从低温物体吸热并将其转移到环境介质中的单元操作。应用冷冻和速冻食品的加工食品储藏食品加工的手段，如冷冻浓缩、冷冻干燥等空调卡诺与卡诺循环萨迪·卡诺(SadiCarnot,1796—1832)法国物理学家，热力学的创始人。提出了理想热机循环—卡诺循环。热机：将热能转换为机械能的装置热机循环表明：外界向系统输入热

2、量，系统则对外界做功。热机循环一、制冷技术热力学基础1卡诺循环熵(S):热能除以温度的商，p,T,V标志热量转化为功的程度。循环过程p1TTQ11212①1→2恒温膨胀(吸热Q)T11②2→3绝热膨胀4WTT2324Q32③3→4恒温压缩(放热Q2)SV④4→1绝热压缩压容图(p-V图)温熵图(T-S图)卡诺循环：由两个可逆的等温过程和两个可逆的绝热过程所组成的循环。对外作功W：1-2-3-4-1所围面积p1QT112W=Q-Q124QWQQQT2T231222热效率：11QQQTV1111Q(T)越大，Q(T)越小，热效率越高，

3、它表明了热量的利用程度；1122较理想的情况下热效率也只有60％。内燃机的效率最多为40％。卡诺循环定理：热机必须工作在两个热源之间，且以可逆机效率最高；热效率与工质无关，仅取决于热源的温度(温差越大，效率越高)。否则将违反热力学第二定律。p3T2逆卡诺循环T1322T1Q14TW2Q21T214循环过程SV压容图(p-V图)温熵图(T-S图)①1→2绝热压缩，升温(T→T)21②2→3恒温压缩，放热Q1③3→4绝热膨胀，降温(T→T)12④4→1恒温膨胀，吸热Q2工质从热源2吸热Q，并和外功W一并向热源1放热Q。21WT12逆卡诺循环

4、表明：热效率：QT11外界向系统做功，系统QT22制冷系数：则从外界吸收热量WTT12p3T123制冷过程压缩机4T1221V冷凝器等熵Q等压Q21等压说明红色:高温等熵蒸发器3绿色:低温4单线:液态制冷循环原理(机三线:气态械压缩制冷)膨胀器二、制冷剂和载冷剂1制冷剂定义：在制冷装置中，通过相态变化，不断循环产生冷效应的物质称为制冷剂，也叫制冷工质。制冷剂应具备的性质沸点低、凝固点(露点)低；比热容小、气化潜热大、热导率和传热系数高；黏度和相对密度小。常用的制冷剂NH，SO，CO，Freon-11(CFCl)，Freon-3

5、22312(CFCl)，Freon-21(CHFCl)，…22一些常用制冷工质的物性正常沸点冰点临界温度临界压力代号名称℃℃℃kPaR718水100.00374.222103R610乙醚34.6-116.3194.03603R600丁烷-0.5-138.5152.03794R764二氧化硫-10.0-75.5157.57875R717氨-33.3-77.7133.011417R744二氧化碳-78.4-56.631.17372R134a四氟乙烷-26.16-96.6101.14067R50甲烷-161.5-182.2-82.54638R728氮-1

6、95.8-210-146.933962载冷剂载冷剂又叫冷媒，是用于间接制冷系统中，将制冷系统产生的冷量传给被冷却物体的中间介质。常用载冷剂空气栽冷剂水制冷剂盐溶液有机溶剂(乙醇等)三、蒸汽压缩式制冷的热力学计算1压焓图(莫里哀mollier图)横坐标：比焓h，纵坐标：lgp(对数坐标)各点均代表制冷剂的一种热力学状态。典型线条lgp临界点KS=c等压线,等焓线等温线(T=c)过冷v=c液体等比容线(v=c)区等熵线(S=c)0=c1T=c等干度线(x=c)xx=x=h典型区域：过冷液体区、湿蒸汽区过热蒸汽区湿蒸汽区、过热蒸汽区氨的

7、压焓图理论循环的假设绝热工作(除蒸发器和膨胀器外)饱和状态(压缩机吸入的是饱和气体,进入膨胀阀的是饱和液体，蒸发和冷凝过程温度是稳定的)可逆过程(压缩机气缸没有摩擦、节流等损耗，气缸阀与外界没有热交换，没有余隙容积)管道无阻2确定状态点由制冷量Q、冷凝温度、过冷温度、蒸发温度，在lgp-h图上确定各状态点1、2、3、4参数。lgpK在lgp-h图中定出点：1—蒸发温度和x=1的交点3冷凝温度22—冷凝温度和过1点的等熵线的交点3—冷凝温度和x=0的交点x=041蒸发温度4—蒸发温度与过3点的等熵的交点x=1h3计算(1)单位制冷量(q)单位

8、质量(或容积)的制冷剂在蒸发器中吸收的热量，J/kg。qh1h4lgpk32(2)制冷剂循环量(G)单位时间内循环的制