Экологические аспекты работы холодильных и морозильных аппаратов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки, молодежи и спорта украины

ГВУЗ «Донецкий националный технический университет»

Кафедра прикладной Экологии и охраны окружающей среды

Реферат

по дисциплине

«Техника экологически чистых технологий»:

«Экологические аспекты работы холодильных и морозильных аппаратов»

Выполнила

ст. гр. ЭП-08 О.И. Засоба

Проверил доцент И.В. Кутняшенко

Донецк, 2012

Содержание

Введение

1 Холодильная машина

1.1 Принцип действия компрессионных холодильных машин

1.2 Принцип действия абсорбционных холодильных машин

2 Экологическая часть

3 Способы и технические средства, предотвращающие и снижающие вредное воздействие данного оборудования на экологию

Список литературы

Введение

Холодильная техника - это научная дисциплина и отрасль техники, охватывающая методы получения и использования низких температур (холода) для производства и хранения пищевых продуктов.

Использование холодильной техники позволяет сохранять свойства пищевых продуктов, а также получать пищевые продукты с новыми свойствами. холодильный машина воздействие экология

Без холодильной техники невозможно снабдить растущее население качественными продуктами питания. В процессе производства и увеличения объёмов реализации пищевых продуктов важна роль холодильной техники, которая позволяет:

- создавать запасы скоропортящихся пищевых продуктов в широком ассортименте;

- увеличивать продолжительность хранения замороженных пищевых продуктов;

- продавать пищевые продукты сезонного производства равномерно в течение года;

- снижать товарные потери при хранении и транспортировке продовольственных товаров;

- внедрять прогрессивные методы оказания услуг населению предприятиями торговли и общественного питания.

1. Холодильная машина

Холодильная машина - устройство, служащее для отвода теплоты от охлаждаемого тела при температуре более низкой, чем температура окружающей среды. Процессы, происходящие в холодильных машинах, являются частным случаем термодинамических процессов, т. е. таких, в которых происходит последовательное изменение параметров состояния рабочего вещества: температуры, давления, удельного объема, энтальпии. Холодильные машины работают по принципу теплового насоса - отнимают теплоту от охлаждаемого тела и с затратой энергии (механической, тепловой и т. д.) передают её охлаждающей среде (обычно воде или окружающему воздуху), имеющей более высокую температуру, чем охлаждаемое тело. Холодильные машины используются для получения температур от 10°С до -150°С. Область более низких температур относится к криогенной технике.

Работа холодильной машины характеризуется их холодопроизводительностью.

Первые холодильная машина появились в середине XIX в. Одна из старейших холодильных машин - абсорбционная. Её изобретение и конструктивное оформление связано с именами Дж. Лесли (Великобритания, 1810), Ф. Карре (Франция, 1850) и Ф. Виндхаузена (Германия, 1878). Первая парокомпрессионная машина, работавшая на эфире, построена Дж. Перкинсом (Великобритания, 1834). Позднее были созданы аналогичные машины с использованием в качестве хладагента метилового эфира и сернистого ангидрида. В 1874 К. Линде (Германия) построил аммиачную парокомпрессионную холодильную машину, которая положила начало холодильному машиностроению.

В основе работы холодильников лежит холодильный цикл. Простой паровой цикл механической холодильной машины реализуется с помощью четырех элементов, образующих замкнутый холодильный контур, - компрессора, конденсатора, дроссельного вентиля и испарителя или охладителя (рис. 1). Пар из испарителя поступает в компрессор и сжимается, вследствие чего его температура повышается. После выхода из компрессора пар, имеющий высокие температуру и давление, поступает в конденсатор, где охлаждается и конденсируется. В некоторых конденсаторах используется режим переохлаждения, т.е. дальнейшее охлаждение сконденсировавшейся жидкости ниже ее температуры кипения. Из конденсатора жидкость проходит через дроссельный вентиль. Поскольку температура кипения (насыщения) для данного давления оказывается ниже температуры жидкости, начинается ее интенсивное кипение; при этом часть жидкости испаряется, а температура оставшейся части опускается до равновесной температуры насыщения (тепло жидкости расходуется на ее превращение в пар). Процесс дросселирования иногда называют внутренним охлаждением или самоохлаждением, поскольку в этом процессе температура жидкого хладагента снижается до нужного уровня. Таким образом, из дроссельного вентиля выходят насыщенная жидкость и насыщенный пар. Насыщенный пар не может эффективно отводить тепло, поэтому он перепускается мимо испарителя и подается прямо на вход компрессора. Между дросселем и испарителем установлен сепаратор, в котором пар и жидкость разделяются.

Рис. 1. Схема холодильного цикла.

1.1 Принцип действия компрессионных холодильных машин

Компрессионные холодильники - наиболее распространённые и универсальные. Основными составляющими частями такого холодильника являются:

- компрессор, получающий энергию от электрической сети;

- конденсатор, находящийся снаружи холодильника;

- испаритель, находящийся внутри холодильника;

- терморегулирующий расширительный вентиль, ТРВ, являющийся дросселирующим устройством;

- хладагент, циркулирующее в системе вещество с определёнными физическими характеристиками.

Ко всем элементам холодильной машины предъявляется требование высокой герметичности.

В зависимости от вида холодильного компрессора компрессионные машины подразделяются на поршневые, турбокомпрессорные, ротационные и винтовые.

Хладагент под давлением через дросселирующее отверстие (капилляр или ТРВ) поступает в испаритель, где за счёт резкого уменьшения давления происходит испарение жидкости и превращение ее в пар. При этом хладагент отнимает тепло у внутренних стенок испарителя, за счёт чего происходит охлаждение внутреннего пространства холодильника.

Компрессор засасывает из испарителя хладагент в виде пара, сжимает его, за счёт чего температура хладагента повышается и выталкивает в конденсатор.

В конденсаторе, нагретый в результате сжатия хладагент остывает, отдавая тепло во внешнюю среду, и конденсируется, то есть превращается в жидкость. Процесс повторяется вновь.

Таким образом, в конденсаторе хладагент под воздействием высокого давления конденсируется и переходит в жидкое состояние, выделяя тепло, а в испарителе под воздействием низкого давления вскипает и переходит в газообразное, поглощая тепло.

Терморегулирующий вентиль (ТРВ) необходим для создания необходимой разности давлений между конденсатором и испарителем, при которой происходит цикл теплопередачи. Он позволяет правильно (наиболее полно) заполнять внутренний объем испарителя вскипевшим хладагентом. Пропускное сечение ТРВ изменяется по мере снижения тепловой нагрузки на испаритель, при понижении температуры в камере количество циркулирующего хладагента уменьшается. Капилляр -- это аналог ТРВ. Он не меняет свое сечение, а дросселирует определенное количество хладагента, зависящее от давления на входе и выходе капилляра, его диаметра и типа хладагента.

Обычно также присутствует теплообменник, выравнивающий температуру на выходе из конденсатора и из испарителя. В результате к дросселю поступает уже охлажденный хладагент, который затем ещё сильнее охлаждается в испарителе, в то время как хладагент, поступивший из конденсатора подогревается, прежде чем поступить в компрессор и конденсатор. Это позволяет увеличить эффективность холодильника.

При достижении необходимой температуры температурный датчик размыкает электрическую цепь и компрессор останавливается. При повышении температуры (за счёт внешних факторов) датчик вновь включает компрессор.

Для повышения экономической эффективности холодильной машины (снижения затрат энергии на единицу отнятого от охлаждаемого тела количества теплоты) иногда перегревают пар, всасываемый компрессором, и переохлаждают жидкость перед дросселированием. По этой же причине для получения температур ниже -30°С используют многоступенчатые или каскадные холодильные машины.

В многоступенчатых холодильных машин сжатие пара производится последовательно в несколько ступеней с охлаждением его между отдельными ступенями. При этом в двухступенчатых холодильных машинах получают температуру кипения хладагента до -80 °С.

В каскадных холодильных машинах, представляющих собой несколько последовательно включенных холодильных машин, которые работают на различных, наиболее подходящих по своим термодинамическим свойствам для заданных температурных условий хладагентах, получают температуру кипения до -150 °С.

1.2 Принцип действия абсорбционных холодильных машин

Рабочим веществом в абсорбционных холодильниках служат растворы двух компонентов с различными температурами кипения при одинаковом давлении. Компонент, кипящий при более низкой температуре, выполняет функцию хладагента; второй служит абсорбентом. В области температур от 0 до -45°С применяются машины, где рабочим веществом служит водный раствор аммиака (хладагент - аммиак). При температурах охлаждения выше 0°С преимущественно используют абсорбционные машины, работающие на водном растворе бромида лития (хладагент - вода).

В абсорбционных системах сохраняются конденсатор, дроссельный вентиль и испаритель, но вместо компрессора используются четыре других элемента: абсорбер, насос, парогенератор (кипятильник) и редукционный клапан. Пар из испарителя попадает в абсорбер. Там он соприкасается с абсорбирующей жидкостью, которая поглощает находящийся в паровой фазе хладагент; давление в абсорбере при этом понижается, что обеспечивает непрерывное поступление пара из испарителя. В процессе абсорбции происходит выделение тепла, следовательно, абсорбер должен охлаждаться, например, за счет циркуляции воды. Холодная смесь абсорбирующей жидкости и хладагента поступает в насос, в котором её давление повышается. Поскольку повышение давления жидкости сопровождается лишь незначительным изменением её объема, необходимая для этого работа мала. После выхода из насоса холодная жидкость высокого давления поступает в кипятильник, где к ней подводится тепло, и большая часть холодильного агента испаряется. Этот умеренно перегретый пар высокого давления проходит через конденсатор и совершает обычный холодильный цикл, а абсорбент охлаждается и возвращается в абсорбер (через редукционный клапан) для повторения цикла. Действительный абсорбционный цикл отличается от идеального тем, что часть абсорбента испаряется в кипятильнике и уносится вместе с парами хладагента. Если его не отделить от хладагента до входа в испаритель, то это приведет к повышению температуры в испарителе, или на практике давление в испарителе будет значительно меньше давления насыщения при той температуре, которая должна быть в испарителе. Отделение абсорбента от хладагента частично происходит в сепараторе, который расположен между конденсатором и кипятильником и служит для конденсации абсорбента и возврата его в кипятильник вместе с небольшим количеством сопутствующего хладагента. Механическая работа абсорбционных холодильных установок значительно меньше, чем компрессионных, однако общие затраты энергии значительно выше. Энергия, которая подводится к кипятильнику, много больше той, которая отводится от абсорбера охлаждающей водой. Там, где электроэнергия дорогая, а тепловая энергия и охлаждающая вода дешевы, абсорбционные установки более выгодны, чем компрессионные. Применение абсорбционных машин весьма выгодно на предприятиях, где имеются вторичные энергоресурсы (отработанный пар, горячая вода, отходящие газы промышленных печей и т.д.).

2. Экологическая часть

Во второй половине 20-го века техника низких температур (ТНТ) проникла во все сферы деятельности людей и стала фактором, без которого современная цивилизация не может существовать и развиваться. В числе жизненно важных сфер применения низких температур такие, как:

- снабжение продовольствием

- энергетика

- очистка и утилизация выбросов

- искусственный климат

- медицина и др.

Так называемая "Холодильная промышленность", включающая технику и технологии низких температур (ТНТ), являет собой обширную, быстрорастущую, но организационно не оформленную отрасль, присутствующую в любом регионе, городе, и практически в каждом доме. Эта отрасль, оказывающая огромное влияние на экономику, энергетику, экологию, социальную сферу, требует внимания и опеки. В производстве и эксплуатации техники низких температур заняты сотни тысяч людей. Холодильная и криогенная техника - промышленные установки, холодильные машины в сфере торговли и транспорте, бытовые холодильники, системы кондиционирования воздуха - потребляет около 20 % от общей генерируемой в стране электрической энергии. В условиях нарастания дефицита энергоносителей, обострения экологических проблем выбору правильной стратегии развития техники и технологии низких температур необходимо уделить пристальное внимание. В ведущих странах мира развитие этой отрасли взято под контроль государства.

В сфере экологии главной задачей является постепенный переход на экологически безопасные природные рабочие вещества, в числе которых аммиак, диоксид углерода, углеводороды, вода и воздух, а также некоторые смесевые рабочие вещества. Первостепенной задачей представляется возврат к аммиачным холодильным машинам малой холодопроизводительности от 3...5 кВт и выше, для торговли и сельского хозяйства. Эти машины нового поколения по безопасности, степени автоматизации и безнадзорности работы не должны уступать фреоновым машинам. Должна быть создана такая техническая, экономическая и правовая обстановка, чтобы предприятия хотели и практически могли выпускать аммиачные машины высокого технического уровня, а потребители не боялись, хотели и могли их применять.

3. Способы, снижающие вредное воздействие данного оборудования на экологию

Наилучшие результаты могут быть достигнуты путем создания дистилляционных установок без сжигания топлива, в которых выработка и рекуперация тепла осуществляются путем реализации одноступенчатого

обратного термодинамического цикла (цикла ТН) на низкокипящем рабочем веществе, который позволяет кардинально упростить устройство установки, снизить удельный расход энергии на получение пресной воды и создавать установки практически любой требуемой производительности. В борьбе за сбережение энергоресурсов необходимо иметь в поле зрения все возможные решения:

- одновременную выработку холода и тепла;

- применение теплоиспользующих холодильных систем, - сорбционных термотрансформаторов, компрессионных машин с приводом от тепловых двигателей;

- суточная аккумуляция холода и тепла с использованием льготных тарифов на электроэнергию;

- сезонная аккумуляция тепла и холода с помощью соляных прудов;

- использование естественного холода в холодное время года;

- утилизация низкопотенциального тепла естественных, промышленных и бытовых источников для выработки холода, тепла и электроэнергии;

- использование нетрадиционных источников энергии (энергии солнца, ветра и др.) и комбинированных систем низкопотенциальной энергетики в том числе для очистки (дистилляции) загрязненных вод и опреснения морской воды.

Экологическая безопасность должна касаться всех производителей и потребителей холодильной техники, проектировщиков, машиностроителей.

Необходимо создать нормативно - правовую базу, регламентирующую применение в холодильных машинах веществ с учетом международных соглашений. Нужно разработать правовые документы, способствующие продвижению на рынке прогрессивных технических решений в области холодильной техники и использования экологически безопасных термодинамически эффективных хладагентов и хладоносителей.

Список литературы

1. Холодильные машины: учебник / Под ред. Л.С. Тимофеевского. - СПб.: Политехника, 1997. - 992 с.

2. Холодильные машины: учебник / Под ред. И.А. Сакуна. - Л: Машиностроение, 1985. - 510 с.

3. Дячек П.И. Холодильные машины и установки: Учебное пособие. - Ростов н/Д: Феникс, 2007. - 424 с

Размещено на Allbest.ru