食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 1 页 ，共 33 页 第十章制冷机械与设备 第一节 食品冷冻技术 冷冻在食品工业中的应用是相当广泛的，它的作用是作为食品加工的手段和 防止食品腐败。冷冻贮藏食品，能延长食品保存期限，减少食品损耗，以及加工 冷冻食品等。 一、制冷技术在食品工业中的应用 1．冷冻制品速冻制品的加工和低温加工 eg 冰淇淋、速冻水饺、速冻蔬菜。 低温加工：啤洒低温发酵（2~3℃），碳酸饮料在充气前冷却 3~5℃（此时， 二氧化碳溶解量大，充气最大。地下水温度为 7℃，夏天江河水温 18-20℃。） 2．食品的贮藏（冰柜、冷库） 3．食品加工的特殊手段 冷冻浓缩、冷冻干燥。 4．食品生产车间的空气调节 二、食品冷冻技术 制冷技术是利用某种装置，以消耗机械功或其他能量来维持某一物料的温度 低于周围自然环境的温度。这种技术是建立在热力学的基础上的，是现代食品工 程的重要基础技术之一。 人们通常把冷冻分为两种：一般冷冻和深度冷冻。 一般冷冻：冷冻温度范围在-100℃以内， 深度冷冻：冷冻温度范围低于-100℃ 食品工业多采用一般冷冻温度范围多在-18℃以上。多采用压缩式单级冷冻 机制冷系统。 冰箱的冷藏室：3~5℃，冻藏室-18℃。 深度冷冻多用于化工/医药。 三、一般制冷方法 一般的制冷方法有如下几种： 1、空气压缩制冷 这种制冷方法是利用大气中的空气作制冷剂。空气首先在压缩机中绝热压 缩至 0.5~0.6Mpa，然后在等压下以冷水冷却至可能的温度；冷却后的空气于膨胀 阀中绝热膨胀，空气温度继续降低；然后温度降低的空气再通过制冷器，在等压 下吸取热量，使之回升至原来的温度，再回到压缩机中，进行另一循环。 它的制冷循环是以两等压过程代替逆卡诺循环中的两等温过程。 其特点是制冷系数较小，故经济性较差；由于在制冷过程中物质不发生集态 变化，无潜热可利用。故单位制冷量也较小；为了获得足够的制冷量，则需用要
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 1 页 ，共 33 页 第十章制冷机械与设备 第一节 食品冷冻技术 冷冻在食品工业中的应用是相当广泛的，它的作用是作为食品加工的手段和 防止食品腐败。冷冻贮藏食品，能延长食品保存期限，减少食品损耗，以及加工 冷冻食品等。 一、制冷技术在食品工业中的应用 1．冷冻制品速冻制品的加工和低温加工 eg 冰淇淋、速冻水饺、速冻蔬菜。 低温加工：啤洒低温发酵（2~3℃），碳酸饮料在充气前冷却 3~5℃（此时， 二氧化碳溶解量大，充气最大。地下水温度为 7℃，夏天江河水温 18-20℃。） 2．食品的贮藏（冰柜、冷库） 3．食品加工的特殊手段 冷冻浓缩、冷冻干燥。 4．食品生产车间的空气调节 二、食品冷冻技术 制冷技术是利用某种装置，以消耗机械功或其他能量来维持某一物料的温度 低于周围自然环境的温度。这种技术是建立在热力学的基础上的，是现代食品工 程的重要基础技术之一。 人们通常把冷冻分为两种：一般冷冻和深度冷冻。 一般冷冻：冷冻温度范围在-100℃以内， 深度冷冻：冷冻温度范围低于-100℃ 食品工业多采用一般冷冻温度范围多在-18℃以上。多采用压缩式单级冷冻 机制冷系统。 冰箱的冷藏室：3~5℃，冻藏室-18℃。 深度冷冻多用于化工/医药。 三、一般制冷方法 一般的制冷方法有如下几种： 1、空气压缩制冷 这种制冷方法是利用大气中的空气作制冷剂。空气首先在压缩机中绝热压 缩至 0.5~0.6Mpa，然后在等压下以冷水冷却至可能的温度；冷却后的空气于膨胀 阀中绝热膨胀，空气温度继续降低；然后温度降低的空气再通过制冷器，在等压 下吸取热量，使之回升至原来的温度，再回到压缩机中，进行另一循环。 它的制冷循环是以两等压过程代替逆卡诺循环中的两等温过程。 其特点是制冷系数较小，故经济性较差；由于在制冷过程中物质不发生集态 变化，无潜热可利用。故单位制冷量也较小；为了获得足够的制冷量，则需用要
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 2 页 ，共 33 页 比较庞大的设备，必造成动力消耗大，成本高；同时当冷却温度降到 0℃时，由 于冰霜生成，致使操作用难，故在现代工业中基本上被淘汰。 2、蒸汽压缩式制冷 这种方法是用常温及普通低温下可以汽化的物质作为工质（氨、氟利昂及某些碳 氢化合物），工质在循环过程不断发生集态变化（即液态→气态，气态→液态）， 这是食品工业中使用广泛的制冷方法。 制冷循环为： 在蒸发器中产生的低压制冷剂蒸发（状态 1），在压缩机中被压缩到冷凝压 力，消耗了机械功 W，此时为绝热压缩过程，同时温度不断升高；然后压缩后 的蒸汽在过饱和状态下（点 2）进入冷凝器中，因受到冷却介质（水或空气）的 冷却而凝结成饱和液体（点 3），并放出热量，其冷凝结成饱和液体，并放出热 量，其冷凝过程为一等温等压过程；由冷凝器出来的制冷剂液体，经膨胀阀进行 绝热膨胀到蒸发压力，温度降到与之相应的饱和温度。此时已成为两相状态的汽 液混合物；然后进入蒸发器 A，进行等温等压的蒸发过程，以制冷量 Q。并回复 到起始状态，完成一个循环。 （可见，蒸汽压缩式制冷循环由压缩机，冷凝器，膨胀机和蒸发器等四个主 要部分组成。） 由此可见，蒸汽压缩式制冷循环的蒸发过程和冷却过程是在等温度情况下进 行的，不可逆性小，故循环的制冷系数大。它是利用液体的蒸发过程来制冷，故 单位制冷量大；同时，在蒸发器和冷凝器中都是有集态改变的传热过程，传热系 数较大，因而设备不是很庞大。 3、吸收式制冷 吸收式制冷方法与压缩式不同，它是利用热能以代替机械能而工作的。吸收 式制冷系统使用了两种工质，一种是产生冷效应的制冷剂；另一种是吸收制冷剂 而生成溶液的吸收剂。对制冷剂的要求与压缩式的相同，而对吸收剂则必须是吸 收能力强，同是在相同压力下，其沸点要远高于制冷剂的沸点。因而，当溶液受 热时，蒸发出来的蒸汽中，含制冷剂多，而含吸收剂很少。 蒸汽压缩式制冷所采用的制冷剂为一远较0℃为低的温度下即能转变为蒸汽 状态的物质，且此蒸汽经压缩复可转变液态。例如：NH3 在大气压下的沸点为 -33.4℃,所以可在低温下蒸发而吸热，达到制冷目的，蒸发后的低压蒸汽又可经 压缩机和冷却水冷却使之冷凝为液态 NH3。液氨经过膨胀阀以降低压力，又开始 其蒸发过程。 通常采用的工质为氨和水的二元溶液，其中 NH3 为制冷剂，水为吸收剂。 低温、低压的氨蒸汽，从蒸发器出来后进入吸收器。在吸收器中，氨蒸汽被 低压的稀溶液吸收，吸收所产生的吸收热由冷却水带走。吸收后的氨溶液由泵升 压经换热器加热后进
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 2 页 ，共 33 页 比较庞大的设备，必造成动力消耗大，成本高；同时当冷却温度降到 0℃时，由 于冰霜生成，致使操作用难，故在现代工业中基本上被淘汰。 2、蒸汽压缩式制冷 这种方法是用常温及普通低温下可以汽化的物质作为工质（氨、氟利昂及某些碳 氢化合物），工质在循环过程不断发生集态变化（即液态→气态，气态→液态）， 这是食品工业中使用广泛的制冷方法。 制冷循环为： 在蒸发器中产生的低压制冷剂蒸发（状态 1），在压缩机中被压缩到冷凝压 力，消耗了机械功 W，此时为绝热压缩过程，同时温度不断升高；然后压缩后 的蒸汽在过饱和状态下（点 2）进入冷凝器中，因受到冷却介质（水或空气）的 冷却而凝结成饱和液体（点 3），并放出热量，其冷凝结成饱和液体，并放出热 量，其冷凝过程为一等温等压过程；由冷凝器出来的制冷剂液体，经膨胀阀进行 绝热膨胀到蒸发压力，温度降到与之相应的饱和温度。此时已成为两相状态的汽 液混合物；然后进入蒸发器 A，进行等温等压的蒸发过程，以制冷量 Q。并回复 到起始状态，完成一个循环。 （可见，蒸汽压缩式制冷循环由压缩机，冷凝器，膨胀机和蒸发器等四个主 要部分组成。） 由此可见，蒸汽压缩式制冷循环的蒸发过程和冷却过程是在等温度情况下进 行的，不可逆性小，故循环的制冷系数大。它是利用液体的蒸发过程来制冷，故 单位制冷量大；同时，在蒸发器和冷凝器中都是有集态改变的传热过程，传热系 数较大，因而设备不是很庞大。 3、吸收式制冷 吸收式制冷方法与压缩式不同，它是利用热能以代替机械能而工作的。吸收 式制冷系统使用了两种工质，一种是产生冷效应的制冷剂；另一种是吸收制冷剂 而生成溶液的吸收剂。对制冷剂的要求与压缩式的相同，而对吸收剂则必须是吸 收能力强，同是在相同压力下，其沸点要远高于制冷剂的沸点。因而，当溶液受 热时，蒸发出来的蒸汽中，含制冷剂多，而含吸收剂很少。 蒸汽压缩式制冷所采用的制冷剂为一远较0℃为低的温度下即能转变为蒸汽 状态的物质，且此蒸汽经压缩复可转变液态。例如：NH3 在大气压下的沸点为 -33.4℃,所以可在低温下蒸发而吸热，达到制冷目的，蒸发后的低压蒸汽又可经 压缩机和冷却水冷却使之冷凝为液态 NH3。液氨经过膨胀阀以降低压力，又开始 其蒸发过程。 通常采用的工质为氨和水的二元溶液，其中 NH3 为制冷剂，水为吸收剂。 低温、低压的氨蒸汽，从蒸发器出来后进入吸收器。在吸收器中，氨蒸汽被 低压的稀溶液吸收，吸收所产生的吸收热由冷却水带走。吸收后的氨溶液由泵升 压经换热器加热后进
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 3 页 ，共 33 页 入发生器，在发生器中，因加热而将高温、高压的氨蒸发出来，然后进入精馏塔； 同时发生器内变稀的溶液经换热器和节流阀再回到吸收器中。进入精馏器的蒸汽 被冷却水冷却后，含制冷剂多的蒸汽进入冷凝器，而含制冷剂极少的稀溶液回到 发生器。由冷却水带走热量，使蒸汽冷凝。冷凝后制冷剂经过节流阀进入蒸发器， 并向被冷却物质吸取热量。 以上部分的系统实际上起了将低压、低温制冷剂蒸汽变成高压、高温蒸汽 机的作用。即执行了压缩式制冷系统中的压缩机的任务。 其特点：无运动不见，无噪音，运转平稳，设备紧凑，适宜于电能缺乏而 热能充足的地方。 4、蒸汽喷射式制冷 蒸发喷射式制冷机与吸收式制冷机一样，以消耗热能来完成制冷机的补偿过 程。 它是利用高压水蒸汽通过喷射器造成低压，并使水在此低压蒸发吸热的原理 进行制冷的。 制冷剂是水。 工作原理： 锅炉的高压蒸汽进入喷射器中，工作蒸汽在喷嘴中膨胀，获得很大的汽流速 度（800-10000m/s）。由于这时压力能变为动能，产生真空，使蒸发器中的水蒸 发成蒸汽。当蒸发器中的水蒸发时，就从周围的水中及取热量，使其成为低温水， 供降温使用。工作蒸汽与低压蒸汽在喷射器的混合室内混合后即进入扩压器，在 扩压器中速度下降，动能又变为位能，压力升高，然后混合蒸汽就进入冷凝器中 冷凝成水，一部分送回锅炉，另一部分送入蒸发器，提供所须的冷量
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 3 页 ，共 33 页 入发生器，在发生器中，因加热而将高温、高压的氨蒸发出来，然后进入精馏塔； 同时发生器内变稀的溶液经换热器和节流阀再回到吸收器中。进入精馏器的蒸汽 被冷却水冷却后，含制冷剂多的蒸汽进入冷凝器，而含制冷剂极少的稀溶液回到 发生器。由冷却水带走热量，使蒸汽冷凝。冷凝后制冷剂经过节流阀进入蒸发器， 并向被冷却物质吸取热量。 以上部分的系统实际上起了将低压、低温制冷剂蒸汽变成高压、高温蒸汽 机的作用。即执行了压缩式制冷系统中的压缩机的任务。 其特点：无运动不见，无噪音，运转平稳，设备紧凑，适宜于电能缺乏而 热能充足的地方。 4、蒸汽喷射式制冷 蒸发喷射式制冷机与吸收式制冷机一样，以消耗热能来完成制冷机的补偿过 程。 它是利用高压水蒸汽通过喷射器造成低压，并使水在此低压蒸发吸热的原理 进行制冷的。 制冷剂是水。 工作原理： 锅炉的高压蒸汽进入喷射器中，工作蒸汽在喷嘴中膨胀，获得很大的汽流速 度（800-10000m/s）。由于这时压力能变为动能，产生真空，使蒸发器中的水蒸 发成蒸汽。当蒸发器中的水蒸发时，就从周围的水中及取热量，使其成为低温水， 供降温使用。工作蒸汽与低压蒸汽在喷射器的混合室内混合后即进入扩压器，在 扩压器中速度下降，动能又变为位能，压力升高，然后混合蒸汽就进入冷凝器中 冷凝成水，一部分送回锅炉，另一部分送入蒸发器，提供所须的冷量
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 4 页 ，共 33 页 图 蒸汽喷射式制冷机工作原理图 四、制冷技术理论基础（冷冻原理） 制冷过程是将热能从低温物体取出，并将其放到高温物体中的物理过程。 根据热力学第二定律，这种过程（热能够自动地从高温物体传递给低温物体）只 有在加入外功的情况下才有可能，即借助于冷冻机的外加功才行。热力第一定律： △U=Q-W，△U-物系状态变化时内能的差值△U，Q-物系吸热，W—物体对 环境作的功。 1、热力循环的概念 在实际应用上，需要的是连续不断的热与功转换，为此，应要使工质经过若 干个过程后，回复原来的状态，而又完成了热与功的转换。在这种转换过程中， 工质状态发生周期性变化，称为热力循环。 因为工质经过一个循环后，回复到原来的状态，所以对一个热力循环来说， 工质的内能没有变化，经过一个循环，体系对外的热交换和功交换的关系是： q = (du + dw) = dW = W 体系完成一个循环对外界的热交换是，从热源吸收的热量 q1 和对冷源放出 的热量 q2 代数和，称为“净热”。所以 q= q1+q2。同理，功交换也是“净功”， 也是体系对外界和外界对体系所作功的代数和。所以可以谘体系循环的净热等于 净功。 体系从外界吸收的热量 q1 并没有完全变成功，而是一部变成功，其余部分 又放给外界。工质从温度较高的热源吸热，并向温度较低的冷源放热 q2（冷源损 失）。对于热机来说，总希望它所吸收之热 q1 变成功的部分愈多愈好，冷源损失 愈少愈好，衡量这种热能利用效果的指标叫循环热效率，定义为 1 2 1 1 2 1 1 q q q q q q W = − − = = 。热效率就是循环中加入热量转变为有用功的 百分数。 热力学第二定律表明，循环热效率不能达到 100%。其最大极限是多大？ 卡诺循环。 卡诺循环由两个定温过程和两个绝热过程所组成。 设热源温度 T1，冷源温度 T2，在整个循环中保持恒温。在经过一个循环后， 工质吸热 q1=T1△S（为 TS 图上 1-2-5-6-1 所围之面积）。.放热 q2=T2△S（为 TS 图上 4-3-5-6-4 所围之面积），△S=S2-S1，则卡诺循环效率 1 2 1 2 1 1 T T q q = − = −
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 4 页 ，共 33 页 图 蒸汽喷射式制冷机工作原理图 四、制冷技术理论基础（冷冻原理） 制冷过程是将热能从低温物体取出，并将其放到高温物体中的物理过程。 根据热力学第二定律，这种过程（热能够自动地从高温物体传递给低温物体）只 有在加入外功的情况下才有可能，即借助于冷冻机的外加功才行。热力第一定律： △U=Q-W，△U-物系状态变化时内能的差值△U，Q-物系吸热，W—物体对 环境作的功。 1、热力循环的概念 在实际应用上，需要的是连续不断的热与功转换，为此，应要使工质经过若 干个过程后，回复原来的状态，而又完成了热与功的转换。在这种转换过程中， 工质状态发生周期性变化，称为热力循环。 因为工质经过一个循环后，回复到原来的状态，所以对一个热力循环来说， 工质的内能没有变化，经过一个循环，体系对外的热交换和功交换的关系是： q = (du + dw) = dW = W 体系完成一个循环对外界的热交换是，从热源吸收的热量 q1 和对冷源放出 的热量 q2 代数和，称为“净热”。所以 q= q1+q2。同理，功交换也是“净功”， 也是体系对外界和外界对体系所作功的代数和。所以可以谘体系循环的净热等于 净功。 体系从外界吸收的热量 q1 并没有完全变成功，而是一部变成功，其余部分 又放给外界。工质从温度较高的热源吸热，并向温度较低的冷源放热 q2（冷源损 失）。对于热机来说，总希望它所吸收之热 q1 变成功的部分愈多愈好，冷源损失 愈少愈好，衡量这种热能利用效果的指标叫循环热效率，定义为 1 2 1 1 2 1 1 q q q q q q W = − − = = 。热效率就是循环中加入热量转变为有用功的 百分数。 热力学第二定律表明，循环热效率不能达到 100%。其最大极限是多大？ 卡诺循环。 卡诺循环由两个定温过程和两个绝热过程所组成。 设热源温度 T1，冷源温度 T2，在整个循环中保持恒温。在经过一个循环后， 工质吸热 q1=T1△S（为 TS 图上 1-2-5-6-1 所围之面积）。.放热 q2=T2△S（为 TS 图上 4-3-5-6-4 所围之面积），△S=S2-S1，则卡诺循环效率 1 2 1 2 1 1 T T q q = − = −
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 5 页 ，共 33 页 1-2 线为定温吸热过程 2-3 线为绝热膨胀过程 3-4 线为定温放热过程 4-1 线为绝热压缩过程 （PV、TS 为一种顺时针进行的热力循环） 2、制冷的基本概念。 （1）逆卡诺循环 与卡诺循环相反，逆时针循环。 这 4 个过程均为可逆，所以它是一个理论的循环，在工业生产上是不能实 现的，但可作为实际制冷循环完善程度的比较标准。 在实际的制冷循环中，不仅压缩和膨胀不可能是绝热过程，而且在两个等温过程 中，放热侧工质温度必高于热源（冷却介质）的温度。吸热侧的工质温度必低于 冷源（被冷却的物体）的温度（即非可逆过程）。 （2）制冷过程（氨制冷循环原理） 氨液在 1atm 以下，吸热气化后，其低压低温蒸汽必须设法回复到液体状态， 才能继续进行制冷。 系统中的制冷剂（氨）饱和蒸汽被压缩机吸入压缩，成高压高温的过热蒸 汽，此过程 为等熵过程。制冷剂（氨）的高压高温过热蒸汽，其温度高于环境介质（水或空 气）的温度，其压力使制冷剂（氨蒸气）能在常温下冷凝成液体状态。因而排至 冷凝器时，经冷却、冷凝成高压的氨液，把热量传给冷却水，为等压过程。高压 液体通过膨胀阀时，因节流而降压，在压力降低的同时，氨液制冷剂因沸腾蒸发 吸热，而使其本身的温度也相应下降（只要降压足够，应可使其温度降低到所需 要的低温），为等焓过程。把这种低压低温的氨（制冷剂）引入蒸发器，蒸发吸 热，发生冷效应，使周围空气及物料温度下降，为等压等温过程。从蒸发器出来 的低压低温蒸汽重新进入压缩机，这样就完成了一次制冷循环。 （3）制冷量 任何制冷系统和制冷机产生的冷效应，即制冷剂从被冷却物体中所能取出的 热量，称为制冷量 Dr 制冷能力。它可用单位质量制冷剂所吸热的热量 q0 来表示， 其单位 J/Kg。也可用单位容积制冷所吸收的热量 vs.来表示。其单位为 J/m3 . 对于 理想的逆卡诺循环，其理想的制冷量 q0 = TC ( ) ( ) 2 3 1 4 s s T s s − = c − 。可见理想 制冷量与冷源温度 Tc有关，而与热源的 Th 无关。冷源温度愈高，则制冷量愈大
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 5 页 ，共 33 页 1-2 线为定温吸热过程 2-3 线为绝热膨胀过程 3-4 线为定温放热过程 4-1 线为绝热压缩过程 （PV、TS 为一种顺时针进行的热力循环） 2、制冷的基本概念。 （1）逆卡诺循环 与卡诺循环相反，逆时针循环。 这 4 个过程均为可逆，所以它是一个理论的循环，在工业生产上是不能实 现的，但可作为实际制冷循环完善程度的比较标准。 在实际的制冷循环中，不仅压缩和膨胀不可能是绝热过程，而且在两个等温过程 中，放热侧工质温度必高于热源（冷却介质）的温度。吸热侧的工质温度必低于 冷源（被冷却的物体）的温度（即非可逆过程）。 （2）制冷过程（氨制冷循环原理） 氨液在 1atm 以下，吸热气化后，其低压低温蒸汽必须设法回复到液体状态， 才能继续进行制冷。 系统中的制冷剂（氨）饱和蒸汽被压缩机吸入压缩，成高压高温的过热蒸 汽，此过程 为等熵过程。制冷剂（氨）的高压高温过热蒸汽，其温度高于环境介质（水或空 气）的温度，其压力使制冷剂（氨蒸气）能在常温下冷凝成液体状态。因而排至 冷凝器时，经冷却、冷凝成高压的氨液，把热量传给冷却水，为等压过程。高压 液体通过膨胀阀时，因节流而降压，在压力降低的同时，氨液制冷剂因沸腾蒸发 吸热，而使其本身的温度也相应下降（只要降压足够，应可使其温度降低到所需 要的低温），为等焓过程。把这种低压低温的氨（制冷剂）引入蒸发器，蒸发吸 热，发生冷效应，使周围空气及物料温度下降，为等压等温过程。从蒸发器出来 的低压低温蒸汽重新进入压缩机，这样就完成了一次制冷循环。 （3）制冷量 任何制冷系统和制冷机产生的冷效应，即制冷剂从被冷却物体中所能取出的 热量，称为制冷量 Dr 制冷能力。它可用单位质量制冷剂所吸热的热量 q0 来表示， 其单位 J/Kg。也可用单位容积制冷所吸收的热量 vs.来表示。其单位为 J/m3 . 对于 理想的逆卡诺循环，其理想的制冷量 q0 = TC ( ) ( ) 2 3 1 4 s s T s s − = c − 。可见理想 制冷量与冷源温度 Tc有关，而与热源的 Th 无关。冷源温度愈高，则制冷量愈大
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 6 页 ，共 33 页 1- 2 线工质作绝热压缩（等熵） 2-3 线工质作等温压缩（等熵） 3- 4 线工质作绝热膨胀（等熵） 4- 1 线工质作等温膨胀（等熵） （4）制冷系数 制冷系数定评价某具体制冷循环经济性的一项指标。它是衡量制冷机工作 的重要指标。 它表示制冷循环中的制冷量 q 。与该循环消耗的外功 W 之比，即： w q0 = 换言之，制冷循环的制冷系数ε是表示消耗单位外功所能获得的制冷量。 对于逆卡诺循环的理想制冷系数εi 应有： h c c h c c h i T T T T S S T S S T s s q q q w q − = − − − − = − = = ( ) ( ) ( ) 1 4 1 4 1 4 0 0 0 可见，逆诺循环的制冷系数仅取决于热源温度 Th 和冷源温度下 Tc，而与工 质（制冷剂）的性质无关。而热源温度 Th 愈多，冷源温度 Tc愈低，则制冷系数 愈小。这个结论在制冷技术上有着十分重要的指导意义。 实际制冷循环的制冷系数要低于上述的理想制冷数值。即逆卡循环的制冷 系数最高，制冷最为经济。 实际上，为了提高制冷系数，要适当地使制冷机在较小温度范围内工作， 因此，就必须尽可能地在放热侧采用较冷的冷却剂来冷却制冷剂，同时在吸热侧 也不希望制冷剂达到不必要的过低温度。 第二节 压缩制冷循环 以下介绍在工业上应用最为广泛的蒸汽压缩式制冷循环。 一、单级蒸汽压缩制冷理论循环 前已述及，蒸汽压缩式制冷循环由压缩机，冷凝器，膨胀机和蒸发器组成， 这种制冷循环模式只是非常理想的情况。实际上，由于存在下列原因，蒸汽压缩 式制冷循环必须具备更为切合实际的组成部分和操作条件： （1）因为膨胀机的构造复杂，且收效不大，实际中以构造简单，操作方便 的节流阀代替。工质经过节流阀是一个等焓变化，所以制冷量相应地减小
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 6 页 ，共 33 页 1- 2 线工质作绝热压缩（等熵） 2-3 线工质作等温压缩（等熵） 3- 4 线工质作绝热膨胀（等熵） 4- 1 线工质作等温膨胀（等熵） （4）制冷系数 制冷系数定评价某具体制冷循环经济性的一项指标。它是衡量制冷机工作 的重要指标。 它表示制冷循环中的制冷量 q 。与该循环消耗的外功 W 之比，即： w q0 = 换言之，制冷循环的制冷系数ε是表示消耗单位外功所能获得的制冷量。 对于逆卡诺循环的理想制冷系数εi 应有： h c c h c c h i T T T T S S T S S T s s q q q w q − = − − − − = − = = ( ) ( ) ( ) 1 4 1 4 1 4 0 0 0 可见，逆诺循环的制冷系数仅取决于热源温度 Th 和冷源温度下 Tc，而与工 质（制冷剂）的性质无关。而热源温度 Th 愈多，冷源温度 Tc愈低，则制冷系数 愈小。这个结论在制冷技术上有着十分重要的指导意义。 实际制冷循环的制冷系数要低于上述的理想制冷数值。即逆卡循环的制冷 系数最高，制冷最为经济。 实际上，为了提高制冷系数，要适当地使制冷机在较小温度范围内工作， 因此，就必须尽可能地在放热侧采用较冷的冷却剂来冷却制冷剂，同时在吸热侧 也不希望制冷剂达到不必要的过低温度。 第二节 压缩制冷循环 以下介绍在工业上应用最为广泛的蒸汽压缩式制冷循环。 一、单级蒸汽压缩制冷理论循环 前已述及，蒸汽压缩式制冷循环由压缩机，冷凝器，膨胀机和蒸发器组成， 这种制冷循环模式只是非常理想的情况。实际上，由于存在下列原因，蒸汽压缩 式制冷循环必须具备更为切合实际的组成部分和操作条件： （1）因为膨胀机的构造复杂，且收效不大，实际中以构造简单，操作方便 的节流阀代替。工质经过节流阀是一个等焓变化，所以制冷量相应地减小
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 7 页 ，共 33 页 单级压缩制冷压焓图和温熵图 （2）为了增加制冷量，提高制冷系数，制冷剂在冷凝器中冷凝成饱和液体 后，再经过冷器冷却而冷凝成饱和液体后，再经过冷器冷却成过冷液体。图中 3-3`表示。于是节流膨胀过程即转化为 3-4 线所代表的过程。由图可显然看出， 制冷量因此增加了 4-4 以下的一块矩形面积。 （3）在理想循环中，进入压缩机的是湿蒸汽状态的制冷剂，压缩过程是在 湿蒸汽区域内进行，称为“湿法压缩”。湿法压缩中，由于液滴的不可压缩性， 就会产生液击危险，对压缩性，就会产生液击的危险（敲缸），对压缩机和原动 机均不利。因此，在实际过程中，须加装液体分离器，将湿蒸汽中的液体分离出 来，保证压缩机吸入的为干饱和蒸汽，这样，压缩机的压缩过程就不是 1 ‘ -2 ‘线， 而是在过热区进行的 1-2 线，称为“干法压缩”。由此可见，实行干法压缩虽增 加了 1 ‘ -1 线所代表的制冷量，另一方面却增加了 1-2-2 ’ -1 所代表的 功耗。而且功耗增加要比制冷量增加为大，所以制冷系数 w q = 总的是减小了。 但考虑到上述湿法压缩的严重危险，采用干法压缩势在必行。 考虑了上述诸原因及其相应的措施之后，实际蒸汽压缩式制冷有图，所示 1-2-2`-3`-3-4-1 的封闭环路线。 1-2 线：干饱和蒸汽（点 1）被压缩机吸入，经干法压缩至终点，即过热高 压蒸汽（点 2）。是绝热等熵的压缩过程（温度升高，压力升高）。 2-2`线：上述高压过热蒸汽送入冷凝器后，在等压下被冷却至饱和蒸汽（点 2`）。是等压放热过程。 2`-3`线：在上述冷凝器中，在等压等温下被冷却水冷凝而成饱和液体。是 等压等温放热过程。 3`-3 线：饱和液体经过冷器在等压下被冷却成过冷液体（点 3）。是等压过 程。 3-4 线：过冷液体经节流阀节流减压成略带蒸汽的液体。是等焓过程。 4-1 线：此液体在气液分离器中将所带饱和蒸汽分出，而饱和液体则经蒸 发器蒸发变成蒸汽，进入气液分离器分离出液沫而成为饱和蒸汽，两饱和蒸汽合
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 7 页 ，共 33 页 单级压缩制冷压焓图和温熵图 （2）为了增加制冷量，提高制冷系数，制冷剂在冷凝器中冷凝成饱和液体 后，再经过冷器冷却而冷凝成饱和液体后，再经过冷器冷却成过冷液体。图中 3-3`表示。于是节流膨胀过程即转化为 3-4 线所代表的过程。由图可显然看出， 制冷量因此增加了 4-4 以下的一块矩形面积。 （3）在理想循环中，进入压缩机的是湿蒸汽状态的制冷剂，压缩过程是在 湿蒸汽区域内进行，称为“湿法压缩”。湿法压缩中，由于液滴的不可压缩性， 就会产生液击危险，对压缩性，就会产生液击的危险（敲缸），对压缩机和原动 机均不利。因此，在实际过程中，须加装液体分离器，将湿蒸汽中的液体分离出 来，保证压缩机吸入的为干饱和蒸汽，这样，压缩机的压缩过程就不是 1 ‘ -2 ‘线， 而是在过热区进行的 1-2 线，称为“干法压缩”。由此可见，实行干法压缩虽增 加了 1 ‘ -1 线所代表的制冷量，另一方面却增加了 1-2-2 ’ -1 所代表的 功耗。而且功耗增加要比制冷量增加为大，所以制冷系数 w q = 总的是减小了。 但考虑到上述湿法压缩的严重危险，采用干法压缩势在必行。 考虑了上述诸原因及其相应的措施之后，实际蒸汽压缩式制冷有图，所示 1-2-2`-3`-3-4-1 的封闭环路线。 1-2 线：干饱和蒸汽（点 1）被压缩机吸入，经干法压缩至终点，即过热高 压蒸汽（点 2）。是绝热等熵的压缩过程（温度升高，压力升高）。 2-2`线：上述高压过热蒸汽送入冷凝器后，在等压下被冷却至饱和蒸汽（点 2`）。是等压放热过程。 2`-3`线：在上述冷凝器中，在等压等温下被冷却水冷凝而成饱和液体。是 等压等温放热过程。 3`-3 线：饱和液体经过冷器在等压下被冷却成过冷液体（点 3）。是等压过 程。 3-4 线：过冷液体经节流阀节流减压成略带蒸汽的液体。是等焓过程。 4-1 线：此液体在气液分离器中将所带饱和蒸汽分出，而饱和液体则经蒸 发器蒸发变成蒸汽，进入气液分离器分离出液沫而成为饱和蒸汽，两饱和蒸汽合
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 8 页 ，共 33 页 并为压缩机所吸入。是等压等温吸热过程。-制冷过程。 有些制冷机循环还对蒸发器之后进入压缩机之前的制冷剂蒸汽进行过热， 这样压缩机吸入就是过热蒸汽，实现干法压缩。 可以看出，制冷机综合了压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等机件。为了 提高制冷机效率及保证制冷系统安全稳定在实际制冷系统中，还加装油分离器、 贮液桶、空气分离器等附属设备。下面介绍。 二、单级压缩制冷实际循环系统 氨的低压蒸汽，在压缩机内压缩成高压的过热蒸汽。经油分离器，进入冷凝 器冷却，冷凝成液氨，把热量传递给水。高压液氨进贮氨器，经调节站，通过调 节阀节流降压-→氨液分离器→液体→蒸发器 气体 压缩机 三、双级压缩制冷循环 为什么采用双级压缩制冷循环？ 通常的单级压缩式制冷循环，蒸发温度只能达到-25℃左右，当生产上需要 更低的蒸发温度时，单级制冷循环便不适应了（欲获得更低的制冷温度，则蒸发 压力就变得更低）。 如果依靠单级压缩机压缩，则压缩比（ 低压 高压 p p ），过大 h c c T T T − = 小
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 8 页 ，共 33 页 并为压缩机所吸入。是等压等温吸热过程。-制冷过程。 有些制冷机循环还对蒸发器之后进入压缩机之前的制冷剂蒸汽进行过热， 这样压缩机吸入就是过热蒸汽，实现干法压缩。 可以看出，制冷机综合了压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等机件。为了 提高制冷机效率及保证制冷系统安全稳定在实际制冷系统中，还加装油分离器、 贮液桶、空气分离器等附属设备。下面介绍。 二、单级压缩制冷实际循环系统 氨的低压蒸汽，在压缩机内压缩成高压的过热蒸汽。经油分离器，进入冷凝 器冷却，冷凝成液氨，把热量传递给水。高压液氨进贮氨器，经调节站，通过调 节阀节流降压-→氨液分离器→液体→蒸发器 气体 压缩机 三、双级压缩制冷循环 为什么采用双级压缩制冷循环？ 通常的单级压缩式制冷循环，蒸发温度只能达到-25℃左右，当生产上需要 更低的蒸发温度时，单级制冷循环便不适应了（欲获得更低的制冷温度，则蒸发 压力就变得更低）。 如果依靠单级压缩机压缩，则压缩比（ 低压 高压 p p ），过大 h c c T T T − = 小
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 9 页 ，共 33 页 功耗不经 济。另外，压缩比过大，压缩终了时蒸汽的温度很高，须采用高着火点的润滑油 压缩机，且温度上使润滑油的粘度下降，被高温氨气带走的润滑油也较多（即润 滑油混入氨气中的多），同时温度上升，使润滑油和氨会分解；气缸易变形；这 些对安全运行都是不利的，此时，若采用双级压缩制冷，能改善这些不利困难。 双级压缩制冷循环，是指来自蒸发器的氨蒸汽要经过两次压缩后，才进入 冷凝器，在两次压缩中间过程设置中间冷却器，用中压氨液的蒸发吸热来冷却第 一次压缩的过热蒸汽。 双级压缩制冷循环较单级压缩制冷循环的优点： 1.每台压缩比低，排气温度低，气缸吸气系数高，且压缩机润滑工作良为。 2.制冷效率高（功耗减少，或省功） 但所需设备投资较单级大，操作较复杂，所以一般压缩比 低压 高压 p p >8 时，采 用双级压缩较为经济合理。对于氨压缩机来说，当蒸发温度在-25℃以下时，宜 采用双级压缩制冷。 双级压缩制冷循环如下图所示。制冷剂在各状态的参数变化图。在蒸发器中 所形成的低压低温制冷剂蒸汽（点 1），被低压压缩机吸入，经压缩到中间压力 的过热蒸气（点 2），进入同一压力的中间冷却器，被冷却至干饱和蒸气（点 3）， 接着高压压缩机吸入如下干饱和蒸汽： （1）来自低压压缩机的已被冷却得干饱和蒸汽（点 3）； （2）经膨胀阀Ⅱ节流降压的制冷剂，在降压（吸热）降低温度和吸热（以 冷却低压压缩机排出的中压过热蒸汽）过程中（即气化过程）所形成的干饱和蒸 气（点 3），以上两者为中压干饱和蒸气。中压干饱和蒸汽在高压压缩机中被压 缩到冷凝压力的过热蒸气（点 4），在冷凝器中冷却到干饱和蒸汽（点 5），进一 步冷凝成制冷剂液体（点 6），然后，分成两路：一路经膨胀阀Ⅱ，节流降压后 的制冷剂（点 9），进入中间冷凝器；一路在中间冷却器的盘管内过冷，过冷后 的制冷剂（点 7），再经过膨胀阀 І 节流降压，节流降压后的制冷剂进入蒸发器
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 9 页 ，共 33 页 功耗不经 济。另外，压缩比过大，压缩终了时蒸汽的温度很高，须采用高着火点的润滑油 压缩机，且温度上使润滑油的粘度下降，被高温氨气带走的润滑油也较多（即润 滑油混入氨气中的多），同时温度上升，使润滑油和氨会分解；气缸易变形；这 些对安全运行都是不利的，此时，若采用双级压缩制冷，能改善这些不利困难。 双级压缩制冷循环，是指来自蒸发器的氨蒸汽要经过两次压缩后，才进入 冷凝器，在两次压缩中间过程设置中间冷却器，用中压氨液的蒸发吸热来冷却第 一次压缩的过热蒸汽。 双级压缩制冷循环较单级压缩制冷循环的优点： 1.每台压缩比低，排气温度低，气缸吸气系数高，且压缩机润滑工作良为。 2.制冷效率高（功耗减少，或省功） 但所需设备投资较单级大，操作较复杂，所以一般压缩比 低压 高压 p p >8 时，采 用双级压缩较为经济合理。对于氨压缩机来说，当蒸发温度在-25℃以下时，宜 采用双级压缩制冷。 双级压缩制冷循环如下图所示。制冷剂在各状态的参数变化图。在蒸发器中 所形成的低压低温制冷剂蒸汽（点 1），被低压压缩机吸入，经压缩到中间压力 的过热蒸气（点 2），进入同一压力的中间冷却器，被冷却至干饱和蒸气（点 3）， 接着高压压缩机吸入如下干饱和蒸汽： （1）来自低压压缩机的已被冷却得干饱和蒸汽（点 3）； （2）经膨胀阀Ⅱ节流降压的制冷剂，在降压（吸热）降低温度和吸热（以 冷却低压压缩机排出的中压过热蒸汽）过程中（即气化过程）所形成的干饱和蒸 气（点 3），以上两者为中压干饱和蒸气。中压干饱和蒸汽在高压压缩机中被压 缩到冷凝压力的过热蒸气（点 4），在冷凝器中冷却到干饱和蒸汽（点 5），进一 步冷凝成制冷剂液体（点 6），然后，分成两路：一路经膨胀阀Ⅱ，节流降压后 的制冷剂（点 9），进入中间冷凝器；一路在中间冷却器的盘管内过冷，过冷后 的制冷剂（点 7），再经过膨胀阀 І 节流降压，节流降压后的制冷剂进入蒸发器
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 10 页 ，共 33 页 蒸发吸热，发生冷效应。 第三节 制冷剂及载冷剂 制冷剂——在直接蒸发式制冷系统中循环，通过其本身的状态变化，来传递 热量的工质称为制冷剂（冷冻剂）。如氨、氟利昂等。 载冷剂——在间接蒸发式制冷系统中起传递冷效应的介质称为载冷剂（冷 媒）。载冷剂在蒸发器中被制冷剂冷却，然后再去冷却物料或冷藏库。如盐水（氯 化钠）、氯化钙盐水、冰、冰盐等。 一、对制冷剂的要求 制冷剂在循环中，是在蒸发器中对外输出冷量（即直低温下吸收热量），在 冷凝器中放出热量，起着热量传递的煤介作用。各种制冷剂的一个共同特征是它 们的临界温度较高，在常温及普通低温下能够液化。 由于制冷机的大小，构造和材料以在一定情况下的操作压力与制冷剂的性质 有密切关系，所以在进行压缩制冷时，必须慎重选用适合于操作条件的制冷剂。 特别是在食品加工中， 对制冷剂有以下几方面的 要求： 1.热力学上的要求： 在大气压力下，制冷剂的沸点要低，即易蒸发。 制冷剂的临界温度要高，至少要高于一般冷却水的温度，即就可以在冷凝器 内液化。 制冷剂在蒸发器内的压力最好能与大气压力相近或稍高于大气压，在冷凝内 压力不应过高，这样空气就不会渗入系统，制冷剂也不会自系统渗出。（避免空 气窜入制冷机系统中，降低传热系数以及增加压缩机的功率消耗。） 制冷剂的汽化潜热应尽可能地大，蒸汽容积小，循环量减少，即单位制冷能 力大。 导热系数和散热系数大，以提高热交换器的传热效率。 2.物理化学上的要求： 制冷剂对金属不应有腐蚀作用。 比重和粘度要小，使制冷剂循环流动阻力小。 化学性质稳定，不燃烧，高温高压下不分解，不与润滑油发生反应。不爆炸。 3.生理学上的要求： 对人无毒、无害 4.经济上的要求上： 易于购得，价格低廉。 二、常用的制冷剂 工业上已采用的制冷剂很多，目前常用有以下几种，氨，氟利昂-12，氟利
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 10 页 ，共 33 页 蒸发吸热，发生冷效应。 第三节 制冷剂及载冷剂 制冷剂——在直接蒸发式制冷系统中循环，通过其本身的状态变化，来传递 热量的工质称为制冷剂（冷冻剂）。如氨、氟利昂等。 载冷剂——在间接蒸发式制冷系统中起传递冷效应的介质称为载冷剂（冷 媒）。载冷剂在蒸发器中被制冷剂冷却，然后再去冷却物料或冷藏库。如盐水（氯 化钠）、氯化钙盐水、冰、冰盐等。 一、对制冷剂的要求 制冷剂在循环中，是在蒸发器中对外输出冷量（即直低温下吸收热量），在 冷凝器中放出热量，起着热量传递的煤介作用。各种制冷剂的一个共同特征是它 们的临界温度较高，在常温及普通低温下能够液化。 由于制冷机的大小，构造和材料以在一定情况下的操作压力与制冷剂的性质 有密切关系，所以在进行压缩制冷时，必须慎重选用适合于操作条件的制冷剂。 特别是在食品加工中， 对制冷剂有以下几方面的 要求： 1.热力学上的要求： 在大气压力下，制冷剂的沸点要低，即易蒸发。 制冷剂的临界温度要高，至少要高于一般冷却水的温度，即就可以在冷凝器 内液化。 制冷剂在蒸发器内的压力最好能与大气压力相近或稍高于大气压，在冷凝内 压力不应过高，这样空气就不会渗入系统，制冷剂也不会自系统渗出。（避免空 气窜入制冷机系统中，降低传热系数以及增加压缩机的功率消耗。） 制冷剂的汽化潜热应尽可能地大，蒸汽容积小，循环量减少，即单位制冷能 力大。 导热系数和散热系数大，以提高热交换器的传热效率。 2.物理化学上的要求： 制冷剂对金属不应有腐蚀作用。 比重和粘度要小，使制冷剂循环流动阻力小。 化学性质稳定，不燃烧，高温高压下不分解，不与润滑油发生反应。不爆炸。 3.生理学上的要求： 对人无毒、无害 4.经济上的要求上： 易于购得，价格低廉。 二、常用的制冷剂 工业上已采用的制冷剂很多，目前常用有以下几种，氨，氟利昂-12，氟利