1234

ческой промышленности искусственное охлаждение применяется для разделения жидких и газовых смесей и получения чистых продуктов (например, этана, этилена, пропана, пропилена из нефти и природного газа), при производстве многих синтетических материалов (каучука, пластмасс, искусственных волокон и др.), при производстве аммиака и азотных удобрений, для отвода теплоты химических реакций.

В машиностроении внедряются низкотемпературная закалка металлов и холодные посадки.

Искусственное замораживание грунтов оказывается эффективным средством при выполнении строительных работ в водоносных слоях, искусственное охлаждение бетона применяется при строительстве плотин крупных гидростанций. Холод используется при производстве большого числа материалов и изделий.

При помощи холода создается искусственный климат в закрытых помещениях (осуществляется кондиционирование воздуха). В любое время года и при любом климате на базе применения искусственного холода могут быть созданы ледяные катки для фигурного катания, скоростного бега на коньках и хоккея.

Широко применяется искусственный холод на различных видах транспорта для перевозки пищевых продуктов, а также на судах рыболовного флота, в торговле пищевыми продуктами и в быту.

В основе применения холода для различных производственных целей лежит тот факт, что многие физические, химические, биологические и другие процессы протекают при низких температурах, существенно отличаясь от того, как они осуществляются при обычных условиях. Большинство этих процессов при низких температурах замедляется, а некоторые из них (например, жизнедеятельность отдельных видов бактерий) прекращаются. Однако существуют процессы, которые при низких температурах протекают интенсивнее, чем при высоких (например, превращение аустенита в мартенсит при низкотемпературной закалке высоколегированных инструментальных сталей); понижение температуры, при которой происходит реакция, позволяет получать полимеры с более высокой молекулярной массой, т. е. более прочные и упругие. При низких температурах меняются свойства многих материалов. Так, некоторые сорта стали при температурах ниже -30.-40 °С становятся менее пластичными и более хрупкими, а медь и алюминий, наоборот, при тех же температурах повышают пластичность, становятся более вязкими.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Много столетий назад уже были известны способы аккумуляции и использования естественного холода: накапливание льда и снега в ледниках для хранения продуктов, хранение продуктов

в глубоких ямах (использование низкой средней температуры грунта), охлаждение воды при ее испарении. Только в 18-м веке началось применение смесей льда и соли для получения более низких температур, чем температура плавления водного льда. Промышленные холодильные машины появились лишь в середине 19-го века.

Первоначально искусственное охлаждение в широких масштабах стали применять при заготовке и транспортировке пищевых продуктов. Первая установка для замораживания мяса была построена в г. Сиднее в 1861 г. В этом

же году (и тоже в Австралии) на нефтеперерабатывающем заводе была установлена холодильная машина для выделения парафина из сырой нефти, что явилось началом внедрения искусственного холода в химической промышленности. К концу 70-х и началу 80-х гг. прошлого столетия относятся первые попытки перевозок мяса из Южной Америки и Австралии во Францию и Англию на судах-холодильниках с воздушными и абсорбционными холодильными машинами. Перевозка продуктов в железнодорожных вагонах с ледяным охлаждением началась в 1858 г. в США. Первый крупный холодильник был сооружен в Бостоне (США) в 1881 г. В том же году был построен холодильник в Лондоне, а в 1882 г. — в Берлине.

В России холодильное хозяйство начало формироваться позднее и развивалось медленно. Первые холодильные машины появились в 1888 г. на рыбных промыслах в г. Астрахани. В 1889 г. были сооружены две холодильные установки на пивоваренных заводах. С 1892 г. стали появляться мелкие льдозаводы на Кавказе, в Средней Азии, Крыму. Первый холодильник вместимостью 250 т был построен в 1895 г. в г. Белгороде. Первые железнодорожные перевозки в вагонах, охлаждаемых льдом, начались в России в то же время, что и за рубежом, а именно в 1860 г. Серьезным толчком для развития холодильного транспорта и сети холодильников в России явилось окончание строительства в середине 90-х годов прошлого века Сибирской железной дороги, связавшей богатую сельскохозяйственными продуктами Сибирь с портами Балтийского моря. В связи с этим началось строительство холодильников в районах заготовок продуктов, на железнодорожных узлах и в портах. До 1914 г. было построено всего 29 холодильников общей вместимостью 45 600 т. В это время вместимость холодильников в США приближалась к 2 млн т. Во всех же отраслях промышленности России имелось 296 холодильных установок.

Недостаточное развитие холодильного хозяйства явилось одной из причин плохого снабжения русской армии во время первой мировой войны. Всего в 1917 г. насчитывалось 58 холодильников общей вместимостью 57 300 т. Недостаточно был также развит холодильный транспорт: в 1917 г. в России было только 650 двухосных железнодорожных вагонов с льдосоляным охлаждением, одно холодильное (рефрижераторное) судно грузоподъ-

емностью всего 185 т и восемь судов, имевших холодильные установки служебного назначения.

В годы гражданской войны холодильному хозяйству был нанесен существенный ущерб. В период с 1918 по 1925 гг. восстанавливались и реконструировались старые предприятия. С 1925 г. началось строительство крупных холодильников, в первую очередь в портовых городах. В частности, в Ленинграде был сооружен и в 1928 г. вошел в строй портовый холодильник вместимостью 9000 т. В эти же годы положено начало строительству холодильников в мясной, молочной и других отраслях пищевой промышленности, а также в системе путей сообщения.

Были построены крупные мясокомбинаты, молочные комбинаты и рыбокомбинаты. Значительно расширилась сеть холодильников. Все новые предприятия строились на сравнительно высоком техническом уровне. В предвоенные годы были построены холодильники с пониженным температурным режимом (в помещениях для хранения мороженых грузов

предусматривалась температура -18 °С, вместо -8.-12 °С, в помещениях для замораживания -23 °С вместо -18 °С в старых холодильниках). В 1941 г. вместимость холодильников в СССР составила 370 тыс. т, т. е. в 6,5 раза больше, чем в 1917 г. Во время войны холодильное хозяйство СССР значительно пострадало, но в результате больших восстановительных работ уже к концу 1948 г. вместимость холодильников стала равной 105 % от довоенной. Восстановление холодильников сопровождалось их расширением, оснащением новым холодильным оборудованием и понижением температурного режима.

К началу 1980 г. вместимость холодильников в СССР составила свыше 6 млн т, и по этому показателю СССР занимал третье место в мире после США и Японии.

В этот период повышается технический уровень холодильных предприятий, расширяется область применения средств автоматического контроля и управления, температуры хранения продуктов понижаются до -25.-30 °С, внедряются насосные схемы, расширяется область применения систем воздушного охлаждения, появляются новые эффективные теплоизоляционные материалы, используются эффективные системы охлаждения и замораживания продуктов, создаются аппараты для осуществления этих процессов.

Серьезных успехов достигло отечественное холодильное машиностроение. Разработана широкая номенклатура и выпускаются новые типы современных универсальных многооборотных много цилиндровых поршневых компрессоров, работающих как на аммиаке, так и на хладонах. Освоен выпуск винтовых масло- аамолненных компрессоров, производятся центробежные компрессоры и турбокомпрессорные агрегаты, работающие на аммиаке, х ладонах, пропане и этилене. Освоен выпуск теплоиспользующих холодильных машин — пароэжекторных, работающих на воде,

а

а также крупных абсорбционных, работающих на водоаммиачном и бромистолитиевом растворах.

Получил развитие холодильный транспорт: железнодорожный, водный и автомобильный. Расширилась номенклатура холодильных транспортных средств, выпускаемых отечественными предприятиями. Практически полностью оснащена холодильным оборудованием торговля. Значительно увеличилось (до 6 млн штук в год) производство домашних (бытовых) холодильников.

Распад СССР и образование на его территории большой группы независимых государств оказали заметное негативное влияние на холодильное хозяйство России, поскольку нарушилась производственная структура, так как часть специализированных заводов холодильного машиностроения и средств автоматизированного контроля и управления оказалась за пределами российских границ.

Разрушение озонового слоя Земли широко распространенными хладагентами хлорфторуглеродами (Rll, R12, R13, Rllo, R502 и др.) создает проблему их замены переходными (временными) однокомпонентными хладагентами (R22, R123, R124, R141b, R142b) и их смесями с низким потенциалом разрушения озонового слоя, применение которых в соответствии с международным соглашением (Монреальский протокол 1987 г.) возможно до 2030 г., а также озонобезопасными однокомпонентными хладагентами (R23,

R32, R125, R134a, R143a) и их смесями или природными веществами (R717, R744, R290, R600, R600a).

Такая замена предполагает изучение свойств веществ, создание холодильного оборудования, холодильных установок и разработку нормативно-технической документации, регламентирующей эксплуатацию.

Следовательно, решение этой проблемы должно осуществляться одновременно с решением таких традиционных проблем, как снижение энергозатрат на производство искусственного холода, повышение уровня надежности и безопасности, создание систем автоматизации на базе микропроцессорной техники.

Все это требует дальнейшего повышения качества подготовки специалистов. Авторы надеются, что настоящая книга будет содействовать решению стоящих проблем. Введение, главы 1-9 книги написаны Е. С. Курылевым, В. В. Оносовским, Ю. Д. Румянцевым, главы 10-12 — Е. С. Курылевым и Ю. Д. Румянцевым, главы 13-14 — Ю. Д. Румянцевым.

Авторы выражают благодарность ректорату Академии холода и пищевых технологий и спонсорам за их вклад, без которого издание учебника было бы невозможно.

Так как в одном и том же объеме помещения можно разместить неодинаковую массу различных продуктов (в соответствии с их объемной массой), то для сравнения холодильников между собой вводится понятие об условной вместимости помещений (или вместимости по условному грузу), под которой понимают вместимость холодильника при загрузке его мороженым мясом с плотностью укладки 0,35 т на 1 м. По значению условной вместимости холодильники подразделяются на малые, имеющие вместимость до 1000 т, средние — от 1000 до 5000 т и крупные — свыше 5000 т.

Другой характеристикой холодильника является производительность оборудования для осуществления основных технологических процессов холодильной обработки: охлаждения и замораживания (а иногда и размораживания).

Производительность (производственная мощность, пропускная способность) определяется массой продуктов, обрабатываемых в единицу времени (т/ч, т/смену, т/сут). Можно считать для пищевых предприятий производительность помещений или оборудования для замораживания до 20 т в смену — малой, от 20 до 100 т в смену — средней и свыше 100 т в смену — крупной. Вместимость производственных помещений обычно не включается в общую вместимость холодильника.

Холодильники по виду производственного здания подразделяются на многоэтажные и одноэтажные.

Средние и крупные холодильники раньше обычно выполнялись в виде многоэтажного здания высотой до шести этажей. Это позволяло приблизить форму здания к кубу для уменьшения площади наружной поверхности здания и сокращения теплопритоков. Однако в многоэтажных зданиях ограничивается скорость вертикального перемещения грузов (с помощью лифта), затрудняется механизация грузовых работ, ограничивается возможность применения современных механизмов для транспортировки и укладки грузов.

Одноэтажные здания были обычной формой малых холодильников. В настоящее время за рубежом и у нас строятся одноэтажные холодильники (в

том числе с теплоизоляционной конструкцией типа «сэндвич») различной вместимости, вплоть до очень большой. Современные одноэтажные холодильники имеют значительно большую высоту (до 10-12 м), чем обычная высота этажа многоэтажного холодильника (4,8; 5,4 и редко 6 м), так как допустимая нагрузка на пол, лежащий на грунте, значительно больше, чем нагрузка на междуэтажное перекрытие многоэтажного холодильника.

Важное достоинство одноэтажных холодильников — широкая возможность комплексной механизации грузовых работ, в результате чего не только облегчается труд рабочих, но и значительно уменьшаются затраты ручного труда и стоимость проведения грузовых работ. Новые холодильники при вместимости до 5000 т строятся, как правило, одноэтажными.

В настоящее время за рубежем строятся высотные одноэтажные холодильники высотой до 40 м. На таких холодильниках выполнение загрузочно-разгрузочных операций должно быть автоматизировано с использованием ЭВМ (рис. 1.3). Например, на одном из крупных автоматизированных высотных холодильников (в г. Солоне высота холодильника 36,5 м, площадь 1700 м2) все грузовые работы выполняют два оператора.

В последние годы при строительстве разнообразных по вместимости одноэтажных холодильников широко применяется так называемая модульная конструкция. Такой холодильник собирается из некоторого количества ограниченного числа типоразмеров модулей (блоков), изготавливаемых на заводе. Каркас такого модуля собирается из легких (по сравнению с железобетонными) металлических конструкций, к которым подвешиваются теплоизолированные панели. Холодильное оборудование размещается в контейнере, выполняющем роль машинного отделения. Требуе-

Рис. 1.3. Одноэтажный высотный холодильник:

1 — теплоизоляционная панель типа «сэндвич»; 2 — этажерка и несущий каркас; 3 — пакет груза; 4 — загрузочно-разгрузочный конвейер; 5 — кран-

штабелер

к