Промышленные технологии, применяющие холод
Применение холода в промышленности: хранение и переработка пищевых продуктов, сжижение и разделение газов, химические процессы при низких температурах, охлаждение технологического оборудования и жидкостей, кондиционирование, искусственный лёд, медицина и биотехнологии. В большинстве этих процессов холод вырабатывают холодильные машины, а к потребителям его доставляет хладоноситель — вода или гликоль.
Осуществление различных технологических процессов при температурах ниже температуры окружающей среды связано с производством искусственного холода. Этих технологий становится все больше, и они находят все большее применение во многих отраслях народного хозяйства. Остановимся на рассмотрении наиболее важных технологий по отраслям промышленности.
Пищевая промышленность
Холодильная технология пищевых продуктов охватывает сельское хозяйство; перерабатывающую — мясную и молочную промышленность; торговлю; транспорт (автомобильный, железнодорожный и водный); рыбодобывающую и рыбоперерабатывающую с рыбопромысловыми и перерабатывающими базами и судами.
Для осуществления холодильной технологии пищевых продуктов в СССР создана холодильная цепь, звенья которой предназначены для создания необходимых температурно-влажностных режимов для холодильной обработки, хранения, транспортирования и реализации пищевых продуктов.
С целью обеспечения длительного сохранения высокого качества скоропортящихся продуктов холодильные установки должны поддерживать нужный технологии температурный режим среды: для охлаждения до −5 °C, замораживания −35–40 °C, хранения продуктов в охлажденном виде 0–2 °C, в замороженном −20–30 °C. Температурный режим транспортных рефрижераторов зависит от вида перевозимых продуктов и предварительного процесса холодильной технологии — их охлаждения или замораживания.
Перерабатывающая промышленность и торговля являются крупными потребителями холода. С помощью холодильной технологии в этих отраслях обрабатывают не менее 50 млн. т различных продуктов животного и растительного происхождения. Потребность в холоде непрерывно возрастает. Именно из-за недостаточного использования искусственного холода в мире теряется в среднем 25—30 % произведенных пищевых продуктов.
Развивающейся отраслью промышленности является концентрирование соков, получение сухих порошков из концентрированных соков, а также продуктов с промежуточной влажностью с целью их хранения при обычных температурах, сублимационная сушка.
Холодильная цепь пищевой технологии использует различные холодильные установки: одно- и двухступенчатого сжатия. Для осуществления технологии обработки холодом используют как холодильники, так и различные морозильные аппараты.
Нефтяная, газовая и химическая промышленность
В технологических процессах в нефтяной, газовой и химической промышленности применяют искусственный холод в диапазоне умеренных температур (примерно до −100 °C).
В нефтяной промышленности искусственное охлаждение используют в технологических процессах, где применяют в основном системы непосредственного кипения холодильного агента в поверхностных аппаратах. Выбор холодильного агента определяется условиями работы предприятий. Чаще всего используют углеводороды, которые имеются в достаточном количестве на данном производстве. Они имеют высокую молекулярную массу, и поэтому возможно применение в холодильной установке центробежных компрессоров.
В газовой промышленности искусственный холод применяют при подготовке газа к транспортированию и при переработке нефтяных и природных газов газоконденсатных месторождений. При этом используют как внешние, так и. внутренние холодильные циклы, в которых холод получают в процессе переработки газа (дросселирование жидкостей или расширение газа), а также комбинированные циклы. Температура транспортируемого газа −5–25 °C, давление 5,5 МПа. Потребность в холоде измеряется десятками тысяч киловатт и требует применения высокопроизводительного турбокомпрессорного оборудования с газовыми или паровыми приводами компрессоров. В холодильных установках используют аппараты воздушного охлаждения, а в качестве хладагента — углеводороды (этан, пропан), которые получают при переработке газов.
Одним из основных процессов, применяемых при переработке газа, является процесс низкомолекулярной конденсации, основанный на различии температур конденсации компонентов, входящих в состав газа. Низкотемпературная конденсация компонентов проходит при разных температурах на одно-, двух- и трехступенчатых температурных уровнях, которые получают в соответствующих холодильных установках.
В химической промышленности (получение этилена, фармацевтических и биохимических препаратов, производство азотное, синтетического каучука, хлора и др.) имеется многообразие систем холодоснабжения с различным типом холодильных машин, начиная с небольших поршневых компрессоров и кончая крупными центробежными агрегатами производительностью в несколько тысяч киловатт. Широко применяют абсорбционные установки, использующие теплоту технологических процессов, либо теплофикационные отборы ТЭЦ.
Азотное производство включает предприятия синтеза аммиака и некоторые производства азотной кислоты. Основная часть холода при производстве аммиака потребляется агрегатом синтеза для конденсации аммиака из азотно-водородно-аммиачной смеси высокого давления при температурах кипения хладагента (—10–12 °C), а также для конденсации аммиака при температурах кипения −30–34 °C. Для производства аммиака применяют теплоиспользующие абсорбционные водоаммиачные машины и аммиачные центробежные компрессорные агрегаты. Для производства этилена используют искусственный холод температурных уровней от 6 до −100 °C. При этом применяют системы непосредственного кипения на холодильниках агентах—этилене и пропилене (продуктах данного производства).
Производство синтетического каучука основано на полимеризации непредельных углеводородов — мономеров, для чего требуется искусственный холод на температурном уровне от 7 до −40 °C. Вторая стадия технологии получения каучука проводится при −100 °C.
Хлор выделяется из газовой смеси в результате фракционной конденсации, где применяют абсорбционные водоаммиачные холодильные установки с температурой кипения −45 °C или фреоновые установки с температурным режимом 5, −20, −65 °C, оборудованные центробежными компрессорными машинами.
Крупным потребителем холода в химической промышленности является производство химических волокон, изготовленных из различных видов синтетических полимеров. В данной отрасли применяют только системы охлаждения с промежуточным хладоносителем с температурным уровнем 20–10 °C. Потребность в холоде крупных комбинатов достигает 35—58 МВт.
Технологические процессы в производстве химико-фармацевтических препаратов, витаминов и антибиотиков сопровождаются потреблением искусственного холода на температурном уровне — 10–15 °C.
При получении белково-витаминных концентратов путем синтеза смеси жидких парафинов нефти и минеральных солей со специальной культурой дрожжей потребность в холоде весьма значительна: 1 т продуцента в производстве белково-витаминных концентратов выделяет 16 ГДж теплоты, производство лизина — до 54,5 ГДж. При современной мощности заводов потребность в холоде измеряется десятками тысяч киловатт.
Металлообработка и строительство
Холод применяется при термической обработке сталей, стабилизации и восстановлении размеров деталей, запрессовке для создания неподвижных посадок, для охлаждения ванн анодирования, старения алюминиевых сплавов, осушке сжатого воздуха, гибке труб с замороженной в них водой, в установках кондиционирования воздуха.
Температурные режимы перечисленных холодильных технологий обработки металлов находятся в пределах −30…−120 °C. В верхнем интервале можно использовать серийно выпускаемые парокомпрессионные машины двухступенчатого сжатия (до −60 °C) и каскадные машины (до −80 °C). Возможно снижение температурного уровня до −120 °C, если применить смеси холодильных агентов.
В строительной технологии применяют искусственный и естественный холод для замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений (шахт, туннелей, хранилищ сжиженного газа), для создания противофильтрационных завес в плотинах мерзлого типа и других гидротехнических сооружениях, а также для укрепления грунтов у основания зданий, нефте- и газопроводов, для охлаждения массивных бетонных сооружений (массивных ПЛОТИН И Т. П.).
Для охлаждения жидкостей в технологических процессах применяют чиллеры — см. промышленные чиллеры для охлаждения.
Искусственное охлаждение — это
Искусственное охлаждение — это понижение температуры тела или среды ниже температуры окружающей среды за счёт затраты энергии: механической работы компрессора, тепла в абсорбционных машинах, электроэнергии в термоэлектрических. Естественное охлаждение — лёд, снег, холодная вода, наружный воздух — обходится без машины, но ограничено климатом и не даёт температуры ниже окружающей.
| Способ | Диапазон температур |
|---|---|
| Парокомпрессионная холодильная машина | +15…−100 °C |
| Абсорбционная машина | +15…−60 °C |
| Термоэлектрическое охлаждение | До −40…−60 °C, малые мощности |
| Газовые и криогенные машины | Ниже −100 °C |
В промышленности холод чаще всего получают чиллерами — парокомпрессионными машинами, охлаждающими воду или гликоль для технологических процессов. Модельный ряд от 2 до 1000 кВт — промышленные чиллеры ВМТ-Ксирон, подбор — в онлайн-подборе чиллера.
Частые вопросы
Где применяется холод в промышленности?
В пищевой промышленности, химии и нефтехимии, металлургии (термообработка, сжижение газов), машиностроении (охлаждение станков и прессов), производстве пластмасс, медицине и фармацевтике, спортивных сооружениях с искусственным льдом.
Какие технологии используют низкие температуры?
Замораживание и хранение продуктов, сублимационная сушка, сжижение газов, кристаллизация, охлаждение реакторов, закалка металлов холодом, криоконсервация.
Что такое искусственное охлаждение?
Понижение температуры ниже окружающей с затратой энергии — механической (компрессор), тепловой (абсорбционная машина) или электрической (элементы Пельтье).
Читайте также