《制药设备与工艺设计》第五章 冷冻与结晶设备解读

冷冻设备
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冷冻设备包括冷源制作（制冷）、物料的冻结、冷却三个组成 部分。制冷机的有活塞式，螺杆式、离心式制冷压缩机组、吸收 式制冷机组、蒸汽喷射式制冷机组以及液态氮、液态二氧化碳、 盐液等冷剂；现在活塞压缩式制冷机组是国均外主要的冷源制作 装置。物料进行冻结的方式有风冷式、浸渍式和冷剂通过金属管、 壁和物料接触传热降温的装置。 冷冻设备在农产品、食品的加工和贮藏方面的应用如下： （l）食品的冻结、冻藏和冻结运输。主要是畜产品、水产 品的冻结和冻藏。还有速冻蔬菜、速冻面食品、冰、雪糕等产品 的冻结和冻藏。 （2）农产品、食品的冷却、冷藏、气调贮藏和冷却运输。 主要是果品、蔬菜、蛋及油脂、冷饮等产品的冷却和冷藏。 （3）食品加工。如冻结干燥、冻结浓缩和物料的冷却等。 （4）食品加工厂的空气调节。 冷冻设备的内容很多，本章仅扼要地叙述活塞式压缩制冷机、 冷库制冷系统的分类、工作原理、结构和选择，还有速冻和气调 设备。
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3．淋水式冷凝器。如图11－6所示。由贮氨器、冷却排营和配水箱等组成。工作 时冷却水由顶部进入配水箱，经配水槽流到蛇形管的顶面，然后顺着每层排营的 外表面成膜层流下，部分水蒸发，其余落入水池中，通过冷却后再循环使用。氨 气自排管底部进入管内．沿管上升时遇冷而冷凝，流入贮氨器中。这种冷凝器的 优点是结构简单，工作安全。对水质要求不严，容易清洗。缺点是金属消耗量大， 占地面积较大。
第一节 活塞式压缩制冷设备的主要装置
• 一、制冷压缩机 （－）分类 • 1．按活塞的运动方式 • （1）往复式压缩机其活塞在汽缸里作往复的直线运动，在食品加工厂和冷库制冷方 面多采用这种压缩机。 • （2）回转式压缩机其活塞在汽缸内作旋转运动，电冰箱采用此种压缩机。 • 2．按一台压缩机中蒸汽被压缩的次数 分为单级和双级。 • 3．按蒸汽在汽缸内的流向 分为顺流式与逆流式。 • 4．按汽缸中心线位置 分为立式、V式、W（角度）式和S式等。 • 5．按压缩机组的封闭程度 • （l）开启式 压缩机的功率输入轴伸出曲轴箱外，电机通过联轴器或皮带轮与压缩 机轴输入端相联接，在曲轴伸出端装有油封。 • （2）半封闭式 压缩机与电机外壳为一体，构成一个密封机壳，不需要装油封。 • （3）全封闭式 压缩机与电机封密在一个容器内，形成一个整体，从机外表看，只 有压缩机吸排气管和电机导线。 • 6.按压缩机的冷量 • （1）小型 其制冷量小于 209MJ/h； • （2）中型 其制冷量为 209～1672MJ/h； • （3）大型其制冷量在 1672MJ/h以上。 • 7．按压缩方式 分为单作用和双作用。
单级压缩式制冷循环
• 一、单级压缩制冷系统
– 1、主要设备：压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器。 – 2、附助设备：油分离器，空气分离，器贮氨器，汽液分离器。
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（三）工作原理、结构和特点 图11-2所示为立式、单作用、直流式氨压缩机工作原理 图，它主要由汽缸体、汽缸、活塞、连杆、曲轴、曲轴箱、进排气阀们、假盖等组成。 • 图 11-3 所示为高速多缸制冷压缩机结构。汽缸的配置有 V 、 W 和 S 型；曲轴转速为 700～2000r/min。功率为10～ 150kw。吸气孔道在汽缸套凸缘上。工作时汽间借助于阀 片前后的压力差自动开启和关闭，达到吸气和排气的目的。 汽缸套的外测装有负 荷控制装置，它能使压 缩机在启动时，关闭吸 气阀，空负荷运转，然 后顶开吸气阀，压缩机 进入正常工作状态；当 负荷变化时，能和油分 配问或电磁间配套使用， 达到分段加载或卸载， 调节制冷量的目的。另 外这种压缩机上还有润 滑、冷却和传动系统。 活塞式（往复式）制 冷压缩机的特点是结构 较简单、制造容易、适 应性强、操作稳定、维 护方便，故广泛应用。
三、膨胀阀
• （－）手动膨胀阀 手动膨胀间的构造如图 11 － 7 所示，阀蕊有针形和 V 形缺口等型式。 手轮转动时，可改变阀门开启度。开启度按 蒸发器热负荷的变化来调节，通常为手轮的1 ／8～1/4周，不能超过1周，否则开启度过大， 失去膨胀作用。 • 这种膨胀阀，结构简单，但不能随热负 荷的变化而自动调节。在氟利昂制冷装置中 已使用热力膨胀阀进行自动调节。 • （二）热力膨胀阀 它是利用蒸发器出 口处蒸汽的过热度来调节制冷剂的。如图118所示，由感应元件（感温包）、膜片、阀体、 阀座等组成。在制冷机组正常运转条件下， 感应元件灌注剂压力等于膜片下气体压力与 弹簧压力之和，处于平衡状态。如供制冷剂 不足，引起蒸发器出口处回汽，过热度增大， 感温包温度升高，使膜片下移，阀口的开启 度增大，直至供液量与蒸发量相当时，再得 到平衡。故热力膨胀阔能自动调节间的开启 度，供液量随负荷大小自动增减，可保证蒸 发器的传热面积得到充分利用，使压缩机正 常安全地运行。
二、冷 凝 器
• 冷凝器是制冷系统中的一种热交换器，使制冷剂过热蒸汽受冷却凝结为液体。冷 凝器的种类很多，大中型制冷设备常用的有卧式壳管式、立式壳管式、淋水式。蒸发 式和空气冷却式冷式冷凝器、卧式冷凝器的结构和组成，如图 ll－4所示。钢制圆柱壳 体的两端焊有端盖，在壳内装有一组横卧的直管管簇。 冷 凝 器 中 冷 却 水 的 流 速 一 般 为 0.8 － 1.2m/s 时 传 热 系 数 K ＝ 2.5l ～ 3.34MJ/ （m2· h·℃），单位面积热负荷qF－12.54～14.63MJ／（m2.h)。 这种冷凝器的优点是结构紧凑、占空间高度小、传热系数高。缺点是清除水垢困难。
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2. 蒸发式冷 凝器蒸发式冷 凝器 如图 11 一 5 所示。由换 热管组、供水喷淋装置和风机 等组成。制冷剂蒸汽从管组上 部的过气集管。分配给每根蛇 形管后与冷却水进行热交换， 冷凝后经出波集管导至贮液器 中。冷却水喷淋在管外壁上， 一部分冷却水受热蒸发变成水 蒸汽，在风机作用下，被空气 带走，另一部分冷却水，沿管 外壁成膜层向下流，落入水池 中，利用水泵送到喷水器，如 此循环流动。水池中的水量需 要补充，所需水量，由水量调 节阀控制。 • 这种冷凝器的特点是因部分 冷却水蒸发，吸收大量汽化潜 热，故消耗水量很少，仅为壳 管式冷凝器的 1/25 ～ 1/50, 但 设备与作业的费用、较大。管 排间水垢难清除，水需要软化 处理。