Назначение прямого и обратного холодильника, принцип работы, чем отличаются

История и развитие холодильника

Охлаждение существует с древних времен, когда большое количество льда привозили из гор в города для хранения продуктов в глубоких ледяных погребах. В 1748 году Уильям Каллен продемонстрировал первое устройство искусственного охлаждения в Университете Глазго.

Первые разработки тогда работали с аммиаком. Аммиак может вызвать коррозию, утечки и неприятные запахи. Холодильное оборудование не подходит для бытового использования. Изобретение чиллера Карлом фон Линде позволило производить лед в промышленных масштабах в течение всего года, избавив от необходимости в натуральном льде.

В 1920-х годах были разработаны заменители аммиака. В 1930-х годах это было стандартное оборудование в частных домах в США и на Кубе. В 1937 году в каждой американской семье был бытовой холодильник. До 1950 года использовались деревянные ящики для льда, наполненные льдом с заводов или прудов. Лед хранят в подвалах под щепой или в емкостях из сварных цинковых листов.

Первые холодильные установки использовали хлористый метил, аммиак или диоксид серы, что вызывало проблемы с движущимися частями компрессора и вызывало утечки токсичных газов. Эти проблемы были решены с открытием и использованием хлорфторуглеродов (ХФУ). ХФУ производятся и используются в качестве охлаждающих хладагентов с 1930 года. Это позволяет избежать упомянутых проблем.

в 1992 году саксонская компания dkk Scharfenstein (позже переименованная в Foron) изготовила первый в мире холодильник без фтора. В то время производители холодильного оборудования не были заинтересованы во внедрении этой технологии. С 2000 года на рынке появилось больше бытового и коммерческого холодильного оборудования, использующего легковоспламеняющиеся хладагенты. Система охлаждается «дортмундской смесью» (смесь пропана и бутана), которая не увеличивает озоновую дыру и парниковый эффект, но легко воспламеняется.

История сохранения продуктов питания

Старому доброму холодильнику более 100 лет. В 1876 году немец Карл фон Линде изобрел холодильное оборудование в том виде, в каком мы его знаем сегодня. У большинства людей есть хотя бы один бытовой холодильник, если не больше. Кормилец сохраняет продукты свежими. В прошлом термин «коробка для мороженого» или «коробка для льда» неправильно использовался для современных холодильников.

В 1980-х годах над Антарктидой была обнаружена озоновая дыра, и научные данные показали, что фреоны разрушают озоновый слой. В рамках Монреальского протокола многие страны обязались отказаться от использования ХФУ. С распространением электричества старинный кормилец потерял свою привлекательность.

Методы сохранения пищевых продуктов совершенствовались на протяжении веков. В древности продукты хранили путем сушки или замораживания (в холодных регионах). Впоследствии соление стали использовать для консервации продуктов. Так римляне консервировали рыбу, овощи и оливки. В 1790 году Николас Апперт открыл новый метод консервации. Апперте считается изобретателем консервирования. Пища нагревается перед помещением в герметичную стеклянную тару. Это закуска. Этот метод уничтожает бактерии и микробы. Луи Пастер позже изобрел пастеризацию в 1865 году.

В 1913 году в дом вошла первая холодильная установка. Затем последовали заморозки 1923 года. В 1960 году была получена искусственная заморозка с использованием бытовых морозильных камер и применением сверхвысоких температур. В 1970 году в промышленности была разработана вакуумная консервация пищевых продуктов. С тех пор консервирование продуктов стало простым и доступным.

Описание и назначение АВО

AVO (Air Cooler) используется для выполнения необходимых тепловых процессов, таких как:

• Охлаждение газов и жидкостей;
• газовая конденсация;
• Конденсация газожидкостных сред.

По принципу работы воздухоохладители относятся к наземному оборудованию, а по способу теплопередачи к теплообменному типу.

Воздушные охладители широко используются в процессах нефтепереработки.

Воздухоохладители можно отнести к устройствам поверхностного типа, где в качестве хладагента используется атмосфера. Эти устройства предназначены для работы в широком диапазоне рабочих давлений. Давление оборудования определяется охлаждающей средой и ее температурой.

Типы аппаратов

В зависимости от конструкции различают следующие виды оборудования:

• Горизонтальный AWG,
• Зигзаг АВЗ,
• АВМ с низким потоком,
• Для вязких продуктов АВГ-В,
• Для продуктов с высокой вязкостью AVG-VV

Термоэлектрический холодильник

Пироэлектрические датчики используются в портативных холодильниках, называемых морозильными камерами, и работают по принципу эффекта Пельтье.

Эти устройства работают по-разному, имеют подключение 12 В и бесшумны. Поскольку потребляемая мощность относительно велика, этот вид бытовой техники не подходит для длительного хранения.

Эти устройства питаются напрямую от 12 В постоянного тока и поэтому подходят для использования в транспортных средствах. Теоретически они бесшумны в работе, но питаются от вентиляторов, которые издают некоторый шум.

Обратной стороной является неэффективность: в то время как холодильник с компрессором потребляет 0,5 Вт для обеспечения 1 Вт «мощности охлаждения», один элемент Пельтье потребляет более 2 Вт для обеспечения такой же мощности. Поэтому использование этих устройств в домашних условиях не является технически обоснованным вариантом.

Охлаждающая способность этих устройств намного ниже, чем у других моделей. Даже при комнатной температуре 20°C его нельзя охладить до 6°C. Термоэлектрические холодильники не подходят для охлаждения скоропортящихся продуктов.

Абсорбционный холодильник

Абсорбционные холодильники работают на смеси воды и аммиака в атмосфере водорода. Аммиак и вода разделяются путем подвода тепла (например, газового пламени, электрического нагревателя, солнечного тепла) к газообразному аммиаку и воде в нагревательной камере.

Затем жидкая вода и газообразный аммиак проходят через различные системы трубопроводов. Газообразный аммиак конденсируется в конденсаторе по мере его охлаждения. Устройство рассеивает тепло в окружающую среду.

Жидкая вода течет по тонкой трубке в испарителе внутри морозильной камеры. Там он вступает в контакт с водородом и испаряется из-за низкого парциального давления.

Водород используется для балансировки давления. В этот момент кормилец успокаивается. Затем газообразный аммиак направляют в абсорбер, а охлаждающую воду возвращают из реактора в раствор.

Абсорбционные холодильники чаще используются в транспортных средствах или туристическом снаряжении и менее эффективны в электрическом режиме, чем компрессорные холодильники.

Если эти устройства напрямую используют газ или отработанное тепло двигателя, они так же эффективны, как и компрессорные агрегаты, благодаря прямому использованию первичной энергии.

Поскольку эти модели не имеют никаких движущихся частей, кроме рабочей жидкости, они практически бесшумны. Это свойство обеспечивает широкий спектр применений, таких как мини-бары в гостиничных номерах. Бензиновые абсорбционные холодильники также доступны в отдаленных районах.

Преимущества абсорбционных чиллеров:

• Тихий и без вибраций,
• Также может работать на топливном газе (пропане),
• Нет быстроизнашивающихся частей.

Недостатки абсорберов системы охлаждения:

• низкий КПД и, следовательно, высокое энергопотребление,
• Потери мощности при температуре наружного воздуха 35 °С,
• Чувствительность к движению и наклону,
• Определить конструкцию абсорбера системы охлаждения,
• Потому что стоимость производства дороже, чем аналогичные устройства сжатия.

Холодильник с компрессором

Компрессорные холодильники чаще используются в быту и на производстве. Это работает как поглотитель, но эффективно. Газ остывает быстрее и лучше.

В холодильнике с компрессором газообразный хладагент адиабатически сжимается компрессором и нагревается. Конденсатор состоит из охлаждающего змеевика, установленного на задней части устройства, который отводит тепло в окружающую среду.

Затем жидкость из конденсатора проходит через дроссельный клапан (расширительный клапан или капиллярную трубку) в испаритель внутри шкафа для декомпрессии. Здесь испаряющийся хладагент поглощает необходимую теплоту испарения (кипящего охлаждения) из холодильной камеры и в виде газа поступает во внешний компрессор.

Компрессорный холодильник работает аналогично тепловому насосу. Отличается только использованием теплообменника. Температура регулируется термостатом, который включает или выключает компрессор в зависимости от желаемой температуры.

Читайте также: Регулировка двери холодильника Индезит

Принцип действия

Лопасти вентиляторного колеса нагнетают воздух в кольцевое пространство. Лопасти крыльчатки вентилятора расположены в цилиндрическом коллекторе и предназначены для направления воздушного потока.
Коллектор соединен с секцией теплообмена через диффузор. Диффузор представляет собой перевернутый четырехугольный конус, который способствует выравниванию скорости воздуха перед входом в секцию.
Диффузор вентиляторного коллектора крепится к раме. Секция теплообменника соединена с той же рамой. Вентилятор с двигателем расположен на специальной раме.

Воздух, проходящий через эту секцию, нагревается, а продукт в трубе охлаждается или конденсируется.
Для изменения расхода воздуха в секции АВО на вентилятор устанавливается регулятор скорости вращения лопастей или преобразователь частоты.

Кроме того, можно регулировать объем подачи воздуха, изменяя угол поворота лопастей вентилятора или устанавливая специальные приспособления (жалюзи). Они следуют за секцией теплообмена и могут регулироваться вручную или с помощью электромеханических приводов.

Кстати, прочтите, пожалуйста, и эту статью: AVOG — Газовый воздухоохладитель

Конструкция воздухоохладителя и количество теплообменных секций могут различаться, но принцип работы всегда остается одним и тем же.

Виды холодильников

Когда реакцию проводят при температуре кипения реакционной смеси, но жидкость не отгоняют, применяют реверсивные или восходящие холодильники, обеспечивающие конденсацию пара и стекание сконденсировавшейся воды обратно в реактор по стенкам холодильника.

Дефлегматор — это холодильник, используемый для частичной конденсации легкой части паров флегмы.

Простейшим типом лабораторного холодильника является воздухоохладитель, который обычно представляет собой стеклянную трубку, охлаждаемую окружающим воздухом. Он специально разработан для работы с жидкостями с высокой температурой кипения (предпочтительно с температурой кипения не менее 300°C), которые могут треснуть из-за большой разницы температур при использовании кулера для воды.

тип холодильника:

• Холодильник Либиха — доступен как в прямом, так и в обратном направлении
• холодильник Веста — модификация холодильника Либиха, отличающаяся изогнутыми трубками. Примерно в два раза выше производительность, но менее пригоден для фракционной перегонки, так как часть конденсата остается в отводе.
• Холодильник Аллина (Шар)
• Грэм холодильник
• Димроуз холодильник
• Фридрих холодильник
• Холодильник Штадлер
• холодильник Ширма-Хопкинса
• Погружной охладитель «Охлаждение пальцев»

Обратный и прямой холодильник

В зависимости от принципа работы химический холодильник может быть:

• прямой;
• отзыв;
• общий.

Холодильники прямого (другое название – нисходящие) используются для разделения жидкостей на низкокипящие и высококипящие компоненты.

Во время высокотемпературной реакции используется обратный холодильник, а пар возвращается в реактор (стеклянную колбу). Конечно, кипячение можно проводить и в закрытой емкости, но это с большой долей вероятности может привести к взрыву реактора из-за избыточного давления.

Полезность этих двух устройств определяется их конструктивными различиями. Обратный холодильник устанавливают вертикально над колбой с кипящей жидкостью, позволяя сконденсировавшимся парам стекать вниз. Прямой холодильник монтируют под углом, чтобы жидкости могли свободно стекать в ресивер.

Универсальные устройства предназначены для использования в качестве холодильников прямого и обратного действия.

Холодильник Либиха

Другие названия этого устройства с понижающим охлаждением — прямоточные охладители или охладители с прямыми трубками (SRT). Его изобрел немецкий химик Юстус фон Либих. Конструкция устройства состоит из двух стеклянных трубок, впаянных одна в другую. Внутренняя трубка заполнена парами кипящей жидкости, а проточная вода циркулирует во внешней трубке.

Данная конструкция имеет широкий спектр применения и может использоваться в составе оборудования для проведения простой или вакуумной перегонки.

Холодильник Аллина

Другое название – «шарик» устройства произошло от формы внутренней трубки, напоминающей шары, соединенные последовательно. Такая конструкция позволяет увеличить площадь теплообмена и повысить производительность. Но из-за наклонной установки в сфере будет скапливаться конденсат, поэтому холодильник Allin можно использовать только в перевернутом виде.

Змеевиковый холодильник

Лорен Р. Грэм по-другому изменила конструкцию простого химического холодильника, поместив внутрь трубки стеклянный змеевик. Его конденсация происходит намного быстрее, чем на постоянном токе или шаре, но из-за капиллярного эффекта устройство можно использовать только как нисходящее устройство.

Холодильный агрегат Städeler представляет собой вариант спирального холодильника. Здесь в качестве теплоносителя используется лед с поваренной солью или твердая углекислота с ацетоном. Используется для жидкостей с низкой температурой кипения.

Дефлегматор Димрота

По конструкции он похож на спиральный (змеевиковый) холодильник, но фракционатор Димрота работает немного иначе.

Этот холодильник представляет собой колбу со спиралью, которая охлаждается водой. Витки спирали могут быть удлиненными или плотно намотанными в зависимости от применения. Жидкий пар конденсируется в спираль и выходит через отверстие в дне колбы. Температура легко регулируется благодаря штуцеру термометра, расположенному в верхней части колбы.

Пальцеобразный холодильник

Это устройство также известно как «охлаждающий палец» или иммерсионный охладитель. Имеет множество преимуществ: компактный размер, не требует специальной фиксации в системе охлаждения

Воздушный и водяной холодильники

В зависимости от используемых охладителей, охлаждающие устройства делятся на с воздушным и водяным охлаждением.

Воздухоохладители могут применяться в химической промышленности для синтеза каучука, спирта, перегонки нефти или для снижения затрат на очистку, перекачку и умягчение воды в районах с ограниченными водными ресурсами. Такое оборудование просто в обслуживании, не требует больших затрат на ремонт и обслуживание, имеет больший срок службы, чем кулеры для воды.

Если реакция конденсации происходит при температуре выше 150°C, водяное охлаждение приведет к разрушению стекла из-за резких перепадов температуры. В этом случае используйте воздушный охладитель. В зависимости от конструкции он может быть постоянным или сферическим.

Устройство водяного охлаждения использует проточную воду в качестве хладагента. Его используют не только в лабораторных опытах, но и в промышленности или медицине, например, для получения дистиллированной воды. Они изготавливаются в любом из перечисленных выше дизайнов.

Важное замечание: Независимо от конструкции холодильника вода или другой необходимый хладагент подается в конденсатор снизу вверх, чтобы рубашка была полностью заполнена и агрегат мог работать эффективно.

Расчет параметров системы

Расчеты необходимы для того, чтобы колонна давала продукт прочности до 95°, свободный от сивушных масел и других примесей. При этом не захлебывается, имеет лучшую скорость протяжки.

внимание. Скорость перегонки любой самодельной ректификационной колонны, представленной на рынке, в несколько раз ниже, чем у дистиллятора.

Это связано с необходимостью повторного выпаривания спиртовой жидкости несколько раз.

Производительность и качество работы зависят от:

• высота и диаметр царги;
• правильный расчет насадок;
• мощность нагрева;
• Объем перегонного куба.

Размеры трубы и насадки

для обеспечения правильного армирования и разделения допустимая высота царги ящика составляет 1 — 1,5 м, независимо от внутреннего сечения. Эти параметры были определены путем обширных экспериментов.

на меньших высотах защититься от пробития фюзеляжа в готовое изделие не получится, т.е не будет достигнута должная чистота выбора. Это не дает лучшей производительности, если вы увеличиваете высоту, вместо этого увеличивается количество головных фракций. Короче говоря, каждый сантиметр, добавленный к колонке, снижает разделительную способность оборудования и негативно влияет на скорость доставки.

допустимые параметры внутреннего диаметра трубы — 28-52 мм. Именно такие размеры используются при производстве бытовых дозаторов.

Есть формула: производительность, миллилитров отработанного продукта в час и мощность (ватт), равная площади поперечного сечения (сечения) трубы в квадратных метрах мм, т е. — пропорциональна квадрату его диаметра.

При выборе или построении колонны рассчитайте диаметр (внутренний). Он не будет работать должным образом, если отклонение велико.

Особенность конструкции

Кожухотрубный охладитель представляет собой прямоточный охладитель. Просто внутри его оболочки вместо одной трубки находится сразу несколько. В данном случае 6.

Итак, мы имеем положительные стороны прямоточного дистиллятора — отсутствие пробок конденсата, высокая производительность и экономичность. В то же время добавляется преимущество компактной катушки.

Из недостатков могу отметить более дорогое и сложное производство.

данный охладитель имеет производительность 2,2 л/ч и расход воды 50 л/ч при перегонке браги.

Расчет параметров системы

Расчеты необходимы для того, чтобы колонна давала продукт прочности до 95°, свободный от сивушных масел и других примесей. При этом не захлебывается, имеет лучшую скорость протяжки.

внимание. Скорость перегонки любой самодельной ректификационной колонны, представленной на рынке, в несколько раз ниже, чем у дистиллятора.

Это связано с необходимостью повторного выпаривания спиртовой жидкости несколько раз.

Производительность и качество работы зависят от:

• высота и диаметр царги;
• правильный расчет насадок;
• мощность нагрева;
• Объем перегонного куба.

Размеры трубы и насадки

для обеспечения правильного армирования и разделения допустимая высота царги ящика составляет 1 — 1,5 м, независимо от внутреннего сечения. Эти параметры были определены путем обширных экспериментов.

на меньших высотах защититься от пробития фюзеляжа в готовое изделие не получится, т.е не будет достигнута должная чистота выбора. Это не дает лучшей производительности, если вы увеличиваете высоту, вместо этого увеличивается количество головных фракций. Короче говоря, каждый сантиметр, добавленный к колонке, снижает разделительную способность оборудования и негативно влияет на скорость доставки.

допустимые параметры внутреннего диаметра трубы — 28-52 мм. Именно такие размеры используются при производстве бытовых дозаторов.

Есть формула: производительность, миллилитров отработанного продукта в час и мощность (ватт), равная площади поперечного сечения (сечения) трубы в квадратных метрах мм, т е. — пропорциональна квадрату его диаметра.

При выборе или построении колонны рассчитайте диаметр (внутренний). Он не будет работать должным образом, если отклонение велико.

Насадка

Он не только увеличивает воздействие паров спирта на флегму, но и должен быть присоединен к определенной колонке. При получении спирта в домашних условиях выбирайте форсунки с контактной поверхностью 1,5 – 4 м² на литр ректифицированного продукта.

Очистка улучшается, если брать больше, но снижается и без того низкая скорость перегонки. Если не получить 1,5м2, то разделение и укрепление упадут, т.к чистый спирт не подойдет.

При использовании только переключателей ответвлений скрученные полотна обычно вставляются послойно снизу — от куба к узлу отбора. Отношение СПН к внутреннему диаметру меньше в 13-15 раз. То есть толщина проволоки 0,25мм, диаметр трубы 50мм-3,5х3,5, а диаметр СПН выбирается;40мм-3х3;28-32мм-2х2.

внимание. Для различных задач используют свои насадки.

Например, при перегонке (перегонке) зернового сырья следует применять медные РПН или СПН, кольцевые и седельные насадки. Для выпрямления — РПН+СПН, обрезать проволочное полотенце.

Подбираем объем перегонного куба

Ректификация происходит после первой перегонки, при которой получается спирт-сырец. Влейте 40-градусную жидкость. Количество насадок для предотвращения попадания готового продукта в фюзеляж рассчитывается из расчета от 10 до 20 кубов спиртосодержащего концентрата.

Допускается только 2/3 исходного вина, а тару следует выбирать в соответствии с используемым ящиком. Расчет для колонны с диаметром трубы 1,5 м:

• 50 мм — не менее 30 и не более 60 литров. Необходим объем 40-80 литров;
• 40 мм – от 17 до 34 литров кубы до 50 литров;
• 32 мм – от 10 до 20 литров кубы до 30 литров;
• 28 мм – до 14 литров. Необходим куб объемом не более 18 литров.

в случае минимального объема можно использовать трубы длиной не 1,5, а 1-1,2 м.

Чем греть и на какой мощности?

Ректификация не является дистилляцией и позволяет нагревать плитку различных производств и даже сжигать дрова. Для Республики Казахстан необходимо выполнение нескольких обязательных условий:

• Убедитесь в том, чтобы нагреться как можно быстрее;
• Нагрев можно настроить для качественного разделения спирта на фракции;
• Безопасен — от возгорания и взрыва, учитывая тот факт, что в кубе — не слабоалкогольная паста, а крепкое базовое вино.

В связи с этим необходимо выбирать источник отопления из множества вариантов с учетом таких требований:

1. дровяной печью. Оно было безоговорочно отклонено, так как не соответствовало каким-либо требованиям.
2. Газовые плиты. Не подходит, потому что нельзя точно контролировать тепло и существует высокий риск взрыва.
3. Электрическая плита не соответствует требованиям, так как она работает, полностью прекращая нагрев и возобновляя его после того, как температура упадет ниже критического уровня (вспомните звук «щелчка», который издает электрическая плита). При прекращении подачи электроэнергии, вместо того, чтобы постепенно сливать мокроту, как предлагает технология, она распадается, не исправляется вовсе или приходится начинать все сначала — с использованием другого источника тепла.
4. Индукционную плиту можно использовать «растягивать». У него нет плавного изменения мощности, правильное выпрямление должно быть плавным, не более 10 Вт за раз.
5. Нагревательный элемент с регулировкой, стабилизацией напряжения и плавным изменением нагрева 5-10 Вт – лучшее решение. Ими следует оснастить РК.

При выборе мощности имейте в виду: чтобы быстро нагреть куб, нужен ТЭН мощностью один киловатт на 10 литров жидкости. Это:

• на 50 литров (из них 40 литров) требуется ТЭН мощностью 4 кВт.
• 40 литров (оптимально 30 литров) — 3 кВт.
• 30 (до 23 литров) — 2,5 кВт.
• 20-25 (15-20 литров) — 1,5 кВт.

Применение

При работе с жидкостями с температурой кипения ниже 180°С применяют водоохладители различной формы — Либиговского, шаровые, змеевиковые и др. для перегонки с наклонным холодильником наиболее пригоден холодильник Либиха (кроме перегонки жидкостей с очень низкими температурами кипения, например диэтилового эфира). Пальцевые охладители часто используются в качестве охладителей флегмы или для конденсации паров в процессах сублимации

Заключение

Химия широко используется в повседневной жизни современного человека. Мало того, что реакция современной домохозяйки, использующая взаимодействие соды и кислоты для придания блеска выпечке, так еще и лабораторное оборудование нашло ей применение. Например, те, кто предпочитает домашний алкоголь магазинному, используют химический холодильник.