Chłodnictwo przemysłowe zapewnia siłę chłodniczą agregatów chłodniczych i jest niezbędne do sprawnego funkcjonowania niektórych z najważniejszych gałęzi przemysłu na świecie.
Chłodnictwo przemysłowe obejmuje całą gamę procesów, od chłodzenia wysokotemperaturowego po zamrażarki niskotemperaturowe. Chłodnictwo przemysłowe to duży sektor działalności: Jego znaczenie i wpływ w takich branżach jak przetwórstwo spożywcze czy budownictwo są nie do przecenienia.
Chłodziarki są ważne dla zapewnienia właściwych temperatur dla danego urządzenia lub narzędzia. W rzeczywistości, jeśli proces chłodzenia nie przebiega prawidłowo, zagrożony jest cały proces chłodniczy. Może to mieć wpływ na inne ważne procesy w zakładzie. Natomiast, gdy wszystko jest wystarczająco schłodzone, wszystko przebiega optymalnie.
Czy wiesz, że systemy chłodnicze są głównym odbiorcą energii elektrycznej w większości obiektów przemysłowych? Według amerykańskiego Departamentu Energii zużywają one około 20 procent całkowitej energii elektrycznej wytwarzanej w Ameryce Północnej.
Ze względu na swój techniczny i złożony charakter, przemysłowe procesy chłodnicze mogą stanowić wyzwanie dla tych, którzy zajmują się ich codziennym funkcjonowaniem. Ta specjalistyczna dziedzina zajmuje się wieloma poziomami instalacji, części, sieci i ostatecznie kosztów.
Podstawy chłodnictwa przemysłowego
Przemysłowe procesy chłodnicze są stosowane w głównych gałęziach przemysłu, od produkcji i technologii po żywność i chemię. Chłodnictwo przemysłowe jest również ważnym elementem każdego procesu, w którym konieczne jest utrzymanie niskich temperatur w celu przechowywania produktów w chłodni. Jednocześnie, agregaty chłodnicze odgrywają dużą rolę w chłodzeniu przemysłowym.
Zanim przejdziemy do konkretów, dobrze jest zrozumieć podstawowe procesy chłodnicze. Obejmują one proces cyklu chłodniczego i sposób transportu energii cieplnej z jednego miejsca do drugiego. Kolejną rzeczą, którą należy zrozumieć, są kluczowe elementy wszystkich systemów chłodniczych.
Zgodnie z podstawową definicją, chłodzenie jest procesem usuwania ciepła z materiału, substancji lub przestrzeni. W procesach przemysłowych, agregaty chłodnicze są wykorzystywane do usuwania ciepła z określonego procesu lub materiału. Chillery wykorzystują obieg chłodniczy, który działa w oparciu o system sprężania par lub system absorpcyjny do chłodzenia lub osuszania powietrza. Ogólna zasada działania chłodzenia polega na tym, że ciecz przekształcająca się w gaz usuwa ciepło z lokalnej substancji lub przestrzeni. Przegląd prostego cyklu chłodniczego i jego komponentów pomoże to wyjaśnić.
W każdym układzie chłodniczym występują cztery kluczowe elementy:
- Sprężarka.
- Skraplacz.
- Zawór rozprężny.
- Parownik.
W obiegu chłodniczym czynnik chłodniczy przepływa przez sprężarkę. Sprężarka jest sercem każdego systemu i zazwyczaj jest napędzana silnikiem elektrycznym. Proces ten powoduje podniesienie ciśnienia czynnika chłodniczego.
Ze sprężarki czynnik chłodniczy przepływa przez skraplacz. W skraplaczu zmienia on postać z parowej na ciekłą i wydziela ciepło. W przypadku chłodzonych powietrzem procesowych agregatów chłodniczych, para ma wyższą temperaturę niż powietrze przepływające przez skraplacz. W przypadku chłodzonych wodą chłodziarek procesowych, para czynnika chłodniczego ma wyższą temperaturę niż woda przepływająca przez skraplacz.
Po przejściu czynnika chłodniczego przez skraplacz, przechodzi on przez zawór rozprężny (nazywany również urządzeniem dozującym) i spada jego ciśnienie.
Ostatni krok? Czynnik chłodniczy przemieszcza się do parownika, pobierając ciepło i powodując jego odparowanie. Parownik odbiera ciepło z obszaru, który wymaga chłodzenia. Następnie czynnik chłodniczy wraca do sprężarki i cykl zaczyna się od nowa.
W ten sposób opisany jest podstawowy cykl chłodniczy. W zastosowaniach przemysłowych proces ten może być jednak bardziej złożony. Wynika to z kilku powodów:
W przypadku zastosowań przemysłowych, duże obciążenia pracujące w długich okresach czasu wymagają znacznie większych zasobów w celu poprawy wydajności.
- Wymagane mogą być niższe temperatury, co wymaga zastosowania dużych ilości izolacji.
- W przypadku wielostopniowych systemów chłodzenia konieczne może być zastosowanie kilku sprężarek i parowników.
- W związku z tym w przemysłowych systemach chłodniczych stosowane są inne jednostki i urządzenia. Mogą one obejmować:
- Odbiorniki cieczy. Są to urządzenia umieszczone w pobliżu skraplaczy, które odbierają i przechowują ładunek czynnika chłodniczego.
- Pułapka ssawna. Syfon ssawny zapobiega przedostawaniu się ciekłego czynnika chłodniczego do sprężarki. Zwykle znajduje się on w pobliżu parownika i sprężarki.
- Odbiorniki niskiego ciśnienia. Zbiornik niskociśnieniowy pomaga oddzielić ciecz od pary, stosowany głównie w układach nadmiaru cieczy.
Teraz, gdy zasady działania przemysłowego systemu chłodniczego zostały już zrozumiane, należy rozważyć zastosowania, w których wykorzystywane są agregaty chłodnicze.
Zastosowanie agregatów chłodniczych w aplikacjach przemysłowych
Chłodnictwo przemysłowe jest stosowane w wielu branżach, od przetwórstwa spożywczego, chemicznego, farmaceutycznego i produkcji tworzyw sztucznych po budownictwo.
W tych branżach agregaty chłodnicze chłodzone wodą odgrywają ważną rolę w procesach wymagających schłodzenia dużej ilości wody. Od małych, jednotonowych jednostek do dużych, tysiąctonowych rozmiarów, agregaty chłodnicze chłodzone wodą mają szeroki zakres rozmiarów i są zwykle instalowane w pomieszczeniach. Chociaż są wydajne i działają przez długi czas, agregaty chłodzone wodą są zazwyczaj droższe ze względu na wymaganą konserwację.
Przetwórstwo żywności to duży rynek dla przemysłowych procesów chłodniczych. Od mleczarni i browarów po winiarnie i piekarnie, chłodzenie jest niezbędne w tych zastosowaniach. Jako przykład rozważmy przemysł mleczarski i jeden z jego ukochanych produktów: ser.
Ser jest przetwarzany w pięciu fazach. Obejmują one:
- Przygotowanie i przetwarzanie mleka (pobranie).
- Proces pasteryzacji.
- Proces chłodzenia wodą (solankowanie).
- Dojrzewanie.
- Przechowywanie produktu.
Ser wymaga schłodzonej wody technologicznej - nie tylko do produkcji samego sera, ale również do przedłużenia żywotności używanego sprzętu. Schłodzona woda ma również decydujące znaczenie dla zahamowania rozwoju bakterii i ogólnego obniżenia kosztów energii. Chłodzenie jest wymagane do przetwarzania sera w fazie dojrzewania, w której może on być przechowywany przez pewien okres czasu w temperaturze od 50 do 68°F (10 do 20°C).
Podobny wieloetapowy proces występuje w przemyśle winiarskim i spirytusowym. Na przykład, podczas procesu fermentacji, ciepło jest usuwane. W przypadku piwa, aby podtrzymać proces fermentacji, temperatura musi być utrzymywana na poziomie od 7 do 13°C (45-55°F). Chłodzenie jest również niezbędne do schłodzenia miejsca przechowywania piwa. Podobnie, wino musi być przechowywane w chłodni w temperaturze około 50°F (10°C). Wymaga również procesu stabilizacji na zimno w celu wytrącenia dwuwinianu potasu. (Aby wspomóc ten proces, wino musi być schładzane w temperaturze około 25°F [-3°C] przez 10 dni).
Inne ważne zastosowanie chłodnictwa ma miejsce w zakładach produkcyjnych, gdzie procesy chłodzenia są niezbędne do przeprowadzenia testów środowiskowych w ekstremalnych warunkach. Przykładem może być testowanie wysokich i niskich temperatur lub wysokich i niskich odczytów wilgotności. Chłodzenie może być również wymagane podczas formułowania niektórych materiałów, takich jak tworzywa sztuczne i metale.
W przemyśle budowlanym procesy chłodzenia są wymagane do utwardzania betonu, gdzie substancje takie jak piasek, cement, żwir i woda są schładzane. Chłodzenie jest również konieczne do zamrażania mokrej gleby, aby można było bezpiecznie prowadzić wykopy.
Firmy z branży chemicznej i farmaceutycznej muszą spełniać określone wymogi prawne - specyficzne dla systemów chłodniczych - dlatego też mają duże zapotrzebowanie na przemysłowe procesy chłodnicze. Od kondensacji gazów do kontroli wilgotności niektórych substancji chemicznych, potrzeba dużych instalacji chłodniczych jest niezbędna.
Podsumowując, skąd wiesz, jaki agregat chłodniczy jest odpowiedni dla Twojej konkretnej branży lub zastosowania? Oto kilka rzeczy do rozważenia:
- Jakie znaczenie ma precyzyjna kontrola temperatury jako część procesu produkcyjnego?
- Czy występuje duża fluktuacja wymagań dotyczących obciążenia cieplnego?
- Czy źródło chłodzenia jest odseparowane od trudnych warunków otoczenia?
Po zapoznaniu się z podstawową wiedzą na temat chłodnictwa przemysłowego i działania procesu chłodzenia, łatwo zrozumieć, że jego zastosowanie jest niezbędne dla sprawnego funkcjonowania niektórych z najważniejszych gałęzi przemysłu na świecie. Poznaj popularne rozwiązania chłodnictwa przemysłowego.
