Войти
Перекачиваемый лед (PI) технология - это технология производства и использования жидкостей или вторичных хладагентов, также называемые охлаждающими жидкостями, с вязкостью воды или желе и охлаждающей способностью льда. Перекачиваемый лед обычно представляет собой суспензию кристаллов или частиц льда размером от 5 микрометров до 1 см в диаметре и транспортируется в рассоле, морской воде, пищевой жидкости или пузырьках газа воздуха., озон или углекислый газ.
Перекачиваемый лед, пропускаемый через пластиковые трубки Помимо общих терминов, таких как перекачиваемый, желе или жидкий лед, существует множество товарных знаков названий таких охлаждающих жидкостей, таких как «Deepchill», «Beluga», « optim »,« поток »,« жидкость »,« желе »,« бинарный »,« жидкий »,« maxim »,« взбитый »и« пузырьковая суспензия ». Эти товарные знаки авторизованы промышленными производителями льда в Австралии, Канаде, Китае, Германии, Исландии, Израиле, России, Испании, Великобритании и США.
Есть два относительно простых метода производства льда, который можно перекачивать. Первый заключается в производстве обычно используемых форм твердого кристаллического льда, например пластинчатого, трубчатого, скорлупного или чешуйчатого льда, путем его измельчения и смешивания с водой. Эта смесь льда различной концентрации и размеров частиц (кристаллы льда могут иметь длину от 200 мкм до 10 мм) перекачивается насосами из резервуара для хранения в потребитель. В этой ссылке описаны конструкции, характеристики и области применения современных обычных льдогенераторов :
Идея второго метода заключается в создании процесса кристаллизации внутри объема. охлажденной жидкости. Эта кристаллизация внутри может быть выполнена с использованием вакуума или технологий охлаждения. В вакуумной технологии очень низкое давление заставляет небольшую часть воды испаряться, а оставшаяся вода замерзает, образуя смесь воды и льда. В зависимости от концентрации добавки конечная температура перекачиваемого льда составляет от нуля до –4 ° C. Большой объем пара и рабочее давление около 6 мбар (600 Па ) требуют использования компрессора водяного пара с большим рабочим объемом. Эта технология является экономически разумной и может быть рекомендована для систем с холодопроизводительностью 1 МВт (300 тонн холода ; 3,5 миллиона БТЕ / ч ) или более.
Кристаллизация путем охлаждения может осуществляться с использованием прямых или косвенных систем.
A хладагент впрыскивается непосредственно внутрь жидкости
Преимущество этого метода - отсутствие какого-либо промежуточного устройства между хладагентом и жидкостью. Однако отсутствие потерь тепла между хладагентом и жидкостью в процессе теплового взаимодействия (теплопередача ) может вызвать проблемы. меры безопасности, которые необходимо реализовать, необходимость дополнительной стадии отделения хладагента и трудности с получением кристаллов являются дополнительными недостатками этого метода.
Перекачиваемый лед высокой концентрации В косвенных методах испаритель (теплообменник -кристаллизатор) монтируется горизонтально или вертикально. Он имеет кожухотрубную трубку в сборе с одной или сотней внутренних трубок и содержит хладагент, который испаряется между кожухом и внутренней трубкой. Жидкость течет по трубке малого диаметра. Во внутреннем объеме испарителя происходит охлаждение, переохлаждение и замораживание жидкости за счет теплообмена со стенкой, охлаждаемой кристаллизатором.
Идея состоит в том, чтобы использовать хорошо отполированную поверхность испарителя (динамический скребковый теплообменник ) и соответствующие механизмы для предотвращения прилипания трубок к ледяным зародышам и предотвратить рост и утолщение льда на внутренней охлаждающей поверхности. В качестве механизма для снятия обычно используется стержень, винт или вал с металлическими или пластиковыми грязесъемниками.
Технологии косвенного перекачивания льда производят перекачиваемый лед, состоящий из кристаллов размером от 5 до 50 микрометров, и имеют ряд преимуществ: они могут производить 1000 кг кристаллического льда при низких затратах энергии от 60 до 75 кВтч вместо 90–130 кВтч, необходимых для производства обычного водяного льда (пластинчатый, чешуйчатый, скорлупа). Ожидается, что дальнейшие улучшения приведут к удельным расходам энергии на производство льда от 40 до 55 кВтч на 1000 кг чистого льда и к высокой удельной емкости льда на величину площади поверхности охлаждения испарителя (до 450 кг / (м · ч).
Промышленные испарители двухтрубного типа, используемые в пищевой и рыбной промышленности, имеют внутренний диаметр внутренней трубы и длину в диапазоне от 50–125 мм до 60–300 см. Для депарафинизации смазочного масла широко используются испарители следующих размеров: внутренний диаметр внутренней трубки 150–300 мм; длина 600–1200 см.
Иногда в жидкость, протекающую через испаритель, можно добавить газ. Он разрушает жидкий ламинарный слой на охлаждаемой поверхности теплообменника-кристаллизатора, увеличивает турбулентность потока и снижает среднюю вязкость перекачиваемого льда.
Различные жидкости, такие как морская вода, сок, рассолы или гликоль растворы добавок с концентрацией более 3-5% и точкой замерзания менее -2 ° C используются в процессе.
Обычно оборудование для производства, накопления и подачи перекачиваемого льда включает в себя льдогенератор, резервуар для хранения, теплообменник, трубопроводы, насосы, электрические и электронные приборы и устройства.
Перекачиваемый лед с максимальной концентрацией 40% можно перекачивать прямо из льдогенератора к потребителю. Конечная возможная концентрация льда перекачиваемого льда в резервуаре для хранения составляет 50%. Максимальное значение охлаждающей энергии перекачиваемого льда, накопленного в резервуаре для хранения в гомогенной фазе, составляет около 700 кВтч, что соответствует объему резервуара для хранения 10–15 м3. смеситель с большим усилием сдвига используется для предотвращения отделения льда от охлажденной жидкости и сохраняет концентрацию льда неизменной с течением времени и не зависит от высоты резервуара. Перекачиваемый лед транспортируется из резервуара для хранения к месту потребления, которое может находиться на расстоянии сотен метров. Практическое соотношение между необходимой электрической мощностью двигателя погружной электромешалки (кВт) и «замешанным» перекачиваемым объемом льда (м) составляет 1: 1.
В резервуарах объемом более 15 м перекачиваемый лед не смешивается, а холодная энергия хранимого льда используется только для теплопередачи жидкости, которая циркулирует между резервуаром-хранилищем и потребители холода. К недостаткам существующих ледохранилищ можно отнести следующие:
Хаотичный неконтролируемый подъем ледяных гряд, возникающих из-за неравномерного разбрызгивания теплой жидкости. Эта жидкость подается в резервуар для хранения из теплообменника для дальнейшего охлаждения путем прямого контакта с поверхностью льда. Раствор распыляется в пространстве неравномерно. Более того, скорость предложения не постоянна. Поэтому лед тает неравномерно. Таким образом, ледяные шипы поднимаются над поверхностью льда, что приводит к разрушению распылительных устройств. В этом случае необходимо снизить уровень раствора в емкости для хранения, чтобы избежать поломки распылительных устройств.
Лед, скопившийся в резервуаре, превращается в большой кусок. Теплая жидкость, которая поступает из системы кондиционирования воздуха, может образовывать каналы, по которым жидкость может возвращаться в систему без охлаждения. В результате накопившийся лед не используется полностью.
Неэффективное использование объема накопительной емкости приводит к снижению достижимого максимума сплоченности льда и невозможности заполнения всего рабочего объема накопительной емкости.
Исследования и разработки по преодолению этих недостатков продолжаются и, как ожидается, приведут к массовому производству дешевых, надежных и эффективных накопительных резервуаров. Эти резервуары должны обеспечивать более высокую концентрацию льда и позволять полностью использовать накопленный холодный потенциал.
Многие производители льдогенераторов, исследовательские центры, изобретатели работают над технологиями перекачивания льда. Благодаря их высокой энергоэффективности, уменьшенному размеру и малой заправке хладагента эта технология имеет множество применений.
Существуют различные конструкции льдогенераторов с насосом и множество специальных областей применения. Выбор облегчают компьютерные программы, разработанные производителями.
Заказчик, который намеревается использовать технологию перекачивания льда, должен знать:
При проектировании резервуаров для хранения следует учитывать несколько особенностей Следует принять во внимание:
Толщина стенки испарителей обычно определяется для обеспечения:
Испарители обычно дешевле, если у них меньший диаметр корпуса и большая длина трубы. Таким образом, испаритель льдогенераторов с насосом обычно имеет максимальную физическую длину, но не превышает производственных возможностей. Однако существует множество ограничений, включая доступное пространство на площадке заказчика, где будет использоваться насосный льдогенератор.
Ледогенератор с насосом имеет профилактическое обслуживание и требования к очистке. Условия эксплуатации конкретного оборудования определяют межсервисные интервалы и виды обслуживания.
Правильное обслуживание холодильного агрегата льдогенератора с насосом продлит его срок службы, а текущее обслуживание может снизить вероятность аварийного обслуживания, вызванного отказом основных компонентов, например холодильного компрессора или двигателя вентилятора воздушного конденсатора. из-за грязного змеевика и утечки хладагента.
Возможные проблемы, вызванные несоблюдением обслуживания насосного льдогенератора с воздушным охлаждением:
В перекачиваемом льдогенераторе обработка жидкости используется для удаления частиц размером до 1 мкм и минимизации загрязнения поверхности теплопередачи испарителей. Пластинчатые теплообменники тоже нужно периодически разбирать и чистить. Правильная обработка жидкости до того, как она попадет в перекачиваемый льдогенератор или в пластинчатый теплообменник, поможет ограничить образование накипи, тем самым сократив время очистки и затраты на профилактическое обслуживание. Неправильный выбор размера системы жидкостного фильтра приводит к дорогостоящей ранней замене и снижению производительности.
Технологии перекачивания льда могут быть рекомендованы для очистки (осветления) отложений в сточных водах. В этом случае используется метод, включающий замораживание и дальнейшее плавление с последующим разделением жидкой и твердой фаз. Этот метод приводит к изменению физико-химической структуры донных отложений и реализуется за счет перераспределения любой формы связи влаги с твердыми частицами отложений. Не требует химического реагента. Замерзание осадка способствует увеличению количества свободной воды в осадке и повышает эффективность его осаждения. Большая часть влаги способна к диффузии при любых условиях. Следовательно, если скорость роста кристалла не превышает 0,02 м / ч, есть время для миграции влаги из коллоидных ячеек на поверхность кристалла, где она замораживается. После оттаивания осветленную воду можно использовать в промышленности и сельском хозяйстве. Концентрированные отложения поступают на пресс-фильтры для дальнейшего снижения их влажности.
Существующие коммерческие методы опреснения включают в себя многоступенчатое мгновенное испарение, компрессию пара, многоступенчатое испарение, обратный осмос и электродиализ. Теоретически замораживание имеет ряд преимуществ перед вышеупомянутыми методами. Они включают более низкую теоретическую потребность в энергии, минимальный потенциал коррозии и небольшое образование накипи или осаждения. Недостатком является то, что при замораживании смесь льда и воды механически усложняется как при перемещении, так и при обработке. Небольшое количество опреснительных станций было построено за последние 50 лет, но этот процесс не имел коммерческого успеха в производстве пресной воды для муниципальных нужд. Льдогенераторы с перекачиваемым льдом предлагают доступную альтернативу благодаря высокоэффективному процессу кристаллизации. Текущие модели, однако, не имеют необходимой мощности для промышленных опреснительных установок, но меньших моделей достаточно для небольших опреснительных нужд.
В настоящее время обратный осмос и технологии вакуумного испарения используются для концентрирования соков и других пищевых жидкостей. В коммерческих целях сок обычно концентрируется путем выпаривания. С 1962 года широко используется термически ускоренный кратковременный испаритель (TASTE). Испарители TASTE эффективны, гигиеничны, легко чистятся, обладают высокой производительностью, просты в эксплуатации и имеют относительно низкую стоимость. С другой стороны, существует некоторое тепловое повреждение продукта, вызванное обработкой паром при высокой температуре. Эта обработка приводит к ухудшению качества продукта и потере аромата. Из-за низкого значения коэффициента пленки между паром и обработанным соком теплообмен между ними очень неэффективен. Это приводит к громоздкому строительству ВКУСНЫХ заводов. Альтернативой является концентрирование сока и пищевой жидкости путем охлаждения и замораживания. В этом случае кристаллы чистой воды удаляются из сока, вина или пива путем кристаллизации. аромат, цвет и аромат остаются в концентрированной среде. Качество замороженных продуктов невозможно достичь никакими другими технологиями. Основными преимуществами по сравнению с другими технологиями замораживания являются низкие энергозатраты и возможность настройки скорости фазового перехода от жидкого льда к твердому, что, в свою очередь, увеличивает производство кристаллов чистого водяного льда и упрощает разделение концентрированного сока или пищевой жидкости и кристаллов льда.
В 1990-х годах замороженные газированные напитки и замороженные негазированные напитки стали пользоваться большой популярностью.
Производство (технологическое и холодильное оборудование) почти всех замороженных газированных напитков и замороженных негазированных напитков организовано как производство перекачиваемого льда.
Frozen Coke Устройство для замороженных газированных напитков было изобретено в конце 1950-х годов Омаром Кнедликом.
. Для производства замороженных газированных напитков смесь ароматизированного сиропа и угля используется газообразный диоксид (CO2) и фильтрованная вода. Обычно начальная температура смеси составляет 12–18 ° C. Газированная смесь подается в испаритель аппарата, затем замерзает на внутренней поверхности цилиндрического испарителя и соскребается лопастями - смесителями, вращающимися со скоростью от 60 до 200 об / мин. Во внутреннем объеме кристаллизатора поддерживается небольшое положительное давление (до 3 бар) для улучшения растворения газа в жидкости. В современных устройствах для замороженных газированных напитков используется обычный холодильный контур с капиллярной трубкой или термостатическим расширительным клапаном и, как правило, с воздушным конденсатором. Хладагент подается либо непосредственно в полость двустенного испарителя, либо в спиральный испаритель, намотанный на внешней поверхности кристаллизатора. Стенка испарителя изготовлена из нержавеющей стали марки SS316L, одобренной для контакта с пищевыми продуктами в соответствии с требованиями Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США . Температура испарителя от −32 до −20 ° C. Производители не раскрывают часовую производительность машин для замороженных газированных напитков, но затраты энергии на производство 10,0 кг замороженных газированных напитков могут составлять 1,5–2,0 кВтч.
После смешивания и замораживания в кристаллизаторе-миксере замороженный газированный напиток выливается через сопло в чашки. Конечный продукт представляет собой густую смесь взвешенных кристаллов льда с относительно небольшим количеством жидкости. Качество замороженного газированного напитка зависит от многих факторов, включая концентрацию, размер и структуру кристаллов льда. Концентрация водно-ледяной смеси определяется точно в соответствии с фазовой диаграммой раствора и может достигать 50%. Максимальный размер кристалла составляет от 0,5 мм до 1,0 мм. Начальная температура кристаллизации смеси зависит от исходной концентрации ингредиентов в воде и находится в диапазоне от -2,0 ° C до -0,5 ° C. Конечная температура продукта варьируется от –6,0 ° C до –2,0 ° C, в зависимости от производителя.
Интерес к замороженным газированным напиткам был отмечен в Индии. Правительство Индии запрещает добавление льда, полученного из муниципальной воды, в напитки из-за вероятности бактериологического заражения. Использование газированного напитка в виде замороженной колы предложило метод создания охлажденного льдом напитка в Индии.
Замороженный апельсиновый сок Первоначально замороженные газированные напитки производились с использованием фруктовых, овощных соков или напитков на основе кофе, чая или йогурта. Ведутся исследования по производству замороженного вина и пива.
Машины для замороженных негазированных напитков отличаются от машин для замороженных газированных напитков тем, что для них не требуется поддержание небольшого положительного давления в рабочем объеме испарителя, ни источника углекислого газа, ни специально обученного персонала. В остальном конструкция современных автоматов для замороженных негазированных напитков аналогична конструкции замороженных газированных напитков. Замороженные негазированные напитки часто имеют меньшую концентрацию льда и более жидкую воду, чем замороженные газированные напитки. Машины для замороженных негазированных напитков менее сложны и дешевле, чем устройства для замороженных газированных напитков, что делает их более распространенными.
Рынок производства мороженого неуклонно рос на протяжении 1990-х годов, и его стоимость составляет миллиарды долларов США.
Восемь основных видов мороженого рынками в мире являются США, Китай, Япония, Германия, Италия, Россия, Франция и Великобритания. Ключевыми конкурентами в отрасли являются Unilever и Nestle, которые вместе контролируют более одной трети рынка. В пятерку стран-потребителей мороженого входят США, Новая Зеландия, Дания, Австралия и Бельгия.
Современный дизайн промышленных фризеров для мороженого обеспечивает высокий уровень взаимодействия между машиной и оператором и высочайшее качество производимой продукции. мороженое. Производственный процесс производства мороженого включает пастеризацию, гомогенизацию и созревание смеси для мороженого. Приготовленная смесь поступает в промышленный двухтрубный скребковый кристаллизатор - теплообменник, в котором осуществляются процессы предварительного замораживания и сбивания мороженого. Жидкий хладагент испаряется и постоянно циркулирует в рубашке сосуда. Обычно начальная температура смеси для мороженого составляет 12–18 ° C. После включения морозильника температура кипения хладагента снижается до диапазона от -25 до -32 ° C. Конечная температура обработанной смеси в морозильной камере со скребковой поверхностью составляет около –5 ° C, с концентрацией льда около 30–50%, в зависимости от формулы. В процессе замораживания на внутренней холодной поверхности стенки кристаллизатора образуются кристаллы льда. Они удаляются ножами, смешиваются с массой и продолжают снижать ее температуру и улучшать теплопередачу внутри продукта.
Существуют также вращающиеся роторы, которые помогают взбивать смесь и вводить в нее воздух. Затем замороженный продукт поступает к дистрибьютору.
Качество мороженого и его гладкая текстура зависят от структуры кристаллов льда и их размеров, а также от вязкости мороженого. Вода замерзает из жидкости в чистом виде, как лед. Концентрация оставшейся жидкой сахарной смеси увеличивается из-за удаления воды, следовательно, точка замерзания дополнительно снижается. Таким образом, структуру мороженого можно описать как частично замороженную пену с кристаллами льда и пузырьками воздуха, занимающими большую часть пространства. Крошечные жировые шарики флокулируются и окружают пузырьки воздуха в виде дисперсной фазы. Белки и эмульгаторы, в свою очередь, окружают жировые шарики. Непрерывная фаза состоит из концентрированной незамерзшей жидкости из сахаров.
Конечный средний диаметр кристаллов льда зависит от скорости замораживания. Чем быстрее это происходит, тем больше стимулируется зародышеобразование и тем больше количество мелких кристаллов льда. Обычно после охлаждающей обработки размеры кристаллов льда в морозильной камере составляют около 35–80 мкм.
Чан, заполненный перекачиваемым льдом из морской воды 
Рыба, охлаждаемая перекачиваемым льдом Оборудование, основанное на технологии перекачиваемого льда, может использоваться в процессах охлаждения в рыболовство и пищевая промышленность. По сравнению с пресноводным твердым льдом, основными преимуществами являются следующие: однородность, более высокая скорость охлаждения кормов и рыбы. Прокачиваемый лед течет, как вода, и исключает обмерзание и физическое повреждение охлаждаемого объекта; повышает качество пищевых продуктов, увеличивая срок хранения . Технология перекачивания льда соответствует нормам безопасности пищевых продуктов и общественного здравоохранения (HACCP и ISO ). Перекачиваемый лед имеет более низкий удельный расход энергии по сравнению с существующими технологиями, использующими обычный твердый пресноводный лед.
Системы охлаждения, использующие технологию перекачиваемого льда, являются привлекательными для воздушного охлаждения прилавков (витрин) супермаркетов. Для этого случая перекачиваемый лед циркулирует по уже имеющимся трубам в качестве охлаждающей жидкости, заменяя экологически вредные хладагенты, такие как R-22 (фреон ) и другие гидро хлорфторуглероды (ГХФУ). Причины использования технологии перекачиваемого льда для этого применения следующие:
Широкие перспективы использования перекачиваемого льда открываются для производства особых вин, напоминающих «ледяное вино» (нем. Eiswein). По сравнению с существующей технологией производства ледяного вина, технология перекачивания льда не требует ожидания нескольких месяцев для замораживания винограда. Свежевыжатый виноград собирают в специальный контейнер, подключенный к льдогенератору. Через эту машину перекачивается сок, из которого получается смесь льда (в виде крошечных чистых кристаллов льда) и несколько концентрированного сока. Жидкий лед возвращается в накопительный резервуар, в котором происходит естественное (согласно закону Архимеда ) разделение льда и сока. Цикл повторяется много раз, пока концентрация сахара не достигнет 50–52 ° Brix. Затем происходит процесс брожения, в результате чего получается этот алкогольный напиток.
Льдогенератор с насосом и резервуар для хранения установлены в подвале супермаркета Cyprus Olimpic Система аккумулирования тепловой энергии на основе перекачиваемого льда (TESS) может использоваться в централизованном водоснабжении. охлаждаемые системы кондиционирования воздуха для устранения пиковых нагрузок в критические моменты. Это снижает эксплуатационные расходы зданий, потребность в новых электростанциях и современных линиях электропередачи, энергопотребление электростанций и загрязнение и парниковый газ. выбросы. Идея состоит в том, чтобы производить и накапливать перекачиваемый лед в непиковые часы электроэнергии с самым низким тарифом на кВтч. Накопленный перекачиваемый лед используется в часы со средним или высоким тарифом для охлаждения оборудования или воздуха, подаваемого в здания. возврат инвестиций (ROI) занимает 2–4 года. По сравнению со статическими и динамическими системами хранения льда, общий коэффициент теплопередачи (OHTC) при производстве перекачиваемого льда более чем в десятки или сотни раз выше (более эффективен), чем такой же коэффициент для вышеуказанного - упомянутые типы ТЭСС. Это объясняется наличием множества различных видов термических сопротивлений между кипящим хладагентом в испарителе и водой / льдом в резервуарах для хранения статических и динамических систем хранения льда. TESS с высоким значением OHTC на основе технологии перекачиваемого льда означает уменьшение объема компонентов, увеличение максимально достижимой концентрации льда в объеме резервуара для хранения и, в конечном итоге, снижение стоимости оборудования. TESSs, основанные на технологии перекачиваемого льда, были установлены в Японии, Корее, США, Великобритании и Саудовской Аравии.
Был применен процесс защитного охлаждения, основанный на применении разработанной специальной ледяной суспензии. разработан для медицинских приложений. В этом случае перекачиваемый лед можно вводить внутриартериально, внутривенно, вдоль наружных поверхностей органов с помощью лапароскопии или даже через эндотрахеальную трубку. Подтверждается, что перекачиваемый лед может выборочно охлаждать органы, чтобы предотвратить или ограничить ишемическое повреждение после инсульта или сердечного приступа. Проведены медицинские тесты на животных, моделирующих условия, требующие проведения внутрибольничных лапароскопических вмешательств почек. Результаты французских и американских исследований еще не одобрены Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США . Преимущества технологии перекачивания льда в медицине:
Горнолыжные курорты очень заинтересованы в производстве снега, даже когда окружающая среда температура достигает 20 ° C. Размеры и энергозатраты известного оборудования для производства снега зависят от влажности и ветра. Это оборудование для оснежения основано на замораживании капель воды, которые разбрызгиваются в воздух до того, как достигают поверхности земли, и требует температуры окружающей среды ниже -4 ° C.
Накачиваемый лед, производимый технологией Vacuum Ice Maker (VIM), позволяет профессиональным лыжникам увеличивать продолжительность тренировок до и после зимнего сезона (до поздней осени и ранней весны). Процесс перекачивания льда организован следующим образом. Внутри VIM солевой раствор подвергается воздействию очень низкого давления. Небольшая его часть испаряется в виде воды за счет сил вакуума, а оставшаяся жидкость замерзает, образуя смесь. Водяной пар постоянно удаляется из ВИМ, сжимается и подается в конденсатор благодаря особой конструкции центробежного компрессора. Стандартный водоохладитель подает охлаждающую воду с температурой 5 ° C для конденсации водяного пара. Смесь жидкого льда откачивается из объема замораживания в концентратор льда, в котором кристаллы льда отделяются от жидкости. Лед высокой концентрации извлекается из концентратора. VIM установлены на горнолыжных курортах Австрии и Швейцарии .
Технологический портал 