Для охлаждения до температур ниже 0°С применяют хладоагенты, получаемые в холодильных установках. Методы охлаждения и ассортимент хладоагентов определяются интервалом температур. По этому признаку различают

- умеренное охлаждение (от комнатной температуры до - 100°С)

- глубокое охлаждение (ниже-100°С).

Умеренное охлаждение основано на испарении жидкостей с низкими температурами кипения. При обычных условиях они находятся в газообразном состоянии. К числу наиболее распространенных хладоагентов относятся аммиак и фреоны - фторхлорзамещенные производные метана и этана.

Промежуточные хладоагенты применяются для охлаждения до не очень низких температур (до-40°С) и обеспечивают возможность одновременного охлаждения в нескольких аппаратах. В качестве промежуточных хладоагентов используют водные растворы хлористого кальция или хлористого магния с низкой температурой кристаллизации.

Глубокое охлаждение основано на использовании эффекта Джоуля-Томсона. Он называется иногда дроссельным эффектом. Эффект Джоуля-Томсона заключается в понижении температуры газа при его адиабатическом расширении. В установках глубокого охлаждения рабочим телом чаще всего является воздух.

Холодильными машинами или термокомпрессорами называются машины, непрерывно поддерживающие температуры тел ниже температуры окружающей среды.

Холодильные машины подразделяются на воздушные (газовые), паровые, пароэжекторные, абсорбционные, а также машины, принцип действия которых основан на эффектах Пельтье и Ранка-Хильша.

В воздушной холодильной машине в качестве холодильного агента используется атмосферный воздух. Принцип её действия заключается в следующем. В компрессоре воздух сжимается до определенного значения давления Р, а затем нагнетается в теплообменник (охладитель), где от него отводится часть теплоты, полученной в результате сжатия. Затем сжатый воздух поступает в расширительный цилиндр (или детандер), где расширяется до начального давления. При расширении температура воздуха понижается до - (60-70)°С. Холодный воздух затем направляется во второй теплообменник - охлаждаемое помещение (камеру).

Эти установки не получили широкого распространения ввиду малого холодильного коэффициента и сложности конструкции.

В паровых (парокомпрессорных) холодильных установках рабочим телом являются пары веществ - аммиака, углекислоты, сернистого ангидрида, фреонов (фторпроизводных углеводородов), т.е. низкокипящие жидкости. Благодаря этому рабочий цикл можно расположить в двухфазной области состояния, в которой изобарные процессы подвода и отвода теплоты можно заменить на изотермические и тем самым уменьшить потери, связанные с необратимостью процессов.

Данная холодильная установка работает следующим образом. В компрессоре происходит адиабатное сжатие пара. В конденсаторе холодильный агент вначале охлаждается при постоянном давлении и затем конденсируется с отдачей в окружающую среду теплоты. В дроссельном вентиле происходит процесс дросселирования с превращением жидкости во влажный пар. В испарителе влажный пар принимает теплоту, и содержащаяся в нем жидкость испаряется.

Процесс дросселирования в дроссельном вентиле является существенно необратимым. Если вместо дроссельного вентиля применять детандер (расширительный цилиндр.), то процесс протекает с увеличением количества теплоты, получаемой от охлаждаемых тел. Однако положительной стороной применения дроссельного вентиля является возможность легко регулировать давление пара.

Ввиду простоты конструкции, по сравнению с воздушными, высокой холодопроизводительности и большой надежности работы, эти установки получили самое широкое распространение в технике.

В пароэжекторных и абсорбционных холодильных установках для получения низких температур затрачивается не механическая работа, как в паровых или газовых, а теплота какого-либо рабочего тела с высокой температурой. В пароэжекторной установке для сжатия холодильного агента используется кинетическая энергия струи пара некоторого вещества. Эти установки отличаются невысоким холодильным эффектом и в промышленности применяются редко.

Более широкое распространение получили абсорбционные холодильные машины, в которых для получения низких температур используется как в пароэжекторных энергия в виде теплоты.

Абсорбционные холодильные установки существенно отличаются от всех других простотой конструкции. Для абсорбционной установки подбираются две жидкости, которые полностью растворяются друг в друге и имеют разные температуры кипения. Процесс поглощения всей массы одного тела другим называется абсорбцией. При этом легкокипящая жидкость используется как холодильный агент; а жидкость с более высокой температурой кипения - как абсорбент.

Работа такой установки состоит в следующем. В парогенераторе в результате подвода теплоты холодильный агент выпаривается из абсорбента в виде почти сухого насыщенного пара. Затем он поступает в конденсатор, где полностью конденсируется, отдавая теплоту парообразования охлаждающей воде. В дроссельном вентиле холодильный агент дросселируется, что сопровождается уменьшением давления и температуры и увеличением объема. При дальнейшем поступлении холодильного агента в теплообменник ему передается теплота от охлаждаемых тел. Затем холодильный агент поступает в абсорбер и вновь соединяется с абсорбентом. Полученная смесь вновь направляется насосом в парогенератор.

Термодинамически эти установки менее совершенны, чем паровые, однако они значительно проще по конструкции (ввиду отсутствия компрессора), дешевле, более надежны в работе и поэтому получили достаточно широкое распространение.

Холодильные установки, принцип действия которых основан на использовании эффектов Пельтъе и Ранка-Хилъша, максимально просты по конструкции, так как не имеют движущихся деталей. Однако они пока не получили широкого распространения из-за низких значений холодильного коэффициента.

Водооборотные циклы химических производств