食品冷冻技术.ppt
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1、第三章第三章 食品冷冻技术食品冷冻技术本章的学习目的与要求n初步掌握食品工业中的制冷技术原理,掌握必要的相关热力学知识;n掌握食品冷冻冷藏装备和工艺设计;n熟悉食品冷藏链的构成和冷库冷量的计算方法。3-1制冷技术基本原理制冷技术基本原理q制冷的基本方法制冷的基本方法 1 使制冷工质降温的方法:使制冷工质降温的方法:绝热节流;绝热膨胀;半导体的热电效应;绝热节流;绝热膨胀;半导体的热电效应;涡流管;涡流管;绝热去磁绝热去磁;He3稀释等稀释等 2“吸热吸热”的方式:的方式:以以“潜热潜热”或或“显热显热”方式方式q制冷的基本循环制冷的基本循环-蒸汽压缩式蒸汽压缩式蒸汽压缩式制冷循环蒸汽压缩式制冷
2、循环 condenserevaporatorExpansionvalvecompressorPV图图n逆卡诺循环lnP-h图3-2 制冷工质的命名法制冷工质的命名法一、饱和碳氢化合物及其衍生物一、饱和碳氢化合物及其衍生物 R(a-1)(b+1)d二、非饱和碳氢化合物及其衍生物二、非饱和碳氢化合物及其衍生物 用4位数字,最左边的数字是1,其余同饱和碳氢化合物。三、环状化合物三、环状化合物 RCXXX RC(a-1)(b+1)d四、无机化合物四、无机化合物 R7XX 右边两位是该化合物的分子量五、共沸混合物五、共沸混合物 R5XX 如R500表示R12/R152a(73.8wt%,26.2wt%)
3、六、非共沸混合物六、非共沸混合物 R4XX 如R400为R12/R114七、其他有机混合物七、其他有机混合物 R6XX 如丁烷为R60制冷工质的命名法制冷工质的命名法一、氨的热力学性质一、氨的热力学性质 沸点:33.4C 凝固点:77.7C 临界温度和压力:133C,11417kPa 特点:单位体积制冷量大,热导率大,粘度小,流动阻力小。二、氨的化学性质:二、氨的化学性质:能以任意比例与水相溶解 在润滑油中的溶解度很小氨氨举例举例三、毒性、易爆性三、毒性、易爆性n具有强烈的刺激性气味n达到一定浓度时,将损伤人的眼睛、呼吸器官n在空气中氨的含量达到11-14%时,即可燃 表表4-5 饱和状态下氨
4、的主要饱和状态下氨的主要热物理性质热物理性质一、制冷工质的发展一、制冷工质的发展乙醚(1850)二氧化碳(1886)氨(1870)二氧化硫(1874)1930,CCl2F2(Freon12,F12)氟、氯、氢类制冷工质的分类:1)CFCS:Chlorofluorocarbons 2)HCFCS:HydroChlorofluorocarbons 3)HFCS:Hydrofluorocarbons二、评价物质对环境影响的二个重要指标二、评价物质对环境影响的二个重要指标:1 臭氧层消耗的潜能值(ODP Ozone Depletion Potential)2 全球变暖的潜能值 (GWP Global
5、Warming Potential)载冷剂的性质载冷剂的性质常用载冷剂:水、盐水、溶液和有机物溶常用载冷剂:水、盐水、溶液和有机物溶液液一、盐水的性质一、盐水的性质二、有机载冷剂的物理性质二、有机载冷剂的物理性质食品的冻结时间食品的冻结时间普朗克公式普朗克公式(Plank Equation):):假设:假设:1)冻前温度均匀,且等于其初始冻结温)冻前温度均匀,且等于其初始冻结温度度 2)冻结过程中初始冻结温度不变;)冻结过程中初始冻结温度不变;3)导热系数冻结前后不变;)导热系数冻结前后不变;4)只计算水的相变潜热量,忽略冻结前)只计算水的相变潜热量,忽略冻结前后放出的显热量;后放出的显热量;
6、5)冷却介质与食品表面的对流传热系数)冷却介质与食品表面的对流传热系数不变不变 经过经过t后,每侧冻结层厚度后,每侧冻结层厚度为为x,在在dt内推进内推进dx,则则 dQ先通过先通过x厚的冻结层,厚的冻结层,再在表面以对流换热再在表面以对流换热 方式传给冷却介质:方式传给冷却介质:食品的冻结时间食品的冻结时间解得:解得:dxx 对直径为对直径为D的长圆柱和球状食品:的长圆柱和球状食品:食品的冻结时间食品的冻结时间通式通式食品的冻结时间食品的冻结时间P、R为形状系数为形状系数v大平板:大平板:P=1/2,R=1/8;v长圆柱:长圆柱:P=1/4,R=1/16;v球:球:P=1/6,R=1/24对
7、方形或长方形食品,设对方形或长方形食品,设abc,定义定义L=c,1=b/c,2=a/c,根据根据 1,2值,由图或表查值,由图或表查P,Rn若带有包装材料,则:若带有包装材料,则:食品的冻结时间食品的冻结时间3-3 食品冻结食品冻结空气冻结法空气冻结法 在冻结过程中,冷空气以自然对流或强制对在冻结过程中,冷空气以自然对流或强制对流的方式与食品换热。由于空气的导热性差,流的方式与食品换热。由于空气的导热性差,与食品间的换热系数小,故所需的冻结时间与食品间的换热系数小,故所需的冻结时间较长。但是,空气资源丰富,无任何毒副作较长。但是,空气资源丰富,无任何毒副作用,其热力性质早已为人们熟知,所以,
8、用用,其热力性质早已为人们熟知,所以,用空气作介质进行冻结仍是目前应用最广泛的空气作介质进行冻结仍是目前应用最广泛的一种冻结方法。一种冻结方法。空气冻结法空气冻结法送风式空气送风式空气冻结法冻结法半送风式空半送风式空气冻结法气冻结法静止空气冻静止空气冻结法结法静止空气冻结搁架排管静止空气冻结搁架排管特点:特点:结构简单,结构简单,功耗小功耗小劳动强度大,劳动强度大,环境差环境差融霜处理时融霜处理时间长,且麻间长,且麻烦烦半送风式冻结装置半送风式冻结装置冷藏库送风式冻结装置冷藏库送风式冻结装置送风式送风式冻结装置冻结装置往复振往复振动动斜槽式斜槽式吊蓝式吊蓝式连续冻连续冻结结推盘推盘式连式连续冻
9、续冻结结传送传送带式带式冻结冻结隧道隧道流态化流态化螺旋式螺旋式隧道式隧道式两段带两段带式式一段带一段带式式 隧道式冻结装置共同的特点是:冷空气在隧道隧道式冻结装置共同的特点是:冷空气在隧道中循环,食品通过隧道时被冻结。根据食品通中循环,食品通过隧道时被冻结。根据食品通过隧道的方式,可分为传送带式、吊篮式、推过隧道的方式,可分为传送带式、吊篮式、推盘式冻结隧道等几种。盘式冻结隧道等几种。传送带式冻结隧道传送带式冻结隧道(Conveyor Freezing Tunnel)吊篮式连续冻结隧道吊篮式连续冻结隧道 (continuous hanger Freezing Tunnel)推盘式连续冻结隧道
10、推盘式连续冻结隧道 (continuous pushing-tray Freezing Tunnel)隧道式冻结装置隧道式冻结装置特点特点:投资费用较低,通用性强;自动化程投资费用较低,通用性强;自动化程度较高度较高n吊篮式连续冻结隧道的特点是:机械吊篮式连续冻结隧道的特点是:机械化程度高,减轻了劳动强度,提高了化程度高,减轻了劳动强度,提高了生产效率;冻结速度快、冻品各部位生产效率;冻结速度快、冻品各部位降温均匀,色泽好,质量高。降温均匀,色泽好,质量高。n这种装置的主要缺点是结构不紧凑、这种装置的主要缺点是结构不紧凑、占地面积较大,风机耗能高,经济指占地面积较大,风机耗能高,经济指标差。标
11、差。n吊篮式连续冻结隧道目前主要用于冻吊篮式连续冻结隧道目前主要用于冻结家禽等食品。结家禽等食品。这种装置的主要由隔热隧道室、冷风这种装置的主要由隔热隧道室、冷风机、液压传动机构、货盘推进和提升设备机、液压传动机构、货盘推进和提升设备构成。构成。推盘式连续冻结隧道推盘式连续冻结隧道主要用于冻结果主要用于冻结果蔬、虾、肉类副食品和小包装食品等。蔬、虾、肉类副食品和小包装食品等。这种装置的特点是:连续生产,冻结这种装置的特点是:连续生产,冻结速度较快;构造简单、造价低;设备紧凑,速度较快;构造简单、造价低;设备紧凑,隧道空间利用较充分。隧道空间利用较充分。为了克服传送带式隧道冻结装置占地面积为了克
12、服传送带式隧道冻结装置占地面积大的缺点,可将传送带做成多层,由此出大的缺点,可将传送带做成多层,由此出现了螺旋式冻结装置。现了螺旋式冻结装置。这种装置由转筒、蒸发器、风机、传这种装置由转筒、蒸发器、风机、传送带及一些附属设备等组成。送带及一些附属设备等组成。螺旋式冻结装置也有多种型式,近几螺旋式冻结装置也有多种型式,近几年来,人们对传送带的结构、吹风方式等年来,人们对传送带的结构、吹风方式等进行了许多改进,进行了许多改进,1994年,美国约克公司年,美国约克公司改进吹风方式,并取得专利,如图所示。改进吹风方式,并取得专利,如图所示。螺旋式冻结装置螺旋式冻结装置1 1平平带带张张紧紧装装置置 2
13、 2出出料料口口 3 3转转筒筒 4 4翅翅片片蒸蒸发发器器 5 5分分隔隔气气流流通通道道的的顶顶板板6 6风风扇扇7 7控控制制板板 8 8液液压压装装置置 9 9进进料料口口1 10 0干干燥燥传传送送带带的的风风扇扇 1 11 1传传送送带带清清洗洗系系统统 图图 螺螺旋旋式式冻冻结结装装置置流态化冻结装置流态化冻结装置1.流态化基本原理流态化基本原理 及流化床的工作参数及流化床的工作参数2.流态化冻结装置的结构形式流态化冻结装置的结构形式 床层阻力是床层阻力是指气体流过床层的指气体流过床层的压力降压力降 p p。当气体当气体通过布风板向上吹通过布风板向上吹时,随着气流速度时,随着气流
14、速度的增大,床层将发的增大,床层将发生如图生如图9-109-10所示的所示的变化,相应的气流变化,相应的气流速度与速度与 p p的关系如的关系如图图9-119-11所示。所示。(1)固定床阶段:固定床阶段:A(2)流态化阶段:流态化阶段:B-D(3)输送阶段:输送阶段:E临界流化速度和操作速度临界流化速度和操作速度n根据根据A A G G 费根的研究,果蔬食品流化床的临界速度费根的研究,果蔬食品流化床的临界速度V Vk k与食品颗粒的质量呈抛物线关系,即与食品颗粒的质量呈抛物线关系,即而正常的操作速度为:而正常的操作速度为:式中式中 gp 为冻品单体的质量,单位为为冻品单体的质量,单位为g/个
15、。个。不同食品颗粒的单体质量不同,由操作速度的计不同食品颗粒的单体质量不同,由操作速度的计算式知,它们应在不同的风速下进行冻结。因此,要算式知,它们应在不同的风速下进行冻结。因此,要求风机应带有变速装置,以适应不同产品的要求;其求风机应带有变速装置,以适应不同产品的要求;其次,在冻结过程的不同阶段,应采用不同的风速。次,在冻结过程的不同阶段,应采用不同的风速。n用流态化冻结装置冻结食品时,由于高速冷气流用流态化冻结装置冻结食品时,由于高速冷气流的包围,强化了食品冷却、冻结的过程,有效传的包围,强化了食品冷却、冻结的过程,有效传热面积较正常冻结状态大热面积较正常冻结状态大3.53.5 1212倍
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