1、第三章第三章 食品冷冻技术食品冷冻技术蒸汽压缩式制冷循环蒸汽压缩式制冷循环 condenserevaporatorExpansionvalvecompressor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 具有强烈的刺激性气味 达到一定浓度时，将损伤人的眼睛、呼吸器官 在空气中氨的含量达到11-14%时，即可燃常用载冷剂：水、盐水、溶液和有
2、机物常用载冷剂：水、盐水、溶液和有机物溶液溶液一、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载冷剂的性质载冷剂的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；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
3、热系数不变不变空 气 冻 结 法间 接 接 触 冻 结 法 直 接 接 触 冻 结 法冻 结 方 法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，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，无任何毒副间较长。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，作用，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用空气作介质进行冻结仍是目前应用最广泛的一种
4、冻结方法。的一种冻结方法。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，功耗结构简单，功耗小小劳动强度大，环劳动强度大，环境差境差融霜处理时间长，融霜处理时间长，且麻烦且麻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
5、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推盘式连续冻结隧道 (continuous pushing-tray Freezing Tunnel)隧道式冻结装置隧
6、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
7、隧道室、冷这种装置的主要由隔热隧道室、冷风机、液压传动机构、货盘推进和提升风机、液压传动机构、货盘推进和提升设备构成。设备构成。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；设备紧速度较快；构造简单、造价低；设备紧凑，隧道空间利用较充分。凑，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
8、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平带张紧装置平带张紧装置 2 2出料口出料口 3 3转筒转筒 4 4翅片蒸发器翅片蒸发器 5 5分隔气流通道的顶板分隔气流通道的顶板6 6风扇风扇
9、7 7控制板控制板 8 8液压装置液压装置 9 9进料口进料口1010干燥传送带的风扇干燥传送带的风扇 11 11传传送带清洗系统送带清洗系统 图图 螺旋式冻结装置螺旋式冻结装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
10、 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与食品颗粒的质量与食品颗粒的质量呈抛物线关系，即呈抛物线关系，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。个。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
11、的风速下进行冻结。因此，要求风机应带有变速装置，以适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；其次，在冻结过程的不同阶段，应采用不同的风速不同产品的要求；其次，在冻结过程的不同阶段，应采用不同的风速。Vgkp125195.logVgkp225195.logn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，换热强度比倍，换热强度比其他冻结装置的提高了其他冻结装置的提高了30
12、30 4040倍，从而大大缩短倍，从而大大缩短了冻结时间。这种冻结方法已被食品冷加工行业了冻结时间。这种冻结方法已被食品冷加工行业广泛采用。广泛采用。n流态化冻结装置的型式虽然多种多样，但在设计流态化冻结装置的型式虽然多种多样，但在设计和操作时，应主要考虑以下几个方面：冻品与布和操作时，应主要考虑以下几个方面：冻品与布风板、冻品与冻品之间不粘连结块；气流分布均风板、冻品与冻品之间不粘连结块；气流分布均匀，保证料层充分流化；风道阻力小，能耗低。匀，保证料层充分流化；风道阻力小，能耗低。另外，对风机的选择、冷风温度的确定、蒸发器另外，对风机的选择、冷风温度的确定、蒸发器的设计等也应以节能高效，操作
13、方便为前提。的设计等也应以节能高效，操作方便为前提。流流态态化化冻冻结结装装置置斜斜槽槽式式一一段段带带式式两两段段带带式式带带式式往往复复振振动动直直线线振振动动振振动动流流态态化化流流态态化化冻冻结结装装置置间间接接接接触触冻冻结结法法间间歇歇卧卧式式连连续续卧卧式式卧卧式式立立式式平平板板式式回回转转式式钢钢带带式式间间接接接接触触冻冻结结法法间接接触冻结法间接接触冻结法间接冻结法指的是把食品放在由制冷间接冻结法指的是把食品放在由制冷剂剂(或载冷剂或载冷剂)冷却的板、盘、带或其他冷冷却的板、盘、带或其他冷壁上，与冷壁直接接触，但与制冷剂壁上，与冷壁直接接触，但与制冷剂(或载或载冷剂冷剂)
14、间接接触。对于固态食品，可将食品间接接触。对于固态食品，可将食品加工为具有平坦表面的形状，使冷壁与食加工为具有平坦表面的形状，使冷壁与食品的一个或二个平面接触；对于液态食品品的一个或二个平面接触；对于液态食品，则用泵送方法使食品通过冷壁热交换器，则用泵送方法使食品通过冷壁热交换器，冻成半融状态。，冻成半融状态。平板式冻结装置的特点平板式冻结装置的特点o对厚度小于对厚度小于50mm的食品来说，冻结快、干的食品来说，冻结快、干耗小，冻品质量高；耗小，冻品质量高；o在相同的冻结温度下，它的蒸发温度可比在相同的冻结温度下，它的蒸发温度可比吹风式冻结装置提高吹风式冻结装置提高5 8，而且不用配置，而且不
15、用配置风机，电耗比吹风式减少风机，电耗比吹风式减少30 50；o可在常温下工作，改善了劳动条件；可在常温下工作，改善了劳动条件；o占地少，节约了土建费用，建设周期也短占地少，节约了土建费用，建设周期也短。o平板式冻结装置的缺点：厚度超过平板式冻结装置的缺点：厚度超过90mm以以上的食品不能使用；未实现自动化装卸的上的食品不能使用；未实现自动化装卸的装置仍需较大的劳动强度。装置仍需较大的劳动强度。使用平板冻结装置时，应注意使食品或使用平板冻结装置时，应注意使食品或货盘都必须与平板接触良好，并控制好货盘都必须与平板接触良好，并控制好二者之间的接触压力。压力越大，平板二者之间的接触压力。压力越大，平
16、板与食品的接触越好，传热系数越大。平与食品的接触越好，传热系数越大。平板与食品之间若接触不良，会产生很大板与食品之间若接触不良，会产生很大的接触热阻，冻结速度大为降低。的接触热阻，冻结速度大为降低。平板冻结装置应注意的问题平板冻结装置应注意的问题载 冷 剂 接 触 冻 结液 氮液 态 二 氧 化 碳R12低 温 液 体直 接 接 触 冻 结 法直接接触冻结法直接接触冻结法对冻结剂的要求对冻结剂的要求 直接接触冻结法由于要求食品与冻结剂直接接触冻结法由于要求食品与冻结剂直接接触，所以对冻结剂有一定的限制，特直接接触，所以对冻结剂有一定的限制，特别是与未包装的食品接触时尤其如此。这些别是与未包装的
17、食品接触时尤其如此。这些限制包括要求无毒、纯净、无异味和异样气限制包括要求无毒、纯净、无异味和异样气体、无外来色泽或漂白剂、不易燃、不易爆体、无外来色泽或漂白剂、不易燃、不易爆等。另外，冻结剂与食品接触后，不应改变等。另外，冻结剂与食品接触后，不应改变食品原有的成分和性质。食品原有的成分和性质。二、载冷剂接触冻结二、载冷剂接触冻结载冷剂经制冷系统降温后与载冷剂经制冷系统降温后与食品接触，使食品降温冻结。常食品接触，使食品降温冻结。常用的载冷剂有盐水、糖溶液和丙用的载冷剂有盐水、糖溶液和丙三醇等。三醇等。低温液体冻结装置低温液体冻结装置v液氮冻结装置液氮冻结装置(Liquid Nitrogen
18、Freezer)液氮冻结装置大致有浸渍式、喷淋式和液氮冻结装置大致有浸渍式、喷淋式和冷气循环式三种。冷气循环式三种。液氮喷淋冻结装置液氮喷淋冻结装置(Liquid Nitrogen Spraying Freezer)液氮浸渍冻结装置液氮浸渍冻结装置(Liquid Nitrogen Immersion Freezer)主 要 内 容食品冷藏链的组成食品冷藏链的组成我国食品冷藏链概况我国食品冷藏链概况食品冷藏库食品冷藏库冷藏运输冷藏运输冷藏柜和冰箱冷藏柜和冰箱食品冷藏链的组成食品冷藏链食品冷藏链(Cold Chain)Cold Chain)是指易腐食品在是指易腐食品在生产、贮藏、运输、销售、直至消
19、费前的生产、贮藏、运输、销售、直至消费前的各个环节中始终处于规定的低温环境下，各个环节中始终处于规定的低温环境下，以保证食品质量，减少食品损耗的一项系以保证食品质量，减少食品损耗的一项系统工程。统工程。食品冷藏链的分类食品冷藏链的分类1.1.按食品从加工到消费所经过的时间顺序按食品从加工到消费所经过的时间顺序分类分类冷冻加工、冷冻贮藏、冷藏运输和冷冻冷冻加工、冷冻贮藏、冷藏运输和冷冻销售四个方面构成。销售四个方面构成。2.2.按冷藏链中各环节的装置分类按冷藏链中各环节的装置分类 可分为固定的装置和流动的装置。可分为固定的装置和流动的装置。食品冷藏链的结构食品冷藏链的结构 食品冷藏链的结构食品冷
20、藏链的结构食食品品原原料料冷冷冻冻加加工工冷冷冻冻贮贮藏藏冷冷冻冻运运输输冷冷冻冻贮贮藏藏冷冷冻冻运运货货冷冷冻冻贮贮藏藏冷冷冻冻销销售售冷冷冻冻贮贮藏藏食食用用我国食品冷藏链概况T食品的冷冻加工食品的冷冻加工T冷冻冷藏运输冷冻冷藏运输T销售环节销售环节食品冷藏库o 概述概述o 冷藏库的组成与布置冷藏库的组成与布置o 冷藏库的隔热与防潮冷藏库的隔热与防潮o 冷藏库容量的计算冷藏库容量的计算o 冷藏库冷负荷的计算冷藏库冷负荷的计算o 冷负荷的估算方法冷负荷的估算方法o 冷藏库库房的制冷工艺设计冷藏库库房的制冷工艺设计o 装配式冷藏库装配式冷藏库概 述冷藏库的类型冷藏库的类型m按冷藏库容量分类按冷
21、藏库容量分类m按冷藏库设计温度分类按冷藏库设计温度分类:高温高温 2 2C;C;低温低温 1 5 0 0 0 0.4 0 0.5 0 0.5 5 0.6 0 0.6 2 储储冰冰间间净净高高/m 容容积积利利用用系系数数 4.2 4.21 5.00 5.01 6.00 6.00 0.40 0.50 0.60 0.65 储冰间容积利用系数储冰间容积利用系数 冷藏间、冻藏间容积利用系数冷藏间、冻藏间容积利用系数 冷藏库冷负荷计算 根据热量进入冷间的不同途径，可将耗冷量分为四个部分：通过围护结构散失的冷量；食品冷加工或冷藏的耗冷量；库房内通风、换气耗冷量；操作耗冷量，包括库内照明用电、电动机、操作设
22、备(叉式堆垛机等)，操作工人等所散发的热量以及开门损失。1.围护结构传热量(The Wall Gain Load)通过围护结构的传热量包括两部分：通过墙壁、楼板、屋顶及地坪的热量；太阳辐射引起的热量。因此(1)墙壁、楼板及屋顶的传热量(2)太阳辐射引起的耗冷量QQQqy1nTTKAQnwq)(QkFTyy 2.货物热量(The Product Load)QG hhnzg TTCnzG qqn21212122()()()3.库房内通风换气的热量(Air Change Load)QVahhm V nhhawnrawn3 ()/()4.操作热量(1)照明热量照明热量(2)电动机运转热量电动机运转热量
23、 电动机安装在库房内时电动机安装在库房内时 电动机设置在库房外面的高温、低温电动机设置在库房外面的高温、低温穿堂时穿堂时QQQQQabcd44444QqFaa4QNb4QNb4(3)(3)库门开启热量库门开启热量(4)(4)操作人员热量操作人员热量QqFcm4Qqndr44.操作热量冷藏库库房的制冷工艺设计一、冷却间 冷却间的温度一般采用0，相对湿度为90二、冻结间 冻结间温度采用2330，空气流速采用24m/s根据冻结方式的不同，冻结间可以分为以下几种不同的形式。1.空气自然对流冻结间2.强制空气循环冻结间(1)纵向吹风冻结间(2)横向吹风冻结间(3)吊顶式冷风机冻结间 3.搁架式冻结间车首
24、式制冷机组。车首式制冷机组。制冷机组与动力装置分开。制冷机组与动力装置分开。压缩机组独立。压缩机组独立。机械制冷冷藏汽车的蒸发器通机械制冷冷藏汽车的蒸发器通常安装在车厢的前端，采用强制常安装在车厢的前端，采用强制通风方式。通风方式。冷藏运输1 1冰箱盖冰箱盖 2 2冰箱冰箱 3 3防水板防水板4 4通风槽通风槽 5 5离水格栅离水格栅(A)A)端装式端装式 (B)B)顶装式顶装式 用冰制冷的铁路冷藏车示意图用冰制冷的铁路冷藏车示意图用冰制冷的铁路冷藏车示意图用冰制冷的铁路冷藏车示意图1荧光灯荧光灯 2蒸发器蒸发器 3通风机组通风机组 4排水口排水口图图11-13 立式多层敞开式冷藏陈列柜示意图立式多层敞开式冷藏陈列柜示意图性能比较性能比较表表11-2 各各种种冷冷藏藏陈陈列列柜柜的的性性能能比比较较 类类 型型 封封闭闭式式 敞敞开开式式 特特 性性 卧卧式式 立立式式 卧卧式式 立立式式 单单位位长长度度的的有有效效内内容容积积 1 2.3 1.1 2.4 单单位位占占地地面面积积的的有有效效内内容容积积 1 2.2 0.85 1.9 单单位位长长度度消消耗耗的的电电力力 1 2.0 1.45 3.3 单单位位有有效效容容积积消消耗耗的的电电力力 1 0.9 1.3 1.4 注注：以以卧卧式式封封闭闭式式陈陈列列柜柜的的性性能能指指标标为为 1进进行行比比较较。再见！
