食品加工機(jī)械與設(shè)備目錄第十章冷凍機(jī)械與設(shè)備第一節(jié)制冷原理與設(shè)備第二節(jié)食品冷卻方案與裝置第三節(jié)食品冷凍裝置第四節(jié)食品解凍裝置第五節(jié)食品冷藏鏈的設(shè)備一、制冷原理與制冷系統(tǒng)1.制冷原理與方法

制冷技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛,從工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)到日常生活。制冷技術(shù)的應(yīng)用范圍一般可分為三個溫區(qū):①低溫區(qū)(約-120°C以下)主要用于氣體的液化、分離,超導(dǎo)和宇航等;②中溫區(qū)(-120~5°C)主要用于食品冷凍冷藏,化工生產(chǎn)和生化制品的生產(chǎn)過程;③高溫區(qū)(5~80°C)主要用于空調(diào)、除濕、熱泵蒸發(fā)和熱泵干燥等。制冷溫度范圍不同,所采取的制冷方式、使用的工質(zhì)、機(jī)器設(shè)備及其原理有很大的差別。

食品加工業(yè)中所涉及的制冷絕大多數(shù)屬于中溫范圍。在該溫度范圍內(nèi),制冷方式大多采用液體汽化時需要吸收大量潛熱而實(shí)現(xiàn)制冷的。液體汽化制冷主要有液氮汽化式、蒸氣壓縮式、吸收式和吸附式制冷等。食品冷凍冷藏常用的是蒸氣壓縮式和液氮汽化式制冷,吸收式和吸附式制冷應(yīng)用較少。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備一、制冷原理與制冷系統(tǒng)1.制冷原理與方法(1)液氮汽化式制冷

液氮汽化式制冷屬于開式液體汽化系統(tǒng)。是將液氮直接噴淋到被冷卻物表面,液氮吸收被冷卻物的熱量后汽化,或?qū)⒈焕鋮s物沉浸在液氮內(nèi)降溫。這種方式操作簡單,初投資低,但制冷劑不能循環(huán)再利用,運(yùn)行費(fèi)用較大。(2)蒸氣壓縮式制冷

蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器組成(圖10-1)用管道將其連成一個密封系統(tǒng)。制冷工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)吸收熱量并汽化成蒸氣,壓縮機(jī)不斷地將蒸汽從蒸發(fā)器中抽走,并將其壓縮后在高壓下排出,該過程需要消耗能量。經(jīng)壓縮的高溫、高壓蒸氣在冷凝器內(nèi)被常溫冷卻介質(zhì)(水或空氣)冷卻,凝結(jié)成高壓低溫制冷劑液體。再利用節(jié)流裝置使高壓液體節(jié)流,節(jié)流后的低壓、低溫制冷劑蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)器,再次汽化吸收被冷卻對象的熱量,如此周而復(fù)始地完成制冷循環(huán)。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備一、制冷原理與制冷系統(tǒng)1.制冷原理與方法第一節(jié)制冷原理與設(shè)備圖10-1蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)1—壓縮機(jī)2—冷凝器3—節(jié)流閥4—蒸發(fā)器一、制冷原理與制冷系統(tǒng)1.制冷原理與方法(3)吸收式制冷

吸收式制冷是利用某些物質(zhì)對制冷劑蒸氣有很強(qiáng)的吸收能力這一特性來吸收蒸氣。如水可以吸收氨蒸氣,濃溴化鋰溶液可以吸收水蒸氣。將一個盛有氨溶液的容器與一個盛有水的容器共置于一個真空的球形罐內(nèi),兩容器內(nèi)分別放置溫度計(jì)測量溫度變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn)盛有氨溶液容器的溫度不斷降低,而盛有水的容器的溫度不斷升高,這是由于水吸收氨蒸氣,使氨溶液不斷汽化,汽化時從剩余的氨溶液中吸取汽化潛熱所致,同時水吸收氨蒸氣是一個放熱過程,所以盛有水的容器的溫度升高。這里氨是制冷劑,水為吸收劑。利用這一原理工作的制冷機(jī)稱為吸收式制冷機(jī)。(4)吸附式制冷

吸附式制冷的驅(qū)動能源可以是工業(yè)廢熱、太陽能、化學(xué)反應(yīng)熱等低溫?zé)嵩础Ｔ谖绞街评錂C(jī)中,制冷劑液體汽化吸收潛熱制冷,汽化后的制冷劑蒸氣是由對制冷劑蒸氣有很強(qiáng)的吸附能力的吸附材料來吸收的,其工作原理同吸收式。常用的吸附材料有沸石、分子篩、活性炭等,常用的制冷劑主要有水、氨和甲醇等。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備一、制冷原理與制冷系統(tǒng)2.制冷劑與載冷劑

制冷劑是制冷機(jī)中的工作流體,它在制冷機(jī)系統(tǒng)中循環(huán)流動,通過自身熱力狀態(tài)的循環(huán)變化不斷與外界發(fā)生能量交換,達(dá)到制冷的目的。習(xí)慣上稱制冷劑為制冷工質(zhì)。(1)制冷劑的種類及其選用

液體蒸發(fā)式制冷機(jī)中,制冷劑在要求的低溫下蒸發(fā),從被冷卻對象中吸取熱量;再在較高的溫度下凝結(jié),向外界排放熱量。所以,只有在工作溫度范圍能夠汽化和凝結(jié)的物質(zhì)才可作為制冷劑使用。1)制冷劑的種類。常用制冷劑按組成區(qū)分,有單一制冷劑和混合物制冷劑。按化學(xué)成分分為三類:氟利昂、無機(jī)物和碳?xì)浠衔?。氟里昂是飽和碳?xì)浠衔锏姆⒙?、溴衍生物的總稱。最早是在第二次世界大戰(zhàn)期間由美國杜邦公司以FREON作為這種化合物的商標(biāo),后來人們習(xí)慣上統(tǒng)稱這種飽和碳?xì)浠衔锏姆?、氯、溴衍生物制冷劑為氟利昂?/p>

國際統(tǒng)一規(guī)定制冷劑符號由字母“R”和它后面的一組數(shù)字或字母組成。字母“R”表示制冷劑(Refrigerant),后面的數(shù)字或字母是根據(jù)制冷劑的化學(xué)組成按一定規(guī)則編寫。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備一、制冷原理與制冷系統(tǒng)2.制冷劑與載冷劑(1)制冷劑的種類及其選用2)選擇制冷劑應(yīng)考慮的因素。選擇制冷劑應(yīng)考慮到以下幾點(diǎn):(a)具有環(huán)境可接受性。制冷劑的臭氧破壞指數(shù)(OzoneDepletionPotential,ODP)、全球變暖潛能值(GlobalWarmingPotential,GWP)和綜合溫室效應(yīng)指數(shù)(TotalEquivalentWarmingImpact,TEWI)為零或盡可能小。(b)熱力性質(zhì)滿足指定的使用要求。就是說制冷劑在指定的溫度范圍進(jìn)行制冷循環(huán)時,循環(huán)特性較滿意。它包括高壓不過高;低壓無負(fù)壓;制冷系數(shù)較大。(c)傳熱性和流動性。傳熱性和流動性好可以使制冷機(jī)熱交換設(shè)備的尺寸較小(減少重量和材耗)和保證制冷劑流動中的阻力損失小。(d)化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性?；瘜W(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好,無毒害,無刺激性氣味,不燃、不爆或燃爆性很小,使用安全可靠;價格便宜,來源廣。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備一、制冷原理與制冷系統(tǒng)2.制冷劑與載冷劑(1)制冷劑的種類及其選用3)幾種常用制冷劑(a)水。水無毒、無味、不燃不爆、來源廣,其沸點(diǎn)為100°C,冰點(diǎn)為0°C,適用于0°C以上的制冷溫度,是安全而便宜的制冷劑。但水蒸氣的比體積大,水的蒸發(fā)壓力低,因此,水不宜在壓縮式制冷機(jī)中使用,只適合在吸收式和蒸氣噴射式冷水機(jī)組中作制冷劑。(b)氨。氨具有良好的熱力性質(zhì)和熱物理性質(zhì),價格低廉,易于獲得,是最早應(yīng)用而且目前仍廣為使用的制冷劑。國內(nèi)外大中型冷庫多用氨作制冷劑。氨的主要缺點(diǎn)是毒性較大、易燃、易爆,有強(qiáng)烈的刺激性氣味。氨蒸氣對食品有污染作用,所以在用氨為制冷劑的冷庫中,機(jī)房與庫房應(yīng)隔開。但由于氨具有強(qiáng)烈刺激性氣味,一旦泄漏,易于察覺,所以可提早防范,使用恰當(dāng),一般不會發(fā)生事故。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備一、制冷原理與制冷系統(tǒng)2.制冷劑與載冷劑(1)制冷劑的種類及其選用3)幾種常用制冷劑(c)氟利昂。已商品化生產(chǎn)的氟利昂價格遠(yuǎn)高于其他制冷劑。氟利昂在理化性質(zhì)上具有一定的規(guī)律性:含H原子多的可燃性強(qiáng);含Cl原子多的,有毒性;含F(xiàn)原子多的,化學(xué)穩(wěn)定性好。對臭氧破壞作用大的是氟利昂中含氯原子的物質(zhì),CFC類制冷劑對環(huán)境破壞性最強(qiáng),HCFC次之,HFC因不含氯而無破壞作用。國際環(huán)保組織決定,對R11、R12、R13、R115等15種CFC物質(zhì),到2010年完全停止使用。對34種HCFC物質(zhì),包括R22、R123、R124等,從2020年起開始限制使用。最終作為替代制冷劑的是HFC,這類制冷劑目前已有R134a、R404a和R407a/b/c。其中R134a已替代R12用于制冷設(shè)備中,使用R404a和R407c的制冷設(shè)備在國內(nèi)市場上已有新產(chǎn)品。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備一、制冷原理與制冷系統(tǒng)2.制冷劑與載冷劑(2)載冷劑的種類及選用

選擇載冷劑時應(yīng)考慮下列因素:1)凝固溫度應(yīng)低于最低工作溫度,以防凍結(jié),沸點(diǎn)應(yīng)高于工作溫度。2)安全性要好,無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不燃不爆,對金屬無腐蝕作用。3)熱物性要好,比熱容大,密度及粘度宜小,傳熱性能好,流動阻力較小。4)價廉易得,便于使用和管理。3.制冷系統(tǒng)與制冷循環(huán)

根據(jù)制冷方法的不同,制冷系統(tǒng)有多種形式。液體汽化制冷的應(yīng)用最廣,它是利用液體汽化時的吸熱效應(yīng)而實(shí)現(xiàn)制冷的。液體汽化制冷有蒸氣壓縮式、吸收式、吸附式等形式。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備一、制冷原理與制冷系統(tǒng)3.制冷系統(tǒng)與制冷循環(huán)(1)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)

圖10-2所示為大連三洋壓縮機(jī)有限公司生產(chǎn)的MCF-400PJ型蒸氣壓縮式制冷機(jī)組流程圖。系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器等組成,用管道將其連成一個封閉的系統(tǒng),制冷工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)與被冷卻對象發(fā)生熱量交換,吸收被冷卻對象的熱量后汽化。產(chǎn)生的低壓蒸氣被壓縮機(jī)吸入,經(jīng)壓縮后以高壓排出,壓縮過程需要消耗能量,壓縮機(jī)排出的高溫高壓氣態(tài)制冷工質(zhì),在冷凝器被常溫冷卻介質(zhì)(水或空氣)冷卻,凝結(jié)成高壓液化低溫的液體,流經(jīng)膨脹閥時節(jié)流,變成低壓、低溫制冷劑氣液混合物,進(jìn)入蒸發(fā)器,其中的低壓液體在蒸發(fā)器中再次汽化制冷。蒸氣壓縮式制冷機(jī)是應(yīng)用最廣泛的制冷裝置。單級活塞式壓縮制冷的蒸發(fā)溫度最低只能達(dá)到-40°C,為了達(dá)到比較低的蒸發(fā)溫度,一般采用多級壓縮或復(fù)疊式制冷機(jī)。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備一、制冷原理與制冷系統(tǒng)3.制冷系統(tǒng)與制冷循環(huán)(1)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)第一節(jié)制冷原理與設(shè)備圖10-2三洋MCF-400PJ型蒸氣壓縮式制冷機(jī)組流程圖1—壓縮機(jī)2—消聲器3—冷凝器4—貯液器5—干燥過濾器6—電磁閥7—膨脹閥8—蒸發(fā)器9—?dú)庖悍蛛x器Ⅰ—冷間1

Ⅱ—冷間2一、制冷原理與制冷系統(tǒng)3.制冷系統(tǒng)與制冷循環(huán)(2)吸收式制冷系統(tǒng)

吸收式制冷機(jī)與蒸氣壓縮式制冷機(jī)都是利用高壓液體制冷劑經(jīng)膨脹閥降壓,在低壓下液體汽化吸熱來制取冷量。因此,吸收式制冷也具有冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器,兩者的區(qū)別是將低壓蒸氣變?yōu)楦邏赫魵獾姆椒ú煌嚎s式制冷機(jī)是通過壓縮機(jī)消耗機(jī)械功實(shí)現(xiàn)的,而吸收式制冷則是通過消耗熱能實(shí)現(xiàn)的,所以壓縮式制冷系統(tǒng)中的壓縮機(jī),在吸收式制冷系統(tǒng)中由吸收器、熱交換器、發(fā)生器及溶液泵的組合來代替。吸收式制冷機(jī)有氨吸收式和溴化鋰吸收式兩種。1)氨-水吸收式制冷循環(huán)。氨-水吸收式制冷機(jī)以氨為制冷劑,水為吸收劑。圖10-3為氨-水吸收式制冷系統(tǒng)工作流程圖。該制冷系統(tǒng)主要由發(fā)生器、精餾塔、回流冷凝器、過冷器、節(jié)流閥、吸收器、溶液熱交換器和溶液泵等組成。氨水濃溶液在精餾塔的提餾段中與發(fā)生器中產(chǎn)生的含水氨蒸氣接觸,進(jìn)行熱、質(zhì)交換,氨蒸氣含量增加,氨溶液含量則降低。然后,溶液下流至發(fā)生器,被加熱后蒸發(fā)。蒸氣上升到精餾段時,與來自回流冷凝器的冷凝液接觸,自下而上地在每層塔板上重復(fù)蒸發(fā)和冷凝過程,析出水分,使氨蒸氣的純度不斷提高,通過回流冷凝器時,部分氨蒸氣被冷凝后回流,其余從塔頂排出,其純度可達(dá)99.8%以上。

第一節(jié)制冷原理與設(shè)備一、制冷原理與制冷系統(tǒng)3.制冷系統(tǒng)與制冷循環(huán)(2)吸收式制冷系統(tǒng)

第一節(jié)制冷原理與設(shè)備圖10-3氨-水吸收式制冷機(jī)工作原理1—精流塔2—冷凝器3—過冷器4—蒸發(fā)器5—吸收器6—節(jié)流閥7—溶液熱交換器8—溶液泵a—發(fā)生器b—提餾段c—精餾段d—回流冷凝器一、制冷原理與制冷系統(tǒng)3.制冷系統(tǒng)與制冷循環(huán)(2)吸收式制冷系統(tǒng)2)溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)。溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)中水為制冷劑,溴化鋰溶液為吸收劑。只能制取高于0°C的冷量。圖10-4為溴化鋰吸收式制冷機(jī)工作流程圖。其工作原理為:溴化鋰水溶液在發(fā)生器2中被加熱至沸騰,產(chǎn)生水蒸氣進(jìn)入冷凝器1,被冷卻水冷凝成水,經(jīng)U形管9流入蒸發(fā)器3,在低壓下汽化吸熱,使流經(jīng)蒸發(fā)器的冷媒水得到冷卻,獲得冷量。發(fā)生器中被濃縮的溴化鋰溶液經(jīng)溶液熱交換器5預(yù)冷后,再進(jìn)入吸收器4,吸收來自蒸發(fā)器3的水蒸氣,放出的溶解熱由冷卻水帶走。溶液恢復(fù)原來的濃度后,由發(fā)生器泵6輸送,經(jīng)過熱交換器后進(jìn)入發(fā)生器,重新加熱,如此不斷循環(huán)。吸收器泵7和冷卻水泵8是為加強(qiáng)傳質(zhì)、傳熱,增加噴淋而設(shè)立的。該制冷系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是:能夠利用低勢能熱能如余熱、廢熱和排熱等,因而可大大節(jié)約能耗。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備一、制冷原理與制冷系統(tǒng)3.制冷系統(tǒng)與制冷循環(huán)(2)吸收式制冷系統(tǒng)第一節(jié)制冷原理與設(shè)備圖10-4溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)工作流程圖1—冷凝器2—發(fā)生器3—蒸發(fā)器4—吸收器5—溶液熱交換器6—發(fā)生器泵7—吸收器泵8—冷卻水泵9—U形管二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備1.制冷壓縮機(jī)(1)活塞式壓縮機(jī)

活塞式壓縮機(jī)主要靠電動機(jī)帶動連桿,連桿帶動活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動不斷吸氣、壓縮、排氣,完成壓縮過程。活塞式壓縮機(jī)按氣缸數(shù)分類,有單缸、雙缸和多缸壓縮機(jī);按壓縮部分與驅(qū)動電動機(jī)組合形式分為全封閉式、半封閉式和開啟式壓縮機(jī)。按壓縮級數(shù)又可分為單級(可制取-40°C以上溫度)、雙級(可制取-70°C以上溫度)和三級壓縮機(jī)(可制取-110°C以上溫度)。食品冷凍冷藏過程中常用的壓縮機(jī)為制取溫度在-40°C以上這一溫度范圍。食品快速凍結(jié)時會用到雙級壓縮機(jī)或三級壓縮機(jī)。

全封閉式活塞壓縮機(jī),其壓縮機(jī)和電動機(jī)組成的整體封閉在鋼板沖制的機(jī)殼內(nèi),結(jié)構(gòu)緊湊,可防止軸封泄露,體積和功率較小,多用于冰箱、冷柜和小型冷庫等。

大連三洋所生產(chǎn)的活塞式壓縮機(jī)具有國際先進(jìn)水平。圖10-5所示為大連三洋CL2型半封閉活塞式壓縮機(jī)。半封閉活塞式壓縮機(jī)的電動機(jī)與壓縮部件封閉在一個機(jī)殼內(nèi),機(jī)殼部分靠螺栓連接,可拆啟。功率范圍比全封閉活塞式壓縮機(jī)大,多用于冷柜、冷庫、冷水機(jī)組中。

開啟活塞式壓縮機(jī),其壓縮部分與電動機(jī)部分分開,各自成一獨(dú)立體,驅(qū)動電動機(jī)與壓縮部分靠聯(lián)軸器或傳動帶連接。振動、噪聲較大,安裝需有地基。制取冷量范圍廣,大多用于大型冷庫、食品廠等。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備1.制冷壓縮機(jī)(1)活塞式壓縮機(jī)第一節(jié)制冷原理與設(shè)備圖10-5半封閉式制冷壓縮機(jī)1—機(jī)體2—電機(jī)繞組3—電動機(jī)定子4—電動機(jī)轉(zhuǎn)子5—曲軸6—連桿7—活塞8—?dú)飧?—閥板二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備1.制冷壓縮機(jī)(2)螺桿式壓縮機(jī)

螺桿式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)如圖10-6所示,主要由陰、陽轉(zhuǎn)子,機(jī)體,軸承、軸封、平衡活塞及能量調(diào)節(jié)裝置等組成。其工作原理是由陰、陽轉(zhuǎn)子螺桿的嚙合旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生容積變化,進(jìn)行氣體的壓縮。陰轉(zhuǎn)子的齒溝相當(dāng)于活塞缸,陽轉(zhuǎn)子相當(dāng)于活塞。陽轉(zhuǎn)子帶動陰轉(zhuǎn)子做回轉(zhuǎn)運(yùn)動,使陰陽轉(zhuǎn)子間的容積不斷變化,完成制冷劑蒸氣的吸入、壓縮、排出。螺桿式壓縮機(jī)與活塞式相比其效率高,適應(yīng)溫度范圍廣,結(jié)構(gòu)簡單,易損件少,運(yùn)行壽命長。制冷量可在10%~100%范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)節(jié),在低負(fù)荷運(yùn)行時較經(jīng)濟(jì)。但其潤滑系統(tǒng)較復(fù)雜,油分離器體積較大,運(yùn)行噪聲大。螺桿式壓縮機(jī)在中等制冷量范圍(580~2300kW)應(yīng)用得較多。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備1.制冷壓縮機(jī)(2)螺桿式壓縮機(jī)第一節(jié)制冷原理與設(shè)備圖10-6雙螺桿制冷壓縮機(jī)1、6—滑動軸承2—機(jī)體3—陰轉(zhuǎn)子4—推力軸承

5—軸封7—陽轉(zhuǎn)子8—平衡活塞9—吸氣孔10—能量調(diào)節(jié)用卸載活塞11—噴油孔12—卸載滑閥13—排氣口二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備1.制冷壓縮機(jī)(3)滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)

滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)是利用一個偏心圓筒形轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動來改變工作容積,以實(shí)現(xiàn)氣體的吸入、壓縮和排出。圖10-7為滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)圖?；瑢飧追殖蓛刹糠?當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時,與吸氣管相通的氣缸容積增大,進(jìn)行吸氣,與排氣口相連的氣缸容積減小進(jìn)行壓縮排氣。滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,體積小,重量輕,易損件少,運(yùn)行比較可靠,效率高。其缺點(diǎn)是:在環(huán)境溫度高于43°C時性能較差,長期運(yùn)轉(zhuǎn)后效率下降,用于熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)時制熱量小,損壞后修復(fù)困難。多用于冰箱、冷柜、空調(diào)。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備1.制冷壓縮機(jī)(3)滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)第一節(jié)制冷原理與設(shè)備圖10-7滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)示意圖1—排氣管2—?dú)飧?—轉(zhuǎn)子4—曲軸5—潤滑油6—吸氣管7—滑片8—彈簧9—排氣管二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備2.換熱設(shè)備(1)冷凝器

在制冷過程中冷凝器起著輸出熱量并使制冷劑得以冷凝的作用。從壓縮機(jī)排出的高壓高溫蒸氣進(jìn)入冷凝器后,將其在工作過程吸收的全部熱量傳遞給周圍介質(zhì)(水或空氣)。制冷劑由高壓高溫蒸氣重新凝結(jié)為高壓低溫液體。根據(jù)冷卻介質(zhì)和冷卻方式不同,冷凝器可分為水冷式、空冷式和蒸發(fā)式三類。1)水冷式冷凝器。水冷式冷凝器是利用水來吸收制冷劑放出的熱量。其特點(diǎn)是傳熱效率高,結(jié)構(gòu)緊湊,適用于大中型制冷裝置。采用這種冷凝器需要有冷卻水系統(tǒng),所以一般水冷冷凝器需附帶冷卻塔。水冷式冷凝器管壁上結(jié)水垢后傳熱效果會降低,故需要定期清洗。水冷式冷凝器有立式殼管式、臥式殼管式、套管式等幾種。其中臥式冷凝器在大中型制冷裝置上應(yīng)用較廣,其管內(nèi)水流速較高,傳熱系數(shù)大,冷卻水循環(huán)量可比立式冷凝器少,圖10-8為臥式管殼式冷凝器結(jié)構(gòu)圖。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備2.換熱設(shè)備(1)冷凝器第一節(jié)制冷原理與設(shè)備圖10-8臥式管殼式冷凝器1—端蓋2—橡膠圈3—管板4—冷凝管5—放水悶頭二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備2.換熱設(shè)備(1)冷凝器2)空冷式冷凝器。空氣式冷凝器又稱風(fēng)冷冷凝器。制冷劑蒸氣冷凝放出的熱量是用空氣冷卻的。使用、安裝都比較方便,特別適用于小型制冷裝置和缺水地區(qū)?？绽涫嚼淠骺煞譃榭諝馐芷冗\(yùn)動和自然對流兩種。前者用于中小型氟利昂制冷設(shè)備;后者主要用于冰箱的冷凝器。

空氣受迫運(yùn)動的空冷式冷凝器結(jié)構(gòu)如圖10-9所示。在風(fēng)機(jī)作用下,使空氣橫向流過翅片管,氟利昂在翅片管內(nèi)流動,其液化潛熱被帶走。這種冷凝器由于使用風(fēng)機(jī),要消耗電能,但電能消耗量不高。自然對流空氣式冷凝器,是依靠空氣在冷凝器被加熱后自動上升的過程將冷凝器釋放的熱量帶走。這種冷凝器不需要風(fēng)機(jī),節(jié)省能耗,無噪聲,但傳熱系數(shù)較低。空氣自然對流冷凝器有線管式和板管式兩種,如圖10-10所示。線管式由兩面焊有鋼絲的蛇形管組成,鋼絲與管子互成垂直,并點(diǎn)焊到管壁上。板管式冷凝器是由蛇形管和整塊金屬板組成,兩者焊在一起。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備2.換熱設(shè)備(1)冷凝器第一節(jié)制冷原理與設(shè)備圖10-9空冷式冷凝器二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備2.換熱設(shè)備(1)冷凝器第一節(jié)制冷原理與設(shè)備圖10-10自然對流空冷式冷凝器a)板管式b)線管式二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備2.換熱設(shè)備(1)冷凝器3)蒸發(fā)式冷凝器。蒸發(fā)式冷凝器的結(jié)構(gòu)如圖10-11所示,是利用水蒸發(fā)時吸收熱量而使管內(nèi)制冷劑蒸氣冷凝。制冷劑蒸氣由上部進(jìn)入蛇形盤管,冷凝后的液體從盤管的下部流出,冷卻水貯于箱底部水池中并保持一定的水位,水池中的冷卻水被水泵送到噴水管,經(jīng)噴嘴噴淋在傳熱管的外表面上,形成一層水膜。水膜中部分水吸熱后蒸發(fā)被空氣帶走,未蒸發(fā)的水仍滴回水池內(nèi)。為了強(qiáng)化傳熱效果,冷凝器上裝有軸流風(fēng)機(jī)。軸流風(fēng)機(jī)裝在側(cè)面的稱送風(fēng)式,裝在箱體頂部的稱吸風(fēng)式。蒸發(fā)式冷凝器中,水的汽化潛熱大,換熱效果好。由于頂置式軸流風(fēng)機(jī)處于潮濕氣流中,容易被腐蝕,故多采用送風(fēng)式。蒸發(fā)式冷凝器耗水量少,適用于缺水地區(qū)。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備2.換熱設(shè)備(1)冷凝器第一節(jié)制冷原理與設(shè)備圖10-11蒸發(fā)式冷凝器結(jié)構(gòu)圖a)吸風(fēng)式b)送風(fēng)式二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備2.換熱設(shè)備(2)冷卻塔

以水冷卻的制冷系統(tǒng),冷卻水是循環(huán)使用的。冷卻水在冷凝器中吸收熱量,溫度升高,然后被泵送到冷卻塔頂部,經(jīng)噴嘴水被噴淋成細(xì)小水滴,往下流經(jīng)填料時形成水膜,與往上流的空氣接觸發(fā)生熱質(zhì)傳遞,降溫后流到塔底,冷卻后的水經(jīng)水泵輸送到冷凝器,開始新的循環(huán)。每次循環(huán)會因蒸發(fā)損失部分冷卻水,所以需要定期給冷卻塔補(bǔ)充水。冷卻塔是與水冷冷凝器配套使用的,圖10-12為冷卻塔結(jié)構(gòu)示意圖。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備圖10-12冷卻塔結(jié)構(gòu)示意二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備2.換熱設(shè)備(3)蒸發(fā)器

蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)中制取冷量和輸出冷量的設(shè)備。在蒸發(fā)器中,制冷劑液體在較低的溫度下沸騰,轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵?并吸收被冷卻物或介質(zhì)的熱量。根據(jù)被冷卻介質(zhì)的種類不同,蒸發(fā)器可分為兩大類:冷卻液體的蒸發(fā)器和冷卻空氣的蒸發(fā)器。常用冷卻液體的蒸發(fā)器又分為殼管臥式、干式蒸發(fā)器等。常用冷卻空氣的蒸發(fā)器又分為直接蒸發(fā)式和排管式蒸發(fā)器等。1)殼管臥式蒸發(fā)器。殼管臥式蒸發(fā)器的外殼是用鋼板焊成的圓柱筒體,兩端帶有管板,管板上擴(kuò)張或焊接著許多無縫鋼管或銅管制成的換熱管束。兩頭端蓋內(nèi)具有隔板,端蓋用螺栓聯(lián)接在殼體上,如圖10-13所示。載冷劑在換熱管內(nèi)往返多次流動,而制冷劑則在換熱管外蒸發(fā)吸收載冷劑的熱量。殼管臥式蒸發(fā)器具有結(jié)構(gòu)簡單,體積緊湊,傳熱性能好等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是制冷劑的充注量大,載冷劑有凍結(jié)的危險(xiǎn),采用氟利昂制冷劑時,回流比較困難,在一定程度上會影響傳熱效果。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備2.換熱設(shè)備(3)蒸發(fā)器第一節(jié)制冷原理與設(shè)備圖10-13管殼臥式蒸發(fā)器1—端蓋2—蒸發(fā)管3—集氣室4—管板5—橡膠墊圈二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備2.換熱設(shè)備(3)蒸發(fā)器2)干式蒸發(fā)器。干式蒸發(fā)器的形狀和結(jié)構(gòu)與殼管臥式蒸發(fā)器相似,所不同的是液態(tài)氟利昂在管內(nèi)沸騰。在筒體內(nèi)設(shè)置幾道隔板,載冷劑在管外的隔板之間曲折流動。這種蒸發(fā)器比較適用于R22制冷劑,它可以解決回流問題。3)直接蒸發(fā)式空氣冷卻蒸發(fā)器。直接蒸發(fā)式空氣冷卻蒸發(fā)器又稱冷風(fēng)機(jī),廣泛用于空氣調(diào)節(jié)、冷庫和低溫操作間等。這種蒸發(fā)器采用翅片管式,如圖10-14所示,管內(nèi)通以氟利昂液體蒸發(fā)吸熱,管外通以被冷卻的空氣。這種蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小,冷量損失少;缺點(diǎn)是氣密性要求較高,制冷量調(diào)節(jié)比較困難。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備2.換熱設(shè)備(3)蒸發(fā)器第一節(jié)制冷原理與設(shè)備圖10-14直接蒸發(fā)式空氣冷卻蒸發(fā)器二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備3.節(jié)流裝置(1)熱力膨脹閥

熱力膨脹閥在氟利昂制冷系統(tǒng)中普遍應(yīng)用,如風(fēng)冷式凍結(jié)間、制冷裝置、冰淇淋保藏箱以及空調(diào)裝置等。其優(yōu)點(diǎn)是在蒸發(fā)器負(fù)荷變化時可以自動調(diào)節(jié)制冷劑液體的流量。圖10-15為內(nèi)平衡式熱力膨脹閥結(jié)構(gòu)示意圖,它由閥芯、閥座、導(dǎo)壓毛細(xì)管、感溫包、調(diào)節(jié)螺釘、彈簧、進(jìn)出口接管和過濾器等組成。內(nèi)平衡式熱力膨脹閥中,感溫包裝在蒸發(fā)器出口,用于感受蒸發(fā)器出口處的溫度。通過感溫包把蒸發(fā)器出口溫度轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的壓力,經(jīng)毛細(xì)管傳到膜片上,通過膜片變形,推動推桿作軸向移動,從而使閥孔關(guān)小或開大,調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的供液量。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備圖10-15內(nèi)平衡式熱力膨脹閥示意圖1—閥蓋2—導(dǎo)壓毛細(xì)管3—感溫包4—膜片5—推桿6—閥體7—閥芯8—彈簧9—調(diào)整螺釘10—蒸發(fā)器二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備3.節(jié)流裝置(1)熱力膨脹閥

內(nèi)平衡式熱力膨脹閥適用于能量較小,蒸發(fā)器內(nèi)壓力降不大的小型蛇管式蒸發(fā)器。對于蛇形管較長、阻力較大或多路供液的大型蒸發(fā)器,由于制冷劑的流動阻力較大,壓差對膨脹閥性能的影響不可忽略,為此應(yīng)采用外平衡式熱力膨脹閥,其結(jié)構(gòu)原理如圖10-16所示。外平衡式熱力膨脹閥有一條外部連接管,將膜片下部的空間與蒸發(fā)器出口相連以平衡蒸發(fā)器壓力降。由于外平衡式熱力膨脹閥的平衡壓力來自蒸發(fā)器的出口,而感溫包正是在附近之前,從而改善了蒸發(fā)器的工作條件,使蒸發(fā)器傳熱面積的利用率提高,相應(yīng)提高了蒸發(fā)器的效率。一般冷庫用冷風(fēng)機(jī)都采用外平衡式熱力膨脹閥。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備圖10-16外平衡式熱力膨脹閥1—熱力膨脹閥2—分液器3—蒸發(fā)器4—感溫包5—平衡導(dǎo)管二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備3.節(jié)流裝置(2)電子膨脹閥

電子膨脹閥的控制精度較高,調(diào)節(jié)范圍大,并為制冷裝置的智能化提供了條件。電子膨脹閥是通過調(diào)節(jié)和控制施加于膨脹閥上的電壓或電流,進(jìn)而控制閥針的運(yùn)動,達(dá)到調(diào)節(jié)目的。電子膨脹閥可分為電磁式和電動式兩類。1)電磁式電子膨脹閥。電磁式電子膨脹閥是將被調(diào)參數(shù)先轉(zhuǎn)化為電壓,施加在膨脹閥的電磁線圈上。電壓愈高,開度愈小,流經(jīng)膨脹閥的制冷劑流量也愈小。該膨脹閥結(jié)構(gòu)簡單,對信號變化的響應(yīng)快。但在制冷系統(tǒng)工作時,需要一直向它提供控制電壓。電磁式電子膨脹閥結(jié)構(gòu)如圖10-17所示。2)電動式電子膨脹閥。電動式電子膨脹閥的閥針由脈沖電動機(jī)驅(qū)動。電動式電子膨脹閥可分為直動和減速型兩種。直動型電動式電子膨脹閥用脈沖電動機(jī)直接驅(qū)動閥針,適用于較小冷量的節(jié)流;減速型電動式電子膨脹閥的閥內(nèi)裝有減速齒輪組,脈沖電機(jī)通過減速齒輪組將其磁力矩傳遞給閥針,適用于較大冷量的節(jié)流。電動式電子膨脹閥結(jié)構(gòu)如圖10-18所示。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備3.節(jié)流裝置(2)電子膨脹閥第一節(jié)制冷原理與設(shè)備圖10-17電磁式電子膨脹閥1—柱塞彈簧2—柱塞3—線圈4—閥座5—入口6—閥桿7—閥針8—彈簧9—出口二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備3.節(jié)流裝置(2)電子膨脹閥第一節(jié)制冷原理與設(shè)備圖10-18電動式電子膨脹閥(減速型)1—轉(zhuǎn)子2—線圈3—閥桿4—閥針5—減速齒輪組6—入口7—出口二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備4.制冷系統(tǒng)的輔助設(shè)備

在制冷系統(tǒng)中,除了壓縮機(jī)、膨脹閥、蒸發(fā)器、冷凝器主要裝置外,還有一些為保證循環(huán)的輔助設(shè)備,如油分離器、貯液器和干燥過濾器等。(1)油分離器

當(dāng)壓縮機(jī)壓縮制冷劑時,各運(yùn)轉(zhuǎn)部件需要潤滑油來潤滑。潤滑過程中,壓縮機(jī)氣缸內(nèi)的一部分潤滑油受到高溫而汽化,混在制冷劑蒸氣中,隨著制冷劑蒸氣排出。一方面增強(qiáng)壓縮機(jī)的潤滑;另一方面潤滑油進(jìn)入冷凝器和蒸發(fā)器。在氨系統(tǒng)中,潤滑油會附著在管壁并沉積于盤管底部影響傳熱性能;而在氟利昂系統(tǒng)中,會降低制冷能力。同時壓縮機(jī)中油量越來越少,潤滑條件惡化,影響壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn),甚至被燒毀。因此,對制冷劑氣體中的潤滑油應(yīng)當(dāng)在壓縮之后設(shè)法排回壓縮機(jī)。油分離器正是為此而設(shè)計(jì)的,它安裝在壓縮機(jī)和冷凝器之間,將潤滑油從壓縮機(jī)中排出的混合氣體中分離,制冷劑進(jìn)入冷凝器冷凝,潤滑油流回壓縮機(jī),以保證正常潤滑。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備二、制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備4.制冷系統(tǒng)的輔助設(shè)備(2)貯液器

貯液器是用鋼板制成的圓柱形容器,其上開設(shè)有一些附件和管路接頭,用來與有關(guān)設(shè)備相連接。貯液器是用來貯存和供應(yīng)制冷系統(tǒng)內(nèi)的液體制冷劑,以便工況變化時能補(bǔ)償和調(diào)劑液體制冷劑的量,是保證壓縮機(jī)和制冷系統(tǒng)正常運(yùn)行的必需設(shè)備;在檢修制冷系統(tǒng)時,可將系統(tǒng)中的制冷劑收集在貯液器中,以避免將制冷劑排入大氣造成浪費(fèi)和環(huán)境污染。小型制冷系統(tǒng),往往不裝貯液器,而是利用冷凝器來調(diào)節(jié)和貯存制冷劑。(3)干燥過濾器

在制冷系統(tǒng)中若存在雜質(zhì)或水分,則當(dāng)制冷劑通過節(jié)流閥時,因壓力及溫度下降,會發(fā)生水分凝固成冰,使通道阻塞,影響制冷裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn),雜質(zhì)則會堵塞通道并損壞運(yùn)動部件。因此,在制冷系統(tǒng)中必須安裝干燥過濾器。過去干燥器和過濾器是兩個獨(dú)立的零部件,現(xiàn)在常將兩者裝在一起,稱為干燥過濾器。第一節(jié)制冷原理與設(shè)備一、食品冷卻方法

食品冷卻是將其溫度降低到接近冰點(diǎn)但不凍結(jié),以延長食品貯藏期的方法。食品的冷卻方法有通風(fēng)冷卻、差壓式冷卻、冷水冷卻、碎冰冷卻、真空冷卻等。根據(jù)食品的種類及冷卻要求不的同,可選擇合適的冷卻方法。表10-1是食品冷卻方法及其適用范圍。第二節(jié)食品冷卻方法與裝置表10-1食品冷卻方法與適用范圍二、食品冷卻原理與設(shè)備1.冷風(fēng)冷卻及其裝置(1)通風(fēng)冷卻

通風(fēng)冷卻是利用風(fēng)機(jī)強(qiáng)制冷空氣流動,通過被冷卻食品使其溫度下降的冷卻方法。所以又稱強(qiáng)制通風(fēng)冷卻。與將食品放在冷藏庫內(nèi)自然冷卻的區(qū)別,在于配置了較大風(fēng)量、風(fēng)壓的風(fēng)機(jī)。這種冷卻方式的冷卻速率較高,但存在預(yù)冷不均勻,產(chǎn)品干耗較大等缺點(diǎn)。為克服這些不足,進(jìn)一步提高食品的預(yù)冷速度,日本于20世紀(jì)70年代發(fā)明了差壓式冷卻。圖10-19所示為兩種冷卻方法的比較。第二節(jié)食品冷卻方法與裝置圖10-19強(qiáng)制通風(fēng)冷卻與差壓冷卻的比較a)強(qiáng)制通風(fēng)式冷卻b)差壓式冷卻1—通風(fēng)機(jī)2—箱體間設(shè)置通風(fēng)間隙3—風(fēng)從箱體外通過4—風(fēng)從箱體上的孔中通過5—差壓式風(fēng)冷回風(fēng)道6—蓋布二、食品冷卻原理與設(shè)備1.冷風(fēng)冷卻及其裝置(2)差壓式冷卻

差壓式冷卻裝置如圖10-20所示,將食品放在吸風(fēng)口兩側(cè),并鋪上蓋布,冷空氣通過風(fēng)機(jī)加壓在預(yù)冷食品兩側(cè)產(chǎn)生2~4kPa壓差,迫使-5~10℃的冷風(fēng),以0.3~0.5m/s的速度通過箱體上開設(shè)的通風(fēng)孔,在箱體內(nèi)流動進(jìn)行預(yù)冷。根據(jù)食品種類不同,差壓式冷卻一般需4~6h,有的可在2h完成。

差壓式冷卻具有能耗小,冷卻速度快,冷卻均勻,可冷卻的品種多,易于由強(qiáng)制通風(fēng)冷卻改建的優(yōu)點(diǎn),但也有食品干耗較大,貨物堆放要求通風(fēng)口對齊,冷庫利用率低的缺點(diǎn)。第二節(jié)食品冷卻方法與裝置二、食品冷卻原理與設(shè)備1.冷風(fēng)冷卻及其裝置(2)差壓式冷卻第二節(jié)食品冷卻方法與裝置圖10-20差壓式冷卻裝置二、食品冷卻原理與設(shè)備2.冷水冷卻及其設(shè)備

冷水冷卻是采用0~3℃的低溫水將被冷卻食品冷卻到所要求溫度。冷水冷卻有三種形式:噴水式、浸漬式和混合式(噴水和浸漬)。其中以噴水式應(yīng)用較多。噴水式冷卻裝置如圖10-21所示,主要由冷卻水槽、傳送帶、冷卻隧道、水泵和制冷系統(tǒng)等組成。在冷卻水槽內(nèi)設(shè)冷卻盤管,由壓縮機(jī)制冷,使盤管周圍的水部分結(jié)冰,因而冷卻水槽中是冰水混合物,泵將冷卻水抽到冷卻隧道的頂部,經(jīng)噴嘴噴淋到放置在傳送帶上的食品表面。根據(jù)食品種類不同可選用不同冷水噴頭,如對耐壓產(chǎn)品,采用噴淋式大孔噴頭;對較柔軟產(chǎn)品,選用噴霧式小孔噴頭,以免水沖擊損壞食品。第二節(jié)食品冷卻方法與裝置二、食品冷卻原理與設(shè)備2.冷水冷卻及其設(shè)備第二節(jié)食品冷卻方法與裝置圖10-21噴水式冷水冷卻設(shè)備示意圖二、食品冷卻原理與設(shè)備3.碎冰冷卻

冰是一種很好的冷卻介質(zhì),冰與食品接觸時,冰融化成水,要吸收334kJ/kg的相變潛熱,使食品冷卻,碎冰冷卻主要用于魚的冷卻,此外它也可以用于水果、蔬菜等的冷卻。用于冷卻食品的冰有淡水冰和海水冰,采用制冰機(jī)制得塊冰、片冰以及米粒冰等多種形式。碎冰冷卻主要用于魚保鮮,使魚濕潤、有光澤,無干耗。第二節(jié)食品冷卻方法與裝置二、食品冷卻原理與設(shè)備4.真空冷卻及其裝置

真空冷卻是根據(jù)水在不同大氣壓下的沸點(diǎn)不同的原理進(jìn)行的。水在一個大氣壓(101.3kPa)下,沸點(diǎn)為100℃,當(dāng)氣壓降為0.66kPa時,水在1℃就沸騰了。利用水隨壓力的降低其沸點(diǎn)也降低的性質(zhì),將預(yù)冷食品放置在真空室中,當(dāng)壓力降低到一定數(shù)值時,食品表面水分開始蒸發(fā),吸收汽化潛熱,使食品自身被冷卻。圖10-22所示為真空冷卻裝置示意圖,它主要由真空泵、冷凝器、制冷壓縮機(jī)以及真空室等組成。將收獲的蔬菜經(jīng)挑選、整理,裝入打孔的塑料箱內(nèi),然后推入真空室并密閉,起動真空泵和制冷機(jī)。使真空室內(nèi)壓力逐漸降低,當(dāng)壓力降到2.4kPa左右時,即達(dá)到閃點(diǎn),水分開始蒸發(fā),壓力繼續(xù)降低到0.8kPa時,水在4℃下沸騰,需吸收約2496kJ/kg的汽化熱,使蔬菜本身的溫度迅速下降。因冷卻速度快(20~30min),水分汽化量僅2%~4%,對蔬菜新鮮的外觀影響不大。真空冷卻裝置配備的制冷系統(tǒng)和冷凝器,不是用于冷凍果蔬的,而是將蒸發(fā)的水蒸氣進(jìn)行冷凝排出,保持真空室內(nèi)的真空度。

真空冷卻具有冷卻速度快,冷卻均勻,品質(zhì)高,保鮮期長,損耗小,干凈衛(wèi)生,操作方便等優(yōu)點(diǎn),但設(shè)備初次投資大,運(yùn)行費(fèi)用較高,只適用于表面水分容易蒸發(fā)的葉菜類,冷卻品種有限,如白菜、菠菜、韭菜、菜花、生菜等。第二節(jié)食品冷卻方法與裝置二、食品冷卻原理與設(shè)備4.真空冷卻及其裝置第二節(jié)食品冷卻方法與裝置圖10-22真空冷卻裝置示意圖1—真空泵2—冷卻器3—真空冷卻室4—膨脹閥5—冷凝器6—壓縮機(jī)一、食品冷凍原理與方法1.食品的凍結(jié)特性

食品是由固體、液體和氣體組成的多組分、多相、非均質(zhì)的物質(zhì)系統(tǒng)。食品中的水分以自由水和結(jié)合水兩種形式存在。自由水為食品的汁液和細(xì)胞中所含的水,這部分水分子能夠在液相區(qū)域內(nèi)移動,其凍結(jié)點(diǎn)在冰點(diǎn)溫度以下;結(jié)合水即構(gòu)成膠粒周圍水膜的水,這部分水分子被大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)、碳水化合物等吸附著,其凍結(jié)點(diǎn)比自由水要低得多。使食品中的水開始形成冰晶時的溫度稱為凍結(jié)點(diǎn),由于食品中的水是含有可溶性固形物的水溶液,根據(jù)溶液冰點(diǎn)降低的原理,食品的凍結(jié)點(diǎn)溫度總是低于水的冰點(diǎn)0°C,而且不同食品,其凍結(jié)點(diǎn)也不相同,表10-2為食品的初始凍結(jié)點(diǎn)溫度。第三節(jié)食品冷凍裝置一、食品冷凍原理與方法1.食品的凍結(jié)特性第三節(jié)食品冷凍裝置表10-2一些食品的初始凍結(jié)點(diǎn)溫度一、食品冷凍原理與方法2.食品快速凍結(jié)(1)凍結(jié)速度對食品品質(zhì)的影響

動植物食品都是由細(xì)胞構(gòu)成的。細(xì)胞內(nèi)有膠質(zhì)狀原生質(zhì)存在,水分存在于原生質(zhì)和細(xì)胞間隙中。在食品慢速凍結(jié)過程中,細(xì)胞外的水分首先凍結(jié),造成細(xì)胞外溶液濃度增大,細(xì)胞內(nèi)的水分則不斷滲透到細(xì)胞外并繼續(xù)凍結(jié),最后在細(xì)胞外空間形成較大的冰晶。細(xì)胞受冰晶擠壓產(chǎn)生變形或破裂,破壞了食品的組織結(jié)構(gòu),解凍后汁液流失多,不能保持食品原有的外觀和鮮度,質(zhì)量明顯下降。食品在快速凍結(jié)過程中,能以最短的時間通過最大冰晶區(qū),在食品組織中形成均勻分布的細(xì)小結(jié)晶,對組織結(jié)構(gòu)的破壞大大降低,解凍后的食品基本能保持原有的色、香、味。(2)食品速凍與實(shí)現(xiàn)速凍的方法

食品速凍是指使食品盡快通過其最大冰晶生成區(qū),并使其平均溫度盡快達(dá)到-18°C而迅速凍結(jié)的方法。因?yàn)樗賰鍪称繁M快越過最大冰晶生成區(qū)意味著大部分的可結(jié)冰水分會很快成為冰晶體,因而水分在食品內(nèi)沒有遷移的機(jī)會,而且形成的晶體小而均勻;其次,使食品的平均溫度迅速達(dá)到-18°C,表明食品在短時間內(nèi)能整體凍結(jié),即使在少量未凍結(jié)水分存在的情況下,凍藏期間也不會發(fā)生緩慢凍結(jié)的效應(yīng),所以食品速凍可保證其品質(zhì)。第三節(jié)食品冷凍裝置一、食品冷凍原理與方法2.食品快速凍結(jié)(2)食品速凍與實(shí)現(xiàn)速凍的方法

大多數(shù)食品在溫度降到-1°C時開始凍結(jié),并在-1~-5°C之間大部分水成為冰晶,即最大冰晶生成區(qū)在-1~-5°C之間?？焖賰鼋Y(jié)要求此階段的凍結(jié)時間盡量縮短,以最快速度排除這部分冰晶生成所產(chǎn)生的熱量。為實(shí)現(xiàn)快速凍結(jié),可采用下列方法:1)提高冷卻介質(zhì)與食品之間的溫差提高食品與冷卻介質(zhì)的溫差主要從冷卻介質(zhì)入手。對于機(jī)械制冷方式,降低冷卻介質(zhì)的溫度范圍不大。非機(jī)械冷卻介質(zhì)如液氮,有很低的溫度(-196°C),可以大大縮短食品的凍結(jié)時間。但液氮速凍成本較高,應(yīng)用范圍有限。2)改善換熱條件,增大放熱系數(shù)在表面換熱成為食品凍結(jié)速度限制因素的情況下,通過加快冷卻介質(zhì)流經(jīng)食品的相對速度可以提高凍結(jié)速度。3)減小食品的體積即增加食品的比表面積,不僅可以強(qiáng)化食品與冷卻介質(zhì)間的換熱,而且由于體積減小,使食品中心到表面的距離縮短,能夠加快凍結(jié)速度。第三節(jié)食品冷凍裝置一、食品冷凍原理與方法3.食品快速凍結(jié)的優(yōu)點(diǎn)

食品快速凍結(jié)具有以下優(yōu)點(diǎn):①避免在細(xì)胞之間生成過大的冰晶體;②減少細(xì)胞內(nèi)水分外析,解凍時汁液流失少;③細(xì)胞組織內(nèi)部濃縮溶質(zhì)和食品組織、膠體等成分相互接觸時間顯著縮短,濃縮危害性下降;④有利于抑制微生物的繁殖及其生化反應(yīng);⑤食品在凍結(jié)設(shè)備中停留時間短,有利于提高設(shè)備的利用率和連續(xù)性生產(chǎn)。

但速凍食品的成本較高,因此對一些緩凍對其品質(zhì)影響不大的食品來說,為了降低成本,就沒有必要一味地選擇速凍。第三節(jié)食品冷凍裝置二、食品冷凍裝置

食品的凍結(jié)有多種方法,每種方法均包含多種形式的凍結(jié)裝置,見表10-3。第三節(jié)食品冷凍裝置表10-3食品凍結(jié)方法與裝置分類二、食品冷凍裝置1.空氣凍結(jié)法(1)隧道式凍結(jié)裝置

隧道式凍結(jié)裝置的特點(diǎn)是:冷空氣在隧道中循環(huán),食品通過隧道時被凍結(jié)。根據(jù)食品通過隧道的方式,可分為傳送帶式、吊籃式、推盤式凍結(jié)隧道等幾種。圖10-23是一種傳送帶式凍結(jié)隧道,主要由蒸發(fā)器、風(fēng)機(jī)、傳送帶及隔熱殼體等構(gòu)成。該凍結(jié)裝置的傳輸系統(tǒng)為兩條平行工作的液壓驅(qū)動鏈?zhǔn)絺魉蛶?上面放置凍結(jié)盤。開始運(yùn)行時,將凍結(jié)盤放在裝卸設(shè)備上,盤被自動推上傳送帶并合蓋后,液壓傳動機(jī)構(gòu)10驅(qū)動傳送帶向前移動,使凍結(jié)盤通過驅(qū)動室A進(jìn)入水分分離室B。在分離室內(nèi),粘附在盤子外面的大部分水被除去,剩余的水分則結(jié)成冰,保證水分不被帶入凍結(jié)間C和D內(nèi),以免蒸發(fā)器結(jié)霜。食品的凍結(jié)過程是在凍結(jié)間C和D內(nèi)進(jìn)行的,軸流風(fēng)機(jī)8吸入經(jīng)板片式蒸發(fā)器5冷卻的空氣,向凍結(jié)盤吹送。為加速凍結(jié)過程,并保證食品降溫均勻性,在各凍結(jié)間內(nèi)氣流流過盤子的方向互為反向。凍結(jié)盤到達(dá)轉(zhuǎn)向裝置時,改變運(yùn)動方向返回裝卸設(shè)備。此時,凍結(jié)盤自動脫出鏈條卡扣,在除霜裝置2上經(jīng)加熱除霜后送至端部位置并翻轉(zhuǎn),盤蓋自動打開,食品凍結(jié)塊落在輸送帶11上,傳輸?shù)酵饷姘b貯藏。第三節(jié)食品冷凍裝置二、食品冷凍裝置1.空氣凍結(jié)法(1)隧道式凍結(jié)裝置第三節(jié)食品冷凍裝置圖10-23

LBH31.5型帶式凍結(jié)隧道1—裝卸設(shè)備2—除霜裝置3—?dú)饬鞣较?—凍結(jié)盤5—板片式蒸發(fā)器6—隔熱外殼7—轉(zhuǎn)向裝置8—軸流風(fēng)機(jī)9—光管蒸發(fā)器10—液壓傳動機(jī)構(gòu)11—凍結(jié)塊輸送帶A—驅(qū)動室

B—水分分離室

C、D—凍結(jié)間

E—旁路二、食品冷凍裝置1.空氣凍結(jié)法(2)螺旋式凍結(jié)裝置

螺旋式凍結(jié)裝置如圖10-24所示。主要由轉(zhuǎn)筒、蒸發(fā)器、風(fēng)機(jī)、傳送帶及附屬設(shè)備等組成。其主體部分為一轉(zhuǎn)筒,傳送帶由不銹鋼扣環(huán)組成,按寬度方向成對接合,在縱橫方向上都具有撓性。運(yùn)行時拉伸帶子的一邊就壓縮另一邊,從而形成一個圍繞著轉(zhuǎn)筒的曲面。借助摩擦及傳動力,傳送帶隨著轉(zhuǎn)筒一起運(yùn)動,由于傳送帶上的張力小,故驅(qū)動功率不大,傳送帶的壽命長。傳送帶的螺旋升角約為2°,近于水平,食品不會下滑。傳送帶纏繞的圈數(shù)由凍結(jié)時間和產(chǎn)量確定。第三節(jié)食品冷凍裝置二、食品冷凍裝置1.空氣凍結(jié)法(2)螺旋式凍結(jié)裝置第三節(jié)食品冷凍裝置圖10-24螺旋式凍結(jié)裝置1—平帶張緊裝置2—出料口3—轉(zhuǎn)筒4—翅板蒸發(fā)器

5—分隔氣流通道頂板6—風(fēng)扇7—控制板

8—液壓裝置9—進(jìn)料口10—干燥傳送帶風(fēng)扇11—傳送帶清洗系統(tǒng)二、食品冷凍裝置1.空氣凍結(jié)法(3)流態(tài)化凍結(jié)裝置

食品流態(tài)化凍結(jié)裝置是在一定流速的冷空氣作用下,使食品在流態(tài)化條件下得到快速凍結(jié)方法。該凍結(jié)裝置主要用于顆粒狀、片狀和塊狀食品的快速凍結(jié)。食品流態(tài)化凍結(jié)裝置,按其機(jī)械傳送方式可分為:斜槽式、帶式和振動流態(tài)化凍結(jié)裝置等。1)斜槽式流態(tài)化凍結(jié)裝置:斜槽式流態(tài)化凍結(jié)裝置如圖10-25所示。這種凍結(jié)器沒有傳送帶,其主體為一固定多孔槽板,槽板的進(jìn)口稍高于出口,以便食品在流化凍結(jié)過程中向前移動凍結(jié)的食品由滑槽排出。凍品的床層厚度、凍結(jié)時間和產(chǎn)量可通過改變進(jìn)料速度和排出堰高度來調(diào)節(jié)。斜槽式流態(tài)化凍結(jié)裝置的主要特點(diǎn)是構(gòu)造簡單,成本低,凍結(jié)速度快,凍品降溫均勻,質(zhì)量好。第三節(jié)食品冷凍裝置二、食品冷凍裝置1.空氣凍結(jié)法(3)流態(tài)化凍結(jié)裝置第三節(jié)食品冷凍裝置圖10-25斜槽式流態(tài)化凍結(jié)裝置示意圖1—進(jìn)料口2—斜槽3—排出堰4—出料口5—蒸發(fā)器6—風(fēng)機(jī)二、食品冷凍裝置1.空氣凍結(jié)法(3)流態(tài)化凍結(jié)裝置2)帶式流態(tài)化凍結(jié)裝置:帶式流態(tài)化凍結(jié)裝置如圖10-26所示,食品在隨傳送帶輸送過程中被流態(tài)化凍結(jié)。食品首先經(jīng)過脫水振蕩器,去除表面的水分,然后隨進(jìn)料帶進(jìn)入“松散相”區(qū)域,此時的流態(tài)化程度較高,食品懸浮在高速的氣流中,從而避免了食品間的相互粘結(jié)。待到食品表面凍結(jié)后,經(jīng)“勻料棒”均勻物料,到達(dá)“稠密相”區(qū)域,此時僅維持最小的流態(tài)化程度,使食品進(jìn)一步降溫凍結(jié)。凍結(jié)好的食品最后從出料口排出。與斜槽式流態(tài)化凍結(jié)裝置比較,帶式流態(tài)化凍結(jié)裝置具有適應(yīng)食品種類多、產(chǎn)量大;由于顆粒間摩擦小,所以凍結(jié)易碎食品時損傷較小。但由于食品厚度較小、凍結(jié)時間較長,占地面積較大。第三節(jié)食品冷凍裝置二、食品冷凍裝置1.空氣凍結(jié)法(3)流態(tài)化凍結(jié)裝置第三節(jié)食品冷凍裝置圖10-26帶式流態(tài)化凍結(jié)裝置示意圖1—隔熱層2—脫水振蕩器3—計(jì)量漏斗4—變速進(jìn)料帶5—松散相區(qū)6—勻料棒7—稠密相區(qū)8、9、10—傳送帶清洗、干燥裝置11—離心風(fēng)機(jī)12—軸流風(fēng)機(jī)13—傳送帶變速驅(qū)動裝置14—出料口二、食品冷凍裝置1.空氣凍結(jié)法(3)流態(tài)化凍結(jié)裝置3)往復(fù)振動式流態(tài)化凍結(jié)裝置:往復(fù)振動式流態(tài)化凍結(jié)裝置其主體部分為一帶孔不銹鋼板,在連桿機(jī)構(gòu)帶動下作水平往復(fù)式振動。脈動旁通機(jī)構(gòu)為一旋轉(zhuǎn)風(fēng)門,可按一定的角速度旋轉(zhuǎn),使通過流化床和蒸發(fā)器的氣流量時增時減,因而可以調(diào)節(jié)到適于各種食品的脈動旁通氣流量,以實(shí)現(xiàn)最佳流態(tài)化。該裝置運(yùn)行時,食品首先進(jìn)入預(yù)冷設(shè)備,表面水分被吹干,表面硬化,避免食品相互間的粘連。進(jìn)入流化床后,凍品受鋼板振動和氣流脈動的雙重作用,冷氣流與凍品充分混合,實(shí)現(xiàn)了完全的流態(tài)化。凍品被包圍在強(qiáng)冷氣流中,像流體般向前傳送,確保了快速的凍結(jié)。這種凍結(jié)方式消除了流溝和物料跑偏現(xiàn)象,使冷量得到充分有效的利用,如圖10-27所示。第三節(jié)食品冷凍裝置二、食品冷凍裝置1.空氣凍結(jié)法(3)流態(tài)化凍結(jié)裝置第三節(jié)食品冷凍裝置圖10-27往復(fù)振動式流態(tài)化凍結(jié)裝置1—隔熱箱體2—操作檢修廊3—流化床4—脈動旋轉(zhuǎn)風(fēng)門5—融霜淋水管6—蒸發(fā)器7—風(fēng)機(jī)8—凍結(jié)隧道9—振動布風(fēng)器二、食品冷凍裝置2.間接接觸凍結(jié)裝置(1)平板凍結(jié)裝置

平板凍結(jié)裝置是一組作為蒸發(fā)器的空心平板與制冷劑管道相連,將凍結(jié)食品放在兩相鄰的平板間,并借助油壓系統(tǒng)使平板與食品緊密接觸。由于金屬平板具有良好的導(dǎo)熱性能,故其傳熱系數(shù)高。當(dāng)接觸壓力為7~30kPa時,傳熱系數(shù)可達(dá)93~120W/(m2·K)。平板式凍結(jié)裝置分為臥式平板凍結(jié)裝置和立式平板凍結(jié)裝置。

圖10-28所示為連續(xù)臥式平板凍結(jié)裝置。食品裝入貨盤并自動蓋上蓋2后,隨傳送帶向前移動,并由壓緊機(jī)構(gòu)3對貨盤進(jìn)行預(yù)壓縮,然后貨盤被升降機(jī)4提升到推桿5前面,由推桿5推入最上層的兩平板間;當(dāng)這兩塊平板之間填滿貨盤時,再推入一塊,則位于最右面的貨盤將由降低貨盤裝置7送到第二層平板的右邊,然后被液壓推桿8推入第二層平板之間。如此不斷反復(fù),直至全部平板間均裝滿貨盤時,液壓系統(tǒng)6壓緊平板進(jìn)行凍結(jié)。凍結(jié)完畢,液壓系統(tǒng)松開平板,推桿5繼續(xù)推入貨盤,此時,位于最低層平板間最左側(cè)的貨盤則被推桿8推上卸貨傳送帶,在此蓋從貨盤上分離,并被送到起始位置,而貨盤經(jīng)翻轉(zhuǎn)裝置9翻轉(zhuǎn)后,食品從貨盤中分離出來。經(jīng)翻轉(zhuǎn)裝置12再次翻轉(zhuǎn)后,貨盤由升降機(jī)送到貨盤1,重新裝貨,如此重復(fù),直至全部凍結(jié)貨盤卸貨完畢時,平板間又填滿了未凍結(jié)的貨盤,再進(jìn)行第二次凍結(jié)。除貨盤裝貨外,所有操作都是按程序自動完成的。臥式平板凍結(jié)裝置主要用于凍結(jié)分割肉、魚片、蝦及其他小包裝食品的快速凍結(jié)。第三節(jié)食品冷凍裝置二、食品冷凍裝置2.間接接觸凍結(jié)裝置(1)平板凍結(jié)裝置第三節(jié)食品冷凍裝置圖10-28連續(xù)臥式平板凍結(jié)裝置1—貨盤2—蓋3—壓緊機(jī)構(gòu)4—升降機(jī)5—推桿6—液壓系統(tǒng)7—降低貨盤裝置8—液壓推桿9—翻盤裝置10—卸料11—傳送帶12—翻轉(zhuǎn)裝置13—蓋傳送帶二、食品冷凍裝置2.間接接觸凍結(jié)裝置(2)回轉(zhuǎn)式凍結(jié)裝置

回轉(zhuǎn)式凍結(jié)裝置如圖10-29所示,是一種新型的間接接觸連續(xù)式凍結(jié)裝置。其主體為一不銹鋼制成的回轉(zhuǎn)筒,外壁為冷卻表面,內(nèi)壁之間的空間供載冷劑流過換熱,載冷劑由空心軸一端輸入筒內(nèi),從另一端排出。被凍品呈散狀由入口送到回轉(zhuǎn)筒的表面,由于轉(zhuǎn)筒表面溫度很低,食品立即粘在上面,進(jìn)料傳送帶再給凍品稍施加壓力,使其與回轉(zhuǎn)筒表面接觸的更好。轉(zhuǎn)筒回轉(zhuǎn)一周,完成食品的凍結(jié)過程。凍結(jié)食品轉(zhuǎn)到刮刀處被刮下,刮下的食品由傳送帶輸送到包裝生產(chǎn)線。該凍結(jié)裝置的特點(diǎn)是:占地面積小,結(jié)構(gòu)緊湊,凍結(jié)速度快,干耗少,生產(chǎn)率高。第三節(jié)食品冷凍裝置二、食品冷凍裝置2.間接接觸凍結(jié)裝置(2)回轉(zhuǎn)式凍結(jié)裝置第三節(jié)食品冷凍裝置圖10-29回轉(zhuǎn)式凍結(jié)裝置1—電動機(jī)2—滾筒冷卻器3—進(jìn)料口4—刮刀

5—鹽水入口6—鹽水出口7—刮刀8—出料輸送帶二、食品冷凍裝置3.直接接觸凍結(jié)(1)鹽水浸漬凍結(jié)裝置

鹽水浸漬凍結(jié)食品裝置如圖10-30所示。該裝置主要用于魚類的凍結(jié),與鹽水接觸的容器用玻璃鋼制成,有壓力的鹽水管道用不銹鋼,其他鹽水管道用塑料,從而解決了鹽水的腐蝕問題。魚由進(jìn)料口與鹽水混合后進(jìn)入進(jìn)料管,進(jìn)料管內(nèi)鹽水渦流下旋,使魚克服浮力而到達(dá)凍結(jié)器的底部。凍結(jié)后魚體密度減小,浮至液面,由出料機(jī)構(gòu)送至滑道,在此魚和鹽水分離由出料口排出。冷鹽水被泵送到進(jìn)料口,經(jīng)進(jìn)料管進(jìn)入凍結(jié)器,與魚體換熱后鹽水升溫密度減小,凍結(jié)器中的鹽水具有一定的溫度梯度,上部溫度較高的鹽水溢出凍結(jié)室后,與魚體分離進(jìn)入除鱗器,經(jīng)除去鱗片等雜物的鹽水返回鹽水箱,與鹽水冷卻器換熱后降溫,完成一次循環(huán)。其特點(diǎn)是冷鹽水既起凍結(jié)作用又起輸送魚的作用,凍結(jié)速度快,干耗小。缺點(diǎn)是裝置的制造材料要求較特殊。第三節(jié)食品冷凍裝置二、食品冷凍裝置3.直接接觸凍結(jié)(1)鹽水浸漬凍結(jié)裝置第三節(jié)食品冷凍裝置圖10-30鹽水連續(xù)浸漬凍結(jié)裝置示意圖1—凍結(jié)器2—出料口3—滑道4—進(jìn)料口5—鹽水冷卻器6—除鱗器7—鹽水泵二、食品冷凍裝置3.直接接觸凍結(jié)(2)液氮噴淋凍結(jié)裝置

液氮噴淋凍結(jié)裝置如圖10-31所示由隔熱隧道式箱體、噴淋裝置、不銹鋼網(wǎng)格傳送帶、傳動裝置、風(fēng)機(jī)等組成。被凍食品由傳送帶送入,經(jīng)預(yù)冷區(qū)、凍結(jié)區(qū)、均溫區(qū),從另一端送出。風(fēng)機(jī)將凍結(jié)區(qū)內(nèi)溫度較低的氮?dú)廨斔偷筋A(yù)冷區(qū),并吹到傳送帶上的食品表面,經(jīng)充分換熱使食品預(yù)冷。進(jìn)入凍結(jié)區(qū)后,食品受到霧化管噴出的霧化液氮的冷卻而被凍結(jié)。根據(jù)食品的種類、形狀不同,凍結(jié)溫度和凍結(jié)時間可通過調(diào)整貯液罐壓力以改變液氮噴射量,以及調(diào)節(jié)傳送帶速度來加以控制,以滿足不同食品的工藝要求。由于食品表面和中心的溫度相差較大,所以凍結(jié)后的食品需在均溫區(qū)停留一段時間,使其內(nèi)外溫度趨于均勻。用液氮噴淋凍結(jié)裝置凍結(jié)食品有以下優(yōu)點(diǎn):第三節(jié)食品冷凍裝置二、食品冷凍裝置3.直接接觸凍結(jié)(2)液氮噴淋凍結(jié)裝置第三節(jié)食品冷凍裝置圖10-31液氮噴淋凍結(jié)裝置示意圖1—?dú)んw2—傳送帶3—噴嘴4—風(fēng)扇二、食品冷凍裝置3.直接接觸凍結(jié)(2)液氮噴淋凍結(jié)裝置1)凍結(jié)速度快。用-196°C的液氮噴淋到食品上,凍結(jié)速度快,比平板式凍結(jié)裝置快5~6倍,比空氣凍結(jié)裝置快20多倍。2)凍結(jié)質(zhì)量好。由于液氮無毒無味,而且對食品成分呈隋性,所以在凍結(jié)過程中可防止食品氧化。另外液氮噴淋凍結(jié)速度快,每分鐘能降溫7~15°C,食品內(nèi)的冰結(jié)晶細(xì)小而均勻,對細(xì)胞損傷小,解凍時食品的汁液流失少,解凍后食品質(zhì)量高。3)凍結(jié)食品的干耗小。用一般凍結(jié)裝置凍結(jié)的食品,其干耗率在3%~6%之間,而用液氮凍結(jié)裝置凍結(jié),干耗率僅為0.6%~1%。所以,適于凍結(jié)一些含水分較高的食品,如楊梅、西紅柿、蟹肉等。

第三節(jié)食品冷凍裝置二、食品冷凍裝置3.直接接觸凍結(jié)(2)液氮噴淋凍結(jié)裝置4)液氮噴淋凍結(jié)裝置生產(chǎn)效率高,占地面積小,設(shè)備投資省。

由于上述優(yōu)點(diǎn),利用液氮凍結(jié)在工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到較廣泛的運(yùn)用。液氮凍結(jié)食品存在的問題是:由于凍結(jié)速度快,使食品表面與中心產(chǎn)生極大的瞬間溫差,易導(dǎo)致食品凍裂,所以過厚的食品不易采用液氮凍結(jié)。另外,液氮凍結(jié)的成本較高,使其應(yīng)用受到一定的限制。對于凍結(jié)不同種類的食品,可選用相應(yīng)的凍結(jié)方法與裝置。食品冷凍技術(shù)的發(fā)展趨勢是低溫、快速凍結(jié),凍品的形式也從大塊盤裝轉(zhuǎn)向單體小包裝。在選用凍結(jié)裝置進(jìn)行凍結(jié)食品時,要考慮食品的種類、

形態(tài),生產(chǎn)效率,凍結(jié)質(zhì)量等因素,同時需要考慮設(shè)備投資、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)性問題。(3)氣流沖擊式凍結(jié)裝置

氣流沖擊式凍結(jié)裝置如圖10-32所示。它是連續(xù)式隧道凍結(jié)裝置的一種新形式。在凍結(jié)過程中,由空氣冷卻器吹出的高速冷空氣,分別進(jìn)入上、下兩個靜壓箱。在靜壓箱內(nèi),氣流速度降低,由動壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓,并在出口處裝有許多噴嘴,氣流經(jīng)噴嘴后,又產(chǎn)生高速氣流(流速達(dá)30m/s)。該高速氣流垂直吹向不銹鋼網(wǎng)帶上的被凍食品,使其表層很快冷卻。被凍食品的上部和下部都能均勻降溫,達(dá)到快速凍結(jié)。

第三節(jié)食品冷凍裝置二、食品冷凍裝置3.直接接觸凍結(jié)(3)氣流沖擊式凍結(jié)裝置第三節(jié)食品冷凍裝置圖10-32氣流沖擊式凍結(jié)裝置一、食品解凍過程

食品解凍可視為凍結(jié)的逆過程,凍結(jié)食品被放置在一定溫度的介質(zhì)中解凍時,食品從介質(zhì)中獲得熱能熔化。熱量傳遞從食品表面開始,凍品表層的冰首先解凍成水,隨著解凍的進(jìn)行,冰層的熔解逐漸向內(nèi)部延伸。由于0°C水的熱導(dǎo)率為0.56W/(m·K)僅是冰的熱導(dǎo)率(2.24W/(m·K))的四分之一。因此,在解凍過程中,熱量不能充分地通過已解凍層傳入食品內(nèi)部。隨著解凍的進(jìn)行,產(chǎn)品內(nèi)部的熱阻逐漸增加,解凍速率就逐漸下降,產(chǎn)品的中心溫度上升最慢。被解凍品的厚度越大,表層和內(nèi)部的溫差就越大,形成解凍的滯后。此外,為避免表面首先解凍的食品被微生物污染變質(zhì),解凍時所用的溫度梯度也遠(yuǎn)小于凍結(jié)時所用的溫度梯度。因此,解凍所用的時間比相應(yīng)的凍結(jié)所需時間長。第四節(jié)食品解凍裝置二、解凍過程對食品品質(zhì)的影響

食品解凍終了溫度或狀態(tài)根據(jù)其用途可分為半解凍和完全解凍。用作加工原料的凍結(jié)食品一般采用半解凍,使凍品的中心溫度達(dá)到-5°C能用刀切斷為準(zhǔn)。無論是半解凍還是完全解凍,都應(yīng)盡量使食品在解凍過程中品質(zhì)下降最小,使解凍后的食品質(zhì)量盡量接近于凍結(jié)前的質(zhì)量。食品在解凍過程中常出現(xiàn)汁液流失,微生物繁殖,質(zhì)地和色澤變化等。造成汁液流失的原因與食品的切分程度、凍結(jié)方式、凍藏條件以及解凍方式等有關(guān)。切分的越小,解凍后表面汁液流失越多。若在凍結(jié)與凍藏中冰晶對細(xì)胞組織和蛋白質(zhì)的破壞很小,則在合理解凍后,部分熔化的冰晶也會重新滲入到細(xì)胞內(nèi),使汁液流失減少,保持解凍后食品的營養(yǎng)和風(fēng)味。關(guān)于解凍速度對食品品質(zhì)的影響有兩種觀點(diǎn),一種認(rèn)為快速解凍可減輕濃溶液對食品質(zhì)量的影響,同時也縮短微生物繁殖與生化反應(yīng)的時間,另一種觀點(diǎn)認(rèn)為采用快速解凍使汁液沒有足夠的時間重新進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)。但是,近年來的研究及由顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn),細(xì)胞吸水過程是很快的,所以采用快速解凍有利于保證食品解凍質(zhì)量。第四節(jié)食品解凍裝置三、食品解凍裝置1.外部加熱解凍裝置

外部加熱解凍是利用溫度較高的介質(zhì)向凍品表面?zhèn)鬟f熱量,熱量由表面逐漸向中心傳遞的解凍方法。(1)空氣解凍裝置

空氣解凍是一種簡便的解凍方法。將凍結(jié)食品放置在15°C以下的空氣中進(jìn)行緩慢解凍,食品受熱均勻。其缺點(diǎn)是解凍時間長,食品的水分蒸發(fā)損失大,存在干耗和氧化作用,使解凍食品質(zhì)量下降。采用流動空氣解凍能使解凍時間縮短,但也存在解凍食品存在表面干耗現(xiàn)象。因此,在送風(fēng)解凍裝置中增加調(diào)節(jié)溫度和濕度的設(shè)備效果較好。圖10-33是能控制溫、濕度并有送風(fēng)的間歇式解凍裝置,它可避免解凍過程中溫、濕度不均的缺點(diǎn),在風(fēng)速為1m/s左右、風(fēng)溫為0~5°C的加濕空氣下解凍,解凍時間14~15h?？梢匀鈨鲆嗫梢园虢鈨觥＝鈨龊蟮氖称芬子诩庸?品質(zhì)亦較好,在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較廣泛。此外,還有連續(xù)式送風(fēng)解凍裝置可連續(xù)運(yùn)行。為達(dá)到不同的解凍工藝要求,可改變空氣的溫度、相對濕度、風(fēng)速等,送風(fēng)方向有垂直送風(fēng)、水平送風(fēng)和換向送風(fēng)。

為了縮短解凍時間,還有采用加壓空氣解凍方法。在鐵制的容器內(nèi),通入壓力為0.2~0.3MPa的壓縮空氣,容器內(nèi)溫度15~20°C,由于壓力升高食品凍結(jié)點(diǎn)降低,故在同樣解凍介質(zhì)溫度下,它就易于融化,解凍時間縮短,解凍后食品質(zhì)量也好。第四節(jié)食品解凍裝置三、食品解凍裝置1.外部加熱解凍裝置第四節(jié)食品解凍裝置圖10-33低溫加濕風(fēng)送間隙式解凍裝置1—風(fēng)機(jī)2—?dú)⒕鸁?—冷卻器4—加溫器5—加濕器6—食品7—食品車三、食品解凍裝置1.外部加熱解凍裝置(2)水解凍裝置

把凍結(jié)品浸在水中解凍,由于水比空氣傳熱性能好,故解凍速度快,可縮短解凍時間。而且由于食品表面有水浸潤,避免了重量損失。但食品中的可溶性物質(zhì)在解凍過程中會部分流失,同時食品易受到微生物的污染。因此,水解凍適用于帶皮或有薄膜包裝的凍結(jié)品解凍。常用的水解凍方法有靜水浸式解凍、低溫流水解凍以及噴淋解凍等,水溫一般不超過20°C。圖10-34為利用噴淋與浸漬組合式解凍裝置,塊狀食品由進(jìn)料口送入傳送帶上的網(wǎng)籃中,經(jīng)上部的噴淋解凍后輸送到下方浸漬解凍,然后由出料口排出。第四節(jié)食品解凍裝置三、食品解凍裝置1.外部加熱解凍裝置(2)水解凍裝置第四節(jié)食品解凍裝置圖10-34噴淋和浸漬組合解凍裝置1—傳送帶2—水槽3—泵4—過濾器5—加熱器三、食品解凍裝置1.外部加熱解凍裝置(3)水蒸氣凝結(jié)解凍裝置

水蒸氣凝結(jié)解凍亦稱真空解凍。在真空狀態(tài)下水在低溫時就沸騰,沸騰時形成的水蒸氣遇到更低溫度的凍品就在其表面凝結(jié)成水珠。水蒸氣凝結(jié)成水珠時放出凝結(jié)熱,這部分熱量被冷凍品吸收,使冷凍品溫度升高而解凍。圖10-35為水蒸氣解凍裝置示意圖。該裝置為一圓筒形容器,一端是凍品進(jìn)出的門,凍品放在小車上送入容器內(nèi),頂上是水封式真空泵,底部盛水。當(dāng)容器內(nèi)壓力為1.3×103~2.0×103Pa時,水在10~15°C時沸騰,每千克水蒸氣在凍品表面凝結(jié)時放出2.09×103kJ熱量,當(dāng)水溫較低時水蒸氣發(fā)生量會較少,此時可通入水蒸氣加熱水到15~20°C。裝置內(nèi)設(shè)有自動清洗設(shè)備,可防止凍品解凍時受到微生物和雜質(zhì)的污染。采用此解凍法比用空氣法解凍效率提高2~3倍。而且因在真空下解凍,多數(shù)細(xì)菌被抑制,可防止食品營養(yǎng)成分的氧化和色變。由于是采用低溫水蒸氣解凍,能很好地利用潛熱傳遞的優(yōu)點(diǎn),使食品不會產(chǎn)生過熱和干耗,汁液流失損失小,可保證食品的解凍質(zhì)量和風(fēng)味。但該解凍裝置存在造價高,解凍成本高,解凍后的產(chǎn)品潮濕等缺點(diǎn)。第四節(jié)食品解凍裝置三、食品解凍裝置1.外部加熱解凍裝置(3)水蒸氣凝結(jié)解凍裝置第四節(jié)食品解凍裝