制冷工艺设计 教学课件 ppt 作者 李建华 第六章

第六章库房设计主要内容冷却间设计冻结间设计冷却物冷藏间设计冻结物冷藏间设计学习目标1）了解不同冷间的种类、用途。2）了解气调冷库设计的相关知识。3）理解各冷间的及特点。4）掌握冻结间、冻藏间、冷藏间的设计。引言制冷装置＝制冷设备+消耗冷量的设备消耗冷量的设备＝蒸发器设计 （冷却方式+面积）如何将冷量高效传给食品？蒸发器与库房的匹配特性；解决冷却设备的配置和气流组织问。（罐头）食品热力杀菌向高温短时，特别是超高温瞬时方向发展后，（罐头）食品储藏过程中常出现因酶活动而引起的变质问题，如过氧化物酶、果胶酯酶。一、库房设计要素 投资、节能、运行质量。 食品的物性（热导率、比热、含水量、形状、散热面积、密度）。 传热介质的性质、流动速度等因素。 食品与介质之间的温度差。（罐头）食品热力杀菌向高温短时，特别是超高温瞬时方向发展后，（罐头）食品储藏过程中常出现因酶活动而引起的变质问题，如过氧化物酶、果胶酯酶。库温及适应范围：（罐头）食品热力杀菌向高温短时，特别是超高温瞬时方向发展后，（罐头）食品储藏过程中常出现因酶活动而引起的变质问题，如过氧化物酶、果胶酯酶。 灵活调节库内温度、湿度的能力； 风速、温度和湿度的均匀； 最大温差不大于0.5℃，湿度差＜4％ 为了改善库内通风，合理码垛； 控制冷库内温度和湿度的波动； 可以调整空气成分。（罐头）食品热力杀菌向高温短时，特别是超高温瞬时方向发展后，（罐头）食品储藏过程中常出现因酶活动而引起的变质问题，如过氧化物酶、果胶酯酶。二、库房分类以物品的冰点为界=冷却间、冻结间按蒸发温度分为：冻结间、冻结物冷藏间、冷却物冷藏间、储冰及其他冷间（罐头）食品热力杀菌向高温短时，特别是超高温瞬时方向发展后，（罐头）食品储藏过程中常出现因酶活动而引起的变质问题，如过氧化物酶、果胶酯酶。第一节冷却间在冷加工过程中，需经冷却的有肉类、水果、蔬菜、蛋类等。食品冷却的方法冷风冷却冷水冷却碎冰冷却真空冷却一、肉类冷却间1.冷却的目的肉类冷却的目的是迅速排除肉体内部的热量，降低肉体深层的温度，延长肉的保藏时间，并且能够减缓肉体内部水分的蒸发。2.冷却条件 设计库温为0～–2℃左右。 肉温降至4℃。 空气流速不超过2m／s。一般采用0.5m／s以上。 空气循环次数50～60次/h。 冷却时间10～20h。3.冷却方法水冷冷却空气冷却两段法快速冷却 第一阶段：温度为–10～–15℃，空气流速为1.5～3m／s，约冷却1～4h。 第二阶段：库温为～1℃左右，空气流速为0.5～1.5m／s，经过10～15h，直到热中心温度达到4℃为止。4.肉类冷却间的气流组织喷射送风肉类冷却间采用冷风机，无风道短风管，大口径圆形喷口集中送风，利用空气射流，强制空气循环；射程不宜大于20m。常设计成长12～18m、宽6m、高4.5～5m。喷风口设计 喷口直径为200～300mm，渐缩角不大于30°。 喷口长径比： 冷间长小于12m时，长径比L：D=3：2。 长12～15m时，L：D=4：3。 长15～20m时，L：D=1：1。 喷口处气流速度采用20～25m/s。 喷嘴射程为风口直径的60～100倍，射程以不超过20m为宜，喷口阻力系数0.93～0.97。 纵向吹风冷却间布置平、剖面图 1—冷风机2—喷风口3—水盘4—排水管5—吊轨二、果蔬冷却间1.冷却的目的 果蔬迅速降温 移走田间热 降低呼吸作用 减缓失水率 抑制微生物生长2.冷却条件 冷却间的温度：视果蔬的品种而定，一般在0～-2℃范围内。 空气的相对湿度：保持在85～90％ 空气流速：一般为0.5～1.5m／s 冷却时间：10～20h3.冷却方法（1）碎冰冷却果蔬能忍受冰水直接接触者；青葱、部份花菜类、根菜类、茎菜类。（2）冰水冷却浸、冰水喷洒、冲淋；果菜类、根菜类和水果等真空冷却无效的产品。（3）空气冷却 室内风冷 风速每提高1～1.5m／s。 冷却时间大约缩短5～10％。 干耗增加0.1％～0.2％ 室内风冷适用于所有果蔬。 差压风冷 原理：利用压差，0℃以上的冷风以0.3～2m/s的速度流过箱体上开设的通风孔进行冷却。 差压冷却的特点： 能耗小、速度快、冷却均匀、冷却品种多，易于由强制通风冷却改建； 食品干耗较大； 箱子堆放麻烦(通风孔要对齐)。差压式冷却装置由强制通风冷却改建的差压式冷却装置(4)真空冷却水分蒸发带走潜热，产品温度迅速下降，使蔬菜在短时间内得到冷却；适用于冷却表面积比较大的叶菜类、以及部分茎、花菜类；真空冷却原理真空冷却分为三个阶段 第一阶段压力由101.33kPa降至2.4kPa，需要5min。 第二阶段压力由2.4kPa降至1.3kPa，需要10min。 第三阶段压力由1.3kPa降至0.66kPa，需要10min。(5)冷藏间冷却 这种冷却以冷藏为目的，冷却速度慢，但操作简单，冷却与冷藏同时进行。 适合鲜蛋、苹果、梨等产品。 不易腐烂和成分变化快的水果、蔬菜。三、鲜蛋冷却间在冷库的穿堂、过道进行冷却 每隔1～2h(小时)降温1℃。 待蛋温降到1～2℃时入冷库。在冷却库 冷却库温度为0～2℃，相对湿度为75％～85％，冷却20～40h(小时)。 蛋温降至2～3℃时转入冷藏库。第二节冻结间冻结间具有的功能： 使食品迅速降温至冰点以下，将食品所含水分部分或全部转换成冰。 功能要求，冻结间内的设置温度要足够低。 合适的风速，加快冻结速度。 冻结间内的温度场、速度场应均匀。一、搁架排管冻结间 冷却设备兼货架。 盘装分割肉、猪副产品、家禽及水产品。搁架排管的布置 管子水平间距为100～120mm 高度为220～400mm 管架的宽度单面操作：800～1000mm两面操作：1200～1500mm 走道净宽不小于1000mm搁架排管冻结间平面布置方案搁架排管冻结间的布置二、吹风式搁架排管冻结间 增设通风机 风量可按每冷冻1吨食品配风10000m3/h。1.气流组织形式(1)蝶型流吹风式搁架排管冻结间1—轴流风机2—顶排管3—搁架排管4—出风口(2)顺流吹风式搁架排管冻结间 风速一般为3m/s。 传热系数为23.3w/(m2.k)。顺流吹风式搁架排管冻结间1—搁架排管2—轴流风机3—风机挡风板支架4—送风口5—挡风隔板6—塑料顶罩7—导风板(3)直角吹风式搁架排管冻结间 风速一般为1.5～2m/s。 传热系数较顺流吹风式大。2.吹风式搁架排管的优、缺点 冻结可靠，制作容易，用电较省，装载量大，形状和尺寸不受限制。 液柱较大，不能连续生产，劳动强度大、工作条件差。三、冷风机冻结间1.纵向吹风冻结间(1)布置形式 一端设置冷风机，上面铺设吊顶，形成空气流通风道，空气顺着冻结间长度方向吹送。 冻结间不能太长，一般为12～18m。(2)气流组织形式 上方条缝送风气流垂直吹，条缝宽度为30～70mm，风速为1～2m/s，顶间距不小于800mm。 库房面积与冷却面积之比约为1：10。 冻结能力（15～20）t/24h，室温-23～-30℃，一次冻结的时间为20h。纵向吹风冻结间出风形式示意图(3)优、缺点 冷风机台数少，耗电省，系统简单，投资少。 空气流通距离长，风速、温度不均匀，不宜用于冻结盘装食品。2.横向吹风冻结间（1）布置形式 在冻结间的一侧设置冷风机。 冻结间的宽度为3～7m，长度不限，可以布置多台冷风机。（2）气流组织形式 吊顶上开有长缝或长孔。 风量每平方米冷风机冷却面积约配100～120m3／h。 风速为0.8～1.5m／s之间。 冻结间温度为～23～-30℃，冻结时间10～20h。横向吹风冻结间冷风机的布置1—冷风机2—吸入管3—供液管横向吹风冻结间出风形式示意图1—冻结间2—冷风机3—水盘4—挡风板5—门（3）优、缺点 空气的流通距离较短，库温均匀，冻结速度较快。 风速低，往往不到1m/s，设多台冷风机，造成库房利用率低且一次投资也大。3.不设吊顶的横向吹风冻结间4.吊顶式冷风机冻结间（1）布置形式 吊顶式冷风机吊在冻结间平顶下，不占建筑面积。 风压小，气流分布均匀，是一种较好的吹风方式。 宽度一般为3或6m，长度不受限制，可以构成隧道式的冻结装置。（2）气流组织形式 送风形式可分为压入式和吸入式。 冻结间室温为～23～-30℃，冻结时间为10～20h。 适于冻结水产品、家禽等块状食品，也可用于冻白条肉。吊顶式冷风机冻结间布置示意图（3）优、缺点 冷风机不占建筑面积，库温均匀。 冷风机的台数较多，维修不方便，水冲霜时溅水。5.水产冷库冻结间（1）布置形式 采用鱼盘和轨道吊笼冻结装置。 冻结间横向吹风。 吊笼外型尺寸为880×720×1780mm，共分10格。 水产冷库的冻结间主要是冻鱼、虾和贝类等水产品。（2）气流组织形式 分为上吹风式和下吹风式两种。 有效断面的水平流速为1～3m/s左右。上吹风式冻结间示意图1—风机2—蒸发器3—吊笼4—鱼盘5—支架6—吊顶7—导向板8—冲霜水管9—排水10—反溅板下吹风式冻结间1—风机2—蒸发器3—吊笼4—鱼盘5—支架6—吊顶7—冲霜排水8—滑轮9—100×14双扁钢导轨10—挡风木条第三节快速冻结装置食品快速冻结装置由隔热外围护结构，蒸发器，冷风系统，物料输送系统，调速装置，自控装置，食品的进、出料口等部分组成。一、食品快速冻结方法 直接冻结和间接冻结。 直接冻结包括喷淋式和沉浸式冻结。 间接冻结包括吹风式快速冻结和接触式快速冻结。 吹风式快速冻结又包括隧道式和流态化冻结。1.隧道式吹风冻结 空气温度一般低于-35℃，风速为4～6m／s，吹风方式分侧吹、上吹或循环吹。 适用于调理食品如饺子、包子、春卷、烧麦、油炸食品及分割肉、水产品等食品的冻结加工。 快速冻结装置网带式、钢板带式、多层往复式、推进式、螺旋式。2.流态化冻结 食品被高速冷空气吹起，呈悬浮状态，具有类似于流体的特征，适用于颗粒状、条片状食品的冻结。流态化冻结的主要优点： 热交换效果好，冻结速度快、时间短。 冻品脱水损失少、质量高。 可实现单体快速冻结（IQF）。 可进行连续生产化，劳动强度低。3.接触式快速冻结 传热效率高，冻结速度快。 无风机，可以节省能耗。 设备体积小。 食品干耗小。4.沉浸式和喷淋式快速冻结二、冻结装置介绍1.钢带连续式冻结装置 1—不锈钢传送带2—主动轮3—从动轮 4—钢带清洗器5—调速装置6—平板蒸发器 7—冷风机8—隔热外壳 该冻结装置具有热交换效果好、冻结速度快、半接触、半送风传热的特点。该冻结装置适用于水产品、调理食品、肉食制品等的单体冻结。冻结时间随冻品的种类、厚度不同而异，一般在8～40min。2.螺旋冻结装置 食品被高速冷空气吹起，呈悬浮状态，具有类似于流体的特征。适用于颗粒状、条片状食品的冻结。单螺旋冻结装置1—风机2—翅片管蒸发器3—螺旋带转盘4—隔热外壳双螺旋冻结装置传送带示意图1—上升螺旋筒2—下降螺旋筒3—传送带4—出料链轮5—固定轮6—张紧轮7—进料链轮3.流态化冻结装置 采用两段式结构，第一区段为表层冻结，第二区段为深温冻结。 这种装置的传送带可采用变频调速装置，进行无级调速。蒸发器可由铝合金管与铝翅片组成，变片距结构，风机多为轴流风机，风压较大，一般在490Pa（50mmH2O）以上。带式流态冻结装置1—隔热外壳2—振动布料进冻口3—出冻口4—表层冻结段5—深温冻结段6—离心式风机7—蒸发器8—自控及显示器9—网带传动电机4.液氮喷淋冻结装置 液氮喷淋冻结装置是一种高效、快速、低温速冻装置，它由三个区段组成，即冷却段、液氮喷淋段和冻结均衡段。1—轴流风机2—隔热外壳3—液氮喷嘴4—传送带5—进冻6—出冻7—液氮入口8—氮气出口该冻结装置的主要特点： 冻结速度快，比平板冻结装置快5～6倍。 冻品脱水损失很少，冻品质量高。 冻结设备简单，不需制冷压缩机等设备。 操作方便，维修保养费用低。 冻结装置功率消耗很少。 冻结成本高，约比一般空气鼓风冻结装置大4倍左右，主要是液氮的成本较贵。 消耗量大，一般每kg冻品的液氮消耗量约为0.9～2.0kg。第四节冷却物冷藏间冷却物冷藏间主要用作新鲜水果、蔬菜、鲜蛋等鲜活食品的储藏。一、设计要点 库内空气分布力求均匀。 库内空气循环要通畅。 设通风换气设施。 采用冷风机做冷却设备。二、均匀送风道的设计计算 风道形式：风道采用矩形截面，高度相等宽度减缩，圆锥形喷风口分布于风道两侧。 风道尺寸高度：风道高度可采用450～500mm。宽度：由风量、流速求出。 每个喷风口的风速为12～19m/s，风量为400m3/h。 喷风口形式对无梁楼板，喷风口的轴心与楼板水平面成17度角。有梁时，喷风口成水平布置。 经过喷风口的空气阻力损失 水平射程计算圆锥形喷风口布置示意图三、冷却设备的布置 冷风机和送风道。 冷藏间应设专用冷风机，不宜多个冷间合用。 冷风机布置在冷间一端，距墙留有适当的距离（约300～400mm）。 均匀送风道应布置在中央走道的上方，风道离顶不小于50mm。 货堆与地坪之间应顺空气流向垫垫木；货堆距墙、顶均要有300～400mm的间距，货堆也应错缝堆码。均匀送风道布置图1—风道2—喷嘴3—轴流通风机4—冷风机库内温、湿度随射流衰变过程四、通风换气与加湿1．通风换气设施 冷间面积大于150m2时，应采用机械通风。 利用冷风机的通风机进行通风换气。 设专用的送新风系统。2．加湿设施 为减少食品的干耗，保证库内一定的相对湿度，可采用加湿装置对库房加湿。 加湿装置有高压水喷雾加湿器、蒸气加湿系统、超声波加湿器等。该冻结装置的主要特点： 冻结速度快，比平板冻结装置快5～6倍。 冻品脱水损失很少，冻品质量高。 冻结设备简单，不需制冷压缩机等设备。 操作方便，维修保养费用低。 冻结装置功率消耗很少。 冻结成本高，约比一般空气鼓风冻结装置大4倍左右，主要是液氮的成本较贵。 消耗量大，一般每kg冻品的液氮消耗量约为0.9～2.0kg。第五节气调冷库一、气调储藏的原理气调储藏是指在特定气体环境中的冷藏方法，是目前果最先进的方法之一。二、气调方法1.自然降氧法 塑料薄膜帐气调 硅窗气调2.机械降氧法 充氮降氧 最佳气体成分置换降氧 催化燃烧降氧 减压气调三、气调设备1．催化燃烧降氧机利用燃烧作用除去空气中的氧气，达到降氧的目的。催化燃烧降氧机工艺流程图1—催化燃烧反应器2—电热元件3—换热器4—风机5—可燃性气体6—气调保鲜库7—水冷式冷却器2．碳分子筛制氮机利用碳分子的吸附、脱附过程不断地产生低氧高氮气体送入库内降氧。3．中空纤维制氮机利用气体对膜的渗透系数不同，进行气体分离。中空纤维制氮机工艺流程图1—空压机2—高效过滤器3—电加热器4—中空纤维膜分离器5—冷却器6—恒压阀4.二氧化碳脱除机二氧化碳脱除机工艺流程图1、4—活性炭吸附罐A、B5、8—风机2、3、6、7、9、10—阀门第六节冻结物冷藏间冻结物冷藏间有空气自然对流循环式和风冷式两种。一、空气自然对流循环式排管的布置要求： 在热流进入库房的方位布置排管。 布置外墙的一侧，最好在2/3高度以上。 与平顶或梁底的净距离250mm。 并联排管应采用同程连接方式。 顶、墙排管应分别供液。 Φ8U型管卡固定在角钢上。二、风冷式 节省钢材和投资，比采用排管可节省60%左右。 安装方便，可加快施工进度。 不用人工扫霜，简化了操作管理。 易于实现自动化等。 对包装冻品的储藏是非常合适的。 要求库内各处空气流速要均匀，货间平均风速不宜大于0.25m/s。 在冷风机出口可设置均匀送风道或送风管。（罐头）食品热力杀菌向高温短时，特别是超高温瞬时方向发展后，（罐头）食品储藏过程中常出现因酶活动而引起的变质问题，如过氧化物酶、果胶酯酶。（罐头）食品热力杀菌向高温短时，特别是超高温瞬时方向发展后，（罐头）食品储藏过程中常出现因酶活动而引起的变质问题，如过氧化物酶、果胶酯酶。（罐头）食品热力杀菌向高温短时，特别是超高温瞬时方向发展后，（罐头）食品储藏过程中常出现因酶活动而引起的变质问题，如过氧化物酶、果胶酯酶。（罐头）食品热力杀菌向高温短时，特别是超高温瞬时方向发展后，（罐头）食品储藏过程中常出现因酶活动而引起的变质问题，如过氧化物酶、果胶酯酶。（罐头）食品热力杀菌向高温短时，特别是超高温瞬时方向发展后，（罐头）食品储藏过程中常出现因酶活动而引起的变质问题，如过氧化物酶、果胶酯酶。