1、 食品冷却装置 和冻结装置（上） 谭万利 2009年11月17日 1 主要内容 v前言 v食品冷却装置 v食品冷却装置实例图 v流态化冻结装置 2 前言 冷却食品的分类 冷却食品 植物性食品动物性食品 3 4 4 5 5 6 6 食品的冷却实质 食品的冷却实质是食品与冷却介质进行 热交换的过程。 通过外力使食品本身的热量传递给冷却介 质，再利用 制冷系统 把这部分热量移走， 使冷却过程得以进行下去，直至食品的温度 降低到所预定的温度为止。 7 制冷系统 制冷系统也称制冷机，由压缩机、冷 凝器、膨胀阀和蒸发器等主要而必要的设 备组成。还包括油分离器、贮液桶、排液 桶、气液分离器、空气分离器、中间
2、冷却 器、凉水设备等附属设备。但这些附属设 备都是为了提高制冷效率，保证制冷机安 全和稳定而设置的。 8 实例图 9 10 11 12 食品冷却装置 按照冷却介质和和热交换方式的不同， 冷却方法可分为冷风冷却、冷水冷却、碎冰 冷却和真空冷却。具体应根据食品种类及冷 却要求选择适用的冷却方法（冷却方法及适 用范围 见后表） 13 冷却方法及适用范围 品种 冷却方法 肉禽蛋鱼水果蔬菜 冷风冷却 冷水冷却 碎冰冷却 真空冷却 14 下面简单介绍 冷风冷却装置、冷水冷却装置、碎冰冷却装 置、真空冷却装置以及流态化冻结装置 15 冷风冷却装置冷风冷却装置 原理及结构原理及结构 空气冷却装置布置在食品冷却
3、室或冷却隧道中，利 用冷风机送出的冷风在食品间循环，吸收食品的热量， 从而达到冷却的目的 空气冷却装置由冷风机和挡板组合而成，主要设备 为冷风机。根据冷风机不同的吸、吹风形式，可布置成 不同的冷风冷却室 后页为其中一种冷风冷却室的结构示意图 16 冷风冷却室结构示意图 17 优缺点及应用情况 v优点：结构简单，安装维修方便 v缺点：风机消耗电力；冷却速度慢；并且 室温较低时，被冷却食品干耗大 v应用：范围较广，适用各种冷却需要。主要用于冷 却水果、蔬菜、食用肉等 特别是近年来，由于冷却肉销售量的不断扩大 ，冷风冷却装置使用非常普遍 18 冷水冷却装置冷水冷却装置 原理及结构原理及结构 冷水冷却
4、装置是指将纯净水或盐水经过机冷水冷却装置是指将纯净水或盐水经过机 械制冷处理变成低温的冷却水，然后用该械制冷处理变成低温的冷却水，然后用该 冷却水浸泡或喷淋的方式冷却食品至指定冷却水浸泡或喷淋的方式冷却食品至指定 温度的装置。温度的装置。 冷水冷却设备一般有三种型式 1.喷水式（又分为喷淋式和喷雾式） 2.浸渍式 3.混合式（喷水和浸渍） 常用的冷却装置是喷淋式冷却装置，其由常用的冷却装置是喷淋式冷却装置，其由 水冷却器水冷却器、冷却舱冷却舱、水泵水泵及及管路管路等组成。等组成。 19 喷水式冷水冷却装置 20 优缺点及应用情况 vv优点：优点： 冷却速度快，所需空间小，并避免了冷却速度快，所
5、需空间小，并避免了 食品的干耗食品的干耗 vv缺点：可能产生交叉污染，部分食品与水接缺点：可能产生交叉污染，部分食品与水接 触会影响产品外观，储存性能也会下降触会影响产品外观，储存性能也会下降 vv应用：主要用于易变质的生鲜食品冷却，如应用：主要用于易变质的生鲜食品冷却，如 鱼类、禽类和某些水果、蔬菜的冷却鱼类、禽类和某些水果、蔬菜的冷却 21 碎冰冷却装置碎冰冷却装置 原理 通过制冰机将淡水或海水制成碎冰，而碎冰通过制冰机将淡水或海水制成碎冰，而碎冰 与食品接触过程中，由于冰融化要吸收与食品接触过程中，由于冰融化要吸收 (334.53KJ/Kg)(334.53KJ/Kg)的相变潜热，从而使食
6、品迅速的相变潜热，从而使食品迅速 冷却冷却 注：应尽量使冰细碎 22 优缺点及应用情况 v优点：能避免干耗现象 v缺点：碎冰使用中易重新结块，并且由于 其不规则形状，易对鱼体造成损伤 v应用：主要用于鱼的冷却，此外它也可以 用于水果、蔬菜等的冷却 23 真空冷却装置真空冷却装置 原理及结构 使被冷却的食品处于真空状态，并保持冷却环境的 压力低于食品表面的蒸汽压，造成食品中的水分蒸发， 水分在蒸发过程中带走大量的蒸发潜热，从而使食品的 温度降低 (水分在不同的压力下有不同的沸点) 真空冷却装置配有真空冷却槽、制冷装置、真空泵 等设备，其中的制冷装置不是直接用来冷却食品的。真 空冷却装置的原理图及
7、结构示意图见后 24 真空冷却装置原理图 25 真空冷却装置示意图 1-真空泵 2-冷却器 3-真空冷却槽 4-膨胀阀 5-冷凝器 6压缩机 26 优缺点及应用情况 优点：冷却速度快、冷却均匀、品质高、保鲜期长 、损耗小、干净卫生、操作方便等 缺点：食品的干耗大；设备初次投资大，运行费用 高，少量使用不经济；冷却品种有限等 应用：主要应用于表面积大的水果、蔬菜等食品的 快速冷却 注：真空冷却对表面水分容易蒸发的叶菜类可发挥较 好的作用，但对难以蒸发水分的食品作用很小 27 吊顶式冷风机 冷却装置实例图 28 落地式冷风机 29 真空泵 30 真空泵结构示意图 31 散热塔 32 组装式冷库结构
8、示意图 33 中型组装式冷库 34 冷水冷却设备 35 冷水冷却设备 36 37 流态化冻结装置 原理及结构 液态化冻结是使小颗粒食品悬浮在不锈钢网 孔传送带上而进行单体冻结的。由于风从传送 带底部经网孔进入时风速很高(7-8m/s) ，把颗 粒食品吹起，形成悬浮状态，颗粒间相互碰撞 、混合，颗粒完全暴露在冷气流中，从而迅速 地进行冻结。由于传送带上部的空间很大，冷 风速度降低，而又不至于将冻结后的食品吹走 。 采用这种方法冻结食品时，由于高速冷气 流的包围，强化了食品冷却、冻结的过程，有 效传热面积较正常冻结状态大4-12倍，换热强 度也大大提高，大大缩短了冻结时间。 38 具体冻结过程 第
9、一阶段：外壳冻结阶段 v要在很短的时间内使食品的外壳先冻结，这样颗 粒间才不会相互冻结 v一般需采用离心风机（要求风速大，压力高） 第二阶段：最终冻结阶段 v食品的中心温度要冻结到-18以下 39 流态化单体速冻结装置示意图 1围护结构 2传动装置 3电控柜 4速冻传送网带 5均风板 6蒸发器 7风机 8下水管 40 带式流态化冻结装置(剖面图) 41 带式流态化冻结装置 1-带分配器给料斗 2-用于洗涤和干燥传送带的自动装置 3-传送带上的网孔 4-可变风速的离心风机 5-电动机 6-观察送带窗口 7-蒸发器镀锌盘管上可调 间距的导风板8-检查风机口 9-原料10-两个区域之间的转换台11-
10、蒸汽融霜管 12-隔热层 13-冻结通道的窗口 14-出料口 15-使传送带变形的齿轮 42 传送带的形式 43 特点及应用 vv特点：冻结速度快，冻结产品质量好，耗特点：冻结速度快，冻结产品质量好，耗 能低和易于实现机械化连续生产能低和易于实现机械化连续生产 vv适用于冻结球状、圆柱状、片状及块状颗适用于冻结球状、圆柱状、片状及块状颗 粒食品，尤其是适用于果蔬的单体快速冻粒食品，尤其是适用于果蔬的单体快速冻 结加工结加工 44 流态化单体速冻结装置 实例图 45 我国自主研制的流态化冻结装置 46 小 结 1. 了解制冷原理与制冷系统的构造，简单介 绍冷却装置的分类、构造及其应用范围 2.
11、重点：空气冷却装置、冷水冷却装置、真 空冷却装置和流态化冻结装置 3. 难点：制冷系统的构造及原理、真空冷却 装置原理、流态化冻结装置原理 47 48 第二章 传热 1 2.1 热传导 2.2 对流传热 2.3 辐射传热 2.4 稳定传热过程计算 2.5 不稳定传热 2.6 换热器简介 2 基本概念 热传导(conduction); 对流(convection); 辐射(radiation)。 传热是由于温度差而引起的能量转移热量传递。 根据传热机理不同，传热的基本方式有三种： 强化传热：加热或冷却物料 削弱传热：设备和管道的保温，减少热损失 3 2.1热传导（conduction） 通过微观
12、粒子（分子、原子和电子）的运动 实验能量传递。 4 A 傅立叶定律 热导率（thermal conductivity）,W/(mK) 其中保温隔热材料： 非金属固体液体气体 大多数食品物料热导率的数量为101 热传导时，物质内不同位置的温度可能不同 ，也会不同，一般取两传热温度下的平均 值。 6 平壁：一维热传导q为常量 圆筒壁：温度仅沿半径方向变 化Q是常量 2.1.2 2.1.2 通过平壁的稳态导热通过平壁的稳态导热 7 A 单层平壁的稳态导热 T xb d x T1 T2 Q o Q:传热速度（热流量）W(J/S) R:导热热阻 S:传热面积 傅立叶定律是热 传导的基本定律 8 当为常量
13、时 则平壁内任一等温面的温度x T1T T2 b 9 B 单层圆筒壁 则圆筒内的温度分布 温度仅仅沿半径方向变化 传热面积不是常量。随半径而变 Q是常数，q不是常数 10 A 多层平壁 2.1.3 多层平壁的稳态导热 平壁稳定导热q 相等 11 某冷库壁面由0.076m厚的混凝土外层，0.100厚的软木中间 层及0.013m厚的松木内层组成。其相应的热导率为：混凝 土0.762W/(mK)；软木0.0433W/(mK).松木0.151W/(mK). 冷库内壁面温度为18，外壁面温度为24.求进入冷库 的热流密度以及松木与软木交界面的温度。 解：由题意为三层平壁的导热，T1=24,T4=- 18
14、,b1=0.076m,b2=0.100m,b3=0.013m,1=0.762W/(mK), 2= 0.0433W/(mK) ,3 =0.151W/(mK) (1)计算热流密度q (2)计算松木与软木交界面的温度T3 12 B 多层圆筒壁的稳态导热 多层圆筒壁Q相等 13 整理上三式可得 14 例：内径为25.4mm，外径为50.8mm的不锈钢管，其热 导率为21.63w/(m.k).外包厚度为25.4mm的石棉保温层 ，其热导率为0.2423w/(m.k).管的内壁面温度为538， 保温层的外表面温度为37.8,计算钢管单位长度的热损 失及管壁与保温层分界面的温度。 （1）单位管长的热损失Q/
15、L 15 T2 =532.5 （2）计算管壁与保温层分界面的温度 16 2.2 对流传热 2.2.1 牛顿冷却定律（Newtons Law of cooling ） 式中 对流传热系数，W/（m2K） S 总传热面积，m2 T 温度差的平均值 对流传热的所有复杂性都集中在中 对流传热-流体与固体壁面 热对流流体质点间发生相对位移而引起的热量传递过程 仅发生在流体 17 反映了对流传热的快慢，越大表示对流传热愈快 。与不同，不是物理性质，受许多因素影响。 18 距离 T Tw tw t 热流体冷流体 传热壁面 湍流主体湍流主体传热壁面 层流 底层 层流 底层 传热方向 对流传热示意图 各质点混合温度梯度小各处温度基本相同对流传热 对流传热热阻主要滞流内层（层流底层） 分层流动 ，各层通 过导热进 行。热导 率小，导 热热阻大 ，温度梯 度大。 19 n对流传热系数关联式 2.2.2 对流传热系数关联式的建立方法 理论方法 实验方法量纲分析实验确定各准数关系 20 准数的符号与意义 准数名称符号准数式意义 努塞尔（ Nusselt） Nu 对流传热系数的 准数 雷诺（ Reynolds） Re 流动状态的准数 21 准数的符号与意义
