真空冷卻裝置設(shè)計說明書

1、VAC-0.8真空冷卻裝置設(shè)計摘要真空預(yù)冷是一種理想的預(yù)冷技術(shù)，它是目前降溫速度最快的一門制冷技術(shù)。它具有冷卻速度快，冷卻效果均勻，清潔無污染等眾多優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用于食品保鮮中的預(yù)冷環(huán)節(jié)。它可在蔬菜、水果和花卉收后第一時間內(nèi)消除其田間熱等生理活動和生化變化，使產(chǎn)品在短時間內(nèi)迅速均勻冷卻，減少和抑制微生物，并能保持原有產(chǎn)品的色、香、味和營養(yǎng)成分等。該技術(shù)已在蔬菜、果品和鮮花等農(nóng)產(chǎn)品以及肉類，魚類,烘焙類，熟食等眾多食品加工領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是，目前對熟肉的真空冷卻的專用設(shè)備產(chǎn)品卻較少。本裝置是在真空原理和制冷原理以及產(chǎn)品的加工工藝的基礎(chǔ)上進行設(shè)計的，通過對不同階段的計算進行真空泵的選型

2、和壓縮機的選型；以及與壓縮機相適配的冷凝器進行設(shè)計計算，選取合理的風(fēng)機；對捕水器進行結(jié)構(gòu)計算，隔熱層厚度計算，以及設(shè)計計算；對真空箱進行結(jié)構(gòu)計算和形狀設(shè)計；通過對裝置的各部件設(shè)計后，對裝置的整體布局進行設(shè)計，使裝置整體結(jié)構(gòu)布局合理，緊湊。對于不同的產(chǎn)品，由于其加工工藝不同，對真空冷卻裝置的設(shè)計有一定的影響。本設(shè)計以熟牛肉為設(shè)計產(chǎn)品而進行設(shè)計，在實際選用產(chǎn)品時應(yīng)加以注意。關(guān)鍵詞真空冷卻、預(yù)冷、制冷系統(tǒng)、食品工業(yè)VAC-0.8VacuumcoolingdeviceABSTRACTPre-coolingvacuumisanidealpre-coolingtechnology,itisnowthefa

3、stestcoolingarefrigerationtechnology.Itiscoolingfast,uniformcoolingeffect,cleannon-polluting,andmanyotheradvantages,itiswidelyusedinfoodpreservationinthepre-coolingsectors.Itcanbevegetables,fruitsandflowerstothefirsttimetoeliminatethehotfieldactivitiesandphysiologicalandbiochemicalchanges,theproduct

4、sinashortperiodoftimecoolingquicklyandevenly,reduceandinhibitmicrobial,andmaintainstheoriginalcolorproducts,smellandtasteandnutritionalcomposition.Thetechnologyhasbeeninvegetables,fruitandflowers,andotheragriculturalproductsaswellasmeat,fish,bakingcategory,cookedfood,andmanyotherareasoffoodprocessin

5、ghasbeenwidelyused.However,atpresent,themomentthevacuumcoolingproductsarelessspecializedequipment.Thisdeviceisinavacuumprincipleandtheprincipleofrefrigerationandprocessingtechnologyproductsonthebasisofdesign,throughthedifferentstagesofthecalculationofvacuumpumpsandcompressorsSelectionandcompressoran

6、dthecondenserofaAdapterdesign,selectionandreasonablefan;catchwateronthestructure,thethicknessofinsulationlayer,aswellasthedesigncalculationofthevacuumboxshapestructuralcalculationanddesignthroughinstallationofthevariouscomponentsofthedesign,theoveralllayoutofthedevicedesign,makingtheoverallstructure

7、ofarationallayoutandcompact.Fordifferentproducts,becauseoftheirdifferentprocessingtechnology,thedesignofthevacuumcoolingdevicetoacertainextentaffected.Thedesignforthedesignofcookedbeefproductsforthedesign,intheactualselectionofproductsshouldbeaddressed.KEYWORDSVacuumcooling,Pre-cooling,refrigeration

8、systems,Foodindustry目錄中文摘要I英文摘要n1真空冷卻裝置設(shè)計概述，,，1.1 真空冷卻裝置設(shè)計過程中的難點1.2 實驗裝置的基本要求及存在的問題1.2.1 實驗裝置的基本要求，,，1.2.2 實驗裝置設(shè)計中存在的問題，,1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，,，1.4 本論文研究的內(nèi)容和目標(biāo)，,2真空制冷裝置簡介，,，3.1.0 真空制冷的原理，,，3.2.0 真空冷卻的工藝流程，,，3.3.0 真空制冷的特點，,，3.4.0 真空制冷裝置，,，241拈皆谷木J.r.Iu，弋,2.4.2真空制冷裝置主要部件,3.5.0 真空制冷技術(shù)的廣泛應(yīng)用,3真空制冷裝置的設(shè)計計算,1.1.2.0

9、真空泵的選型,1 真空泵抽速的計算,1 真空室的極限真空,1.2.2.0 壓縮機選型,1 熱負荷計算,2.2.2壓縮機選型及其校驗,冷凝器設(shè)計計算及風(fēng)機選型,冷凝器設(shè)計計算，,風(fēng)機選型，,捕水器設(shè)計計算,i.I,結(jié)束語致謝參考文獻鄭州氣象參數(shù)北緯34°43?東經(jīng)113°39?海拔110.4m年平均溫度14.2C室外計算（干球）溫度冬季采暖-5C空氣調(diào)節(jié)-7C最低日平均-11.4C通風(fēng)0c夏季通風(fēng)32C空氣調(diào)節(jié)35.6C空氣調(diào)節(jié)日平均30.8C計算日較差9.2C夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算濕球溫度27.4C最熱月平均溫度27.3C室外計算相對濕度最冷月月平均60%最熱月月平均76%最

10、熱月14時平均45%1真空冷卻裝置設(shè)計概述真空冷卻裝置設(shè)計過程中的難點在真空冷卻裝置的設(shè)計中，真空冷卻室和捕水器的設(shè)計都是難點。在真空冷卻室的設(shè)計中，由于在布置測溫和測壓點時，連接導(dǎo)線需要通過真空冷卻室壁，而要保持真空冷卻室內(nèi)的低壓，嚴格的密封是非常重要的。本文在設(shè)計時對密封性進行處理，通過加工特殊的連接件焊接于真空冷卻室壁上，采用密封膠使導(dǎo)線通過連接件的地方得以密封，實驗證明其密封性很好。捕水器的捕水效果對蔬菜的真空冷卻影響很大，本文中在對捕水器進行設(shè)計時，將捕水器盤管布置于真空冷卻室的底部，在盤管的選擇上留有余量，相當(dāng)于將水過冷防止凝結(jié)水的再蒸發(fā)。同時在盤管的布置上，為了增大水蒸汽與盤管的

11、碰撞幾率，將盤管布置于氣流通過的正下方，從而大大提高了捕水器的捕水效率。在真空冷卻的過程中，冷卻終了牛肉的溫度及真空冷卻室的壓力對冷卻效果及能耗有直接影響，在真空冷卻系統(tǒng)的控制中，本文利用計算機測控技術(shù)和相關(guān)儀器的綜合配置，對真空冷卻過程各關(guān)鍵點進行嚴格的檢測與控制，對能耗進行實驗分析以尋找合理配置的途徑。在真空冷卻的過程中，主要耗能部件為制冷壓縮機和真空泵，這兩項約占總能耗的90%以上。其中制冷機的負荷與水分的蒸發(fā)量有關(guān)，而真空泵的負荷由真空室內(nèi)所含空氣的量及水分的蒸發(fā)量來決定。在實驗過程中先開制冷機降溫的過程中，控制捕水器的盤管溫度降到不同的溫度再開真空泵，整個過程的能耗是不同的。由于葉菜

12、類和根莖類比表面積的不同，其冷卻過程中的相對能耗及降溫速率是不同的，因此本實驗中我們分別選取熟牛肉為研究對象，對捕水器的盤管溫度降到不同溫度時開真空泵的整個過程中的相對能耗和降溫速率進行了實驗研究，并發(fā)現(xiàn)盤管降到不同溫度時開真空泵，相對能耗和降溫速率是不同的，且能耗存在最小值。在抽真空的過程中，各段時間的降溫速率是不同的，同時在系統(tǒng)中通過實時稱重系統(tǒng)檢測冷卻過程中的失水量，通過分析各時間的失水量，來控制壓縮機和真空泵的負荷可以達到節(jié)能的目的。實驗裝置的基本要求及存在的問題實驗裝置的基本要求實驗裝置的基本要求：第一，要從食品加工和貯藏對微生物安全性方面來考慮，使設(shè)備使用者和廣大消費者對該項保鮮技

13、術(shù)放心滿意。國外工廠是通過良好的作業(yè)規(guī)范和加工過程中最關(guān)鍵步驟的分析以減少被加工食品的危險，即通過稱為“危害分析和關(guān)鍵控制點”的HACCP管理方式來實現(xiàn)。所謂HACCPHazardAnalysisandCriticalControlPoint一危害分析和關(guān)鍵點控制）要求是：對于確證有危害的環(huán)節(jié)，建立關(guān)鍵控制點，鑒別出某個關(guān)鍵控制點以后，必須確定該控制點的限度，建立檢測控制點的具體措施，采取糾正措施的行動方案，并有完全的文擋記錄，包括測量個別關(guān)鍵點的記錄。目前，我國食品加工業(yè)中已有相當(dāng)數(shù)量的企業(yè)采用了HACC管理方式并收到一定成效。真空預(yù)冷是食品加工和冷藏鏈工程的第一環(huán)，應(yīng)該特別重視食品的貯藏、

14、加工源頭的安全控制，實施HACC蕾理方式，建立與之相配套的硬件設(shè)施，通過計算機監(jiān)測和管理，有助于實現(xiàn)這類設(shè)備的最佳使用。第二，應(yīng)根據(jù)目前產(chǎn)品的使用情況，通過進行各種實驗測試，尋找降低設(shè)備初投資和運營成本有效途徑。讓多數(shù)用戶買得起、用得起。真空冷卻系統(tǒng)的單位能量消耗低于常規(guī)的冷風(fēng)冷卻及冷水冷卻系統(tǒng)3,4,過去由于技術(shù)和制造水平的限制，往往實際選用的真空冷卻設(shè)備能耗較大，這些能量損失環(huán)節(jié)是多方面的，如對冷卻溫度、壓力控制不到位；制冷、真空部件配備不合理、凝水器（冷阱）傳熱不完善等。第三，注重與之相配套的后續(xù)冷鏈環(huán)節(jié)的多樣性，為開發(fā)適合食品企業(yè)使用的各種容量系列的真空冷卻設(shè)備做準(zhǔn)備，擴大產(chǎn)品的適用面

15、。實驗裝置設(shè)計中存在的問題真空處理室的最低真空度一般要求比0c水對應(yīng)的飽和蒸汽壓力低半個到一個數(shù)量級，它是真空室箱體強度計算的重要依據(jù)。真空處理室必須是真空密封的，可承受1.01325X105Pa的外壓。形狀一般是因桶形或長方體，用鋼板焊接而成。桶形加工較方便，長方體可最大限度地利用其空間。在箱體外部有幾道加強圈，以減小箱體壁厚。預(yù)冷室門的設(shè)計，根據(jù)箱體的形狀可設(shè)計成圓形封頭和平蓋形封。水汽凝結(jié)器是用來捕獲從預(yù)冷物品中蒸發(fā)出的水蒸汽（約可除去95%勺水），它可以內(nèi)置于真空處理室內(nèi)，也可置于真空處理室外。水汽凝結(jié)器的冷卻盤管的表面溫度應(yīng)比相當(dāng)于容器內(nèi)操作壓力的飽和溫度低，即：相當(dāng)于盤管表面溫度對

16、應(yīng)的飽和壓力必須保持低于操作壓力。然而，如果操作壓力降低至一定程度后，無論如何再降低，也不會使水蒸氣的捕集率上升很多。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀據(jù)文獻19報道，早在二十世紀(jì)40年代末，西方國家就已進行了真空預(yù)冷技術(shù)的系統(tǒng)研究，現(xiàn)在其技術(shù)和設(shè)備已達到了相當(dāng)成熟的水平。日本從1966年開始真空預(yù)冷技術(shù)的研究，并已在全日本的果蔬生產(chǎn)基地中得到了應(yīng)用。我國從80年代中期才開始進行真空預(yù)冷技術(shù)和設(shè)備的研究工作，對真空冷卻先后進行的研究主要有：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)對切花的研究，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)對菜心、芥蘭的真空冷卻過程研究，閩西大學(xué)對子芋真空冷卻保鮮的研究等等2°,21。國內(nèi)高校和某些研究單位對真空冷卻的研究重點是對設(shè)

17、備的設(shè)計和開發(fā)。國外學(xué)者22,23認為，多葉類蔬菜和蘑菇適宜用真空預(yù)冷來去除田間熱（田間熱會引起果蔬等物質(zhì)迅速腐?。?，延長保存期和提高其質(zhì)量。國外學(xué)者正積極探索真空冷卻技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品和食品中的應(yīng)用效果，其中具有代表性的是愛爾蘭國立大學(xué)食品學(xué)院孫大文等人對切花和烤肉真空冷卻的系統(tǒng)研究。他們研究的內(nèi)容主要是真空冷卻相對于普通冷卻方法優(yōu)越性，包括不同的處理措施和工藝參數(shù)對冷卻效果的影響；真空冷卻對產(chǎn)品品質(zhì)造成的影響；真空冷卻機理和熱質(zhì)傳遞過程的分析研究；建立不同產(chǎn)品真空冷卻過程的數(shù)學(xué)模型24,25,26。Noble27認為果蔬的外表面積與其體積之比、果蔬本身組織構(gòu)造的粗密、自由水含量的多少決定了其真空

18、冷卻的效果。也就是說，外表面積與體積之比越大，組織構(gòu)造越粗糙，自由水含量越高，就越適合于用真空冷卻。真空冷卻果蔬的研究還表明，一般大部分水都在外表面蒸發(fā)，但也有可能一部分水（自由水）在細胞之間蒸發(fā)。重量每損失1%,溫度下降5.5-6C,當(dāng)果蔬水分蒸發(fā)掉5%以上時，它的商品價值將下降，因此在真空冷卻過程中必須對真空度加以控制，同時這還可以避免因真空度過低而引起果蔬的凍傷。為了防止水分的過多減少，提高冷卻效率，在真空冷卻前可以預(yù)先加濕果蔬表面，這種工序稱為預(yù)濕潤（prewetting）,也可以采用在抽真空時加水的方法。國外研究人員經(jīng)過試驗后，認為以下果蔬適合真空預(yù)冷：草莓、西瓜、卷心菜、菠蘿、稻谷

19、、蘿卜、黃瓜、蘑菇、離芭等28oBroton等人研究表明蘑菇真空冷卻后可以貯藏102h,比其他冷卻方法要延長24h29。國外一些研究表明，熟肉制品和新鮮肉都能夠用真空冷卻進行快速冷卻。文獻30對烹調(diào)肉在真空（預(yù)）冷卻中的傳熱傳質(zhì)過程作了初步分析，從熱平衡角度得出了真空冷卻速率的關(guān)系式，證實了真空預(yù)冷卻速率是風(fēng)冷、水冷、冰冷冷卻速率的816倍。JameS31在研究中分別用真空冷卻和強制通風(fēng)冷卻把6.87.3kg的火腿從70C降溫到10C,前者僅需要30min,后者需要424min,而且真空冷卻更清潔衛(wèi)生。試驗說明，真空冷卻（跟其它冷卻方法相比）能夠大大減少有害微生物的含量。真空冷卻能加速烘焙產(chǎn)品

20、的冷卻速度。例如，在意大利有一種精美的節(jié)日糕點，用真空冷卻只需4min,而在空氣中冷卻需要24h,這使意大利生產(chǎn)這種節(jié)日糕點的許多生產(chǎn)商紛紛采用真空冷卻32。Everington32報道過采用可調(diào)真空（預(yù)）冷卻器來冷卻面包類制品，對面包類制品用真空冷卻時，可減少霉菌污染，延長保存期，且質(zhì)量損失比強制性風(fēng)冷冷卻要小。真空預(yù)冷在魚類產(chǎn)品中的應(yīng)用較少，國外曾有人對金槍魚進行真空冷卻32,效果尚可。也有人對海上甲殼類魚（如，蝦魚等）進行了真空預(yù)冷的研究工作倒，效果也可以，只是重量損失高達21%。調(diào)味料和肉湯料的真空冷卻操作在冷凍和冷卻快餐生產(chǎn)時是很常見的，真空冷卻可快速減低漿液態(tài)食品物料的溫度，而且冷

21、卻均勻。傳統(tǒng)的冷卻方法對肉醬食品很難冷卻，James研究表明，1100kg的肉醬從85c降到10C,真空冷卻要30min,而通風(fēng)冷卻要6h以上。但是漿液態(tài)食品真空冷卻時，設(shè)備的清洗和連續(xù)生產(chǎn)等諸多問題急待解決29。現(xiàn)在許多研究工作證明，真空預(yù)冷是一種能較好地保持被采摘鮮花新鮮度的方法。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)在花卉的真空預(yù)冷方面作了許多研究工作34,提出了一些較好的保鮮工藝。國外的有不少人對花卉的真空預(yù)冷作了許多研究工作，也說明了真空預(yù)冷對大多數(shù)花卉來說是一種較好的保持和延長其新鮮度的方法。有文獻報道，真空冷卻可用于化工生產(chǎn)的冷卻結(jié)晶工藝。施友立對氯酸鈉的真空冷卻結(jié)晶工藝研究表明，真空冷卻對氯酸鈉結(jié)晶比其

22、他方法有更好的效果36o文獻37對預(yù)先烹調(diào)的固體食品進行了真空冷卻質(zhì)量傳遞實驗。他定義了一個質(zhì)量傳遞參數(shù)（質(zhì)量傳遞系數(shù)和質(zhì)量傳遞表面的乘積）-KS,發(fā)現(xiàn)KS與樣品體積關(guān)系很小或無關(guān)。并對不同產(chǎn)品的平均KS值進行了報道。為數(shù)學(xué)模擬、工程計算等提供J參考0文獻38建立了數(shù)學(xué)模型分析了真空冷卻器的性能。以水為實驗對象對該模型進行了有效性驗證。發(fā)現(xiàn)預(yù)測和實際測量的真空壓力之間的最大偏差在110Pa之內(nèi)，預(yù)測和實際測量的水溫之間的最大偏差小于2co因此此模型可用于分析食品真空冷卻過程時預(yù)測瞬時真空冷卻壓力。文獻26利用有限單元法對真空冷卻過程中的烹調(diào)肉進行了三維、短暫的、熱質(zhì)傳遞模型。該模型考慮了真空冷

23、卻過程中肉的物理特性和收縮性。在文獻中給出每一成分的熱導(dǎo)率、密度和比熱，他們看作是溫度的函數(shù)，此函數(shù)是基于實驗數(shù)據(jù)回歸得出的39,40,41。對真空冷卻過程中的磚塊形狀的5.3KG的肉關(guān)節(jié)從74c降到10c預(yù)測和實驗的中心、表面和平均溫度之間最大偏差在2.5C之內(nèi)。兩者的重量損失的最大偏差大約為7.5%。模擬表明對大的烹調(diào)肉關(guān)節(jié)真空冷卻，可獲得很快的冷卻速度。文獻24以烹調(diào)牛肉為實驗對象，研究了真空冷卻過程中抽真空速率對質(zhì)量損失、單位重量損失溫降、冷卻速率、溫度分布和最終產(chǎn)品質(zhì)量的影響。樣品在實驗設(shè)備的真空冷卻器內(nèi)從從72c降到4C。實驗過程中控制6種不同的抽真空速率。結(jié)果顯示：真空冷卻速度非

24、常快。但是冷卻損失很高，總的產(chǎn)品產(chǎn)量比通常用的冷卻方法低。最終的抽真空速率對冷卻損失和總的產(chǎn)品產(chǎn)量有重要影響，抽空速度慢總的產(chǎn)品產(chǎn)量高，冷卻損失小。但是抽空速度慢冷卻時間增長。在文獻42對真空冷卻過程中多孔滲水性食品同時發(fā)生的熱質(zhì)傳遞進行了CFD模擬。其同時預(yù)測了真空冷卻過程中低飽和壓力下肉的溫度分布、重量損失和含濕量。本模擬也能說明食品的依賴性變量如壓力、溫度、密度、水含量、熱縮性和各向異性的影響。并通過在實驗性真空冷卻器中對圓柱形烹調(diào)肉進行真空冷卻實驗對該模型進行了校正。就中心溫度和重量損失來說預(yù)測結(jié)果和實驗結(jié)果吻合性很好。在真空冷卻過程中，食品中的蒸汽蒸發(fā)和傳遞主導(dǎo)著熱質(zhì)傳遞，而食品和蒸

25、汽的物理特性、冷卻過程中的歷史壓力都是冷卻速率的決定參數(shù)。要獲得更精確的模擬結(jié)果，就需要將各向異性、熱縮性和表面輻射效應(yīng)考慮進去。本論文研究的內(nèi)容和目標(biāo)綜合真空冷卻在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，本文主要進行了以下幾方面的研究工作：(1)對真空冷卻裝置進行了設(shè)計和搭建，利用計算機測控技術(shù)和相關(guān)儀器的合理配置，對真空冷卻過程各關(guān)鍵點進行嚴格的檢測與控制，對能耗進行理論分析以尋找合理配置的途徑。(2)選擇熟牛肉為研究對象，對啟動真空泵時的捕水器溫度進行控制，研究溫度不同時啟動真空泵對相對能耗的影響，尋找相對節(jié)能的控制點。(3)選擇熟牛肉為研究對象，對啟動真空泵時的捕水器溫度進行控制，研究溫度不同時啟動真空泵對

26、降溫速率的影響，尋找降溫效果好的的控制點。2真空制冷裝置簡介真空制冷的原理食品中含有大量的水，按其和食品材料的結(jié)合情況，水大致可分為兩類：一類是束縛水(boundwater),以強氫鏈的形式和食品材料結(jié)合，很難分離；另一類是自由水(freewater),容易除去。水的物理性質(zhì)：在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的沸點是100C,蒸發(fā)熱為2256kJ/kg,而當(dāng)壓力下降到610Pa時，水的沸點是0C,蒸發(fā)熱為2500kJ/kg?？梢姡S著壓力的降低，水的沸點溫度降低，蒸發(fā)單位質(zhì)量的水所消耗的熱量反而增加。真空冷卻(VacuumCoo1ing)的基本原理是利用抽真空降壓的方法，使物料內(nèi)水分在低壓狀態(tài)下蒸發(fā)；在

27、吸收自身熱量的同時，使食品內(nèi)能減少和品溫下降的一種冷卻方式。真空冷卻就是食品自身中的自由水在低壓、低溫下快速汽化的相變過程，和傳統(tǒng)的冷卻方法不同，真空冷卻過程不需要外界傳熱介質(zhì)參與，它是靠食品自身水分而降溫的過程，所以真空冷卻又被稱為“自我冷卻”。在真空制冷過程中，食品中水分蒸汽壓與真空冷卻室壓力之差是被冷卻物體中水分蒸發(fā)的驅(qū)動力。真空制冷的工藝流程真空冷卻的具體工藝流程是：物料放入真空室后密封，開始階段真空泵從真空室里抽走空氣，真空室壓力不斷降低，在壓力達到產(chǎn)品的飽和壓力之前，產(chǎn)品中水分不能大量蒸發(fā)，真空泵的運行還不能對產(chǎn)品制冷。隨著壓力降低，真空室里達到一定真空度后，產(chǎn)品中水分開始大量汽化

28、，與此同時從產(chǎn)品中吸收熱量，使得產(chǎn)品迅速降溫，此時的狀態(tài)稱為閃發(fā)點(flashpoint)。從產(chǎn)品中蒸發(fā)出來的水蒸汽被真空泵抽出，通過冷凝器制冷蛇管時絕大部分水蒸汽被冷凝排出，剩下少量蒸汽由真空泵抽走。當(dāng)溫度降到某一特定溫度區(qū)域時，溫降速度減緩，直至溫度平穩(wěn)，即達到產(chǎn)品的冷卻終溫。真空冷卻的優(yōu)點表現(xiàn)為：(1)經(jīng)冷卻后運輸、儲藏的產(chǎn)品與未經(jīng)過冷卻的相比，其鮮度味道好，有利于銷售。與未冷卻的產(chǎn)品相比，由于鮮度保持的時間長，可通過冷藏方式運輸?shù)礁h的地方，擴大了市場的服務(wù)范圍。(2)冷卻速度快，冷卻時間短。(3)冷卻均勻、清潔，不會受到污染。真空冷卻不需要外來傳熱介質(zhì)參與,產(chǎn)品不易被污染，而且真空環(huán)

29、節(jié)可以殺菌或者抑制細菌的繁殖。(4)操作方便，真空冷卻不受包裝限制，用紙箱，塑料等包裝的產(chǎn)品在真空冷卻時，其冷卻速度與不包裝的產(chǎn)品幾乎沒有差別，在生產(chǎn)中極為方便。(5)運行過程中能量消耗少。真空冷卻不需要冷卻介質(zhì)，是自身冷卻的過程，沒有系統(tǒng)與環(huán)境之間的熱傳遞，其能量利用系數(shù)COE(顯熱/電能)是2.65,而水冷為1.20,風(fēng)冷為0.52。但是，真空冷卻也有缺點：(1)真空冷卻裝置的一次性投資大，成本高，設(shè)備價格昂貴。(2)真空冷卻技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用受到一定限制。真空冷卻不是適應(yīng)于所有食品，它要求食品單位質(zhì)量比表面積大，表面水蒸汽滲透率和內(nèi)部的有效濕擴散系數(shù)大，水分含量相對較高，而且不會因水分蒸發(fā)

30、和真空環(huán)境的存在使食品結(jié)構(gòu)和品質(zhì)受到大的損害。(3)冷卻過程中水分損耗是不可避免的。真空冷卻技術(shù)就是依靠物料中水分蒸發(fā)吸熱而制冷，水損是與真空冷卻過程相伴的現(xiàn)象。(4)真空冷卻是一個批處理過程，不能夠連續(xù)操作，生產(chǎn)效率低?？偟脕碚f，真空冷卻的冷卻速度快，冷卻均勻，能夠取得很好的效果，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益，應(yīng)用前景比較廣泛。真空制冷裝置裝置分類真空制冷裝置可以分為間歇式、連續(xù)式、移動式和噴霧式4種。間歇式真空預(yù)冷裝置的特點(1)優(yōu)點：適合多品種小批量生產(chǎn)，特別適用于季節(jié)性強的食品生產(chǎn)；單機操作，如果一臺設(shè)備發(fā)生故障，不會影響其它設(shè)備的正常運行；便于控制物料干燥時不同階段的加熱溫度和真空度

31、的要求；便于設(shè)備的加工制造和維修保養(yǎng)。(2)缺點：裝料、卸料、起動等操作占用時間，故設(shè)備利用率低；生產(chǎn)效率低。連續(xù)式真空預(yù)冷裝置的特點連續(xù)式真空預(yù)冷裝置的特點是適用于品種單一而產(chǎn)量大，原料充足的產(chǎn)品生產(chǎn)，特別適合漿狀、顆粒狀制品的生產(chǎn)；連續(xù)式設(shè)備容易實現(xiàn)自動化控制，簡化了人工操作和管理。移動式真空裝置的特點移動式真空裝置由于其一體化，組裝在汽車上機動靈活，可以異地使用。噴霧式裝置的特點噴霧式裝置用于表面水分較小的果實類、根莖類食品預(yù)冷。真空冷卻裝置圖如下：真空制冷裝置主要部件真空冷卻裝置一般主要由真空箱、捕水器、真空泵、制冷機組、裝卸機構(gòu)、控制柜等部件組成。真空箱中一定的真空度的建立和維持依賴

32、真空泵，當(dāng)物品中呈過熱狀態(tài)的水蒸氣驟然閃發(fā)后，捕水器將其迅速重新冷凝成水，以保證室內(nèi)必要的真空度。系統(tǒng)中壓力和溫度的控制是實現(xiàn)節(jié)能和避免物品出現(xiàn)冷凍傷害的有效保證。真空制冷裝置中的部件：(1)真空箱。真空箱一般由Q235BI岡材或I-CY18M9r1不銹鋼制作。小型真空箱一般采用圓筒形，并加裝加強筋增強。所有焊口均采用坡口焊，并進行X光探傷檢驗。采用Q235BI岡材時，內(nèi)側(cè)應(yīng)進行防腐處理，外側(cè)噴涂高強度防銹材料。箱體門的密封性能要好。(2)捕水器。捕水器又稱冷阱，用于冷凝空氣中的水分，以防止水分進入真空泵而乳化潤滑油損壞真空泵組件。(3)真空泵。真空泵為真空系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，選用時應(yīng)根據(jù)不同規(guī)格

33、的真空冷卻裝置及具體情況進行確定。(4)制冷機組。對于小型間歇式或連續(xù)式真空冷卻裝置制冷機組應(yīng)選擇水冷或風(fēng)冷氟利昂冷凝機組，大型裝置采用氨系統(tǒng)。制冷機組與真空泵組、控制柜等組裝在一個公用底盤上。真空制冷技術(shù)的廣泛應(yīng)用真空制冷技術(shù)在蔬果類保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用中國是世界上最古老和最大的農(nóng)業(yè)國，是東方農(nóng)業(yè)文化的發(fā)源地。改革開放30來，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展迅猛，已做到供求總量基本平衡，豐年有余，開始出口。糧食、肉類、蔬菜、水果的總產(chǎn)量均居世界的首位。到2000年，水果的種植面積達867萬公頃，占世界總種植面積的18%,總產(chǎn)量6237萬噸，占世界產(chǎn)量的13%;蔬菜種植面積達1467萬公頃，占世界總種植面積的35%,總

34、產(chǎn)量4.4億噸，占世界的66%,連續(xù)5年居世界首位，總產(chǎn)值（1997年）2500億元，蔬菜、水果已成為僅次于糧食的第二和第三大產(chǎn)業(yè)。果蔬生產(chǎn)的快速發(fā)展，已經(jīng)成為農(nóng)村經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。雖然中國的果蔬產(chǎn)品在國際上具有一定的競爭優(yōu)勢，但受到保鮮儲藏能力的制約。2000年果蔬生產(chǎn)和出口量僅占世界總出口量的3.9%。果蔬作為生鮮食品，其本身含有大量人體不可缺少的營養(yǎng)物質(zhì)。許多國家和地區(qū)已將新鮮果蔬消費者的日攝入量作為衡量該地區(qū)人民健康水平的重要指標(biāo)。我國地域遼闊，果蔬生產(chǎn)存在地區(qū)性不平衡，運輸量大，運輸時間長。由于新鮮果蔬含有大量的水分，對于春夏秋高溫季節(jié)采收的果蔬，本身帶有大量的田間熱，呼吸作用又很強，

35、在采收后仍然是一個活的生命體，會發(fā)生一系列的生理生化變化，因而，采摘后的果蔬在常溫下儲藏，運輸容易失水腐爛，甚至失去食用價值。果蔬的儲運保鮮問題日益受到重視。長期以來，在果蔬生產(chǎn)中通常主要重視采摘前的栽培及生產(chǎn)設(shè)施的改進和建設(shè)，卻忽視采后的保鮮技術(shù)及設(shè)施。由于產(chǎn)地基礎(chǔ)設(shè)施和保鮮條件缺乏，不能很好地解決產(chǎn)地果蔬采后處理和分選、分級、清洗、預(yù)冷、冷藏運輸?shù)日住袄滏湣北ｕr問題，致使它們在采后儲運過程中的損失相當(dāng)嚴重。發(fā)達國家果蔬的產(chǎn)后損耗只有1.7%5%,保鮮儲藏能力可高達商品量的70%80%左右。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國果蔬每年的腐爛損耗嚴重，蔬菜損耗率高達25%50%,水果損耗率為20%25%,折合

36、人民幣一年約750億元。幾乎可以滿足兩億人口的基本營養(yǎng)需求，這距離國務(wù)院提出的19812000年全國食品工業(yè)發(fā)展綱要中規(guī)定的果蔬損失率要降到5%左右的目標(biāo)還相差很遠。這些不僅造成資源的浪費，環(huán)境的污染，而且直接損害了廣大菜農(nóng)和果農(nóng)的利益，嚴重地制約了經(jīng)濟的發(fā)展。另一方面，水果蔬菜的產(chǎn)量要增長百分之幾都很困難，需要各級政府和廣大農(nóng)民的艱苦努力。目前正由于果蔬的保鮮問題制約，在國內(nèi)市場既不能完全解決“旺季爛，淡季斷”的問題；在國際市場上也因保鮮技術(shù)落后，影響果蔬品質(zhì)，缺乏競爭力。由此可見果蔬的產(chǎn)后處理、保鮮、運輸?shù)染C合技術(shù)及設(shè)備已成為制約中國果蔬產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此改善儲運條件，減少損失，不僅具有

37、經(jīng)濟意義也具有重要的社會意義。低溫儲藏可以有效地抑制新鮮果蔬的呼吸作用，減少新鮮果蔬在儲藏過程中溫度波動對果蔬品質(zhì)的影響，較好地保持果蔬的鮮度。但低溫儲藏的前提必須是“新鮮”，如果果蔬在采摘之后，儲藏之前較長時間內(nèi)不經(jīng)過任何處理，再進行儲藏則已毫無意義，因為此時果蔬品質(zhì)已經(jīng)下降。因此，要想真正保持從采收到銷售時果蔬的鮮度就必須在產(chǎn)地及時、快速地進行預(yù)冷處理。而真空制冷技術(shù)可以提供高品質(zhì)的預(yù)冷效果，因而該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于果蔬的預(yù)冷處理。表1-1一些水果的真空冷卻效果5品種真空度/Pa冷卻時間/min品溫水分損失/%初溫/C終溫/C蘋果5702117.58.51.255017216.51.5金橘6

38、1018237.50.5荔枝6102029.86.31.3楊梅5701829.65.21.6桃子65022287.51.8葡錮6002026.57.31.5芒果57520286.82.5草莓6002223.75.20.8龍眼5802129.58.30.7表1-2一些蔬菜的真空冷卻效果5品種效果處理量/kg最低壓力/Pa處理時間/min品溫水分損失/%初溫/C終溫/C產(chǎn)筍B-5304019.010.02.6豆莢B44002628.08.0-毛豆B-665-22.416.42.0花菜B86002020.48.31.7卷心菜G15600914.32.52.2黃瓜D54001722.219.20.7蘿

39、卜B1560071710.31.3豌豆G4530722.60.02.5鮮蘑菇G2530624.20.55.1甜玉米G456002432.01.54.1芹菜G10600811.44.22.1長蘿卜B-670-21.25.31.8塌菜G5600616.20.82.4番茄D104001724.622.00.6胡蘿卜B104001015.510.00.7茵苣B10600817.43.52.6大蔥G7600717.50.02.4大白菜G156001719.22.53.8四井G4600718.80.34.6青椒D2400918.012.61.8菠菜G10600720.00.53.4三葉芹G4600616.

40、53.52.7小包菜G106001521.02.12.4生菜G10530917.53.52.6注：G真空冷卻效果大；B效果大，要有操作技巧；D效果較小真空制冷技術(shù)在鮮花保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用鮮花與果蔬產(chǎn)品一樣，為鮮活商品，易于腐敗。鮮花從采收變?yōu)樯唐?，到實用價值的消失的過程比果蔬快的多。在數(shù)量和質(zhì)量上的變化，由觀感到色彩的變異，給使用價值帶來極大的損耗。各國鮮切花的采后損失率約為20%,高于果蔬的一般損失。我國的花卉業(yè)與水果和蔬菜相比，是一個新興產(chǎn)業(yè)，我國花卉業(yè)起步于20世紀(jì)80年代初期。在前5年，花卉還沒有形成一定的商品量，在種植業(yè)中所占的比重極小。進入國民經(jīng)濟發(fā)展的第七個五年計劃時期，我國花卉業(yè)開

41、始迅速恢復(fù)和發(fā)展，至今大致經(jīng)歷了恢復(fù)發(fā)展階段（19861990年），快速發(fā)展階段（19911995年）及鞏固和提高階段（1996年以后），取得令人矚目的成就，為現(xiàn)代花卉業(yè)的形成和發(fā)展奠定了較好的基礎(chǔ)。截至1998年，生產(chǎn)規(guī)模在3.3公頃以上的企業(yè)，全國有3700多個，全國已有200多個科研單位設(shè)立了花卉科研機構(gòu)，有100多個教學(xué)單位開設(shè)了花卉園林專業(yè)?；ɑ芟M呈逐年上升趨勢。我國要成為花卉出口大國，不僅要在花卉的引種、育種和栽培技術(shù)上下功夫，而且要在花卉采后處理保鮮技術(shù)上提高水平，才能使花卉符合進口國的質(zhì)量要求。與制冷技術(shù)在其他園藝產(chǎn)品的應(yīng)用上相比，在花卉工業(yè)里使用制冷技術(shù)是一種相對較為新興的

42、研究。即使制冷在工業(yè)上的應(yīng)用差不多與整個園藝工業(yè)建立的歷史一樣長，最早的關(guān)于采摘后的鮮花冷藏研究的報道是由Lutz和Hardenburg（1968）乍的。到了1978年，一系列關(guān)于采摘的鮮花冷卻保存步驟稱之為“冷藏鏈”，得到了很大的發(fā)展。冷藏鏈的概念是基于對采摘后的鮮花進行冷卻從收獲、包裝、儲藏運輸及銷售直到它們最終達到消費者的手中的過程。自那以后，在鮮花工業(yè)中出現(xiàn)了大量旨在抑制采摘后的鮮花腐壞的研究項目。由于鮮花極易腐壞，抗熱能力差，采摘的鮮花在產(chǎn)地溫度下極易腐壞。預(yù)冷成為在采摘后的鮮花冷藏和運輸前，迅速降溫的極其重要的步驟。由于未經(jīng)預(yù)冷的鮮花溫度下降的十分緩慢，需要兩天或更長時間，冷卻率通

43、常不到0.5C每小時，預(yù)冷是至關(guān)重要的。把鮮花預(yù)冷到冷藏的溫度將可以減少呼吸熱，防止來自冷凝作用的濕氣，減少微生物作用的危險，降低包裝中乙烯的含量。而在冷藏之前的真空預(yù)冷對保鮮期有著巨大的影響。這非常重要，因為大多數(shù)的鮮花都要在冷藏的條件下經(jīng)過長距離的運輸?shù)竭_市場。真空冷卻可以在冷藏時，及以后在保鮮期中，保持鮮花的品質(zhì)。真空冷卻可以提高鮮花的價值，而且可以使鮮花相對于未經(jīng)預(yù)冷的鮮花有著絕對的優(yōu)勢。真空制冷技術(shù)在肉制品保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用20世紀(jì)90年代后期國際食品界針對肉制品、水產(chǎn)品等食品安全問題，在肉制品的加工過程中采用真空冷卻技術(shù)，可以降低肉制中污染菌的含量，提高肉制品的食用安全性。James研

44、究發(fā)現(xiàn)，重6.87.3kg的火腿從70c降到10C,傳統(tǒng)的空氣冷卻法需要10h以上，而真空冷卻僅需要3min（2h）,微生物含量減少了2.01gcfu/g在短時間內(nèi)通過細菌容易繁殖的危險溫度區(qū)域。同時有利于原料肉中肌球蛋白的釋放，提高原料的粘合作用，改善火腿的品質(zhì)。歐洲國家和日本制定了一系列的生產(chǎn)規(guī)范，再結(jié)合氣調(diào)保鮮，保證了食品的營養(yǎng)、衛(wèi)生和鮮度。真空制冷技術(shù)在調(diào)味品保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用肉制調(diào)味品、肉泥、果醬等調(diào)味品的預(yù)冷已普遍采用真空冷卻技術(shù)。真空冷卻可以快速而有效地降低調(diào)味品的溫度，節(jié)省能源。據(jù)報道，1100kg的肉制調(diào)味品，采用真空冷卻預(yù)冷，30min內(nèi)可以將其從85c降到10C,而空氣冷卻則

45、需6h以上。據(jù)Dirisiol報道，3785L調(diào)味番茄醬，18min內(nèi)將其加熱至93c滅菌后，采用真空冷卻，僅需14min即可以將其冷卻至7C。3真空制冷裝置的設(shè)計計算真空泵選型真空泵抽速的計算及選型真空技術(shù)中，使用的壓強范圍很寬，人們常常把它劃分成幾個區(qū)域，各真空區(qū)域真空度范圍如下真空度范圍(Pa)1000001001000.10.10.00001<0.00001真空區(qū)域低真空中真空局真空超圖真空常壓下1.013>d05pa,水的沸點為100C,隨著壓力的降低，其沸點也降低。而當(dāng)壓力降低到613.28Pa時，水的沸點為0C,此時水的汽化潛熱為2499.52KJ/Kg。因為熟肉主要

46、由水分組成，所以可近似地以飽和水蒸氣、水的熱力性質(zhì)的數(shù)值來進行計算。真空冷卻過程中取熟肉的失水量為10%,則真空冷卻后40kg熟肉的失水量為：m=40x10%=4(kg)(2-1)熟肉的密度計算時取P=1093kg，m3,M4kg的熟肉容積v2=0.0365m3=36.5L,由于真空室容積為0.4m3,即Vi=400L裝好熟肉后，真空室內(nèi)的空氣量可估算出：v=v1-v2=40036.5=363.5(L)(2-2)油封機械泵在大氣壓到100Pa階段抽速近似于常抽速。在這一抽氣過程中，系統(tǒng)內(nèi)的壓強較高，排氣量很大，即使系統(tǒng)內(nèi)有些微小的漏氣和放氣，影響也不大，可以忽略不計。則不考慮系統(tǒng)的管道影響和漏

47、放氣時真空泵的抽速計算公式：S=KVln包(2-3)tP式中：S泵的名義抽速；L/sPi初始時間又t應(yīng)的壓強；PaP終了時間又t應(yīng)的壓強；PaT抽氣時間；sV被抽容器的體積；LK經(jīng)驗系數(shù)，其與壓強的關(guān)系見下表不同壓強下的經(jīng)驗系數(shù)P(Pa)1051.33乂1041.33乂1041.33乂1031.33父1031.33父1021.3310213.313.31.33K11.251.524真空冷卻整個過程可分為三個階段。第一階段，真空冷卻室內(nèi)壓力從大氣壓降至食品初溫所對應(yīng)的飽和壓力，約需總冷卻時間的很少一部分。在這一階段真空室中壓力尚未低到使食品中的水分閃發(fā)的程度，被冷物體因溫差緩慢放熱，真空泵要盡快

48、使真空室壓力降到閃點，以縮短冷卻時間。第二階段，閃發(fā)開始，食品中的水分從食品本身吸收大量熱量而迅速汽化，止匕時，冷卻盤管必須及時將大量水汽重新凝結(jié)成液體，制冷壓縮機與真空泵均處于全負荷運行，以保證冷卻室內(nèi)必要的真空度。第三階段，即閃發(fā)后約20分鐘，食品含水量下降，水分蒸發(fā)明顯減慢。這一階段，真空泵用以維持真空冷卻室內(nèi)的低壓，使被冷卻物各部分達到均勻降溫。(1)第一階段：真空室內(nèi)壓力從大氣壓降至初溫70C時所對應(yīng)的飽和水蒸氣壓力31620Pa,若按抽氣時間5分鐘計算，忽略管道中原有的空氣量，則泵的名義抽速：S二KVlnR=1堡51ng56031620=1.41(Ls)(2-4)(2)第二階段：熟

49、肉從70c降溫到30C,真空室內(nèi)壓力從31620Pa降至4246Pa,約需20分鐘。由于該階段蒸發(fā)的水汽量比較大，故忽略第一階段未抽完的空氣量，水汽量按5%未凝結(jié)計算：整個過程中蒸發(fā)的水汽總質(zhì)量為4kg,該階段蒸發(fā)的水汽總質(zhì)量(由于汽化潛熱變化不大，通過溫度用差分法計算)為:m=470-3070-10=2.67(kg)(2-5)(2-6)(2-7)水蒸氣比容按30c時計算，30c水蒸氣白比容為32.93m3/kg,則未凝結(jié)的水蒸氣總量V=2.675%32.93103=436323(L)S-KVln艮=1.2543ln.=9.12(Ls)Tp20604246(3)第三階段：熟肉從30c降溫至10

50、C,真空室內(nèi)壓力從4246Pa降至1266Pa,約需40分鐘。該階段水分蒸發(fā)明顯減緩，水汽總質(zhì)量：(2-8),30-10m=4=1.33(kg)70-10水蒸氣比容按10c時計算，10c水蒸氣的比容為106.3m3/kg,則未凝結(jié)的水蒸氣總量(2-9)V=1.335%106.3103=7175.25(L)則所需泵的名義抽速:S-1.253ln些=4.52(Ls)40601266(2-10)由上述計算結(jié)果可知，第二階段的水分蒸發(fā)量大，且比較集中，抽氣負荷比其他兩階段要大的多，所以按該階段的負荷進行真空泵的選型:選用陜西百誠真空設(shè)備工程有限公司生產(chǎn)的旋片式油封真空泵，型號為2X-15,抽氣速率為1

51、5L/S,極限壓力0.06Pa,電機功率為2.2KW,泵的法蘭進口內(nèi)徑40mm,總重202kg，外形尺寸(長X寬X高)為79X53X57(mm)Se=KS真空泵通過管道接上之后，在管道中各截面的抽速是不同的，具在真空室排氣口處的抽速，叫做真空泵的有效抽速。泵的有效抽速Se與名義抽速S的關(guān)系式為：(2-11)對于低真空泵：K=0.80.9,取K=0.85,則泵的有效抽速為:(2-12)Se=KS=0.8515=12.75(Ls)3.1.2真空室的極限真空真空裝置空載時，經(jīng)過長時間抽氣后，真空室中達到的穩(wěn)定的最低壓力，叫做真空裝置的極限真空，對于低真空裝置:(2-13)式中：Pj真空室中白極限壓力

52、；PaPo真空泵中白極限真空；PaQi漏氣室；Pa.L/sSe泵的有效抽速；L/s工藝生產(chǎn)過程中引入真空室中的氣體量（Pa.L/s）45%32931034246Qg=4365：600=717036(Pa.L/s)_11一般：Ql=-0Qg7170.3=717.03(PaLs)所以，真空室的極限真空為：(2-14)(2-15)P-PQL-006717，03_563(P)Pj一POs-0.061275-56,3(ra)(2-16)3.2壓縮機選型3.2.1熱負荷計算由上部分的計算可知，水分蒸發(fā)主要集中在第二階段閃發(fā)開始后的20分鐘，此時的熱負荷最大，實際運行中耗冷量主要用于水汽凝結(jié)。制冷系統(tǒng)在這一階段要盡可能將水汽凝結(jié)，以減輕真空泵抽氣負荷，按直接冷卻方法計算：直接冷卻，就是直接用制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器來冷凝水汽。水汽凝結(jié)耗冷計算公式如下：mrcm'、tq二tt式中：m凝結(jié)的水汽量；Kgr水汽凝結(jié)熱；2500KJ/Kg;t水汽凝結(jié)的時間；s(2-17)c水的比熱容；4.2KJ/Kg.Ct蒸汽凝結(jié)成水后的溫降；C第一階段：水分幾乎不蒸發(fā)，故不予考慮。第二階段：水分蒸發(fā)比較集中，為了使制冷系統(tǒng)能滿足熱負荷最大時的要求